JPH0875433A - Surface form measuring device - Google Patents

Surface form measuring device

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Publication number
JPH0875433A
JPH0875433A JP21130394A JP21130394A JPH0875433A JP H0875433 A JPH0875433 A JP H0875433A JP 21130394 A JP21130394 A JP 21130394A JP 21130394 A JP21130394 A JP 21130394A JP H0875433 A JPH0875433 A JP H0875433A
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JP
Japan
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measured
objective lens
light
laser
signal
Prior art date
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Application number
JP21130394A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Akaha
正大 赤羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Seimitsu Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Seimitsu Co Ltd filed Critical Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Publication of JPH0875433A publication Critical patent/JPH0875433A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a compact surface form measuring device capable of measuring a surface form accurately and sensitively. CONSTITUTION: A laser beam of which oscillating frequency and luminous intensity are modulated at a specified frequency is introduced into a detector main body 11 through an optical fiber 16, and divided into two directions by a beam splitter 36. One is applied to a reference mirror 37, and the other is collected by an objective lens 45 supported on a variable mechanism and applied as an optical probe to a surface to be measured. The beam reflected from the surface to be measured returns through an optical path, and a part of it bent at a beam splitter 41 and received by a photo diode 48 to become the deviated focal signal of the objective lens 45. Also a variable mechanism control circuit 15 controls the position of the objective lens 45 so as to secure the state of a focusing point on the surfaces to be measured. Then, objective beam moved straightforward through a beam splitter 41 is superposed on the reference beam in the beam splitter 36. Thus, an interference signal of heterodyne interference produced between the both is photoelectrically transduced by a photo diode 38 so as to measure the surface form of an object to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を被測定物に
照射して、表面形状や表面粗さ等を測定する非接触式表
面形状測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact type surface profile measuring apparatus for irradiating an object to be measured with a laser beam to measure the surface profile and surface roughness.

【0002】[0002]

【従来技術】従来の光学式粗さ計ピックアップには二種
類あり、一つは非点収差法又は臨界角法と呼ばれ、光ビ
ームを集光して焦点位置で被測定物に照射し、測定面の
凹凸により生じる焦点位置のずれ量を検出するものであ
る。他のひとつは、フォーカスサーボ式と呼ばれ、光ビ
ームを集光して被測定物に照射する際に、光ビームの焦
点が測定面を照射するように、測定面の凹凸に応じて対
物レンズを上下させ、その上下させる制御信号又はこの
対物レンズに同期させた差動変圧器の出力信号を検出信
号としている。
2. Description of the Related Art There are two types of conventional optical roughness gauge pickups, one of which is called an astigmatism method or a critical angle method, which collects a light beam and irradiates an object to be measured at a focal position. The amount of deviation of the focus position caused by the unevenness of the measurement surface is detected. The other one is called the focus servo system, and when focusing the light beam and irradiating it to the object to be measured, the objective lens is adjusted according to the unevenness of the measurement surface so that the focus of the light beam irradiates the measurement surface. Is moved up and down, and a control signal for moving up and down or an output signal of a differential transformer synchronized with this objective lens is used as a detection signal.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記した非点収差法又
は臨界角法による光学式ピックアップは、高感度、高速
の測定ができるという利点がある反面、検出素子の線型
範囲が狭く、測定範囲が±1μm程度に限られるという
欠点がある。他方、フォーカスサーボ式のピックアップ
は、測定範囲は±400μm程度と広範囲測定が可能で
ある反面、測定面の凹凸に応じて対物レンズを駆動させ
る為に、高速、高分解能の測定には適さないという欠点
がある。
The optical pickup based on the astigmatism method or the critical angle method described above has the advantage that high sensitivity and high speed measurement can be performed, but on the other hand, the linear range of the detection element is narrow and the measurement range is small. There is a drawback that it is limited to about ± 1 μm. On the other hand, the focus servo type pickup can measure a wide range of about ± 400 μm, but it is not suitable for high-speed and high-resolution measurement because it drives the objective lens according to the unevenness of the measurement surface. There are drawbacks.

【0004】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、前記両者を合わせ持った特徴を有し、高精度、
高感度、広範囲の測定ができる表面形状測定装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has the feature of having both of the above in combination, with high accuracy,
It is an object of the present invention to provide a surface profile measuring device capable of high sensitivity and wide range measurement.

【0005】[0005]

【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、周波数変調したレーザビームを発生させる
レーザ光源部と、前記レーザビームの一部を被測定物に
照射する為の対物レンズ系と、該対物レンズ系を被測定
面に対して遠近移動させるレンズ駆動機構と、前記レー
ザ光源部から導入したレーザビームを分割し、分割した
一方のレーザビームを前記対物レンズ系を介して被測定
面に照射して反射光を得ると共に、他方のレーザビーム
を参照反射鏡に照射して反射光を得て、これら両反射光
を干渉させるマイケルソン型干渉光学系と、前記対物レ
ンズ系を介して被測定面からの反射光の一部を取り込
み、被測定面での対物レンズ系の焦点ずれを検出する検
出手段と、前記検出手段が検出した焦点ずれに基づいて
被測定面上で対物レンズ系の焦点が合うようにレンズ駆
動機構を駆動制御するレンズ駆動制御回路と、前記マイ
ケルソン型干渉光学系において生じるヘテロダイン干渉
による干渉光を受光し、受光した光干渉信号を電気信号
に変換する光電変換部と、前記光電変換部の検出信号に
基づいて被測定物の形状の変位量を算出すると共に、前
記レーザ光源の周波数変調を制御する制御部と、から成
ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a laser light source section for generating a frequency-modulated laser beam, and an objective lens for irradiating a part of the laser beam onto an object to be measured. System, a lens driving mechanism for moving the objective lens system far and near with respect to a surface to be measured, a laser beam introduced from the laser light source unit is split, and one of the split laser beams is transmitted through the objective lens system. A Michelson-type interference optical system for irradiating the measurement surface to obtain reflected light, irradiating the other laser beam to the reference reflecting mirror to obtain reflected light, and causing both reflected light to interfere, and the objective lens system A part of the reflected light from the surface to be measured is taken in to detect the defocus of the objective lens system on the surface to be measured, and the objective on the surface to be measured based on the defocus detected by the detecting means. Les Lens drive control circuit that drives and controls the lens drive mechanism so that the focal point of the lens system is in focus, and receives interference light due to heterodyne interference that occurs in the Michelson type interference optical system, and converts the received optical interference signal into an electrical signal. It is characterized by comprising a photoelectric conversion unit and a control unit for calculating the displacement amount of the shape of the object to be measured based on the detection signal of the photoelectric conversion unit and controlling the frequency modulation of the laser light source.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば、周波数変調されたレーザビー
ムの一部は、光触針として対物レンズ系によって集光さ
れ、その合焦点位置で被測定物に照射される。被測定面
の凹凸の為に焦点がずれた場合には、その凹凸に応じて
対物レンズ系が上下に可動制御されるため、レーザビー
ムは常に合焦点状態で被測定物に照射される。対物レン
ズ系を動かしても被測定物までの光路長には変化はな
く、測定値には直接影響しないので、凹凸方向について
広範囲の測定ができる。
According to the present invention, a part of the frequency-modulated laser beam is condensed by the objective lens system as an optical probe and is irradiated to the object to be measured at the focal point position. When the focal point is deviated due to the unevenness of the surface to be measured, the objective lens system is vertically controlled according to the unevenness, so that the laser beam is always applied to the object to be measured in a focused state. Even if the objective lens system is moved, there is no change in the optical path length to the object to be measured and it does not directly affect the measured value, so that it is possible to measure a wide range in the uneven direction.

【0007】変位量の検出は、前記レーザビームの被測
定面での反射光の一部を導いた光干渉計におけるヘテロ
ダイン干渉のドップラー周波数偏移を利用している為
に、電気的ノイズの影響を受けにくいことに加え、検出
光は電気的に変換されて処理される為に、感度校正が不
要で、高精度、高感度測定ができる。
Since the amount of displacement is detected by utilizing the Doppler frequency shift of the heterodyne interference in the optical interferometer which guides a part of the reflected light on the surface to be measured of the laser beam, the influence of electrical noise is exerted. In addition to being difficult to receive, the detection light is electrically converted and processed, so that sensitivity calibration is not required, and high precision and high sensitivity measurement can be performed.

【0008】[0008]

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る表面形状
測定装置の好ましい実施例を詳述する。図1は本発明に
係る表面形状測定装置の一実施例が示されており、この
表面形状測定装置は、レーザビームを発生させるレーザ
光源部10と、粗さ検出器本体部11と、レーザ光源の
制御及び検出器からの信号に基づいて被測定物Wの表面
形状変位等を算出する制御部14とを有し、レーザ光源
部10と検出器本体11は両端に着脱自在な光コネクタ
16A、16Bをもつ光ファイバー16によって接続さ
れる。この光ファイバー16はシングルモードファイバ
ーで構成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the surface profile measuring apparatus according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a surface profile measuring apparatus according to the present invention. This surface profile measuring apparatus comprises a laser light source section 10 for generating a laser beam, a roughness detector main body section 11, and a laser light source. And a control unit 14 for calculating the surface shape displacement of the object to be measured W based on the signal from the detector, and the laser light source unit 10 and the detector body 11 are detachably attached to both ends of the optical connector 16A, Connected by an optical fiber 16 with 16B. The optical fiber 16 is composed of a single mode fiber.

【0009】検出器本体11と制御部14は電気ケーブ
ル20によって接続され、検出器からの検出信号は制御
部14へ送られる。一方、レーザ光源部10は制御部1
4と電気ケーブル21によって接続されることによって
構成される。本実施例におけるレーザ光源部10は、図
1に示すように、レーザダイオード24、ペルチエ素子
25、コリメータレンズ26、光アイソレータ27、対
物レンズ28から構成されている。
The detector body 11 and the control unit 14 are connected by an electric cable 20, and a detection signal from the detector is sent to the control unit 14. On the other hand, the laser light source unit 10 includes the control unit 1
4 and the electric cable 21 are connected. As shown in FIG. 1, the laser light source unit 10 in this embodiment includes a laser diode 24, a Peltier element 25, a collimator lens 26, an optical isolator 27, and an objective lens 28.

【0010】発光源のレーザダイオード24はペルチエ
素子(加熱及び/又は冷却素子)25と図示しない温度
センサとが設けられており、後述する制御部14の温度
コントローラによって一定の温度を保つように制御され
る。一方、レーザダイオード24は電気ケーブル21を
介して後述する制御部14からの周波数変調電流を受け
て、周波数変調されたレーザ光を発光する。
The laser diode 24 of the light emission source is provided with a Peltier element (heating and / or cooling element) 25 and a temperature sensor (not shown), and is controlled by a temperature controller of the control unit 14 described later so as to maintain a constant temperature. To be done. On the other hand, the laser diode 24 receives a frequency modulation current from the control unit 14 described later via the electric cable 21, and emits the frequency-modulated laser light.

【0011】変調されたレーザ光は、コリメータレンズ
26によって平行光にされ、反射光を防止する光アイソ
レータ27を経て、対物レンズ28により集光されて、
光ファイバー16に入射する。変調されたレーザ光は、
この光ファイバー16を介して検出器本体11に導かれ
る。次に、検出器本体の構成について説明する。本体ケ
ース12の下面には開口部13が形成され、この開口部
を通して、後述するようにレーザ光の一部が光触針とし
て被測定物Wに照射される。
The modulated laser light is collimated by a collimator lens 26, passes through an optical isolator 27 that prevents reflected light, and is condensed by an objective lens 28.
It is incident on the optical fiber 16. The modulated laser light is
It is guided to the detector main body 11 via this optical fiber 16. Next, the configuration of the detector body will be described. An opening 13 is formed on the lower surface of the main body case 12, and a part of the laser light is applied to the object to be measured W through the opening as a light probe as described later.

【0012】検出器本体11に導かれたレーザ光は、コ
リメートレンズ35によって平行光にされ、この光軸L
1 上のビームスプリッタ36で異なる2つの方向に分割
される。即ち、一方のレーザビームは光軸L1 に直交す
る光軸L2 に折り曲げられ、参照ミラー37に照射さ
れ、他方のレーザビームは光軸L1 を直進してビームス
プリッタ41を経て、光路変換ミラー42で光軸L3
折り曲げられ、対物レンズ45を介して、前記開口部1
3から被測定物Wに照射される。
The laser light guided to the detector main body 11 is collimated by a collimator lens 35, and its optical axis L
The beam splitter 36 above 1 splits the beam into two different directions. That is, one laser beam is bent to the optical axis L 2 orthogonal to the optical axis L 1 and irradiated on the reference mirror 37, and the other laser beam goes straight on the optical axis L 1 and passes through the beam splitter 41 to change the optical path. It is bent to the optical axis L 3 by the mirror 42, and through the objective lens 45, the opening 1
The object to be measured W is irradiated from 3.

【0013】参照ミラー37で反射された光(参照光)
はビームスプリッタ36に戻り、後述する物体光と重畳
されて、ビームスプリッタ36を挟んで参照ミラー37
と対峙して配置されたホトダイオード38によって受光
される。他方、被測定物Wで反射した光(物体光)は、
入射光路を逆に戻り、ビームスプリッタ41で更に異な
る2方向に分割される。その一方は、光軸L1 を直進し
て前記ビームスプリッタ36で光路が折り曲げられると
共に、前記参照光と重畳され、ホトダイオード38によ
って受光される。この干渉信号を基に検出器本体と被測
定面との距離が測定される。他方ビームスプリッタ41
で光軸L4 に折り曲げられた物体光の一部は、シリンド
リカルレンズ46を介して、四分割ホトダイオード48
に受光され、光電変換される。この信号をもとに、被測
定面での対物レンズ45の焦点ずれが検出される。
Light reflected by the reference mirror 37 (reference light)
Returns to the beam splitter 36 and is superimposed on the object light described later, and the reference mirror 37 is sandwiched by the beam splitter 36.
The light is received by the photodiode 38 arranged so as to confront it. On the other hand, the light reflected by the object to be measured W (object light) is
The incident optical path is returned in the opposite direction, and the beam is split by the beam splitter 41 into two different directions. One of them is moved straight along the optical axis L 1 and the optical path is bent by the beam splitter 36, is superimposed on the reference light, and is received by the photodiode 38. The distance between the detector body and the surface to be measured is measured based on this interference signal. On the other hand, the beam splitter 41
A part of the object light bent to the optical axis L 4 by means of the cylindrical lens 46 passes through a four-division photodiode 48.
The light is received by and photoelectrically converted. Based on this signal, the defocus of the objective lens 45 on the measured surface is detected.

【0014】尚、光路変換ミラー42は検出器本体の構
成上必須ではなく、光軸L1 とL3は同軸に配置しても
よい。前記ホトダイオード38は電気ケーブル51を介
して本体ケース12に取り付けた着脱自在なコネクタ5
3と接続されており、電気ケーブル20はコネクタ53
を介して検出器本体11と接続されると共に、着脱自在
なコネクタ54を介して制御部14と接続されている。
ホトダイオード38で光電変換された検出信号を本体ケ
ースの外部に取り出し、後述する制御部14と接続し易
くする為である。
The optical path conversion mirror 42 is not essential in the construction of the detector body, and the optical axes L 1 and L 3 may be arranged coaxially. The photodiode 38 is a detachable connector 5 attached to the main body case 12 via an electric cable 51.
3 and the electric cable 20 is connected to the connector 53.
It is connected to the detector main body 11 via the connector and is also connected to the control unit 14 via the detachable connector 54.
This is because the detection signal photoelectrically converted by the photodiode 38 is taken out to the outside of the main body case so that it can be easily connected to the control unit 14 described later.

【0015】対物レンズ45は図示しないリニアモータ
とその駆動機構によって可変に支持されており、四分割
ホトダイオード48からの信号に基づいて、被測定面に
おける対物レンズ45の焦点ずれを最小にするように、
前記リニアモータを制御する制御回路15によって駆動
制御される。レンズ駆動制御回路15は検出器本体11
に組み込んでもよいし、後述する制御部14に組み込ん
でもよい。
The objective lens 45 is variably supported by a linear motor (not shown) and its drive mechanism, and minimizes the focal shift of the objective lens 45 on the surface to be measured based on the signal from the four-division photodiode 48. ,
The drive is controlled by a control circuit 15 that controls the linear motor. The lens drive control circuit 15 includes the detector body 11
May be incorporated in the control unit 14 or may be incorporated in the control unit 14 described later.

【0016】制御部に組み込む場合は、四分割ホトダイ
オード48と対物レンズ45の駆動機構(リニアモー
タ)はそれぞれ図示しない電気ケーブルによって着脱自
在なコネクタ53に接続され、電気ケーブル20を介し
て制御部14と接続される。一方、制御部14は、前記
レンズ駆動制御回路15の他、図2に示すように、主と
して鋸歯状波又は三角波発生器55、温度コントローラ
51、バンドパスフィルタ57、波形整形器58、5
9、周波数逓倍回路60、61、ゲート回路62、及び
アップダウンカウンタ63から構成されている。
When incorporated in the control unit, the four-division photodiode 48 and the drive mechanism (linear motor) for the objective lens 45 are connected to a detachable connector 53 by an electric cable (not shown), and the control unit 14 is connected via the electric cable 20. Connected with. On the other hand, in addition to the lens drive control circuit 15, the control unit 14 mainly includes a sawtooth wave or triangular wave generator 55, a temperature controller 51, a bandpass filter 57, a waveform shaper 58, 5 as shown in FIG.
9, frequency multiplication circuits 60 and 61, a gate circuit 62, and an up / down counter 63.

【0017】前記の如く構成された表面形状測定装置に
おける測定原理を鋸歯状波変調電流を用いた場合につい
て説明する。図2に制御部のブロック図を示す。鋸歯状
波又は三角波発生器55は周期TS (周波数fs 、角周
波数ωs )の鋸歯状波変調電流Sa(図3(A))をレ
ーザダイオード(光源部)及び波形整形器58に出力す
る。尚、この鋸歯状波又は三角波発生器55は、同図
(A)に示すようにバイアス電流に対して変調幅が小さ
い鋸歯状波変調電流Saを出力している。
The principle of measurement in the surface profile measuring apparatus configured as described above will be described using a sawtooth wave modulation current. FIG. 2 shows a block diagram of the control unit. The sawtooth wave or triangular wave generator 55 outputs a sawtooth wave modulation current Sa (FIG. 3A) having a period T S (frequency f s , angular frequency ω s ) to the laser diode (light source unit) and the waveform shaper 58. To do. The sawtooth wave or triangular wave generator 55 outputs a sawtooth wave modulation current Sa having a modulation width smaller than that of the bias current as shown in FIG.

【0018】レーザダイオードは鋸歯状波変調電流Sa
によって発振周波数と発光強度が変調される。尚、レー
ザダイオードには加熱及び/又は冷却素子(ぺルチエ素
子)25及び温度センサが設けられており、温度コント
ローラ56は温度センサによって検出される温度が一定
値になるように加熱及び/又は冷却素子(ペルチエ素
子)25を制御する。これにより、レーザダイオードの
温度変化による波長変化を抑え、測定精度を上げてい
る。
The laser diode has a sawtooth wave modulation current Sa.
The oscillation frequency and the emission intensity are modulated by. The laser diode is provided with a heating and / or cooling element (Peltier element) 25 and a temperature sensor, and the temperature controller 56 heats and / or cools the temperature detected by the temperature sensor to a constant value. The element (Peltier element) 25 is controlled. This suppresses the wavelength change due to the temperature change of the laser diode and improves the measurement accuracy.

【0019】レーザダイオード24から出力される変調
されたレーザビームは、コリメータレンズ26、光アイ
ソレータ27、及び対物レンズ28を介して光ファイバ
ー16の先端に集光され、光ファイバー16を通して検
出器本体11に導かれる。尚、レーザ光源部10と検出
器本体11とは両端が着脱自在な光コネクタ16A、1
6Bをもつ光ファイバー16によって光学的に接続され
ているため、接続の着脱が容易である。
The modulated laser beam output from the laser diode 24 is focused on the tip of the optical fiber 16 via the collimator lens 26, the optical isolator 27, and the objective lens 28, and is guided to the detector body 11 through the optical fiber 16. Get burned. It should be noted that the laser light source unit 10 and the detector body 11 have optical connectors 16A and 1A, both ends of which are detachable.
Since it is optically connected by the optical fiber 16 having 6B, it is easy to attach and detach the connection.

【0020】検出器本体11に入射したレーザビームは
コリメートレンズ35で平行光にされ、ビームスプリッ
タ36によって分割され、一方は光軸L1 に直交する光
軸L 2 に折り曲げられ、参照ミラー37に照射され、他
方は、光軸L1 を直進しビームスプリッタ41を経て、
光路変換用ミラー42で光軸L3 に折り曲げられて対物
レンズ45を介して被測定物Wに照射される。
The laser beam incident on the detector body 11 is
The collimator lens 35 collimates the light into parallel beams and splits the beam.
The optical axis L1Light orthogonal to
Axis L 2And irradiate the reference mirror 37, etc.
Is the optical axis L1And go straight through the beam splitter 41,
The optical axis L with the optical path changing mirror 423The objective is bent into
The object W to be measured is irradiated via the lens 45.

【0021】被測定物Wで反射したレーザ光(物体光)
は同じ光路を逆に戻り、ビームスプリッタ41によって
その一部が光軸L4 に折り曲げられる。光軸L4 に光路
を変えられた物体光の一部はシリンドリカルレンズ46
を経て、四分割ホトダイオード48で受光され、光電変
換される。この信号は図示しない電気ケーブルを介して
レンズ駆動制御回路15に送られ、被測定面における対
物レンズ45の焦点ずれを算出する為の信号となる。
Laser light reflected from the object to be measured W (object light)
Goes back in the same optical path, and a part thereof is bent by the beam splitter 41 to the optical axis L 4 . A part of the object light whose optical path is changed to the optical axis L 4 is a cylindrical lens 46.
Then, the light is received by the four-division photodiode 48 and photoelectrically converted. This signal is sent to the lens drive control circuit 15 via an electric cable (not shown) and serves as a signal for calculating the focus shift of the objective lens 45 on the surface to be measured.

【0022】他方、ビームスプリッタ41を直進した物
体光はビームスプリッタ36で光路が折り曲げられると
共に前述した参照光と重畳され、ホトダイオード38に
よって受光され、光電変換される。この信号は、電気ケ
ーブル51、20を介して制御部14へ送られる。制御
部14は該干渉信号を処理し、被測定物Wの表面形状を
算出する。
On the other hand, the object light traveling straight through the beam splitter 41 has its optical path bent by the beam splitter 36, is superimposed on the above-mentioned reference light, is received by the photodiode 38, and is photoelectrically converted. This signal is sent to the control unit 14 via the electric cables 51 and 20. The control unit 14 processes the interference signal and calculates the surface shape of the measured object W.

【0023】被測定物Wの表面の形状が変化すると、被
測定面と対物レンズ45の焦点位置とにずれが生じる
が、そのずれは、被測定面の反射光の一部を導いたシリ
ンドリカルレンズ46の集光に反映される。シリンドリ
カルレンズ46は非点収差をもつ集光の特性を有し、そ
の像は四分割ホトダイオード48で検出される。四分割
ホトダイオード48はその受光面が上下左右に四分割さ
れており、各分割面に入射するレーザビームの光量に応
じた4つの電気信号をレンズ駆動制御回路15制御部に
出力する。レンズ駆動制御回路15制御部は、入力する
4つの電気信号のうち、上下の分割面に対応する電気信
号のレベルと左右の分割面に対応する電気信号のレベル
の差から、焦点のずれ方向とずれ量を算出し、これを最
小にする方向にリニアモータを駆動する制御信号を出力
する。
When the shape of the surface of the object to be measured W changes, a deviation occurs between the surface to be measured and the focal position of the objective lens 45. The deviation is a cylindrical lens that guides a part of the reflected light from the surface to be measured. It is reflected in the light collection of 46. The cylindrical lens 46 has the property of collecting light with astigmatism, and its image is detected by the four-division photodiode 48. The light receiving surface of the four-divided photodiode 48 is vertically and horizontally divided into four, and outputs four electric signals corresponding to the light amount of the laser beam incident on each divided surface to the control unit of the lens drive control circuit 15. The lens drive control circuit 15 control unit determines the focus deviation direction from the difference between the levels of the electric signals corresponding to the upper and lower split surfaces and the levels of the electrical signals corresponding to the left and right split surfaces, out of the four input electrical signals. The shift amount is calculated, and a control signal for driving the linear motor is output in a direction that minimizes the shift amount.

【0024】対物レンズ45の可変機構はこの制御信号
をもとに、対物レンズ45を上下に駆動する。これによ
り、対物レンズ45は被測定面の凹凸方向に追従して上
下に可動制御され、その結果、レーザビームは常に合焦
点状態で被測定面に照射される。尚、対物レンズ45を
動かしても、被測定物までの光路長の変化は無く、該レ
ンズの移動は後述する被測定物の表面形状測定値には直
接影響しない。
The variable mechanism of the objective lens 45 drives the objective lens 45 up and down based on this control signal. As a result, the objective lens 45 is controlled to move up and down by following the concave-convex direction of the surface to be measured, and as a result, the laser beam is always applied to the surface to be measured in a focused state. Even if the objective lens 45 is moved, the optical path length to the object to be measured does not change, and the movement of the lens does not directly affect the surface shape measurement value of the object to be measured, which will be described later.

【0025】合焦点状態で被測定面に照射されたレーザ
光は、被測定面で反射され、入射光路を逆に戻って、そ
の一部がビームスプリッタ36で参照光と重畳される。
物体光と参照光との間には検出器本体と被測定面との距
離に対応した時間遅れがあり、両者の周波数は異なる。
そのため、参照光と物体光とでヘテロダイン干渉が生じ
る。
The laser light radiated to the surface to be measured in the focused state is reflected by the surface to be measured, returns in the reverse path of the incident light, and a part thereof is superposed on the reference light by the beam splitter 36.
There is a time delay between the object light and the reference light corresponding to the distance between the detector body and the surface to be measured, and the frequencies of the two are different.
Therefore, heterodyne interference occurs between the reference light and the object light.

【0026】この干渉信号はホトダイオード38により
検出される。このホトダイオード38によって検出され
た信号Se(図3(C))の周波数と位相は、参照鏡と
被測定面との光路距離差Dに比例する。尚、信号Seの
レベルは、レーザダイオード24の周波数変調による発
光強度の変化、被測定面の反射率に影響される。本発明
では以下に示す原理により、前記ホトダイオード38に
よって検出された信号からレーザダイオード24の発光
強度の変化の影響を除去している。
This interference signal is detected by the photodiode 38. The frequency and phase of the signal Se (FIG. 3C) detected by the photodiode 38 are proportional to the optical path distance difference D between the reference mirror and the surface to be measured. The level of the signal Se is affected by the change in the emission intensity due to the frequency modulation of the laser diode 24 and the reflectance of the surface to be measured. According to the present invention, the influence of the change in the emission intensity of the laser diode 24 is removed from the signal detected by the photodiode 38 based on the following principle.

【0027】先ず、レーザダイオードの発振周波数の変
調と発光強度の変調について説明する。レーザダイオー
ドに、図3(A)に示すような周期Ts 、変調幅Δiの
鋸歯状波変調電流Sa(t) を入力すると、レーザダイオ
ードの発振角周波数ω(t) 、発光強度I(t) も鋸歯状に
変調される( 図3(B)、(C)参照)。
First, the modulation of the oscillation frequency of the laser diode and the modulation of the emission intensity will be described. When a sawtooth wave modulation current Sa (t) having a period T s and a modulation width Δi as shown in FIG. 3A is input to the laser diode, the oscillation angular frequency ω (t) and the emission intensity I (t of the laser diode are input. ) Is also modulated in a sawtooth shape (see FIGS. 3B and 3C).

【0028】ここで、1変調周期(−Ts /2≦t≦T
s /2)において、鋸歯状波変調電流Sa(t) を、次
式、 Sa(t)=i0+Δi・t/Ts=i0+αi・t …(1) とすると、発振角周波数ω(t) 、及び発光強度I(t)
は、次式、 ω(t)=ω0+Δω・t/Ts=ω0+kwi・αi・t …(2) I(t)=I0+ΔI・t/Ts=I0+kIi・αi・t …(3) のように書くことができる。
Here, one modulation period (-T s / 2≤t≤T)
s / 2), the sawtooth wave modulation current Sa (t) is given by the following expression: Sa (t) = i 0 + Δi · t / T s = i 0 + α i · t (1) ω (t) and emission intensity I (t)
Is the following equation: ω (t) = ω 0 + Δω · t / T s = ω 0 + k wi · α i · t (2) I (t) = I 0 + ΔI · t / T s = I 0 + k Ii・ It can be written as α i · t (3).

【0029】但し、i0 、ω0 、Δi、Δω、ΔIの定
義は、図4に示されている。 また、αi=Δi/Ts(電流変調率) kwi=Δω/Δi(発振角周波数の変調定数) kIi=ΔI/Δi(発光強度の変調定数) である。
However, the definitions of i 0 , ω 0 , Δi, Δω, and ΔI are shown in FIG. Further, α i = Δi / T s (current modulation rate) k wi = Δω / Δi (modulation constant of oscillation angular frequency) k Ii = ΔI / Δi (modulation constant of emission intensity)

【0030】次に、ホトダイオード38によって検出さ
れる干渉信号について説明する。ビームスプリッタ36
に到達するレーザダイオード24の発光強度をηI(t)
とする。但し、ηはレーザ光の光ファイバー16へのカ
ップリング率によって決まる定数とする。また、参照鏡
37の反射光(参照光)の強度をIr (t) 、被測定面の
反射光(物体光)をI0 (t) とすると、Ir (t) 、I0
(t) は、次式、 Ir(t)=βr・ηI(t) …(4) I0(t)=β0・ηI(t) …(5) のようになる。但し、βr ,β0 は反射係数である。
Next, the interference signal detected by the photodiode 38 will be described. Beam splitter 36
The emission intensity of the laser diode 24 reaching
And However, η is a constant determined by the coupling rate of the laser light to the optical fiber 16. If the intensity of the reflected light (reference light) of the reference mirror 37 is I r (t) and the reflected light (object light) of the surface to be measured is I 0 (t), then I r (t), I 0
(t) is expressed by the following equation: I r (t) = β r · ηI (t) (4) I 0 (t) = β 0 · ηI (t) (5) However, β r and β 0 are reflection coefficients.

【0031】上記参照光と物体光とはヘテロダイン干渉
し、ホトダイオード38により検出される干渉信号Se
(t) は、次式のようになる。 Se(t)=K・ηI(t) ×〔βr+β0+2(βrβ0)1/2cos(ωbt+φb)〕…(6) ここで、Kはホトダイオード38の光電変換率、ωb
φb はビート信号の角周波数及び位相であり、それぞれ
次式、 ωb=2Δω/TS τ …(7) φb=ω0 τ …(8) で表される。式(7)、(8)中で、τは図5に示すよ
うに参照光と物体光との時間遅れである。
The reference light and the object light undergo heterodyne interference, and the interference signal Se detected by the photodiode 38 is detected.
(t) is given by the following equation. Se (t) = K · ηI (t) × [β r + β 0 +2 (β r β 0) 1/2 cos (ω b t + φ b) ] ... (6) where, K is the photoelectric conversion of the photodiode 38 , Ω b ,
φ b is the angular frequency and phase of the beat signal, and is expressed by the following equation, ω b = 2Δω / T S τ (7) φ b = ω 0 τ (8) In Expressions (7) and (8), τ is the time delay between the reference light and the object light, as shown in FIG.

【0032】式(6)のI(t) は、式(3)によって表
すことができるため、式(3)において、もし(kIi
αi ・t)が、I0 と比べて小さく、次式、 I0≫|kIi・αi・tmax |=kIi・αi・Ts/2 =kIi(Δi/Ts)(Ts/2)=kIi・Δi/2=ΔI/2 …(9) を満たせば、(kIi・αi ・t)を無視することができ
る。そして、この場合には、上記(6)式は、次式、 Se(t)≒K・ηI0〔βr+β0+2(βrβ0)1/2cos(ωbt+φb)〕…(10) となり、直流成分(βr +β0 )をカットすれば、下記
式(11)を得ることができる。
Since I (t) in equation (6) can be expressed by equation (3), if (k Ii ·
α i · t) is smaller than I 0, and the following equation is given: I 0 >> | k Ii · α i · t max | = k Ii · α i · T s / 2 = k Ii (Δi / T s ) If (T s / 2) = k Ii · Δi / 2 = ΔI / 2 (9) is satisfied, (k Ii · α i · t) can be ignored. Then, in this case, the above equation (6) is expressed by the following equation: Se (t) ≈K · ηI 0r + β 0 +2 (β r β 0 ) 1/2 cos (ω b t + φ b )] ... (10) is obtained, and by cutting the DC component (β r + β 0 ), the following equation (11) can be obtained.

【0033】 Se(t)=A・cos( ωbt+φb)…(11) ところで、上記式(9)を満たすためには、以下のよう
にすればよい。 (1) I0 を大きくする。 (2) Δiを小さくする。 (3) kIiを小さくする。
[0033] Se (t) = A · cos (ω b t + φ b) ... (11) However, in order to satisfy the above expression (9) may be as follows. (1) Increase I 0 . (2) Reduce Δi. (3) Reduce k Ii .

【0034】上記(1) と(2) は、式(1)に示した変調
電流Sa(t) において、バイアス電流i0 を大きくし、
変調幅Δiを小さくすることを意味する。また、(3) の
Iiはレーザダイオードの固有特性により、この値を自
由に変えることはできないが、kIiが小さく、しかもk
wiが大きいレーザダイオードを選択し、使用すれば良
い。
The above (1) and (2) increase the bias current i 0 in the modulation current Sa (t) shown in the equation (1),
This means reducing the modulation width Δi. Also, k Ii in (3) cannot be changed freely due to the inherent characteristics of the laser diode, but k Ii is small and
Select a laser diode with a large wi and use it.

【0035】尚、本実施例では、前述したように鋸歯状
波又は三角波発生器55は、図3(A)に示すようにバ
イアス電流に対して変調幅が小さい鋸歯状波変調電流S
aを出力し、これにより、ホトダイオード38により検
出される干渉信号Seは、図3(C)に示すようにレー
ザダイオード24の周波数変調による発光強度変化の影
響は無視できる程に小さい。
In the present embodiment, as described above, the sawtooth wave or triangle wave generator 55 has the sawtooth wave modulation current S whose modulation width is smaller than that of the bias current as shown in FIG. 3 (A).
As a result, the interference signal Se detected by the photodiode 38 is so small that the change in the emission intensity due to the frequency modulation of the laser diode 24 is negligible as shown in FIG. 3 (C).

【0036】さて、図2において、ホトダイオード38
によって検出された干渉信号Seはバンドパスフィルタ
57に出力される。バンドパスフィルタ57は中心周波
数fs 、バンド幅Δν(例えばfs /10)を有し、入
力信号Seからfs の成分を取り出し、その取り出した
信号Sf(図3(D))を波形整形器59に出力する。
波形整形器59は入力信号Sfを矩形波の信号Sg(図
3(E))に変換し、周波数逓倍回路61はこの信号S
gの周波数が予め設定された倍率m(図3ではm=2)
になるように逓倍し、その逓倍した信号(パルス信号)
Sg′をゲート回路62の入力G1 に出力する(図3
(G)、(H)参照)。
Now, referring to FIG. 2, the photodiode 38
The interference signal Se detected by is output to the bandpass filter 57. The bandpass filter 57 has a center frequency f s and a bandwidth Δν (for example, f s / 10), extracts the component of f s from the input signal Se, and shapes the extracted signal Sf (FIG. 3D). Output to the container 59.
The waveform shaper 59 converts the input signal Sf into a rectangular wave signal Sg (FIG. 3 (E)), and the frequency multiplication circuit 61 outputs this signal Sg.
The frequency g is a preset magnification m (m = 2 in FIG. 3)
So that the signal becomes a pulse signal.
Sg ′ is output to the input G 1 of the gate circuit 62 (see FIG. 3).
(See (G) and (H)).

【0037】一方、波形整形器58は鋸歯状波又は三角
波発生器55から入力する鋸歯状波変調電流Saを矩形
波の信号Sb(図3(B))に変換し、周波数逓倍回路
60はこの信号Sbの周波数を前記周波数逓倍回路61
と同じ倍率で逓倍し、その逓倍した信号(パルス信号)
Sb′をゲート回路62の入力G2 に出力する(図3
(F)参照)。
On the other hand, the waveform shaper 58 converts the sawtooth wave modulation current Sa inputted from the sawtooth wave or triangle wave generator 55 into a rectangular wave signal Sb (FIG. 3 (B)), and the frequency multiplication circuit 60 uses this. The frequency of the signal Sb is multiplied by the frequency multiplication circuit 61.
Multiplied by the same multiplication factor, and the multiplied signal (pulse signal)
Sb ′ is output to the input G 2 of the gate circuit 62 (see FIG. 3).
(See (F)).

【0038】ゲート回路62は、入力G1 のパルス信号
Sg′と入力G2 のパルス信号Sb′の周波数差による
新しいパルス信号を作り、アップダウンカウンタ63の
アップ入力U又はダウン入力Dに出力する。従って、ア
ップダウンカウンタ63はパルス信号Sb′とパルス信
号Sg′との周波数の差を積算することになる。ところ
で、被測定物が停止している場合には、周波数逓倍回路
61から出力されるパルス信号Sg′の周波数は、周波
数逓倍回路60から出力される基準のパルス信号Sb′
の周波数と一致し、アップダウンカウンタ60のカウン
ト値は変化しないが、被測定物が移動すると、ドップラ
ー周波数偏移により波形整形器59から出力される信号
Sg(周波数逓倍回路61から出力されるパルス信号S
g′)の周波数は変化する。
The gate circuit 62, the input G 1 'and enter G 2 of the pulse signal Sb' pulse signal Sg create a new pulse signal by the frequency difference, and outputs the up input U or down input D of the up-down counter 63 . Therefore, the up / down counter 63 integrates the frequency difference between the pulse signal Sb ′ and the pulse signal Sg ′. By the way, when the DUT is stopped, the frequency of the pulse signal Sg ′ output from the frequency multiplication circuit 61 is the reference pulse signal Sb ′ output from the frequency multiplication circuit 60.
, And the count value of the up / down counter 60 does not change, but when the DUT moves, the signal Sg output from the waveform shaper 59 due to the Doppler frequency shift (the pulse output from the frequency multiplication circuit 61) Signal S
The frequency of g ') changes.

【0039】即ち、被測定物が遠ざかる方向に移動する
と、パルス信号Sg′の周波数は大きくなり(図3
(G)参照)、被測定物がに近づく方向に移動すると、
パルス信号Sg′の周波数は小さくなる(図3(H)参
照)。従って、パルス信号Sb′とパルス信号Sg′の
パルス数の差は、被測定物の移動速度及び移動方向に対
応し、そのパルス数の差の積算値は被測定物の移動量に
対応する。これにより、被測定物を或る位置から他の位
置に移動させたときのアップダウンカウンタ63のカウ
ント値の増減量に基づいて、被測定物の移動距離を測定
することができる。
That is, when the object to be measured moves away, the frequency of the pulse signal Sg 'increases (see FIG. 3).
(Refer to (G)), when the measured object moves in the direction of,
The frequency of the pulse signal Sg 'becomes smaller (see FIG. 3 (H)). Therefore, the difference between the pulse numbers of the pulse signal Sb ′ and the pulse signal Sg ′ corresponds to the moving speed and moving direction of the measured object, and the integrated value of the difference between the pulse numbers corresponds to the moving amount of the measured object. Thus, the moving distance of the measured object can be measured based on the amount of increase or decrease in the count value of the up / down counter 63 when the measured object is moved from a certain position to another position.

【0040】尚、変調電流波形は上記鋸歯状波に限ら
ず、三角波を用いてもよい。また、三角波を用いるとき
には、その折り返しの部分を位相反転させ、前半部分に
加えることにより、2倍の感度を得ることができる。図
6の応用例は、図1の実施例の検出器本体11の代わり
に、接触式の検出器本体71を用いたもので、図1の実
施例の中の同一又は類似の部材には同一の番号を付し、
その説明は省略する。
The modulation current waveform is not limited to the sawtooth wave, but a triangular wave may be used. When a triangular wave is used, the doubled sensitivity can be obtained by inverting the phase of the folded portion and adding it to the first half portion. The application example of FIG. 6 uses a contact-type detector body 71 instead of the detector body 11 of the embodiment of FIG. 1, and the same or similar members in the embodiment of FIG. Numbered,
The description is omitted.

【0041】図6に示した検出器本体は、本体ケース7
2の下面には、開口部73が形成されこの開口部73に
は板バネ74を介して上下に可動する探触子75が配置
されている。該探触子の運動線上には反射鏡76が固着
されている。尚、探触子上に構成される反射鏡は、前記
の様に別体のミラーを固着してもよいし、探触子上に直
接鏡面加工してミラーを形成してもよい。
The detector main body shown in FIG.
An opening 73 is formed on the lower surface of 2, and a probe 75 that is vertically movable via a leaf spring 74 is arranged in the opening 73. A reflecting mirror 76 is fixed on the line of motion of the probe. The reflecting mirror formed on the probe may be a separate mirror fixed as described above, or may be directly mirror-finished on the probe to form a mirror.

【0042】検出器本体71に導かれたレーザ光は、コ
リメートレンズ35によって平行光にされ、この光軸L
1 上のビームスプリッタ36で異なる2方向に分割され
る。そして、一方のレーザビームは、光路変換用ミラー
42で光軸L5 に折り曲げられ、前記反射鏡76に照射
され、他方は光軸L1 に直交する光軸L2 上に配置した
参照ミラー37に照射されるように、光学系を配置す
る。また、ホトダイオード38は光軸L2 上にビームス
プリッタ36を挟んで参照ミラー37と対峙して配置す
る。
The laser light guided to the detector main body 71 is collimated by the collimator lens 35, and its optical axis L
The beam splitter 36 above 1 splits the beam into two different directions. Then, one of the laser beams is bent by the optical path changing mirror 42 to the optical axis L 5 , is irradiated on the reflecting mirror 76, and the other laser beam is arranged on the optical axis L 2 which is orthogonal to the optical axis L 1. The optical system is arranged so that the laser beam is irradiated on. Further, the photodiode 38 is arranged on the optical axis L 2 so as to face the reference mirror 37 with the beam splitter 36 interposed therebetween.

【0043】尚、光路変換用ミラー42は検出器本体の
構成上必須ではなく、光軸L1 と光軸L5 は同軸に配置
してもよい。被測定物Wの表面に接触させた探触子75
が、該被測定物の凹凸方向に可動し、かつ探触子75の
運動線上に備えた反射鏡76は、探触子の運動を誤差無
く反映している。前記反射鏡76によって反射されるレ
ーザビーム(物体光)と、参照ミラー37によって反射
されるレーザビーム(参照光)との間には、該反射鏡7
6の移動距離に対応した時間遅れがあり、両者の周波数
は異なる。そのため、物体光と参照光とでヘテロダイン
干渉が生じる。ホトダイオード38によって受光され、
光電変換されたこの干渉信号をもとに、制御部14にお
いて被測定面物の表面形状を測定する過程は図1の実施
例と同様である。
The optical path changing mirror 42 is not essential in the construction of the detector body, and the optical axis L 1 and the optical axis L 5 may be arranged coaxially. The probe 75 in contact with the surface of the object to be measured W
However, the reflecting mirror 76 that is movable in the uneven direction of the object to be measured and is provided on the line of motion of the probe 75 reflects the motion of the probe without error. Between the laser beam (object light) reflected by the reflecting mirror 76 and the laser beam (reference light) reflected by the reference mirror 37, the reflecting mirror 7
There is a time delay corresponding to the movement distance of 6, and the frequencies of both are different. Therefore, heterodyne interference occurs between the object light and the reference light. The light is received by the photodiode 38,
The process of measuring the surface shape of the object to be measured in the control unit 14 based on this photoelectrically converted interference signal is the same as in the embodiment of FIG.

【0044】上記の検出器本体71を用いれば、図1の
実施例の非接触式検出器本体11と互換性を有して取り
付けが可能で、同一の制御部(光源部を含む)を用いて
非接触式と接触式の両タイプの検出器を選択的に使用す
ることができる。図1の実施例の電気ケーブル20の代
わりに、シングルモードファイバーで構成された光ファ
イバーを用いることも可能で、この場合、検出器本体の
受光部は、図1のホトダイオード38の代わりに光路変
換用反射鏡と、対物レンズと、で構成され、制御部内に
ホトダイオード38の代わりに光電変換素子を備え、検
出器本体と制御部とが,光コネクタにより着脱可能な光
ファイバーにより接続される構成からなる。
If the above-mentioned detector main body 71 is used, it can be mounted compatible with the non-contact type detector main body 11 of the embodiment of FIG. 1, and the same control unit (including the light source unit) is used. Both non-contact and contact type detectors can be selectively used. It is also possible to use an optical fiber composed of a single mode fiber instead of the electric cable 20 of the embodiment of FIG. 1, and in this case, the light receiving part of the detector main body is for optical path conversion instead of the photodiode 38 of FIG. It is composed of a reflecting mirror and an objective lens, a photoelectric conversion element is provided in the control section instead of the photodiode 38, and the detector main body and the control section are connected by an optical fiber which is detachable by an optical connector.

【0045】前記の如く構成された、表面形状測定装置
においては、参照ミラー37で反射されたレーザ光(参
照光)と被測定面で反射されたレーザ光(物体光)と
は、ビームスプリッタ36によって重畳され、両者でヘ
テロダイン干渉が生じる。上記の経緯は図1の実施例に
記載と同様である。この干渉による検出光は、前記構成
の光路変換用反射鏡で光路が折り曲げられ、集光レンズ
により集光されて、シングルモードファイバーで構成さ
れた光ファイバーの端面に入射する。尚、光路変換用反
射鏡は構成上必須ではない。
In the surface profile measuring apparatus configured as described above, the laser light reflected by the reference mirror 37 (reference light) and the laser light reflected by the surface to be measured (object light) are beam splitter 36. Are superposed by each other, and heterodyne interference occurs in both. The above process is similar to that described in the embodiment of FIG. The detection light due to this interference has its optical path bent by the reflection mirror for optical path conversion having the above-described configuration, is condensed by the condensing lens, and enters the end face of the optical fiber composed of the single mode fiber. Incidentally, the optical path changing reflecting mirror is not essential in the configuration.

【0046】光ファイバーを介して制御部へ送られた検
出光は、制御部において光電変換されて処理される。制
御部における測定の原理は図1〜図6の実施例と同様で
ある。図1の実施例においては、検出光は検出器本体内
で電気信号に変換され、電気ケーブルを介して制御部へ
送られていたが、上記実施例においては、検出光は光フ
ァイバーを介して制御部へ送られ、制御部において光電
変換されるので、図1の実施例と比較して電気的ノイズ
に対して強く、しかも電気ケーブルによる周波数応答遅
れの問題もなく、高速応答性の面で有利である。
The detection light sent to the control unit via the optical fiber is photoelectrically converted and processed by the control unit. The principle of measurement in the controller is similar to that of the embodiment shown in FIGS. In the embodiment of FIG. 1, the detection light is converted into an electric signal in the detector body and sent to the control unit via the electric cable, but in the above-mentioned embodiment, the detection light is controlled via the optical fiber. Since it is sent to the control section and photoelectrically converted in the control section, it is more resistant to electrical noise than the embodiment of FIG. 1, and there is no problem of frequency response delay due to the electric cable, which is advantageous in high-speed response. Is.

【0047】図1の実施例及び図6の応用例では、レー
ザ光源部と制御部は独立したものとして説明したが、図
1、図6の想像線で囲んで示したようにレーザ光源部と
制御部とは一体にしてもよい。また、測定の際の走査方
法としては、検出器本体11を固定して被測定物Wを動
かすことによって走査してもよいし、逆に、被測定物W
を固定して検出器本体を動かして走査してもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1 and the application shown in FIG. 6, the laser light source section and the control section have been described as being independent of each other. However, as shown by the imaginary lines in FIGS. It may be integrated with the control unit. Further, as a scanning method at the time of measurement, the detector body 11 may be fixed and the object to be measured W may be moved, or conversely, the object to be measured W may be scanned.
Alternatively, the detector main body may be fixed and the main body of the detector may be moved for scanning.

【0048】本発明に係る実施例では、レーザビームの
偏光を利用していないので、偏光を利用した干渉計と異
なり、偏光素子、偏光ビームスプリッタ等が不要にな
り、光学系が簡単になる利点がある。また、検出器本体
と、光源部及び制御部とは互いに着脱が容易であり、簡
単な光学系で装置全体をコンパクトにできる。
In the embodiment according to the present invention, since the polarization of the laser beam is not used, unlike the interferometer using the polarization, the polarizing element, the polarization beam splitter, etc. are not required, and the optical system is simplified. There is. Further, the detector body and the light source unit and the control unit can be easily attached to and detached from each other, and the entire apparatus can be made compact with a simple optical system.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明した様に本発明に係る表面形状
測定装置によれば、光触針としてのレーザビームは常に
合焦点状態で被測定面に照射され、その反射光の一部を
導入した光干渉計によって被測定物の表面形状が光学的
に測定される。従って、非接触式でありながら表面の凹
凸方向に関して広範囲な測定が可能となることに加え
て、高感度、高精度の測定ができる。
As described above, according to the surface profile measuring apparatus of the present invention, the laser beam as the optical stylus is always irradiated on the surface to be measured in a focused state and a part of the reflected light is introduced. The surface shape of the object to be measured is optically measured by the optical interferometer. Therefore, in spite of being a non-contact type, it is possible to perform a wide range measurement in the direction of surface irregularities, and it is also possible to perform a highly sensitive and highly accurate measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明の一実施例の全体構成を示す説明
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図2は図1の本発明に係る形状測定装置におけ
る制御部の一実施例を示すブロック図
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a control unit in the shape measuring apparatus according to the present invention shown in FIG.

【図3】図3(A)〜(H)は鋸歯状波の変調電流を用
いた場合のそれぞれ図3の各部から出力される信号波形
3 (A) to 3 (H) are signal waveform diagrams output from the respective units of FIG. 3 when a sawtooth wave modulation current is used.

【図4】図4(A)〜(C)はそれぞれレーザダイオー
ドに入力される鋸歯状波の変調電流、該変調電流によっ
て生じたレーザダイオードの発振角周波数及び発光強度
を示す波形図
4A to 4C are waveform diagrams showing a modulation current of a sawtooth wave input to a laser diode, an oscillation angular frequency of the laser diode and an emission intensity generated by the modulation current, respectively.

【図5】図5は鋸歯状波の変調電流を用いた場合の物体
光と参照光の発振角周波数と発光強度変化を示す波形図
FIG. 5 is a waveform diagram showing changes in oscillation angular frequency and emission intensity of object light and reference light when a sawtooth wave modulation current is used.

【図6】図6は本発明の応用例を示す要部概略図FIG. 6 is a schematic view of a main part showing an application example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…レーザ光源 11…検出器本体 12…本体ケース 14…制御部 15…レンズ可変機構制御回路 16…光ファイバー 20…電気ケーブル 36、41…ビームスプリッタ 37…参照ミラー 38…ホトダイオード 45…対物レンズ 46…シリンドリカルレンズ 48…四分割ホトダイオード 53、54…コネクタ 10 ... Laser light source 11 ... Detector main body 12 ... Main body case 14 ... Control part 15 ... Lens variable mechanism control circuit 16 ... Optical fiber 20 ... Electric cable 36, 41 ... Beam splitter 37 ... Reference mirror 38 ... Photodiode 45 ... Objective lens 46 ... Cylindrical lens 48 ... Quadrant photodiode 53, 54 ... Connector

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周波数変調したレーザビームを発生させる
レーザ光源部と、 前記レーザビームの一部を被測定物に照射する為の対物
レンズ系と、 該対物レンズ系を被測定面に対して遠近移動させるレン
ズ駆動機構と、 前記レーザ光源部から導入したレーザビームを分割し、
分割した一方のレーザビームを前記対物レンズ系を介し
て被測定面に照射して反射光を得ると共に、他方のレー
ザビームを参照反射鏡に照射して反射光を得て、これら
両反射光を干渉させるマイケルソン型干渉光学系と、 前記対物レンズ系を介して被測定面からの反射光の一部
を取り込み、被測定面での対物レンズ系の焦点ずれを検
出する検出手段と、 前記検出手段が検出した焦点ずれに基づいて被測定面上
で対物レンズ系の焦点が合うようにレンズ駆動機構を駆
動制御するレンズ駆動制御回路と、 前記マイケルソン型干渉光学系において生じるヘテロダ
イン干渉による干渉光を受光し、受光した光干渉信号を
電気信号に変換する光電変換部と、 前記光電変換部の検出信号に基づいて被測定物の形状の
変位量を算出すると共に、前記レーザ光源の周波数変調
を制御する制御部と、 を備えたことを特徴とする表面形状測定装置。
1. A laser light source section for generating a frequency-modulated laser beam, an objective lens system for irradiating a part of the laser beam onto an object to be measured, and the objective lens system to a distance from a surface to be measured. A lens driving mechanism for moving, dividing the laser beam introduced from the laser light source unit,
One of the divided laser beams is applied to the surface to be measured through the objective lens system to obtain reflected light, and the other laser beam is applied to the reference reflecting mirror to obtain reflected light. A Michelson type interference optical system for causing interference, a detection means for capturing a part of the reflected light from the surface to be measured through the objective lens system, and detecting a defocus of the objective lens system on the surface to be measured; A lens drive control circuit that drives and controls a lens drive mechanism so that the objective lens system is focused on the surface to be measured based on the defocus detected by the means; and interference light due to heterodyne interference generated in the Michelson type interference optical system. And a photoelectric conversion unit that converts the received optical interference signal into an electric signal, and calculates the displacement of the shape of the DUT based on the detection signal of the photoelectric conversion unit, and the laser A surface shape measuring apparatus comprising: a control unit that controls frequency modulation of a light source.
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