JPH10148505A - Optical displacement gauge and method for measuring displacement using it - Google Patents

Optical displacement gauge and method for measuring displacement using it

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JPH10148505A
JPH10148505A JP31856296A JP31856296A JPH10148505A JP H10148505 A JPH10148505 A JP H10148505A JP 31856296 A JP31856296 A JP 31856296A JP 31856296 A JP31856296 A JP 31856296A JP H10148505 A JPH10148505 A JP H10148505A
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light
polarized
component
optical path
condensing
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JP31856296A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Izeki
敏之 井関
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress drop of the sensitivity even when the surface of an object is inclined. SOLUTION: The light of a light source is converted through a collimator lens 2 into a parallel light, and it passes through a beam splitter 3, and is separated into P and S polarization elements through a lens system consisting of focal lens 11 and objective lens 4, and they are converted on different positions on the light axis. The light reflecting on the surface of an object 5 passes through the lenses 4 and 11 and is reflected on the beam splitter 3, and then it is converted into a focusing light by a detection lens 6 and is separated into P and S polarization elements through a polarization beam splitter 7. Pin-holes 8a and 8b are arranged on an optical path of the light having polarization elements, that is, at the conjugate position for converging point of respective polarization elements through the objective lens 4. The respective polarization elements passing the pin-holes 8a and 8b are received by optical detectors 9a and 9b and are converted photoelectrically. Then they are computed by a differential amplifier 10, thus obtaining a differential output corresponding to the displacement of the surface of the object 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光学式変位計お
よびこれを用いた変位測定方法に関し、更に詳しくは、
物体の表面が傾いている場合にも、感度の低下を抑制で
きる光学式変位計およびこれを用いた変位測定方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement meter and a displacement measuring method using the same.
The present invention relates to an optical displacement meter capable of suppressing a decrease in sensitivity even when the surface of an object is tilted, and a displacement measuring method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光学式変位計としては、例えば米
国特許第3788341号の明細書、および、米国特許
第3719421号の明細書に記載のものが知られてい
る。
2. Description of the Related Art As a conventional optical displacement meter, those described in, for example, US Pat. No. 3,788,341 and US Pat. No. 3,719,421 are known.

【0003】図8は、従来の光学式変位計700の構成
を示す構成図である。平行光の測定光束をビームスプリ
ッタ3を透過させ、対物レンズ4により物体5の表面に
集光する。物体5の表面からの反射光は、対物レンズ4
を経てビームスプリッタ7で反射する。反射した光は、
レンズ6により収束光に変換された後、ビームスプリッ
タ7に入射する。ビームスプリッタ7では、入射光を2
光束に分離する。分離した光束の一方は、ピンホール8
aを経て受光素子9aで受光される。他方は、ピンホー
ル8bを経て受光素子9bで受光される。受光した光
は、受光素子9a、9bにより光電変換される。
FIG. 8 is a configuration diagram showing the configuration of a conventional optical displacement meter 700. As shown in FIG. The measurement light flux of the parallel light passes through the beam splitter 3 and is condensed on the surface of the object 5 by the objective lens 4. The reflected light from the surface of the object 5 is
And is reflected by the beam splitter 7. The reflected light is
After being converted into convergent light by the lens 6, the light is incident on the beam splitter 7. In the beam splitter 7, the incident light is
Separate into luminous flux. One of the separated light beams is a pinhole 8
The light is received by the light receiving element 9a via a. The other is received by the light receiving element 9b via the pinhole 8b. The received light is photoelectrically converted by the light receiving elements 9a and 9b.

【0004】光学式変位計700の光軸に対して、物体
5の表面が垂直な場合には、ピンホール8a、8bの位
置におけるビームスポットは、物体5の表面位置によっ
て図9の(a)〜(c)に示すように変化する(ビーム
スポットBa〜Bc)。
When the surface of the object 5 is perpendicular to the optical axis of the optical displacement meter 700, the beam spot at the positions of the pinholes 8a and 8b depends on the surface position of the object 5 as shown in FIG. To (c) (beam spots Ba to Bc).

【0005】また、ピンホールを通過する光量は、図9
の(a)〜(c)の順に増大する。このため、ピンホー
ル後方に配置された受光素子9a、9bの出力は、物体
5の表面変位により図10の(a)に示すような特性を
示す、これより、図10の(b)に示すような、差動出
力が得られる。物体5の表面変位は、この差動出力に基
づいて測定する。
The amount of light passing through the pinhole is shown in FIG.
(A) to (c). For this reason, the outputs of the light receiving elements 9a and 9b disposed behind the pinhole exhibit characteristics as shown in FIG. 10A due to the surface displacement of the object 5, and hence are shown in FIG. 10B. Such a differential output is obtained. The surface displacement of the object 5 is measured based on the differential output.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の光学式変位
計700では、光学式変位計700の光軸に対して物体
5の表面が垂直な場合には、良好な出力を得ることがで
きる。しかしながら、光学式変位計の光軸に対して物体
5の表面が傾いている場合には、ピンホール8a、8b
の位置におけるビームスポットは図11の(a)〜
(c)のように変化する。
In the above-described conventional optical displacement meter 700, when the surface of the object 5 is perpendicular to the optical axis of the optical displacement meter 700, a good output can be obtained. However, when the surface of the object 5 is inclined with respect to the optical axis of the optical displacement meter, the pinholes 8a, 8b
The beam spots at the positions of FIG.
It changes as shown in (c).

【0007】通常、図11の(c)の条件では、ピンホ
ールを通過する光量が最大となる。しかし、対物レンズ
4による集光点とピンホールの位置とが共役関係にない
ので、光がピンホールの開口により遮光される。この結
果、ピンホールの後方に配置された受光素子の出力は、
図12(a)のように変化する。従って、得られる差動
出力は、図12(b)に示すようになり、物体5の表面
が光軸に対して垂直になっている場合(図10)に比べ
て、著しく低下する。このように、物体5の表面が傾い
ている場合は、光学式変位計700の感度が著しく低下
するという問題点があった。
Normally, under the condition shown in FIG. 11C, the amount of light passing through the pinhole becomes maximum. However, since the focal point of the objective lens 4 and the position of the pinhole are not in a conjugate relationship, light is blocked by the aperture of the pinhole. As a result, the output of the light receiving element arranged behind the pinhole is
It changes as shown in FIG. Accordingly, the obtained differential output is as shown in FIG. 12 (b), which is significantly lower than when the surface of the object 5 is perpendicular to the optical axis (FIG. 10). As described above, when the surface of the object 5 is inclined, there is a problem that the sensitivity of the optical displacement meter 700 is significantly reduced.

【0008】また、特開平4−96514号公報では、
半導体レーザ光源からの直線偏光からP偏光成分および
S偏光成分を取り出し、これを複屈折光学系により焦点
位置を異ならせて物体表面に集光し、その反射した各偏
光成分を分離してそれぞれの受光素子により受光する技
術が開示されている。しかし、かかる光学式変位計にお
いても、物体の表面が傾いている場合は上記同様の問題
点が生じ得る。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-96514,
The P-polarized light component and the S-polarized light component are extracted from the linearly polarized light from the semiconductor laser light source, and are focused on the object surface with different focal positions by a birefringent optical system. A technique of receiving light by a light receiving element is disclosed. However, even in such an optical displacement meter, when the surface of the object is inclined, the same problem as described above may occur.

【0009】また、上記従来の光学式変位計の他に、Y
.Fainman,E.Lenz,and,J.Shamir:Optical Profilomete
r;A New Method For High Sensitivity,Appl.Opt.21,17
September(1982)3200〜3207、において開示されたもの
が知られている。かかる場合も上記同様の問題点が生じ
得る。
In addition to the above-mentioned conventional optical displacement meter, Y
.Fainman, E.Lenz, and, J.Shamir: Optical Profilomete
r; A New Method For High Sensitivity, Appl.Opt.21,17
The one disclosed in September (1982) 3200-3207 is known. In such a case, the same problem as described above may occur.

【0010】この発明は、上記に鑑みてなされたもので
あって、物体の表面が傾いている場合にも、感度の低下
を抑制できる光学式変位計およびこれを用いた変位測定
方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above, and provides an optical displacement meter capable of suppressing a decrease in sensitivity even when the surface of an object is inclined, and a displacement measuring method using the same. The purpose is to:

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項1に係る光学式変位計は、物体表面の変位
を測定するための光を放射する、レーザ光源などからな
る光源手段と、当該光源手段から放射された光を平行光
に変換するレンズ手段と、当該レンズ手段により平行光
に変換された光をP偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ
異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に集光する集
光手段と、前記物体表面で反射したP偏光成分およびS
偏光成分の光を当該P偏光成分の光とS偏光成分の光と
に分離する分離手段と、前記集光手段により集光したP
偏光成分の光の当該集光位置に対して、共役位置に配置
した第1の微小開口手段と、前記集光手段により集光し
たS偏光成分の光の当該集光位置に対して、共役位置に
配置した第2の微小開口手段と、前記第1の微小開口手
段を通過したP偏光成分の光の強度を検出する第1の受
光手段と、前記第2の微小開口手段を通過したS偏光成
分の光の強度を検出する第2の受光手段と、前記検出さ
れたそれぞれの光の強度から、光軸方向における前記物
体表面の変位を求める演算手段と、を具備するものであ
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical displacement meter which emits light for measuring the displacement of an object surface, such as a laser light source. And lens means for converting light emitted from the light source means into parallel light; and converting the light converted into parallel light by the lens means into different light-collecting positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component on the object surface. Light condensing means for converging light in the vicinity, a P-polarized light component reflected from the object surface and
Separating means for separating the light of the polarized light component into the light of the P-polarized light component and the light of the S-polarized light component;
A first minute aperture unit disposed at a conjugate position with respect to the condensing position of the polarized light component, and a conjugate position with respect to the condensing position of the S-polarized component light collected by the condensing unit; , A first light receiving means for detecting the intensity of the P-polarized light component passing through the first minute opening means, and an S-polarized light passing through the second minute opening means. A second light receiving means for detecting the intensity of the component light; and a calculating means for obtaining a displacement of the object surface in the optical axis direction from the detected respective light intensities.

【0012】また、請求項2に係る光学式変位計は、物
体表面の変位を測定するための光を放射する、レーザ光
源などからなる光源手段と、当該光源手段から放射され
た光を平行光に変換するレンズ手段と、当該レンズ手段
により平行光に変換された光をP偏光成分とS偏光成分
とでそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近傍
に集光する集光手段と、前記物体表面で反射したP偏光
成分およびS偏光成分の光を当該P偏光成分の光とS偏
光成分の光とに分離する分離手段と、前記集光手段によ
り集光したP偏光成分の光の当該集光位置に対して、共
役位置に配置され、かつ、受光面が同心円状に分割さ
れ、前記集光したP偏光成分の光の強度を検出する第1
の受光手段と、前記集光手段により集光したS偏光成分
の光の当該集光位置に対して、共役位置に配置され、か
つ、受光面が同心円状に分割され、前記集光したS偏光
成分の光の強度を検出する第2の受光手段と、前記検出
されたそれぞれの光の強度から、光軸方向における前記
物体表面の変位を求める演算手段と、具備するものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical displacement meter which emits light for measuring the displacement of the surface of an object, such as a laser light source, and converts the light emitted from the light source into a parallel light. Lens means for converting the light into parallel light by the lens means, and condensing means for condensing the light converted into parallel light near the object surface with different light condensing positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component; Separating means for separating the P-polarized light component and the S-polarized light reflected by the light into the P-polarized light and the S-polarized light; and the condensing of the P-polarized light condensed by the condensing means. A light receiving surface which is arranged at a conjugate position with respect to the position and whose light receiving surface is concentrically divided to detect the intensity of the collected P-polarized component light;
And a conjugate position with respect to the condensing position of the S-polarized component light condensed by the condensing unit, and the light-receiving surface is divided concentrically, and the condensed S-polarized light A second light receiving means for detecting the intensity of the component light; and a calculating means for calculating a displacement of the object surface in the optical axis direction from the detected respective light intensities.

【0013】また、請求項3に係る光学式変位計は、物
体表面の変位を測定するための光を放射する、レーザ光
源などからなる光源手段と、光の偏光面を、順方向およ
び逆方向で同一回りに45°回転させるファラデー回転
素子と、光の偏光面を、順方向および逆方向で反対回り
に45°回転させる第1の1/2波長板と、前記ファラ
デー回転素子および第1の1/2波長板により偏光面を
90°回転させられた光を、P偏光成分とS偏光成分と
でそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に
集光する集光手段と、前記物体表面で反射し、偏光面を
回転せずに前記ファラデー回転素子および第1の1/2
波長板を経た、前記P偏光成分およびS偏光成分の光
を、当該P偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離する
第1の分離手段と、当該第1の分離手段により分離した
偏光成分の光の偏光面を45°回転する第2の1/2波
長板と、当該第2の1/2波長板により偏光面を回転さ
せられた光をP偏光成分とS偏光成分とに分離する分離
手段と、前記集光手段により集光したP偏光成分の光の
当該集光位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受
光面が同心円状に分割され、前記集光したP偏光成分の
光の強度を検出する第1の受光手段と、前記集光手段に
より集光したS偏光成分の光の当該集光位置に対して、
共役位置に配置され、かつ、受光面が同心円状に分割さ
れ、前記集光したS偏光成分の光の強度を検出する第2
の受光手段と、前記検出されたそれぞれの光の強度か
ら、光軸方向における前記物体表面の変位を求める演算
手段と、を具備するものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical displacement meter which emits light for measuring the displacement of the surface of an object, such as a laser light source, and a polarization plane of the light which is arranged in a forward direction and a reverse direction. A Faraday rotator that rotates 45 ° around the same direction, a first half-wave plate that rotates the polarization plane of light by 45 ° in opposite directions in the forward and reverse directions, the Faraday rotator and the first Light condensing means for condensing light whose polarization plane has been rotated by 90 ° by a half-wave plate near the object surface with different light condensing positions for P-polarized light component and S-polarized light component; The Faraday rotator and the first half without reflecting and rotating the plane of polarization.
A first separating unit that separates the P-polarized component light and the S-polarized component light into light of the P-polarized component and light of the S-polarized component through a wavelength plate, and polarized light separated by the first separating unit. A second half-wave plate that rotates the polarization plane of the component light by 45 °, and separates the light whose polarization plane is rotated by the second half-wave plate into a P-polarized component and an S-polarized component. Separating means, and the condensed P-polarized light, which is disposed at a conjugate position with respect to the condensing position of the P-polarized light component condensed by the condensing means, and whose light-receiving surface is concentrically divided, A first light receiving unit that detects the intensity of the component light, and a light-collecting position of the S-polarized component light collected by the light collecting unit.
A second light-receiving surface which is arranged at a conjugate position and whose light-receiving surface is divided concentrically, and which detects the intensity of the condensed S-polarized light component;
And calculation means for calculating the displacement of the surface of the object in the optical axis direction from the detected light intensities.

【0014】また、請求項4に係る光学式変位計は、上
記光学式変位計において、前記集光手段を、材料の複屈
折を利用した2焦点光学系としたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the above-described optical displacement meter, the condensing means is a bifocal optical system utilizing birefringence of a material.

【0015】また、請求項5に係る光学式変位計は、物
体表面の変位を測定するための光を放射する光源手段
と、当該光源手段から放射された光を、わずかに収束ま
たは発散させるレンズ手段と、当該レンズ手段で収束ま
たは発散させられた光をP偏光成分の光とS偏光成分の
光とに分離することで、前記光の光路を、前記P偏光成
分にかかる第1光路と、前記S偏光成分にかかる第2光
路とに分割する分離・光路分割手段と、前記第1光路に
おいて、当該第1光路の光路長を前記第2光路の光路長
よりも長く設定するためのミラー手段と、光の偏光面
を、順方向および逆方向で同一回りに45°回転させる
第1のファラデー回転素子と、光の偏光面を、順方向お
よび逆方向で反対回りに45°回転させる第1の1/2
波長板と、を備え、前記第2光路において、光の偏光面
を、順方向および逆方向で同一回りに45°回転させる
第2のファラデー回転素子と、光の偏光面を、順方向お
よび逆方向で反対回りに45°回転させる第2の1/2
波長板と、を備え、前記第1のファラデー回転素子およ
び第1の1/2波長板によりP偏光成分の光の偏光面を
90°回転させて得たS偏光成分の光と、前記第2のフ
ァラデー回転素子および第2の1/2波長板によりS偏
光成分の光の偏光面を90°回転させて得たP偏光成分
の光と、を一つの光束に合成することで光路を結合し、
または、前記物体表面で反射した当該光束を前記P偏光
成分の光と前記S偏光成分の光とに分離する光路結合・
分離手段と、前記結合した光束を、前記第1光路と第2
光路との光路長差と、前記レンズ手段による収束または
発散と、の作用により、P偏光成分とS偏光成分とでそ
れぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に集光
する集光手段と、前記物体表面で反射し、第1光路にお
いて前記第1のファラデー回転素子および第1の1/2
波長板により偏光面を回転せず前記光路結合・分離手段
および分離・光路分割手段を経たS偏光成分の光と、第
2光路において前記第2のファラデー回転素子および第
2の1/2波長板により偏光面を回転せず前記光路結合
・分離手段および分離・光路分割手段を経たP偏光成分
の光と、を当該P偏光成分とS偏光成分とに分離する分
離手段と、前記集光手段により集光したP偏光成分の光
の当該集光位置に対して、共役位置に配置され、かつ、
受光面が同心円状に分割され、前記集光したP偏光成分
の光の強度を検出する第1の受光手段と、前記集光手段
により集光したS偏光成分の光の当該集光位置に対し
て、共役位置に配置され、かつ、受光面が同心円状に分
割され、前記集光したS偏光成分の光の強度を検出する
第2の受光手段と、前記検出されたそれぞれの光の強度
から、光軸方向における前記物体表面の変位を求める演
算手段と、を具備するものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical displacement meter which emits light for measuring a displacement of an object surface, and a lens which slightly converges or diverges the light emitted from the light source. Means, by separating the light converged or diverged by the lens means into light of a P-polarized component and light of an S-polarized component, the optical path of the light, a first optical path over the P-polarized component, Separation / light path splitting means for splitting the light into the second light path for the S-polarized light component, and mirror means for setting the light path length of the first light path longer than the light path length of the second light path in the first light path A first Faraday rotator that rotates the plane of polarization of light by 45 ° in the same direction in the forward and reverse directions, and a first Faraday rotator that rotates the plane of polarization of light by 45 ° in the opposite direction in the forward and reverse directions. 1/2 of
A second Faraday rotator for rotating the polarization plane of the light by 45 ° in the same direction in the forward and reverse directions, and the polarization plane of the light in the forward and reverse directions in the second optical path. Second half rotated 45 ° in the opposite direction in the direction
A wavelength plate, wherein the first Faraday rotator and the first half-wave plate rotate the polarization plane of the P-polarized component light by 90 °, The optical path is combined by combining the P-polarized component light obtained by rotating the polarization plane of the S-polarized component light by 90 ° with the Faraday rotator and the second half-wave plate into one light flux. ,
Or an optical path coupling for separating the light beam reflected on the object surface into the P-polarized light component and the S-polarized light component.
Separating means for separating the combined light beam from the first light path and the second light path;
A light path length difference from an optical path, and convergence or divergence by the lens means, and condensing means for condensing light near the object surface with different light condensing positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component, The first Faraday rotator and the first half in a first optical path
The S-polarized component light that has passed through the optical path coupling / separating means and the separating / optical path dividing means without rotating the polarization plane by the wavelength plate, and the second Faraday rotator and the second half-wave plate in the second optical path A separating unit that separates the P-polarized component light that has passed through the optical path coupling / separating unit and the separating / optical path splitting unit into the P-polarized component and the S-polarized component without rotating the polarization plane, and the focusing unit. With respect to the converging position of the condensed P-polarized component light, it is arranged at a conjugate position, and
A light-receiving surface divided concentrically, a first light-receiving means for detecting the intensity of the collected P-polarized light, and a light-collecting position of the S-polarized light collected by the light-collecting means; A second light receiving unit that is arranged at a conjugate position, and the light receiving surface is concentrically divided, and detects the intensity of the condensed S-polarized light, and the intensity of each of the detected light. Computing means for calculating the displacement of the object surface in the optical axis direction.

【0016】また、請求項6に係る光学式変位計は、物
体表面の変位を測定するための光源手段と、当該光源手
段から放射された光を平行光に変換するレンズ手段と、
当該レンズ手段により平行光とされた光をP偏光成分の
光とS偏光成分の光とに分離することで、前記光の光路
を、前記P偏光成分にかかる第1光路と、前記S偏光成
分にかかる第2光路とに分割する分離・光路分割手段
と、前記第1光路において、光の偏光面を、順方向およ
び逆方向で同一回りに45°回転させる第1のファラデ
ー回転素子と、光の偏光面を、順方向および逆方向で反
対回りに45°回転させる第1の1/2波長板と、を備
え、前記第2光路において、光の偏光面を、順方向およ
び逆方向で同一回りに45°回転させる第2のファラデ
ー回転素子と、光の偏光面を、順方向および逆方向で反
対回りに45°回転させる第2の1/2波長板と、前記
第2光路において偏光面を90°回転させられた光を、
わずかに収束または発散させるレンズ手段と、を備え、
前記第1のファラデー回転素子および第1の1/2波長
板によりP偏光成分の光の偏光面を90°回転させて得
たS偏光成分の光と、前記第2のファラデー回転素子お
よび第2の1/2波長板によりS偏光成分の光の偏光面
を90°回転させて得たP偏光成分の光と、を一つの光
束に合成することで光路を結合し、または、当該光を前
記P偏光成分の光と前記S偏光成分の光とに分離する光
路結合・分離手段と、前記結合した光束を、前記レンズ
手段による収束または発散の作用によりP偏光成分とS
偏光成分とでそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体
表面近傍に集光する集光手段と、前記物体表面で反射
し、第1光路において前記第1のファラデー回転素子お
よび第1の1/2波長板により偏光面を回転せず前記光
路結合・分離手段、レンズ手段および分離・光路分割手
段を経たS偏光成分の光と、第2光路において前記第2
のファラデー回転素子および第2の1/2波長板により
偏光面を回転せず前記光路結合・分離手段および分離・
光路分割手段を経たP偏光成分の光と、を当該P偏光成
分とS偏光成分とに分離する分離手段と、前記集光手段
により集光したP偏光成分の光の当該集光位置に対し
て、共役位置に配置され、かつ、受光面が同心円状に分
割され、前記集光したP偏光成分の光の強度を検出する
第1の受光手段と、前記集光手段により集光したS偏光
成分の光の当該集光位置に対して、共役位置に配置さ
れ、かつ、受光面が同心円状に分割され、前記集光した
S偏光成分の光の強度を検出する第2の受光手段と、前
記検出されたそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める演算手段と、を具備する
ものである。
The optical displacement meter according to claim 6 is a light source means for measuring the displacement of the surface of the object, a lens means for converting light emitted from the light source means into parallel light,
By separating the light parallelized by the lens means into P-polarized light and S-polarized light, the optical path of the light is changed to a first optical path of the P-polarized light, and the S-polarized light. A first Faraday rotator for rotating the polarization plane of light in the first optical path by 45 ° in the same direction in the forward and reverse directions; And a first half-wave plate that rotates the polarization plane of the light beam by 45 ° in opposite directions in the forward and reverse directions, and in the second optical path, the polarization plane of the light is the same in the forward and reverse directions. A second Faraday rotator for rotating the light by 45 °, a second half-wave plate for rotating the polarization plane of the light by 45 ° in the forward and reverse directions, and a polarization plane in the second optical path. 90 ° rotated light,
Lens means for slightly converging or diverging,
The S-polarized light obtained by rotating the polarization plane of the P-polarized light by 90 ° by the first Faraday rotator and the first half-wave plate, and the second Faraday rotator and the second Faraday rotator. The light paths of the S-polarized light component are rotated by 90 ° by the half-wave plate of the above and the P-polarized light component obtained are combined into one light flux to combine the optical paths, or An optical path combining / separating means for separating the P-polarized light into the S-polarized light and the S-polarized light;
Condensing means for converging light near the object surface with different light condensing positions for polarized light components, the first Faraday rotator and the first half-wave plate reflected on the object surface and in a first optical path The light of the S-polarized component that has passed through the optical path coupling / separating means, the lens means, and the separating / optical path dividing means without rotating the polarization plane due to the second optical path
Optical path coupling / separation means and separation / separation means without rotating the plane of polarization by the Faraday rotator and the second half-wave plate
Separating means for separating the P-polarized light component having passed through the optical path splitting means into the P-polarized light component and the S-polarized light component; A first light receiving unit that is disposed at a conjugate position and has a light receiving surface divided concentrically and detects the intensity of the collected P-polarized light component; and an S-polarized light component collected by the light collecting unit. A second light receiving unit that is disposed at a conjugate position with respect to the light condensing position of the light, and the light receiving surface is concentrically divided, and detects the intensity of the collected S-polarized light component; Calculating means for calculating the displacement of the object surface in the optical axis direction from the detected intensities of the respective lights.

【0017】また、請求項7に係る光学式変位計は、物
体表面の変位を測定するための第1波長の光を放射する
第1の光源手段と、物体表面の変位を測定するための第
2波長の光を放射する第2の光源手段と、前記第2波長
の光をわずかに収束または発散させるレンズ手段と、前
記第1波長の光と前記第2波長の光とを一つの光束に合
成し、または、当該光を前記第1波長の光と前記第2波
長の光とに分離するダイクロイックミラーと、当該合成
した光を、前記レンズ手段による収束または発散の作用
によりそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近
傍に集光する集光手段と、前記集光手段により集光した
第1波長の光の当該集光位置に対して、共役位置に配置
されると共に、受光面が同心円状に分割され、前記物体
表面で反射し、前記ダイクロイックミラーを経た第1波
長の光の強度を検出する第1の受光手段と、前記集光手
段により集光した第2波長の光の当該集光位置に対し
て、共役位置に配置されると共に、受光面が同心円状に
分割され、前記物体表面で反射し、前記ダイクロイック
ミラーおよび前記レンズ手段を経た第2波長の光の強度
を検出する第1の受光手段と、前記検出されたそれぞれ
の光の強度から、光軸方向における前記物体表面の変位
を求める演算手段と、を具備するものである。
An optical displacement meter according to a seventh aspect of the present invention comprises a first light source means for emitting light of a first wavelength for measuring the displacement of the surface of the object, and a first light source means for measuring the displacement of the surface of the object. A second light source for emitting light of two wavelengths, a lens for slightly converging or diverging the light of the second wavelength, and the light of the first wavelength and the light of the second wavelength into one light flux A dichroic mirror that combines or separates the light into the light of the first wavelength and the light of the second wavelength, and a different condensing position where the combined light is converged or diverged by the lens unit. A light condensing means for converging light in the vicinity of the object surface with the light condensing means, and a light receiving surface arranged concentrically with respect to the light condensing position of the first wavelength light condensed by the light condensing means. Split and reflected on the object surface, A first light receiving means for detecting the intensity of the light of the first wavelength having passed through the dichroic mirror, and a light receiving means for disposing the light of the second wavelength condensed by the light condensing means at a conjugate position with respect to the light condensing position; A first light receiving means for detecting the intensity of light of a second wavelength reflected on the surface of the object and passing through the dichroic mirror and the lens means, the light receiving surface being divided concentrically; Computing means for calculating the displacement of the object surface in the optical axis direction from the intensity of the object.

【0018】また、請求項8に係る光学式変位計は、物
体表面の変位を測定するための第1波長の光を放射する
第1の光源手段と、物体表面の変位を測定するための第
2波長の光を放射する第2の光源手段と、前記第2波長
の光をわずかに収束または発散させるレンズ手段と、前
記第1波長の光と前記第2波長の光とを一つの光束に合
成し、または、当該光を前記第1波長の光と前記第2波
長の光とに分離するダイクロイックミラーと、当該合成
した光を、前記レンズ手段による収束または発散の作用
によりそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近
傍に集光する集光手段と、前記集光手段により集光した
第1波長の光の当該集光位置に対して、共役位置に配置
した第1の微小開口手段と、前記集光手段により集光し
た第2波長の光の当該集光位置に対して、共役位置に配
置した第2の微小開口手段と、前記第1の微小開口手段
を通過した第1波長の光の強度を検出する第1の受光手
段と、前記第2の微小開口手段を通過した第2波長の光
の強度を検出する第2の受光手段と、前記検出されたそ
れぞれの光の強度から、光軸方向における前記物体表面
の変位を求める演算手段と、を具備するものである。
The optical displacement meter according to the present invention has a first light source means for radiating light of a first wavelength for measuring the displacement of the object surface, and a second light source means for measuring the displacement of the object surface. A second light source for emitting light of two wavelengths, a lens for slightly converging or diverging the light of the second wavelength, and the light of the first wavelength and the light of the second wavelength into one light flux A dichroic mirror that combines or separates the light into the light of the first wavelength and the light of the second wavelength, and a different condensing position where the combined light is converged or diverged by the lens unit. Focusing means for focusing near the surface of the object with; a first micro-opening means disposed at a conjugate position with respect to the focusing position of the light of the first wavelength focused by the focusing means; Of the light of the second wavelength focused by the focusing means A second micro aperture means disposed at a conjugate position with respect to the light condensing position, a first light receiving means for detecting an intensity of light of a first wavelength having passed through the first micro aperture means, Second light receiving means for detecting the intensity of the light of the second wavelength passing through the second minute aperture means, and calculating means for calculating the displacement of the object surface in the optical axis direction from the detected respective light intensities; , Is provided.

【0019】また、請求項9に係る光学式変位計は、上
記光学式変位計において、前記集光手段を、それぞれの
光源から放射する光の放射角度を、異なる位置に設定し
得る光学手段としたものである。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the optical displacement meter, wherein the light condensing means sets the radiation angle of the light radiated from each light source to a different position. It was done.

【0020】また、請求項10に係る光学式変位計は、
上記光学式変位計において、前記集光手段を、色収差を
有するレンズ手段としたものである。
Further, the optical displacement meter according to claim 10 is:
In the above optical displacement meter, the light condensing means is a lens means having chromatic aberration.

【0021】また、請求項11に係る変位測定方法は、
物体表面の変位を測定するための光を平行光に変換する
工程と、この平行光をP偏光成分とS偏光成分とでそれ
ぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に集光す
る工程と、前記物体表面で反射したP偏光成分およびS
偏光成分の光を当該P偏光成分の光とS偏光成分の光と
に分離する工程と、前記P偏光成分の光を、前記集光し
たP偏光成分の光の当該集光位置に対して共役位置に位
置する第1の微小開口を通過させて受光する工程と、前
記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の当
該集光位置に対して共役位置に位置する第2の微小開口
を通過させて受光する工程と、前記受光したそれぞれの
光の強度から、光軸方向における前記物体表面の変位を
求める工程と、を含むものである。
The displacement measuring method according to claim 11 is
Converting the light for measuring the displacement of the object surface into parallel light, condensing this parallel light near the object surface with different light condensing positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component, P-polarized light component reflected from the object surface and S
Separating the light of the polarized light component into the light of the P-polarized light component and the light of the S-polarized light component; and conjugate the light of the P-polarized light component to the light collecting position of the collected P-polarized light component. Receiving the light by passing through a first minute aperture located at a position; and connecting the S-polarized component light to a second position located at a conjugate position with respect to the focused position of the focused S-polarized component light. And a step of obtaining the displacement of the object surface in the optical axis direction from the intensity of each of the received lights.

【0022】また、請求項12に係る変位測定方法は、
物体表面の変位を測定するための光を平行光に変換する
工程と、この平行光をP偏光成分とS偏光成分とでそれ
ぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に集光す
る工程と、前記物体表面で反射したP偏光成分およびS
偏光成分の光を当該P偏光成分の光とS偏光成分の光と
に分離する工程と、前記P偏光成分の光を、前記集光し
たP偏光成分の光の当該集光位置に対して共役位置に位
置する同心円状に分割された受光面で受光する工程と、
前記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、前記受光したそれぞ
れの光の強度から、光軸方向における前記物体表面の変
位を求める工程と、を含むものである。
Further, according to the displacement measuring method of the present invention,
Converting the light for measuring the displacement of the object surface into parallel light, condensing this parallel light near the object surface with different light condensing positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component, P-polarized light component reflected from the object surface and S
Separating the light of the polarized light component into the light of the P-polarized light component and the light of the S-polarized light component; and conjugate the light of the P-polarized light component to the light collecting position of the collected P-polarized light component. Receiving light at a concentrically divided light receiving surface located at the position,
Receiving the S-polarized component light on a concentrically divided light-receiving surface located at a conjugate position with respect to the condensed position of the collected S-polarized component light; Determining the displacement of the object surface in the optical axis direction from the intensity of the object.

【0023】また、請求項13に係る変位測定方法は、
物体表面の変位を測定するために光を平行光に変換する
工程と、ファラデー回転素子および第1の1/2波長板
により前記平行光の偏光面を一方向に90°回転させる
工程と、前記ファラデー回転素子および第1の1/2波
長板により偏光面を90°回転させられた光を、P偏光
成分とS偏光成分とでそれぞれ異なる集光位置をもって
前記物体表面近傍に集光する工程と、前記物体表面で反
射した前記P偏光成分およびS偏光成分の光が、結果的
に偏光面を回転せずに、前記ファラデー回転素子および
第1の1/2波長板を通過する工程と、この通過した前
記P偏光成分およびS偏光成分の光を、当該P偏光成分
の光とS偏光成分の光とに分離する工程と、第2の1/
2波長板により前記分離した偏光成分の光の偏光面を4
5°回転させる工程と、この第2の1/2波長板により
偏光面を回転させられた光をP偏光成分とS偏光成分と
に分離する工程と、前記P偏光成分の光を、前記集光し
たP偏光成分の光の当該集光位置に対して共役位置に位
置する同心円状に分割された受光面で受光する工程と、
前記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、前記受光したそれぞ
れの光の強度から、光軸方向における前記物体表面の変
位を求める工程と、を含むものである。
The displacement measuring method according to claim 13 is
Converting the light into parallel light to measure the displacement of the object surface, rotating the polarization plane of the parallel light by 90 ° in one direction by a Faraday rotator and a first half-wave plate, Condensing the light whose polarization plane has been rotated by 90 ° by the Faraday rotator and the first half-wave plate into the vicinity of the surface of the object at different condensing positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component; Transmitting the P-polarized light component and the S-polarized light component reflected by the object surface through the Faraday rotator and the first half-wave plate without rotating the polarization plane as a result; and Separating the passed P-polarized light component and S-polarized light component into the P-polarized light component and the S-polarized light component;
The polarization plane of the polarized light component separated by the two-wavelength plate is set to 4
Rotating the light by 5 degrees, separating the light whose polarization plane has been rotated by the second half-wave plate into a P-polarized light component and an S-polarized light component, A step of receiving a concentrically divided light receiving surface located at a conjugate position with respect to the light condensing position of the light of the emitted P-polarized component;
Receiving the S-polarized component light on a concentrically divided light-receiving surface located at a conjugate position with respect to the condensed position of the collected S-polarized component light; Determining the displacement of the object surface in the optical axis direction from the intensity of the object.

【0024】また、請求項14に係る変位測定方法は、
物体表面の変位を測定するための光を、わずかに収束ま
たは発散させる工程と、この収束または発散させられた
光を、互いに光路長が異なるP偏光成分にかかる第1光
路と、前記S偏光成分にかかる第2光路と、に分割する
工程と、前記第1光路において、第1のファラデー回転
素子および第1の1/2波長板により前記P偏光成分の
光の偏光面を一方向に90°回転させてS偏光成分の光
とする工程と、前記第2光路において、第2のファラデ
ー回転素子および第2の1/2波長板により前記S偏光
成分の光の偏光面を一方向に90°回転させてP偏光成
分の光とする工程と、前記第1光路からのS偏光成分の
光と、前記第2光路からのP偏光成分の光とを一つの光
束に合成する工程と、この合成した光束を、前記第1光
路と第2光路との光路長差と、前記光の収束または発散
と、の作用により、P偏光成分とS偏光成分とでそれぞ
れ異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に集光する
工程と、前記物体表面で反射した前記光束を前記P偏光
成分の光と前記S偏光成分の光とに分離する工程と、前
記第1光路において、前記物体表面で反射した前記P偏
光成分およびS偏光成分の光が、結果的に偏光面を回転
せずに、前記第1のファラデー回転素子および第1の1
/2波長板を通過する工程と、前記第2光路において、
前記物体表面で反射した前記P偏光成分およびS偏光成
分の光が、結果的に偏光面を回転せずに、前記第2のフ
ァラデー回転素子および第2の1/2波長板を通過する
工程と、前記第1光路から戻ったS偏光成分の光と、前
記第2光路から戻ったP偏光成分の光とを、再び一つの
光束に合成し第1光路と第2光路とを結合する工程と、
この合成した光束をP偏光成分の光とS偏光成分の光と
に分離する工程と、前記P偏光成分の光を、前記集光し
たP偏光成分の光の当該集光位置に対して共役位置に位
置する同心円状に分割された受光面で受光する工程と、
前記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、前記受光したそれぞ
れの光の強度から、光軸方向における前記物体表面の変
位を求める工程と、を含むものである。
Further, the displacement measuring method according to claim 14 is
A step of slightly converging or diverging light for measuring the displacement of the surface of the object, a step of applying the converged or divergent light to a first optical path over P-polarized components having different optical path lengths, and the S-polarized component. And a step of dividing the polarization plane of the P-polarized component light in one direction by a first Faraday rotator and a first half-wave plate in the first optical path. Rotating the light into S-polarized component light; and, in the second optical path, the polarization plane of the S-polarized component light is rotated by 90 ° in one direction by a second Faraday rotator and a second half-wave plate. Rotating the light into P-polarized light, combining the S-polarized light from the first optical path and the P-polarized light from the second optical path into one light flux, The luminous flux that has passed through the first optical path and the second optical path. Path length difference, the convergence or divergence of the light, by the action of condensing near the surface of the object with a different condensing position of the P-polarized component and S-polarized component, and reflected on the surface of the object Separating the light beam into the P-polarized light component and the S-polarized light component; and in the first optical path, the P-polarized light component and the S-polarized light reflected on the object surface are polarized. The first Faraday rotation element and the first 1
Passing through a half-wave plate and the second optical path,
Passing the P-polarized light component and the S-polarized light component reflected by the object surface through the second Faraday rotation element and the second half-wave plate without rotating the polarization plane as a result. Combining the S-polarized component light returned from the first optical path and the P-polarized component light returned from the second optical path into one light flux again, and combining the first and second optical paths; ,
Separating the combined light beam into a P-polarized light component and an S-polarized light component; and converting the P-polarized light component to a conjugate position with respect to the condensing position of the collected P-polarized light component. Receiving light at a concentrically divided light receiving surface located at
Receiving the S-polarized component light on a concentrically divided light-receiving surface located at a conjugate position with respect to the condensed position of the collected S-polarized component light; Determining the displacement of the object surface in the optical axis direction from the intensity of the object.

【0025】また、請求項15に係る変位測定方法は、
物体表面の変位を測定するための光を平行光に変換する
工程と、この平行光を、光路長を略同一とするP偏光成
分にかかる第1光路と、前記S偏光成分にかかる第2光
路と、に分割する工程と、前記第1光路において、第1
のファラデー回転素子および第1の1/2波長板により
前記P偏光成分の光の偏光面を一方向に90°回転させ
てS偏光成分の光とする工程と、さらに、前記第1光路
において、前記90°回転させられた光をわずかに収束
または発散させる工程と、前記第2光路において、第2
のファラデー回転素子および第2の1/2波長板により
前記S偏光成分の光の偏光面を一方向に90°回転させ
てP偏光成分の光とする工程と、前記第1光路からのS
偏光成分の光と、前記第2光路からのP偏光成分の光と
を一つの光束に合成し第1光路と第2光路とを結合する
工程と、この合成した光束を、前記光の収束または発散
の作用によりP偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ異な
る集光位置をもって前記物体表面近傍に集光する工程
と、前記物体表面で反射した前記光束を前記P偏光成分
の光と前記S偏光成分の光とに分離する工程と、前記第
1光路において、前記物体表面で反射した前記P偏光成
分およびS偏光成分の光が、結果的に偏光面を回転せず
に、前記第1のファラデー回転素子および第1の1/2
波長板を通過する工程と、前記第2光路において、前記
物体表面で反射した前記P偏光成分およびS偏光成分の
光が、結果的に偏光面を回転せずに、前記第2のファラ
デー回転素子および第2の1/2波長板を通過する工程
と、前記第1光路から戻ったS偏光成分の光と、前記第
2光路から戻ったP偏光成分の光とを、再び一つの光束
に合成する工程と、この合成した光束をP偏光成分の光
とS偏光成分の光とに分離する工程と、前記P偏光成分
の光を、前記集光したP偏光成分の光の当該集光位置に
対して共役位置に位置する同心円状に分割された受光面
で受光する工程と、前記S偏光成分の光を、前記集光し
たS偏光成分の光の当該集光位置に対して共役位置に位
置する同心円状に分割された受光面で受光する工程と、
前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める工程と、を含むものであ
る。
The displacement measuring method according to claim 15 is
Converting the light for measuring the displacement of the surface of the object into parallel light, converting the parallel light into a first optical path involving a P-polarized component having substantially the same optical path length, and a second optical path involving the S-polarized component And dividing the first optical path into the first optical path.
Rotating the polarization plane of the light of the P-polarized component by 90 ° in one direction by the Faraday rotator and the first half-wave plate to generate light of the S-polarized component; and further, in the first optical path, A step of slightly converging or diverging the light rotated by 90 °;
Rotating the polarization plane of the S-polarized light component by 90 ° in one direction by the Faraday rotator and the second half-wave plate to obtain the P-polarized light component;
Combining the light of the polarized light component and the light of the P-polarized light component from the second light path into one light flux and combining the first light path and the second light path; Converging the P-polarized light component and the S-polarized light component in the vicinity of the surface of the object with different light-condensing positions by the action of divergence; And in the first optical path, the light of the P-polarized component and the S-polarized component reflected on the object surface does not rotate the plane of polarization as a result, and the first Faraday rotation Element and first half
Passing through a wave plate, and in the second optical path, the light of the P-polarized component and the S-polarized component reflected on the object surface does not rotate the polarization plane as a result, and the second Faraday rotation element And passing through a second half-wave plate, combining the S-polarized component light returned from the first optical path and the P-polarized component light returned from the second optical path into one light flux again. And separating the combined light beam into P-polarized light and S-polarized light; and transferring the P-polarized light to the converging position of the collected P-polarized light. Receiving light at a concentrically divided light receiving surface located at a conjugate position with respect to the light, and positioning the S-polarized component light at a conjugate position with respect to the focused position of the collected S-polarized component light. Receiving light on a concentrically divided light receiving surface,
Obtaining the displacement of the surface of the object in the optical axis direction from the intensity of each of the received lights.

【0026】また、請求項16に係る変位測定方法は、
物体表面の変位を測定するための第1波長の光を放射す
る工程と、物体表面の変位を測定するための第2波長の
光を放射する工程と、前記第2波長の光をわずかに収束
または発散させる工程と、前記第1波長の光と前記第2
波長の光とを一つの光束に合成する工程と、この合成し
た光を、前記第2変位計調の光の収束または発散の作用
によりそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近
傍に集光する工程と、前記物体表面で反射した前記光束
を前記第1波長の光と前記第2波長の光とに分離する工
程と、前記第1波長の光を、前記集光した第1波長の光
の当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に
分割された受光面で受光する工程と、前記第2波長の光
を、前記集光した第2波長の光の当該集光位置に対して
共役位置に位置する同心円状に分割された受光面で受光
する工程と、前記受光したそれぞれの光の強度から、光
軸方向における前記物体表面の変位を求める工程と、を
含むものである。
[0026] The displacement measuring method according to claim 16 is characterized in that:
Emitting a first wavelength of light for measuring the displacement of the object surface; emitting a second wavelength of light for measuring the displacement of the object surface; and slightly converging the second wavelength of light. Or diverging the light of the first wavelength and the second light.
Combining the light having the wavelength into one light flux, and condensing the combined light in the vicinity of the surface of the object at different light condensing positions by the convergence or divergence of the light of the second displacement meter. Separating the light flux reflected by the object surface into the first wavelength light and the second wavelength light; and converting the first wavelength light to the collected first wavelength light. A step of receiving light at a concentrically divided light receiving surface located at a conjugate position with respect to the light condensing position, and applying the light of the second wavelength to the light condensing position of the collected light of the second wavelength. The method includes a step of receiving light on a concentrically divided light receiving surface located at a conjugate position, and a step of calculating a displacement of the object surface in the optical axis direction from the intensity of each of the received light.

【0027】また、請求項17に係る変位測定方法は、
物体表面の変位を測定するための第1波長の光を放射す
る工程と、物体表面の変位を測定するための第2波長の
光を放射する工程と、前記第2波長の光をわずかに収束
または発散させる工程と、前記第1波長の光と前記第2
波長の光とを一つの光束に合成する工程と、この合成し
た光を、前記第2変位計調の光の収束または発散の作用
によりそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近
傍に集光する工程と、前記物体表面で反射した前記光束
を前記第1波長の光と前記第2波長の光とに分離する工
程と、前記第1波長の光を、前記集光した第1波長の光
の当該集光位置に対して共役位置に位置する第1の微小
開口を通過させて受光する工程と、前記第2波長の光
を、前記集光した第2波長の光の当該集光位置に対して
共役位置に位置する第2の微小開口を通過させて受光す
る工程と、前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸
方向における前記物体表面の変位を求める工程と、を含
むものである。
[0027] The displacement measuring method according to claim 17 is characterized in that:
Emitting a first wavelength of light for measuring the displacement of the object surface; emitting a second wavelength of light for measuring the displacement of the object surface; and slightly converging the second wavelength of light. Or diverging the light of the first wavelength and the second light.
Combining the light having the wavelength into one light flux, and condensing the combined light in the vicinity of the surface of the object at different light condensing positions by the convergence or divergence of the light of the second displacement meter. Separating the light flux reflected by the object surface into the first wavelength light and the second wavelength light; and converting the first wavelength light to the collected first wavelength light. Receiving the light by passing through a first micro aperture located at a conjugate position with respect to the light condensing position; and applying the light of the second wavelength to the light condensing position of the collected light of the second wavelength. The method includes a step of receiving the light by passing through the second minute aperture located at the conjugate position, and a step of calculating a displacement of the object surface in the optical axis direction from the intensity of the received light.

【0028】また、請求項18に係る変位測定方法は、
上記変位測定方法において、前記第1波長と第2波長と
でそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に
集光する工程を、色収差を有するレンズ手段を利用して
行うものである。
[0028] Further, the displacement measuring method according to claim 18 is characterized in that:
In the above displacement measurement method, the step of converging light near the surface of the object with different light condensing positions at the first wavelength and the second wavelength is performed using lens means having chromatic aberration.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る光学式変位
計およびこれを用いた変位測定方法につき図面を参照し
つつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの
発明が限定されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical displacement meter according to the present invention and a displacement measuring method using the same will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.

【0030】(実施の形態1)図1は、この発明の実施
の形態1に係る光学式変位計100の構成を示す構成図
である。半導体レーザなどの光源1から放射された光
は、コリメータレンズ2により平行光に変換される。こ
の平行光は、ビームスプリッタ3を経て2焦点レンズ1
1に入射し、対物レンズ4で物体5の表面に集光され
る。2焦点レンズ11とは、直交する偏光に対して異な
る焦点距離を有するレンズをいう。この2焦点レンズ1
1の働きにより、P偏光成分とS偏光成分の光を、光軸
上のそれぞれ異なる位置に集光できる。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Light emitted from a light source 1 such as a semiconductor laser is converted into parallel light by a collimator lens 2. The parallel light passes through a beam splitter 3 and passes through a bifocal lens 1.
1 and is focused on the surface of the object 5 by the objective lens 4. The bifocal lens 11 refers to a lens having a different focal length for orthogonally polarized light. This bifocal lens 1
By the function of 1, the light of the P-polarized light component and the light of the S-polarized light component can be condensed at different positions on the optical axis.

【0031】つぎに、物体5の表面で反射した光は、対
物レンズ4と焦点レンズ11とを経てビームスプリッタ
3で反射される。この反射した光は、検出レンズ6で収
束光に変換された後、偏光ビームスプリッタ7によりP
偏光成分とS偏光成分との光に分離される。P偏光成分
の光の光路上には、対物レンズ4によるP偏光成分の集
光点との共役位置にピンホール8aが配置されている。
Next, the light reflected on the surface of the object 5 is reflected by the beam splitter 3 via the objective lens 4 and the focusing lens 11. The reflected light is converted into convergent light by the detection lens 6 and then converted by the polarization beam splitter 7 into P light.
The light is separated into a polarized light component and an S-polarized light component. On the optical path of the P-polarized component light, a pinhole 8a is arranged at a conjugate position with the condensing point of the P-polarized component by the objective lens 4.

【0032】このP偏光成分の光は、ピンホール8aの
後方に配置された光検出器9aにより光電変換される。
同様に、S偏光成分の光の光路上には、対物レンズ4に
よるS偏光成分の集光点との共役位置にピンホール8b
が配置されている。このS偏光成分の光は、ピンホール
8bの後方に配置された光検出器9bにより光電変換さ
れる。ここで、前記共役位置の設定は、対物レンズ4の
集光点を基準とし、検出レンズ6と光検出器9との間隔
を機械的に位置決めすることで行う。
The light of the P-polarized component is photoelectrically converted by a photodetector 9a disposed behind the pinhole 8a.
Similarly, on the optical path of the S-polarized light component, a pinhole 8b is provided at a position conjugate with the focal point of the S-polarized light component by the objective lens 4.
Is arranged. The light of the S-polarized component is photoelectrically converted by the photodetector 9b disposed behind the pinhole 8b. Here, the setting of the conjugate position is performed by mechanically positioning the interval between the detection lens 6 and the photodetector 9 with reference to the focal point of the objective lens 4.

【0033】光電変換された信号は差動増幅器10に導
かれ、式(1)で表される演算を行うことにより、物体
5の表面の変位に応じた差動出力Sを得る。すなわち、 S=(9a−9b)/(9a+9b) ・・・(1) の演算を行う。
The photoelectrically converted signal is guided to the differential amplifier 10 and performs a calculation represented by the equation (1) to obtain a differential output S according to the displacement of the surface of the object 5. That is, the calculation of S = (9a-9b) / (9a + 9b) (1) is performed.

【0034】以上、この光学式変位計100によれば、
ピンホール8a、8bを対物レンズ4による各偏光成分
の集光点との共役位置に配置するため、ピンホールによ
る遮光がほとんどなくなる。このため、差動出力の感度
低下を効果的に抑制できる。
As described above, according to the optical displacement meter 100,
Since the pinholes 8a and 8b are arranged at conjugate positions with the converging point of each polarized light component by the objective lens 4, there is almost no light blocking by the pinholes. For this reason, a decrease in the sensitivity of the differential output can be effectively suppressed.

【0035】(実施の形態2)図2は、この発明の実施
の形態2に係る光学式変位計200の構成を示す構成図
である。この光学式変位計200は、実施の形態1と略
同様の構成であるが、当該実施の形態1におけるピンホ
ール8a、8bおよび光検出器9a、9bの代わりに、
光検出器12a、12bを共役位置に配置した点が異な
る。この光検出器12a、12bは、図3(a)または
(b)に示すように、受光面を同心円状に分割したもの
である。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter 200 according to Embodiment 2 of the present invention. This optical displacement meter 200 has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but instead of the pinholes 8a and 8b and the photodetectors 9a and 9b in the first embodiment,
The difference is that the photodetectors 12a and 12b are arranged at conjugate positions. As shown in FIGS. 3A and 3B, the light detectors 12a and 12b have their light receiving surfaces divided concentrically.

【0036】半導体レーザなどの光源1から放射された
光は、コリメータレンズ2により平行光に変換される。
この平行光は、ビームスプリッタ3を経て2焦点レンズ
11に入射し、対物レンズ4で物体5の表面に集光され
る。この2焦点レンズ11の働きにより、P偏光成分と
S偏光成分の光を、光軸上のそれぞれ異なる位置に集光
できる。
Light emitted from a light source 1 such as a semiconductor laser is converted by a collimator lens 2 into parallel light.
The parallel light enters the bifocal lens 11 via the beam splitter 3 and is condensed on the surface of the object 5 by the objective lens 4. By the function of the bifocal lens 11, the light of the P-polarized light component and the light of the S-polarized light component can be collected at different positions on the optical axis.

【0037】つぎに、物体5の表面で反射した光は、対
物レンズ4と焦点レンズ11とを経てビームスプリッタ
3で反射される。この反射した光は、検出レンズ6で収
束光に変換された後、偏光ビームスプリッタ7によりP
偏光成分とS偏光成分との光に分割される。P偏光成分
の光の光路上であって対物レンズ4によるP偏光成分の
集光点との共役位置には、光検出器12aが配置されて
いる。P偏光成分の光は、光検出器12aにより光電変
換される。
Next, the light reflected on the surface of the object 5 is reflected by the beam splitter 3 via the objective lens 4 and the focusing lens 11. The reflected light is converted into convergent light by the detection lens 6 and then converted by the polarization beam splitter 7 into P light.
The light is split into a polarized light component and an S-polarized light component. A photodetector 12a is disposed on the optical path of the P-polarized component light and at a position conjugate with the converging point of the P-polarized component by the objective lens 4. The light of the P polarization component is photoelectrically converted by the photodetector 12a.

【0038】同様に、S偏光成分の光の光路上であって
対物レンズ4によるS偏光成分の集光点との共役位置に
は、光検出器12bが配置されている。S偏光成分の光
は、光検出器12bにより光電変換される。ここで、前
記共役位置は、対物レンズ4の集光点を基準とし、検出
レンズ6と光検出器12との間隔を機械的に位置決めす
ることで行う。
Similarly, a photodetector 12b is disposed on the optical path of the S-polarized light component and at a conjugate position with the condensing point of the S-polarized light component by the objective lens 4. The S-polarized light component is photoelectrically converted by the photodetector 12b. Here, the conjugate position is determined by mechanically positioning an interval between the detection lens 6 and the photodetector 12 with reference to the condensing point of the objective lens 4.

【0039】光電変換された信号は差動増幅器10に導
かれ、式(2)で表される演算を行うことにより、物体
5の表面の変位に応じた差動出力Sを得る。 S=(12a[in]+12b[out ]−12a[out ]−12b[in]) /(12a[in]+12b[out ]+12a[out ]+12b[in]) ・・・(2)
The photoelectrically converted signal is guided to the differential amplifier 10 and performs a calculation represented by the equation (2) to obtain a differential output S corresponding to the displacement of the surface of the object 5. S = (12a [in] + 12b [out] −12a [out] −12b [in]) / (12a [in] + 12b [out] + 12a [out] + 12b [in]) (2)

【0040】以上、この光学式変位計200によれば、
光検出器12a、12bを用いているので、ピンホール
用いる場合よりも光を遮光しにくい。このため、実施の
形態1の光学式変位計100に比べ、光利用効率が高く
なり、S/N比が向上する。
As described above, according to the optical displacement meter 200,
Since the photodetectors 12a and 12b are used, light is less likely to be blocked than when pinholes are used. Therefore, as compared with the optical displacement meter 100 of the first embodiment, the light use efficiency is higher, and the S / N ratio is improved.

【0041】(実施の形態3)図4は、この発明の実施
の形態3に係る光学式変位計300の構成を示す構成図
である。この光学式変位計300は、実施の形態2の光
学式変位計200に用いたビームスプリッタ3の代わり
に、偏光ビームスプリッタ13を用い、さらに、ファラ
デー回転子14と、1/2波長板15、16とを付設し
たものである。その他の構成は、実施の形態2の光学式
変位計200に用いたものと同様である。
(Embodiment 3) FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter 300 according to Embodiment 3 of the present invention. This optical displacement meter 300 uses a polarization beam splitter 13 instead of the beam splitter 3 used in the optical displacement meter 200 of the second embodiment, and further includes a Faraday rotator 14, a half-wave plate 15, 16 is added. Other configurations are the same as those used for the optical displacement meter 200 of the second embodiment.

【0042】半導体レーザなどの光源1から放射された
P偏光成分の光は、コリメータレンズ2により平行光に
変換される。平行光に変換されたP偏光成分の光は、偏
光ビームスプリッタ13を透過する。そして、ファラデ
ー回転子14により偏光面を右に45°回転させられ、
続いて、1/2波長板15により偏光面をさらに右45
°回転させられ、S偏光成分の光となる。つぎに、2焦
点レンズ11によりP偏光成分およびS偏光成分を有す
る光とされ、当該2焦点レンズと対物レンズ4とによ
り、前記P偏光成分および偏光成分の光を光軸上のそれ
ぞれ異なる位置に集光させる。
The light of the P-polarized component emitted from the light source 1 such as a semiconductor laser is converted by the collimator lens 2 into parallel light. The P-polarized light converted into parallel light passes through the polarization beam splitter 13. Then, the polarization plane is rotated right 45 ° by the Faraday rotator 14,
Subsequently, the polarization plane is further moved to the right 45
° to be S-polarized light. Next, light having a P-polarized light component and an S-polarized light component is converted into light having a P-polarized light component and an S-polarized light component by the bifocal lens 11, and the light of the P-polarized light component and the polarized light component is shifted to different positions on the optical axis by the bifocal lens and the objective lens 4. Collect light.

【0043】物体5の表面で反射した光は、対物レンズ
4と2焦点レンズ11とを経る。S偏光成分の光は、ま
ず、1/2波長板15により偏光面を右に45°回転さ
せられ、続いて、ファラデー回転子14により偏光面を
左に45°回転させられて元に戻り、S偏光成分のまま
偏光ビームスプリッタ13に到達する。P偏光成分の光
も同様に、1/2波長板15およびファラデー回転子1
4を経て、P偏光成分のまま偏光ビームスプリッタ13
に到達する。
The light reflected on the surface of the object 5 passes through the objective lens 4 and the bifocal lens 11. The light of the S-polarized light component is first rotated by 45 ° to the right in the polarization plane by the half-wave plate 15, and subsequently rotated in the polarization plane by 45 ° to the left by the Faraday rotator 14 and returned to its original state. The light reaches the polarization beam splitter 13 with the S-polarized light component. Similarly, the half-wave plate 15 and the Faraday rotator 1
4, the polarization beam splitter 13 remains as the P-polarized component.
To reach.

【0044】S偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ
13で反射される。P偏光成分の光は、偏光ビームスプ
リッタ13を通過する。前記反射したS偏光成分の光
は、1/2波長板16により偏光面を45°回転させら
れ、再びP偏光成分および偏光成分を有する光となる。
この光は、偏光ビームスプリッタ7に入射してP偏光成
分の光とS偏光成分の光とに分割される。
The S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 13. The light of the P polarization component passes through the polarization beam splitter 13. The reflected light of the S-polarized light component is rotated by 45 ° in the polarization plane by the half-wave plate 16, and becomes light having the P-polarized light component and the polarized light component again.
This light enters the polarization beam splitter 7 and is split into P-polarized light and S-polarized light.

【0045】P偏光成分の光の光路上であって対物レン
ズ4によるP偏光成分の集光点との共役位置には、光検
出器12aが配置されている。P偏光成分の光は、光検
出器12aにより光電変換される。同様に、S偏光成分
の光の光路上であって対物レンズ4によるS偏光成分の
集光点との共役位置には、光検出器12bが配置されて
いる。S偏光成分の光は、光検出器12bにより光電変
換される。ここで、前記共役位置は、対物レンズ4の集
光点を基準とし、検出レンズ6と光検出器12との間隔
を機械的に位置決めすることで行う。
A photodetector 12a is arranged on the optical path of the light of the P-polarized component and at a position conjugate with the converging point of the P-polarized component by the objective lens 4. The light of the P polarization component is photoelectrically converted by the photodetector 12a. Similarly, a photodetector 12b is disposed on the optical path of the S-polarized component light and at a conjugate position with the focal point of the S-polarized component by the objective lens 4. The S-polarized light component is photoelectrically converted by the photodetector 12b. Here, the conjugate position is determined by mechanically positioning an interval between the detection lens 6 and the photodetector 12 with reference to the condensing point of the objective lens 4.

【0046】光電変換された信号は、差動増幅器10に
導かれ、(2)式(実施の形態2参照)で表される演算
を行うことにより、物体5の表面の変位に応じた差動出
力Sを得る。
The photoelectrically converted signal is guided to the differential amplifier 10 and is subjected to the operation represented by the equation (2) (see Embodiment 2) to obtain a differential signal corresponding to the displacement of the surface of the object 5. Obtain the output S.

【0047】この光学式変位計300によれば、当該光
学式変位計300の光学系がアイソレータの役割をし、
光利用効率が向上すると同時に、光源への戻り光が少な
くなる。このため、戻り光に起因する出力変動を抑制で
きる。また、光検出器12a、12bの代わりに、実施
の形態1の光学式変位計100で用いたピンホール8
a、8bおよび光検出器9a、9bを用いても、上記同
様の効果がある。
According to the optical displacement meter 300, the optical system of the optical displacement meter 300 functions as an isolator,
At the same time as the light use efficiency is improved, the return light to the light source is reduced. For this reason, output fluctuations caused by return light can be suppressed. Also, instead of the photodetectors 12a and 12b, the pinhole 8 used in the optical displacement meter 100 of the first embodiment is used.
The same effects as described above can be obtained by using the photodetectors a and 8b and the photodetectors 9a and 9b.

【0048】(実施の形態4)図5は、この発明の実施
の形態4に係る光学式変位計400の構成を示す構成図
である。この光学式変位計400は、P偏光の光路長と
S偏光の光路長との間に差を設けて、各偏光成分を光軸
上の異なる位置に集光させるようにした点に特徴があ
る。従って、2焦点レンズ11は用いない。その他の構
成は、実施の形態3の光学式変位計300と略同様であ
る。光路長の差は、一方の偏光成分を光路をミラー1
8、19を用いて長くすることにより設定する。
(Embodiment 4) FIG. 5 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter 400 according to Embodiment 4 of the present invention. The optical displacement meter 400 is characterized in that a difference is provided between the optical path length of P-polarized light and the optical path length of S-polarized light so that each polarized light component is condensed at a different position on the optical axis. . Therefore, the bifocal lens 11 is not used. Other configurations are substantially the same as those of the optical displacement meter 300 of the third embodiment. The difference in the optical path length is determined by using one of the polarized light components as an optical path to mirror 1
It is set by making it longer using 8,19.

【0049】光源101から放射された光は、レンズ1
02によりわずかに発散もしくは収束する光束に変換さ
れる。この発散または収束と、光路長の差とにより各偏
光成分の光を光軸上の異なる位置に集光させ得る。つぎ
に、前記光束は、偏光ビームスプリッタ17によってP
偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離され、第1光路
と第2光路とに分割される。
The light emitted from the light source 101 is
02 is converted into a light beam that slightly diverges or converges. Due to the divergence or convergence and the difference in the optical path length, the light of each polarization component can be collected at different positions on the optical axis. Next, the luminous flux is converted by the polarizing beam splitter 17 into P
The light is split into a polarized light component and a s-polarized light component, and is split into a first optical path and a second optical path.

【0050】まず、第1光路において、偏光ビームスプ
リッタ17を反射したS偏光成分の光は、往路ではミラ
ー18を経て、ファラデー回転子14aおよび1/2波
長板15aによりP偏光成分の光に変換される。この変
換したP偏光成分の光は、ミラー19で反射し、偏光ビ
ームスプリッタ20で反射する。
First, in the first optical path, the S-polarized light reflected by the polarizing beam splitter 17 is converted into P-polarized light by the Faraday rotator 14a and the half-wave plate 15a through the mirror 18 on the outward path. Is done. The converted light of the P polarization component is reflected by the mirror 19 and is reflected by the polarization beam splitter 20.

【0051】一方、第2光路において、偏光ビームスプ
リッタ17を透過したP偏光成分の光は、往路ではファ
ラデー回転子14bおよび1/2波長板15bにより上
記の如くS偏光成分の光に変換される。この変換したS
偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ20を透過す
る。
On the other hand, in the second optical path, the P-polarized light transmitted through the polarizing beam splitter 17 is converted to the S-polarized light by the Faraday rotator 14b and the half-wave plate 15b on the outward path. . This converted S
The light of the polarization component passes through the polarization beam splitter 20.

【0052】つぎに、第1光路からのP偏光成分の光と
第2光路からのS偏光成分からの光とは、偏光ビームス
プリッタ20で合成され、再び第1光路と第2光路とが
結合される。この合成された光束は、物体5の表面近傍
に集光される。ここで、前記レンズ102による発散ま
たは収束と、第1光路と第2光路との光路長の差と、に
より各偏光成分の光は、物体5の表面近傍の異なる位置
にそれぞれ集光させられる。つぎに、物体5の表面で反
射した光束は、偏光ビームスプリッタ20で、再びP偏
光成分の光とS偏光成分の光とに分離される。
Next, the P-polarized light from the first optical path and the S-polarized light from the second optical path are combined by the polarization beam splitter 20, and the first optical path and the second optical path are combined again. Is done. The combined light flux is collected near the surface of the object 5. Here, due to the divergence or convergence by the lens 102 and the difference in the optical path length between the first optical path and the second optical path, the light of each polarization component is condensed at different positions near the surface of the object 5. Next, the light beam reflected on the surface of the object 5 is again separated by the polarizing beam splitter 20 into P-polarized light and S-polarized light.

【0053】さて、第1光路における復路では、物体5
の表面で反射したP偏光成分の光は、再び偏光ビームス
プリッタ20で反射し、ミラー19、ファラデー回転子
14aおよび1/2波長板15aを経ることになる。そ
して、ミラー18を経た後、上記の如くP偏光成分の光
のまま偏光ビームスプリッタ17に到達し、当該偏光ビ
ームスプリッタ17を通過する。
On the return path in the first optical path, the object 5
Is reflected by the polarization beam splitter 20 again, and passes through the mirror 19, the Faraday rotator 14a, and the half-wave plate 15a. Then, after passing through the mirror 18, as described above, the light of the P-polarized component reaches the polarization beam splitter 17 and passes through the polarization beam splitter 17.

【0054】一方、第2光路における復路では、物体5
の表面で反射したS偏光成分の光は、再び偏光ビームス
プリッタ20を透過し、ファラデー回転子14bおよび
1/2波長板15bを経ることになる。そして、上記の
如くS偏光成分の光のまま偏光ビームスプリッタ17に
到達し、当該偏光ビームスプリッタ17において反射す
る。
On the other hand, on the return path in the second optical path, the object 5
The light of the S-polarized component reflected by the surface passes through the polarizing beam splitter 20 again and passes through the Faraday rotator 14b and the half-wave plate 15b. Then, as described above, the light of the S-polarized component reaches the polarization beam splitter 17 and is reflected by the polarization beam splitter 17.

【0055】偏光ビームスプリッタ17では、再びP偏
光成分の光とS偏光成分の光とが合成される。合成され
た光束は、検出レンズ6で収束光に変換された後、偏光
ビームスプリッタ7に到達する。この収束光は、偏光ビ
ームスプリッタ7で再びP偏光成分の光とS偏光成分の
光とに分離される。P偏光成分の光の光路上であって対
物レンズ4によるP偏光成分の集光点との共役位置に
は、光検出器12aが配置されている。
In the polarization beam splitter 17, the P-polarized light and the S-polarized light are combined again. The combined light flux is converted into convergent light by the detection lens 6 and then reaches the polarization beam splitter 7. The convergent light is split again by the polarization beam splitter 7 into P-polarized light and S-polarized light. A photodetector 12a is disposed on the optical path of the P-polarized component light and at a position conjugate with the converging point of the P-polarized component by the objective lens 4.

【0056】P偏光成分の光は、光検出器12aにより
光電変換される。同様に、S偏光成分の光の光路上であ
って対物レンズ4によるS偏光成分の集光点との共役位
置には、光検出器12bが配置されている。S偏光成分
の光は、光検出器12bにより光電変換される。ここ
で、前記共役位置は、対物レンズ4の集光点を基準と
し、検出レンズ6と光検出器12との間隔を機械的に位
置決めすることで行う。
The P-polarized light is photoelectrically converted by the photodetector 12a. Similarly, a photodetector 12b is disposed on the optical path of the S-polarized component light and at a conjugate position with the focal point of the S-polarized component by the objective lens 4. The S-polarized light component is photoelectrically converted by the photodetector 12b. Here, the conjugate position is determined by mechanically positioning an interval between the detection lens 6 and the photodetector 12 with reference to the condensing point of the objective lens 4.

【0057】光電変換された信号は、差動増幅器10に
導かれ、(2)式(実施の形態2参照)で表される演算
を行うことにより、物体5の表面の変位に応じた差動出
力Sを得る。
The photoelectrically converted signal is guided to the differential amplifier 10 and is subjected to an operation represented by the equation (2) (see Embodiment 2) to obtain a differential signal corresponding to the displacement of the surface of the object 5. Obtain the output S.

【0058】この光学式変位計400によれば、レンズ
102による収束または発散、および、第1光路と第2
光路との間の光路長差によりP偏光成分の光およびS偏
光成分の光の集光位置を設定できる。このため、集光位
置の設定自由度を拡大できる。
According to the optical displacement meter 400, convergence or divergence by the lens 102, and the first optical path and the second optical path
The focusing positions of the P-polarized component light and the S-polarized component light can be set by the optical path length difference from the optical path. For this reason, the degree of freedom in setting the focusing position can be increased.

【0059】(実施の形態5)図6は、この発明の実施
の形態5に係る光学式変位計500の構成を示す構成図
である。この光学式変位計500は、実施の形態4の光
学式変位計400と略同様であるが、偏光ビームスプリ
ッタに平行光束を入射させ、さらに、レンズ21により
各偏光成分の光の集光位置を設定する点に特徴がある。
また、第1光路と第2光路の光路長は、同じである。
(Embodiment 5) FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter 500 according to Embodiment 5 of the present invention. This optical displacement meter 500 is substantially the same as the optical displacement meter 400 of the fourth embodiment, except that a parallel light beam is made incident on a polarizing beam splitter, and further, the light condensing position of each polarization component is adjusted by a lens 21. There is a feature in the setting.
The optical path lengths of the first optical path and the second optical path are the same.

【0060】光源1から放射された光は、コリメータレ
ンズ2により平行光に変換される。この平行光は、偏光
ビームスプリッタ17によってP偏光成分の光とS偏光
成分の光とに分離され、第1光路と第2光路とに分割さ
れる。
The light emitted from the light source 1 is converted by the collimator lens 2 into parallel light. The parallel light is split by the polarizing beam splitter 17 into P-polarized light and S-polarized light, and is split into a first optical path and a second optical path.

【0061】まず、第1光路において、偏光ビームスプ
リッタ17を透過したP偏光成分の光は、往路ではファ
ラデー回転子14aおよび1/2波長板15aにより上
記の如くS偏光成分の光に変換される。この変換したS
偏光成分の光は、ミラー19で反射し、レンズ21によ
りわずかに収束または発散させられる。続いて、当該S
偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ20を反射す
る。
First, in the first optical path, the P-polarized light transmitted through the polarization beam splitter 17 is converted to the S-polarized light by the Faraday rotator 14a and the half-wave plate 15a on the outward path. . This converted S
The light of the polarization component is reflected by the mirror 19 and slightly converged or diverged by the lens 21. Subsequently, the S
The polarized light component is reflected by the polarization beam splitter 20.

【0062】一方、第2光路において、偏光ビームスプ
リッタ17を反射したS偏光成分の光は、往路ではミラ
ー18を経て、ファラデー回転子14bおよび1/2波
長板15bによりP偏光成分の光に変換される。この変
換したP偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ20を
透過する。
On the other hand, in the second optical path, the S-polarized light reflected by the polarization beam splitter 17 passes through the mirror 18 on the outward path and is converted into the P-polarized light by the Faraday rotator 14b and the half-wave plate 15b. Is done. The converted P-polarized light component is transmitted through the polarization beam splitter 20.

【0063】つぎに、第1光路からのP偏光成分の光と
第2光路からのS偏光成分からの光とは、再び偏光ビー
ムスプリッタ20で合成され、再び第1光路と第2光路
とが結合される。この合成された光束は、物体5の表面
近傍に集光される。ここで、前記レンズ21による発散
または収束により各偏光成分の光は、物体5の表面近傍
の異なる位置にそれぞれ集光させられる。つぎに、物体
5の表面で反射した光束は、偏光ビームスプリッタ20
で、再びP偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離され
る。
Next, the P-polarized light component from the first optical path and the S-polarized light component from the second optical path are combined again by the polarization beam splitter 20, and the first optical path and the second optical path are again combined. Be combined. The combined light flux is collected near the surface of the object 5. Here, due to the divergence or convergence by the lens 21, the light of each polarization component is condensed at different positions near the surface of the object 5. Next, the light beam reflected on the surface of the object 5 is reflected by the polarizing beam splitter 20.
Then, the light is again separated into the P-polarized light and the S-polarized light.

【0064】さて、第1光路における復路では、物体5
の表面で反射したS偏光成分の光は、再び偏光ビームス
プリッタ20で反射し、レンズ21、ファラデー回転子
14bおよび1/2波長板15bを経ることになる。そ
して、上記の如くS偏光成分の光のまま偏光ビームスプ
リッタ17に到達し、当該偏光ビームスプリッタ17に
おいて反射する。
On the return path in the first optical path, the object 5
Is reflected by the polarizing beam splitter 20 again, and passes through the lens 21, the Faraday rotator 14b, and the half-wave plate 15b. Then, as described above, the light of the S-polarized component reaches the polarization beam splitter 17 and is reflected by the polarization beam splitter 17.

【0065】一方、第2光路における復路では、物体5
の表面で反射したP偏光成分の光は、再び偏光ビームス
プリッタ20を透過し、ファラデー回転子14aおよび
1/2波長板15aを経ることになる。そして、ミラー
18を経た後、上記の如くP偏光成分の光のまま偏光ビ
ームスプリッタ17に到達し、当該偏光ビームスプリッ
タ17を透過する。
On the other hand, on the return path in the second optical path, the object 5
The light of the P-polarized light component reflected on the surface of the light source passes through the polarization beam splitter 20 again, and passes through the Faraday rotator 14a and the half-wave plate 15a. After passing through the mirror 18, as described above, the light of the P-polarized component arrives at the polarization beam splitter 17 and passes through the polarization beam splitter 17.

【0066】偏光ビームスプリッタ17では、再びP偏
光成分の光とS偏光成分の光とが合成される。合成され
た光束は、検出レンズ6で収束光に変換された後、偏光
ビームスプリッタ7に到達する。この収束光は、偏光ビ
ームスプリッタ7で再びP偏光成分の光とS偏光成分の
光とに分離される。P偏光成分の光の光路上であって対
物レンズ4によるP偏光成分の集光点との共役位置に
は、光検出器12aが配置されている。
The polarization beam splitter 17 combines the P-polarized light component and the S-polarized light component again. The combined light flux is converted into convergent light by the detection lens 6 and then reaches the polarization beam splitter 7. The convergent light is split again by the polarization beam splitter 7 into P-polarized light and S-polarized light. A photodetector 12a is disposed on the optical path of the P-polarized component light and at a position conjugate with the converging point of the P-polarized component by the objective lens 4.

【0067】P偏光成分の光は、光検出器12aにより
光電変換される。同様に、S偏光成分の光の光路上であ
って対物レンズ4によるS偏光成分の集光点との共役位
置には、光検出器12bが配置されている。S偏光成分
の光は、光検出器12bにより光電変換される。ここ
で、前記共役位置は、対物レンズ4の集光点を基準と
し、検出レンズ6と光検出器12との間隔を機械的に位
置決めすることで行う。
The P-polarized light is photoelectrically converted by the photodetector 12a. Similarly, a photodetector 12b is disposed on the optical path of the S-polarized component light and at a conjugate position with the focal point of the S-polarized component by the objective lens 4. The S-polarized light component is photoelectrically converted by the photodetector 12b. Here, the conjugate position is determined by mechanically positioning an interval between the detection lens 6 and the photodetector 12 with reference to the condensing point of the objective lens 4.

【0068】光電変換された信号は、差動増幅器10に
導かれ、(2)式(実施の形態2参照)で表される演算
を行うことにより、物体5の表面の変位に応じた差動出
力Sを得る。
The photoelectrically converted signal is guided to a differential amplifier 10 and is subjected to an operation represented by the equation (2) (see Embodiment 2) to obtain a differential signal corresponding to the displacement of the surface of the object 5. Obtain the output S.

【0069】この光学式変位計500によれば、レンズ
21によりP偏光成分(あるいはS偏光成分)の集光位
置を容易に設定することができる。このため、集光位置
の設定自由度を拡大できる。
According to the optical displacement meter 500, the focusing position of the P-polarized light component (or the S-polarized light component) can be easily set by the lens 21. For this reason, the degree of freedom in setting the focusing position can be increased.

【0070】(実施の形態6)図7は、この発明の実施
の形態6に係る光学式変位計600の構成を示す構成図
である。この光学式変位計600は、異なる波長の光を
利用して集光位置を異ならせしめた点に特徴がある。
(Embodiment 6) FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter 600 according to Embodiment 6 of the present invention. The optical displacement meter 600 is characterized in that the light condensing positions are made different using light of different wavelengths.

【0071】まず、波長λ1の光を放射する光源1aか
ら放射された光は、ビームスプリッタ3a、および、ダ
イクロイックミラー22を透過し、対物レンズ4により
物体5の表面に集光される。物体5の表面から反射した
反射光は、再びダイクロイックミラー22を透過し、ビ
ームスプリッタ3aで反射される。この反射光は、検出
レンズ6aにより集光され、対物レンズ4による集光点
と共役位置に配置された光検出器12aに到達する。
First, the light emitted from the light source 1a that emits light of the wavelength λ1 passes through the beam splitter 3a and the dichroic mirror 22, and is condensed on the surface of the object 5 by the objective lens 4. The light reflected from the surface of the object 5 passes through the dichroic mirror 22 again and is reflected by the beam splitter 3a. This reflected light is condensed by the detection lens 6a and reaches the photodetector 12a arranged at a position conjugate with the condensing point of the objective lens 4.

【0072】一方、波長λ2の光を放射する光源1bか
ら放射された光は、ビームスプリッタ3bを透過し、ミ
ラー19で反射される。続いて、レンズ21を経てダイ
クロイックミラー22で反射され、対物レンズ4により
物体5の表面に集光される。
On the other hand, the light emitted from the light source 1 b that emits light of the wavelength λ 2 passes through the beam splitter 3 b and is reflected by the mirror 19. Subsequently, the light is reflected by the dichroic mirror 22 via the lens 21 and is condensed on the surface of the object 5 by the objective lens 4.

【0073】ここで、前記波長λ1の光と波長λ2の光
とは、レンズ21の働きにより光軸上のそれぞれ異なる
位置に集光される。物体5の表面で反射した反射光は、
再びダイクロイックミラー22で反射し、ビームスプリ
ッタ3bで反射する。この反射光は、検出レンズ6bに
より集光され、対物レンズ4による集光点と共役位置に
配置された光検出器12bに到達する。
Here, the light having the wavelength λ1 and the light having the wavelength λ2 are condensed at different positions on the optical axis by the function of the lens 21. The reflected light reflected on the surface of the object 5 is
The light is reflected again by the dichroic mirror 22 and is reflected by the beam splitter 3b. The reflected light is condensed by the detection lens 6b and reaches the photodetector 12b arranged at a position conjugate with the condensing point of the objective lens 4.

【0074】さて、光検出器12aに到達した波長λ1
の光は、当該光検出器12aにより光電変換される。同
様に、光検出器12bに到達した波長λ2の光は、当該
光検出器12bにより光電変換される。ここで、前記共
役位置は、対物レンズ4の集光点を基準とし、検出レン
ズ6と光検出器12との間隔を機械的に位置決めするこ
とで行う。
Now, the wavelength λ1 reaching the photodetector 12a
Is photoelectrically converted by the photodetector 12a. Similarly, the light having the wavelength λ2 that has reached the photodetector 12b is photoelectrically converted by the photodetector 12b. Here, the conjugate position is determined by mechanically positioning an interval between the detection lens 6 and the photodetector 12 with reference to the condensing point of the objective lens 4.

【0075】光電変換された信号は、差動増幅器10に
導かれ、(2)式(実施の形態2参照)で表される演算
を行うことにより、物体5の表面の変位に応じた差動出
力Sを得る。
The photoelectrically converted signal is guided to a differential amplifier 10 and is subjected to an operation represented by the equation (2) (see Embodiment 2) to obtain a differential signal corresponding to the displacement of the surface of the object 5. Obtain the output S.

【0076】以上、この光学式変位計600によれば、
異なる波長の光を用いて、さらに、その光路上に光を発
散または収束させるレンズ21を設けることで、集光位
置を容易に設定できる。
As described above, according to the optical displacement meter 600,
By using light of different wavelengths and further providing a lens 21 for diverging or converging the light on the optical path, the focusing position can be easily set.

【0077】また、レンズ21を用いる代わりに、色収
差を有する対物レンズ4を利用して、それぞれの波長の
光を光軸上の異なる位置に集光することもできる。この
ようにすれば、光学系の構成が簡単になる。
Instead of using the lens 21, it is also possible to use the objective lens 4 having chromatic aberration to focus the light of each wavelength at different positions on the optical axis. This simplifies the configuration of the optical system.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光学式
変位計(請求項1)および変位測定方法(請求項11)
によれば、P偏光成分の光とS偏光成分の光とを光軸上
の異なる位置にそれぞれ集光させ、かかる集光位置との
共役位置に微小開口手段を配置し、この微小開口手段を
通過した各偏光成分の光りを検出するようにしたので、
物体の表面が傾いているときでも、差動出力の感度低下
を最小限に抑制することができる。
As described above, the optical displacement meter (claim 1) and the displacement measuring method (claim 11) of the present invention.
According to the method, the light of the P-polarized light component and the light of the S-polarized light component are respectively condensed at different positions on the optical axis, and the minute aperture means is arranged at a conjugate position with the light condensing position. As we detect the light of each polarized component that has passed,
Even when the surface of the object is inclined, a decrease in the sensitivity of the differential output can be minimized.

【0079】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
2)および変位測定方法(請求項12)によれば、微小
開口手段の代わりに、受光面を同心円状に分割された受
光素子を用いるので、光の利用効率が高くなり、差動出
力のS/N比を向上させることができる。
According to the optical displacement meter (claim 2) and the displacement measuring method (claim 12) of the present invention, instead of the micro aperture means, a light receiving element having a light receiving surface divided concentrically is used. Since it is used, the light utilization efficiency is increased, and the S / N ratio of the differential output can be improved.

【0080】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
3)および変位測定方法(請求項13)によれば、光源
への戻り光を小さくできるので、戻り光による出力変動
を抑制できる。また、光の利用効率が高まり、差動出力
のS/N比を向上させることができる。
Next, according to the optical displacement meter (claim 3) and the displacement measuring method (claim 13) of the present invention, the return light to the light source can be reduced, so that the output fluctuation due to the return light can be suppressed. Further, the light use efficiency is improved, and the S / N ratio of the differential output can be improved.

【0081】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
4)によれば、対物レンズ系に、2焦点レンズを用いる
ので、光学系を簡略化、小型化することができる。
Next, according to the optical displacement meter of the present invention (claim 4), since the bifocal lens is used for the objective lens system, the optical system can be simplified and downsized.

【0082】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
5)および変位測定方法(請求項14)によれば、発散
光または収束光を用い、さらに、各偏光成分の光の光路
に光路差を設けることで、各偏光成分の光の集光位置を
容易に設定することができる。
Next, according to the optical displacement meter (claim 5) and the displacement measuring method (claim 14) of the present invention, divergent light or convergent light is used, and furthermore, the optical path of the light of each polarization component is added to the optical path. By providing the difference, it is possible to easily set the focusing position of the light of each polarization component.

【0083】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
6)および変位測定方法(請求項15)によれば、レン
ズ手段による発散光または収束光を用いて、各偏光成分
の光をそれぞれ異なる位置に集光させるようにしたの
で、各偏光成分の光の集光位置を容易に設定することが
できる。
Next, according to the optical displacement meter (claim 6) and the displacement measuring method (claim 15) of the present invention, the light of each polarization component is respectively converted by using the divergent light or the convergent light by the lens means. Since light is condensed at different positions, the light condensing position of each polarized light component can be easily set.

【0084】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
7)および変位測定方法(請求項16)によれば、波長
の異なる光を、光軸上の異なる位置にそれぞれ集光さ
せ、それぞれの集光点に対して共役位置に、受光面を同
心円状に分割した受光素子を配置したので、物体の表面
が傾いているときでも、差動出力の感度低下を最小限に
抑制できる。また、光の利用効率が高くなり、差動出力
のS/N比を向上させることができる。
Next, according to the optical displacement meter (claim 7) and the displacement measuring method (claim 16) of the present invention, lights having different wavelengths are condensed at different positions on the optical axis, respectively. Since the light receiving element whose light receiving surface is concentrically divided is disposed at a conjugate position with respect to the light condensing point, even if the surface of the object is inclined, a decrease in the sensitivity of the differential output can be suppressed to a minimum. Further, the light use efficiency is increased, and the S / N ratio of the differential output can be improved.

【0085】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
8)および変位測定方法(請求項17)によれば、波長
の異なる光を、光軸上の異なる位置にそれぞれ集光さ
せ、それぞれの集光点に対して共役位置に微小開口手段
を配置し、この微小開口手段を通過した各偏光成分の光
りを検出するようにしたので、物体の表面が傾いている
ときでも、差動出力の感度低下を最小限に抑制させるこ
とができる。
According to the optical displacement meter (claim 8) and the displacement measuring method (claim 17) of the present invention, lights having different wavelengths are condensed at different positions on the optical axis, respectively. The micro aperture means is arranged at a conjugate position with respect to the light condensing point, and the light of each polarized light component passing through the micro aperture means is detected. Therefore, even when the surface of the object is inclined, the differential output is obtained. Can be suppressed to a minimum.

【0086】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
9)によれば、光学手段により、それぞれの光源から放
射する光の放射角度を、異なる位置に設定し得るように
したので、各波長の集光位置を容易に設定することがで
きる。
Next, according to the optical displacement meter of the present invention (claim 9), the emission angle of the light emitted from each light source can be set at a different position by the optical means. The light condensing position of the wavelength can be easily set.

【0087】つぎに、この発明の光学式変位計(請求項
10)および変位測定方法(請求項18)によれば、色
収差を利用して各波長の光を光軸上の異なる位置に集光
するので、複雑な光学系を用いる必要がなくなる。
Next, according to the optical displacement meter (claim 10) and the displacement measuring method (claim 18) of the present invention, light of each wavelength is condensed at different positions on the optical axis by utilizing chromatic aberration. Therefore, there is no need to use a complicated optical system.

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

【図1】この発明の実施の形態1に係る光学式変位計の
構成を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】この発明の実施の形態2に係る光学式変位計の
構成を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter according to Embodiment 2 of the present invention.

【図3】図2に示した光検出器の受光面の状態を説明す
るための説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state of a light receiving surface of the photodetector illustrated in FIG. 2;

【図4】この発明の実施の形態3に係る光学式変位計の
構成を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter according to Embodiment 3 of the present invention.

【図5】この発明の実施の形態4に係る光学式変位計の
構成を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter according to Embodiment 4 of the present invention.

【図6】この発明の実施の形態5に係る光学式変位計の
構成を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter according to Embodiment 5 of the present invention.

【図7】この発明の実施の形態6に係る光学式変位計の
構成を示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of an optical displacement meter according to Embodiment 6 of the present invention.

【図8】従来における光学式変位計の構成を示す構成図
である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional optical displacement meter.

【図9】図8の光学式変位計の光軸に対して物体表面が
垂直である場合の、ピンホール位置におけるビームスポ
ットの状態を説明するための説明図である。
9 is an explanatory diagram for explaining a state of a beam spot at a pinhole position when an object surface is perpendicular to an optical axis of the optical displacement meter of FIG.

【図10】図9の場合において、物体表面の変位に対す
る、図8に示した受光素子の出力と、この出力から得ら
れる差動出力との関係を示すグラフである。
10 is a graph showing the relationship between the output of the light receiving element shown in FIG. 8 and the differential output obtained from this output with respect to the displacement of the object surface in the case of FIG. 9;

【図11】図8の光学式変位計の光軸に対して物体表面
が傾いている場合の、ピンホール位置におけるビームス
ポットの状態を説明するための説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a state of a beam spot at a pinhole position when an object surface is inclined with respect to an optical axis of the optical displacement meter of FIG. 8;

【図12】図11の場合において、物体表面の変位に対
する、図8に示した受光素子の出力と、この出力から得
られる差動出力との関係を示すグラフである。
12 is a graph showing the relationship between the output of the light receiving element shown in FIG. 8 and the differential output obtained from this output with respect to the displacement of the object surface in the case of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 光学式変位計 1 光源 2 コリメータレンズ 3 ビームスプリッタ 4 対物レンズ 5 物体 6 検出レンズ 7 偏光ビームスプリッタ 8 ピンホール 9 光検出器 10 差動増幅器 11 2焦点レンズ REFERENCE SIGNS LIST 100 optical displacement meter 1 light source 2 collimator lens 3 beam splitter 4 objective lens 5 object 6 detection lens 7 polarization beam splitter 8 pinhole 9 photodetector 10 differential amplifier 11 bifocal lens

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体表面の変位を測定するための光を放
射する、レーザ光源などからなる光源手段と、 当該光源手段から放射された光を平行光に変換するレン
ズ手段と、 当該レンズ手段により平行光に変換された
光をP偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ異なる集光位
置をもって前記物体表面近傍に集光する集光手段と、 前記物体表面で反射したP偏光成分およびS偏光成分の
光を当該P偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離する
分離手段と、 前記集光手段により集光したP偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置した第1の微小開口手段
と、 前記集光手段により集光したS偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置した第2の微小開口手段
と、 前記第1の微小開口手段を通過したP偏光成分の光の強
度を検出する第1の受光手段と、 前記第2の微小開口手段を通過したS偏光成分の光の強
度を検出する第2の受光手段と、 前記検出されたそれぞれの光の強度から、光軸方向にお
ける前記物体表面の変位を求める演算手段と、 を具備することを特徴とする光学式変位計。
1. A light source means, such as a laser light source, for emitting light for measuring displacement of an object surface, a lens means for converting light emitted from the light source means into parallel light, A light condensing means for condensing the light converted into parallel light near the object surface with different light condensing positions for the p-polarized light component and the s-polarized light component; Separating means for separating the light into the P-polarized component light and the S-polarized component light; and a separating means disposed at a conjugate position with respect to the condensing position of the P-polarized component light condensed by the condensing means. 1 micro aperture means, 2nd micro aperture means arranged at a conjugate position with respect to the condensing position of the S-polarized component light condensed by the condensing means, and 1st micro aperture means Check the intensity of the transmitted P-polarized light First light receiving means for emitting light; second light receiving means for detecting the intensity of S-polarized component light having passed through the second minute aperture means; and optical axis direction from the detected light intensities. And a calculating means for calculating a displacement of the surface of the object in the above.
【請求項2】 物体表面の変位を測定するための光を放
射する、レーザ光源などからなる光源手段と、 当該光源手段から放射された光を平行光に変換するレン
ズ手段と、 当該レンズ手段により平行光に変換された光をP偏光成
分とS偏光成分とでそれぞれ異なる集光位置をもって前
記物体表面近傍に集光する集光手段と、 前記物体表面で反射したP偏光成分およびS偏光成分の
光を当該P偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離する
分離手段と、 前記集光手段により集光したP偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受光面が同
心円状に分割され、前記集光したP偏光成分の光の強度
を検出する第1の受光手段と、 前記集光手段により集光したS偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受光面が同
心円状に分割され、前記集光したS偏光成分の光の強度
を検出する第2の受光手段と、 前記検出されたそれぞれの光の強度から、光軸方向にお
ける前記物体表面の変位を求める演算手段と、 を具備することを特徴とする光学式変位計。
2. A light source means, such as a laser light source, for emitting light for measuring the displacement of the surface of an object, a lens means for converting light emitted from the light source means into parallel light, A light condensing means for condensing the light converted into parallel light near the object surface with different light condensing positions for the p-polarized light component and the s-polarized light component; Separation means for separating the light into the P-polarized light and the S-polarized light; and a conjugate position with respect to the light-collected position of the P-polarized light collected by the light-collecting means. A first light receiving unit for detecting the intensity of the condensed P-polarized light component, wherein the light receiving surface is concentrically divided; and a light condensing position of the S-polarized light component condensed by the light condensing unit. Is located at a conjugate position with respect to A light-receiving surface is divided concentrically, a second light-receiving means for detecting the intensity of the collected S-polarized light, and the detected intensity of each of the light, An optical displacement meter comprising: a calculating means for determining a displacement;
【請求項3】 物体表面の変位を測定するための光を放
射する、レーザ光源などからなる光源手段と、 光の偏光面を、順方向および逆方向で同一回りに45°
回転させるファラデー回転素子と、 光の偏光面を、順方向および逆方向で反対回りに45°
回転させる第1の1/2波長板と、 前記ファラデー回転素子および第1の1/2波長板によ
り偏光面を90°回転させられた光を、P偏光成分とS
偏光成分とでそれぞれ異なる集光位置をもって前記物体
表面近傍に集光する集光手段と、 前記物体表面で反射し、偏光面を回転せずに前記ファラ
デー回転素子および第1の1/2波長板を経た、前記P
偏光成分およびS偏光成分の光を、当該P偏光成分の光
とS偏光成分の光とに分離する第1の分離手段と、 当該第1の分離手段により分離した偏光成分の光の偏光
面を45°回転する第2の1/2波長板と、 当該第2の1/2波長板により偏光面を回転させられた
光をP偏光成分とS偏光成分とに分離する分離手段と、 前記集光手段により集光したP偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受光面が同
心円状に分割され、前記集光したP偏光成分の光の強度
を検出する第1の受光手段と、 前記集光手段により集光したS偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受光面が同
心円状に分割され、前記集光したS偏光成分の光の強度
を検出する第2の受光手段と、 前記検出されたそれぞれの光の強度から、光軸方向にお
ける前記物体表面の変位を求める演算手段と、を具備す
ることを特徴とする光学式変位計。
3. A light source means, such as a laser light source, for emitting light for measuring the displacement of the surface of an object, and the polarization plane of the light is rotated by 45 ° in the same direction in the forward and reverse directions.
Faraday rotator to rotate, and the polarization plane of light 45 ° in opposite directions in the forward and reverse directions
A first half-wave plate to be rotated, and a light whose polarization plane is rotated by 90 ° by the Faraday rotator and the first half-wave plate to a P-polarized component and S
Light-collecting means for condensing light near the object surface with different light-condensing positions for polarization components; the Faraday rotator and the first half-wave plate reflected on the object surface without rotating the plane of polarization Through the P
A first separating unit that separates the polarized component light and the s-polarized component light into the p-polarized component light and the s-polarized component light, and a polarization plane of the polarized component light separated by the first separating unit. A second half-wave plate rotated by 45 °, separation means for separating light whose polarization plane has been rotated by the second half-wave plate into a P-polarized component and an S-polarized component; With respect to the condensing position of the light of the P-polarized light component condensed by the optical means, the light-receiving surface is arranged concentrically with respect to the converging position, and the intensity of the light of the condensed P-polarized light component is detected A first light receiving unit, which is disposed at a conjugate position with respect to the condensing position of the S-polarized light component condensed by the condensing unit, and wherein the light receiving surface is concentrically divided, A second light receiving means for detecting the intensity of the S-polarized component light, Calculating means for calculating the displacement of the surface of the object in the direction of the optical axis from the light intensity of the light.
【請求項4】 前記集光手段が、材料の複屈折を利用し
た2焦点光学系であることを特徴とする請求項1〜3の
いずれか一つに記載の光学式変位計。
4. The optical displacement meter according to claim 1, wherein said focusing means is a bifocal optical system utilizing birefringence of a material.
【請求項5】 物体表面の変位を測定するための光を放
射する光源手段と、 当該光源手段から放射された光を、わずかに収束または
発散させるレンズ手段と、 当該レンズ手段で収束または発散させられた光をP偏光
成分の光とS偏光成分の光とに分離することで、前記光
の光路を、前記P偏光成分にかかる第1光路と、前記S
偏光成分にかかる第2光路とに分割する分離・光路分割
手段と、 前記第1光路において、 当該第1光路の光路長を前記第2光路の光路長よりも長
く設定するためのミラー手段と、 光の偏光面を、順方向および逆方向で同一回りに45°
回転させる第1のファラデー回転素子と、 光の偏光面を、順方向および逆方向で反対回りに45°
回転させる第1の1/2波長板と、 を備え、 前記第2光路において、 光の偏光面を、順方向および逆方向で同一回りに45°
回転させる第2のファラデー回転素子と、 光の偏光面を、順方向および逆方向で反対回りに45°
回転させる第2の1/2波長板と、 を備え、 前記第1のファラデー回転素子および第1の1/2波長
板によりP偏光成分の光の偏光面を90°回転させて得
たS偏光成分の光と、前記第2のファラデー回転素子お
よび第2の1/2波長板によりS偏光成分の光の偏光面
を90°回転させて得たP偏光成分の光と、を一つの光
束に合成することで光路を結合し、または、前記物体表
面で反射した当該光束を前記P偏光成分の光と前記S偏
光成分の光とに分離する光路結合・分離手段と、 前記結合した光束を、前記第1光路と第2光路との光路
長差と、前記レンズ手段による収束または発散と、の作
用により、P偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ異なる
集光位置をもって前記物体表面近傍に集光する集光手段
と、 前記物体表面で反射し、第1光路において前記第1のフ
ァラデー回転素子および第1の1/2波長板により偏光
面を回転せず前記光路結合・分離手段および分離・光路
分割手段を経たS偏光成分の光と、第2光路において前
記第2のファラデー回転素子および第2の1/2波長板
により偏光面を回転せず前記光路結合・分離手段および
分離・光路分割手段を経たP偏光成分の光と、を当該P
偏光成分とS偏光成分とに分離する分離手段と、 前記集光手段により集光したP偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受光面が同
心円状に分割され、前記集光したP偏光成分の光の強度
を検出する第1の受光手段と、 前記集光手段により集光したS偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受光面が同
心円状に分割され、前記集光したS偏光成分の光の強度
を検出する第2の受光手段と、 前記検出されたそれぞれの光の強度から、光軸方向にお
ける前記物体表面の変位を求める演算手段と、 を具備することを特徴とする光学式変位計。
5. Light source means for emitting light for measuring the displacement of the surface of an object, lens means for slightly converging or diverging light emitted from the light source means, and converging or diverging by the lens means. By separating the obtained light into light of a P-polarized component and light of an S-polarized component, the optical path of the light is changed to a first optical path related to the P-polarized component,
Separation / optical path splitting means for splitting into a second optical path for a polarization component; and mirror means for setting the optical path length of the first optical path longer than the optical path length of the second optical path in the first optical path; 45 ° of the plane of polarization of the light in the same direction in the forward and reverse directions
A first Faraday rotator to rotate, and a polarization plane of light by 45 ° in opposite directions in the forward and reverse directions
A first half-wave plate to be rotated; and wherein in the second optical path, the polarization plane of light is rotated by 45 ° in the same direction in the forward and reverse directions.
A second Faraday rotator to rotate, and a polarization plane of light by 45 ° in opposite directions in the forward and reverse directions
And a second half-wave plate to be rotated. S-polarized light obtained by rotating the polarization plane of the P-polarized component by 90 ° by the first Faraday rotation element and the first half-wave plate Component light and P-polarized component light obtained by rotating the polarization plane of S-polarized component light by 90 ° by the second Faraday rotator and the second half-wave plate into one light flux An optical path combining / separating unit that combines the optical paths by combining, or separates the light flux reflected on the object surface into the P-polarized component light and the S-polarized component light, By the action of the optical path length difference between the first optical path and the second optical path and the convergence or divergence of the lens means, light is condensed near the object surface with different light condensing positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component. Light condensing means for reflecting light on the object surface, In the path, the light of the S-polarized component that has passed through the optical path coupling / separating means and the separating / optical path dividing means without rotating the plane of polarization by the first Faraday rotation element and the first half-wave plate; The P-polarized component light that has passed through the optical path coupling / separating means and the separating / optical path dividing means without rotating the polarization plane by the second Faraday rotation element and the second half-wave plate is converted to the P light.
Separating means for separating a polarized light component and an s-polarized light component; and a conjugate position with respect to the condensing position of the light of the p-polarized light component condensed by the condensing means, and the light receiving surface is concentric. A first light receiving unit that detects the intensity of the light of the collected P-polarized component, and is disposed at a conjugate position with respect to the light-collecting position of the S-polarized light collected by the light collecting unit; And a light-receiving surface is divided concentrically, a second light-receiving means for detecting the intensity of the light of the collected S-polarized light component, and the intensity of each of the detected light, An optical displacement meter, comprising: an arithmetic unit for determining a displacement of an object surface.
【請求項6】 物体表面の変位を測定するための光源手
段と、 当該光源手段から放射された光を平行光に変換
するレンズ手段と、 当該レンズ手段により平行光とされた光をP偏光成分の
光とS偏光成分の光とに分離することで、前記光の光路
を、前記P偏光成分にかかる第1光路と、前記S偏光成
分にかかる第2光路とに分割する分離・光路分割手段
と、 前記第1光路において、 光の偏光面を、順方向および逆方向で同一回りに45°
回転させる第1のファラデー回転素子と、 光の偏光面を、順方向および逆方向で反対回りに45°
回転させる第1の1/2波長板と、 を備え、 前記第2光路において、 光の偏光面を、順方向および逆方向で同一回りに45°
回転させる第2のファラデー回転素子と、 光の偏光面を、順方向および逆方向で反対回りに45°
回転させる第2の1/2波長板と、 前記第2光路において偏光面を90°回転させられた光
を、わずかに収束または発散させるレンズ手段と、 を備え、 前記第1のファラデー回転素子および第1の1/2波長
板によりP偏光成分の光の偏光面を90°回転させて得
たS偏光成分の光と、前記第2のファラデー回転素子お
よび第2の1/2波長板によりS偏光成分の光の偏光面
を90°回転させて得たP偏光成分の光と、を一つの光
束に合成することで光路を結合し、または、当該光を前
記P偏光成分の光と前記S偏光成分の光とに分離する光
路結合・分離手段と、 前記結合した光束を、前記レンズ手段による収束または
発散の作用によりP偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ
異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に集光する集
光手段と、 前記物体表面で反射し、第1光路において前記第1のフ
ァラデー回転素子および第1の1/2波長板により偏光
面を回転せず前記光路結合・分離手段、レンズ手段およ
び分離・光路分割手段を経たS偏光成分の光と、第2光
路において前記第2のファラデー回転素子および第2の
1/2波長板により偏光面を回転せず前記光路結合・分
離手段および分離・光路分割手段を経たP偏光成分の光
と、を当該P偏光成分とS偏光成分とに分離する分離手
段と、 前記集光手段により集光したP偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受光面が同
心円状に分割され、前記集光したP偏光成分の光の強度
を検出する第1の受光手段と、 前記集光手段により集光したS偏光成分の光の当該集光
位置に対して、共役位置に配置され、かつ、受光面が同
心円状に分割され、前記集光したS偏光成分の光の強度
を検出する第2の受光手段と、 前記検出されたそれぞれの光の強度から、光軸方向にお
ける前記物体表面の変位を求める演算手段と、 を具備することを特徴とする光学式変位計。
6. A light source means for measuring displacement of an object surface, a lens means for converting light emitted from the light source means into parallel light, and a P-polarized light component which is converted into parallel light by the lens means. Separation / optical path splitting means for splitting the optical path of the light into a first optical path for the P-polarized light component and a second optical path for the S-polarized light component by separating the light into S-polarized light and S-polarized light. In the first optical path, the polarization plane of the light is rotated by 45 ° in the same direction in the forward and reverse directions.
A first Faraday rotator to rotate, and a polarization plane of light by 45 ° in opposite directions in the forward and reverse directions
A first half-wave plate to be rotated; and wherein in the second optical path, the polarization plane of light is rotated by 45 ° in the same direction in the forward and reverse directions.
A second Faraday rotator to rotate, and a polarization plane of light by 45 ° in opposite directions in the forward and reverse directions
A second half-wave plate for rotating, and lens means for slightly converging or diverging the light whose polarization plane has been rotated by 90 ° in the second optical path, wherein the first Faraday rotation element and The S-polarized light obtained by rotating the polarization plane of the P-polarized light by 90 ° by the first half-wave plate and the S-polarized light by the second Faraday rotator and the second half-wave plate. By combining the light of the polarization component with the light of the P polarization component obtained by rotating the polarization plane of the light by 90 ° into one light flux, the optical paths are combined, or the light is combined with the light of the P polarization component and the S light. An optical path combining / separating means for separating the light into a polarized light component; and a light condensing position different between the P-polarized light component and the S-polarized light component due to the convergence or divergence of the combined light beam by the lens means. Focusing means for focusing light on The optical path coupling / separation means, the lens means, and the separation / optical path division means are reflected on the object surface without rotating the plane of polarization by the first Faraday rotation element and the first half-wave plate in the first optical path. The S-polarized light component and the P light that has passed through the optical path coupling / separating means and the separating / optical path dividing means without rotating the plane of polarization in the second optical path by the second Faraday rotator and the second half-wave plate. Separating means for separating the light of the polarized light component into the p-polarized light component and the s-polarized light component; and a conjugate position with respect to the light collecting position of the light of the p-polarized light component collected by the light collecting means. A first light receiving means for detecting the intensity of the condensed P-polarized light component, the light receiving surface of which is concentrically divided; and a light-condensing light of the S-polarized light component condensed by the light condensing means. Placed at a conjugate position relative to the position And a light receiving surface divided concentrically, a second light receiving means for detecting the intensity of the condensed S-polarized light, and the object in the optical axis direction based on the detected intensity of each light. An optical displacement meter comprising: a calculating means for determining a displacement of a surface;
【請求項7】 物体表面の変位を測定するための第1波
長の光を放射する第1の光源手段と、 物体表面の変位を測定するための第2波長の光を放射す
る第2の光源手段と、 前記第2波長の光をわずかに収束または発散させるレン
ズ手段と、 前記第1波長の光と前記第2波長の光とを一つの光束に
合成し、または、当該光を前記第1波長の光と前記第2
波長の光とに分離するダイクロイックミラーと、 当該合成した光を、前記レンズ手段による収束または発
散の作用によりそれぞれ異なる集光位置をもって前記物
体表面近傍に集光する集光手段と、 前記集光手段により集光した第1波長の光の当該集光位
置に対して、共役位置に配置されると共に、受光面が同
心円状に分割され、前記物体表面で反射し、前記ダイク
ロイックミラーを経た第1波長の光の強度を検出する第
1の受光手段と、 前記集光手段により集光した第2波長の光の当該集光位
置に対して、共役位置に配置されると共に、受光面が同
心円状に分割され、前記物体表面で反射し、前記ダイク
ロイックミラーおよび前記レンズ手段を経た第2波長の
光の強度を検出する第1の受光手段と、 前記検出されたそれぞれの光の強度から、光軸方向にお
ける前記物体表面の変位を求める演算手段と、 を具備することを特徴とする光学式変位計。
7. A first light source for emitting light of a first wavelength for measuring displacement of an object surface, and a second light source for emitting light of a second wavelength for measuring displacement of an object surface. Means, lens means for slightly converging or diverging the light of the second wavelength, and combining the light of the first wavelength and the light of the second wavelength into one light flux, or combining the light with the first light. Wavelength light and the second
A dichroic mirror that separates the light into light having a wavelength; a condensing unit that condenses the combined light at different condensing positions near the object surface by different convergence or divergence functions of the lens unit; Is arranged at a conjugate position with respect to the light condensing position of the light of the first wavelength condensed, and the light receiving surface is divided concentrically, reflected on the surface of the object, and passed through the dichroic mirror. A first light receiving means for detecting the intensity of the light, and a light receiving surface arranged concentrically with respect to the light condensing position of the light of the second wavelength condensed by the light condensing means, and the light receiving surface is concentric. A first light receiving unit that detects the intensity of the second wavelength light that is divided and reflected on the object surface and that has passed through the dichroic mirror and the lens unit; and Calculating means for calculating the displacement of the surface of the object in the direction of the optical axis.
【請求項8】 物体表面の変位を測定するための第1波
長の光を放射する第1の光源手段と、 物体表面の変位を測定するための第2波長の光を放射す
る第2の光源手段と、 前記第2波長の光をわずかに収束または発散させるレン
ズ手段と、 前記第1波長の光と前記第2波長の光とを一つの光束に
合成し、または、当該光を前記第1波長の光と前記第2
波長の光とに分離するダイクロイックミラーと、 当該合成した光を、前記レンズ手段による収束または発
散の作用によりそれぞれ異なる集光位置をもって前記物
体表面近傍に集光する集光手段と、 前記集光手段により集光した第1波長の光の当該集光位
置に対して、共役位置に配置した第1の微小開口手段
と、 前記集光手段により集光した第2波長の光の当該集光位
置に対して、共役位置に配置した第2の微小開口手段
と、 前記第1の微小開口手段を通過した第1波長の光の強度
を検出する第1の受光手段と、 前記第2の微小開口手段を通過した第2波長の光の強度
を検出する第2の受光手段と、 前記検出されたそれぞれの光の強度から、光軸方向にお
ける前記物体表面の変位を求める演算手段と、 を具備することを特徴とする光学式変位計。
8. A first light source means for emitting light of a first wavelength for measuring displacement of an object surface, and a second light source for emitting light of a second wavelength for measuring displacement of an object surface. Means, lens means for slightly converging or diverging the light of the second wavelength, and combining the light of the first wavelength and the light of the second wavelength into one light flux, or combining the light with the first light. Wavelength light and the second
A dichroic mirror that separates the light into light having a wavelength; a condensing unit that condenses the combined light at different condensing positions near the object surface by different convergence or divergence functions of the lens unit; A first minute aperture means disposed at a conjugate position with respect to the light condensing position of the first wavelength light condensed by On the other hand, a second micro aperture means disposed at a conjugate position, a first light receiving means for detecting the intensity of light of a first wavelength passing through the first micro aperture means, and a second micro aperture means Second light receiving means for detecting the intensity of the light of the second wavelength that has passed through; and calculating means for calculating displacement of the object surface in the optical axis direction from the detected intensities of the respective lights. Optical variable Rank meter.
【請求項9】 前記集光手段が、それぞれの光源から放
射する光の放射角度を、異なる位置に設定し得る光学手
段であることを特徴とする請求項7または8に記載の光
学式変位計。
9. The optical displacement meter according to claim 7, wherein said condensing means is an optical means capable of setting a radiation angle of light radiated from each light source to a different position. .
【請求項10】 前記集光手段が、色収差を有するレン
ズ手段であることを特徴とする請求項7または8に記載
の光学式変位計。
10. The optical displacement meter according to claim 7, wherein the light condensing means is a lens means having chromatic aberration.
【請求項11】 物体表面の変位を測定するための光を
平行光に変換する工程と、 この平行光をP偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ異な
る集光位置をもって前記物体表面近傍に集光する工程
と、 前記物体表面で反射したP偏光成分およびS偏光成分の
光を当該P偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離する
工程と、 前記P偏光成分の光を、前記集光したP偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する第1の微小開
口を通過させて受光する工程と、 前記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する第2の微小開
口を通過させて受光する工程と、 前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める工程と、 を含むことを特徴とする変位測定方法。
11. A step of converting light for measuring the displacement of the surface of the object into parallel light, and converging the parallel light near the surface of the object with different light condensing positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component. Separating the P-polarized component light and the S-polarized component light reflected by the object surface into the P-polarized component light and the S-polarized component light; and focusing the P-polarized component light on the object. Passing the received P-polarized component light through a first minute aperture located at a conjugate position with respect to the condensing position, and receiving the S-polarized component light with the collected S-polarized component light Receiving the light by passing through a second micro-aperture located at a conjugate position with respect to the light-condensing position; and obtaining the displacement of the object surface in the optical axis direction from the intensity of each of the received light. And a displacement measuring method comprising: .
【請求項12】 物体表面の変位を測定するための光を
平行光に変換する工程と、 この平行光をP偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ異な
る集光位置をもって前記物体表面近傍に集光する工程
と、 前記物体表面で反射したP偏光成分およびS偏光成分の
光を当該P偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離する
工程と、 前記P偏光成分の光を、前記集光したP偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、 前記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、 前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める工程と、 を含むことを特徴とする変位測定方法。
12. A step of converting light for measuring the displacement of an object surface into parallel light, and condensing the parallel light near the object surface with different light condensing positions for a P-polarized light component and an S-polarized light component. Separating the P-polarized component light and the S-polarized component light reflected by the object surface into the P-polarized component light and the S-polarized component light; and focusing the P-polarized component light on the object. Receiving at a concentrically divided light receiving surface located at a conjugate position with respect to the condensing position of the light of the P-polarized light component, and converting the light of the S-polarized light component to the light of the collected S-polarized light component Receiving light at a concentrically divided light receiving surface located at a conjugate position with respect to the light condensing position, and obtaining a displacement of the object surface in an optical axis direction from the intensity of each of the received light. Displacement measurement characterized by including Method.
【請求項13】 物体表面の変位を測定するために光を
平行光に変換する工程と、 ファラデー回転素子および第1の1/2波長板により前
記平行光の偏光面を一方向に90°回転させる工程と、 前記ファラデー回転素子および第1の1/2波長板によ
り偏光面を90°回転させられた光を、P偏光成分とS
偏光成分とでそれぞれ異なる集光位置をもって 前記物体表面近傍に集光する工程と、前記物体表面で反
射した前記P偏光成分およびS偏光成分の光が、結果的
に偏光面を回転せずに、前記ファラデー回転素子および
第1の1/2波長板を通過する工程と、 この通過した前記P偏光成分およびS偏光成分の光を、
当該P偏光成分の光とS偏光成分の光とに分離する工程
と、 第2の1/2波長板により前記分離した偏光成分の光の
偏光面を45°回転させる工程と、 この第2の1/2波長板により偏光面を回転させられた
光をP偏光成分とS偏光成分とに分離する工程と、 前記P偏光成分の光を、前記集光したP偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、 前記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、 前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める工程と、 を含むことを特徴とする変位測定方法。
13. A method of converting light into parallel light for measuring displacement of an object surface, and rotating a polarization plane of the parallel light by 90 ° in one direction by a Faraday rotator and a first half-wave plate. And rotating the polarization plane by 90 ° by the Faraday rotator and the first half-wave plate with the P-polarized component and S
Condensing light in the vicinity of the object surface with different light condensing positions with the polarized light components, and the light of the P-polarized light component and the S-polarized light component reflected on the object surface, without rotating the polarization plane as a result, Passing the light through the Faraday rotator and the first half-wave plate;
Separating the P-polarized component light and the S-polarized component light into light; and rotating the polarization plane of the separated polarized light component by 45 ° using a second half-wave plate. Separating the light whose polarization plane has been rotated by the half-wave plate into a P-polarized component and an S-polarized component; and condensing the P-polarized component light with the condensed P-polarized component light A step of receiving light on a concentrically divided light receiving surface located at a conjugate position with respect to the position; and a conjugate position of the S-polarized component light with respect to the condensed position of the collected S-polarized component light. A step of receiving light on a concentrically divided light receiving surface located at a position; and a step of obtaining a displacement of the object surface in an optical axis direction from an intensity of each of the received light. Method.
【請求項14】 物体表面の変位を測定するための光
を、わずかに収束または発散させる工程と、 この収束または発散させられた光を、互いに光路長が異
なるP偏光成分にかかる第1光路と、前記S偏光成分に
かかる第2光路と、に分割する工程と、 前記第1光路において、第1のファラデー回転素子およ
び第1の1/2波長板により前記P偏光成分の光の偏光
面を一方向に90°回転させてS偏光成分の光とする工
程と、 前記第2光路において、第2のファラデー回転素子およ
び第2の1/2波長板により前記S偏光成分の光の偏光
面を一方向に90°回転させてP偏光成分の光とする工
程と、 前記第1光路からのS偏光成分の光と、前記第2光路か
らのP偏光成分の光とを一つの光束に合成する工程と、 この合成した光束を、前記第1光路と第2光路との光路
長差と、前記光の収束または発散と、の作用により、P
偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ異なる集光位置をも
って前記物体表面近傍に集光する工程と、 前記物体表面で反射した前記光束を前記P偏光成分の光
と前記S偏光成分の光とに分離する工程と、 前記第1光路において、前記物体表面で反射した前記P
偏光成分およびS偏光成分の光が、結果的に偏光面を回
転せずに、前記第1のファラデー回転素子および第1の
1/2波長板を通過する工程と、 前記第2光路において、前記物体表面で反射した前記P
偏光成分およびS偏光成分の光が、結果的に偏光面を回
転せずに、前記第2のファラデー回転素子および第2の
1/2波長板を通過する工程と、 前記第1光路から戻ったS偏光成分の光と、前記第2光
路から戻ったP偏光成分の光とを、再び一つの光束に合
成し第1光路と第2光路とを結合する工程と、 この合成した光束をP偏光成分の光とS偏光成分の光と
に分離する工程と、 前記P偏光成分の光を、前記集光したP偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、 前記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、 前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める工程と、 を含むことを特徴とする変位測定方法。
14. A step of slightly converging or diverging light for measuring a displacement of an object surface, and combining the converged or divergent light with a first optical path having P-polarized light components having different optical path lengths. Dividing the polarization plane of the light of the P-polarized component by the first Faraday rotator and the first half-wave plate in the first optical path. Rotating the light by 90 ° in one direction to generate S-polarized light; and, in the second optical path, changing the polarization plane of the S-polarized light by a second Faraday rotation element and a second half-wave plate. Rotating by 90 ° in one direction to generate P-polarized light; combining the S-polarized light from the first optical path and the P-polarized light from the second optical path into one light flux; And combining the combined luminous flux with the first light By the action of the optical path length difference between the path and the second optical path and the convergence or divergence of the light, P
Condensing light near the object surface with different light condensing positions for the polarization component and the S polarization component, and separating the light beam reflected on the object surface into light of the P polarization component and light of the S polarization component In the first optical path, the P reflected by the object surface
The light of the polarization component and the S-polarization component passing through the first Faraday rotator and the first half-wave plate without rotating the polarization plane as a result; and in the second optical path, The P reflected on the object surface
Light of the polarization component and the S-polarization component passing through the second Faraday rotator and the second half-wave plate without rotating the plane of polarization as a result; and returning from the first optical path. Combining the S-polarized component light and the P-polarized component light returned from the second optical path into one light flux again to combine the first optical path and the second optical path with each other; Separating the light of the P-polarized component into light of the S-polarized component, and dividing the light of the P-polarized component into concentric circles located at conjugate positions with respect to the condensing position of the collected P-polarized light. Receiving the S-polarized component light on a concentrically divided light-receiving surface located at a conjugate position with respect to the condensing position of the collected S-polarized component light. And the intensity of each of the received light, the object in the optical axis direction Displacement measuring method characterized by comprising a step of determining the displacement of the surface.
【請求項15】 物体表面の変位を測定するための光を
平行光に変換する工程と、 この平行光を、光路長を略同一とするP偏光成分にかか
る第1光路と、前記S偏光成分にかかる第2光路と、に
分割する工程と、 前記第1光路において、第1のファラデー回転素子およ
び第1の1/2波長板により前記P偏光成分の光の偏光
面を一方向に90°回転させてS偏光成分の光とする工
程と、 さらに、前記第1光路において、前記90°回転させら
れた光をわずかに収束または発散させる工程と、 前記第2光路において、第2のファラデー回転素子およ
び第2の1/2波長板により前記S偏光成分の光の偏光
面を一方向に90°回転させてP偏光成分の光とする工
程と、 前記第1光路からのS偏光成分の光と、前記第2光路か
らのP偏光成分の光とを一つの光束に合成する工程と、 この合成した光束を、前記光の収束または発散の作用に
よりP偏光成分とS偏光成分とでそれぞれ異なる集光位
置をもって前記物体表面近傍に集光する工程と、 前記物体表面で反射した前記光束を前記P偏光成分の光
と前記S偏光成分の光とに分離する工程と、 前記第1光路において、前記物体表面で反射した前記P
偏光成分およびS偏光成分の光が、結果的に偏光面を回
転せずに、前記第1のファラデー回転素子および第1の
1/2波長板を通過する工程と、 前記第2光路において、前記物体表面で反射した前記P
偏光成分およびS偏光成分の光が、結果的に偏光面を回
転せずに、前記第2のファラデー回転素子および第2の
1/2波長板を通過する工程と、 前記第1光路から戻ったS偏光成分の光と、前記第2光
路から戻ったP偏光成分の光とを、再び一つの光束に合
成し第1光路と第2光路とを結合する工程と、 この合成した光束をP偏光成分の光とS偏光成分の光と
に分離する工程と、 前記P偏光成分の光を、前記集光したP偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、 前記S偏光成分の光を、前記集光したS偏光成分の光の
当該集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分
割された受光面で受光する工程と、 前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める工程と、 を含むことを特徴とする変位測定方法。
15. A step of converting light for measuring a displacement of an object surface into parallel light, a first optical path on a P-polarized component having substantially the same optical path length, and the S-polarized component. And a second optical path according to the above, and in the first optical path, the polarization plane of the light of the P-polarized component is 90 ° in one direction by a first Faraday rotation element and a first half-wave plate. Rotating the light into an S-polarized light component; further, slightly converging or diverging the 90-degree rotated light in the first optical path; and performing a second Faraday rotation in the second optical path. Rotating the polarization plane of the S-polarized light by 90 ° in one direction by the element and the second half-wave plate to make the P-polarized light; and the S-polarized light from the first optical path. And light of the P-polarized component from the second optical path. Combining the combined light beam into one light beam, and condensing the combined light beam in the vicinity of the object surface with different light condensing positions for the P-polarized light component and the S-polarized light component by the action of convergence or divergence of the light, Separating the light beam reflected by the object surface into the P-polarized light component and the S-polarized light component; and the P light reflected by the object surface in the first optical path.
The light of the polarization component and the S-polarization component passing through the first Faraday rotator and the first half-wave plate without rotating the polarization plane as a result; and in the second optical path, The P reflected on the object surface
Light of the polarization component and the S-polarization component passing through the second Faraday rotator and the second half-wave plate without rotating the plane of polarization as a result; and returning from the first optical path. Combining the S-polarized component light and the P-polarized component light returned from the second optical path into one light flux again to combine the first optical path and the second optical path with each other; Separating the light of the P-polarized component into light of the S-polarized component, and dividing the light of the P-polarized component into concentric circles located at conjugate positions with respect to the condensing position of the collected P-polarized light. Receiving the S-polarized component light on a concentrically divided light-receiving surface located at a conjugate position with respect to the condensing position of the collected S-polarized component light. And the intensity of each of the received light, the object in the optical axis direction Displacement measuring method characterized by comprising a step of determining the displacement of the surface.
【請求項16】 物体表面の変位を測定するための第1
波長の光を放射する工程と、 物体表面の変位を測定するための第2波長の光を放射す
る工程と、 前記第2波長の光をわずかに収束または発散させる工程
と、 前記第1波長の光と前記第2波長の光とを一つの光束に
合成する工程と、 この合成した光を、前記第2変位計調の光の収束または
発散の作用によりそれぞれ異なる集光位置をもって前記
物体表面近傍に集光する工程と、 前記物体表面で反射した前記光束を前記第1波長の光と
前記第2波長の光とに分離する工程と、 前記第1波長の光を、前記集光した第1波長の光の当該
集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分割さ
れた受光面で受光する工程と、 前記第2波長の光を、前記集光した第2波長の光の当該
集光位置に対して共役位置に位置する同心円状に分割さ
れた受光面で受光する工程と、 前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める工程と、 を含むことを特徴とする変位測定方法。
16. A first method for measuring a displacement of an object surface.
Emitting light of a wavelength; emitting light of a second wavelength for measuring displacement of the surface of the object; slightly converging or diverging the light of the second wavelength; Combining the light and the light of the second wavelength into one light flux; and combining the combined light with different converging positions due to the convergence or divergence of the light of the second displacement meter. Condensing the light beam reflected by the object surface into light of the first wavelength and light of the second wavelength; and collecting the light of the first wavelength into the condensed first light. Receiving at a concentrically divided light receiving surface located at a conjugate position with respect to the light condensing position of the light of the wavelength; and transmitting the light of the second wavelength to the light of the collected light of the second wavelength. Concentrically divided light-receiving surface located at a conjugate position with respect to the light position A displacement measuring method, comprising: receiving light; and obtaining a displacement of the surface of the object in an optical axis direction from an intensity of each of the received light.
【請求項17】 物体表面の変位を測定するための第1
波長の光を放射する工程と、 物体表面の変位を測定するための第2波長の光を放射す
る工程と、 前記第2波長の光をわずかに収束または発散させる工程
と、 前記第1波長の光と前記第2波長の光とを一つの光束に
合成する工程と、 この合成した光を、前記第2変位計調の光の収束または
発散の作用によりそれぞれ異なる集光位置をもって前記
物体表面近傍に集光する工程と、 前記物体表面で反射した前記光束を前記第1波長の光と
前記第2波長の光とに分離する工程と、 前記第1波長の光を、前記集光した第1波長の光の当該
集光位置に対して共役位置に位置する第1の微小開口を
通過させて受光する工程と、 前記第2波長の光を、前記集光した第2波長の光の当該
集光位置に対して共役位置に位置する第2の微小開口を
通過させて受光する工程と、 前記受光したそれぞれの光の強度から、光軸方向におけ
る前記物体表面の変位を求める工程と、 を含むことを特徴とする変位測定方法。
17. A first method for measuring a displacement of an object surface.
Emitting light of a wavelength; emitting light of a second wavelength for measuring displacement of the surface of the object; slightly converging or diverging the light of the second wavelength; Combining the light and the light of the second wavelength into one light flux; and combining the combined light with different converging positions due to the convergence or divergence of the light of the second displacement meter. Condensing the light beam reflected by the object surface into light of the first wavelength and light of the second wavelength; and collecting the light of the first wavelength into the condensed first light. Receiving the light having the wavelength by passing through the first minute aperture located at the conjugate position with respect to the light condensing position of the light having the wavelength; Light is received by passing through the second minute aperture located at a conjugate position with respect to the light position And measuring a displacement of the surface of the object in an optical axis direction from an intensity of each of the received lights.
【請求項18】 前記第1波長と第2波長とでそれぞれ
異なる集光位置をもって前記物体表面近傍に集光する工
程を、色収差を有するレンズ手段を利用して行うことを
特徴とする請求項16または17に記載の変位測定方
法。
18. The method according to claim 16, wherein the step of converging light near the surface of the object with different light condensing positions at the first wavelength and the second wavelength is performed using lens means having chromatic aberration. Or the displacement measuring method according to 17.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010271208A (en) * 2009-05-22 2010-12-02 Mitsutoyo Corp Displacement gauge
KR20160072756A (en) * 2014-12-15 2016-06-23 테스트 리서치 인코포레이티드 Optical system
CN106767428A (en) * 2016-11-24 2017-05-31 李达成 Laser alignment, displacement measurement system based on the disturbance of holographic conjugate light make-up air

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