JPH06307858A - Optical displacement meter - Google Patents
Optical displacement meterInfo
- Publication number
- JPH06307858A JPH06307858A JP9751193A JP9751193A JPH06307858A JP H06307858 A JPH06307858 A JP H06307858A JP 9751193 A JP9751193 A JP 9751193A JP 9751193 A JP9751193 A JP 9751193A JP H06307858 A JPH06307858 A JP H06307858A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- condensing
- object surface
- optical
- receiving elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、被検査物としての物体
表面の微小変位を非接触により高精度で測定する光学式
変位計及び測定方法に関するものであり、物体表面の形
状を測定するに際して利用できる技術に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical displacement meter and a measuring method for measuring minute displacement of an object surface as an object to be inspected with high accuracy in a non-contact manner. It relates to available technology.
【０００２】従来の光学式変位計の構成の一例を図６に
示す。図６において、半導体レーザ光源３１より放射さ
れた直線偏光は、偏光ビームスプリッタ３２によりＰ偏
光とＳ偏光に分離され、Ｐ偏光とＳ偏光の夫々はファラ
デー回転子３３，３４により、偏光方向を＋４５°回転
された後、１／２波長板３５，３６で更に＋４５°回転
され、このため、Ｐ偏光はＳ偏光に、Ｓ偏光はＰ偏光に
夫々変換されて、偏光ビームスプリッタ３７で合成され
る。FIG. 6 shows an example of the configuration of a conventional optical displacement meter. In FIG. 6, the linearly polarized light emitted from the semiconductor laser light source 31 is separated into P-polarized light and S-polarized light by the polarization beam splitter 32, and the polarization directions of the P-polarized light and the S-polarized light are +45 by the Faraday rotators 33 and 34, respectively. After being rotated by °, it is further rotated by + 45 ° by the half-wave plates 35 and 36. Therefore, P-polarized light is converted into S-polarized light and S-polarized light is converted into P-polarized light, and they are combined by the polarization beam splitter 37. .
【０００３】合成されたＳ偏光とＰ偏光は、集光レンズ
３８、ピンホール３９、複屈折光学系４０を経て物体面
４１上に集光され、複屈折光学系４０の働きにより、Ｐ
偏光成分とＳ偏光成分は夫々異なる位置に集光される。
そして、反射光は前述した往路を逆方向に戻り、１／２
波長板３５，３６にて偏光方向は夫々＋４５°回転する
が、ファラデー回転子３３，３４により−４５°回転す
るため、Ｐ偏光はＰ偏光のまま、Ｓ偏光はＳ偏光のま
ま、偏光ビームスプリッタ３２に到達して合成される。The combined S-polarized light and P-polarized light pass through a condenser lens 38, a pinhole 39, and a birefringent optical system 40, and are condensed on an object plane 41.
The polarized light component and the S polarized light component are condensed at different positions.
Then, the reflected light returns in the reverse direction on the above-mentioned forward path, and becomes 1/2
The polarization directions of the wavelength plates 35 and 36 are rotated by + 45 °, but the Faraday rotators 33 and 34 rotate by -45 °, so that the P-polarized light remains as P-polarized light and the S-polarized light remains as S-polarized light. It reaches 32 and is synthesized.
【０００４】このため、合成された光は半導体レーザ光
源３１側に戻ることなく、偏光ビームスプリッタ４２に
到達し、ここでＰ偏光とＳ偏光とに分離されて、夫々受
光素子４３、４４に入射する。このような光学系の配置
により、物体面の位置が変化すると、受光素子４３、４
４の受光量に差が生じる。この二つの受光素子の出力信
号を処理する手段４５により、物体表面の変位を知るも
のである。Therefore, the combined light does not return to the semiconductor laser light source 31 side but reaches the polarization beam splitter 42, where it is separated into P-polarized light and S-polarized light and enters the light-receiving elements 43 and 44, respectively. To do. When the position of the object plane changes due to such an arrangement of the optical system, the light receiving elements 43, 4
4 causes a difference in the amount of received light. The means 45 for processing the output signals of these two light receiving elements is used to know the displacement of the object surface.
【０００５】このような従来の構成において、性能を左
右するピンホールの位置決めが比較的容易であるとして
も、光学系として、ファラデー回転子を使用するため
に、低コスト化が困難であり、且つ検出ヘッドの小型化
が難しい。仮に、ファラデー回転子を使用しないとして
も、半導体レーザ光源側への戻り光により、レーザ出力
にノイズが重畳するため、光アイソレータを使用する等
の対策を講じる必要があり、同様に低コスト化、小型化
が困難となっている。In such a conventional configuration, even if the pinholes that affect performance are relatively easy to position, it is difficult to reduce the cost because the Faraday rotator is used as the optical system. It is difficult to miniaturize the detection head. Even if the Faraday rotator is not used, the return light to the semiconductor laser light source side causes noise to be superimposed on the laser output, so it is necessary to take measures such as using an optical isolator, which similarly reduces the cost. It is difficult to downsize.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のこの
種の装置に比べて、安価で且つ小型化を可能とする信頼
性の高い光学式変位計を提供することを目的とするもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a highly reliable optical displacement gauge which is cheaper and more compact than conventional devices of this type. is there.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、波長を異にする二つの放射光束を物体表
面に向かわせる光路には、各光束を一点に集光する第一
の集光手段、該集光点の位置に配置された微小開口手
段、該微小開口手段を通過した各光束を物体表面上に集
光する第二の集光手段を配置し、該物体表面上で反射
し、微小開口手段を通過した異なる二つの波長の光束を
分割する分割手段と、その背後に、夫々の波長の光に対
応する二つの受光素子とに導き、該二つの受光素子の出
力に基づいて物体の変位量を演算する演算手段とを備
え、前記第一、第二の集光手段のうち、少なくとも一方
に色収差を有するレンズを用いることを特徴とするもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a first optical path for directing two radiant light beams having different wavelengths toward an object surface. On the surface of the object, the second light collecting means for collecting each light flux passing through the minute opening means on the object surface The output of the two light-receiving elements is guided to a splitting means that splits the light fluxes of two different wavelengths that have been reflected by the micro-aperture means and two light-receiving elements that correspond to the light of each wavelength behind them. Calculating means for calculating the amount of displacement of the object based on the above, and at least one of the first and second light collecting means is a lens having chromatic aberration.
【０００８】本発明は、波長を異にする二つの放射光束
を物体表面に向かわせる光路には、各光束を一点に集光
する第一の集光手段、該集光点の位置に配置された微小
開口手段、該微小開口手段を通過した各光束を物体表面
上に集光する第二の集光手段を配置し、該物体表面上で
反射し、微小開口手段を通過した異なる二つの波長の光
束を分割する分割手段と、その背後に、夫々の波長の光
に対応する二つの受光素子とに導き、該二つの受光素子
の出力に基づいて物体の変位量を演算する演算手段とを
備え、光源から物体表面に至る往路中に、波長の異なる
二つの光束の広がり角度を異ならせる光学手段を設けた
ことを特徴とするものである。According to the present invention, in the optical path for directing two radiant light fluxes having different wavelengths toward the object surface, the first light converging means for converging each light flux at one point are arranged at the position of the light condensing point. A minute aperture means, and a second condenser means for condensing each light flux passing through the minute aperture means on the object surface, reflecting on the object surface, and two different wavelengths passing through the minute aperture means. A splitting means for splitting the light flux and a calculation means for guiding the displacement amount of the object based on the outputs of the two light-receiving elements, which are guided to the two light-receiving elements corresponding to the light of the respective wavelengths behind the splitting means. It is characterized in that an optical means is provided in the outward path from the light source to the surface of the object, the optical means for varying the spread angles of two light beams having different wavelengths.
【０００９】また、本発明は、前記光学式変位計におい
て、前記第二の集光手段による各波長の光の集光点の中
間位置に物体表面がある場合における、二つの受光素子
の受光量Ｐｏ、Ｐｏ′を記憶する記憶手段を有し、任意
の位置に物体表面がある場合の二つの受光素子の受光量
がＰ、Ｐ′であるとき、物体表面の変位量Ｄは、Ｄ＝
〔（Ｐ／Ｐｏ）−（Ｐ′／Ｐｏ′）〕／〔（Ｐ／Ｐｏ）
＋（Ｐ′／Ｐｏ′）〕により求める手段を備えたことを
特徴とするものである。Further, according to the present invention, in the above optical displacement meter, when the object surface is located at an intermediate position between the condensing points of the light beams of the respective wavelengths by the second condensing means, the light receiving amounts of the two light receiving elements. When the light receiving amounts of the two light receiving elements are P and P ′ when the object surface is located at an arbitrary position, the displacement amount D of the object surface is D =
[(P / Po)-(P '/ Po')] / [(P / Po)
+ (P '/ Po')] is provided.
【００１０】本発明は、更に、前記光学式変位計におい
て、前記第二の集光手段による各波長の光の集光点の中
間位置に物体表面がある場合において、二つの受光素子
からの光検出信号が等しくなるように、それぞれの受光
素子の信号増幅率を設定することを特徴とし、又は、波
長を異にする二つの放射光束を形成するため、放射波長
の異なる二つの単色光源を用い、前記第二の集光手段に
よる各波長の光の集光点の中間位置に物体表面がある場
合における、二つの受光素子からの光検出信号が等しく
なるように、二つの光源の放射出力の比率を設定するこ
とを特徴とし、又は、波長を異にする二つの放射光束を
形成するため、放射波長の異なる二つの単色光源を用
い、それらの光源の放射出力の比率を一定に保ち続ける
放射出力制御手段を設けることを特徴とするものであ
る。The present invention further provides, in the above optical displacement meter, when the object surface is located at an intermediate position between the condensing points of the light of each wavelength by the second condensing means, the light from the two light receiving elements is The feature is that the signal amplification factor of each light receiving element is set so that the detection signals become equal, or two monochromatic light sources with different emission wavelengths are used to form two radiant light fluxes with different wavelengths. , The radiation output of the two light sources so that the light detection signals from the two light receiving elements are equal when the object surface is located at the intermediate position of the light condensing point of the light of each wavelength by the second light condensing means. Radiation characterized by setting the ratio, or using two monochromatic light sources with different emission wavelengths to form two radiant fluxes with different wavelengths and keeping the ratio of the radiant output of those light sources constant Output control means It is characterized in that the kick.
【００１１】本発明は、単一の白色光源と、該光源から
の放射光束を物体表面に向かわせる光路には、光束を一
点に集光する第一の集光手段、集光点に置かれた微小開
口手段、該微小開口手段を通過した光を物体表面上に集
光する第二の集光手段を配置し、該物体表面上で反射
し、微小開口手段を通過した光を、各波長成分に分解す
る分解光学素子と、該分散光学素子の背後にラインセン
サとに導き、該ラインセンサの出力に基づいて物体の変
位量を演算する演算手段を設け、前記第一、第二の集光
手段のうち、少なくとも一方に色収差を有するレンズを
用いたことを特徴とするものである。According to the present invention, a single white light source and an optical path for directing a luminous flux emitted from the light source to the surface of an object are placed at a first condensing means and a condensing point for condensing the luminous flux at one point. A minute aperture means and a second condenser means for condensing the light passing through the minute aperture means on the object surface, and reflecting the light on the object surface and passing through the minute aperture means, Decomposition optical element for decomposing into components and a line sensor behind the dispersion optical element, and a calculation means for calculating the displacement amount of the object based on the output of the line sensor are provided, and the first and second collections are provided. A lens having chromatic aberration is used for at least one of the optical means.
【００１２】本発明は、前記光学式変位計において、微
小開口手段を設置する前のラインセンサの出力を校正デ
ータとして予め記憶し、微小開口手段を設置した状態で
任意の位置に物体表面がある場合のラインセンサの各画
素出力を前記校正データで除算し、更に、除算データの
ピーク位置を求め、物体表面変位量を前記ピーク位置の
変化として検出する測定方法を特徴とするものである。According to the present invention, in the above-mentioned optical displacement meter, the output of the line sensor before installing the fine opening means is stored in advance as calibration data, and the object surface is located at an arbitrary position with the fine opening means installed. In this case, each pixel output of the line sensor is divided by the calibration data, the peak position of the divided data is obtained, and the object surface displacement amount is detected as a change in the peak position.
【００１３】[0013]
【作用】本発明の構成により、波長の異なる光束を用
い、それらの光束を物体表面の前後に集光させ、夫々の
波長の光を受光素子により検出して、物体表面の変位量
を安価な手段により正確に測定することができる。With the configuration of the present invention, light beams having different wavelengths are used, the light beams are condensed before and after the surface of the object, and the light of each wavelength is detected by the light receiving element, so that the displacement amount of the object surface can be reduced. It can be accurately measured by means.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１には、本発明の第１の実施例が示されており、
第一の半導体レーザ光源１ａより放射された波長λ1 の
光は、偏光ビームスプリッタ２ａ、１／４波長板３ａを
通り、ダイクロイックミラー４に到達する。第二の半導
体レーザ光源１ｂより放射された波長λ2 の光は、偏光
ビームスプリッタ２ｂ、１／４波長板３ｂを通り、ダイ
クロイックミラー４に到達する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the invention,
The light of wavelength λ 1 emitted from the first semiconductor laser light source 1a passes through the polarization beam splitter 2a and the quarter wavelength plate 3a and reaches the dichroic mirror 4. The light having the wavelength λ 2 emitted from the second semiconductor laser light source 1b reaches the dichroic mirror 4 through the polarization beam splitter 2b and the quarter wavelength plate 3b.
【００１５】ダイクロイックミラー４は、波長λ1 の光
を透過し、波長λ2 の光を反射するため、双方の光は合
成され、アクロマティックレンズ５、ピンホール６、対
物レンズ７を経て物体表面８に到達する。ここで、対物
レンズ７としては、色収差未補正のレンズを使用するこ
とによって、波長λ1 の光と波長λ2 の光とは異なる位
置に集光させることができる。The dichroic mirror 4 transmits the light of the wavelength λ 1 and reflects the light of the wavelength λ 2 , so that the both lights are combined and passed through the achromatic lens 5, the pinhole 6 and the objective lens 7, and the object surface. Reach 8. Here, by using a lens whose chromatic aberration has not been corrected as the objective lens 7, the light of wavelength λ 1 and the light of wavelength λ 2 can be condensed at different positions.
【００１６】物体表面からの反射光は、前述した往路を
逆方向に戻り、ダイクロイックミラー４で夫々の波長に
分離され、夫々の偏光ビームスプリッタ２ａ、２ｂによ
り反射されて受光素子９ａ、９ｂに入射する。受光素子
９ａ、９ｂには、メモリ、除算回路、ピーク検出回路等
から構成される演算手段１０が接続されている。１１
は、第一の半導体レーザ光源１ａと第二の半導体レーザ
光源１ｂとに接続された半導体レーザコントローラであ
り、二つの半導体レーザの出力の比率を一定に保ち得る
ように出力制御を行っている。The reflected light from the surface of the object returns to the reverse direction on the above-mentioned forward path, is separated into respective wavelengths by the dichroic mirror 4, is reflected by the respective polarization beam splitters 2a and 2b, and is incident on the light receiving elements 9a and 9b. To do. The light receiving elements 9a and 9b are connected to an arithmetic means 10 including a memory, a division circuit, a peak detection circuit and the like. 11
Is a semiconductor laser controller connected to the first semiconductor laser light source 1a and the second semiconductor laser light source 1b, and performs output control so that the ratio of the outputs of the two semiconductor lasers can be kept constant.
【００１７】このような光学系の配置によって、物体表
面８の位置が変化すると、ピンホール６を通過する反射
光のうち、波長λ1 の光成分と波長λ2 の光成分の割合
が変化し、受光素子９ａ、９ｂの受光量に差を生じる。
よって、二つの受光素子９ａ、９ｂの差動信号を得るこ
とにより、物体表面８の変位を知ることができる。When the position of the object surface 8 changes due to the arrangement of such an optical system, the ratio of the light component of the wavelength λ 1 and the light component of the wavelength λ 2 in the reflected light passing through the pinhole 6 changes. , The light receiving amounts of the light receiving elements 9a and 9b are different.
Therefore, the displacement of the object surface 8 can be known by obtaining the differential signals of the two light receiving elements 9a and 9b.
【００１８】図２（ａ）には、物体表面８の変位と二つ
の受光素子９ａ、９ｂの出力信号との関係を示し、図２
（ｂ）には、図２（ａ）の二つの受光素子９ａ、９ｂの
出力信号により、差動出力信号を得た場合の状態を示し
ており、図２（ａ）、（ｂ）において、夫々の受光素子
の感度は、波長依存性のない理想的な場合の出力信号を
実線により表し、実際には、波長依存性があり、その場
合の出力信号を点線で示している。FIG. 2A shows the relationship between the displacement of the object surface 8 and the output signals of the two light receiving elements 9a and 9b.
FIG. 2B shows a state where a differential output signal is obtained from the output signals of the two light receiving elements 9a and 9b of FIG. 2A, and in FIG. 2A and FIG. Regarding the sensitivity of each light receiving element, an output signal in an ideal case without wavelength dependence is represented by a solid line, and actually, there is wavelength dependence, and an output signal in that case is shown by a dotted line.
【００１９】このように、受光素子の感度には波長依存
性があるため、変位検出出力信号のリニアリティの悪
化、ダイナミックレンジの低下等の不具合を生じる。本
発明では、これを解決するために、次のような対策を講
じている。As described above, since the sensitivity of the light receiving element has wavelength dependency, problems such as deterioration of linearity of the displacement detection output signal and reduction of dynamic range occur. In order to solve this, the present invention takes the following measures.
【００２０】第一の手段として、対物レンズ７により形
成される二つの集光点の中央位置に、物体表面８がある
場合における、二つの受光素子９ａ、９ｂの受光量をメ
モリに記憶しておく。その場合の二つの受光素子の受光
量を夫々、Ｐ0 、Ｐ0 ′とする。そして、任意の位置に
物体表面があり、その場合において、二つの受光素子９
ａ、９ｂの受光量が、Ｐ、Ｐ′としたとき、物体表面の
変位量Ｄはコンピュータ等の演算手段を用いて、Ｄ＝
〔（Ｐ／Ｐｏ）−（Ｐ′／Ｐｏ′）〕／〔（Ｐ／Ｐｏ）
＋（Ｐ′／Ｐｏ′）〕の式により算出することができ
る。As a first means, the amount of light received by the two light receiving elements 9a and 9b when the object surface 8 is located at the center of the two converging points formed by the objective lens 7 is stored in a memory. deep. In this case, the amounts of light received by the two light receiving elements are P 0 and P 0 ′, respectively. The object surface is located at an arbitrary position, and in that case, the two light receiving elements 9
When the light receiving amounts of a and 9b are P and P ', the displacement amount D of the object surface is D =
[(P / Po)-(P '/ Po')] / [(P / Po)
+ (P '/ Po')].
【００２１】第二の手段として、対物レンズ７による二
つの集光点の中央位置に物体表面８が位置する場合にお
いて、二つの受光素子９ａ、９ｂからの検出出力信号が
等しくなるように、夫々の受光素子の信号増幅率を予め
設定しておくことにより、前記不具合を解決する。As a second means, when the object surface 8 is located at the central position of the two condensing points by the objective lens 7, the detection output signals from the two light receiving elements 9a and 9b are equal to each other. By previously setting the signal amplification factor of the light receiving element, the above problem is solved.
【００２２】第三の手段として、対物レンズ７による二
つの集光点の中央位置に物体表面８が位置する場合にお
いて、二つの受光素子９ａ、９ｂからの検出出力信号が
等しくなるように、二つの半導体レーザの放射出力の比
率を予め設定しておくことにより、前記不具合を解決す
る。As a third means, when the object surface 8 is located at the center position of the two condensing points by the objective lens 7, the detection output signals from the two light receiving elements 9a and 9b are equalized. By previously setting the ratio of the radiation outputs of the two semiconductor lasers, the above-mentioned problem is solved.
【００２３】また、この実施例において、二つの半導体
レーザ光源１ａ、１ｂの放射出力が独立に変動すると、
受光素子９ａ、９ｂによる変位検出出力信号のリニアリ
ティや精度が悪化する等の不具合が生じる。このような
不具合は、二つの半導体レーザ光源１ａ、１ｂの放射出
力の比率を一定に保ち続けることがように、半導体レー
ザコントローラ１１を設けることにより、二つの半導体
レーザ光源の出力制御を行って解消することができる。Further, in this embodiment, when the radiation outputs of the two semiconductor laser light sources 1a and 1b fluctuate independently,
Problems such as deterioration of linearity and accuracy of the displacement detection output signal by the light receiving elements 9a and 9b occur. Such a problem is solved by controlling the output of the two semiconductor laser light sources by providing the semiconductor laser controller 11 so that the ratio of the radiation outputs of the two semiconductor laser light sources 1a and 1b can be kept constant. can do.
【００２４】前述の第一の実施例では、光源として、放
射波長の異なる二つの半導体レーザを用いた場合につい
て説明したが、次の図３に示す第二の実施例は、二波長
同時発振レーザを使用する場合の光学式変位計について
説明する。二波長同時発振レーザ１ｃからは、互いに偏
光面が直交した光が放射される。この偏光面が直交した
光は、偏波保存光ファイバ１２を介して検出ヘッドＨ内
に配置されたビームスプリッタ１３に導かれる。In the above-mentioned first embodiment, the case where two semiconductor lasers having different emission wavelengths are used as the light source has been described, but the second embodiment shown in FIG. 3 below is a dual wavelength simultaneous oscillation laser. The optical displacement meter when using is described. The two-wavelength simultaneous oscillation laser 1c emits lights whose polarization planes are orthogonal to each other. The light whose polarization planes are orthogonal to each other is guided to the beam splitter 13 arranged in the detection head H via the polarization maintaining optical fiber 12.
【００２５】ビームスプリッタ１３を通過した光は、第
一のアクロマティックレンズ１４ａにより集光され、ピ
ンホール１５を通過し、第二のアクロマティックレンズ
１４ｂで略平行な光に変換される。この略平行な光は、
広帯域偏光ビームスプリッタ１６により、二つの波長の
光に分割される。分割された光路の一方には、レンズ１
７が配置され、同じく光路の他方には、レンズは配置さ
れておらず、この分割された光路は、再び広帯域偏光ビ
ームスプリッタ１８により合成される構成となる。The light passing through the beam splitter 13 is condensed by the first achromatic lens 14a, passes through the pinhole 15 and is converted into substantially parallel light by the second achromatic lens 14b. This substantially parallel light is
The broadband polarization beam splitter 16 splits the light into two wavelengths. The lens 1 is provided on one of the divided optical paths.
7 is arranged, and no lens is arranged on the other side of the optical path, and the divided optical paths are composed again by the broadband polarization beam splitter 18.
【００２６】レンズ１７が配置されない方の分割された
波長の光は、略平行のままの状態で導かれ、レンズ１７
が配置された方の分割された波長の光は、レンズ１７の
作用により収束光となる。この状態により、対物レンズ
１９に到達した二つの波長の光は、対物レンズ１９によ
り、物体表面８の前後に対応する異なる位置に集光す
る。そして、物体表面８からの反射光は、前記往路を逆
方向に向かい、ビームスプリッタ１３により反射され、
レンズ２０、プリズム２１を通って、二分割の受光素子
２２の別々の受光面に入射するように構成されている。The light of the split wavelengths where the lens 17 is not arranged is guided in a state of being substantially parallel to the lens 17
The light of the divided wavelength in which is arranged becomes convergent light by the action of the lens 17. In this state, the two wavelengths of light that have reached the objective lens 19 are condensed by the objective lens 19 at different positions corresponding to the front and back of the object surface 8. Then, the reflected light from the object surface 8 travels in the opposite direction on the outward path and is reflected by the beam splitter 13.
It is configured such that the light passes through the lens 20 and the prism 21 and is incident on different light-receiving surfaces of the two-divided light-receiving elements 22.
【００２７】よって、二波長同時発振レーザ光源１ｃか
らの二つの波長の光束は、広がり角度を異ならせしめる
光学手段により、物体表面８の異なる位置に集光させる
ことができ、この反射光を、各波長毎に検出する受光素
子２２により検出し、前記第一の実施例と同様に、物体
表面の変位を測定することができる。Therefore, the light fluxes of the two wavelengths from the dual wavelength simultaneous oscillation laser light source 1c can be condensed at different positions on the object surface 8 by the optical means for varying the divergence angles, and the reflected light can be respectively reflected. It is possible to measure the displacement of the surface of the object by detecting with the light receiving element 22 that detects for each wavelength, as in the first embodiment.
【００２８】更に、図４には、本発明の第三の実施例が
示されている。この第三の実施例においては、光源とし
て、白色光源を使用し、該白色光源からの光束を色収差
を有するレンズを介して物体表面に集光し、この反射光
の出力を各波長毎にラインセンサで検出するものであ
る。Further, FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a white light source is used as a light source, the light flux from the white light source is condensed on the object surface through a lens having chromatic aberration, and the output of this reflected light is lined for each wavelength. It is detected by a sensor.
【００２９】白色光源１ｄからの光は、光ファイバ１２
ａを介して検出ヘッドＨ内に配置されたビームスプリッ
タ１３に導かれる。このビームスプリッタ１３を通過し
た光は、アクロマティックレンズ５、ピンホール６、色
収差未補正の対物レンズ７を経て物体表面８に集光され
る。そして、反射光は前記往路を逆方向に戻り、ビーム
スプリッタ１３により反射され、レンズ２０、プリズム
２１を通って、受光素子としてのラインセンサ２３の受
光面に入射するように構成されている。ラインセンサ２
３の出力は、メモリ、除算回路、ピーク検出回路から構
成される演算手段１０に導かれ、物体表面８の変位が求
められる。The light from the white light source 1d is transmitted through the optical fiber 12
It is guided to the beam splitter 13 arranged in the detection head H via a. The light passing through the beam splitter 13 is focused on the object surface 8 through the achromatic lens 5, the pinhole 6, and the objective lens 7 whose chromatic aberration has not been corrected. Then, the reflected light returns in the reverse direction on the forward path, is reflected by the beam splitter 13, passes through the lens 20 and the prism 21, and enters the light receiving surface of the line sensor 23 as a light receiving element. Line sensor 2
The output of 3 is guided to the arithmetic means 10 including a memory, a division circuit, and a peak detection circuit, and the displacement of the object surface 8 is obtained.
【００３０】この実施例における物体表面変位の測定原
理について説明する。図４において、ピンホール６のな
い場合には、光源の分光分布特性、物体表面の反射特性
等により、ラインセンサ２６で検出される分光分布は、
一例として図５（ａ）に示されるように複雑な形状とな
る。そこで、ピンホール６が設置されると、限られた波
長域の反射光のみが、ピンホール６の通過を可能とし、
それ以外の波長域の光は、ピンホール６により遮られ
る。これは、対物レンズ７による集光位置が波長により
異なることに起因する。The principle of measuring the object surface displacement in this embodiment will be described. In FIG. 4, when there is no pinhole 6, the spectral distribution detected by the line sensor 26 is due to the spectral distribution characteristics of the light source, the reflection characteristics of the object surface, and the like.
As an example, it has a complicated shape as shown in FIG. Therefore, when the pinhole 6 is installed, only reflected light in a limited wavelength range can pass through the pinhole 6,
Light in other wavelength regions is blocked by the pinhole 6. This is because the focusing position by the objective lens 7 differs depending on the wavelength.
【００３１】この結果、ピンホール６を設置した際のラ
インセンサ２３において、検出される分光分布は、図５
（ａ）に対して図５（ｂ）の波線を乗じた図５（ｃ）
の実線に示した状態となる。そして、物体表面８が変
位すると、ピンホール６を通過する波長域が移動し、ラ
インセンサ２３で検出される分光分布は、図５（ａ）に
対して図５（ｂ）の波線を乗じた図５（ｃ）の実線
に示した状態となる。従って、図５（ｃ）を図５（ａ）
で除算することにより、図５（ｂ）を求め、更に、その
ピーク位置を求めれば、ピーク位置の変位量から物体表
面８の変位を求めることができる。As a result, the spectral distribution detected by the line sensor 23 when the pinhole 6 is installed is shown in FIG.
FIG. 5 (c) obtained by multiplying (a) by the broken line in FIG. 5 (b).
It becomes the state shown by the solid line. When the object surface 8 is displaced, the wavelength range passing through the pinhole 6 is moved, and the spectral distribution detected by the line sensor 23 is obtained by multiplying FIG. 5A by the wavy line in FIG. 5B. The state shown by the solid line in FIG. Therefore, FIG. 5C is changed to FIG.
5B is obtained by dividing by, and the peak position is obtained, the displacement of the object surface 8 can be obtained from the displacement amount at the peak position.
【発明の効果】本発明の構成により、光学式変位計とし
て、従来のようなファラデー素子等の高価な光学素子を
使用することなく、低コスト化を実現できる効果を有
し、しかも、受光素子の分光感度特性に影響されること
のない、高精度の測定を可能とする効果を有する。According to the structure of the present invention, as an optical displacement meter, there is an effect that the cost can be reduced without using an expensive optical element such as a Faraday element as in the prior art, and moreover, a light receiving element. It has the effect of enabling highly accurate measurement without being affected by the spectral sensitivity characteristics of.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の光学式変位計の第一の実施例を示す構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an optical displacement meter of the present invention.
【図２】（ａ）は物体表面の変位と二つの受光素子の出
力信号との関係、（ｂ）は物体表面の変位と二つの受光
素子の差動出力信号との関係を示すグラフである。FIG. 2A is a graph showing the relationship between the displacement of the object surface and the output signals of the two light receiving elements, and FIG. 2B is a graph showing the relationship between the displacement of the object surface and the differential output signals of the two light receiving elements. .
【図３】本発明の光学式変位計の第二の実施例を示す構
成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the optical displacement meter of the present invention.
【図４】本発明の光学式変位計の第三の実施例を示す構
成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the optical displacement meter of the present invention.
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は図４の第三の実施例にお
ける物体表面変位の測定方法を説明するためのグラフで
ある。5 (a), (b) and (c) are graphs for explaining a method for measuring an object surface displacement in the third embodiment of FIG.
【図６】従来の光学式変位計の一例を示す構成図であ
る。FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a conventional optical displacement meter.
１ａ，１ｂ 半導体レーザ光源 １ｃ 二波長同時発振レーザ光源 １ｄ 白色光源 ２ 偏光ビームスプリッタ ３ １／４波長板 ４ ダイクロイックミラー ５ アクロマティックレンズ ６ ピンホール ７ 色収差未補正の対物レンズ ８ 物体表面 ９ 受光素子 １０ 演算手段 １１ 半導体レーザコントローラ １２ 偏波保存光ファイバ １３ ビームスプリッタ １４ａ アクロマティックレンズ １４ｂ アクロマティックレンズ １５ ピンホール １６，１８ 広帯域偏光ビームスプリッタ １７ レンズ １９ 対物レンズ ２０ レンズ ２１ プリズム ２２ 二分割の受光素子 ２３ ラインセンサ Ｈ 検出ヘッド 1a, 1b Semiconductor laser light source 1c Dual wavelength simultaneous oscillation laser light source 1d White light source 2 Polarizing beam splitter 3 1/4 wavelength plate 4 Dichroic mirror 5 Achromatic lens 6 Pinhole 7 Objective lens 8 without chromatic aberration correction 8 Object surface 9 Light receiving element 10 Computation means 11 Semiconductor laser controller 12 Polarization-maintaining optical fiber 13 Beam splitter 14a Achromatic lens 14b Achromatic lens 15 Pinhole 16, 18 Broadband polarization beam splitter 17 Lens 19 Objective lens 20 Lens 21 Prism 22 Divided light receiving element 23 Line Sensor H detection head
Claims (8)
面に向かわせる光路には、各光束を一点に集光する第一
の集光手段、該集光点の位置に配置された微小開口手
段、該微小開口手段を通過した各光束を物体表面上に集
光する第二の集光手段を配置し、該物体表面上で反射
し、微小開口手段を通過した異なる二つの波長の光束を
分割する分割手段と、その背後に、夫々の波長の光に対
応する二つの受光素子とに導き、該二つの受光素子の出
力に基づいて物体の変位量を演算する演算手段とを備
え、前記第一、第二の集光手段のうち、少なくとも一方
に色収差を有するレンズを用いることを特徴とする光学
式変位計。1. An optical path for directing two radiant light fluxes having different wavelengths to the surface of an object, a first light condensing means for converging each light flux at one point, and a minute light beam arranged at the position of the light condensing point. A second condensing means for arranging the aperture means and each light flux passing through the minute aperture means on the object surface is arranged, reflected on the object surface, and the light flux of two different wavelengths passed through the minute aperture means. A dividing means for dividing, and behind it, two light receiving elements corresponding to light of respective wavelengths, and a calculating means for calculating the displacement amount of the object based on the outputs of the two light receiving elements, An optical displacement meter, wherein at least one of the first and second light converging means has a lens having chromatic aberration.
面に向かわせる光路には、各光束を一点に集光する第一
の集光手段、該集光点の位置に配置された微小開口手
段、該微小開口手段を通過した各光束を物体表面上に集
光する第二の集光手段を配置し、該物体表面上で反射
し、微小開口手段を通過した異なる二つの波長の光束を
分割する分割手段と、その背後に、夫々の波長の光に対
応する二つの受光素子とに導き、該二つの受光素子の出
力に基づいて物体の変位量を演算する演算手段とを備
え、光源から物体表面に至る往路中に、波長の異なる二
つの光束の広がり角度を異ならせる光学手段を設けたこ
とを特徴とする光学式変位計。2. An optical path for directing two radiant light fluxes having different wavelengths toward an object surface, a first light condensing means for condensing each light flux at one point, and a minute light beam arranged at the position of the light condensing point. A second condensing means for arranging the aperture means and each light flux passing through the minute aperture means on the object surface is arranged, reflected on the object surface, and the light flux of two different wavelengths passed through the minute aperture means. A dividing means for dividing, and behind it, two light receiving elements corresponding to light of respective wavelengths, and a calculating means for calculating the displacement amount of the object based on the outputs of the two light receiving elements, An optical displacement meter, characterized in that an optical means is provided on the outward path from the light source to the surface of the object for varying the spread angles of two light beams having different wavelengths.
集光点の中間位置に物体表面がある場合における、二つ
の受光素子の受光量Ｐｏ、Ｐｏ′を記憶する記憶手段を
有し、任意の位置に物体表面がある場合の二つの受光素
子の受光量がＰ、Ｐ′であるとき、物体表面の変位量Ｄ
は、Ｄ＝〔（Ｐ／Ｐｏ）−（Ｐ′／Ｐｏ′）〕／〔（Ｐ
／Ｐｏ）＋（Ｐ′／Ｐｏ′）〕により求める手段を備え
たことを特徴とする請求項１、２記載の光学式変位計。3. A storage means for storing the light reception amounts Po and Po ′ of the two light receiving elements when the object surface is located at an intermediate position between the light collection points of the respective wavelengths of light by the second light collection means. However, when the light receiving amounts of the two light receiving elements when the object surface is at an arbitrary position are P and P ′, the displacement amount D of the object surface is
Is D = [(P / Po)-(P '/ Po')] / [(P
/ Po) + (P '/ Po')]. The optical displacement meter according to claim 1, further comprising:
集光点の中間位置に物体表面がある場合において、二つ
の受光素子からの光検出信号が等しくなるように、それ
ぞれの受光素子の信号増幅率を設定することを特徴とす
る請求項１、２記載の光学式変位計。4. When the object surface is located at an intermediate position between the condensing points of the light beams of the respective wavelengths by the second condensing means, the respective photodetection signals from the two photodetectors are equalized. 3. The optical displacement meter according to claim 1, wherein the signal amplification factor of the element is set.
るため、放射波長の異なる二つの単色光源を用い、前記
第二の集光手段による各波長の光の集光点の中間位置に
物体表面がある場合における、二つの受光素子からの光
検出信号が等しくなるように、二つの光源の放射出力の
比率を設定することを特徴とする請求項１、２記載の光
学式変位計。5. In order to form two radiant light fluxes having different wavelengths, two monochromatic light sources having different radiant wavelengths are used, and the second condensing means is provided at an intermediate position of the condensing point of the light of each wavelength. 3. The optical displacement meter according to claim 1, wherein the ratio of the radiation outputs of the two light sources is set so that the light detection signals from the two light receiving elements are equal when there is an object surface.
るため、放射波長の異なる二つの単色光源を用い、それ
らの光源の放射出力の比率を一定に保ち続ける放射出力
制御手段を設けることを特徴とする請求項１、２記載の
光学式変位計。6. In order to form two radiant fluxes with different wavelengths, two monochromatic light sources with different radiant wavelengths are used, and radiant output control means for keeping the ratio of radiant output of these light sources constant is provided. The optical displacement gauge according to claim 1 or 2, characterized in that:
束を物体表面に向かわせる光路には、光束を一点に集光
する第一の集光手段、集光点に置かれた微小開口手段、
該微小開口手段を通過した光を物体表面上に集光する第
二の集光手段を配置し、該物体表面上で反射し、微小開
口手段を通過した光を、各波長成分に分解する分解光学
素子と、該分散光学素子の背後にラインセンサとに導
き、該ラインセンサの出力に基づいて物体の変位量を演
算する演算手段を設け、前記第一、第二の集光手段のう
ち、少なくとも一方に色収差を有するレンズを用いたこ
とを特徴とする光学式変位計。7. A single white light source and an optical path for directing a luminous flux emitted from the light source to the surface of the object, a first condensing means for condensing the luminous flux at one point, and a minute condenser placed at the condensing point. Opening means,
A second condensing means for condensing the light passing through the minute aperture means on the surface of the object is arranged, and the light reflected on the surface of the object and passed through the minute aperture means is decomposed into wavelength components. An optical element and a line sensor behind the dispersive optical element are provided, and a calculation unit for calculating the displacement amount of the object based on the output of the line sensor is provided, and among the first and second condensing units, An optical displacement meter characterized by using a lens having chromatic aberration on at least one side.
サの出力を校正データとして予め記憶し、微小開口手段
を設置した状態で任意の位置に物体表面がある場合のラ
インセンサの各画素出力を前記校正データで除算し、更
に、除算データのピーク位置を求め、物体表面変位量を
前記ピーク位置の変化として検出することを特徴とする
請求項７の光学式変位計による測定方法。8. The output of the line sensor before installing the fine aperture means is stored in advance as calibration data, and each pixel output of the line sensor when the object surface is located at an arbitrary position with the fine aperture means installed is obtained. The method according to claim 7, further comprising: dividing by the calibration data, obtaining a peak position of the divided data, and detecting an object surface displacement amount as a change in the peak position.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9751193A JPH06307858A (en) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | Optical displacement meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9751193A JPH06307858A (en) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | Optical displacement meter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06307858A true JPH06307858A (en) | 1994-11-04 |
Family
ID=14194291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9751193A Withdrawn JPH06307858A (en) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | Optical displacement meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06307858A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1480009A2 (en) * | 2003-05-19 | 2004-11-24 | Soatec Inc. | Laser measurement apparatus |
| JP2007536535A (en) * | 2004-05-06 | 2007-12-13 | カール マール ホールディング ゲーエムベーハー | Measuring device having an optical probe tip |
| WO2009037949A1 (en) * | 2007-09-19 | 2009-03-26 | Nikon Corporation | Measuring device and measuring method employed therein |
| JP2009074867A (en) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Nikon Corp | Measuring apparatus and its measurement method |
| US8934739B2 (en) | 2010-08-06 | 2015-01-13 | Fujikura Ltd. | Sensor head and optical sensor |
-
1993
- 1993-04-23 JP JP9751193A patent/JPH06307858A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1480009A2 (en) * | 2003-05-19 | 2004-11-24 | Soatec Inc. | Laser measurement apparatus |
| EP1480009A3 (en) * | 2003-05-19 | 2005-06-15 | Soatec Inc. | Laser measurement apparatus |
| US7196795B2 (en) | 2003-05-19 | 2007-03-27 | Soatec Inc. | Laser measurement apparatus |
| JP2007536535A (en) * | 2004-05-06 | 2007-12-13 | カール マール ホールディング ゲーエムベーハー | Measuring device having an optical probe tip |
| WO2009037949A1 (en) * | 2007-09-19 | 2009-03-26 | Nikon Corporation | Measuring device and measuring method employed therein |
| JP2009074867A (en) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Nikon Corp | Measuring apparatus and its measurement method |
| US8934739B2 (en) | 2010-08-06 | 2015-01-13 | Fujikura Ltd. | Sensor head and optical sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4568372B2 (en) | Partial coherence interferometer eliminating measurement ambiguity | |
| JPH05157521A (en) | Measuring method of ellipso parameter and ellipsometer | |
| WO2018045735A1 (en) | Apparatus used for laser-measurement signal correction | |
| JP2009300263A (en) | Two-wavelength laser interferometer and method of adjusting optical axis in the same | |
| JPH052932B2 (en) | ||
| KR101910084B1 (en) | A novel optical device outputting two parallel beams and an interferometer using the optical device | |
| JPH06307858A (en) | Optical displacement meter | |
| JP2572111B2 (en) | Laser interferometer | |
| JPH07294231A (en) | Optical surface roughness sensor | |
| JP2002005617A (en) | Optical measurement device | |
| JPH10148505A (en) | Optical displacement gauge and method for measuring displacement using it | |
| JPH11101739A (en) | Ellipsometry apparatus | |
| JPH0961109A (en) | Light wave interference measuring device | |
| JPH0560557A (en) | Optical method and device for measuring micro displacement | |
| JP2792318B2 (en) | Polarization analysis method and apparatus | |
| JP2004340735A (en) | Wavefront aberration measuring apparatus | |
| JPH10281718A (en) | Polarizing optical element, method for adjusting polarizing azimuth, and light wave interferometer using the same | |
| JPH0510733A (en) | Three-dimensional shape measuring apparatus | |
| JPH08145625A (en) | Optical displacement measuring apparatus | |
| JP2004053525A (en) | Condensed laser beam measuring method and device | |
| JPH11325848A (en) | Aspherical surface shape measurement device | |
| JPH08327334A (en) | Gap measuring apparatus | |
| JPH08101010A (en) | Optical displacement sensor | |
| JPH08285690A (en) | Depolarization device and light power measuring device using the depolarization device | |
| JPH04286925A (en) | Semiconductor laser wavelength detector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |