JPH0465613A - 光学式表面粗さ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光学式の表面粗さ測定装置に係り、詳しくは、
光の反射位置が表面の凹凸に応して変化するのに伴って
反射光の収束発散状態か変化することを利用して表面の
凹凸を測定する装置に関するものである。

従来の技術 被測定物の表面粗さや微細な凹凸形状等を測定する光学
式表面粗さ測定装置の一種に、光軸に対して交差する方
向へ相対移動させられる被測定物の表面にビームウェス
トが略位置する状態でその表面の微小範囲に計測光を集
光させるとともに、その表面で反射された計測光の収束
発散状態の変化を検出することにより、その表面の凹凸
による計測光の反射位置の変位量を測定する形式のもの
がある。そして、上記収束発散状態の変化を検出する一
つの手段として、臨界角プリズムによる反射光量の変化
を検出する臨界角法が知られている。

かかる臨界角法について第２図を参照しつつ具体的に説
明すると、Ｂ点が対物レンズ１０の焦点位置にあれば、
Ｂ点からの光線は対物レンズ１０を通過した後に平行光
線となって口臨界角プリズム１２に入射する。臨界角プ
リズム１２の反射面１２ａの入射光軸ｊに対する傾斜角
度は、その反射面１２ａのガラス−空気境界面における
臨界角と略一致させられており、臨界角プリズム１２に
よって全反射された光線は２分割光センサ１４の一対の
受光部１６ａおよび１６ｂで受光され、反射光量が検出
される。このとき、反射光の光軸ｋを含み紙面に垂直な
平面を境界とする一方の側および他方の側における反射
光量は、両方の側における反射光が共に臨界角プリズム
１２によって全反射された光線であるため共に等しく、
上記受光部１６ａおよび１６ｂの差動信号は０となる。

ところが、出射点がＡ点に移動すると対物レンズ１０を
出た光線は発散光となり、臨界角プリズム１２に入射す
る光線の光軸ｊより上半分は全反射の条件を満たさなく
なって部分反射となり、方の受光部１６ａの出力は他方
の受光部１６ｂの出力よりも小さくなって差動信号は負
となる。逆に、出射点が０点に移動すると対物レンズ１
０を出たＣ光線は収束光となり、臨界角プリズム１２に
入射する光線の光軸Ｊより下半分は全反射の条件を満た
さなくなって部分反射となり、他方の受光部１６ｂの出
力は一方の受光部１６ａの出力よりも小さくなって差動
信号は正となる。したがって、上記２分割光センサ１４
の差動信号の正負によって出射点の移動状態を検知する
ことができるのである。

Ｈｎ臨界角法、このように光の収束発散状態の変化から
光の出射位置を検出する方法であり、第３図はこのＱ界
角法を利用して表面の凹凸を測定する装置の一例を示す
骨子図である。かかる第３図において、レーザ発振器工
８から出射された直線偏光レーザ光りは、光軸上に配置
されたビームエキスパンダ２０によりビーム径が拡大さ
れて円形平行光とされた後、偏光ビームスプリッタ２４
に入射させられる。レーザ発振器１８の姿勢は、レーザ
光りの偏波面（電気ヘクトルの振動面）が紙面と直角と
なるように設定されており、入射面が紙面と平行になる
ように配置された偏光ビームスプリッタ２４によりレー
ザ光りは下方へ反射される。反射されたレーザ光りは、
区波長板２６を通過したあと前記対物レンズ１０によっ
て被測定物２日の表面３０に照射される。

上記被測定物２８は、偏光ビームスプリッタ２４によっ
て反射されたレーザ光りの光軸ｊ上において、表面３０
が対物レンズ１０によって集光されるレーザ光りのビー
ムウェストと略一致する位置に配置されているとともに
、駆動装置３２によってレーザ光りの光軸ｊと直角な平
面内を移動させられる移動テーブル３４上に載置されて
いる。

したがって、□レー枦光りは表面３０窃微小範囲に照射
されることとなり、被測定物２日が移動テーブル３４と
共に光軸ｊと直角な方向へ移動させられることにより、
その表面３０上におけるレーザ光りの反射位置は表面３
０の凹凸に対応して光軸ｊ方向へ変位させられる。レー
ザ光りは計測光に相当する。

表面３０で反射されたレーザ光りは、その後対物レンズ
１０を経てス波長板２６を再び通過させられることによ
り、往路に比較して偏波面の向きが９０°回転させられ
、偏光ビームスプリッタ２４を透過したあと臨界角プリ
ズム１２に入射させられる。そして、臨界角・プリズム
１２により全反射および部分反射されたレーザ光りは、
２分割光センサ１４に入射させられる。かかる２分割光
センサ１４の受光部１６ａ、１６ｂの受光量は、表面３
０の凹凸によるレーザ光りの反射位置の変位に伴って、
前記第２図に示されている原理に従って増減させられる
ため、その受光量に対応する出力信号Ｓａ、Ｓｂが供給
される測定回路３６においては、それ等の信号Ｓａ、Ｓ
ｂＯ差を求め、その差動信号の正負の値から例えばデー
タマツプ等により表面３０の凹凸を求める。

発明が解決しようとする課題 しかしなから、かかる従来の測定方法においては、被測
定物を相対移動させる際の振動その他の外乱によりその
被測定物が計測光の光軸方向に変位させられると、その
変位量を含んで表面粗さが測定されるため、必ずしも充
分な測定精度が得られないという問題があった。

本発明は以上の事情を°背景として為されたもので、そ
の目的とするところは、被測定物の振動等による影響を
排除して測定精度を向上させることにある。゛ 課１を解決するための手段 かかる目的を達成するために、本発明の要旨とするとこ
ろは、光軸に対して交差する方向へ相対移動させられる
被測定物の表面にビームウェストが１ｌＦｌｉ置する状
態でその表面の微小範囲に計測光を集光させるとともに
、その表面で反射された計測光の収束発散状態の変化を
検出することにより、その表面の凹凸による計測光の反
射位置の変位量を測定する方式の光学式表面粗さ測定装
置であって、（ａ）光軸が同じで偏波面が互いに直交す
る２種類の偏光成分を含む光を出射する光源装置と、面
前記２種類め偏光成分をそれぞれ独立に集光し、その２
種類の偏光成分の一方を計測光として、そのビームウェ
ストが前記被測定物の表面と略一致するよ夕にその表面
の微小範囲に照射するとともに、上記２種類の偏光成分
の他方を参照光として上記被測定物の表面の比較的広い
範囲に照射する対物レンズと、（Ｃ）前記表面で反射さ
れ且つ前記対物レンズを通過させられた前記計測光およ
び参照光を分離する偏光ビームスプリッタと、（ｄ）そ
の偏光ビームスプリッタによって分離された前記計測光
の光軸上において、その先軸に対して予め定められた角
度だけ傾斜させられ且つ計測光の入射角の大小に対応し
てその反射率が増減する反射面を備えて配設され、前記
表面における計測光の反射位置の変位に応じｔその計測
光の収束発散状態が変化させられるのに伴って、上記反
射面により反射された計測光の光軸を含み且つ計測光の
入射面に垂直な平面を境界とする一方の側および他方の
側におけるそれぞれの反射光量を相反的に増減させる計
測用反射素子と、（ｅ）その計測用反射素子によって反
射される前記計測光の光軸を挟んで前記境界に対して略
対称な２位置において、前記一方の側および他方の側に
おける上記計測光の光量をそれぞれ検出する計測用光セ
ンサと、（ｆ）前記偏光ビームスプリッタによって分離
された前記参照光の光軸上において、その光軸に対して
予め定められた角度だけ傾斜させられ且つ参照光の入射
角の大小に対応してその反射率が増減する反射面を備え
て配設され、前記表面における参照光の反射位置の変位
に応じてその参照光の収束発散状態が変化させられるの
に伴って、上記反射面により反射された参照光の光軸を
含み且つ参照光の入射面に垂直な平面を境界とする一方
の側および他方の側におけるそれぞれの反射光量を相反
的に増減させる参照用反射素子と、（９）その参照用反
射素子によって反射される前記参照光の光軸を挟んで前
記境界に対して略対称な２位置において、前記一方の側
および他方の側における上記参照光の光量をそれぞれ検
出する参照用光センサと、（５）前記計測用光センサか
ら出力される計測信号の差動をとるとともに、前記参照
用光センサから出力される参照信号の差動をとり、それ
等の差動信号の差に基づいて前記表面の凹凸を測定する
測定手段とを有することにある。

作用 上記光学式表面粗さ測定装置においては、光軸が同じで
偏波面が互いに直交する２種類の偏光成分を含む光が光
源装置から出射され、対物レンズによって、上記２種類
の偏光成分の一方が計測光として被測定物の表面の微小
範囲に集光させられるとともに、２種類の偏光成分の他
方が参照光として被測定物の表面の比較的広い範囲に集
光させられる。そして、その表面で反射された計測光お
よび参照光は、上記対物レンズを通過させられたあと偏
光ビームスプリッタによって分離され、それぞれ計測用
反射素子および参照用反射素子に入射させられる。

計測用反射素子に入射してその入射角に対応した反射率
にて反射された計測光は、被測定物の表面における反射
位置の変位に応じて収束発散状態が変化させられるのに
伴って、その反射光量が前記境界の一方の側および他方
の側において相反的に増減させられるとともに、その一
方の側および他方の側における２位置において、計測用
光センサによってその光量が検出される。また、参照用
反射素子に入射してその入射角に対応した反射率にて反
射された参照光は、被測定物の表面における反射位置の
変位に応じて収束発散状態が変化させられるのに伴って
、その反射光量が前記境界の一方の側および他方の側に
おいて相反的に増減させられるとともに、その一方の側
および他方の側における２位置において、参照用光セン
サによってその光量が検出される。そして、測定手段に
より計測用光センサおよび参照用光センサから出力され
る信号の差動をそれぞれとるとともに、それ等の差動信
号の差から被測定物の表面の凹凸が測定される。

このとき、上記参照用光センサから出力される参照信号
の差動は参照光が照射された部分の変位量ＤＲに相当す
るが、この変位量ＤＲは、参照光が被測定物の表面の比
較的広い範囲に照射されることから、表面の凹凸による
影響が平均化されて振動等による被測定物全体の変位量
ｄ°に対応する。また、計測用光センサから出力される
計測信号の差動は計測光が照射された部分の変位量り。

に相当するが、この変位量り、は、計測光が被測定物の
表面の微小範囲に照射されることから、上記被測定物全
体の振動等による変位量ｄ“と表面の凹凸による変位量
ｄとを合わせた変位量（ｄ＋ｄ’）に対応する。したが
って、それ等の差動信号の差、すなわち変位量り、（＝
ｃｔ“）と変位量ＤＨ（−ａ＋ａ　’　）との差は、被
測定物の表面の凹凸のみによる変位量ｄに相当し、振動
等の外乱による影響が相殺されて表面の凹凸が高い精度
で測定される。

なお、上記変位量り、、Ｄ、は必ずしも長さ寸法として
求められる必要はなく、差動信号の差から最終的に表面
の凹凸が長さ寸法として求められるようになっておれば
良く、計測光および参照光によるそれぞれの差動信号の
何れか一方が零となるように対物レンズと被測定物とを
光軸方向へ相対移動させて、他方の差動信号から直接表
面の凹凸を求めるようにすることもできる。

発明の効果 このように、本発明の光学式表面粗さ測定装置によれば
、計測光による表面粗さ測定とは別に、被測定物表面の
比較的広い範囲に照射された参照光により被測定物表面
全体の変位量が求められ、この参照光によって測定され
た変位量と計測光によって求められた変位量゛との差に
基づいて表面の凹凸が測定されることにより、振動等の
外乱による影響が相殺されて被測定物の表面の凹凸が高
い精度で測定されるのである。

また、本発明によれば、被測定物の表面における反射位
置の変位によって反射光量が相反して増減させられる２
位置において光量を検出するとともに、それ等め差動を
とるようになっているため、光源装置の出力変動等に起
因するノイズが除去される利点がある。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、以下の実施例において前記第３図の従来例と
共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略
する。

第１図において、レーザ発振器１８の姿勢はレーザ光り
の偏波面が紙面に対して４５°傾斜するように設定され
ており、このレーザ発振器１８から出射されたレーザ光
りは、□ビームエキスパンダ２０によりビーム径が拡大
されて円形平行光とされた後、無偏光ビームスプリッタ
４０によって下方へ反射され、二重焦点レンズ４２に入
射させられる。二重焦点レンズ４２は、光学ガラスと複
屈折性材料とを含んで構成されており、入射する光線の
偏波面の方向によって屈折率が異なる特性を備えている
。具体的には、レーザ光りのうち偏波面が紙面と平行な
Ｐ偏光成分のレーザ光り、−については、前記被測定物
２８の表面３０上にビームウェストが略位置して表面３
０の微小範囲に照射されるように集光する一方、偏波面
が紙面に直角ｆｔｓ偏光成分のレーザ光り、については
、ビームウェストが表面３０よりも下方となって表面３
０の比較的広い範囲に照射されるように集光するように
なっている。上記レーザ発振器１８．ビームエキスパン
ダ２０．および無偏光ビームスブリ・７り４０によって
光源装置４４が構成されており、二重焦点レンズ４２は
対物レンズに相当する。また、レーザ光Ｌｐ’、Ｌｓは
それぞれ計測光、参照光に相当する。

上記レーザ光Ｌｒは表面３０の微小範囲に照射されるこ
とから、被測定物２８が移動テーブル３４と共に光軸ｊ
と直角な方向へ移動させられ、ることにより、その反射
位置が表面３０の凹凸に応して光軸ｊ方向へ変位させら
れるとともに、移動テーブル３４の振動などにより被測
定物２８が上下に移動した場合にも反射位置は光軸ｊ方
向へ変位する。一方、レーザ光り、は表面３０の比較的
広い範囲に照射されることから、被測定物２日の上下移
動に応じてその反射位置は変位させられるものの、表面
３０の凹凸による影響は平均化されて反射位置の変位に
は殆ど影響しない。すなわち、レーザ光り、の表面３０
における反射位置の変位量ＤＭは、その表面３０の凹凸
による変位量ｄと被測定物２８全体の振動等による変位
置ｄ“とを合わせた変位量（ｄ＋ｄ“）となり、レーザ
光り。

の表面３０における反射位置の変位量ＤＲは、振動等に
よる被測定物２８全体の変位量ｄ°となるのである。

表面３０で反射されたレーザ光り、およびり。

は、二重焦点レンズ４２を逆に通過して無偏光ビームス
プリッタ４０を透過させられ、偏光ビームスプリッタ４
６に入射させられる。偏光ビームスプリッタ４６の入射
面は紙面と平行で、偏波面が紙面と平行なレーザ光り、
はその偏光ビームスプリッタ４６を透過させられる一方
、偏波面が紙面と直角なレーザ光り、はその偏光ビーム
スプリッタ４６により右方へ反射される。

そして、偏光ビームスプリッタ４６を透過したレーザ光
Ｌ７は、前記臨界角プリズム１２により左方へ全反射お
よび部分反射され、２分割光センサ１４に入射させられ
る。

臨界角プリズム１２は、レーザ光り、のビームウェスト
が表面３０と略一致させられた状態において、その臨界
角プリズム１２に入射させられるレーザ光り、が光軸ｊ
に対して平行光となってビーム全体が全反射させられる
ように、その反射面１２ａの光軸ｊに対する傾斜角度、
すなわち平行光の入射角度が、その反射面１２ａにおけ
るガラス−空気の境界面の臨界角と一致する状態で配置
されている。また、２分割光センサ１４は、反射された
レーザ光り、の光軸ｋを含み且つ反射面１２ａに対する
レーザ光り、の入射面に垂直な平面を境界とする一方側
および他方側、すなわち第１図では光軸ｋを境とする下
側および上側の相互に対称な２位置において、レーザ光
Ｌ２の反射光量を検出する一対の受光部１６ａ、１６ｂ
を備えており、その受光部１６ａ、１６ｂのそれぞれの
受光量の検出出力が略等しくなる位置に配置されている
。上記臨界角プリズム１２は計測用反射素子に相当し、
２分割光センサ１４は計測用光センサに相当する。

ここで、表面３０の凸状に変位した微小範囲部分で反射
されたレーザ光り、は、二重焦点レンズ４２を通過した
後に発散状態となり、臨界角プリズム１２の反射面１２
ａに対する入射角が、図における光軸ｊの右側において
はｇｌ’Ｆａ界角よりも小さくなる一方、光軸ｊの左側
においては臨界角よりも大きくなる。このため、右側半
分のビームは反射面１２ａによって部分反射され、左側
半分のビームは全反射されることになり、それぞれの反
射光量は、光軸によりも下半分において減少させられる
一方、光軸によりも上半分においては殆ど変化させられ
ない。このときの２分割光センサ１４の受光部１６ａお
よび１６ｂに検出される受光量の差は、上記表面３０上
の凸形状による上方への変位量に対応している。

逆に、表面３０の凹状に変位した微小範囲部分で反射さ
れたレーザ光り、は、二重焦点レンズ４２を通過した後
に収束状態となり、臨界角プリズム１２の反射面１２ａ
に対する入射角が、光軸ｊの右側においては臨界角より
も大きくなる一方、光軸ｊの左側においては臨界角より
も小さくなる。

このため、右側半分のビームは反射面１２ａによって全
反射され、左側半分のビームは部分反射されることにな
り、それぞれの反射光量は、光軸によりも上半分におい
て減少させられる一方、光軸によりも下半分においては
殆ど変化させられない。

このときの受光部１６ａおよび１６ｂに検出される受光
量の差は、上記表面３０上の凹形状による下方への変位
量に対応している。

一方、偏光ビームスプリッタ４６によって反射されたレ
ーザ光り、は、前記臨界角プリズム１２と同様の臨界角
プリズム４８により上方へ全反射および部分反射され、
２分割光センサ５０に入射させられる。臨界角プリズム
４日は、その臨界角プリズム４８に入射させられるレー
ザ光Ｌ３が光軸ｍに対して平行光である場合にビーム全
体が全反射させられるように、その反射面４８ａの光軸
ｍに対する傾斜角度、すなわち平行光の入射角度が、そ
の反射面４８ａにおけるガラス−空気の境界面の臨界角
と一致する状態で配置されている。

また、２分割光センサ５０は、反射されたレーザ光り、
の光軸ｎを含み且つ反射面４８ａに対するレーザ光り、
の入射面に垂直な平面を境界とする一方側および他方側
、すなわち第１図では光軸ｎを境とする左側および右側
の相互に対称な２位置において、レーザ光り、の反射光
量を検出する一対の受光部５２ａ、５２ｂを備えている
。このレーザ光り、は二重焦点レンズ４２によるビーム
ウェストが表面３０よりも下方に位置しているため、そ
の表面３０で反射されて二重焦点レンズ４２を逆方向に
通過した光は発散光となって光軸ｎの左側および右側に
おける光量に差を生しるため、上記受光部５２ａ、５２
ｂには予めこの光量差に対応するバイアスがかけられて
おり、前記レーザ光り、のビームウェストが表面３０と
略一致さ、せられた状態において、それらの検出出力の
差が零になるように設定されている。上記臨界角プリズ
ム４８は参照用反射素子に相当し、２分割光センサ５０
は参照用光センサに相当する。

ここで、表面３０が全体的に上方向に変位した際にその
表面３０の比較的広い範囲で反射されたレーザ光り、は
、その発散状態が上記変位に対応して拡大され、臨界角
プリズム４８の反射面４８ａに対する入射角が、図にお
ける光軸ｍの下側においてはそれ以前よりも小さくなる
一方、光軸ｍの上側においてはそれ以前よりも大きくな
る。このため、下側半分のビームは反射面４８ａによる
部分反射率がそれ以前よりも小さくなる一方、上側半分
のビームは全反射されることにより、それぞれの反射光
量は、光軸ｎよりも左半分において減少させられる一方
、光軸ｎよりも右半分においては殆ど変化させられない
。このときの２分割光センサ５０の受光部５２ａおよび
５２ｂに検出される受光量の差の増加分は、上記表面３
０全体の上方への変位量に対応している。

逆に、表面３０が全体的に下方向に変位した際にその表
面３０の比較的広い範囲で反射されたレーザ光り、は、
その発散状態が上記変位に対応して縮小され、臨界角プ
リズム４８の反射面４８ａに対する入射角が、光軸ｍの
下側においてはそれ以前よりも大きくなる一方、光軸ｍ
の上側においてはそれ以前よりも小さくなる。このため
、下側半分のビームは反射面４８ａによる部分反射率が
それ以前よりも大きくなる一方、上側半分のビームは全
反射されることにより、それぞれの反射光量は、光軸ｎ
よりも左半分において増大させられる一方、光軸ｎより
も右半分においては殆ど変化させられない。このときの
受光部５２ａおよび５２ｂに検出される受光量の差の減
少分は、上記表面３０全体の下方への変位量に対応して
いる。

そして、前記２分割光センサ１４の受光部１６ａ、１６
ｂからそれぞれ出力される計測信号Ｓａ。

ｓｂ、および上記２分割光センサ５０の受光部５２ａ、
５２ｂからそれぞれ出力される参照信号ＳＲａ、ＳＲｂ
が、測定回路５４に供給される。測定回路５４は、例え
ばマイクロコンピュータを備えて構成され、予め定めら
れたプログラムに従って信号処理を行うことにより、計
測信号Ｓａ、Ｓｂの差動をとるとともに参照信号ＳＲａ
、ＳＲｂの差動をとり、それ等の差動信号ｅとＲｅとの
差から、予め記憶されたデータマツプや演算式等により
表面３０の凹凸を求める。このデータマツプや演算式は
、レーザ光Ｌｐ、Ｌｓの反射位置と差動信号ｅ、Ｒｅと
の関係を実験等によ゛り求めて定められる。この測定回
路５４は測定手段に相当する。

ここで、上記計測信号Ｓａとｓｂとの差動信号ｅは、前
記変位量Ｄｘすなわち被測定物２８全体の振動等による
変位量ｄ′と表面３０の凹凸による変位量ｄとを合わせ
た変位量（ｄ＋ｄ”）に対応し、参照信号ＳＲａとＳＲ
ｂとの差動信号Ｒｅは、前記変位量りつすなわち被測定
物２８全体の振動等による変位量ｄ°に対応するため、
それ等の差動信号ｅとＲｅとの差は、被測定物２８の表
面３０の凹凸のみによる変位置ｄに対応し、振動等の外
乱による影響が相殺されて表面３０の凹凸が高い精度で
測定される。

また、本実施例の測定装置では２分割光センサ１４．５
０が用いられ、臨界角プリズム１２．４８により反射さ
れた際に、レーザ光ＬＰ、Ｌ３の光量がそれぞれ表面３
０における反射位置の変位に伴ってそれぞれ択一的に減
少する２位置において受光検出し、それ等の差動をとる
ようになっているため、光源装置４４の出力変動等に起
因するノイズが除去される利点がある。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例ではレーザ光ＬＰ、ＬＳをそれぞれ
１つの２分割光センサ１４，５０で受光しているが、そ
れ等のレーザ光り、、’Ｌ、をそれぞれビームスプリッ
タで２分割し、それぞれ２つの２分割光センサを用いて
受光することにより、回折光や被測定物２８の傾きの影
響を除去することも可能である。

また、前記実施例では差動信号ｅとＲｅとの差から凹凸
を測定するようになっているが、例えば二重焦点レンズ
４２を上下方向へ駆動する駆動装置を設け、上記差動信
号ｅおよびＲｅの何れか一方が零となるように上記駆動
装置をフィードバッり制御して、他方の差動信号Ｒｅま
たはｅのみから表面３０の凹凸を求めるようにすること
もできる。また、二重焦点レンズ４２を上下方向へ移動
させる替わりに被測定ｖＡ２８を上下方向へ移動させる
ようにしても良い。

また、前記実施例ではレーザ光Ｌｓが常Ｓこ発散光の状
態でｐｎ界角プリズム４８に入射させられるようになっ
ているが、臨界角プリズム４８に入射させられる前のレ
ーザ光り、を平行光とするために、偏光ビームスプリッ
タ４６と臨界角プリズム４８との間に集光レンズを配設
してもよく、この場合には、２分割光センサ５０の受光
部５２ａおよび５２ｂに予め所定のバイアスをかける必
要がなくなる。

また、前記実施例ではビームエキスパンダ２０を出て横
断面が円形の平行光とされたレーザ光りが二重焦点レン
ズ４２に入射させられるようになっているが、収束光若
しくは発散光の状態でレーザ光りを二重焦点レンズ４２
に入射させるようにしても良い。

また、前記実施例では対物レンズとして二重焦点レンズ
４２が用いられているが、偏波面の向きに応じて屈折作
用を為す複数のレンズを組み合わせて用いることもでき
る。

また、焦点距離が異なる複数の二重焦点レンズを回転式
のレボルバ等に取り付け、二重焦点レンズを交換するこ
とによって測定倍率を変化させたり、二重焦点レンズと
被測定物２８との間に別の対物レンズを入れてそれ等の
組合せにより表面３０上に大小のスポットを形成したり
、レーザ発振器１８と無偏光ビームスプリッタ４０との
間に光アイソレータを入れたりすることもできる。

また、前記実施例では、平行光の入射角が反射面１２ａ
の臨界角と一致させられた臨界角プリズム１２を用い、
レーザ光り、の収束発散状態が変化させられるのに伴っ
て、一方の側および他方の側におけるそれぞれの反射光
量を択一的に減少させる構成であったが、必ずしもこの
場合のように全反射された光と部分反射された光との光
量差を検出することに限る必要はなく、互いに異なる反
射率にて部分反射された光を相互比較することによって
も、表面３０における反射位置の変位を測定することは
可能である。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である光学式表面粗さ測定装
置の構成を説明する骨子図である。第２図は臨界角プリ
ズムに対する入射角の変化に応じて反射光の光量が変化
することを説明する図である。第３図は臨界角プリズム
を利用した従来の光学式表面粗さ測定装置の一例を説明
する骨子図である。 ４４：光源装置 ４６：偏光ビームスプリッタ ４８　：　ｐ＝界角プリズム（参照用反射素子）４８ａ
：反射面 ５０：２分割光センサ（参照用光センサ）５４：測定回
路（測定手段） Ｌ、：計測光　　　　　Ｌ、：参照光

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光軸に対して交差する方向へ相対移動させられる被測定
   物の表面にビームウェストが略位置する状態で該表面の
   微小範囲に計測光を集光させるとともに、該表面で反射
   された該計測光の収束発散状態の変化を検出することに
   より、該表面の凹凸による該計測光の反射位置の変位量
   を測定する方式の光学式表面粗さ測定装置であって、 光軸が同じで偏波面が互いに直交する２種類の偏光成分
   を含む光を出射する光源装置と、前記２種類の偏光成分
   をそれぞれ独立に集光し、該２種類の偏光成分の一方を
   計測光として、そのビームウェストが前記被測定物の表
   面と略一致するように該表面の微小範囲に照射するとと
   もに、該２種類の偏光成分の他方を参照光として該被測
   定物の表面の比較的広い範囲に照射する対物レンズと、 前記表面で反射され且つ前記対物レンズを通過させられ
   た前記計測光および参照光を分離する偏光ビームスプリ
   ッタと、 該偏光ビームスプリッタによって分離された前記計測光
   の光軸上において、該光軸に対して予め定められた角度
   だけ傾斜させられ且つ該計測光の入射角の大小に対応し
   てその反射率が増減する反射面を備えて配設され、前記
   表面における該計測光の反射位置の変位に応じて該計測
   光の収束発散状態が変化させられるのに伴って、該反射
   面により反射された該計測光の光軸を含み且つ該計測光
   の入射面に垂直な平面を境界とする一方の側および他方
   の側におけるそれぞれの反射光量を相反的に増減させる
   計測用反射素子と、 該計測用反射素子によって反射される前記計測光の光軸
   を挟んで前記境界に対して略対称な２位置において、前
   記一方の側および他方の側における該計測光の光量をそ
   れぞれ検出する計測用光センサと、 前記偏光ビームスプリッタによって分離された前記参照
   光の光軸上において、該光軸に対して予め定められた角
   度だけ傾斜させられ且つ該参照光の入射角の大小に対応
   してその反射率が増減する反射面を備えて配設され、前
   記表面における該参照光の反射位置の変位に応じて該参
   照光の収束発散状態が変化させられるのに伴って、該反
   射面により反射された該参照光の光軸を含み且つ該参照
   光の入射面に垂直な平面を境界とする一方の側および他
   方の側におけるそれぞれの反射光量を相反的に増減させ
   る参照用反射素子と、 該参照用反射素子によって反射される前記参照光の光軸
   を挟んで前記境界に対して略対称な２位置において、前
   記一方の側および他方の側における該参照光の光量をそ
   れぞれ検出する参照用光センサと、 前記計測用光センサから出力される計測信号の差動をと
   るとともに、前記参照用光センサから出力される参照信
   号の差動をとり、それ等の差動信号の差に基づいて前記
   表面の凹凸を測定する測定手段と を有することを特徴とする光学式表面粗さ測定装置。