JPH0465614A - 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じて変化するのに伴って
反射光の収束発散状態が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、ナイフェツジと２分割光センサにより
集光位置のずれを検出するナイフェツジ法が知られてい
る。

かかるナイフェツジ法について第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ＩＯ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
平行光線となってナイフェツジ１２により下半分の光束
を遮られた後、集光レンズ２２によって２分割光センサ
１４上に照射される。２分割光センサ１４は集光レンズ
２２の焦点位置にあるので、Ｂ点から出射された光は２
分割光センサ１４上の中心位置に集光させられる。

この光は、図において光軸を境とする上側および下側に
おける光をそれぞれ受光するようになっている一対の受
光部１６ａおよび１６ｂにより受光されるが、上記のよ
うに２分割光センサ１４上の中心位置に集光させられて
いるときにおけるそれぞれの受光量は互いに等しく、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点側に移動すると対物レンズ１０
を出た光線は発散光となるため、ナイフェツジ１２に遮
られない上半分の光束の集光レンズ２２による集光位置
（ビームウェスト）が２分割光センサ１４の位置よりも
遠くなり、主として２分割光センサ１４の上部に照射さ
れるようになる。このため、上側の受光部１６ａの出力
は下側の受光部１６ｂの出力よりも大きくなって差動信
号は負となる。逆に、出射点が０点側に移動すると対物
レンズ１０を出た光線は収束光となるため、集光レンズ
２２による光束の集光位置が２分割光センサ１４よりも
手前となり、主として２分割光センサ１４の下部に照射
されるようになる。このため、下側の受光部１６ｂの出
力は上側の受光部１６ａの出力よりも大きくなって差動
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。

ナイフェツジ法は、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
ナイフェツジ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１８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、Ｘ波長板２６を通過したあと前記対物レンズ
ｌＯによって被測定物２８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上において、表面３０が
対物レンズ１０によって集光させられるレーザ光りのビ
ームウェスト（この場合には焦点）と略−敗する位置に
配置されているとともに、駆動装置３，２によ４′てレ
ーザ光りの光軸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、レーザ光
りは表面３０の微小範囲に照射されることとなり、被測
定物２８が移動テーブル３４と共に光軸と直角な方向へ
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３０の凹凸６巳対応じて光軸
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、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を透過したあとナイフェツジ１２
により右半分の光束が遮られる。そして、左半分の光束
となったレーザ光りは、集光レンズ２２を通ってその集
光レンズ２２の焦点位置にある２分割光センサ１４に照
射される。かかる２分割光センサ１４の受光部１６ａ、
１６ｂの受光量は、表面３０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回に示されている原
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、Ｓｂの差を求め、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 しかしながら、かかる従来の測定方法においては、被測
□宝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。

課題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、（ｂ）前
記２種類の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うにその表面
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
を、その光軸と直交する一直線を境として半分を遮光す
るとともに残りの半分を集光することにより、前記表面
における計測光の反射位置の変位に応じてその計測光の
収束発散状態が変化させられるのに伴って、上記光軸と
一直線とを含む平面を境界とする一方の側および他方の
側における計測光の光量をそれぞれ相反的に増減させる
計測用光学素子と、（ｅ）その計測用光学素子により前
記計測光の光量が増減させられる前記境界の両側に跨が
って配設され、゛前記一方の側および他方の側における
その計測光の光量をそれぞれ検出する計測用光センサと
、げ）前記偏光ビームスプリッタによって分離された前
記参照光を、その光軸と直交する一直線を境として半分
を遮光するとともに残りの半分を集光することにより、
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
記光軸と一直線とを含む平面を境界とする一方の側およ
び他方の側における参照光の光量をそれぞれ相反的に増
減させる参照用光学素子と、（濁その参照用光学素子に
より前記参照光の光量が増減させられる前記境界の両側
に跨がって配設され、前記−方の側および他方の側にお
けるその参照光の光量をそれぞれ検出する参照用光セン
サと、Ｃｈ）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
光学素子および参照用光学素子に入射させられる。

計測用光学素子に入射して半分が遮光されるとともに残
りの半分が集光させられる計測光は、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、その光軸と上記遮光の境界線とを含
む平面を境界とする一方の側および他方の側において相
反的にその光量が増減させられるとともに、計測用光セ
ンサによってその双方の側における光量がそれぞれ検出
される。また、参照用光学素子に入射して半分が遮光さ
れるとともに残りの半分が集光させられる参照光は、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、その光軸と上記遮光
の境界線とを含む平面を境界とする一方の側および他方
の側において相反的にその光量が増減させられるととも
に、参照用光センサによってその双方の側における光量
がそれぞれ検出される。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、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り、ｌに相当す
るが、参照光が被測定物の表面の比較的広い範囲に照射
されることにより表面の凹凸による影響が平均化される
ため、その変位量ＤＲは、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、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、その変位量ＤＭは、上記被
測定物全体の変位量ｄ゛と表面の凹凸による変位ｌｄ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Ｄ＊（−ａ’
）と変位量Ｄ０　（−ｄ＋ｄ’）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、１．Ｄイ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
置の変位によって光量が相反的に増減させられる境界の
両側においてその光量を検出するとともに、それ等の差
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４
０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ＬＰ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３０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
面に直角なＳａ光成分のレーザ光Ｌ８につい・では、ビ
ームウェストが表面３０よりも下方となって表面３０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。

本実施例においては、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プリッタ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、レーザ光り、、Ｌ
’、はそれぞれ計測光。

参照光に相当する。

上記レーザ光ＬＰ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の凹凸に応じて光軸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２８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３
０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ＬＰの表面３０に
おける反射位置の変位量ＤＨ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量
ｄ“とを合わせた変位量（ｄ＋ｄ”）となり、レーザｌ
。

の表面３０における反射位置の変位量Ｄｍ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ＬＰ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ＬＰ
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ＬＦは、前記
ナイフェツジ１２により第１図における光軸ｊの右半分
が遮光されることにより左半分の光束が前記集光レンズ
２２によって集光され、２分割光センサ１４に入射させ
られる。なお、集光レンズ２２と２分割光センサ１４と
の距離は、集光レンズ２２の焦点距離に一致させられて
いる。

２分割光センサ１４は、ナイフェツジ１２の工ッジライ
ンである一直線とレーザ光り、の光軸とを含む平面を境
界とする一方側および他方側、すなわち第１図における
光軸ｊを境とする左側および右側の両方に跨がって配設
されており、その双方の側におけるレーザ光り、の光量
をそれぞれ検出する一対の受光部１６ａ、１６ｂを備え
ている。

集光レンズ２２に入射する前のレーザ光り、が平行光で
あり、集光レンズ２２によりレーザ光り。

が２分割光センサ１４の中心位置に集光させられるとき
には、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ように調整されている。上記ナ
イフェツジ１２および集光レンズ２２は計測用光学素子
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、集光レンズ２２によって集光させ
られる集光位置が２分割光センサ１４の位置よりも遠く
なるため、主として光軸ｊの左側に照射されて、受光部
１６ａの検出出力Ｓａは大きくなる一方、受光部１６ｂ
の検出出力ｓｂは小さくなる。このときの受光量の差は
、上記表面３０上の凸形状による上方への変位量に対応
じている。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ＬＰは、二重焦点レンズ４２を
通過した後に収束状態となり、集光レンズ２２によって
集光させられる集光位置が２分割光センサ１４の位置よ
りも近くなるため、主として光軸ｊの右側に照射されて
、受光部１６ａの検出出力Ｓａは小さくなる一方、受光
部１６ｂの検出出力ｓｂは大きくなる。このときの受光
量の差は、上記表面３０上の凹形状による下方への変位
量に対応じている。

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、前記ナイフェツジ１．２と同様のナイフ
ェツジ４８により第１図における光軸にの下半分が遮光
されることにより、上半分の光束が前記集光レンズ２２
と同様の集光レンズ５８によって集光され、２分割光セ
ンサ５０に入射させられる。なお、集光レンズ５８と２
分割光センサ５０との距離は、集光レンズ５８の焦点距
離に一致させられている。

２分割光センサ５０は、ナイフェツジ４８のエンシライ
ンである一直線とレーザ光り、の光軸とを含む平面を境
界とする一方側および他方側、すなわち第１図における
光軸ｋを境とする上側および下側の両方に跨がって配設
されており、その双方の側におけるレーザ光ＬＳの光量
をそれぞれ検出する一対の受光部５２ａ、５２ｂを備え
ている。

このレーザ光ＬＳ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にの上側および下側にお
ける受光量に差を生じるため、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３ｏ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。上記ナイフェツジ４
８および集光レンズ５８は参照用光学素子に相当し、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Ｑこ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じて拡大され、集光
レンズ５８によって集光させられる集光位置（ビームウ
ェスト）がそれ以前よりも遠くなるため、光軸にの上側
における照射量と下側における照射量との差がそれ以前
よりも大きくなる。このとき２分割光センサ５０の受光
部５２ａおよび５２ｂによって検出される受光量の差の
増加分は、上記表面３０全体の上方への変位量に対応じ
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じて縮小され、
集光レンズ５８によって集光させられる集光位置がそれ
以前よりも近くなるため、光軸にの上側における照射量
と下側における照射量との差がそれ以前よりも小さくな
る。このとき受光部５２ａおよび５２ｂによって検出さ
れる受光量の差の減少分は、上記表面３０全体の下方へ
の変位量に対応じている。

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ｍ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１．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ｑｅ、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ＤＨ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ＳＲｂ
との差動信号Ｒｅは前記変位量り、ｌ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量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、表面３０で反射されたレーザ光ＬＰ　、
’　Ｌｓがナイフェツジ１２．４８により光束の半分が
遮光されるとともに集光レンズ２２．５８により集光さ
せられる際に、表面３０における反射位置の変位に伴っ
てそれぞれ光量が相反的に増減させられる２位置でレー
ザ光り、、Ｌ。

の光量を受光検出し、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、ＬＸ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と被測定物２８とを相対的に上下方向へ接近離間さ
せる駆動装置を設け、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ク
制御して、他方の差動信号Ｒｅまたはｅのみから表面３
０の凹凸を求めるようにすることもできる。

また、差動信号ｅの変化が零となるように集光レンズ２
２と２分割光センサ１４とを光軸ｊ方向へ相対移動させ
るとともに、差動信号Ｒｅの変化が零となるように集光
レンズ５８と２分割光センサ５０とを光軸に方向へ相対
移動させ、それらの移動量の差に基づいて表面３０の凹
凸を測定することも可能である。

また、前記実施例ではレーザ光り、が常に発散光の状態
で集光レンズ５８に入射させられるとともに、集光レン
ズ５８と２分割光センサ５ｏとの距離が集光レンズ５８
の焦点距離に一致させられていたが、レーザ光り、のビ
ームウェストが表面３０と略一致している状態において
、集光レンズ５８により集光させられるレーザ光り、の
集光位置（ビームウェスト）と略一致する位置に２分割
光センサ５０を配設したり、或いは、集光レンズ５８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と集光レンズＳ８との間に
他の集光レンズを配設したりしてもよく、これらの場合
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２゜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。その場合には、表面３
０で反射されたレーザ光り、、Ｌ、が平行光となるよう
に偏光ビームスプリッタ４６と集光レンズ２２．５８と
の間に他のレンズを設けたり、集光レンズ２２゜５８に
よる集光位置に２分割光センサ１４．５０を配置したり
するなどすれば良い。

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、前記実施例においては、測定用光学素子および参
照用光学素子としてナイフェツジ１２と集光レンズ２２
、およびナイフェツジ４８と集光レンズ５８が用いられ
ていたが、凹面鏡などの他の光学部品を利用して測定用
光学素子や参照用光学素子を構成することもできる。

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図はナイフェツ
ジと集光レンズを用いて光の収束発散状態の変化を検出
する原理を説明する図である。第３図はナイフェツジと
集光レンズ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。 １４：２分割光センサ（計測用光センサ）２８：被測定
物　　　　３０：表面 ４２：二重焦点レンズ（対物レンズ） ４４：光源装置 ４６：偏光ビームスプリッタ ｌ［１図 ５０：２分割光センサ（参照用光センサ）５４：測定回
路（測定手段）

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
   を、その光軸と直交する一直線を境として半分を遮光す
   るとともに残りの半分を集光することにより、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、該光軸と該
   一直線とを含む平面を境界とする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相反的に増減させ
   る計測用光学素子と、 該計測用光学素子により前記計測光の光量が増減させら
   れる前記境界の両側に跨がって配設され、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を、その光軸と直交する一直
   線を境として半分を遮光するとともに残りの半分を集光
   することにより、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、該光軸と該一直線とを含む平面を境界と
   する一方の側および他方の側における該参照光の光量を
   それぞれ相反的に増減させる参照用光学素子と、 該参照用光学素子により前記参照光の光量が増減させら
   れる前記境界の両側に跨がって配設され、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。