JPH10148505A - 光学式変位計およびこれを用いた変位測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体の表面が傾いている場合にも、感度の低
下を抑制すること。 【解決手段】 光源１の光はコリメータレンズ２で平行
光に変換され、ビームスプリッタ３を経た平行光は、２
焦点レンズ１１と対物レンズ４からなるレンズ系によ
り、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分が光軸上の各々異なる位置
に集光される。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、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でＰ偏光成分とＳ偏光成分の光に分離さ
れる。各偏光成分の光の光路上であって、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は、ピンホー
ル８ａ、８ｂが配置されている。このピンホール８ａ、
８ｂを通過した前記各偏光成分の光は、光検出器９ａ、
９ｂにより受光されて光電変換される。その後、差動増
幅器１０による演算処理を経て物体５の表面の変位に応
じた差動出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【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。
11. 【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。
12. 【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。
13. 【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。
14. 【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。
15. 【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。
16. 【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。
17. 【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。
18. 【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。