(57)【要約】【課題】レーザ光によりスキッド成分を検出できる変位計測方法及びその変位計測装置を提供するものである。【解決手段】レーザ光Ｌによる発散光を、１／４波長板２５、及び被照射面１００の手前で焦点ｆを結ぶ対物レンズ２６を通して被照射面１００に照射し、被照射面１００で反射し、対物レンズ２６及び１／４波長板２５を通過した戻り光Ｌ′を用いて、スキッド成分を検出する。【選択図】図１
2009092387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光による発散光を、１／４波長板、及び被照射面の手前で焦点を結ぶ対物レンズを通して前記被照射面に照射し、
前記被照射面で反射し、前記対物レンズ及び前記１／４波長板を通過した戻り光を用いて、スキッド成分を検出する
ことを特徴とする変位計測方法。
【請求項２】
前記発散光を偏光ビームスプリッタで反射させ、
前記戻り光を前記偏光ビームスプリッタを透過して臨界角プリズムを経て受光素子に受光させて、前記スキッド成分を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の変位計測方法。
【請求項３】
少なくとも１／４波長板と、被照射面の手前で焦点を結ぶ対物レンズを有し、
レーザ光による発散光を、前記１／４波長板及び前記対物レンズを通して前記被照射面に照射し、前記被照射面で反射して、前記対物レンズ及び前記１／４波長板を通過した戻り光を、スキッド成分検出用の受光素子に導くスキッド光学系を備えて成る
ことを特徴とする変位測定装置。
【請求項４】
前記スキッド光学系には、前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
偏光ビームスプリッタ及び臨界角プリズムを有し、
前記発散光を前記偏光ビームスプリッタで反射させ、
前記戻り光を、前記偏光ビームスプリッタを透過した後、前記臨界角プリズムを経て前記受光素子に受光させるようにして成る
ことを特徴とする請求項３記載の変位測定装置。
【請求項５】
前記レーザ光源からのレーザ光を発散光とする発散レンズを有し、
前記受光素子が２分割受光素子で形成されて成る
ことを特徴とする請求項４記載の変位測定装置。
【請求項６】
第１のレーザ光による発散光を、第１の１／４波長板、及び被照射面の手前で焦点を結ぶ第１の対物レンズを通して前記被照射面に照射し、
前記被照射面で反射し、前記第１の対物レンズ及び前記第１の１／４波長板を通過した第１の戻り光を用いて、スキッド成分を検出し、
第２のレーザ光による平行光を、第２の１／４波長板、及び前記被照射面上で焦点を結ぶ第２の対物レンズを通して前記被照射面に照射し、
前記被照射面で反射し、前記第２の対物レンズ及び前記第２の１／４波長板を通過した第２の戻り光を用いて、スタイラス成分を検出し、
前記スキッド成分と前記スタイラス成分を演算する
ことを特徴とする変位計測方法。
【請求項７】
前記第１のレーザ光による発散光を第１の偏光ビームスプリッタで反射させ、
前記第１の戻り光を、前記第１の偏光ビームスプリッタを透過して第１の臨界角プリズムを経て第１の受光素子に受光させて、前記スキッド成分を検出し、
前記第２のレーザ光による平行光を第２の偏光ビームスプリッタで反射させ、
前記第２の戻り光を、前記第２の偏光ビームスプリッタを透過して第２の臨界角プリズムを経て第２の受光素子に受光させて、前記スタイラス成分を検出する
ことを特徴とする請求項６記載の変位計測方法。
【請求項８】
前記第１の戻り光を第１のハーフミラーを介して２分割し、２分割されたそれぞれの戻り光をそれぞれに配置した前記第１の受光素子に受光させ、
前記第２の戻り光を第２のハーフミラーを介して２分割し、２分割されたそれぞれの戻り光をそれぞれに配置した前記第２の受光素子に受光させる
ことを特徴とする請求項７記載の変位計測方法。
【請求項９】
少なくとも第１の１／４波長板と、被照射面の手前で焦点を結ぶ第１の対物レンズを有し、
第１のレーザ光による発散光を、前記第１の１／４波長板及び前記第１の対物レンズを通して前記被照射面に照射し、
前記被照射面で反射し、前記第１の対物レンズ及び前記第１の１／４波長板を通過した戻り光を、第１の臨界角プリズムを介してスキッド成分検出用の第１の受光素子に導くスキッド光学系と、
少なくとも第２の１／４波長板と、前記被照射面上で焦点を結ぶ第２の対物レンズを有し、
第２のレーザ光による平行光を、前記第２の１／４波長板及び前記第２の対物レンズを通して前記被照射面に照射し、
前記被照射面で反射し、前記第２の対物レンズ及び前記第２の１／４波長板を通過した戻り光を、第２の臨界角プリズムを介してスタイラス成分検出用の第２の受光素子に導くスタイラス光学系と、
前記第１の受光素子で検出したスキッド成分と前記第２の受光素子で検出したスタイラス成分を演算する演算手段とを備えて成る
ことを特徴とする変位計測装置。
【請求項１０】
前記スキッド光学系には、第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、第１の偏光ビームスプリッタと、第１の臨界角プリズムを有し、
前記スタイラス光学系には、第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、第２の偏光ビームスプリッタと、第２の臨界プリズムとを有し、
前記第１のレーザ光による発散光を前記第１の偏光ビームスプリッタで反射して前記第１の１／４波長板側に照射し、
前記第１の戻り光を、前記第１の偏光ビームスプリッタに透過して前記第１臨界角プリズムを経て前記第１の受光素子に受光させて前記スキッド成分を検出し、
前記第２のレーザ光による平行光を前記第２の偏光ビームスプリッタで反射して前記第２の１／４波長板側に照射し、
前記第２の戻り光を、前記第２の偏光ビームスプリッタに透過して前記第２臨界角プリズムを経て前記第２の受光素子に受光させて前記スタイラス成分を検出するようにして成る
ことを特徴とする請求項９記載の変位計測装置。
【請求項１１】
前記スキッド光学系には、第１のハーフミラーと、２組の第１の受光素子を有し、
前記スタイラス光学系には、第２のハーフミラーと、２組の第２の受光素子を有し、
前記第１の戻り光を前記第１のハーフミラーを介して２分割し、２分割されたそれぞれの戻り光を前記２組のそれぞれの第１の受光素子に受光させ、
前記第２の戻り光を前記第２のハーフミラーを介して２分割し、２分割されたそれぞれの戻り光を前記２組のそれぞれの第２の受光素子に受光させるようにして成る
ことを特徴とする請求項１０記載の変位計測装置。
【請求項１２】
前記第１のレーザ光源からの第１のレーザ光を発散光とする発散レンズを有し、
前記第２のレーザ光源からの第２のレーザ光を平行光とするレンズを有し、
前記第１及び第２の受光素子が２分割受光素子で形成されて成る
ことを特徴とする請求項１０又は１１記載の変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面状態の測定に用いられる変位計測方法及び変位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定面の表面粗さの測定方法として、レーザ光を用い、臨界角法で測定する非接触測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この非接触測定方法は、図１３に示すように、レーザ光源１、臨界角プリズム２、対物レンズ３及び検出素子となる２分割されたフォトダイオード４ａ，４ｂからなる光学測定系が使用される。この非接触測定方法では、レーザ光源１から出射したレーザ光が、平行光となって臨界角プリズム２に入り、対物レンズ３で収束されて被測定面５に照射される。被測定面で反射した戻り光は、対物レンズ３を介して臨界角プリズム２に入射し、反射されて、２分割フォトダイオード４ａ，４ｂに受光される。このフォトダイオード４ａ，４ｂで検出した検出信号を差動アンプ６に入力し、差動アンプ６から変位出力が得られるように構成される。
【０００３】
対物レンズ３の焦点上にＢ面があるときは、Ｂ面で反射した戻り光は、臨界角プリズム２で全反射して２分割フォトダイオード４ａ，４ｂに同じ光量で受光され、フォトダイオード４ａと４ｂの検出信号差が０となる。一方、対物レンズ３の焦点より手前にＡ面が、焦点より奥にＣ面がある時、被測定面で反射した戻り光が臨界角プリズムに入射されるが、臨界角より小さい角度で入射した光は臨界角プリズム２を一部透過して残りが反射され、、臨界角より大きい角度で入射光は臨界角プリズム２で全反射される。つまり、入射光軸の上下で反射状態が異なるので、フォトダイオード４ａ，４ｂでは、異なった反射光量を受光する。このとき、フォトダイオード４ａ、４ｂの検出信号の差分が出力される。このように、焦点位置を０とするプラス、マイナスの変位出力から被測定面の表面粗さ、すなわち微細な凹凸が測定される。
【０００４】
レーザ光を用いて非接触で表面状態を測定する測定装置としては、その他、特許文献２、３、４等においても開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２１５１７号公報
【特許文献２】特開平２００４−３７２５１号公報
【特許文献３】特開平３−７８６０９号公報
【特許文献４】特開昭６２−２３７３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した表面粗さ測定では、通常、被測定面に対向して測定用の非接触センサ（装置）を配置し、この非接触センサを被測定面に沿って走行させて表面粗さを測定している。このとき、非接触センサは、走行中に測定環境内での振動、走行機構による送り振動などの振動を受ける。このため、非接触センサからの出力には、被測定面の表面粗さ成分に、非接触センサの振動成分と被測定面の大きなうねり成分が含まれることになる。図１２に、被測定面の表面粗さ成分（図１２Ｃ）、非接触センサの振動成分と被測定面のうねり成分が重畳された成分（図１２Ｂ）、及び両者の成分を含む測定成分（図１２Ａ）を示す。図１２Ｂに示す、うねり成分と振動成分を含んだ成分をスキッド成分と呼ぶ。図１２Ａに示す、うねり成分と振動成分と表面粗さ成分を含んだ成分（いわゆる測定成分）をスタイラス成分と呼ぶ。
【０００７】
従来のレーザ光を用いた非接触測定方法では、被測定面上に対物レンズの焦点を合わせるようにして、最小スポット径としたレーザ光を被測定面上に照射しているため、うねり成分が必ず含むことになる。従って、表面粗さを厳密に測定には、別の装置でスキッド成分を測定して、このスキッド成分と、レーザ光を用いた非接触測定で得られたスタイラス成分とを演算（減算）して求めることが考えられている。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、レーザ光によりスキッド成分を検出できる、いわゆる光スキッド光学系を用いた変位計測方法及びその変位計測装置を提供するものである。
さらに、本発明は、上記光スキッド光学系と、レーザ光を用いたスタイラス光学系とを組み合わせて、被照射面の表面粗さ、あるいはスキッド成分等を測定できる、変位計測方法及びその変位計測装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る変位計測方法は、レーザ光による発散光を、１／４波長板、及び被照射面の手前で焦点を結ぶ対物レンズを通して被照射面に照射し、被照射面で反射し、対物レンズ及び１／４波長板を通過した戻り光を用いて、スキッド成分を検出することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る変位計測装置は、少なくとも１／４波長板と、被照射面の手前で焦点を結ぶ対物レンズを有し、レーザ光による発散光を、１／４波長板及び対物レンズを通して被照射面に照射し、被照射面で反射して対物レンズ及び１／４波長板を通過した戻り光を、スキッド成分検出用の受光素子に導くスキッド光学系を備えて成ることを特徴とする。
【００１１】
本発明に変位計測方法及び変位計測装置では、発散光を用い、この発散光を被照射面の手前で焦点を結ぶ対物レンズを介して被照射面に照射するので、大きいスポット径で被照射面に照射される。この大きいスポット径の光による被照射面から反射する戻り光を用いることにより、大きいスポット中の表面粗さの平均変位が出力としてあらわれ、非接触式でスキッド成分を検出することができる。
【００１２】
本発明に係る変位計測方法は、第１のレーザ光による発散光を、第１の１／４波長板、及び被照射面の手前で焦点を結ぶ第１の対物レンズを通して前記被照射面に照射し、被照射面で反射し、第１の対物レンズ及び第１の１／４波長板を通過した第１の戻り光を用いてスキッド成分を検出し、
第２のレーザ光による平行光を、第２の１／４波長板、及び被照射面上で焦点を結ぶ第２の対物レンズを通して前記被照射面に照射し、被照射面で反射し、第２の対物レンズ及び前記第２の１／４波長板を通過した第２の戻り光を用いてスタイラス成分を検出し、
スキッド成分とスタイラス成分を演算することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る変位計測装置は、少なくとも第１の１／４波長板と、被照射面の手前で焦点を結ぶ第１の対物レンズを有し、第１のレーザ光による発散光を、第１の１／４波長板及び前記第１の対物レンズを通して前記被照射面に照射し、被照射面で反射し、第１の対物レンズ及び第１の１／４波長板を通過した戻り光を、第１の臨界角プリズムを介してスキッド成分検出用の第１の受光素子に導くスキッド光学系と、
少なくとも第２の１／４波長板と、被照射面上で焦点を結ぶ第２の対物レンズを有し、第２のレーザ光による平行光を、第２の１／４波長板及び第２の対物レンズを通して被照射面に照射し、被照射面で反射し、第２の対物レンズ及び第２の１／４波長板を通過した戻り光を、第２の臨界角プリズムを介してスタイラス成分検出用の第２の受光素子に導くスタイラス光学系と、
第１の受光素子で検出したスキッド成分と第２の受光素子で検出したスタイラス成分を演算する演算手段とを備えて成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明の変位計測方法及び変位計測装置では、発散光を用い、この発散光を被照射面の手前で焦点を結ぶ第１の対物レンズを介して被照射面に大きなスポット径で照射し、その被照射面から反射する戻り光用いてスキッド成分を検出する。また、平行光を用い、この平行光を被照射面上で焦点を結ぶ対物レンズを介して被照射面に小さいスポット径で照射し、その被照射面から反射する戻り光を用いてスタイラス成分を検出する。このスキッド成分とスタイラス成分を演算することにより、被照射面の表面粗さ成分、あるいはスキッド成分のみを非接触で検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る第１の変位計測方法及びその変位計測装置によれば、非接触式でスキッド成分のみを測定することができる。例えば変位計測装置の送り振動成分、非照射面のうねり成分を含むスキッド成分を精度良く検出することができる。
【００１６】
本発明に係る第２の変位計測方法及びその変位計測装置によれば、非接触式でスキッド成分及びスタイラス成分を同時に測定することができる。例えば、被照射面の表面粗さ成分に、被照射面のうねり成分及び変位計測装置の送り振動成分を含むスタイラス成分と、被照射面のうねり成分及び変位計測装置の送り振動成分を含むスキッド成分とを同時に検出することができる。そして、このスタイラス成分とスキッド成分を演算することにより、被照射面の表面粗さ成分を精度良く測定することができる。必要に応じて、スキッド成分のみを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
先ず、本発明の理解を容易にするために、臨界角法を用いた変位計測方法及びその変位計測装置について説明する。臨界角法を用いた変位計測装置１１は、図５に示すように、レーザ光源１２と、レーザ光源１２から出射したレーザ光Ｌを平行光とするための光学レンズ１３と、偏光ビームスプリッタ１４と、１／４波長板１５と、被測定面などの被照射面１００に対向する対物レンズ１６と、臨界角プリズム１７と、２分割のフォトダイオードからなる受光素子１８ａ，１８ｂとを備えて成る。
【００１９】
対物レンズ１６は、被照射面１００上に焦点を結ぶように被照射面１００に対向して配置される。１／４波長板１５及び対物レンズ１６は、偏光ビームスプリッタ１４で反射されたレーザ光Ｌ２が被照射面１００に向かう光路上に順に配置される。２分割の受光素子１８ａ，１８ｂは、被照射面１００で反射した戻り光Ｌ′が臨界角プリズム１７に入射し、反射した後の光路上に配置される。受光素子１８ａ，１８ｂは、平行光で入射する戻り光の光軸を中心に２分割されるように配置される。
【００２０】
次に、動作を説明する。図５は、被照射面１００が対物レンズ１６の焦点位置にある状態である。レーザ光源１２から出射したレーザ光Ｌは、光学レンズ１３により平行光となって偏光ビームスプリッタ１４に入射する。レーザ光Ｌは直線偏光であるので、そのＳ偏光とＰ偏光の何れか一方、本例ではＳ偏光が偏光ビームスプリッタ１４で９０°反射して１／４波長板１５に入り、所定回転方向の円偏光に変換された後、対物レンズ１６で収束されて被照射面１００上で集光するように被照射面１００に照射される。被照射面１００上に照射されたレーザ光のスポット径は最小に絞られたスポット径となる。
【００２１】
次いで、被照射面１００で反射した戻り光Ｌ′は、対物レンズ１６を通り平行光として１／４波長板１５、偏光ビームスプリッタ１５を透過して臨界角プリズム１７に入射される。すなわち、上記被照射面１００で反射した戻り光は、上記所定回転方向とは逆の回転方向の円偏光に変換される。この逆回転方向の円偏光が１／４波長板１５を通ることにより、Ｐ偏光に変換され、このＰ偏光が偏光ビームスプリッタ１４を透過して臨界角プリズム１７に入射される。平行光で臨界角プリズム１７に入射された戻り光は、ここで全反射されて２分割のフォトダイオードによる受光素子１８ａ，１８ｂに受光される。符号１９は受光スポットを示す。この場合、図５に示すように、それぞれの受光素子１８ａ，１８ｂで受光される光量は相等しくなり、受光素子１８ａ、１８ｂからの検出出力Ｖａ、Ｖｂは等しくなる（Ｖａ＝Ｖ）。従って、受光素子１８ａ，１８ｂからの検出出力Ｖａ，Ｖｂを、例えば差動増幅器を通して出力すれば、差分Ｖａ−Ｖｂ＝０の出力信号が出力される。
【００２２】
次に、図６の状態は、被照射面１００が、対物レンズ１６の焦点より奥の位置、すなわち焦点より遠い位置に在る場合である。レーザ光源１２から出射されたレーザ光が平行光となって偏光ビームスプリッタ１４、１／４波長板１５及び対物レンズ１６を通して被照射面１００に照射される。被照射面１００で反射し、対物レンズ１６を通過した戻り光Ｌ′は、収束光となり、１／４波長板１５、偏光ビームスプリッタ１４を透過して臨界角プリズム１７に入射される。
【００２３】
このとき、光軸を境に臨界角よりも大きい角度で入射した戻り光、すなわち図６において臨界角プリズム１７の光軸より上側に入射した戻り光は、全反射して受光素子１８ｂに受光される。しかし、臨界角より小さい角度で入射した戻り光、すなわち図６において臨界角プリズム１７の光軸より下側に入射した戻り光は、一部が臨界角プリズム１７を透過して残りが反射して受光素子１８ａに受光される。これにより、それぞれの受光素子１８ａ，１８ｂでの受光量は、受光素子１８ａ側で小さく、受光素子１８ｂ側で大きくなり、受光素子１８ａ、１８ｂの検出出力Ｖａ，Ｖｂの間に差が生じる（Ｖａ＜Ｖｂ）。従って、受光素子１８ａ，１８ｂからの検出出力Ｖａ，Ｖｂを、例えば差動増幅器を通して出力すれば、差分Ｖａ−Ｖｂ＝−Ｖｓの出力信号が出力される。
【００２４】
次に、図７の状態は、被照射面１００が、対物レンズ１６の焦点より手前位置、すなわち焦点より近い位置に在る場合である。レーザ光源１２から出射されたレーザ光が平行光となって偏光ビームスプリッタ１４、１／４波長板１５及び対物レンズ１６を通して被照射面１００に照射される。被照射面１００で反射し、対物レンズ１６を通過した戻り光Ｌ′は、図３とは逆に発散光となり、１／４波長板１５、偏光ビームスプリッタ１４を透過して臨界角プリズム１７に入射される。
【００２５】
このとき、光軸を境に臨界角よりも大きい角度で入射した戻り光、すなわち図７において臨界角プリズム１７の光軸より下側に入射した戻り光は、全反射して受光素子１８ａに受光される。しかし、臨界角より小さい角度で入射した戻り光、すなわち図７において臨界角プリズム１７の光軸より上側に入射した戻り光は、一部が臨界角プリズム１７を透過して残りが反射して受光素子１８ｂに受光される。これにより、それぞれの受光素子１８ａ，１８ｂでの受光量は、受光素子１８ａ側で大きく、受光素子１８ｂ側で小さくなり、受光素子１８ａ、１８ｂの検出出力Ｖａ，Ｖｂの間に差が生じる（Ｖａ＞Ｖｂ）。従って、受光素子１８ａ，１８ｂからの検出出力Ｖａ，Ｖｂを、例えば差動増幅器を通して出力すれば、差分Ｖａ−Ｖｂ＝＋Ｖｓの出力信号が出力される。
【００２６】
上述の臨界角法を用いた変位計測方法及び変位計測装置で得られる出力は、被照射面１００の表面粗さ成分に、被照射面のうねり成分及び変位計測装置の送り振動などの振動成分を含むいわゆるスキッド成分が加わったスタイラス成分となる。
【００２７】
次に、図１〜図３を用いて、本発明に係る変位計測方法及びその変位計測装置の第１実施の形態、すなわち、スキッド成分のみを測定できる変位計測方法及びその変位計測装置を説明する。本実施の形態の変位計測方法は、いわゆる光スキッド計測方法となる。
【００２８】
本実施の形態に係る変位計測装置２１は、図１に示すように、レーザ光源２２と、レーザ光源２２かた出射したレーザ光Ｌを発散光とする光学レンズ、いわゆる発散レンズ２３と、偏光ビームスプリッタ２４と、１／４波長板２５と、被測定面などの被照射面１００に対向する対物レンズ２６と、臨界角プリズム２７と、複数分割、本例では２分割のフォトダイオードからなる受光素子２８ａ，２８ｂとを備えて成る。
【００２９】
対物レンズ２６は、被照射面１００より手前側で焦点を結ぶように構成される。すなわち対物レンズ２６は、被照射面１００と対物レンズ２６の間で焦点を結ぶように被照射面１００に対向して配置される。
【００３０】
１／４波長板１５及び対物レンズ１６は、偏光ビームスプリッタ１４で反射されたレーザ光が被照射面１００に向かう光路上に順に配置される。２分割の受光素子２８ａ，２８ｂは、被照射面１００で反射した戻り光Ｌ′が臨界角プリズム１７に入射し、反射した後の光路上に配置される。受光素子１８ａ，１８ｂは、平行光で入射する戻り光の光軸を中心に２分割されるように配置される。
【００３１】
次に、本実施の形態の変位計測装置２１の動作と共に、スキッド成分のみを検出する変位計測方法を説明する。図１は、被照射面１００で反射した戻り光が、対物レンズ２６の焦点を通過する状態の場合である。レーザ光源２２から出射したレーザ光Ｌは、発散レンズ２３を通して発散光となって偏光ビームスプリッタ２４に入射する。前述したようにレーザ光Ｌは直線偏光であるので、そのＳ偏光とＰ偏光の何れか一方、本例ではＳ偏光が偏光ビームスプリッタ２４で９０°反射して、１／４波長板２５に入り、所定回転方向の円偏光に変換された後、対物レンズ２６で収束されて被照射面１００に照射される。このとき、円偏光は、対物レンズ２６の焦点位置（ｆ）で一旦集光された後、発散してスポット径を大きくした状態で被照射面１００上に照射される。
【００３２】
次いで、被照射面１００で反射した全ての戻り光Ｌ′は、対物レンズ２６の焦点位置（ｆ）に集光した後、発散して対物レンズ２６に入射される。このため、対物レンズ２６を透過した後は平行光となって、１／４波長板２５を通過して偏光ビームスプリッタ２４に入射される。前述と同様に、被照射面１００で反射した戻り光は、入射した円偏光とは逆の回転方向の円偏光となるので、１／４波長板２５を通過した戻り光Ｌ′はＰ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ２４に入射する。Ｐ偏光の戻り光Ｌ′は、偏光ビームスプリッタ２４を透過して臨界角プリズム２７に平行光として入射する。
【００３３】
平行光として臨界角プリズム２７に入射された戻り光Ｌ′は、臨界角プリズム２７で全反射され、９０°光路変更して２分割の受光素子２８ａ，２８ｂに受光される。この場合、図１に示すように、それぞれの受光素子１８ａ，１８ｂで受光される光量は相等しくなり、受光素子１８ａ、１８ｂからの検出出力Ｖａ、Ｖｂは等しくなる（Ｖａ＝Ｖｂ）。従って、受光素子１８ａ，１８ｂからの検出出力Ｖａ，Ｖｂを、例えば差動増幅器を通して出力すれば、差分Ｖａ−Ｖｂ＝０の出力信号が出力される。
【００３４】
次に、図２の状態は、被照射面１００が、図５Ａの被照射面の位置を基準として、対物レンズ２６より遠い位置に在る場合である。レーザ光源２２から出射されたレーザ光Ｌが発散光となって偏光ビームスプリッタ２４、１／４波長板２５及び対物レンズ２６を通して被放射面１００に照射される。被照射面１００で反射し、対物レンズ２６を通過した戻り光Ｌ′は、収束光となり、１／４波長板２５、偏光ビームスプリッタ２４を透過して臨界角プリズム２７に入射される。
【００３５】
このとき、光軸を境に臨界角よりも大きい角度で入射した戻り光Ｌ′、すなわち図２において臨界角プリズム２７の光軸より上側に入射した戻り光は、全反射して受光素子２８ｂに受光される。しかし、臨界角より小さい角度で入射した戻り光Ｌ′、すなわち図２において臨界角プリズム２７の光軸より下側に入射した戻り光は、一部が臨界角プリズム２７を透過して残りが反射して受光素子２８ａに受光される。これにより、それぞれの受光素子２８ａ，２８ｂでの受光量は、受光素子２８ａ側で小さく、受光素子２８ｂ側で大きくなり、受光素子２８ａ、２８ｂの検出出力Ｖａ，Ｖｂの間に差が生じる（Ｖａ＜Ｖｂ）。従って、受光素子２８ａ，２８ｂからの検出出力Ｖａ，Ｖｂを、例えば差動増幅器を通して出力すれば、差分Ｖａ−Ｖｂ＝−Ｖｓの出力信号が出力される。
【００３６】
次に、図３は、被照射面１００が、図１の被照射面の位置を基準として、対物レンズに近い位置に在る場合である。レーザ光源２２から出射されたレーザ光が発散光となって偏光ビームスプリッタ２４、１／４波長板２５及び対物レンズ２６を通して被放射面１００に照射される。被照射面１００で反射し、対物レンズ２６を通過した戻り光Ｌ′は、図２とは逆に発散光となり、１／４波長板２５、偏光ビームスプリッタ２４を透過して臨界角プリズム２７に入射される。
【００３７】
このとき、光軸を境に臨界角よりも大きい角度で入射した戻り光、すなわち図３において臨界角プリズム２７の光軸より下側に入射した戻り光は、全反射して受光素子２８ａに受光される。しかし、臨界角より小さい角度で入射した戻り光、すなわち図３において臨界角プリズム２７の光軸より上側に入射した戻り光は、一部が臨界角プリズム２７を透過して残りが反射して受光素子２８ｂに受光される。これにより、それぞれの受光素子２８ａ，２８ｂでの受光量は、受光素子２８ａ側で大きく、受光素子２８ｂ側で小さくなり、受光素子２８ａ、２８ｂの検出出力Ｖａ，Ｖｂの間に差が生じる（Ｖａ＞Ｖｂ）。従って、受光素子２８ａ，２８ｂからの検出出力Ｖａ，Ｖｂを、例えば差動増幅器を通して出力すれば、差分Ｖａ−Ｖｂ＝＋Ｖｓの出力信号が出力される。
【００３８】
第１実施の形態に係る変位計測方法及び変位計測装置によれば、レーザ光Ｌが、発散した形で被照射面１００に照射されるので、被照射面１００上で照射されたレーザスポットの径は大きくなる。レーザスポットの径が大きくなると、スポット中の表面粗さの平均変位が出力としてあらわれる。このため、うねり成分と振動成分を含んだスキッド成分のみを検出し、測定することができる。
【００３９】
ここで、図４に、Ｓ偏光とＰ偏光に係る入射角ｒと反射率Ｒの関係を示す。臨界角は、４１°８′である。受光素子２８ａ，２８ｂに受光させるレーザ光としてＰ偏光を選択することにより、Ｓ偏光に比べて臨界角近傍で急激な反射率の変化が得られる。
【００４０】
図８に、スキッド成分とスタイラス成分を同時に測定できる、本発明に係る変位計測方法及びその変位計測装置の第２実施の形態を示す。本実施の形態に係る変位計測装置３１は、スキッド成分を検出するスキッド光学系を有する第１の変位計測装置３２と、スタイラス成分を検出するスタイラス光学系を有する第２の変位計測装置３２とを備える。
【００４１】
第１の変位計測装置３２は、前述の図１で示す変位計測装置と同様の光学系を有する。すなわち、第１の変位計測装置３２は、第１のレーザ光源２２と、このレーザ光源２２から出射したレーザ光Ｌ１を発散光とする光学レンズ、いわゆる発散レンズ２３と、第１の偏光ビームスプリッタ２４と、第１の１／４波長板２５と、被測定面などの被照射面１００に対向する第１の対物レンズ２６と、第１の臨界角プリズム２７と、複数分割、本例では２分割のフォトダイオードからなる第１の受光素子２８ａ，２８ｂとを有して成る。対物レンズ２６は、被照射面１００より手前で焦点を結ぶように構成される。従って、対物レンズ２６は、被照射面１００と対物レンズ２６との間で焦点を結ぶように被照射面１００に対向して配置される。
【００４２】
１／４波長板１５及び対物レンズ１６は、偏光ビームスプリッタ１４で反射されたレーザ光が被照射面１００に向かう光路上に順に配置される。２分割の受光素子２８ａ，２８ｂは、被照射面１００で反射した戻り光Ｌ１′が臨界角プリズム１７に入射し、反射した後の光路上に配置される。受光素子１８ａ，１８ｂは、平行光で入射する戻り光Ｌ１′の光軸を中心に２分割されるように配置される。
【００４３】
一方、第２の変位計測装置３３は、前述の図５で示す臨界角法を用いた変位計測装置と同様の光学系を有する。すなわち、第２の変位計測装置３３は、第２のレーザ光源１２と、このレーザ光源１２から出射したレーザ光Ｌ２を平行光とするための光学レンズ１３と、第２の偏光ビームスプリッタ１４と、第２の１／４波長板１５と、被測定面などの被照射面１００に対向する第２の対物レンズ１６と、第２の臨界角プリズム１７と、２分割のフォトダイオードからなる第２の受光素子１８ａ，１８ｂとを有して成る。対物レンズ１６は、被照射面１００上に焦点を結ぶように被照射面１００に対向して配置される。
【００４４】
１／４波長板１５及び対物レンズ１６は、偏光ビームスプリッタ１４で反射されたレーザ光Ｌ２が被照射面１００に向かう光路上に順に配置される。２分割の受光素子１８ａ，１８ｂは、被照射面１００で反射した戻り光Ｌ２′が臨界角プリズム１７に入射し、反射した後の光路上に配置される。受光素子１８ａ，１８ｂは、平行光で入射する戻り光Ｌ２′の光軸を中心に２分割されるように配置される。
【００４５】
さらに、第１の変位計測装置３２の対物レンズ２６と、第２の変位計測装置の対物レンズ１６との後段には、光路統合・分離用光学系３４が配置される。この光路統合・分離用光学系は、対物レンズ２６を透過したレーザ光Ｌ１と、対物レンズ１６を透過したレーザ光Ｌ２が、共に被照射面１００上の同じ位置に照射させ、また、被照射面１００から反射した戻り光Ｌ１′、Ｌ２′をそれぞれ分離してスキッド光学系３２とスタイラス光学系３３へ導くための光学系である。この光路統合・分離用光学系３４は、ミラー３５とハーフミラー３６、例えばキュービック・ビームスプリッタ（ＣＢＳ）とから成る。光路統合・分離用光学系３４では、第１変位計測装置３２の対物レンズ２６を透過したレーザ光Ｌ１をハーフミラー３６で反射させて被照射面１００に照射し、第２の変位計測装置３３の対物レンズ１６を透過したレーザ光Ｌ２をハーフミラー３６を透過させて被照射面１００の上記と同一位置に照射するようになされる。また、光路統合・分離用光学系３４では、被照射面１００から反射したスキッドの戻り光Ｌ１′とスタイラスの戻り光Ｌ２′をハーフミラー３６で分割し、一方のスタイラスの戻り光Ｌ２′をハーフミラー３６を透過して、スタイラス光学系３３に導き、他方のスキッドの戻り光Ｌ１′をハーフミラー３６で反射し、さらにミラー３５で反射して、スキッド光学系３２へ導くようになされる。
【００４６】
次に、本実施の形態の変位計測装置３１の動作と共に、この変位計測方法を説明する。第１の変位計測装置３２からは、スキッド成分のみのスキッド検出信号が得られる。すなわち、前述の図１〜図３の動作説明と同様に、レーザ光源２２から出射したレーザ光Ｌ１が発散レンズ２３を介して発散光として偏光ビームスプリッタ２４に入射される。偏光ビームスプリッタ２４で反射したＳ偏光が１／４波長板２５で円偏光に変換されて対物レンズ２６を透過し、光路統合・分離用光学系３５を介して被照射面１００に照射される。被照射面１００で反射した戻り光Ｌ１′は、光路統合・分離用光学系３５、対物レンズ２６、１／４波長板２５を透過してＰ偏光に変換される。このＰ偏光の戻り光Ｌ１′は、偏光ビームスプリッタ２４を透過して臨界角プリズム２７に入射され、反射して２分割の受光素子２８ａ，２８ｂに受光される。受光素子２８ａ，２８ｂからの検出出力を、例えば差動増幅器に入力してスキッド成分に対応した検出信号、すなわちスキッド検出信号を得る。
【００４７】
一方、第２の変位計測装置３３からは、スタイラス成分を有するスタイラス検出信号が得られる。すなわち、前述の図５〜図７の動作説明と同様に、レーザ光源１２から出射したレーザ光Ｌ２が光学レンズ２３を介して平行光として偏光ビームスプリッタ１４に入射される。偏光ビームスプリッタ１４で反射したＳ偏光が１／４波長板１５で円偏光に変換されて対物レンズ１６を透過し、光路統合・分離用光学系３５を介して被照射面１００に照射される。被照射面１００で反射した戻り光Ｌ２′は、光路統合・分離用光学系３５、対物レンズ１６、１／４波長板１５を透過してＰ偏光に変換される。このＰ偏光の戻り光Ｌ２′は、偏光ビームスプリッタ１４を透過して臨界角プリズム１７に入射され、反射して２分割の受光素子１８ａ，１８ｂに受光される。受光素子１８ａ，１８ｂからの検出出力を、例えば差動増幅器に入力してスタイラス成分に対応した検出信号、すなわちスタイラス検出信号を得る。
【００４８】
この２つのスキッド検出信号とスタイラス検出信号を、演算手段としての例えばコンピュータに供給し、スタイラス検出信号からスキッド検出信号を減算処理することにより、被照射面１００の表面粗さを測定することができる。
【００４９】
本実施の形態の変位計測装置３１では、スキッド成分のみを測定することもできる。
【００５０】
第２実施の形態に係る変位計測方法及びその変位計測装置３１によれば、スキッド成分と、スタイラス成分を同時に検出することができ、このスキッド検出信号とスタイラス検出信号を演算することにより、被照射面１００、例えば被測定面の表面粗さを精度よく測定することができる。
【００５１】
図９及び図１０に、スキッド成分とスタイラス成分を同時に測定できる、本発明に係る変位計測方法及びその変位計測装置の第３実施の形態を示す。図９は概略平面図、図１０は概略斜視図である。本実施の形態に係る  変位計測装置４１は、スキッド成分を検出するスキッド光学系を有する第１の変位計測装置４２と、スタイラス成分を検出するスタイラス光学系を有する第２の変位計測装置４３とを備える。
【００５２】
第１の変位計測装置４２は、前述の図８で示す第１の変位計測装置と同様に、第１のレーザ光源２２と、このレーザ光源２２から出射したレーザ光Ｌ１を発散光とする光学レンズ、いわゆる発散レンズ２３と、第１の偏光ビームスプリッタ２４と、第１の対物レンズ２６を有する。さらに第１の変位計測装置４２は、１／４波長板４５と第１のハーフミラー４７、例えばキュービック・ビームスプリッタ（ＣＢＳ）と、２組の第１の２回反射の臨界角プリズム４８及び４９と、２組の第１の複数分割、本例では２分割の受光素子２８ａ１，２８ｂ１及び２８ａ２，２８ｂ２と、１／４波長板４５の後段に配したミラー（本例では直角プリズム）５１とを有する。
【００５３】
第１の対物レンズ２６は、前述と同様に、被照射面１００より手前で焦点を結ぶように構成される。この第１の対物レンズ２６は、本例では第１の偏光ビームスプリッタ２４と１／４波長板４５との間に配置される。ハーフミラー４７は、偏光ビームスプリッタ２４を透過した戻り光Ｌ１′の光路上に配置される。このハーフミラー４７で２分割された一方の光路上に一方の第１の２回反射臨界角プリズム４８及び一方の第１の２分割受光素子１８ａ１，１８ｂ１が配置される。ハーフミラー４７で２分割された他方の光路上に他方の第１の２回反射臨界角プリズム４９及び他方の第１の２分割受光素子１８ａ２，１８ｂ２が配置される。
【００５４】
第２の変位計測装置４３は、前述の図８で示す第２の変位計測装置と同様に、第１のレーザ光源１２と、このレーザ光源１２から出射したレーザ光Ｌ２を平行光とする光学レンズ、いわゆる平行レンズ１３と、第２の偏光ビームスプリッタ１４と、第２の対物レンズ１６と、第２の１／４波長板１５とを有する。さらに第２の変位計測装置４３は、ハーフミラー５４、例えばキュービック・ビームスプリッタ（ＣＢＳ）と、２組の第２の２回反射の臨界角プリズム５５及び５６と、２組の第２の複数分割、本例では２分割の受光素子１８ａ１，１８ｂ１及び１８ａ２，１８ｂ２とを有する。
【００５５】
第２の対物レンズ１６は、前述と同様に、被照射面１００上で焦点を結ぶように構成される。この第２の対物レンズ１６は、本例では第２の偏光ビームスプリッタ１４と第２の１／４波長板１５との間に配置される。ハーフミラー５４は、偏光ビームスプリッタ１４を透過した戻り光Ｌ２′の光路上に配置される。このハーフミラー５４で２分割された一方の光路上に一方の第２の２回反射の臨界角プリズム５６及び一方の第２の２分割受光素子１８ａ１，１８ｂ１が配置される。ハーフミラー５４で２分割された他方の光路上に他方の第２の２回反射の臨界角プリズム５６及び他方の第２の２分割受光素子１８ａ２，１８ｂ２が配置される。
【００５６】
さらに、第１の変位計測装置４２のミラー５１と、第２の変位計測装置４３の１／４波長板１５の後段には、図９で説明したと同様に、スキッドのレーザ光とスタイラスのレーザ光Ｌ１，Ｌ２を、被照射面１００上の同じ位置に照射し、また被照射面１００で反射した戻り光Ｌ１′、Ｌ２′をそれぞれのスキッド光学系４２及びスタイラス光学系４３へ分離して導くための光路統合・分離用光学系５７が配置される。この光路統合・分離用光学系５７は、ハーフミラー５８、例えばキュービック・ビームスプリッタ（ＣＢＳ）と、ミラー（本例では直角プリズム）５９とから成る。光路統合・分離用光学系５７では、第１の変位計測装置４２のミラー５１で反射したレーザ光Ｌ１をハーフミラー５８に透過させ、ミラー５９で反射させる。本例では垂直下方に反射させる。また、第２の変位計測装置４３の１／４波長板１６を透過したレーザ光Ｌ２をハーフミラー５８で反射させ、ミラー５９で反射させる。本例では垂直下方に反射させる。ミラー５９で反射したそれぞれのレーザ光Ｌ１，Ｌ２は必要な共通光路を介して、あるいは介さないで被照射面１００に照射されるように構成される。
【００５７】
第１の変位計測装置４２のレーザ光源２２と、第２の変位計測装置４３のレーザ光源１２は、それぞれ波長の異なるレーザＬ１、Ｌ２を出射する。また、第１の変位計測装置４２の２分割受光素子２８ａ１、２８ｂ１，２８ａ２、２８ｂ２は、その波長感度がレーザ光源２２のレーザ波長付近となるように構成される。第２の変位計測装置４３の２分割受光素子１８ａ１、１８ｂ１，１８ａ２、１８ｂ２は、その波長感度がレーザ光源１２のレーザ波長付近となるように構成される。
【００５８】
次に、本実施の形態の変位計測装置４１の動作と共に、この変位計測方法を説明する。第１の変位計測装置４２からは、スキッド成分のみのスキッド検出信号が高感度で得られる。すなわち、第１のレーザ光源２２から出射したレーザ光Ｌ１は、発散レンズ２３で発散光となり、第１の偏光ビームスプリッタ２４に入射され、Ｓ偏光またはＰ偏光のいずれか一方、本例ではＳ偏光が反射されて第１の対物レンズ２６を透過する。
【００５９】
第１の対物レンズ２６を透過したＳ偏光は、１／４波長板４５を透過して所定回転方向の円偏光に変換される。この円偏光は、ミラー５１で反射されて、逆の回転方向の円偏光に変化され、後段の光路統合・分離光学系４７のハーフミラー５８を透過し、さらにミラー５９で反射されて、再度、所定回転方向の円偏向となる。本例では逆の回転方向の円偏光が垂直下方に反射され所定回転方向の円偏光となる。この反射された円偏光が、必要な共通光路を介して、あるいは介さないで被照射面１００に照射される。
【００６０】
被照射面１００で反射して再度、逆回転方向の円偏光とされた戻り光Ｌ１′は、ミラー５９で反射されて所定回転方向の円偏光とされ、ハーフミラー５８を透過し、さらにミラー５１で反射されて逆回転方向の円偏光となる。この逆回転方向の円偏向が１／４波長板４５を透過し、Ｐ偏光となる。
【００６１】
このＰ偏光が、対物レンズ２６を透過した後、第１の偏光ビームスプリッタ２４を透過し、第１のハーフミラー４７で２つの光路に分離して進む。一方の光路に進んだＰ偏光の戻り光Ｌ１′は、臨界角プリズム４８に入射し、２回反射して一方の第１の受光素子２８ａ１，２８ｂ１に受光される。受光素子２８ａ１，２８ｂ１からの検出出力を、例えば差動増幅器に入力してスキッド成分に対応した検出信号、すなわち第１のスキッド検出信号を得る。
【００６２】
他方の光路に進んだＰ偏光の戻り光Ｌ１′は、臨界角プリズム４９に入射し、２回反射して他方の第１の受光素子２８ａ２，２８ｂ２に受光される。受光素子２８ａ２，２８ｂ２からの検出出力を、例えば差動増幅器に入力してスキッド成分に対応した検出信号、すなわち第２のスキッド検出信号を得る。
【００６３】
受光素子２８ａ１，２８ｂ１，２８ａ２，２８ｂ２と、受光素子１８ａ１，１８ｂ１，１８ａ２，１８ｂ２では、レーザ波長により受光感度が違うので、戻り光でのスキッド成分と、スタイラス成分を分離して受光することができる。
【００６４】
この２つの第１及び第２のスキッド検出信号を後述する演算処理をして、誤差を補正したスキッド検出信号を得る。
【００６５】
一方、第２の変位計測装置４３からは、スタイラス成分を有するスタイラス検出信号が高感度で得られる。すなわち、第２のレーザ光源１２から出射したレーザ光Ｌ２は、平行レンズ１３で平行光となり、第２の偏光ビームスプリッタ１４に入射され、Ｓ偏光またはＰ偏光のいずれか一方、本例ではＳ偏光が反射されて第２の対物レンズ１６を透過する。
【００６６】
第２の対物レンズ１６を透過したＳ偏光は、第２の１／４波長板１５を透過して所定回転方向の円偏光に変換される。この円偏光は、光路統合・分離光学系４７のハーフミラー５８で反射し、さらにミラー５９で反射される。本例では円偏光が垂直下方に反射される。この反射された円偏光が、必要な共通光路を介して、あるいは介さないで被照射面１００に照射される
【００６７】
被照射面１００で反射した逆の回転方向の円偏光による戻り光Ｌ２′は、ミラー５９で反射され、ハーフミラー５８で反射して第２の１／４波長板１５を透過し、Ｐ偏光に変換される。このＰ偏光の戻り光Ｌ２′が第２の対物レンズ１６を透過した後、第２の偏光ビームスプリッタ１４を透過し、第２のハーフミラー５４で２つの光路に分離して進む。一方の光路に進んだＰ偏光の戻り光Ｌ２′は、臨界角プリズム５５に入射し、２回反射して一方の第２の受光素子１８ａ１，１８ｂ１に受光される。受光素子１８ａ１，１８ｂ１からの検出出力を、例えば差動増幅器に入力してスタイラス成分に対応した検出信号、すなわち第１のスタイラス検出信号を得る。
【００６８】
他方の光路に進んだＰ偏光の戻り光Ｌ２′は、臨界角プリズム５６に入射し、２回反射して他方の方の第２の受光素子１８ａ２，１８ｂ２に受光される。受光素子１８ａ２，１８ｂ２からの検出出力を、例えば差動増幅器に入力してスタイラス成分に対応した検出信号、すなわち第２のスタイラス検出信号を得る。
【００６９】
この２つの第１及び第２のスタイラス検出出力信号を後述する演算処理をして、誤差を補正したスキッド検出信号を得る。
【００７０】
本実施の形態では、上述した臨界角プリズム４８、４９、５５、５６として、２回反射の臨界角プリズムを用いている。２回反射の臨界角プリズムを用いることにより、受光素子における検出感度を高めることができる。
【００７１】
本実施の形態では、上述したスキッド光学系４２及びスタイラス光学系４３における、戻り光Ｌ１′、Ｌ２′をそれぞれ２つの光路に分割して２組の受光素子に受光させている。これによって、被照射面１００、例えば被測定面が水平面になく、ある許容範囲の角度（例えば±５°程度）の傾きがあった場合にも、この傾きによる検出信号の誤差を補正することができる。以下に説明する。
【００７２】
図１１に、簡略化した戻り光を検出するモデルを示す。被照射面１００、例えば被測定面で反射した戻り光Ｌ０′は、対物レンズ６１を透過し、ハーフミラー６２により２分され、一方がハーフミラー６２を透過して２分割のフォトダイオードによる受光素子Ａ，Ｂに受光される。戻り光Ｌ０′の他方は、ハーフミラー６２で９０°反射されて、２分割のフォトダイオードによる受光素子Ｃ，Ｄに受光される。破線で示す光路は、被照射面１００が水平状態にある場合である。実線で示す光路は、被照射面１００が所定角度θだけ傾いた状態にある場合である。
【００７３】
被照射面１００が水平のときの破線の光路を基準としたとき、傾斜した被照射面１００からの反射した戻り光は、受光素子６３Ａ，６３Ｂでは、対物レンズ６１側から見て、破線の基準位置より左に寄って受光され、受光素子６３Ｃ，６３Ｄでは、対物レンズ６１側から見て、破線の基準位置より右に寄って受光される。この受光素子６３Ａ〜６３Ｄの受光量の変化に基づく検出出力を数１の式で演算する。
【００７４】
【数１】
2009092387.tif 000003
ここで、Ｅは第１、第２の変位計測装置からの出力信号（測定値）である。Ａ＋Δ，Ｂ−Δ、Ｃ―Δ、Ｄ＋Δは、それぞれ受光素子６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄの破線から変位した差分の受光量に対応した変位信号である。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ各受光素子６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ，６３Ｄの検出信号である。Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、受光素子６３Ａ〜６３Ｄが受光する全体の受光量に対応する検出信号である。
【００７５】
受光素子６３Ａと受光素子６３Ｄが対応し、受光素子６３Ｂと受光素子６３Ｃが対応する。つまり、同じ戻り光について、受光位置のずれが、破線を基準して左右逆になる。信号Ａ，Ｄに＋Δ、信号Ｂ，Ｃに−Δのずれが生じても相殺されるようになる。
数１の式で演算することで、被照射面１００の傾き（例えば±５°以内の傾き）の誤差を補正することができる。全体の受光量に基づく（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）の和信号で割ることで、レーザ光源の強度変化、被反射面の反射率の変化の影響を除去することができる。
【００７６】
上述の第３実施の形態に係る変位計測方法及び変位計測装置４１によれば、スキッド成分と、スタイラス成分を同時に検出することができ、このスキッド検出信号とスタイラス検出信号を演算することにより、被照射面１１００、例えば被測定面の表面粗さを精度良く測定することができる。さらに、２回反射の臨界角プリズムを用いることにより、受光素子での検出感度を高め、大きな検出信号が得られる。また、戻り光をハーフミラーで２分割し、それぞれの戻り光を２組の２分割の受光素子で検出することにより、被照射面の許容される傾きに対して、誤差を補正することができる。
【００７７】
本発明に係る変位計測方法及びその変位計測装置は、被測定面の表面粗さ成分のみの測定、あるいは変位計測装置の送り振動成分、被測定面の大きなうねり成分を含むスキッド成分のみの測定に適用して好適である。
【００７８】
上例では、本発明に係る変位計測方法及び変位計測装置を、表面粗さの測定に適用した場合について説明したが、その他、運動体の変位測定などに適用することができる。変位計として使用する場合、例えば工作機械において、被加工物をセットするテーブルなどの運動体の変位を測定する際には、基準面の真直度が最も重要になる。光ビームのスポット径が小さいと、基準面の表面粗さの影響を受けてしまうため、スポット径を大きくする必要がある。言い換えれば、本発明のスキッド式の変位計測方法及びその装置は、基準面の表面粗さの影響を受けにくいこと、つまり、粗面(表面粗さの悪い面)真直度の高い面を基準面とすることができることも特徴になる。工作機械のテーブルの変位を測定する場合には、テーブルに本発明の変位計測装置を取り付け、この変位計測装置のレーザ光に対向して基準面を配置し、テーブルを可動して行うことで、精度のよい変位測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る変位計測装置の第１実施の形態の構成図である。
【図２】第１実施の形態の動作説明図（その１）である。
【図３】第１実施の形態の動作説明図（その２）である。
【図４】Ｐ偏光とＳ偏光の入射角と反射率の関係を示すグラフである。
【図５】臨界角法を用いた変位計測装置の原理を示す構成図である。
【図６】臨界角法を用いた変位計測装置の動作説明図（その１）である。
【図７】臨界角法を用いた変位計測装置の動作説明図（その１）である。
【図８】本発明に係る変位計測装置の第２実施の形態の構成図である。
【図９】本発明に係る変位計測装置の第３実施の形態の構成図である。
【図１０】本発明に係る変位計測装置の第３実施の形態の斜視図である。
【図１１】本発明に係る被測定面傾斜補正の説明に供するモデル図である。
【図１２】Ａ，Ｂ及びＣ  スタイラス成分、スキッド成分及び表面粗さ成分を示す説明図である。
【図１３】従来の非接触測定方法を示す構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１・・変位計測装置、１２・・レーザ光源、１３・・平行レンズ、１４・・偏光ビームスプリッタ、１５・・１／４波長板、１６・・対物レンズ、１７・・臨界角プリズム、１８ａ，１８ｂ・・受光素子、２１、３１、４１・・変位計測装置、２２・・レーザ光源、２３・・発散レンズ、２４・・偏光ビームスプリッタ、２５・・１／４波長板、２６・・対物レンズ、２７・・臨界角プリズム、２８ａ、２８ｂ・・受光素子、３２、４２・・スキッド光学系、３３、４３・・スタイラス光学系、３４、５７・・光路統合・分離用光学系、４５、４６・・１／４波長板、４７、５５・・ハーフミラー、４９、５６・・臨界角プリズム、１００・・被照射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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