JPS6285837A - レ−ザ測定器におけるピンホ−ル調整装置 - 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〕 本発明は被検物体表面にレーザビームを照射してその表
面状態を検出するレーザビーム干渉計等のレーザ測定器
におけるピンホール調整装置に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、被検物体表面の面精度を計測するために、レー
ザビームを使用し、該レーザビームの被検物体からの反
射光と参照板（参照基準面）からの反射光とを干渉させ
、この干渉によって生じる干渉縞に基づいてその面精度
を解析するようにしたレーザビーム干渉計が用いられる
。

前述したレーザビーム干渉計は一般に、その光学系の内
部にノイズカット用のピンホール機構が付設されるが、
このピンホール機構におけるピンホールは、正確にレー
ザビームにおける光軸上に配置していなければならない
。このために、従来技術におけるレーザビーム干渉計に
あっては、ピンホールをピンホール板に形設すると共に
、このピンホール板をＸ方向やＹ方向において微細に位
置調整することができるステージアセンブリに装着し、
このピンホール板の位置を適宜調整することによってピ
ンホールのレーザビームに対ｆ、６アライメントの微調
整２行うように構成していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述したように、ステージアセンブリーを使用してピン
ホールのアライメントを行うようにすると、該ピンホー
ルの微細な位置調整が可能であるが、この干渉計を長期
間使用する間にレーザビーム装置に位置ずれが生じたυ
、また温度変化等に基づく各部材の変形によって前述の
ピンホールとレーザビームとの間のアライメントにずれ
が生じることがある。このようにピンホールとレーザビ
ームとの間に僅かでもずれが生じると、該ピンホールの
通過光の光量分布に変化が生じ、一定のコントラストを
持った干渉縞の観察が行われないようになるだけでなく
、例えばコンピュータにより画像解析を行う際に干渉縞
の誤認を生じる等の不都合があった。

本発明は斜上の点に鑑みてなされたもので、ピンホール
とレーザビームとの間の自動調芯を可能ならしめること
によって、その間のアライメントを常に正確に保持する
ことができるようにしたレーザ測定器におけるピンホー
ル調整装置を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の目的を達成するために、本発明に係る装置は、被
検物体表面に向けてレーザビームと照射するレーザビー
ム照射装置と、該レーザビーム照射装置から出射される
レーザビームの不必要な光束をカットするピンホールを
備えたピンホール形成体と、前記ピンホールを通過した
レーザビームを所定の位置において受光することによっ
てその光量に基づいてピンホールとレーザビームの光軸
との相対位置関係を検出する検出器と、該検出器からの
信号によって前記ピンホール形成体を光軸と直交するＸ
、Ｙ方向に変位させてそのピンホールのレーザビームの
光軸に対する位置を微調整するピンホール位置調整装置
とから構成したことをその特徴とするものである＠ 〔作用〕 而して、前述したように構成した装置を使用して被検物
体表面の計測を行うには、レーザビーム照射装置からレ
ーザビームを照射し、このレーザビームをピンホール形
成体に形設したピンホールを通過させ、この通過光を検
出器で検出させる。

ここで、ピンホールとレーザビームとの間が正確にアラ
イメントされているときにはこのレーザビームの光軸に
対して直交する２次元的位置におけるレーザビームの光
量はその中心部が最大で周縁部に向って漸減する分布を
示し、しかもレーザビーム照射装置からの照射量が一定
である場合には各位置における光量は一定である。従っ
て、このレーザビームが通過する部位における所定の位
置にその光量を検出してそれを電流値や電圧値等の電気
信号に変換する検出器を配設し、この検出器における検
出値と、ピンホールとレーザビームとのアライメントが
取れているときにおける光量である基準値とを比較する
ことによってピンホールとレーザビームとの相対位置関
係の検出を行うことができる。そして、この検出信号に
基づいてピンホール位置調整装置を作動させてフィード
バック制御を行うことによって、該ピンホールの位置を
前述の検出光量が基準値範囲となるように変位させるよ
うにすれば、このピンホールとレーザビームとの間を自
動的に調芯させることができる。

このように、ピンホールとレーザビームとの間ヲ自動調
芯させることによって、被検物体の表面計測を常時良好
な状態で正確に行うことができるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

まず第１図において、１はレーザビームを照射するレー
ザビーム照射装置を示し、該レーザビーム照射装置１か
ら照射されるレーザビームはダイパージャーレンズ２′
ｆ：通過して一度集束せしめられて、然る後拡径せしめ
られるようになっている。

そして、このダイパージャーレンズ２からのレーザビー
ムの集光位置にノイズカット用のピンホール３が設けら
れている。このピンホール３′ｌｃ通過したレーザビー
ムはコリメートレンズ４によって平行な光となるように
調節されて、被検物体表面Ｓに向けて照射されるように
なっている。一方、照射するレーザビームは、コリメー
タレンズ４前面におかれた参照板５によって一部反射さ
れ、また、それを透過したレーザビームは被検物体表面
Ｓで反射し、先の参照板５０反射光と合成干渉縞？発生
する。この発生した干渉縞像は、−−−フミラー６及び
結像レンズ７を介してテレビカメラ８の撮像面に結像さ
れる。

そして、前述の−・−フミラー６はレーザビーム照射装
置１からの照射光をも反射させることができるようにな
っており、該ノ・−フミラー６で反射した光は受光板９
で受光することができるようになっている。そして、第
２図に示したように、この受光板９上の受光部Ａの周縁
部分には相互に９０°位相？ずらせた位置に４個の検出
器１０ａ。

１０ｂ　、１０ｃ　、１０ｄが設けられている。これら
の検出器はレーザビームを受光してその受光量に応じた
電流値や電圧値等の電気信号に変換するもので、左右に
配設した検出器１０ａ、１０ｃと上下に配設した検出器
１０ｂ　、　１０ｄに基づいてそれぞれピンホールとレ
ーザビームの光軸との間のＸ方向及びＹ方向における相
対位置関係を検出することができるようになっている。

次に、前述の検出器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ。

ＩＱｄの検出値に基づいてピンホール３の位置全調整す
るために、第３図に示したように、ピンホール３はピン
ホール板１１に形設されておシ、該ピンホール板１１は
枠体１２の上下に取付けた階段状のばね片１３．１３に
よって支持されている＠これらのばね片１３はピンホー
ル板１１をＸ方向である左右に変位させるための縦板部
１３ａとＹ方向である上下に変位させる横板部１３ｂと
を備えている。枠体１２にはピンホール板１１を原点位
置に位置決めする位置決めロッド１４ａ、１４ｂが螺着
されておジ、位置決めロッド１４ｍは枠体１２の横方向
に取付けられて、該ピンホール板１１″ｆ、ｘ方向の原
点位置に位置決めし、位置決めロッド１４ｂは枠体１２
の縦方向に取付けられて、そのＹ方向の原点位置に位置
決めすることができるようになっている。そして、これ
ら位置決めロッド１４ａ、１４ｂを螺回することによっ
て、ピンホール板１１の原点位置を調整することができ
るようになっている。

さらに、このピンホール板１１のＸ方向及ヒＹ方向の位
置と微調整するために、枠体１２にはピンホール位置調
整装置が設けられており、このピンホール位置調整装置
は、Ｘ方向調整装置１５と、Ｙ方向調整装置１６とから
構成される。Ｘ方向調整装置１５は枠体１２の横側部に
軸受１７によって摺動可能に装着したブツシュロッド１
８と、該ブツシュロッド１８をその軸方向に変位させる
コア１９とで構成され、該ブツシュロッド１８及びコア
１９にはそれぞれコイル２０．２１が巻回して設けられ
、コイル２０と電源２２との間には可変抵抗Ｌ１が介装
され、該可変抵抗し１の抵抗値に基づいてブツシュロッ
ド１８のコア１９に対する反発力を調整することができ
るようになっている。また、Ｙ方向調整装置１６は前述
のＸ方向調整装置１５と同様ブツシュロッド２３を有し
、該ブツシュロッド２３は枠体１２の縦側部に軸受２４
によって軸方向に変位可能に支持されており、このブツ
シュロッド２３及び反発力によってそれを変位させるコ
ア２５にはそれぞれコイル２６．２７が巻回して設けら
れ、ブツシュロッド２３に巻回したコイル２６と電源２
８との間には反発力を調整する可変抵抗Ｌ２が介装され
ている。

さらに、前述の可変抵抗し１．Ｌ２の抵抗値制御はそれ
ぞれＸ方向の検出器１０ａ、１０ｃ及びＹ方向の検出器
１０ｂ　、　１０ｄによって行われるようになっておシ
、この制御を行うために、第４図に示したような回路構
成が採用されている。同図においてはＸ方向の検出器１
０ａ、１０ｃによる可変抵抗Ｌｌの制御を行うための構
成を示したが、Ｙ方向の制御を行うものもこれと同様の
構成となっているので、図面においては括弧内に符号を
示してその説明を省略する。即ち、検出器１０ａ。

ＩＱｅの検出値は差動増幅器３０ａに入力されて、該差
動増幅器３０ａにおいてこれらの検出値の間の差を出力
することができるようになっている。

そしてこの差動増幅器３０ａの出力信号はスレッシュホ
ールド設定器３１ａに入力されるようになッテいる。該
スレッシュホールド設定器３１ａではこの差動増幅器３
０ａの出力信号とスレッシュホールド調整器３２ａによ
って設定された基準スレッシュホールド値と比較されて
、この両信号の間の差に基づいてコイル駆動回路３３ａ
に駆動信号を出力することができるようになっている。

そして、この駆動信号に基づいて、該駆動回路３３轟を
作動させて可変抵抗器Ｌ１の抵抗値を変化させることが
できるように構成されている。

本実施例は前述のように構成されるもので、次にその作
動について説明する。

このレーザビーム計測器によって被検物体表面Ｓの計測
を行うためには、まずスレッシュホール）’ｍ整ｉ　３
２　ａ　、　３２　ｂによってスレッシュホールド設定
器３１Ｌ、３１ｂに所定の基準スレッシュホールド値を
設定する必要がある。この基準スレッシュホールド値の
設定は次のようにして行われる。即ち、ピンホール３と
レーザビーム照射装置１からのレーザビームの光軸との
間が正確にアライメントされているときには、このレー
ザビームの光軸に対して直交する２次元的位置における
レーザビームの光量は、第５図に実線で示したように、
その中心部Ｃが最大で周縁部に向って漸減する分布を示
し、しかもレーザビーム照射装置１からの光量が一定で
ある場合には各位置における光量は一定である。従って
、検出器１０ａ、１０ｃと検出器１０ｂ、１０ｄとをそ
れぞれこの中心部Ｃから等しい間隔を置いた位置に配設
すると、検出器１０ａと１０ｃ及び検出器１０ｂと１０
ｄの受光量は等しくなる。そこで、前述の基準スレッシ
ュホールド値を所定の許容誤差範囲に設定しておき、こ
の基準スレッシュホールド値と検出器１０ａ、１０ｃの
検出値及び検出器１０ｂ、１０ｄの検出値とを比較すれ
ばよい。

また、位置決めロッド１４ａ、１４ｂを調整し、第３図
に示したようにピンホール板１１の位置を光軸Ｐに対し
てＸ方向においては距離Ｄｌだけ左方にずらせ、Ｙ方向
においては距離Ｄ２だけ下方にずらせた位置に保持させ
ておく。

そこで、レーザビーム照射装置１からレーザビームを被
検物体表面Ｓに向けて照射する。このレーザビームはダ
イパージャーレンズ２からピンホール３を介してハーフ
ミラ−６に向けて進行することになシ、このレーザビー
ムの一部が該ハーフミラ−６を通過して被検物体表面Ｓ
に向けられると共に、一部は該ハーフミラ−６で反射し
て受光板９に照射されて、検出器１０ａ、１０ｂ、１０
ｃ　、　１０ｄによって受光され、その受光量に応じた
電気信号に変換される。これらの電気信号のうち検出器
１０ａ　、　１０ｃの検出値は差動増幅器３０ａに入力
され、また検出器ｌ　Ｑｂ　、　１０ｄによる検出値は
差動増幅器３０ｂに入力されて、これらの信号はそれぞ
れ比較される。そして、前述した如く、ピンホール３は
光軸Ｐとは異なる位置にあるから、第５図に鎖線で示し
たように、検出器１０ａと検出器１０ｃとでは受光量が
異なシ、また検出器１０ｂと検出器１０ｄとでも受光量
が異なる。

千とで、どれら各差動増幅器３ｎλ−３ｎｂ力）らこれ
ら検出値の差に応じた信号が出力されて、これらの出力
信号はスレッシュホールド設定器３１ａ、３１ｂにそれ
ぞれ入力され、該各スレッシュホールド設定器３１ａ　
ｔ　３　ｌ　ｂの基準スレッシュホールド値と比較され
て、その差に基づいて駆動信号が出力される。そして、
この駆動信号はそれぞれ駆動回路３３ａ、３３ｂに入力
されて、該駆動回路３３ｍ　、３３ｂによって可変抵抗
ＬＬ、Ｌ２の抵抗値が変化せしめられる。この結果、ブ
ツシュロッド１８．２３とコア１９．２５との間の反発
力が変化し、該各ブツシュロッド１８．２３はそれぞれ
ピンホール板Ｉｎばね片１３のばね力に抗して第３図中
の左方（Ｘ方向）及び上方（Ｙ方向）に変位させる。そ
して、このピンホール板１１の変位によって検出器１０
ａ、１０ｂ、１０ｃ　、　１０ｄの検出信号も変化し、
従って差動増幅器３０ａ、３０ｂからの出力信号も異な
ってくる。

そして、ピンホール板１１の変位によってピンホール３
とレーザビームの光軸Ｐとの調芯が達成されると、この
差動増幅器３０ａ、、３０ｂの出力信号カスレッ７ユホ
ールド設定器３０ａ、３０ｂの基準スレッシュホールド
値の範囲内とな９、このときにおける可変抵抗器Ｌ１．
Ｌ２の抵抗値を前述のフィードバック機構によって保持
することにより、コア１９．２５との反発力に基づくブ
ツシュロッド１８．２３の枠体１２内への突出長さが固
定されて、ピンホール３とレーザビームの光軸Ｐとが正
確にアライメントされた状態にピンホール板１１が支持
される。ここで、スレッシュホールド設定器３０ａ、３
０ｂは一種のバッファ機能を果すもので、基準スレッシ
ュホールド値に一定の幅を持たせることによって、検出
器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに僅かな変動があっ
た場合にもピンホール３が移動したシして計測作業中に
おいて該ピンホール３が不安定となるのを防止すること
ができる。

前述した如く、ピンホール３とレーザビームの光層ＩＰ
とが正確にアライメントされた状態となったときにおけ
るレーザビームをコリメートレンズ４を介して被検物体
表面Ｓの反射光と参照板５の反射光とを干渉させて干渉
縞を形成するようになし、これをハーフミラ−６を介し
て反射させて、テレビカメラ８に受信させることによっ
て干渉縞に関するデータを形成し、これをコンピュータ
等の解析装置に入力してその画像解析を行うことによっ
て該被検物体表面Ｓの平面精度の表面状態を計測するこ
とができる。而して、レーザビーム照射装置１に位置ず
れがあったフ、温度変化に基づいて装置構成部材が変位
しても、ピンホール３とレーザビームの光軸Ｐとが自動
的にアライメントされているので、被検物体表面Ｓの表
面状態を正確に表わす干渉縞が得られることになり、そ
の計測精度が向上する。

ここで、前述のブツシュロッド１８．２３によるピンホ
ール３の位置調整はレーザビーム照射装置１の微調整を
行うものであって、該ピンホール３の概略の位置調整は
位置決めロッド１４ａ、１４ｂで行うようにし、少なく
ともピンホール３をレーザビームが通過することができ
るように設定しておかなければならないのはいうまでも
ない。そして、ブツシュロッド１８，２３による位置調
整うようにすることによって、常時ピンホール３とレー
ザビーム照射装置１からのレーザビームとの調芯を微細
に行うことができるようになる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のレーザ測定器におけるピ
ンホール調整装置は、ピンホールを通過したレーザビー
ムを所定の位置においてその光量を検出する検出器によ
り検出し、この検出値に基づくフィードバック機構によ
って、ピンホールとレーザビームとのアライメントを行
うように構成したから、干渉計を構成する各部材が温度
変化によって変形したり、また干渉計を長期間使用する
間にレーザビーム照射装置に位置ずれが生じたりしても
、計測時には確実にピンホールとレーザビームとの間の
アライメントを正確に保持することができ、極めて良好
な計測精度が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ測定器の原理説明図、第２図は
検出器の配設位置の説明図、第３図はピンホールの調整
機構の構成説明図、第４図はピンホール位置調整を行う
ための制御装置の構成説明図、第５図はレーザビームの
検出器に対する照射を示す線図である。 １：レーザビーム照射装置 ３：ピンホール　　　　５：参照板 １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ：検出器１１：ピンホ
ール板　　１３：ばね片 １５：Ｘ方向調整装置　１６：Ｙ方向調整装置２３：プ
ッシュロッド　Ｌｌ、Ｌ２　：可変抵抗Ｐ：光　軸　　
　　　　Ｓ：被検物体表面特許出願人　富士写真光機株
式会社 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検物体表面に向けてレーザビームを照射するレーザビ
   ーム照射装置と、該レーザビーム照射装置から出射され
   るレーザビームの必要光束のみの通過を許容するピンホ
   ールを備えたピンホール形成体と、前記レーザビームの
   通過後のレーザビームを受光することによつてその光量
   に基づいてピンホールとレーザビームの光軸との相対位
   置関係を検出する検出器と、該検出器からの信号によつ
   て前記ピンホール形成体を光軸と直交するＸ、Ｙ方向に
   変位させてピンホールのレーザビームに対する位置を微
   調整するピンホール位置調整装置とから構成したことを
   特徴とするレーザ測定器におけるピンホール調整装置。