JP2015172538A - Surface profile measuring apparatus, and light-transmissive object thickness measuring apparatus - Google Patents

Surface profile measuring apparatus, and light-transmissive object thickness measuring apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To speedily determine the timing at which the intensity of interference light reaches a peak without changing the measurement accuracy, in a device for measuring the surface profile of an object or the thickness of a light-transmissive object by optical coherence tomography.SOLUTION: The peak intensity of a light reception signal corresponding to the intensity of interference light is made substantially constant, by changing the focal position of a measuring beam emitted from an optical head 20 synchronously with the variation in optical length by an optical length variable apparatus 40. A detection level lower than the peak intensity of the light reception signal is appropriately set, and the timing at which the light reception signal reaches a peak is detected, as an optical length variation by the optical length variable apparatus 40 or as an elapsed time from a predetermined timing, by a data processor 70 on the basis of two crossing timings at which the light reception signal crosses the detection level.

Description

本発明は、光コヒーレンストモグラフィー(OCT:Optical Coherence Tomography)により物体の表面プロファイルを測定する装置、および光コヒーレンストモグラフィーにより透光性物体の厚さを測定する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for measuring the surface profile of an object by optical coherence tomography (OCT), and an apparatus for measuring the thickness of a translucent object by optical coherence tomography.

光コヒーレンストモグラフィーは、低コヒーレンス光を2つに分割し、片方を検査対象物に測定光として入射して反射させ、他方を参照光としてミラーで反射させて、双方の反射光を干渉させ、測定光または参照光の光路長を変化させて、光路長の変化量に対する干渉光の強度変化を測定することで、検査対象物を検査する手法である。この手法は人体(特に眼底)の断面方向像を検出することに用いられることが多いが、下記特許文献1又は下記特許文献2に示されているように、測定光の照射位置ごとに干渉光の強度がピークになるタイミングを時間又は光路長変化量として検出し、物体表面のプロファイルや、透光性物体の厚さ分布を測定することもできる。この手法において、下記特許文献2に示されているように、光路長を変化させる装置(以下、光路長可変装置という)として、円盤上に90°の角度をなすミラーや90°の角度があるプリズムまたはレトロリフレクタ(以下、総称して三角状反射体という)を配置し、円盤を回転させて光を三角状反射体で反射させる装置を用いれば、高速掃引が可能であり、物体表面のプロファイルや、透光性物体の厚さ分布を高速で測定することができる。また、下記特許文献2に示されているように、測定光を対物レンズにより集光すれば微少な箇所の値を得ることができ、干渉光の強度に相当する信号をA/D変換して瞬時値のデジタルデータを取得し、プログラム処理により干渉光の強度がピークになるタイミングを求めれば、測定対象物表面に対する測定光の焦点位置が変動して、又は測定対象物の反射率が変化して、干渉光のピーク強度が変化しても、精度よく測定を行うことができる。   Optical coherence tomography divides low-coherence light into two parts, one of which is incident on the object to be measured and reflected, and the other is reflected by a mirror as the reference light. This is a technique for inspecting an inspection object by changing the optical path length of light or reference light and measuring the intensity change of interference light with respect to the change amount of the optical path length. This technique is often used to detect a cross-sectional image of the human body (especially the fundus), but as shown in Patent Document 1 or Patent Document 2 below, interference light is used for each measurement light irradiation position. It is also possible to detect the timing at which the intensity of the light reaches a peak as time or an optical path length change amount, and measure the profile of the object surface and the thickness distribution of the translucent object. In this method, as shown in Patent Document 2 below, as a device for changing an optical path length (hereinafter referred to as an optical path length variable device), there are a mirror that forms an angle of 90 ° on a disk and an angle of 90 °. By using a device that arranges prisms or retroreflectors (hereinafter collectively referred to as triangular reflectors) and rotates the disk to reflect light by the triangular reflectors, high-speed sweeping is possible, and the object surface profile In addition, the thickness distribution of the translucent object can be measured at high speed. Further, as shown in Patent Document 2 below, if the measurement light is collected by an objective lens, a minute value can be obtained, and a signal corresponding to the intensity of the interference light is A / D converted. If digital data of instantaneous values are acquired and the timing at which the intensity of the interference light peaks is obtained by program processing, the focal position of the measurement light with respect to the surface of the measurement object fluctuates or the reflectance of the measurement object changes. Thus, even if the peak intensity of the interference light changes, measurement can be performed with high accuracy.

特表2003−534540号公報Special table 2003-534540 gazette 特開2013−221811号公報JP 2013-221811 A

しかしながら、瞬時値のデジタルデータを処理してピークになるタイミングを求める方法には、データ数が多いため、値が得られるまでに時間がかかるという問題がある。このため、光路長可変装置の円盤の回転を高速にし、測定光の照射位置の移動を高速にすることで測定の高速化を図っても、データ処理に時間がかかり、思うように高速化できないという問題がある。   However, there is a problem in that the method for obtaining the peak timing by processing the digital data of the instantaneous value has a problem that it takes time until the value is obtained because the number of data is large. For this reason, even if the speed of the measurement is increased by increasing the rotation speed of the disk of the optical path length variable device and moving the irradiation position of the measurement light, the data processing takes time and cannot be increased as expected. There is a problem.

本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、光コヒーレンストモグラフィーにより物体の表面プロファイルを測定する装置および透光性物体の厚さを測定する装置において、測定精度を変えることなく、干渉光の強度がピークになるタイミングを高速で求めることができ、測定の高速化を図ることができる装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the surface profile of an object by optical coherence tomography and an apparatus for measuring the thickness of a transparent object without changing the measurement accuracy. An object of the present invention is to provide an apparatus capable of obtaining the timing at which the intensity of the interference light reaches a peak at a high speed and increasing the measurement speed.

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、光コヒーレンストモグラフィーにより測定対象物の表面プロファイルを測定する装置において、光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、測定光の対物レンズによる焦点位置を測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、干渉光の強度に相当する受光信号の強度がピークとなる測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを、光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、検出レベルを受光信号が交差する2つの交差タイミングを検出し、検出した2つの交差タイミングから対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段とを備えたことにある。   In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that, in an apparatus for measuring a surface profile of an object to be measured by optical coherence tomography, a measurement light objective lens is used in synchronization with a change in optical path length by an optical path length variable device. An optical path length variable device for changing the focal position in the direction of the optical axis of the measurement light and the target peak timing corresponding to the surface of the measurement object at which the intensity of the received light signal corresponding to the intensity of the interference light peaks. This is a means to detect the change in the optical path length due to or the elapsed time from the predetermined timing, and a detection level smaller than the intensity of the received light signal at the target peak timing is set, and two intersection timings at which the received light signal intersects the detected level are detected. The peak timing detector detects the target peak timing from the two detected intersection timings. It lies in the fact that with the door.

これによれば、光路長の変化に同期して測定光の焦点位置が測定光の光軸方向に変化するので、測定対象物の表面の位置によらず、測定対象物の表面で測定光と参照光の光路長が等しくなるときは測定対象物の表面に測定光の焦点が合っており、干渉光のピーク強度すなわち受光信号のピーク強度は略一定になる。よって、ピーク強度より小さい検出レベルを適切に設定し、受光信号が検出レベルを交差する2つの交差タイミングを検出すれば、これから測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを精度よく求めることができる。そして、2つの交差タイミングデータから対象ピークタイミングを求めているので、データ処理は短時間で済み、測定を高速で行うことができる   According to this, since the focal position of the measurement light changes in the optical axis direction of the measurement light in synchronization with the change in the optical path length, the measurement light and the measurement light on the surface of the measurement object regardless of the position of the measurement object surface. When the optical path lengths of the reference light are equal, the measurement light is focused on the surface of the measurement object, and the peak intensity of the interference light, that is, the peak intensity of the received light signal is substantially constant. Therefore, if a detection level smaller than the peak intensity is appropriately set and two crossing timings at which the received light signal crosses the detection level are detected, the target peak timing corresponding to the surface of the measurement object can be accurately obtained from this. . Since the target peak timing is obtained from the two intersection timing data, the data processing can be completed in a short time, and the measurement can be performed at high speed.

また、本発明の他の特徴は、対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するピーク信号強度検出手段を備え、ピークタイミング検出手段は、検出した2つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて検出レベルを設定し直すことにある。   Further, another feature of the present invention is provided with a peak signal intensity detecting means for detecting the intensity of the received light signal at the target peak timing, and the peak timing detecting means has a difference between the detected two intersection timings within a preset allowable range. If not, the detection level is reset based on the signal intensity detected by the peak signal intensity detection means.

これによれば、測定対象物ごとに表面の反射率が異なっていても、又は測定対象物の表面の反射率が場所ごとに異なっていても、検出レベルを適切な値に設定することができるので、測定精度を変えることなく高速で測定を行うことができる。   According to this, even if the reflectance of the surface is different for each measurement object or the reflectance of the surface of the measurement object is different for each location, the detection level can be set to an appropriate value. Therefore, measurement can be performed at high speed without changing the measurement accuracy.

また、本発明の他の特徴は、焦点位置変化手段は、ピークタイミング検出手段が検出した対象ピークタイミングに基づいて、測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングと終了する終了タイミングとを設定し、設定後にピークタイミング検出手段が検出する最新の対象ピークタイミングと開始タイミングと終了タイミングの設定時における対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、最新の対象ピークタイミングに基づいて、開始タイミングと終了タイミングとを設定し直すことにある。   Another feature of the present invention is that the focus position changing means sets a start timing and an end timing to start changing the focus position of the measurement light based on the target peak timing detected by the peak timing detection means. If the difference between the latest target peak timing detected by the peak timing detection means after setting and the target peak timing at the time of setting the start timing and end timing is not within the allowable value, start based on the latest target peak timing. It is to reset the timing and end timing.

これによれば、測定光の焦点位置を光路長の変化に同期させて変化させる範囲を、測定対象物の表面を中心とした上下の微小範囲のみにすることができるので、焦点位置変化手段にかかる負荷を必要最小限にすることができる。   According to this, since the range in which the focus position of the measurement light is changed in synchronization with the change in the optical path length can be limited to only the upper and lower minute ranges centered on the surface of the measurement object, Such a load can be minimized.

また、本発明の他の特徴は、対物レンズに測定光が入射する前に、測定光が入射し出射するリレーレンズを備え、焦点位置変化手段は、リレーレンズの片方を測定光の光軸方向に駆動させる手段であるようにしたことにある。   Another feature of the present invention is that a relay lens is provided in which the measurement light enters and exits before the measurement light is incident on the objective lens, and the focal position changing means has one of the relay lenses in the optical axis direction of the measurement light. This means that it is a means for driving.

これによれば、対物レンズを光軸方向に駆動させて測定光の焦点位置を変化させるよりも、焦点位置の変化を速く行うことができるので、より高速に測定を行うことができる。   According to this, since the focus position can be changed faster than the objective lens is driven in the optical axis direction to change the focus position of the measurement light, the measurement can be performed at a higher speed.

さらに、本発明は、光コヒーレンストモグラフィーにより透光性物体の厚さを測定する装置にも適用できるものである。この場合、前述した表面プロファイルを測定する装置と異なる点は以下の点である。1つ目は、測定光は測定対象物の表面と裏面にて反射するため、ピークタイミング検出手段は、測定対象物の表面に対応する第1の対象ピークタイミングと測定対象物の裏面に対応する第2の対象ピークタイミングとを検出する手段であって、第2の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、検出レベルを受光信号が交差する第1の2つの交差タイミングと第2の2つの交差タイミングを検出し、検出した第1の2つの交差タイミングから第1の対象ピークタイミングを検出し、検出した第2の2つの交差タイミングから第2の対象ピークタイミングを検出する点である。検出レベルを第2の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さくするのは、測定対象物の裏面で反射して戻る測定光の方が表面で反射して戻る測定光よりも小さく、ピーク強度は第1の対象ピークタイミングより第2の対象ピークタイミングの方が小さいためである。   Furthermore, the present invention can also be applied to an apparatus for measuring the thickness of a translucent object by optical coherence tomography. In this case, the following points are different from the apparatus for measuring the surface profile described above. First, since the measurement light is reflected from the front and back surfaces of the measurement object, the peak timing detection means corresponds to the first target peak timing corresponding to the front surface of the measurement object and the back surface of the measurement object. Means for detecting a second target peak timing, wherein a detection level smaller than the intensity of the received light signal at the second target peak timing is set, and the first two crossing timings at which the received light signal crosses the detection level; The second two intersection timings are detected, the first target peak timing is detected from the detected first two intersection timings, and the second target peak timing is detected from the detected second two intersection timings Is a point. The detection level is made smaller than the intensity of the received light signal at the second target peak timing because the measurement light reflected back from the back surface of the measurement object is smaller than the measurement light reflected back from the surface, and the peak intensity is This is because the second target peak timing is smaller than the first target peak timing.

2つ目に異なる点は、ピーク信号強度検出手段は第2の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出し、ピークタイミング検出手段は、検出した第2の2つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて検出レベルを設定し直す点である。   The second difference is that the peak signal intensity detection means detects the intensity of the received light signal at the second target peak timing, and the peak timing detection means sets the difference between the detected second two intersection timings in advance. The point is that the detection level is reset based on the signal intensity detected by the peak signal intensity detecting means when it is not within the allowable range.

3つ目に異なる点は、焦点位置変化手段は、ピークタイミング検出手段が検出した第1の対象ピークタイミングに基づいて、測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングを設定するとともに、ピークタイミング検出手段が検出した第2の対象ピークタイミングに基づいて、測定光の焦点位置の変化を終了する終了タイミングを設定し、設定後にピークタイミング検出手段が検出する最新の第1の対象ピークタイミングと開始タイミングの設定時における第1の対象ピークタイミングとの差、又はピークタイミング検出手段が検出する最新の第2の対象ピークタイミングと終了タイミングの設定時における第2の対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、最新の第1と第2の対象ピークタイミングに基づいて、開始タイミングと終了タイミングとを設定し直す点である。これ以外の点は、測定対象物の表面プロファイルを測定する装置と同等である。   The third difference is that the focus position changing means sets the start timing for starting the change of the focus position of the measurement light based on the first target peak timing detected by the peak timing detection means, and the peak timing. Based on the second target peak timing detected by the detection means, an end timing for ending the change of the focus position of the measurement light is set, and after the setting, the latest first target peak timing and start detected by the peak timing detection means The difference between the first target peak timing at the time of timing setting or the difference between the latest second target peak timing detected by the peak timing detection means and the second target peak timing at the end timing setting is an allowable value. When not within, start timing based on the latest first and second target peak timing Is that the re-setting the end timing. The other points are the same as the apparatus for measuring the surface profile of the measurement object.

本発明が適用された表面プロファイル測定装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a surface profile measuring apparatus to which the present invention is applied. 回転角度に対する光路長変化量と、回転角度に対するレンズの駆動信号の強度とを対比させて示した図である。It is the figure which contrasted and showed the optical path length variation | change_quantity with respect to a rotation angle, and the intensity | strength of the drive signal of the lens with respect to a rotation angle. 干渉光の強度がピークになるタイミングを検出する方法を視覚的に示した図である。It is the figure which showed visually the method of detecting the timing when the intensity | strength of interference light becomes a peak. 表面プロファイル測定装置のデータ処理装置内にある距離計算回路によって実行されるプログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the program executed by the distance calculation circuit in the data processing device of the surface profile measuring device. 表面プロファイル測定装置のコントローラによって実行されるプログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the program performed by the controller of a surface profile measuring apparatus. 表面プロファイル測定装置のコントローラによって実行されるもう1つのプログラムのフローチャートである。It is a flowchart of another program executed by the controller of the surface profile measuring apparatus. 本発明が適用された表面プロファイル測定装置の変形例におけるデータ処理装置の構成図である。It is a block diagram of the data processor in the modification of the surface profile measuring apparatus to which this invention was applied. 本発明が適用された透光性物体厚さ測定装置において、回転角度に対する光路長変化量と、回転角度に対するレンズの駆動信号の強度とを対比させて示した図である。In the translucent object thickness measuring device to which the present invention is applied, the optical path length change amount with respect to the rotation angle is compared with the intensity of the lens driving signal with respect to the rotation angle.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態として、本発明が適用された表面プロファイル測定装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明が適用された表面プロファイル測定装置の全体構成図である。表面プロファイル測定装置は、測定部10、光ヘッド20、光路長可変装置40、ステージ駆動装置50、データ処理装置70、各種回路およびコンピュータ装置90から構成され、ステージ駆動装置50のステージ51に載置した測定対象物OBの表面プロファイルを測定する装置である。作業者は、ステージ51に測定対象物OBを載置した後、コンピュータ装置90の入力装置92から測定開始の指令を入力すると、コンピュータ装置90のコントローラ91とデータ処理装置70の距離計算回路75が実行するプログラムにより自動で測定対象物OBの表面プロファイルが実行され、測定結果がコンピュータ装置90の表示装置93に表示される。以下、各装置ごとに説明を行う。
(First embodiment)
Hereinafter, as a first embodiment of the present invention, a surface profile measuring apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a surface profile measuring apparatus to which the present invention is applied. The surface profile measuring device includes a measuring unit 10, an optical head 20, an optical path length varying device 40, a stage driving device 50, a data processing device 70, various circuits and a computer device 90, and is placed on the stage 51 of the stage driving device 50. This is a device for measuring the surface profile of the measured object OB. When the operator places a measurement object OB on the stage 51 and then inputs a measurement start command from the input device 92 of the computer device 90, the controller 91 of the computer device 90 and the distance calculation circuit 75 of the data processing device 70 are operated. The surface profile of the measurement object OB is automatically executed by the program to be executed, and the measurement result is displayed on the display device 93 of the computer device 90. Hereinafter, each device will be described.

ステージ駆動装置50は、測定対象物OBを載置固定するステージ51と、ステージ51をX方向(図1においては左右方向)に移動させるX方向フィードモータ52と、ステージ51をY方向(図1においては紙面垂直方向)に移動させるY方向フィードモータ53とを備えている。X方向とY方向は、ステージ51の載置面と平行な一つの方向であって、互いに直交する方向である。ステージ駆動装置50は、X方向フィードモータ52の出力軸に連結されたねじ送り機構54、および、Y方向フィードモータ53の出力軸に連結されたねじ送り機構(図示略)により、それぞれのフィードモータ52,53を回転させることによりステージ51をX方向とY方向とに移動させるXYステージである。   The stage driving device 50 includes a stage 51 for mounting and fixing the measurement object OB, an X-direction feed motor 52 for moving the stage 51 in the X direction (left and right in FIG. 1), and the stage 51 in the Y direction (FIG. 1). , A Y-direction feed motor 53 that moves in the direction perpendicular to the paper surface is provided. The X direction and the Y direction are one direction parallel to the mounting surface of the stage 51 and are orthogonal to each other. The stage driving device 50 includes a screw feed mechanism 54 connected to the output shaft of the X-direction feed motor 52 and a screw feed mechanism (not shown) connected to the output shaft of the Y-direction feed motor 53, respectively. The XY stage moves the stage 51 in the X direction and the Y direction by rotating 52 and 53.

X方向フィードモータ52内には、同モータ52の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ52aが組み込まれている。この回転信号は、X方向フィードモータ52が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、回転方向を識別するために互いにπ/2だけ位相のずれたA相信号とB相信号とで構成される。回転信号は、X方向フィードモータ制御回路62とX方向位置検出回路64とに出力される。   In the X-direction feed motor 52, an encoder 52a that detects the rotation of the motor 52 and outputs a rotation signal representing the rotation is incorporated. This rotation signal is a pulse train signal that alternately switches between a high level and a low level every time the X-direction feed motor 52 rotates by a predetermined minute angle, and has a phase of π / 2 to identify the rotation direction. It consists of the shifted A phase signal and B phase signal. The rotation signal is output to the X direction feed motor control circuit 62 and the X direction position detection circuit 64.

X方向位置検出回路64は、エンコーダ52aからの回転信号のパルス数をX方向フィードモータ52の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からステージ51のX方向位置を検出し、X方向位置(以下、単にX位置と呼ぶ)を表す信号をコントローラ91に出力する。X位置は、後述する光ヘッド20に対するステージ51のX方向の相対位置を表すため、光ヘッド20から測定対象物OBに照射される測定光の照射位置のX座標値として扱われる。なお、測定光の照射位置とは、光ヘッド20が測定光を集光して照射できる位置であって、実際に測定光が測定対象物OBに照射されているか否かは問われない。   The X direction position detection circuit 64 counts up or down the number of pulses of the rotation signal from the encoder 52a in accordance with the rotation direction of the X direction feed motor 52, detects the X direction position of the stage 51 from the count value, A signal representing the direction position (hereinafter simply referred to as the X position) is output to the controller 91. Since the X position represents the relative position of the stage 51 in the X direction with respect to the optical head 20 described later, it is treated as the X coordinate value of the measurement light irradiation position irradiated from the optical head 20 to the measurement object OB. The irradiation position of the measurement light is a position where the optical head 20 can collect and irradiate the measurement light, and it does not matter whether the measurement light is actually irradiated on the measurement object OB.

X方向位置検出回路64におけるカウント値の初期設定は、電源投入時にコントローラ91の指示によって行われる。すなわち、コントローラ91は、電源投入時に、X方向フィードモータ制御回路62にステージ51のX方向限界位置への移動、および、X方向位置検出回路64に初期設定を指示する。この指示により、X方向フィードモータ制御回路62は、X方向フィードモータ52を回転させてステージ51をX方向限界位置に移動させる。このX方向限界位置は、X方向フィードモータ52によって駆動されるステージ51のX方向の駆動限界位置である。X方向位置検出回路64は、このステージ51の移動中、エンコーダ52aからの回転信号を入力し続けている。そして、ステージ51がX方向限界位置まで達してX方向フィードモータ52の回転が停止すると、X方向位置検出回路64はエンコーダ52aからの回転信号の入力停止を検出して、カウント値を「0」にリセットする。このとき、X方向位置検出回路64は、X方向フィードモータ制御回路62に出力停止のための信号を出力し、これにより、X方向フィードモータ制御回路62はX方向フィードモータ52への駆動信号の出力を停止する。その後に、X方向フィードモータ52が駆動された際には、X方向位置検出回路64は、回転信号のパルス数をX方向フィードモータ52の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ51のX位置を計算し、X位置を表すデジタル信号をX方向フィードモータ制御回路62およびコントローラ91に出力し続ける。   The initial setting of the count value in the X-direction position detection circuit 64 is performed according to an instruction from the controller 91 when the power is turned on. That is, the controller 91 instructs the X-direction feed motor control circuit 62 to move the stage 51 to the X-direction limit position and the X-direction position detection circuit 64 to perform initial setting when the power is turned on. In response to this instruction, the X direction feed motor control circuit 62 rotates the X direction feed motor 52 to move the stage 51 to the X direction limit position. This X direction limit position is a drive limit position in the X direction of the stage 51 driven by the X direction feed motor 52. The X-direction position detection circuit 64 continues to input the rotation signal from the encoder 52a while the stage 51 is moving. When the stage 51 reaches the X-direction limit position and the rotation of the X-direction feed motor 52 stops, the X-direction position detection circuit 64 detects the stop of the rotation signal input from the encoder 52a and sets the count value to “0”. Reset to. At this time, the X-direction position detection circuit 64 outputs a signal for stopping output to the X-direction feed motor control circuit 62, whereby the X-direction feed motor control circuit 62 outputs a drive signal to the X-direction feed motor 52. Stop output. Thereafter, when the X-direction feed motor 52 is driven, the X-direction position detection circuit 64 counts up or down the number of pulses of the rotation signal in accordance with the rotation direction of the X-direction feed motor 52, and the count value The X position of the stage 51 is calculated based on the above and a digital signal representing the X position is continuously output to the X direction feed motor control circuit 62 and the controller 91.

同様に、Y方向フィードモータ53内にも、同モータ53の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ53aが組み込まれている。この回転信号は、X方向フィードモータ52内のエンコーダ52aと同様に、Y方向フィードモータ53が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、互いにπ/2だけ位相のずれたA相信号とB相信号とで構成される。この回転信号は、Y方向フィードモータ制御回路63とY方向位置検出回路65とに出力される。   Similarly, an encoder 53 a that detects the rotation of the motor 53 and outputs a rotation signal representing the rotation is also incorporated in the Y-direction feed motor 53. Similar to the encoder 52a in the X-direction feed motor 52, this rotation signal is a pulse train signal that alternately switches between a high level and a low level each time the Y-direction feed motor 53 rotates by a predetermined minute angle. It consists of an A-phase signal and a B-phase signal that are out of phase by π / 2. This rotation signal is output to the Y-direction feed motor control circuit 63 and the Y-direction position detection circuit 65.

Y方向位置検出回路65は、エンコーダ53aからの回転信号のパルス数をY方向フィードモータ53の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からステージ51のY方向位置を検出し、Y方向位置(以下、単にY位置と呼ぶ)を表すデジタル信号をコントローラ91に出力する。Y位置は、光ヘッド20に対するステージ51のY方向の相対位置を表すため、光ヘッド20から測定対象物OBに照射されるレーザ光の照射位置のY座標値として扱われる。   The Y-direction position detection circuit 65 counts up or down the number of pulses of the rotation signal from the encoder 53a according to the rotation direction of the Y-direction feed motor 53, detects the Y-direction position of the stage 51 from the count value, and Y A digital signal representing a directional position (hereinafter simply referred to as a Y position) is output to the controller 91. Since the Y position represents the relative position of the stage 51 in the Y direction with respect to the optical head 20, the Y position is treated as a Y coordinate value of the irradiation position of the laser light irradiated from the optical head 20 to the measurement object OB.

Y方向位置検出回路65におけるカウント値の初期設定は、X方向位置検出回路64と同様に、電源投入時にコントローラ91の指示によって行われる。すなわち、コントローラ91からの初期設定が指示されると、Y方向フィードモータ制御回路63がY方向フィードモータ53を回転させてステージ51をY方向限界位置に移動させる。そして、Y方向位置検出回路65は、ステージ51がY方向限界位置に達してエンコーダ53aからの回転信号の入力が停止したことを検知すると、カウント値を「0」にリセットするとともに、Y方向フィードモータ制御回路63に出力停止信号を出力する。その後、Y方向位置検出回路65は、回転信号のパルス数をY方向フィードモータ53の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ51のY位置を計算し、Y位置を表す信号をY方向フィードモータ制御回路63およびコントローラ91に出力し続ける。   The initial setting of the count value in the Y-direction position detection circuit 65 is performed by an instruction from the controller 91 when the power is turned on, as in the X-direction position detection circuit 64. That is, when an initial setting is instructed from the controller 91, the Y-direction feed motor control circuit 63 rotates the Y-direction feed motor 53 to move the stage 51 to the Y-direction limit position. When the Y-direction position detection circuit 65 detects that the stage 51 has reached the Y-direction limit position and the input of the rotation signal from the encoder 53a is stopped, the Y-direction position detection circuit 65 resets the count value to “0” and feeds the Y-direction feed. An output stop signal is output to the motor control circuit 63. Thereafter, the Y-direction position detection circuit 65 counts up or down the number of pulses of the rotation signal in accordance with the rotation direction of the Y-direction feed motor 53, calculates the Y position of the stage 51 based on the count value, and calculates the Y position. Is continuously output to the Y-direction feed motor control circuit 63 and the controller 91.

X方向フィードモータ制御回路62は、コントローラ91の指示により、X方向フィードモータ52を駆動制御して、ステージ51を指定X位置へ移動させる。具体的には、X方向フィードモータ制御回路52は、コントローラ91からX位置が入力すると、X方向位置検出回路64から入力するX位置を用いてX方向フィードモータ52の回転を制御し、X方向位置検出回路64から入力するX位置がコントローラ91から入力したX位置に等しくなるまでX方向フィードモータ52を回転させる。また、X方向フィードモータ制御回路62は、コントローラ91の指示により、X方向フィードモータ52を駆動制御して、ステージ51を正方向又は負方向に予め設定された速度で移動させる。具体的には、X方向フィードモータ制御回路52は、コントローラ91から移動方向(正方向又は負方向)が入力すると、エンコーダ52aから入力する回転信号の単位時間あたりのパルス数が設定されたパルス数になり、移動方向が入力した方向になるようX方向フィードモータ52の回転を制御する。   The X-direction feed motor control circuit 62 drives and controls the X-direction feed motor 52 according to an instruction from the controller 91 to move the stage 51 to the designated X position. Specifically, when the X position is input from the controller 91, the X direction feed motor control circuit 52 controls the rotation of the X direction feed motor 52 using the X position input from the X direction position detection circuit 64, and the X direction The X-direction feed motor 52 is rotated until the X position input from the position detection circuit 64 becomes equal to the X position input from the controller 91. Further, the X-direction feed motor control circuit 62 drives and controls the X-direction feed motor 52 in accordance with an instruction from the controller 91 to move the stage 51 at a preset speed in the positive direction or the negative direction. Specifically, when the moving direction (positive direction or negative direction) is input from the controller 91, the X-direction feed motor control circuit 52 sets the number of pulses per unit time of the rotation signal input from the encoder 52a. And the rotation of the X-direction feed motor 52 is controlled so that the moving direction becomes the input direction.

Y方向フィードモータ制御回路63も、コントローラ91の指示により、Y方向フィードモータ53を駆動制御して、ステージ51を指定Y位置へ移動させる。具体的には、Y方向フィードモータ制御回路63は、X方向フィードモータ制御回路62と同様に、コントローラ91からY位置が入力すると、Y方向位置検出回路65から入力するY位置がコントローラ91から入力したY位置に等しくなるまでY方向フィードモータ53を回転させる。また、Y方向フィードモータ制御回路63は、コントローラ91の指示により、Y方向フィードモータ53を駆動制御して、ステージ51を正方向又は負方向に予め設定された速度で移動させる。具体的には、Y方向フィードモータ制御回路63は、コントローラ91から移動方向(正方向又は負方向)が入力すると、エンコーダ53aから入力する回転信号の単位時間あたりのパルス数が設定されたパルス数になり、移動方向が入力した方向になるようY方向フィードモータ53の回転を制御する。   The Y-direction feed motor control circuit 63 also drives and controls the Y-direction feed motor 53 according to an instruction from the controller 91 to move the stage 51 to the designated Y position. Specifically, the Y-direction feed motor control circuit 63 receives the Y position input from the Y-direction position detection circuit 65 from the controller 91 when the Y position is input from the controller 91, as in the X-direction feed motor control circuit 62. The Y-direction feed motor 53 is rotated until it becomes equal to the Y position. Further, the Y-direction feed motor control circuit 63 drives and controls the Y-direction feed motor 53 according to an instruction from the controller 91 to move the stage 51 at a preset speed in the positive direction or the negative direction. Specifically, when the moving direction (positive direction or negative direction) is input from the controller 91, the Y-direction feed motor control circuit 63 sets the number of pulses per unit time of the rotation signal input from the encoder 53a. And the rotation of the Y-direction feed motor 53 is controlled so that the moving direction becomes the input direction.

測定部10は、レーザ光源11、コリメーティングレンズ12、集光レンズ13、光カプラ14及び受光センサ15を有する。レーザ光源11は、スーパールミネセントダイオード(SLD)又はLEDで構成されていて、レーザ駆動回路8から入力する電圧および電流により低コヒーレンスのレーザ光を出射する。レーザ駆動回路8は、コントローラ91からレーザ照射開始の指令が入力すると、レーザ光源11から設定された強度のレーザ光が出射するよう、設定された強度の電圧および電流を出力する。この低コヒーレンスのレーザ光は、2つに分岐されたレーザ光が干渉した際、2つの分岐されたレーザ光の光路長が等しいときにのみ、干渉後のレーザ光の強度が極めて大きくなる特徴を有する。コリメーティングレンズ12は、レーザ光源11からの低コヒーレンスのレーザ光を平行光に変換し、集光レンズ13は、コリメーティングレンズ12からの平行光を集光して光ファイバー16に入射させる。この場合、集光レンズ13の焦点距離は、光ファイバー16内に入射したレーザ光が光ファイバー16内で全反射するように設定されている。光ファイバー16に入射したレーザ光は、光カプラ14に導かれる。   The measurement unit 10 includes a laser light source 11, a collimating lens 12, a condenser lens 13, an optical coupler 14, and a light receiving sensor 15. The laser light source 11 is composed of a super luminescent diode (SLD) or LED, and emits low-coherence laser light by a voltage and current input from the laser driving circuit 8. When a laser irradiation start command is input from the controller 91, the laser drive circuit 8 outputs a voltage and current having a set intensity so that laser light having a set intensity is emitted from the laser light source 11. This low-coherence laser beam is characterized in that when the two branched laser beams interfere, the intensity of the laser beam after interference becomes extremely large only when the optical path lengths of the two branched laser beams are equal. Have. The collimating lens 12 converts the low-coherence laser light from the laser light source 11 into parallel light, and the condensing lens 13 condenses the parallel light from the collimating lens 12 and makes it incident on the optical fiber 16. In this case, the focal length of the condenser lens 13 is set so that the laser beam incident on the optical fiber 16 is totally reflected in the optical fiber 16. The laser light incident on the optical fiber 16 is guided to the optical coupler 14.

光カプラ14は、光ファイバー16を介して入射されたレーザ光を2つに分岐させ、一方を光ヘッド20に通じる光ファイバー31に入射させ、他方を後述する光路長可変装置40に通じる光ファイバー32に入射させる。以下、光ファイバー31に入射したレーザ光を測定光、光ファイバー32に入射したレーザ光を参照光という。また、光カプラ14は、光ファイバー31を介して光ヘッド20から導かれる測定光の反射光、及び光ファイバー32を介して光路長可変装置40から導かれる参照光の反射光を、それぞれ2つに分岐させて、それらの各一方を光ファイバー17を介して受光センサ15に導く。なお、本実施形態では、光カプラ14を用いて出射光及び反射光を2つに分岐させているが、出射光及び反射光を断面径の小さな平行光に変換して、ビームスプリッタを用いて2つに分岐させてもよい。   The optical coupler 14 divides the laser light incident through the optical fiber 16 into two, makes one incident on the optical fiber 31 leading to the optical head 20, and the other incident on the optical fiber 32 leading to the optical path length varying device 40 described later. Let Hereinafter, the laser light incident on the optical fiber 31 is referred to as measurement light, and the laser light incident on the optical fiber 32 is referred to as reference light. Further, the optical coupler 14 branches the reflected light of the measurement light guided from the optical head 20 via the optical fiber 31 and the reflected light of the reference light guided from the optical path length varying device 40 via the optical fiber 32 into two. Each of them is guided to the light receiving sensor 15 through the optical fiber 17. In this embodiment, the outgoing light and the reflected light are branched into two using the optical coupler 14, but the outgoing light and the reflected light are converted into parallel light having a small cross-sectional diameter, and a beam splitter is used. You may branch into two.

受光センサ15は、受光したレーザ光の強度を表す大きさの信号を出力する。この場合、受光センサ15に入射した2つの反射光は干渉し、レーザ光が低コヒーレンスであるため、受光センサ15から出力される信号は、測定対象物OBの反射位置から光カプラ14までの距離と、光路長可変装置40の反射位置(固定反射体46)から光カプラ14までの距離とが一致したときのみ強度が大きくなる。   The light receiving sensor 15 outputs a signal having a magnitude representing the intensity of the received laser beam. In this case, since the two reflected lights incident on the light receiving sensor 15 interfere and the laser light has low coherence, the signal output from the light receiving sensor 15 is a distance from the reflection position of the measurement object OB to the optical coupler 14. The intensity increases only when the distance from the reflection position (fixed reflector 46) of the optical path length varying device 40 to the optical coupler 14 matches.

光ヘッド20は、コリメーティングレンズ21、リレーレンズ22,23および対物レンズ24を有する。コリメーティングレンズ21は、光ファイバー31から出射された測定光を平行光にしてリレーレンズ22に導く。リレーレンズ22、23は入射した測定光を集光した後、おおよそ平行である光にして対物レンズ24に導き、対物レンズ24は、入射した測定光を集光し測定対象物OBに照射する。リレーレンズ22にはアクチュエータ25が備えられており、アクチュエータ25が駆動することにより測定光の光軸方向に駆動する。これにより、リレーレンズ23を出射する測定光は平行の度合が変化し、対物レンズ24による測定光の焦点位置は、測定光の光軸方向であり測定対象物OB表面の垂直方向に変化する。アクチュエータ25は後述する信号作成回路26が出力し増幅回路27が増幅する信号により駆動されるので、信号作成回路26が出力する信号により、対物レンズ24による測定光の焦点位置を意図した位置にすることができる。   The optical head 20 includes a collimating lens 21, relay lenses 22 and 23, and an objective lens 24. The collimating lens 21 converts the measurement light emitted from the optical fiber 31 into parallel light and guides it to the relay lens 22. The relay lenses 22 and 23 collect the incident measurement light and then convert it into a substantially parallel light and guide it to the objective lens 24. The objective lens 24 collects the incident measurement light and irradiates the measurement object OB. The relay lens 22 is provided with an actuator 25. When the actuator 25 is driven, the relay lens 22 is driven in the optical axis direction of the measurement light. As a result, the degree of parallelism of the measurement light emitted from the relay lens 23 changes, and the focal position of the measurement light by the objective lens 24 changes in the direction of the optical axis of the measurement light and in the direction perpendicular to the surface of the measurement object OB. Since the actuator 25 is driven by a signal output from a signal generation circuit 26 described later and amplified by an amplification circuit 27, the focus position of the measurement light by the objective lens 24 is set to an intended position by a signal output from the signal generation circuit 26. be able to.

光路長可変装置40は、スピンドルモータ44によって回転駆動される円盤状プレート41を有し、円盤状プレート41は4つの三角状反射体42を周方向に90°の間隔で配置している。三角状反射体42は、反射面を90度の角度をもって交差させた2枚の反射体からそれぞれなり、反射面が円盤状プレート41に対して垂直になるように円盤状プレート41にそれぞれ固定されている。そして、各三角状反射体42の各一対の反射面の法線ベクトルの合成ベクトルが、円盤状プレート41の回転方向になる向きに設定されている。また、この三角状反射体42は、入射した参照光を反射して入射した参照光とは逆方向(入射した参照光の光軸と平行であって、入射した参照光とは反対方向)に参照光を出射するもので、入射する参照光の光軸は、2枚の反射体の両反射面に垂直な平面(円盤状プレート41の上面)に対して平行となるように設定されている。   The optical path length varying device 40 includes a disk-like plate 41 that is rotationally driven by a spindle motor 44, and the disk-like plate 41 has four triangular reflectors 42 arranged at intervals of 90 ° in the circumferential direction. Each of the triangular reflectors 42 is composed of two reflectors whose reflecting surfaces intersect each other at an angle of 90 degrees, and is fixed to the disk-shaped plate 41 so that the reflecting surfaces are perpendicular to the disk-shaped plate 41. ing. Then, the combined vector of the normal vectors of each pair of reflecting surfaces of each triangular reflector 42 is set in the direction in which the disk-shaped plate 41 rotates. Further, the triangular reflector 42 reflects the incident reference light and reverses the incident reference light (in a direction parallel to the optical axis of the incident reference light and opposite to the incident reference light). The reference light is emitted, and the optical axis of the incident reference light is set to be parallel to a plane perpendicular to both reflection surfaces of the two reflectors (the upper surface of the disk-shaped plate 41). .

光ファイバー32から出射した参照光は、コリメーティングレンズ43により断面径が微小の平行光になり、光路長可変装置40の三角状反射体42に入射する。三角状反射体42で反射した参照光は、入射時と光軸が平行で進行方向が反対方向になり、固定反射体46の反射面に垂直に入射する。固定反射体46は入射した参照光を反射し、参照光は再び三角状反射体42に入射する。固定反射体46は参照光の光軸を変化させず、進行方向を逆方向にするので、三角状反射体42に再度入射した参照光の光軸は最初入射した参照光の光軸と同じであり、進行方向が反対である。そして、三角状反射体42で再度反射した参照光はやはり光軸位置が変化せず、進行方向が反対になってコリメーティングレンズ43で集光した後、光ファイバー32に入射する。すなわち、光ファイバー32から出射した参照光は、光路長可変装置40にて光軸位置が同一で進行方向が逆方向の参照光となって光ファイバー32に入射する。なお、本実施形態においては三角状反射体42を、反射面を90度の角度をもって交差させた2枚の反射体から成るものにしたが、光ファイバー32において出射レーザ光と入射レーザ光の光軸位置が同一になればよく、三角状反射体42には、3つの反射面をそれぞれ90度の角度をもって交差させた三角状反射体である、レトロリフレクタを用いてもよい。   The reference light emitted from the optical fiber 32 is converted into parallel light having a minute cross-sectional diameter by the collimating lens 43 and is incident on the triangular reflector 42 of the optical path length varying device 40. The reference light reflected by the triangular reflector 42 is incident on the reflecting surface of the fixed reflector 46 perpendicularly, with the optical axis parallel to that of the incident light and traveling in the opposite direction. The fixed reflector 46 reflects the incident reference light, and the reference light again enters the triangular reflector 42. Since the fixed reflector 46 does not change the optical axis of the reference light and the traveling direction is reversed, the optical axis of the reference light incident again on the triangular reflector 42 is the same as the optical axis of the reference light incident first. Yes, the direction of travel is opposite. Then, the reference light reflected again by the triangular reflector 42 does not change its optical axis position, and its traveling direction is opposite and is collected by the collimating lens 43 and then enters the optical fiber 32. That is, the reference light emitted from the optical fiber 32 enters the optical fiber 32 as reference light having the same optical axis position and a reverse traveling direction in the optical path length varying device 40. In the present embodiment, the triangular reflector 42 is composed of two reflectors whose reflecting surfaces intersect each other at an angle of 90 degrees. However, in the optical fiber 32, the optical axes of the outgoing laser light and the incident laser light. The retroreflector which is a triangular reflector obtained by intersecting three reflecting surfaces with an angle of 90 degrees may be used as the triangular reflector 42 as long as the positions are the same.

スピンドルモータ44は、図1では円盤状プレート41と同じ平面内に描かれているが、実際はスピンドルモータ44の回転軸は円盤状プレート41の中心位置に、円盤状プレート41の表面に垂直にある。スピンドルモータ44は、スピンドルモータ制御回路47により駆動制御されて、円盤状プレート41を一定の回転速度で回転させる。スピンドルモータ44内には、同モータ44すなわち円盤状プレート41の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ44aが組み込まれている。この回転検出信号は、円盤状プレート41の回転位置が基準回転位置に来るごとに発生されるインデックス信号Indexと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰返すとともに互いにπ/2だけ位相のずれた1対のパルス列信号φA,φBとからなる。スピンドルモータ制御回路47は、コントローラ91の指令により作動開始し、エンコーダ44aからのパルス列信号φA,φBの単位時間あたりのパルス数が予め設定されている値になるようスピンドルモータ44を回転制御する。これにより、円盤状プレート41は設定された回転速度で回転する。また、エンコーダ44aから発生するインデックス信号Indexとパルス列信号φA,φBは、後述するデータ処理装置70の回転角度検出回路73と、信号作成回路26に入力する。   The spindle motor 44 is drawn in the same plane as the disk-shaped plate 41 in FIG. 1, but in reality, the rotation axis of the spindle motor 44 is at the center position of the disk-shaped plate 41 and perpendicular to the surface of the disk-shaped plate 41. . The spindle motor 44 is driven and controlled by the spindle motor control circuit 47 to rotate the disk-like plate 41 at a constant rotational speed. The spindle motor 44 incorporates an encoder 44a that detects the rotation of the motor 44, that is, the disk-shaped plate 41, and outputs a rotation detection signal indicating the rotation. This rotation detection signal repeats an index signal Index generated every time the rotation position of the disk-like plate 41 reaches the reference rotation position, and a high level and a low level by a predetermined minute rotation angle, and is mutually phased by π / 2. It is composed of a pair of pulse train signals φA and φB which are shifted from each other. The spindle motor control circuit 47 starts to operate in response to a command from the controller 91, and controls the rotation of the spindle motor 44 so that the number of pulses per unit time of the pulse train signals φA and φB from the encoder 44a becomes a preset value. Thereby, the disk-shaped plate 41 rotates at the set rotational speed. The index signal Index and the pulse train signals φA and φB generated from the encoder 44a are input to a rotation angle detection circuit 73 and a signal generation circuit 26 of the data processing device 70 described later.

円盤状プレート41が回転すると三角状反射体42で参照光が反射する位置は変化するが、光ファイバー32における参照光の出射時の光軸位置と入射時の光軸位置は同一のままである。しかし、光ファイバー32から出射してから入射するまでの参照光の光路長は変化する。これにより、受光センサ15が出力する受光強度に相当する信号強度は、1つの三角状反射体42において円盤状プレート41がある回転位置にあるときに、測定対象物OBの反射位置から光カプラ14までの距離と、光路長可変装置40の反射位置(固定反射体46)から光カプラ14までの距離とが一致してピークとなる。   When the disk-like plate 41 rotates, the position where the reference light is reflected by the triangular reflector 42 changes, but the optical axis position when the reference light is emitted from the optical fiber 32 and the optical axis position when the light is incident remain the same. However, the optical path length of the reference light from the exit from the optical fiber 32 to the incidence changes. As a result, the signal intensity corresponding to the received light intensity output from the light receiving sensor 15 is changed from the reflection position of the measurement object OB to the optical coupler 14 when the disc-shaped plate 41 is at a certain rotational position in one triangular reflector 42. And the distance from the reflection position (fixed reflector 46) of the optical path length varying device 40 to the optical coupler 14 become a peak.

信号作成回路26は、コントローラ91からの作動指令により作動を開始し、回路内のメモリにデジタルデータで記憶されている信号の波高値データをアナログ信号に変換して出力する。波高値データは、光路長可変装置40の円盤状プレート41の1回転分が記憶されており、エンコーダ44aからインデックス信号Indexが入力すると、先頭のデジタルデータからアナログ信号に変換して出力する。この出力はエンコーダ44aから入力するパルス列信号のパルス数が所定数になるごとに行われる。すなわち、円盤状プレート41の回転角度に対する信号作成回路26の出力信号の強度は決められており、前述のように信号作成回路26が出力する信号により対物レンズ24による測定光の焦点位置は変化するので、円盤状プレート41が1回転するとき、測定光の焦点位置は一定の変化の仕方をする。信号作成回路26のメモリに記憶されている信号の波高値データは、円盤状プレート41の回転角度ごとの、参照光の光路長に等しい測定光の光路長の位置が焦点位置になるために、リレーレンズ22を駆動させる信号の強度に相当する波高値である。よって、この波高値データが、エンコーダ44aから入力するパルス信号のパルス数が所定数ごとにアナログ信号となって出力され、増幅回路27で増幅され、アクチュエータ25に供給されると、測定光の焦点位置はその焦点位置での測定光の光路長が参照光の光路長と等しくなるように変化する。すなわち、光路長の変化に同期して焦点位置が変化する。   The signal generation circuit 26 starts to operate in response to an operation command from the controller 91, converts the peak value data of the signal stored as digital data in the memory in the circuit into an analog signal, and outputs the analog signal. The crest value data is stored for one rotation of the disk-like plate 41 of the optical path length varying device 40, and when the index signal Index is input from the encoder 44a, the head digital data is converted from an analog signal and output. This output is performed every time the number of pulses of the pulse train signal input from the encoder 44a reaches a predetermined number. That is, the intensity of the output signal of the signal generation circuit 26 with respect to the rotation angle of the disc-like plate 41 is determined, and the focal position of the measurement light by the objective lens 24 changes according to the signal output from the signal generation circuit 26 as described above. Therefore, when the disk-shaped plate 41 rotates once, the focus position of the measurement light changes in a certain manner. Since the peak value data of the signal stored in the memory of the signal generating circuit 26 is the focal position at the position of the optical path length of the measurement light equal to the optical path length of the reference light for each rotation angle of the disc-like plate 41, This is a peak value corresponding to the intensity of a signal for driving the relay lens 22. Therefore, when this peak value data is output as an analog signal for every predetermined number of pulses of the pulse signal input from the encoder 44a, amplified by the amplifier circuit 27 and supplied to the actuator 25, the focus of the measurement light The position changes so that the optical path length of the measurement light at the focal position becomes equal to the optical path length of the reference light. That is, the focal position changes in synchronization with the change in the optical path length.

視覚的に示すと、光路長可変装置40の円盤状プレート41が回転し、回転角度が0→360°と変化すると、参照光の光路長は図2(a)に示すように変化する。このとき、信号作成回路26が出力する信号は、図2(b)の細線に示すように変化し、この信号に基づいてリレーレンズ22が駆動するので、光路長の変化に追従するように測定光の焦点位置が変化する。なお、図2(b)の細線は参照光の光路長の変化すべてに同期して焦点位置を変化させる場合であり、太線は必要な期間のみ変化させる場合である。信号作成回路26は、後述する距離計算回路75から駆動信号強度が入力すると、回路内のメモリにデジタルデータで記憶されている信号の波高値データ(細線に相当するデータ)から入力した駆動信号強度から設定範囲内の強度のみ記憶されているデータを用いる波高値データ(太線に相当するデータ)を作成し、以後、このデータを出力する。これにより、光路長の変化に同期して焦点位置が変化するのは、測定対象物OBの表面を中心とした上下の微小範囲のみになる。この点は、後で詳細に説明する。また、信号作成回路26のメモリに記憶する信号の波高値データの求め方も後で詳細に説明する。   Visually, when the disk-shaped plate 41 of the optical path length varying device 40 rotates and the rotation angle changes from 0 to 360 °, the optical path length of the reference light changes as shown in FIG. At this time, the signal output from the signal generating circuit 26 changes as shown by the thin line in FIG. 2B, and the relay lens 22 is driven based on this signal, so that the measurement is performed to follow the change in the optical path length. The focal position of the light changes. Note that the thin line in FIG. 2B is the case where the focal position is changed in synchronization with all the changes in the optical path length of the reference light, and the thick line is the case where the focal line is changed only for a necessary period. When the drive signal intensity is input from the distance calculation circuit 75 described later, the signal generation circuit 26 receives the drive signal intensity input from the peak value data (data corresponding to the thin line) of the signal stored as digital data in the memory in the circuit. To generate peak value data (data corresponding to a thick line) using data in which only the intensity within the set range is stored, and thereafter output this data. As a result, the focal position changes in synchronization with the change in the optical path length only in the upper and lower minute ranges centered on the surface of the measurement object OB. This point will be described in detail later. Further, how to obtain the peak value data of the signal stored in the memory of the signal generating circuit 26 will be described in detail later.

データ処理装置70は、増幅回路71、検出回路72、回転角度検出回路73、回転角度出力回路74、距離計算回路75、タイミング指定回路76、ピークホールド回路77及びレベル設定回路78を備えている。増幅回路71は、受光センサ15が出力する受光強度に相当する強度の信号を入力し、設定された増幅率で増幅した信号を検出回路72へ出力する。以下、増幅回路71が出力する信号を受光信号という。検出回路72は、後述するレベル設定回路78から入力した信号強度の設定値で検出レベルが設定されており、入力した受光信号が設定された検出レベルを交差すると検出信号を出力する。視覚的に示すと、測定光と参照光の光路長が等しくなる付近で、円盤状プレート41の回転角度の変化(光路長の変化)に対する受光信号の強度の変化は図3に示すような波形になる。前述したように、ピーク位置は測定光と参照光の光路長が等しくなるタイミングである。検出回路72は、図3に点線で示すレベルの検出レベルが設定されており、図3に点で示す信号強度が検出レベルと交差したタイミングで検出信号を出力する。信号にピークが発生するとき信号が検出レベルを交差するタイミングは、下から上と上から下の2回存在するので、検出信号は2回出力される。   The data processing device 70 includes an amplification circuit 71, a detection circuit 72, a rotation angle detection circuit 73, a rotation angle output circuit 74, a distance calculation circuit 75, a timing designation circuit 76, a peak hold circuit 77, and a level setting circuit 78. The amplifying circuit 71 receives a signal having an intensity corresponding to the received light intensity output from the light receiving sensor 15, and outputs a signal amplified with a set amplification factor to the detecting circuit 72. Hereinafter, a signal output from the amplifier circuit 71 is referred to as a light reception signal. The detection circuit 72 has a detection level set by a set value of the signal intensity input from the level setting circuit 78 described later, and outputs a detection signal when the input light reception signal crosses the set detection level. Visually, the change in the intensity of the received light signal with respect to the change in the rotation angle of the disk-like plate 41 (change in the optical path length) is a waveform as shown in FIG. become. As described above, the peak position is a timing at which the optical path lengths of the measurement light and the reference light become equal. The detection circuit 72 is set to a detection level indicated by a dotted line in FIG. 3, and outputs a detection signal at a timing when the signal intensity indicated by a dot in FIG. 3 intersects the detection level. Since the timing at which the signal crosses the detection level when the peak occurs in the signal exists twice from the bottom to the top and from the top to the bottom, the detection signal is output twice.

回転角度検出回路73はエンコーダ44aが出力するインデックス信号Indexとパルス列信号φA,φBを入力し、インデックス信号入力時からのパルス列信号のパルス数のカウント値をデジタルデータで出力する。そして、インデックス信号が入力した時は常にカウント値を0にする。カウント値をインデックス信号が入力する直前でのカウント値(カウント値の最大値)で除算し、360°を乗算した値が回転角度であるが、カウント値の最大値は定数であり、カウント値は回転角度そのものとみなしてよい。回転角度出力回路74は、回転角度検出回路73からの回転角度(カウント値)のデジタルデータを入力し、検出回路72から検出信号を入力すると、そのタイミングで入力した回転角度のデジタルデータを距離計算回路75へ出力する。よって、図3に点で示す2つのタイミングにおける回転角度が距離計算回路75に入力する。および、回転角度出力回路74は、コントローラ90から作動開始指令が入力した後と、距離計算回路75に回転角度データを出力した後、入力する回転角度データの変化分が設定された値に達するまでの間に、検出回路72から検出信号が入力しないと、入力した最新の回転角度データとNGを意味するデータを出力する。これにより、測定対象物OB表面の反射率が小さく、受光信号のピーク強度が小さくなって検出回路72の検出レベルと交差しなくなる不具合を検出することができる。   The rotation angle detection circuit 73 receives the index signal Index and the pulse train signals φA and φB output from the encoder 44a, and outputs the count value of the number of pulses of the pulse train signal from when the index signal is input as digital data. When the index signal is input, the count value is always set to zero. The value obtained by dividing the count value by the count value immediately before the index signal is input (the maximum value of the count value) and multiplying by 360 ° is the rotation angle, but the maximum value of the count value is a constant, and the count value is It may be regarded as the rotation angle itself. When the rotation angle output circuit 74 receives the digital data of the rotation angle (count value) from the rotation angle detection circuit 73 and receives the detection signal from the detection circuit 72, the digital calculation of the rotation angle input at that timing calculates the distance. Output to the circuit 75. Therefore, the rotation angles at the two timings indicated by the points in FIG. The rotation angle output circuit 74 receives the operation start command from the controller 90 and outputs the rotation angle data to the distance calculation circuit 75 until the change amount of the input rotation angle data reaches a set value. If no detection signal is input from the detection circuit 72 during this period, the latest input rotation angle data and data indicating NG are output. Accordingly, it is possible to detect a problem that the reflectance of the surface of the measurement object OB is small and the peak intensity of the light reception signal is small and does not cross the detection level of the detection circuit 72.

距離計算回路75は回転角度(カウント値)に対する光路長の変化量の関係がメモリに記憶されており、コントローラ91から作動開始の指令が入力すると、図4に示すフローのプログラムを実行する。以下、このフローに沿って説明する。S200でプログラムがスタートし、S202で距離Dbに0を入れる。距離Dbについては後述する。S204〜S208で回転角度出力回路74から2つの回転角度データが入力するのを待ち、入力するとS204で「Yes」と判定し、S214にて2つの回転角度データP1,P2から距離Dを計算してコントローラ91に出力する。S214では、2つの回転角度データの中間値を信号のピークにおける回転角度として求め、メモリに記憶されている関係から、求めた回転角度に対する光路長の変化量に1/2を乗算した値を距離Dとして求める。距離Dは参照光の光路長の変化量を0にする基準位置からの距離であるが、測定対象物OBの表面プロファイルは距離Dの変化であるので基準位置は任意の位置に設定することができる。また、光路長の変化量に1/2を乗算するのは、測定光は測定対象物OBの表面で反射して戻るため、距離Dの2倍が光路長の変化量に相当するためである。   The distance calculation circuit 75 stores the relationship of the change amount of the optical path length with respect to the rotation angle (count value) in the memory. When the operation start command is input from the controller 91, the program of the flow shown in FIG. Hereinafter, it demonstrates along this flow. The program starts in S200, and 0 is added to the distance Db in S202. The distance Db will be described later. In S204 to S208, it waits for two rotation angle data to be input from the rotation angle output circuit 74, and if it is input, it determines "Yes" in S204, and calculates the distance D from the two rotation angle data P1, P2 in S214. To the controller 91. In S214, an intermediate value between the two rotation angle data is obtained as the rotation angle at the peak of the signal, and the distance obtained by multiplying the change amount of the optical path length with respect to the obtained rotation angle by 1/2 from the relationship stored in the memory. Calculate as D. The distance D is a distance from the reference position where the amount of change in the optical path length of the reference light is zero. However, since the surface profile of the measurement object OB is a change in the distance D, the reference position can be set to an arbitrary position. it can. Further, the reason why the change amount of the optical path length is multiplied by 1/2 is that the measurement light is reflected and returned by the surface of the measurement object OB, so that twice the distance D corresponds to the change amount of the optical path length. .

測定対象物OBの表面の反射率が一様で測定対象物OBごとに略一定であれば、測定光の焦点位置は参照光の光路長に同期して変化しているので、受光信号のピーク強度に対して検出回路72の検出レベルは常に適切な値になり、S204〜S208とS214の処理のみで測定は可能である。しかし、測定対象物OBの表面の反射率が一様でなく、測定対象物OBごとに反射率が異なっている場合があり、また、測定光の焦点位置を参照光の光路長の変化に同期させて変化させるのを、必要な範囲に限定するため、プログラムはこれ以外の処理を行う。   If the reflectance of the surface of the measurement object OB is uniform and approximately constant for each measurement object OB, the focus position of the measurement light changes in synchronization with the optical path length of the reference light, so that the peak of the received light signal The detection level of the detection circuit 72 is always an appropriate value with respect to the intensity, and measurement is possible only by the processing of S204 to S208 and S214. However, the reflectance of the surface of the measurement object OB is not uniform, and the reflectance may be different for each measurement object OB, and the focal position of the measurement light is synchronized with the change in the optical path length of the reference light. In order to limit the change to the necessary range, the program performs other processing.

S204〜S208で2つの回転角度データが回転角度出力回路74から入力するのを待っている間、回転角度出力回路74から最新の回転角度データとNGを意味するデータが入力すると、S206にて「Yes」と判定し、S210にて回転角度出力回路74から入力した回転角度データPnをタイミング指定回路76に出力する。後述するが、この出力は検出回路72に設定された検出レベルを再設定する指令である。前述のように回転角度出力回路74が最新の回転角度データとNGを意味するデータを出力するのは、受光信号のピーク強度が小さく、検出回路72に設定された検出レベルと受光信号が交差しない場合である。   While waiting for two rotation angle data to be input from the rotation angle output circuit 74 in S204 to S208, when the latest rotation angle data and data indicating NG are input from the rotation angle output circuit 74, in S206, “ In step S210, the rotation angle data Pn input from the rotation angle output circuit 74 is output to the timing designation circuit 76. As will be described later, this output is a command for resetting the detection level set in the detection circuit 72. As described above, the rotation angle output circuit 74 outputs the latest rotation angle data and data indicating NG because the peak intensity of the light reception signal is small and the detection level set in the detection circuit 72 does not intersect the light reception signal. Is the case.

また、S214の処理の後、S204〜S208の処理(2つの回転角度データの入力を待つ処理)に戻るまでに、以下の2つの処理を行う。
・最新の距離Dと先に記憶した距離Dbの差が許容値内か判定し、許容内でないときは信号作成回路26に距離Dに相当する駆動信号を出力する処理(S216〜S220)。
・受光信号のピーク強度と検出回路72に設定された検出レベルの関係が適正か判定し、適正でないときはタイミング指定回路76に対し、検出回路72に設定されている検出レベルを再設定する指令を出力する処理(S222〜S226)。
In addition, after the process of S214, the following two processes are performed before returning to the process of S204 to S208 (a process of waiting for input of two rotation angle data).
A process of determining whether the difference between the latest distance D and the previously stored distance Db is within an allowable value, and when not within the allowable value, a process of outputting a drive signal corresponding to the distance D to the signal generating circuit 26 (S216 to S220).
A command to determine whether the relationship between the peak intensity of the received light signal and the detection level set in the detection circuit 72 is appropriate, and to instruct the timing designation circuit 76 to reset the detection level set in the detection circuit 72 if it is not appropriate Is output (S222 to S226).

S216〜S220の処理は、測定開始時点では距離Dbを0にしているのでS216で「Yes」と判定され、必ず実行される。すなわち、測定開始時点では、測定光の焦点位置の変化は参照光の光路長の変化に同期してすべての範囲において行われるが、最初に距離Dが測定された後は、S218にて信号作成回路26に距離Dに相当する駆動信号強度が入力するので、それ以降は測定光の焦点位置の変化は、測定対象物OBの表面を中心とした上下の微小範囲のみになる。前述のように距離計算回路75は回転角度に対する光路長の変化量の関係がメモリに記憶されているが、さらに、この関係と信号作成回路26に記憶されている回転角度と信号の波高値データの関係を用いて、光路長の変化量と信号の波高値データの関係が記憶されており、光路長の変化量に距離Dの2倍の値を当てはめたときの信号の波高値データを求め、駆動信号強度として信号作成回路26に出力する。視覚的に示すと、図2(a)に黒点で示す点が受光信号がピークとなる光路長の変化量(距離D×2)として検出されると、図2(b)に黒点で示す点の駆動信号強度が信号作成回路26に出力される。そして、前述のように、信号作成回路26は駆動信号強度が入力すると、図2(b)の太線に相当する波高値データを作成し、以後このデータを出力する。S218にて駆動信号強度が信号作成回路26に出力されるとS220にて距離Dbに距離Dが入るので、以後、S216にて最新の距離Dが距離Dbに対して許容値よりも変化しない限り「No」と判定され、S218、S220の処理は実行されない。すなわち、測定対象物OBの表面の位置が大きく変化しない限り、信号作成回路26には駆動信号強度は出力しない。しかし、測定対象物OBの表面の位置が大きく変化した場合は、測定光の焦点位置の変化範囲に測定対象物OBの表面が入らなくなる可能性があるので、S216で「Yes」と判定してS218にて信号作成回路26に駆動信号強度を出力し、S220にて距離Dbに最新の距離Dを入力する。   Since the distance Db is set to 0 at the measurement start time, the processing of S216 to S220 is determined as “Yes” in S216 and is always executed. That is, at the start of measurement, the focus position of the measurement light is changed in all ranges in synchronization with the change in the optical path length of the reference light. However, after the distance D is first measured, a signal is created in S218. Since the drive signal intensity corresponding to the distance D is input to the circuit 26, the change in the focus position of the measurement light thereafter is only the upper and lower minute ranges centered on the surface of the measurement object OB. As described above, the distance calculation circuit 75 stores the relationship of the change amount of the optical path length with respect to the rotation angle in the memory. Further, this relationship and the rotation angle and signal peak value data stored in the signal generation circuit 26 are stored. The relationship between the amount of change in the optical path length and the peak value data of the signal is stored, and the peak value data of the signal when the value twice the distance D is applied to the amount of change in the optical path length is obtained. , And output to the signal generation circuit 26 as drive signal intensity. Visually, when a point indicated by a black dot in FIG. 2 (a) is detected as an optical path length change amount (distance D × 2) at which the received light signal reaches a peak, a point indicated by a black dot in FIG. 2 (b) Is output to the signal generation circuit 26. As described above, when the drive signal intensity is input, the signal generation circuit 26 generates peak value data corresponding to the thick line in FIG. 2B, and thereafter outputs this data. When the drive signal strength is output to the signal generation circuit 26 in S218, the distance D enters the distance Db in S220. Henceforth, as long as the latest distance D does not change from the allowable value with respect to the distance Db in S216. It is determined as “No”, and the processing of S218 and S220 is not executed. That is, unless the position of the surface of the measurement object OB changes significantly, the drive signal intensity is not output to the signal generation circuit 26. However, if the position of the surface of the measurement object OB changes significantly, the surface of the measurement object OB may not enter the change range of the focus position of the measurement light, so “Yes” is determined in S216. In S218, the drive signal strength is output to the signal generation circuit 26, and in S220, the latest distance D is input as the distance Db.

S222〜S226の処理は、S222とS224にて回転角度出力回路74から入力した2つの回転角度データP1,P2の差が許容範囲にあるか判定し、許容範囲内にないときは、回転角度データP1をタイミング指定回路76に出力する処理である。後述するが、この出力は検出回路72に設定された検出レベルを再設定する指令である。受光信号のピーク強度と検出回路72に設定された検出レベルは直接比較することはできないが、受光信号のピーク強度が検出回路72に設定された検出レベルに対して大きくなるほど、回転角度データP1,P2の差は大きくなるので、回転角度データP1,P2の差から、受光信号のピーク強度と検出回路72に設定された検出レベルの関係が適正かを判定する。すなわち、回転角度データP1,P2の差が上限値より大きいときは受光信号のピーク強度が検出回路72に設定された検出レベルより大きすぎる場合であり、S222にて「Yes」と判定してS226へ行く。また、回転角度データP1,P2の差が下限値より小さいときは、受光信号のピーク強度が検出回路72に設定された検出レベルに接近しすぎている場合であり、S224にて「Yes」と判定してS226へ行く。そして、S226にて回転角度データP1をタイミング指定回路76に出力する。この出力が、検出回路72に設定された検出レベルを再設定する指令である。また、前述のように、受光信号のピーク強度が検出回路72に設定された検出レベルより小さい場合(回転角度が所定角度変化しても回転角度データP1,P2が入力しない場合)も、検出レベルを再設定する指令がタイミング指定回路76に出力する。   The processing of S222 to S226 determines whether or not the difference between the two rotation angle data P1 and P2 input from the rotation angle output circuit 74 in S222 and S224 is within the allowable range. This is a process of outputting P1 to the timing designating circuit 76. As will be described later, this output is a command for resetting the detection level set in the detection circuit 72. The peak intensity of the received light signal and the detection level set in the detection circuit 72 cannot be directly compared, but the rotation angle data P1, as the peak intensity of the received light signal becomes larger than the detection level set in the detection circuit 72. Since the difference in P2 increases, it is determined from the difference between the rotation angle data P1 and P2 whether the relationship between the peak intensity of the received light signal and the detection level set in the detection circuit 72 is appropriate. That is, when the difference between the rotation angle data P1 and P2 is larger than the upper limit value, the peak intensity of the received light signal is too larger than the detection level set in the detection circuit 72, and “Yes” is determined in S222. Go to. Further, when the difference between the rotation angle data P1 and P2 is smaller than the lower limit value, the peak intensity of the received light signal is too close to the detection level set in the detection circuit 72, and “Yes” is determined in S224. Determine and go to S226. In step S226, the rotation angle data P1 is output to the timing designation circuit 76. This output is a command for resetting the detection level set in the detection circuit 72. As described above, the detection level is also obtained when the peak intensity of the received light signal is smaller than the detection level set in the detection circuit 72 (when the rotation angle data P1 and P2 are not input even if the rotation angle changes by a predetermined angle). Is output to the timing designating circuit 76.

距離計算回路75はS204〜S208の処理(2つの回転角度データの入力を待つ処理)の最中にコントローラ91から停止指令が入力すると、S208にて「Yes」と判定してS212へ行き、プログラムの実行を終了する。よって、コントローラ91から作動開始指令が入力してから停止指令が入力するまでの間、参照光の光路長が変化して測定光と等しくなるごとに受光信号にピークが発生し、ピーク位置における光路長変化量の1/2が距離Dとしてコントローラ91に入力し続ける。その間、測定光の焦点位置の変化範囲と検出回路72に設定された検出レベルが適正にされる。   When a stop command is input from the controller 91 during the processing of S204 to S208 (processing for waiting for the input of two rotation angle data), the distance calculation circuit 75 determines “Yes” in S208, and goes to S212. The execution of is terminated. Therefore, during the period from when the operation start command is input from the controller 91 to when the stop command is input, a peak is generated in the received light signal every time the optical path length of the reference light changes and becomes equal to the measurement light, and the optical path at the peak position 1/2 of the long change amount is continuously input to the controller 91 as the distance D. Meanwhile, the change range of the focus position of the measurement light and the detection level set in the detection circuit 72 are made appropriate.

タイミング指定回路76は、図2に示す回転角度組(A1,A2),(B1,B2),(C1,C2),(D1,D2)が記憶されており、距離計算回路75から回転角度Pn又は回転角度P1が入力すると、記憶している回転角度組(A1,A2),(B1,B2),(C1,C2),(D1,D2)の内、入力した回転角度の次にくる回転角度組を選択する。そして、回転角度検出回路73から入力する回転角度が選択した回転角度組の最初の回転角度になったとき、ピークホールド回路77に開始信号を出力する。そして、回転角度検出回路73から入力する回転角度が選択した回転角度組の後の回転角度になったとき、ピークホールド回路77に停止信号を出力する。これにより、光路長の変化が開始するタイミングと光路長の変化が終了するタイミングでピークホールド回路77に開始信号と停止信号が出力される。なお、回転角度組(A1,A2),(B1,B2),(C1,C2),(D1,D2)のそれぞれの回転角度は、考えられる測定対象物OBの表面の範囲から図2に示される範囲よりも狭めて設定してもよい。   The timing designation circuit 76 stores the rotation angle groups (A1, A2), (B1, B2), (C1, C2), (D1, D2) shown in FIG. 2, and the rotation angle Pn from the distance calculation circuit 75 is stored. Alternatively, when the rotation angle P1 is inputted, the rotation that comes next to the inputted rotation angle among the stored rotation angle groups (A1, A2), (B1, B2), (C1, C2), (D1, D2). Select an angle pair. Then, when the rotation angle input from the rotation angle detection circuit 73 becomes the first rotation angle of the selected rotation angle group, a start signal is output to the peak hold circuit 77. When the rotation angle input from the rotation angle detection circuit 73 becomes the rotation angle after the selected rotation angle group, a stop signal is output to the peak hold circuit 77. Thereby, a start signal and a stop signal are output to the peak hold circuit 77 at the timing when the change in the optical path length starts and the timing when the change in the optical path length ends. Note that the respective rotation angles of the rotation angle groups (A1, A2), (B1, B2), (C1, C2), (D1, D2) are shown in FIG. 2 from the range of the surface of the measurement object OB that can be considered. It may be set narrower than the range.

ピークホールド回路77は、オペアンプ、抵抗、ダイオード、コンデンサ等から構成される一般的なピークホールド回路に、A/D変換器を備えた回路である。ピークホールド回路77は、タイミング指定回路76から開始信号が入力すると、増幅回路71から受光信号を入力し、停止信号が入力すると受光信号の入力を停止する。そして、増幅回路71から受光信号が入力開始したタイミングにおける受光信号の強度を、回路内のA/D変換器でデジタルデータにしてレベル設定回路78に出力する。さらに、入力期間中の受光信号のピーク強度に等しい強度の信号(ピークホールドした信号)を、回路内のA/D変換器でデジタルデータにしてレベル設定回路78に出力し、ピークホールドした信号をクリアする。   The peak hold circuit 77 is a circuit provided with an A / D converter in a general peak hold circuit composed of an operational amplifier, a resistor, a diode, a capacitor, and the like. The peak hold circuit 77 receives the light reception signal from the amplifier circuit 71 when the start signal is input from the timing designation circuit 76, and stops the input of the light reception signal when the stop signal is input. Then, the intensity of the light receiving signal at the timing when the light receiving signal starts to be input from the amplifier circuit 71 is converted into digital data by the A / D converter in the circuit and output to the level setting circuit 78. Further, a signal having a strength equal to the peak strength of the received light signal during the input period (peak-held signal) is converted into digital data by the A / D converter in the circuit and output to the level setting circuit 78, and the peak-held signal is output. clear.

レベル設定回路78は、ピークホールド回路77からデジタルデータで入力した受光信号のピーク強度とグランドレベル(ピークが発生しないときの受光信号の強度)の差に予め設定されている割合を乗算し、得られた値にグランドレベルを加算した値を信号強度として検出回路72に出力する。検出回路72は前述のように入力した信号強度で検出レベルを設定する。これにより、距離計算回路75から検出レベルを再設定する指令(回転角度Pn又はP1)が出力すると、検出回路72の検出レベルが再設定される。   The level setting circuit 78 multiplies the difference between the peak intensity of the received light signal input as digital data from the peak hold circuit 77 and the ground level (the intensity of the received light signal when no peak occurs) by a preset ratio. A value obtained by adding the ground level to the obtained value is output to the detection circuit 72 as a signal intensity. The detection circuit 72 sets the detection level with the input signal intensity as described above. Thus, when a command (rotation angle Pn or P1) for resetting the detection level is output from the distance calculation circuit 75, the detection level of the detection circuit 72 is reset.

コンピュータ装置90は、コントローラ91、入力装置92及び表示装置93からなる。コントローラ91は、CPU、ROM、RAM、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶された各種プログラムを実行して表面プロファイル測定装置の作動を制御する。入力装置92は、コントローラ91に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作業指示などの入力のために利用される。表示装置93は、コントローラ91に接続されて、作業者に対して各種の設定状況、作動状況、測定結果なども視覚的に知らせる表示を行う。   The computer device 90 includes a controller 91, an input device 92, and a display device 93. The controller 91 is an electronic control device mainly composed of a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, a large capacity storage device, etc., and executes various programs stored in the large capacity storage device to execute a surface profile measurement device. Control the operation. The input device 92 is connected to the controller 91 and is used by an operator to input various parameters, work instructions, and the like. The display device 93 is connected to the controller 91 and performs a display that visually informs the operator of various setting situations, operating situations, measurement results, and the like.

信号作成回路26のメモリに記憶する、光路長の変化に同期して測定光の焦点位置を変化させる信号の波高値データは、次を行うことで求めればよい。
(1)ピークホールド回路77への作動開始と作動停止指令の出力と、ピークホールド回路77からのピークホールド値の入力、及び回転角度検出回路73からの回転角度の入力を、コントローラ91と各回路間で行えるようにし、回転角度値、ピークホールド値(受光信号のピーク値)が表示装置93の表示から得ることができるようにする。
(2)ステージ51に高さ位置を可変できる反射面が測定光に垂直な反射体を置き、光ヘッド20からの測定光が反射体に照射されるようステージ51を移動させ、レーザ駆動回路10を作動させて測定光を反射体に照射する。
(3)円盤状プレート41をある回転角度Θ(n)にする。
(4)信号作成回路26から一定強度の信号I(m)を出力させ。ピークホールド回路77を作動させて反射体の高さを一定方向に変化させ、ピークホールド回路77が出力するピークホールド値(受光信号のピーク値)を得る。
(5)信号作成回路26が出力する信号強度I(m)を変化させ(4)の作業を複数の信号強度I(m)にて行う。信号強度I(m)に対するピークホールド値(受光信号のピーク値)の関係を描くと正規分布に近い曲線が得られる。ピーク位置の信号強度I(n)が円盤状プレート41の回転角度Θ(n)において、測定光の焦点位置における光路長が参照光の光路長と等しくなる信号強度である。
(6)(3)〜(5)の作業を円盤状プレート41の複数の回転角度Θ(n)で行い、0〜360°における回転角度Θ(n)に対する信号強度I(n)の関係を得る。得られた関係が、信号作成回路26のメモリに記憶する波高値データである。
The peak value data of the signal that is stored in the memory of the signal generation circuit 26 and changes the focal position of the measurement light in synchronization with the change in the optical path length may be obtained by performing the following.
(1) An operation start and operation stop command output to the peak hold circuit 77, a peak hold value input from the peak hold circuit 77, and a rotation angle input from the rotation angle detection circuit 73 are input to the controller 91 and each circuit. The rotation angle value and the peak hold value (the peak value of the received light signal) can be obtained from the display on the display device 93.
(2) A reflector whose reflection surface whose height position can be varied is placed on the stage 51, and the stage 51 is moved so that the reflector is irradiated with the measurement light from the optical head 20, and the laser driving circuit 10 is moved. Is operated to irradiate the reflector with measurement light.
(3) The disk-shaped plate 41 is set to a certain rotation angle Θ (n).
(4) The signal generating circuit 26 outputs a signal I (m) having a constant intensity. The peak hold circuit 77 is operated to change the height of the reflector in a certain direction, and the peak hold value (the peak value of the received light signal) output from the peak hold circuit 77 is obtained.
(5) The signal intensity I (m) output from the signal generating circuit 26 is changed, and the operation (4) is performed with a plurality of signal intensity I (m). When the relationship between the peak hold value (the peak value of the received light signal) and the signal intensity I (m) is drawn, a curve close to a normal distribution is obtained. The signal intensity I (n) at the peak position is the signal intensity at which the optical path length at the focal position of the measurement light is equal to the optical path length of the reference light at the rotation angle Θ (n) of the disc-like plate 41.
(6) The operations of (3) to (5) are performed at a plurality of rotation angles Θ (n) of the disc-like plate 41, and the relationship of the signal intensity I (n) to the rotation angle Θ (n) at 0 to 360 ° is expressed. obtain. The obtained relationship is the peak value data stored in the memory of the signal generation circuit 26.

以下、上記のように構成された表面プロファイル測定装置の作動の仕方について、コントローラ91が実行するプログラムに沿って説明する。作業者は表面プロファイル測定装置の電源を入れ、ステージ51に測定対象物OBを載置した後、入力装置92から測定対象物OBにおける測定開始位置であるX位置、Y位置と測定終了位置であるX位置、Y位置を入力し、測定開始の指令を入力する。なお、コントローラ91のメモリに記憶されている測定開始位置と測定終了位置をそのまま使用するときは、測定開始位置と測定終了位置の入力は不要である。コントローラ91は入力装置92から測定開始の指令が入力すると、図5に示すフローのプログラムをS100にてスタートさせる。   Hereinafter, the operation method of the surface profile measuring apparatus configured as described above will be described in accordance with a program executed by the controller 91. The operator turns on the power of the surface profile measurement device, places the measurement object OB on the stage 51, and then sets the X position, the Y position, and the measurement end position as measurement start positions on the measurement object OB from the input device 92. Input X position and Y position, and input measurement start command. If the measurement start position and measurement end position stored in the memory of the controller 91 are used as they are, it is not necessary to input the measurement start position and measurement end position. When the measurement start command is input from the input device 92, the controller 91 starts the program of the flow shown in FIG. 5 in S100.

S102にてX方向の移動方向を表す値Aに1を入れる。後述するが、値Aが1のときX方向は正方向であり、−1のときは負方向である。次にS104にて、コントローラ91はX方向フィードモータ制御回路62とY方向フィードモータ制御回路63に測定開始位置であるX位置とY位置を出力し、測定開始位置に測定光が照射されるようステージ51の移動を開始させる。次にS106にて、レーザ駆動回路8、スピンドルモータ制御回路47及び信号作成回路26に作動開始の指令を出力する。これにより、測定対象物OBに測定光が照射され、光路長可変装置40は入射する参照光の光路長を変化させて元に戻し、リレーレンズ22は光軸方向に駆動して測定光の焦点位置は光路長の変化に同期して変化し、増幅回路71が出力する受光信号は、円盤状プレート41がある回転位置にあるときにピークが発生する信号になる。   In S102, 1 is entered in the value A representing the moving direction in the X direction. As will be described later, when the value A is 1, the X direction is the positive direction, and when the value A is -1, the negative direction is the negative direction. Next, in S104, the controller 91 outputs the X and Y positions, which are measurement start positions, to the X direction feed motor control circuit 62 and the Y direction feed motor control circuit 63 so that the measurement light is irradiated to the measurement start position. The movement of the stage 51 is started. In step S106, an operation start command is output to the laser drive circuit 8, the spindle motor control circuit 47, and the signal generation circuit 26. As a result, the measurement object OB is irradiated with the measurement light, the optical path length varying device 40 changes the optical path length of the incident reference light and returns it, and the relay lens 22 is driven in the optical axis direction to focus the measurement light. The position changes in synchronization with the change in the optical path length, and the light reception signal output from the amplifier circuit 71 is a signal that generates a peak when the disk-shaped plate 41 is at a certain rotational position.

次にコントローラ91は、S108でX方向位置検出回路64、Y方向位置検出回路65から入力するX位置、Y位置が測定開始位置であるX位置とY位置になるまで(測定光の照射位置が測定開始位置になるまで)待つ。そして、X位置とY位置が測定開始位置になるとS110に行き、回転角度検出回路73、回転角度出力回路74及び距離計算回路75に作動開始の指令を出力する。これにより、回転角度検出回路73は円盤状プレート41の回転角度を出力し、回転角度出力回路74は検出回路72から信号が入力すると、入力したタイミングで入力した回転角度を出力し、距離計算回路75は前述した図4に示すフローのプログラムをスタートさせる。これにより、コントローラ91には一定間隔で距離Dのデータが入力するようになり、信号作成回路26が出力する信号は、測定光の焦点位置が測定対象物OBの表面を中心とした微小範囲のみで、光路長の変化に同期して変化する信号になる。   Next, in step S108, the controller 91 determines that the X position and the Y position input from the X direction position detection circuit 64 and the Y direction position detection circuit 65 are the X position and the Y position that are the measurement start positions (the irradiation position of the measurement light is Wait until the measurement start position is reached. Then, when the X position and the Y position become the measurement start position, the process goes to S110 to output an operation start command to the rotation angle detection circuit 73, the rotation angle output circuit 74, and the distance calculation circuit 75. As a result, the rotation angle detection circuit 73 outputs the rotation angle of the disk-shaped plate 41. When the rotation angle output circuit 74 receives a signal from the detection circuit 72, the rotation angle detection circuit 73 outputs the rotation angle input at the input timing, and the distance calculation circuit. 75 starts the program of the flow shown in FIG. As a result, data of the distance D is input to the controller 91 at regular intervals, and the signal output from the signal generation circuit 26 is only in a very small range where the focal position of the measurement light is centered on the surface of the measurement object OB. Thus, the signal changes in synchronization with the change in the optical path length.

次にコントローラ91は、S112で図6に示すフローのプログラムをスタートさせる。これ以降、コントローラ91は図5に示すフローのプログラムと図6に示すフローのプログラムを並行して実行する。図6に示すフローのプログラムは距離計算回路75が出力する距離Dと同タイミングにおけるX位置、Y位置とを組にして記憶する処理を行うプログラムであるが、説明は後述し、先に図5に示すフローのプログラムを説明する。   Next, the controller 91 starts the program of the flow shown in FIG. 6 in S112. Thereafter, the controller 91 executes the flow program shown in FIG. 5 and the flow program shown in FIG. 6 in parallel. The program of the flow shown in FIG. 6 is a program that performs a process of storing a pair of the X position and the Y position at the same timing as the distance D output from the distance calculation circuit 75, but the description thereof will be described later. The program of the flow shown in FIG.

コントローラ91は、S114で検出回路72から検出信号が入力するのを待って、S116でY方向への移動を開始し、S118で最初はA=1であるため「Yes」と判定されてS120へ行き、X方向の正方向への移動を開始する。検出信号が入力するのを待つのは、距離計算回路75の作動開始時点では、測定対象物OBの反射率が低く、受光信号のピーク強度が検出回路72に設定された検出レベルを超えない可能性があるためである。Y方向への移動は1方向であるため、S116で移動開始がされるとY方向の測定終了位置まで等速度で移動が行われる。これに対し、X方向はS118〜S134の処理で正方向と負方向が交互に変わる移動が行われる。移動が開始された後、S128でX位置が取込まれ、X位置は停止位置である測定終了位置になるまでS124〜S130の処理が継続され、X位置が測定終了位置になったとき、S130で「Yes」と判定されてS132へ行き、S132にてX方向の正方向への移動が停止し、S134にてAが−1になってS118へ戻り、S118で「No」と判定されてS122へ行き、X方向の負方向への移動を開始する。そして、X位置は停止位置である測定開始位置になるまでS124〜S130の処理が継続され、X位置が測定開始位置になったとき、S130で「Yes」と判定されてS132へ行き、S132にてX方向の負方向への移動が停止し、S134にてAが1になってS118へ戻る。そしてS120へ行き、再びX方向の正方向への移動を開始する。後は、この処理が継続して行われ、X方向は正方向と負方向が交互に変わる移動が行われる。この間、S124でY位置が取込まれ、S126でY位置が測定終了位置であるか判定されるが、Y位置が測定終了位置になるまで時間がかかるのでS126で「No」と判定され続ける。   The controller 91 waits for the detection signal to be input from the detection circuit 72 in S114, and starts moving in the Y direction in S116. In S118, A = 1 is initially determined as “Yes”, and the process proceeds to S120. Go and start moving in the positive direction of the X direction. The reason for waiting for the detection signal to be input is that when the distance calculation circuit 75 starts to operate, the reflectance of the measurement object OB is low, and the peak intensity of the light reception signal does not exceed the detection level set in the detection circuit 72. It is because there is sex. Since the movement in the Y direction is one direction, when the movement is started in S116, the movement is performed at a constant speed to the measurement end position in the Y direction. On the other hand, in the X direction, the movement in which the positive direction and the negative direction are alternately changed is performed in the processing of S118 to S134. After the movement is started, the X position is captured in S128, and the processing of S124 to S130 is continued until the X position reaches the measurement end position which is the stop position. When the X position reaches the measurement end position, S130 “Yes” is determined at S132 and the process proceeds to S132. At S132, the movement in the positive direction of the X direction is stopped. At S134, A becomes −1 and the process returns to S118, and “No” is determined at S118. Go to S122 and start moving the X direction in the negative direction. Then, the processes of S124 to S130 are continued until the X position becomes the measurement start position which is the stop position. When the X position becomes the measurement start position, “Yes” is determined in S130 and the process proceeds to S132. Thus, the movement in the negative direction of the X direction is stopped, A becomes 1 in S134, and the process returns to S118. And it goes to S120 and starts the movement to the positive direction of the X direction again. Thereafter, this process is continuously performed, and movement in which the positive direction and the negative direction are alternately changed is performed in the X direction. During this time, the Y position is fetched in S124, and it is determined in S126 whether the Y position is the measurement end position. However, since it takes time until the Y position becomes the measurement end position, it is continuously determined as “No” in S126.

このようにして、測定光の照射位置はX方向の正方向と負方向に交互に高速で移動するとともに、Y方向は正方向に低速で移動する。そして、Y位置が測定終了位置になるとS126で「Yes」と判定されてS136へ行き、S136にてX方向フィードモータ制御回路62とY方向フィードモータ制御回路63に停止指令を出力して、X方向、Y方向への移動を停止させる。次に、S138にて並行して実行している図6のフローのプログラムを停止し、S140にて回転角度検出回路73、回転角度出力回路74及び距離計算回路75に作動停止の指令を出力して作動を停止させる。そして、S142にてレーザ駆動回路8、スピンドルモータ制御回路47及び信号作成回路26に作動停止の指令を出力し、測定光の照射、円盤状プレート41の回転及びリレーレンズ22の光軸方向への駆動を停止し、S144にてプログラムの実行を終了する。   In this way, the measurement light irradiation position moves alternately in the positive and negative directions in the X direction at high speed, and the Y direction moves in the positive direction at low speed. Then, when the Y position reaches the measurement end position, “Yes” is determined in S126 and the process proceeds to S136. In S136, stop commands are output to the X-direction feed motor control circuit 62 and the Y-direction feed motor control circuit 63. The movement in the direction and the Y direction is stopped. Next, the program of the flow of FIG. 6 executed in parallel in S138 is stopped, and an operation stop command is output to the rotation angle detection circuit 73, the rotation angle output circuit 74, and the distance calculation circuit 75 in S140. Stop operation. In S142, an operation stop command is output to the laser drive circuit 8, the spindle motor control circuit 47, and the signal generation circuit 26 to irradiate the measurement light, rotate the disk-shaped plate 41, and move the relay lens 22 in the optical axis direction. The drive is stopped and the execution of the program is terminated in S144.

この時点で、コントローラ91のメモリには、図6のフローのプログラム実行により、距離D、X位置及びY位置が組になったデータが多数記憶されている。以下、図6のフローのプログラムに沿って説明を行う。図6に示すフローのプログラムは、前述したようにS112での開始の指令と共にS300にてスタートする。S302、S314の処理を繰り返すことで、検出回路72から検出信号が入力するの待ち、入力するとS302で「Yes」と判定してS304へ行き、S304、S306にてX方向位置検出回路64、Y方向位置検出回路65から入力するX位置、Y位置を取込む。そして、S308にて距離計算回路75から入力する距離Dを待ち、S302へ戻る。後はこの繰り返しを前述したS138での停止の指令が行われるまで行う。厳密には検出信号が入力するタイミングは受光信号がピークになるタイミングではなく、受光信号が検出レベルと最初に交差するタイミングであるため、距離DのタイミングとX位置、Y位置のタイミングとは僅かなずれがあるが、このずれは無視できるレベルである。   At this time, the memory of the controller 91 stores a large number of data in which the distance D, the X position, and the Y position are set by executing the program of the flow of FIG. Hereinafter, description will be made along the program of the flow of FIG. The program of the flow shown in FIG. 6 starts at S300 together with the start command at S112 as described above. By repeating the processing of S302 and S314, it waits for the detection signal to be input from the detection circuit 72. When it is input, it is determined as “Yes” in S302 and proceeds to S304. In S304 and S306, the X-direction position detection circuit 64, Y The X position and Y position input from the direction position detection circuit 65 are captured. In step S308, the process waits for the distance D input from the distance calculation circuit 75 and returns to step S302. Thereafter, this repetition is repeated until a stop command is issued in S138 described above. Strictly speaking, the timing at which the detection signal is input is not the timing at which the light reception signal reaches its peak, but the timing at which the light reception signal first intersects the detection level. There is a gap, but this gap is negligible.

S138で停止の指令が行われるとき、図6のフローのプログラムは殆どがS302、S314で検出信号の入力を待つ処理を行っているときであるため、S314にて「Yes」と判定してS316でプログラムの実行を終了する。ただし、検出信号を入力してから距離計算回路75が距離Dを出力する間に停止の指令が行われる可能性が僅かではあるがあり、このときは距離Dが入力しないためS308にて「Yes」と判定されることがなくなる。よって、S308にて距離計算回路75から入力する距離Dを待つときも、S310にて停止の指令の有無を判定し、停止の指令があったときはS310にて「Yes」と判定してS312でプログラムの実行を終了する。   When a stop command is issued in S138, most of the program in the flow of FIG. 6 is when the process of waiting for input of a detection signal is performed in S302 and S314. Therefore, “Yes” is determined in S314 and S316 is executed. End the program execution with. However, there is a slight possibility that a stop command is issued while the distance calculation circuit 75 outputs the distance D after inputting the detection signal. At this time, since the distance D is not input, “Yes” in S308. Is no longer determined. Therefore, also when waiting for the distance D input from the distance calculation circuit 75 in S308, the presence / absence of a stop command is determined in S310. If there is a stop command, “Yes” is determined in S310 and S312 is determined. End the program execution with.

コントローラ91は図5、図6のフローのプログラムの実行を終了すると、メモリに記憶されている、距離D、X位置及びY位置が組になったデータを用いて測定対象物OBの表面プロファイルの画像を作成し、表示装置93に表示する。また、平均面粗さ(Ra)、自乗平均面粗さ(RMS)、面内最大高低差(Rmax)等、表面の凹凸の度合いを表す数値を計算して合わせて表示するようにしてもよい。作業者は表示された結果を見ることで、測定対象物OB表面の凹凸の度合いを評価することができる。   When the controller 91 finishes executing the program of the flow of FIG. 5 and FIG. 6, the surface profile of the measurement object OB is stored using data in which the distance D, X position and Y position are stored. An image is created and displayed on the display device 93. Also, numerical values representing the degree of surface irregularities such as average surface roughness (Ra), root mean square surface roughness (RMS), in-plane maximum height difference (Rmax), etc. may be calculated and displayed together. . The operator can evaluate the degree of unevenness on the surface of the measurement object OB by looking at the displayed result.

上記説明からも理解できるように、上記第1実施形態においては光コヒーレンストモグラフィーにより測定対象物OBの表面プロファイルを測定する装置において、光路長可変装置40による光路長の変化に同期させて、測定光の対物レンズ24による焦点位置を測定光の光軸方向に変化させる信号生成回路26、増幅回路27及びアクチュエータ25を備えている。さらに、干渉光の強度に相当する受光信号の強度がピークとなる測定対象物OBの表面に対応する対象ピークタイミングを、光路長可変装置40による光路長変化量として検出する回路として、受光信号のピーク強度より小さい検出レベルが設定され、検出レベルを受光信号が交差する2つの交差タイミングを検出する検出回路72、回転角度検出回路73及び回転角度出力回路74と、検出した2つの交差タイミングから対象ピークタイミングを計算する距離計算回路75を備えている。これによれば、光路長の変化に同期して測定光の焦点位置が測定光の光軸方向に変化するので、測定対象物OBの表面の位置によらず、測定光と参照光の光路長が等しくなるときは測定対象物OBの表面に測定光の焦点が合い、受光信号のピーク強度は略一定になる。よって、ピーク強度より小さい検出レベルを適切に設定し、受光信号が検出レベルを交差する2つの交差タイミングを検出すれば、これから測定対象物OBの表面に対応する対象ピークタイミングを精度よく求めることができる。そして、2つの交差タイミングデータから対象ピークタイミングを求めているので、データ処理は短時間で済み、測定を高速で行うことができる。   As can be understood from the above description, in the first embodiment, in the apparatus for measuring the surface profile of the measurement object OB by optical coherence tomography, the measurement light is synchronized with the change in the optical path length by the optical path length variable device 40. Are provided with a signal generation circuit 26, an amplification circuit 27, and an actuator 25 that change the focal position of the objective lens 24 in the optical axis direction of the measurement light. Further, as a circuit for detecting the target peak timing corresponding to the surface of the measurement object OB at which the intensity of the received light signal corresponding to the intensity of the interference light reaches a peak as the optical path length change amount by the optical path length varying device 40, A detection level smaller than the peak intensity is set, and a detection circuit 72, a rotation angle detection circuit 73, and a rotation angle output circuit 74 that detect two intersection timings at which the received light signal intersects the detection level, and the detected two intersection timings A distance calculation circuit 75 for calculating peak timing is provided. According to this, since the focal position of the measurement light changes in the optical axis direction of the measurement light in synchronization with the change in the optical path length, the optical path lengths of the measurement light and the reference light are independent of the position of the surface of the measurement object OB. Are equal, the measurement light is focused on the surface of the measurement object OB, and the peak intensity of the received light signal is substantially constant. Therefore, if a detection level smaller than the peak intensity is appropriately set and two crossing timings at which the received light signal crosses the detection level are detected, the target peak timing corresponding to the surface of the measurement object OB can be accurately obtained from this. it can. Since the target peak timing is obtained from the two intersection timing data, the data processing can be performed in a short time, and the measurement can be performed at high speed.

また、上記第1実施形態においては、対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するタイミング指定回路76及びピークホールド回路77を備え、距離計算回路75は、検出した2つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、レベル設定回路78にタイミング指定回路76及びピークホールド回路77により検出した信号強度に基づいて、検出回路72に設定されている検出レベルを設定し直すようにさせている。これによれば、測定対象物OBごとに表面の反射率が異なっていても、又は測定対象物OBの表面の反射率が場所ごとに異なっていても、検出回路72に設定されている検出レベルを適切な値に設定することができるので、測定精度を変えることなく高速で測定を行うことができる。   Further, the first embodiment includes the timing designating circuit 76 and the peak hold circuit 77 for detecting the intensity of the received light signal at the target peak timing, and the distance calculation circuit 75 sets the difference between the two detected intersection timings in advance. When it is not within the allowable range, the level setting circuit 78 resets the detection level set in the detection circuit 72 based on the signal strength detected by the timing designation circuit 76 and the peak hold circuit 77. . According to this, even if the reflectance of the surface is different for each measurement object OB or the reflectance of the surface of the measurement object OB is different for each place, the detection level set in the detection circuit 72 is set. Can be set to an appropriate value, so that measurement can be performed at high speed without changing the measurement accuracy.

また、上記第1実施形態においては、信号生成回路26は、距離計算回路75から入力した対象ピークタイミングに対応する信号強度に基づいて、測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングと終了する終了タイミングとを設定し、設定後に距離計算回路75が計算した最新の対象ピークタイミングと信号生成回路26に出力した信号強度に対応する対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、最新の対象ピークタイミングに対応する信号強度を信号生成回路26に出力し、信号生成回路26は、開始タイミングと終了タイミングとを設定し直している。これによれば、測定光の焦点位置を光路長の変化に同期させて変化させるのは、測定光の焦点位置が測定対象物OBの表面を中心とした上下の微小範囲のみにすることができるので、アクチュエータ25にかかる負荷を必要最小限にすることができる。   In the first embodiment, the signal generation circuit 26 ends with the start timing for starting the change of the focal position of the measurement light based on the signal intensity corresponding to the target peak timing input from the distance calculation circuit 75. When the difference between the latest target peak timing calculated by the distance calculation circuit 75 after setting and the target peak timing corresponding to the signal intensity output to the signal generation circuit 26 is not within the allowable value, the latest timing is set. The signal intensity corresponding to the target peak timing is output to the signal generation circuit 26, and the signal generation circuit 26 resets the start timing and the end timing. According to this, the focus position of the measurement light can be changed in synchronization with the change in the optical path length so that the focus position of the measurement light can be changed only in the upper and lower minute ranges centered on the surface of the measurement object OB. Therefore, the load applied to the actuator 25 can be minimized.

また、本発明の他の特徴は、対物レンズ24に測定光が入射する前に、測定光が入射し出射するリレーレンズ22,23を備え、測定光の焦点位置の変化は、リレーレンズ22を測定光の光軸方向に駆動させることにより行うようにしている。これによれば、対物レンズ24を光軸方向に駆動させて測定光の焦点位置を変化させるよりも、焦点位置の変化を速く行うことができるので、より高速に測定を行うことができる。   In addition, another feature of the present invention is that relay lenses 22 and 23 from which the measurement light enters and exits before the measurement light enters the objective lens 24 are provided. This is done by driving in the optical axis direction of the measurement light. According to this, since the focus position can be changed faster than the objective lens 24 is driven in the optical axis direction to change the focus position of the measurement light, measurement can be performed at a higher speed.

なお、上記第1実施形態は、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。上記実施形態は、受光信号が検出回路72に設定された検出レベルと交差するタイミングを、回転角度検出回路73がエンコーダ44aが出力するインデックス信号とパルス列信号から検出した回転角度(円盤状プレート41の回転角度)により検出し、受光信号がピークになるタイミングを回転角度で求めている。しかし、円盤状プレート41は、スピンドルモータ制御回路47による制御により回転速度一定で回転しているので、インデックス信号が入力してからの時間から回転角度を求めることができる。よって、データ処理装置70を、図7に示すように回転角度検出回路73、回転角度出力回路74を時間計測回路73’、時間出力回路74’に替え、距離計算回路75、タイミング指定回路76において、上記実施形態で回転角度で設定されているものは、回転角度を回転速度で除算することで時間に変更してもよい。この場合、エンコーダ44aが出力する信号はインデックス信号Indexのみを入力し、時間計測回路73’は内部にインデックス信号Indexが入力するごとに0にリセットされる時間を出力し、時間出力回路74’は検出信号が入力したときの時間を出力する。   The first embodiment can be variously modified without departing from the object of the present invention. In the above embodiment, the rotation angle detected by the rotation angle detection circuit 73 from the index signal output from the encoder 44a and the pulse train signal (the disk-shaped plate 41) The timing at which the received light signal reaches a peak is obtained from the rotation angle. However, since the disk-shaped plate 41 is rotated at a constant rotation speed under the control of the spindle motor control circuit 47, the rotation angle can be obtained from the time after the input of the index signal. Therefore, in the data processing device 70, the rotation angle detection circuit 73 and the rotation angle output circuit 74 are replaced with a time measurement circuit 73 ′ and a time output circuit 74 ′ as shown in FIG. In the above embodiment, what is set as the rotation angle may be changed to time by dividing the rotation angle by the rotation speed. In this case, only the index signal Index is input as the signal output from the encoder 44a, the time measuring circuit 73 ′ outputs the time reset to 0 each time the index signal Index is input therein, and the time output circuit 74 ′ The time when the detection signal is input is output.

また、回転角度に変えて時間を検出する場合は、先行技術文献に特許文献2として記載された特開2013−221811号公報に示されているように、測定光を厚さと屈折率が既知の基準透光体を透過した後、測定対象物OBに照射するようにし、基準透光体の厚さと屈折率とピークにおける時間とから距離Dを求めるようにしてもよい。この場合、増幅回路71が出力する受光信号には1回の光路長の変化に対して3つのピークが発生するので以下のようにする。基準透光体の表面と裏面に対応するピークを検出するための検出回路72’、時間出力回路74”を検出回路72、時間出力回路74’とは別に設ける。基準透光体の表面と裏面に対応するピークの発生時間は略一定であるので、時間計測回路73’が出力する信号に基づいて、受光信号の出力先を検出回路72と検出回路72’で切り替える。そして、タイミング指定回路76が出力する開始タイミングと終了タイミングを受光信号の出力先が検出回路72になっているときで設定する。これによれば、スピンドルモータ44の回転に回転ジッタがあっても、精度よく測定を行うことができる。   When detecting the time by changing the rotation angle, the thickness and refractive index of the measurement light are known as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-221811 described in Patent Document 2 in the prior art document. After passing through the reference light transmitting body, the measurement object OB may be irradiated, and the distance D may be obtained from the thickness of the reference light transmitting body, the refractive index, and the time at the peak. In this case, the light reception signal output from the amplifier circuit 71 has three peaks for one change in optical path length. A detection circuit 72 ′ and a time output circuit 74 ″ for detecting peaks corresponding to the front and back surfaces of the reference light transmitting body are provided separately from the detection circuit 72 and the time output circuit 74 ′. Since the generation time of the peak corresponding to is substantially constant, the output destination of the received light signal is switched between the detection circuit 72 and the detection circuit 72 ′ based on the signal output from the time measurement circuit 73 ′, and the timing designation circuit 76. Is set when the output destination of the received light signal is the detection circuit 72. According to this, even if there is rotational jitter in the rotation of the spindle motor 44, the measurement is accurately performed. be able to.

(第2実施形態)
上記第1実施形態は、表面プロファイル測定装置に本発明を適用したときの形態であるが、本発明は、透光性物体厚さ測定装置にも適用することができる。以下、本発明の第2実施形態として、本発明が適用された透光性物体厚さ測定装置について説明する。なお、上記第1実施形態と構成が同じ箇所は同じであることをいうのみとし、説明は省略する。透光性物体厚さ測定装置の全体構成図は、図1に示すものと同じである。測定部10、光ヘッド20、光路長可変装置40、ステージ駆動装置50、コンピュータ装置90に関する説明は、上記第1実施形態と同じである。
(Second Embodiment)
Although the said 1st Embodiment is a form when this invention is applied to a surface profile measuring apparatus, this invention is applicable also to a translucent object thickness measuring apparatus. Hereinafter, a translucent object thickness measuring apparatus to which the present invention is applied will be described as a second embodiment of the present invention. It should be noted that the same parts as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The overall configuration diagram of the translucent object thickness measuring apparatus is the same as that shown in FIG. The description about the measurement unit 10, the optical head 20, the optical path length variable device 40, the stage driving device 50, and the computer device 90 is the same as that in the first embodiment.

データ処理装置70の構成は上記第1実施形態と同じであるが、距離計算回路75、タイミング指定回路76及びレベル設定回路78は以下のようになっている。距離計算回路75はコントローラ91からの指令が入力すると、図4に示すフローのプログラムと同様のプログラムを実行するが、以下の箇所が異なっている。S202で0を入れるのはDfbとDbbである。これは距離Dが測定対象物OBの表面までの距離と裏面までの距離の2つがあるためである。また、S204にて入力したか判定するのは、回転角度P1,P2,P3,P4のデータである。これは受光信号のピークは測定対象物OBの表面と裏面で発生するためである。   The configuration of the data processing device 70 is the same as that of the first embodiment, but the distance calculation circuit 75, the timing designation circuit 76, and the level setting circuit 78 are as follows. When the command from the controller 91 is input, the distance calculation circuit 75 executes a program similar to the program of the flow shown in FIG. 4 except for the following points. It is Dfb and Dbb that put 0 in S202. This is because there are two distances D, the distance to the front surface of the measurement object OB and the distance to the back surface. It is the data of the rotation angles P1, P2, P3, and P4 that determines whether or not the input has been made in S204. This is because the peak of the received light signal occurs on the front and back surfaces of the measurement object OB.

また、S214では測定対象物OBの表面までの距離Df、測定対象物OBの厚さt及び測定対象物OBの裏面までの距離Dfを計算し、測定対象物OBの厚さtのみをコントローラ91に出力する。測定対象物OBの表面までの距離Dfは、回転角度P1,P2から測定対象物OBの表面に対応するピークの回転角度Pfを求め、回転角度Pfにおける光路長変化量に1/2を乗算して求める。測定対象物OBの厚さtは、回転角度P3,P4から測定対象物OBの表面に対応するピークの回転角度Pbを求め、回転角度Pfにおける光路長変化量と回転角度Pbにおける光路長変化量の差に1/2を乗算し、測定対象物OBの屈折率で除算することで求める。測定対象物OBの裏面までの距離Dbは、回転角度Pbにおける光路長変化量に1/2を乗算して求める。   In S214, the distance Df to the surface of the measurement object OB, the thickness t of the measurement object OB, and the distance Df to the back surface of the measurement object OB are calculated, and only the thickness t of the measurement object OB is calculated by the controller 91. Output to. For the distance Df to the surface of the measurement object OB, the peak rotation angle Pf corresponding to the surface of the measurement object OB is obtained from the rotation angles P1 and P2, and the optical path length change amount at the rotation angle Pf is multiplied by 1/2. Ask. The thickness t of the measurement object OB is obtained by calculating the peak rotation angle Pb corresponding to the surface of the measurement object OB from the rotation angles P3 and P4, and the optical path length change amount at the rotation angle Pf and the optical path length change amount at the rotation angle Pb. Is obtained by multiplying the difference by 1/2 and dividing by the refractive index of the measurement object OB. The distance Db to the back surface of the measurement object OB is obtained by multiplying the optical path length change amount at the rotation angle Pb by 1/2.

また、S216では最新の距離Dfと記憶してある距離Dfbが許容値を超えないかの判定と、最新の距離Dbと記憶してある距離Dbbが許容値内を越えないかの判定を行い、いずれかが許容値を超えれば「Yes」と判定してS218へ行く。また、S218では、距離Dfと距離Dbに相当する駆動信号強度を信号作成回路26に出力する。また、S220では、最新の距離DfをDfbに入れ、最新の距離DbをDbbに入れる。本実施形態で2つの距離Df,Dbが必要な理由は、測定光の焦点位置の変化を測定対象物OBの表面より上の近傍位置と測定対象物OBの裏面より下の近傍位置の範囲で行うためである。   In S216, it is determined whether the latest distance Df and the stored distance Dfb do not exceed the allowable value, and whether the stored distance Db and the latest distance Db do not exceed the allowable value, If any exceeds the allowable value, “Yes” is determined and the process goes to S218. In S218, the drive signal intensity corresponding to the distance Df and the distance Db is output to the signal generation circuit 26. In S220, the latest distance Df is entered in Dfb, and the latest distance Db is entered in Dbb. The reason why the two distances Df and Db are necessary in the present embodiment is that the change of the focal position of the measurement light is in the range of the vicinity position above the surface of the measurement object OB and the vicinity position below the back surface of the measurement object OB. To do.

また、S222、S224では回転角度P3、P4に対して、上限値より大きくないか、および下限値より小さくないかの判定を行う。これは、測定対象物OBの裏面に対応する受光信号のピーク強度の方が測定対象物OBの表面に対応する受光信号のピーク強度よりも小さいため、測定対象物OBの裏面に対応する受光信号のピーク強度に対して検出レベルを設定するためである。また、S226では回転角度P1と回転角度P4の中間の回転角度における光路長変化量と同じ光路長変化量になる回転角度で回転角度P4の次に来る回転角度Pmを出力する。これは、受光信号のピーク強度を検出する期間の開始タイミングを、測定対象物OBの表面に対応する受光信号のピークが発生した後にするためである。これ以外は、上記第1実施形態と同じである。   In S222 and S224, it is determined whether the rotation angles P3 and P4 are not larger than the upper limit value and smaller than the lower limit value. This is because the peak intensity of the light reception signal corresponding to the back surface of the measurement object OB is smaller than the peak intensity of the light reception signal corresponding to the surface of the measurement object OB, and thus the light reception signal corresponding to the back surface of the measurement object OB. This is because the detection level is set with respect to the peak intensity. In S226, the rotation angle Pm that follows the rotation angle P4 is output at a rotation angle that is the same optical path length change amount as the optical path length change amount at an intermediate rotation angle between the rotation angles P1 and P4. This is because the start timing of the period for detecting the peak intensity of the received light signal is made after the peak of the received light signal corresponding to the surface of the measurement object OB is generated. Other than this, the second embodiment is the same as the first embodiment.

次にタイミング指定回路76は、図8に示す回転角度(A1,A2),(B1,B2),(C1,C2),(D1,D2)が記憶されているが、距離計算回路75から回転角度Pmが入力すると、記憶している回転角度組(A1,A2),(B1,B2),(C1,C2),(D1,D2)の内、回転角度Pmが属する回転角度組を選択し、回転角度Pmでピークホールド回路77に開始信号を出力し、選択した回転角度組の後の回転角度で終了信号を出力する。視覚的に示すと、距離計算回路75で図8(a)に黒点で示す点が2つのピークタイミングとして検出され、検出レベルが適正でないと判定されると、光路長変化量が同じで次に来る回転角度Pmをタイミング指定回路76に出力し、タイミング指定回路76は、回転角度PmからB2の間で発生するピークの信号強度を検出するようピークホールド回路に開始信号と終了信号を出力する。   Next, the timing designating circuit 76 stores the rotation angles (A1, A2), (B1, B2), (C1, C2), (D1, D2) shown in FIG. When the angle Pm is input, the rotation angle group to which the rotation angle Pm belongs is selected from the stored rotation angle groups (A1, A2), (B1, B2), (C1, C2), (D1, D2). A start signal is output to the peak hold circuit 77 at the rotation angle Pm, and an end signal is output at the rotation angle after the selected rotation angle group. Visually, if the distance calculation circuit 75 detects a point indicated by a black dot in FIG. 8A as two peak timings and determines that the detection level is not appropriate, the amount of change in optical path length is the same, and The coming rotation angle Pm is output to the timing designation circuit 76, and the timing designation circuit 76 outputs a start signal and an end signal to the peak hold circuit so as to detect the peak signal intensity generated between the rotation angle Pm and B2.

また、タイミング指定回路76は距離計算回路75から回転角度Pnが入力すると、上記第1実施形態と同様に、回転角度組(A1,A2),(B1,B2),(C1,C2),(D1,D2)の内、次に来る回転角度組で開始信号と終了信号を出力する。この場合は、ピークホールド回路77は測定対象物OBの表面に対応するピークの信号強度を検出する。   Further, when the rotation angle Pn is input from the distance calculation circuit 75, the timing designating circuit 76, as in the first embodiment, sets the rotation angle groups (A1, A2), (B1, B2), (C1, C2), ( A start signal and an end signal are output at the next set of rotation angles among D1, D2). In this case, the peak hold circuit 77 detects the signal intensity of the peak corresponding to the surface of the measurement object OB.

次に、レベル設定回路78は、上記第1実施形態と同じ処理を行うことに加えて以下の処理を行う。レベル設定回路78は、入力したピークの信号強度と出力した信号強度(検出レベル)を次に信号強度を出力するまで記憶しており、入力したピークの信号強度が先に入力した信号強度と等しい(差が設定された微小な範囲内にある)ときは、前回出力した信号強度(検出レベル)とグランドレベルとの差に予め設定されている割合(上記第1実施形態での割合より小さい)を乗算し、グランドレベルを加算した信号強度を出力する。これにより、検出レベルが測定対象物OBの裏面に対応するピークの信号強度より大きく、ピークホールド回路77が測定対象物OBの表面に対応するピークの信号強度を検出する場合は、検出レベルの再設定を繰り返すことにより検出レベルが下がり、測定対象物OBの裏面に対応するピークの信号強度を基に検出レベルを設定することができる。   Next, the level setting circuit 78 performs the following processing in addition to performing the same processing as in the first embodiment. The level setting circuit 78 stores the input peak signal intensity and the output signal intensity (detection level) until the next signal intensity is output, and the input peak signal intensity is equal to the previously input signal intensity. When the difference is within the set minute range, the ratio set in advance to the difference between the signal intensity (detection level) output last time and the ground level (smaller than the ratio in the first embodiment) And the signal strength obtained by adding the ground level is output. Thus, when the detection level is larger than the peak signal intensity corresponding to the back surface of the measurement object OB and the peak hold circuit 77 detects the peak signal intensity corresponding to the surface of the measurement object OB, the detection level is reset. By repeating the setting, the detection level decreases, and the detection level can be set based on the peak signal intensity corresponding to the back surface of the measurement object OB.

信号作成回路26は、エンコーダ44aからインデックス信号Indexとパルス列信号φA,φBを入力し、回路内のメモリにデジタルデータで記憶されている信号の波高値データをアナログ信号に変換して出力する点は上記第1実施形態と同じである。異なっている点は、上記第1実施形態が距離計算回路75から駆動信号強度が1つ入力するのに対し、本第2実施形態では駆動信号強度が2つ入力する点と、入力した2つの駆動信号から設定範囲内の強度のみ記憶されているデータを用いる波高値データを作成する点である。視覚的に示すと、距離計算回路75が、図8(a)に黒点で示す2つのピーク点の光路長(距離Df×2と距離Db×2)を検出すると、距離計算回路75は信号作成回路26に図8(b)に黒点で示す2つの駆動信号強度を出力する。信号作成回路26は2つの駆動信号強度の上下に最大と最小を定めた図8(b)の太線に相当するデータを作成し、以後、このデータを出力する。   The signal generating circuit 26 receives the index signal Index and the pulse train signals φA and φB from the encoder 44a, converts the peak value data of the signal stored as digital data into the memory in the circuit into an analog signal, and outputs the analog signal. The same as in the first embodiment. The difference is that the first embodiment inputs one drive signal strength from the distance calculation circuit 75, whereas the second embodiment inputs two drive signal strengths, and the two input This is the point of creating peak value data using data in which only the intensity within the set range is stored from the drive signal. Visually, when the distance calculation circuit 75 detects the optical path lengths (distance Df × 2 and distance Db × 2) of two peak points indicated by black dots in FIG. 8A, the distance calculation circuit 75 generates a signal. Two drive signal intensities indicated by black dots in FIG. 8B are output to the circuit 26. The signal generation circuit 26 generates data corresponding to the thick line in FIG. 8B in which the maximum and minimum values are set above and below the two drive signal intensities, and thereafter this data is output.

コントローラ91が実行するプログラムは、上記第1実施形態におけるプログラムと一部が異なるのみである。図5に示すプログラムのフロー図は、S114にて検出信号が入力したか判定する替わりに検出信号が予め設定されている短時間の間に4つ入力したか判定する。これは、検出回路72に設定された検出レベルが、測定対象物OBの裏面に対応するピークの信号強度より大きいが、測定対象物OBの表面に対応するピークより小さいため、測定不可の場合でも検出信号が入力する場合があるためである。また、図6に示すプログラムのフロー図のS302にても同様に検出信号が予め設定されている短時間の間に4つ入力したか判定する。また、図6に示すプログラムのフロー図のS308にては、測定対象物OBの厚さtが入力したか判定する。これ以外は、上記第1実施形態と同じである。   The program executed by the controller 91 is only partially different from the program in the first embodiment. The program flow diagram shown in FIG. 5 determines whether four detection signals have been input within a preset short time instead of determining whether a detection signal has been input in S114. This is because the detection level set in the detection circuit 72 is larger than the peak signal intensity corresponding to the back surface of the measurement object OB, but smaller than the peak corresponding to the front surface of the measurement object OB, so that even when measurement is impossible. This is because a detection signal may be input. Similarly, in S302 of the program flowchart shown in FIG. 6, it is determined whether four detection signals have been input within a preset short time. Moreover, in S308 of the flowchart of the program shown in FIG. 6, it is determined whether the thickness t of the measurement object OB has been input. Other than this, the second embodiment is the same as the first embodiment.

上記説明からも理解できるように、本発明を光コヒーレンストモグラフィーにより透光性物体厚さ測定装置に適用した上記第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、上記第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様の変形が可能である。すなわち、ピークが発生するタイミングを回転角度の替わりにエンコーダ44aからインデックス信号が入力してからの経過時間で検出するようにすることができる。また、基準透光体を対物レンズ24と測定対象物OBの間に設け、基準透光体におけるピークのタイミングと測定対象物OBにおけるピークのタイミングを検出して測定値を得ることもできる。   As can be understood from the above description, also in the second embodiment in which the present invention is applied to a translucent object thickness measuring apparatus by optical coherence tomography, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Also in the second embodiment, the same modifications as in the first embodiment are possible. That is, the timing at which the peak occurs can be detected by the elapsed time after the index signal is input from the encoder 44a instead of the rotation angle. In addition, a reference translucent body is provided between the objective lens 24 and the measurement object OB, and a measured value can be obtained by detecting a peak timing in the reference translucent body and a peak timing in the measurement object OB.

以上、本発明を表面プロファイル測定装置に適用した場合と透光性物体厚さ測定装置に適用した場合である、第1実施形態と第2実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記第1実施形態および上記第2実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。   As described above, the first embodiment and the second embodiment, which are a case where the present invention is applied to a surface profile measuring apparatus and a case where the present invention is applied to a translucent object thickness measuring apparatus, have been described. The present invention is not limited to the first embodiment and the second embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.

上記第1実施形態および第2実施形態では、光路長可変装置40として円盤状プレート41に三角状反射体42を配置し、円盤状プレート41を回転させる装置を用いたが。高速で光路長を変化させることができ、測定光の焦点位置を光路長の変化に同期させて変化させることができるならば、どのような光路長可変装置を用いてもよい。例えば、反射体を高速で直線方向に往復移動させる光路長可変装置を用いてもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, as the optical path length varying device 40, a device in which the triangular reflector 42 is arranged on the disc-like plate 41 and the disc-like plate 41 is rotated is used. As long as the optical path length can be changed at high speed and the focal position of the measurement light can be changed in synchronization with the change in the optical path length, any optical path length variable device may be used. For example, an optical path length variable device that reciprocates the reflector in the linear direction at high speed may be used.

また、上記第1実施形態および第2実施形態では、検出した2つの交差タイミングの差が許容範囲にないとき、検出回路72に設定されている検出レベルが再設定されるようにした。しかし、測定対象物OBごとの反射率が略一定であり、測定対象物OB内の反射率が略一定であれば、検出回路72に設定されている検出レベルは固定されているようにしてもよい。   In the first and second embodiments, the detection level set in the detection circuit 72 is reset when the difference between the detected two intersection timings is not within the allowable range. However, if the reflectance for each measurement object OB is substantially constant and the reflectance in the measurement object OB is substantially constant, the detection level set in the detection circuit 72 may be fixed. Good.

また、上記第1実施形態および第2実施形態では、受光信号のピーク発生タイミングから測定光の焦点位置が変化する範囲を、測定対象物OBの表面を中心とした上下の微小範囲、又は測定対象物OBの表面より上の近傍位置から裏面より下の近傍位置の範囲にした。しかし、測定対象物OBごとの厚さが略一定であれば、最初から測定光の焦点位置が変化する範囲を、上記第1実施形態および第2実施形態のように限定しておいてもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, the range in which the focus position of the measurement light changes from the peak generation timing of the received light signal is the minute range above and below the measurement object OB, or the measurement target. The range was from the vicinity position above the surface of the object OB to the vicinity position below the back surface. However, if the thickness of each measurement object OB is substantially constant, the range in which the focus position of the measurement light changes from the beginning may be limited as in the first and second embodiments. .

また、上記第1実施形態および第2実施形態では、光路長可変装置40により参照光の光路長を変化させたが、参照光の光路長を一定にし、測定光の光路長を変化させるようにしてもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, the optical path length of the reference light is changed by the optical path length varying device 40. However, the optical path length of the reference light is made constant and the optical path length of the measurement light is changed. May be.

また、上記第1実施形態および第2実施形態では、リレーレンズ22を測定光の光軸方向に変化させることで、測定光の焦点位置を変化させたが、対物レンズ24が高速で焦点位置を変化させることができる機構であれば、対物レンズ24を測定光の光軸方向に変動させるようにしてもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, the focus position of the measurement light is changed by changing the relay lens 22 in the optical axis direction of the measurement light. However, the objective lens 24 changes the focus position at high speed. If the mechanism can be changed, the objective lens 24 may be changed in the optical axis direction of the measurement light.

また、上記第1実施形態および第2実施形態においては、円盤状プレート41に4つの三角状反射体42を配置し、円盤プレート41の1回転で4つのデータが得られるようにした。しかし、円盤プレート41に配置する三角状反射体42の数は、測定速度と装置のコストを考慮して適宜変更してよい。ただし、7個以上配置すると、ある三角状反射体42に照射されるレーザ光を別の三角状反射体42が遮断してしまうので、三角状反射体42の数は6個以下が望ましい。   In the first and second embodiments, four triangular reflectors 42 are arranged on the disk-shaped plate 41 so that four data can be obtained by one rotation of the disk plate 41. However, the number of triangular reflectors 42 arranged on the disk plate 41 may be changed as appropriate in consideration of the measurement speed and the cost of the apparatus. However, when seven or more are arranged, another triangular reflector 42 blocks the laser light applied to a certain triangular reflector 42, so the number of triangular reflectors 42 is preferably six or less.

また、上記第1実施形態および第2実施形態においては、光路長可変装置40の円盤プレート41を時計回りに回転させることで、光路長変化量を小さい側から大きい側に変化させるようにしたが、円盤プレート41を反時計回りに回転させて、光路長変化量を大きい側から小さい側に変化させても、図2及び図8に示す光路長変化量の曲線は逆向きになるだけであり、リレーレンズ22の駆動信号強度をこれに合わせるように発生させれば、本発明は問題なく実施することができる。   In the first embodiment and the second embodiment, the optical path length change amount is changed from the small side to the large side by rotating the disk plate 41 of the optical path length varying device 40 clockwise. Even if the disk plate 41 is rotated counterclockwise to change the optical path length change amount from the large side to the small side, the optical path length change amount curves shown in FIGS. If the drive signal intensity of the relay lens 22 is generated so as to match this, the present invention can be implemented without any problem.

10…測定部、11…レーザ光源、14…光カプラ、15…受光センサ、16,17,31,32…光ファイバー、20…光ヘッド、26…信号作成回路、40…光路長可変装置、41…円盤状プレート、42…三角状反射体、44…スピンドルモータ、47…スピンドルモータ制御回路、50…ステージ駆動装置、51…ステージ、52…X方向フィードモータ、53…Y方向フィードモータ、62…X方向フィードモータ制御回路、63…Y方向フィードモータ制御回路、64…X方向位置検出回路、65…Y方向位置検出回路、70…データ処理装置、72…検出回路、73…回転角度検出回路、74…回転角度出力回路、75…距離計算回路、76…タイミング指定回路、77…ピークホールド回路、78…レベル設定回路、90…コンピュータ装置、91…コントローラ、92…入力装置、93…表示装置、OB…測定対象物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Measuring part, 11 ... Laser light source, 14 ... Optical coupler, 15 ... Light receiving sensor, 16, 17, 31, 32 ... Optical fiber, 20 ... Optical head, 26 ... Signal preparation circuit, 40 ... Optical path length variable device, 41 ... Disc-shaped plate, 42 ... Triangular reflector, 44 ... Spindle motor, 47 ... Spindle motor control circuit, 50 ... Stage drive device, 51 ... Stage, 52 ... X direction feed motor, 53 ... Y direction feed motor, 62 ... X Direction feed motor control circuit, 63 ... Y direction feed motor control circuit, 64 ... X direction position detection circuit, 65 ... Y direction position detection circuit, 70 ... Data processing device, 72 ... Detection circuit, 73 ... Rotation angle detection circuit, 74 Rotation angle output circuit 75 Distance calculation circuit 76 Timing designation circuit 77 Peak hold circuit 78 Level setting circuit 90 Computer device, 91 ... controller, 92 ... input apparatus, 93 ... display unit, OB ... measurement object

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、光コヒーレンストモグラフィーにより測定対象物の表面プロファイルを測定する装置において、光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、測定光の対物レンズによる焦点位置での測定光の光路長が参照光の光路長と等しくなるように、測定光の焦点位置を測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、干渉光の強度に相当する受光信号の強度がピークとなる測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを、光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、検出レベルを受光信号が交差する2つの交差タイミングを検出し、検出した2つの交差タイミングから対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段とを備えたことにある。
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that, in an apparatus for measuring a surface profile of an object to be measured by optical coherence tomography, a measurement light objective lens is used in synchronization with a change in optical path length by an optical path length variable device. Focus position changing means for changing the focus position of the measurement light in the optical axis direction of the measurement light so that the optical path length of the measurement light at the focus position is equal to the optical path length of the reference light, and light reception corresponding to the intensity of the interference light A means for detecting the target peak timing corresponding to the surface of the measurement object having a peak signal intensity as a change in the optical path length by the optical path length variable device or an elapsed time from the predetermined timing, and a light reception signal at the target peak timing The detection level smaller than the intensity is set, two detection timings at which the received light signals cross the detection level are detected, and the detected two In that a peak timing detection means for detecting the target peak timing from the difference timing.

これによれば、光路長の変化に同期して、測定光の対物レンズによる焦点位置での測定光の光路長が参照光の光路長と等しくなるように、測定光の焦点位置が測定光の光軸方向に変化するので、測定対象物の表面の位置によらず、測定対象物の表面で測定光と参照光の光路長が等しくなるときは測定対象物の表面に測定光の焦点が合っており、干渉光のピーク強度すなわち受光信号のピーク強度は略一定になる。よって、ピーク強度より小さい検出レベルを適切に設定し、受光信号が検出レベルを交差する2つの交差タイミングを検出すれば、これから測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを精度よく求めることができる。そして、2つの交差タイミングデータから対象ピークタイミングを求めているので、データ処理は短時間で済み、測定を高速で行うことができる According to this, in synchronization with the change in the optical path length, the focal position of the measurement light is adjusted so that the optical path length of the measurement light at the focal position by the objective lens of the measurement light is equal to the optical path length of the reference light. Since it changes in the optical axis direction, the measurement light is focused on the surface of the measurement object when the optical path lengths of the measurement light and the reference light are equal on the surface of the measurement object regardless of the position of the measurement object surface. Therefore, the peak intensity of the interference light, that is, the peak intensity of the received light signal is substantially constant. Therefore, if a detection level smaller than the peak intensity is appropriately set and two crossing timings at which the received light signal crosses the detection level are detected, the target peak timing corresponding to the surface of the measurement object can be accurately obtained from this. . Since the target peak timing is obtained from the two intersection timing data, the data processing can be completed in a short time, and the measurement can be performed at high speed.

Claims (8)

入射したレーザ光を設定した光路を経由して出射し、前記光路の光路長を変化させる光路長可変装置と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して測定光と参照光にし、前記測定光を測定対象物に対物レンズを介して照射して反射させた後、前記測定光と前記参照光とを合成して干渉光とし、前記干渉光を受光光量に相当する強度の受光信号を出力する受光器に導く光学系であって、前記測定光又は前記参照光のどちらか一方を、前記光路長可変装置を経由させる光学系と、
前記光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、前記測定光の前記対物レンズによる焦点位置を前記測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、
前記測定対象物を、前記測定対象物に照射される測定光に対して相対的に、移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、
前記移動手段によるそれぞれの移動位置において、前記受光器が出力する受光信号の強度がピークとなる前記測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを、前記光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、前記対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、前記検出レベルを前記受光信号が交差する2つの交差タイミングを検出し、前記検出した2つの交差タイミングから前記対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段と、
前記ピークタイミング検出手段が検出した、それぞれの移動位置における対象ピークタイミングを用いて、前記測定対象物の表面プロファイルを計算する計算手段とを備えた表面プロファイル測定装置。
An optical path length variable device that emits incident laser light through a set optical path and changes the optical path length of the optical path;
A low-coherence laser beam is branched into measurement light and reference light, and the measurement light is irradiated and reflected on the measurement object via an objective lens, and then the measurement light and the reference light are combined to interfere. An optical system that guides the interference light to a light receiver that outputs a received light signal having an intensity corresponding to the amount of received light, and passes either the measurement light or the reference light through the optical path length variable device Optical system,
A focal position changing means for changing the focal position of the measurement light by the objective lens in the optical axis direction of the measurement light in synchronization with the change of the optical path length by the optical path length variable device;
Moving means for moving the measurement object relative to the measurement light applied to the measurement object while detecting a movement position;
At each moving position by the moving means, the target peak timing corresponding to the surface of the object to be measured at which the intensity of the light reception signal output from the light receiver reaches a peak is changed by the optical path length changing device, or predetermined A means for detecting an elapsed time from the timing, wherein a detection level smaller than the intensity of the light reception signal at the target peak timing is set, and two intersection timings at which the light reception signal intersects the detection level are detected, and the detection Peak timing detecting means for detecting the target peak timing from the two intersecting timings,
A surface profile measurement apparatus comprising: a calculation unit that calculates a surface profile of the measurement object using the target peak timing at each moving position detected by the peak timing detection unit.
請求項1に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するピーク信号強度検出手段を備え、
前記ピークタイミング検出手段は、検出した2つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、前記ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて前記検出レベルを設定し直すことを特徴とする表面プロファイル測定装置。
In the surface profile measuring device according to claim 1,
Peak signal intensity detection means for detecting the intensity of the received light signal at the target peak timing,
The peak timing detection means resets the detection level based on the signal intensity detected by the peak signal intensity detection means when the difference between the detected two intersection timings is not within a preset allowable range. Surface profile measuring device.
請求項1又は請求項2に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記焦点位置変化手段は、前記ピークタイミング検出手段が検出した対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングと終了する終了タイミングとを設定し、設定後に前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の対象ピークタイミングと前記開始タイミングと終了タイミングの設定時における対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、前記最新の対象ピークタイミングに基づいて、前記開始タイミングと終了タイミングとを設定し直すことを特徴とする表面プロファイル測定装置。
In the surface profile measuring device according to claim 1 or 2,
The focus position changing unit sets a start timing and an end timing to start changing the focus position of the measurement light based on the target peak timing detected by the peak timing detection unit, and after the setting, the peak timing When the difference between the latest target peak timing detected by the detection means and the target peak timing at the time of setting the start timing and end timing is not within an allowable value, the start timing and end based on the latest target peak timing A surface profile measuring apparatus characterized by resetting the timing.
請求項1乃至請求項3に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記対物レンズに測定光が入射する前に、前記測定光が入射し出射するリレーレンズを備え、
前記焦点位置変化手段は、前記リレーレンズの片方を測定光の光軸方向に駆動させる手段であることを特徴とする表面プロファイル測定装置。
In the surface profile measuring device according to claim 1 to 3,
Before the measurement light is incident on the objective lens, the relay lens is provided with the measurement light incident and emitted;
The focus position changing means is means for driving one of the relay lenses in the optical axis direction of the measuring light.
入射したレーザ光を設定した光路を経由して出射し、前記光路の光路長を変化させる光路長可変装置と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して測定光と参照光にし、前記測定光を透光性物体である測定対象物に対物レンズを介して照射して反射させた後、前記測定光と前記参照光とを合成して干渉光とし、前記干渉光を受光光量に相当する強度の受光信号を出力する受光器に導く光学系であって、前記測定光又は前記参照光のどちらか一方を、前記光路長可変装置を経由させる光学系と、
前記光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、前記測定光の前記対物レンズによる焦点位置を前記測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、
前記測定対象物を、前記測定対象物に照射される測定光に対して相対的に、移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、
前記移動手段によるそれぞれの移動位置において、前記受光器が出力する受光信号の強度がピークとなる前記測定対象物の表面に対応する第1の対象ピークタイミングと前記測定対象物の裏面に対応する第2の対象ピークタイミングとを、前記光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、前記第2の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、前記検出レベルを前記受光信号が交差する第1の2つの交差タイミングと第2の2つの交差タイミングを検出し、前記検出した第1の2つの交差タイミングから前記第1の対象ピークタイミングを検出し、前記検出した第2の2つの交差タイミングから前記第2の対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段と、
前記ピークタイミング検出手段が検出した、それぞれの移動位置における第1と第2の対象ピークタイミングを用いて、前記測定対象物の厚さを計算する計算手段とを備えた透光性物体厚さ測定装置。
An optical path length variable device that emits incident laser light through a set optical path and changes the optical path length of the optical path;
A low-coherence laser beam is branched into measurement light and reference light, and the measurement light and the reference light are reflected by irradiating the measurement object, which is a translucent object, through an objective lens. Are combined to form interference light, and the interference light is guided to a light receiver that outputs a light reception signal having an intensity corresponding to the amount of received light, and either one of the measurement light or the reference light is used as the optical path. An optical system via a variable length device;
A focal position changing means for changing the focal position of the measurement light by the objective lens in the optical axis direction of the measurement light in synchronization with the change of the optical path length by the optical path length variable device;
Moving means for moving the measurement object relative to the measurement light applied to the measurement object while detecting a movement position;
At each movement position by the moving means, the first target peak timing corresponding to the surface of the measurement object at which the intensity of the light reception signal output from the light receiver peaks, and the first corresponding to the back surface of the measurement object. 2 is a means for detecting the target peak timing as an optical path length change by the optical path length varying device or an elapsed time from a predetermined timing, and has a detection level smaller than the intensity of the received light signal at the second target peak timing. The first two crossing timings and the second two crossing timings that are set and the light reception signal crosses the detection level are detected, and the first target peak timing is detected from the detected first two crossing timings. And detecting the second target peak timing from the detected second two intersection timings And the timing detection means,
Translucent object thickness measurement comprising calculation means for calculating the thickness of the measurement object using the first and second target peak timings at the respective movement positions detected by the peak timing detection means. apparatus.
請求項5に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記第2の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するピーク信号強度検出手段を備え、
前記ピークタイミング検出手段は、検出した第2の2つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、前記ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて前記検出レベルを設定し直すことを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
In the translucent object thickness measuring apparatus of Claim 5,
Peak signal intensity detecting means for detecting the intensity of the received light signal at the second target peak timing;
The peak timing detection means resets the detection level based on the signal intensity detected by the peak signal intensity detection means when the difference between the detected second two intersection timings is not within a preset allowable range. A translucent object thickness measuring apparatus characterized by the above.
請求項5又は請求項6に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記焦点位置変化手段は、前記ピークタイミング検出手段が検出した第1の対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングを設定するとともに、前記ピークタイミング検出手段が検出した第2の対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を終了する終了タイミングを設定し、設定後に前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の第1の対象ピークタイミングと前記開始タイミングの設定時における第1の対象ピークタイミングとの差、又は前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の第2の対象ピークタイミングと前記終了タイミングの設定時における第2の対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、前記最新の第1と第2の対象ピークタイミングに基づいて、前記開始タイミングと終了タイミングとを設定し直すことを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
In the translucent object thickness measuring apparatus of Claim 5 or Claim 6,
The focal position changing means sets a start timing for starting the change of the focal position of the measurement light based on the first target peak timing detected by the peak timing detecting means, and the peak timing detecting means detects An end timing for ending the change of the focus position of the measurement light is set based on the second target peak timing, and the latest first target peak timing and the start timing detected by the peak timing detection means after the setting is set. The difference between the first target peak timing at the time of setting or the difference between the latest second target peak timing detected by the peak timing detecting means and the second target peak timing at the time of setting the end timing is allowed When not within the value, based on the latest first and second target peak timings. Te, the start timing and end timing and wherein the reset light-transmitting body thickness measuring device.
請求項5乃至請求項7に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記対物レンズに測定光が入射する前に、前記測定光が入射し出射するリレーレンズを備え、
前記焦点位置変化手段は、前記リレーレンズの片方を測定光の光軸方向に駆動させる手段であることを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
In the translucent object thickness measuring apparatus of Claim 5 thru | or 7,
Before the measurement light is incident on the objective lens, the relay lens is provided with the measurement light incident and emitted;
The translucent object thickness measuring device, wherein the focal position changing means is means for driving one of the relay lenses in the optical axis direction of the measuring light.
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