JP2019095380A - レーザ測距装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークの計測面にレトロリフレクタの取り付けを必要とせず、ワークの計測面が傾いたとしても、計測ビームが再入射できるように光軸を補正し、所望の精度を維持して相対距離を測定できるレーザ測距装置を提供すること。【解決手段】 ワークと作動機器との相対距離をレーザ干渉計により測定するレーザ測距装置において、レーザ干渉計は、レーザ発振器と、ビームスプリッタと、受光素子とを備え、ワークの計測面とビームスプリッタとの間の計測ビームの光路には、角度可変ミラーと、ワークの計測面で反射した計測ビームのずれ角度を検出する角度ずれ検出部とを備え、角度ずれ検出部で検出したずれ角度に基づいて、受光素子に入射する参照ビームに、ワークの計測面で反射した計測ビームが重なるように角度可変ミラーの角度を調整する、ミラー角度調整機構を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、検査、撮像、露光、加工等の対象となるワーク（ウエーハ、基板等）と、当該ワークに対して所定の検査、撮像、露光、加工等を行う作動機器との相対距離を測定するレーザ測距装置に関する。

ワークと作動機器との相対距離を測定する測距装置として、レーザ干渉計を利用したレーザ測距装置が知られている。このレーザ干渉計は、計測ビームを出射及び再入射させる本体部と、計測ビームを反射させる計測ミラーを有しており、ワーク側に当該計測ミラーを取り付け、作動機器側にレーザ干渉計を取り付けて、互いの距離（つまり、相対距離）を測定する構成をしている（例えば、特許文献１）。

この様なレーザ干渉計を用いた測距装置では、ワーク側に取り付けた計測ミラーの角度がずれると、レーザ干渉計の本体内で合成される干渉光の強度が変化してしまい、測定距離に誤差が生じたり、測距ができなくなったりする。

そして、この様な事情に鑑み、計測ミラーの角度ずれを寛容にするため、再帰反射器（レトロリフレクタ）と呼ばれる光学素子を配置して、計測ビームの再帰性を高めるのが一般的である（例えば、特許文献２，３）。

特開２００１−１６０５３５号公報 特開２００６−３２２９１０号公報 特開２００７−０５７５２２号公報

しかし、特許文献２，３に開示されている様な技術では、ワーク側に当該構成を有する計測ミラーを取り付ける必要がある。そのため、ワークを任意の場所に移動止させても計測ミラーが作動機器や装置フレーム等に干渉しない様、計測ミラーを取り付けるスペースや移動のためのスペースを確保する必要があり、装置設計上の制約となる。

一方、ワーク表面が鏡面状態であり、この面を計測ミラーとして代用したいという要求もある。しかし、ワークの移動や外部要因等により、ワーク表面が傾斜してしまうことがあり、レーザ干渉計に再入射すべき計測ビームの光軸がずれてしまい、所望の干渉光を得られない（測距ができない）という課題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ワークの計測面にレトロリフレクタの取り付けを必要とせず、ワークの計測面が傾いたとしても、計測ビームが再入射できるように光軸を補正し、所望の精度を維持して相対距離を測定できるレーザ測距装置を提供することを目的としている。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
ワークと作動機器との相対距離をレーザ干渉計により測定するレーザ測距装置において、
レーザ干渉計は、
レーザ発振器と、
レーザ発振器から出射されたレーザ光を計測ビームと参照ビームに分岐するビームスプリッタと、
ワークの計測面で反射した計測ビームと参照ビームとが重なって入射することで生じる干渉光の強度を計る受光素子とを備え、
ワークの計測面とビームスプリッタとの間の計測ビームの光路には、当該計測ビームおよび当該ワークの計測面で反射して再入射した計測ビームを所定角度に設定して反射させる角度可変ミラーと、ワークの計測面で反射した計測ビームのずれ角度を検出する角度ずれ検出部とを備え、
角度ずれ検出部で検出したずれ角度に基づいて、受光素子に入射する参照ビームに、ワークの計測面で反射した計測ビームが重なるように角度可変ミラーの角度を調整する、ミラー角度調整機構を備えたことを特徴としている。

上記のレーザ測距装置によれば、レーザ干渉計内部で合成される干渉光の光軸または計測ビームの光軸を補正し、所望の精度を維持して測距することができる。

本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。 本発明を具現化する形態の変形例を示す概略図である。 本発明を具現化したレーザ測距装置および作動機器の一例を示す概略図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図を用いながら説明する。なお各図では、水平方向をｘ方向とｙ方向とし、それらに直交する方向をｚ方向として表現する。また説明の便宜上、ｘ方向を左または右、ｚ方向を上または下と呼ぶことがある。

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図１には、ワークＷと作動装置ＥＱとの相対距離ＷＤを測定するレーザ測距装置１概略図が示されている。なお図１には、ワークＷの姿勢として、計測面Ｍが水平状態にある（つまり、ｘｙ方向に沿う）様子が示されている。なお、ここで言う相対距離ＷＤには、いわゆる作動距離のほか、互いの距離の変化量（差分）も含まれる。

レーザ測距装置１は、ワークＷと作動装置ＥＱとの相対距離ＷＤをレーザ干渉計２により測定するものであり、レーザ干渉計２は、レーザ干渉計本体部３、角度可変ミラー４、角度ずれ検出部５、ミラー角度調整機構６等を備えている。

レーザ干渉計２は、レーザ干渉計本体部３から計測ビームを出射しつつ、ワークＷの計測面Ｍで反射して再入射した計測ビームと、レーザ干渉計本体部３で生成した参照ビームとが重なり合うことで生じる干渉光の強度を計り、当該干渉光の強度に対応した信号やデータ、当該干渉光の強度を長さや距離に換算したデータ等を出力するものである。

レーザ干渉計本体部３は、レーザ発振器３１、ビームスプリッタ３２、参照ミラー３３、受光素子３４等を備えている。

レーザ発振器３１は、コヒレントな光であるレーザ光Ｌ１を出射するものである。具体的には、レーザ発振器３１は、半導体レーザ（ダイオードレーザ、レーザダイオードとも言う）等が例示できる。

ビームスプリッタ３２は、レーザ発振器３１から出射されたレーザ光Ｌ１を、計測ビームＬ２と参照ビームＬｒに分岐するものである。
具体的には、ビームスプリッタ３２は、レーザ光Ｌ１の一部を通過（直進・透過とも言う）させて計測ビームＬ２として出射させ、レーザ光Ｌ１の一部を反射させて参照ビームＬｒとして出射させるものである。また、ビームスプリッタ３２は、後述する参照ミラー３３で反射した参照ビームＬｒ’を通過させ、前記ワークの計測面Ｍで反射して再入射した計測ビームＬ６を反射させるものである。
より具体的には、ビームスプリッタ３２は、レーザ光Ｌ１の光軸に対して４５度傾斜して配置された透明体の表面に誘電体多層膜や金属膜が蒸着された光学素子（いわゆる、ビームスプリッタやハーフミラー）で構成されている。

参照ミラー３３は、参照ビームＬｒ’を反射させるものである。

受光素子３４は、干渉光Ｌ７の強度を計るものである。具体的には、受光素子３４は、ワークＷの計測面Ｍ等で反射してレーザ干渉計本体部３に再入射した計測ビームＬ６と参照ミラー３３で反射した参照ビームＬｒ’とが重なって入射することで生じる干渉光Ｌ７の強度を計るものである。より具体的には、受光素子３４は、レーザパワーメータやレーザパワーディテクタと呼ばれ、干渉光Ｌ７のエネルギー強度に対応した電気信号を外部に出力するものである。

角度可変ミラー４は、レーザ干渉計本体部３から出射された計測ビームＬ２を所定角度に設定して反射させて、当該ミラーで反射した計測ビームＬ３をワークＷの計測面Ｍに照射させると共に、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４を所定角度に設定して反射させてレーザ干渉計本体部３に再入射させるものである。角度可変ミラー４は、ワークＷの計測面Ｍとビームスプリッタ３２との間の計測ビームＬ２，Ｌ４の光路に配置されている。具体的には、角度可変ミラー４は、初期角度として４５度傾斜させて配置されており、レーザ干渉計本体部３からｘ方向（右向き）に出射された計測ビームＬ２をｚ方向（下向き）に反射させる。さらに、角度可変ミラー４は、ワークＷの計測面Ｍでｚ方向（上向き）に反射した計測ビームＬ４をｘ方向（左向き）に反射させる。

角度ずれ検出部５は、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４のずれ角度θｚ（詳細は後述する）を検出するものであり、ワークＷの計測面Ｍとビームスプリッタ３２との間の計測ビームＬ２，Ｌ４の光路に配置されている。具体的には、角度ずれ検出部５は、サンプルミラー５１と、ビーム位置検出器５２を備えている。

サンプルミラー５１は、計測ビームＬ２の全部又は一部を通過させ、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４の一部を通過させると共に、計測ビームＬ４の一部を反射させるものである。具体的には、サンプルミラー５１は、ワークＷの計測面Ｍとビームスプリッタ３２との間に、計測ビームＬ２，Ｌ４の光軸に対して斜め（例えば、４５度）傾斜して配置されている。具体的には、サンプルミラー５１としてペリクルミラー（薄いガラス板に薄膜が形成されたもの）が例示できる。

ビーム位置検出器５２は、サンプルミラー５１で反射したサンプル光Ｌ５を受光し、受光位置を外部へ出力するものである。具体的には、ビーム位置検出器５２は、レーザのエネルギーを受光し、受光エネルギーに応じた強さの電気信号を出力する微小な素子がｘｙ方向に二次元的に配置されて、受光エネルギーの中心や重心位置等を出力するもの（いわゆる、ＰＳＤ）で構成されている。なお、ワークＷの計測面Ｍが水平状態であれば、サンプル光Ｌ５の中心は、ビーム位置検出器５２の測定範囲の中心Ｐｓに照射されるものとする。

ミラー角度調整機構６は、角度ずれ検出部５で検出したワークの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４のずれ角度θｚに基づいて、受光素子３４に入射する参照ビームＬｒ’に、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４（つまり、レーザ干渉計本体部３に再入射する計測ビームＬ６）が重なるように角度可変ミラー４の角度を調整するものである。具体的には、ミラー角度調整機構６は、Ｘ方向スキャナ６１と、Ｙ方向スキャナ６２と、制御部６３を備えている。

Ｘ方向スキャナ６１は、計測ビームＬ３の照射位置をｘ方向に変化させるものである。
具体的には、Ｘ方向スキャナ６１は、ｙ方向を回転軸とする方向（図中Ｒｘで示す）に角度可変ミラー４を所定の角度だけ回転させたり所定の角度で静止させたりするものである。

Ｙ方向スキャナ６２は、計測ビームＬ３の照射位置をｙ方向に変化させるものである。
具体的には、Ｙ方向スキャナ６２は、ｘ方向を回転軸とする方向（図中Ｒｙで示す）に角度可変ミラー４を所定の角度だけ回転させたり所定の角度で静止させたりするものである。

より具体的には、Ｘ方向スキャナ６１とＹ方向スキャナ６２は、ステピングモータやサーボモータとロータリエンコーダ等を備えた回転駆動機構が例示できる。そして、角度可変ミラー４の回転中心ＲＣと、計測ビームＬ２が角度可変ミラー４に照射されて反射する位置ＲＰとが一致するよう、角度可変ミラー４がＸ方向スキャナ６１およびＹ方向スキャナ６２に取り付けられている。

制御部６３は、角度ずれ検出部５で検出した上述のずれ角度θｚに基づいて、Ｘ方向スキャナ６１及び／又はＹ方向スキャナ６２を所定の角度に回転させ、所定の角度で静止させる制御を行うものである。具体的には、制御部６３は、下述の様にして算出したずれ角度θｚに基づいて、Ｘ方向スキャナ６１およびＹ方向スキャナ６２を制御し、角度可変ミラー４の角度調整を行うものである。より具体的には、制御部６３は、Ｘ方向スキャナ６１とＹ方向スキャナ６２に対して回転／静止のための駆動信号を出力させるアンプユニット（駆動用アンプ、制御ドライバとも言う）、数値演算装置等を備えている。なお、ずれ角度θｚに応じて、Ｘ方向スキャナ６１及び／又はＹ方向スキャナ６２をどの程度回転させて静止させるかは、数値演算装置で演算させ、数値演算装置からアンプユニットに駆動指令信号やデータを出力する。

［ずれ角度θｚの検出、計測ビームＬ３の光軸調整について］
以下に、本発明を具現化するレーザ測距装置１において、ワークＷの計測面Ｍが水平状態（基準姿勢Ｗｏと呼ぶ）ではなく角度ずれを生じたとしても、計測ビームＬ３の光軸を補正し、所望の精度を維持して測距する手順（つまり、光軸調整）について説明する。

図２は、本発明を具現化する形態の一例の要部を示す概略図である。図２には、ワークＷが基準姿勢Ｗｏとは異なる姿勢をしている場合において、レーザ干渉計本体部３から出射した計測ビームＬ２と、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４，Ｌ６の光路ずれの様子がが示されている。図２には、ワークＷの基準姿勢Ｗｏに対して計測面Ｍがｙ方向を回転軸として時計回りに所定角度θｍｘ傾斜している状態が図示されている。

まず、ワークＷが二点鎖線で示された基準姿勢Ｗｏのように傾いていなければ、角度可変ミラー４で反射してｚ方向下向きに照射された計測ビームＬ３は、一点鎖線と矢印Ｌ３０で示す様に、ワークＷの計測面Ｍに垂直に入射して正反射する。そして、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４（Ｌ４０，Ｌ４２）は、計測ビームＬ３，Ｌ２と同じ光路を辿ってレーザ干渉計本体部３に再入射される。このとき、サンプルミラー５１で反射したサンプル光Ｌ５の中心は、一点鎖線と矢印Ｌ５０で示す様にビーム位置検出器５２の測定範囲の中心Ｐｓに照射される。なお、ワークＷが基準姿勢Ｗｏに対して傾斜しておらず、ｘ方向ないしｙ方向、ｚ方向に平行にずれている場合も同様である。

一方、ワークＷが実線で示されたように基準姿勢Ｗｏからずれ角度θｍｘだけ傾いていれば、角度可変ミラー４で反射してｚ方向下向きに照射された計測ビームＬ３（Ｌ３０）は、ワークＷの計測面Ｍの法線に対してずれ角度θｍｘ傾斜した状態でワークＷに照射される。そのため、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４は、破線と矢印Ｌ４１で示すようにｚ方向に対して２θｍｘ傾斜して角度可変ミラー４に照射される。つまり、ワークＷの計測面Ｍに入射する計測ビームＬ３０に対して、計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４１は、ずれ角度θｚをなして角度可変ミラー４に照射され、サンプルミラー５１に照射されることとなる。そして、サンプルミラー５１で反射したサンプル光Ｌ５の中心は、破線と矢印Ｌ５１で示す様にビーム位置検出器５２の測定範囲の中心Ｐｓからｘ方向（左側）にずれ量δｘ離れたところに照射される。なお、サンプルミラー５１を通過した計測ビームＬ６１は、レーザ干渉計本体部３に再入射できないか、再入射したとしても計測ビームＬ２の光軸と一致しないため参照ビームＬｒ’と重なり合わない。そのため、所望の干渉光Ｌ７が生じず、このままでは相対距離ＷＤを測定できない。

そこで、ビーム位置検出器５２の測定範囲の中心Ｐｓからｘ方向（左側）にずれ量δｘ離れたところに照射されていることから、ワークＷの計測面Ｍからビーム位置検出器５２までの光路長Ｄとずれ量δｘとの関係から、計測ビームＬ４２のずれ角度θｚｘは、次の数式（１）より算出することができる。なお、光路長Ｄは、予め測定し把握しておく。
θｚｘ ＝ ｔａｎ^−１（δｘ／Ｄ） ・・・・・（１）

そして、ワークＷの計測面Ｍの傾きθｍｘと、計測ビームＬ４２のずれ角度θｚｘとは、次の数式（２）の関係が成り立つ。
θｍｘ ＝ θｚｘ／２ ・・・・・（２）

そのため、計測ビームＬ２を角度可変ミラー４で反射させてワークＷの計測面Ｍに向けて計測ビームＬ３２を照射し、ワークＷの計測面Ｍで正反射させる（つまり、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４２が再び角度可変ミラー４の反射位置ＲＰに入射する）ようにするには、角度可変ミラー４を初期角度（符号４０、２点鎖線で示す位置）から所定角度θｖｘだけ傾斜させる必要がある。このとき、所定角度θｖｘと、ワークＷの計測面Ｍの傾きθｍｘとは、次の数式（３）の関係が成り立つ。
θｖｘ ＝ θｍｘ／２ ・・・・・（３）

したがって、角度可変ミラー４をＲｘ方向に調整する所定角度θｖｘは、次の数式（４）より算出できる。
θｖｘ ＝ ｔａｎ^−１（δｘ／Ｄ）／４ ・・・・・（４）

この様に、角度可変ミラー４を所定角度θｖｘだけ回転させて静止させれば、レーザ干渉計本体部３から出射した計測ビームＬ２は、角度可変ミラー４の反射位置ＲＰで反射してワークＷの計測面Ｍに照射され、照射された計測ビームＬ３２は、ワークＷの計測面Ｍで正反射し、計測ビームＬ４２として再び角度可変ミラー４の反射位置ＲＰで反射し、計測ビームＬ２と同じ光軸を辿ってサンプルミラー５１を通過し、計測ビームＬ６２としてレーザ干渉計本体部３に再入射する。そして、ビームスプリッタ３２を通過した計測ビームＬ６２は、参照ビームＬｒ’と重なり合い、干渉光Ｌ７を生じて受光素子３４に照射される。つまり、レーザ干渉計２により相対距離ＷＤを測定できる。

なお上述では、ワークＷの計測面Ｍがｙ方向を回転軸として時計回りに所定角度θｍｘ傾斜しており、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４（Ｌ４１）がｘ方向にずれた例を示し、ずれ角度θｚｘを検出（具体的には、ｘ方向のずれ量δｘに基づいて算出）する構成を示した。

一方、ワークＷの計測面Ｍがｘ方向を回転軸とする方向に所定角度θｍｙ傾斜した場合であっても、ビーム位置検出器５２で計測されるｙ方向のずれ量δｙを測定して、ｙ方向のずれ角度θｚｙを検出（具体的には、ｙ方向のずれ量δｙに基づいて算出）することができる。

そして、ワークＷの計測面Ｍの傾きθｍｙと、計測ビームＬ４２のずれ角度θｚｙとは、上述の数式（１）と同様に次の数式（５）の関係が成り立つ。
θｚｙ ＝ ｔａｎ^−１（δｙ／Ｄ） ・・・・・（５）

そして、数式（２）〜（４）と同様に、次の数式（６）〜（８）の関係が成り立つ。
θｍｙ ＝ θｚｙ／２ ・・・・・（６）
θｖｙ ＝ θｍｙ／２ ・・・・・（７）

したがって、角度可変ミラー４をＲｙ方向に調整する所定角度θｖｙは、次の数式（８）より算出できる。
θｖｙ ＝ ｔａｎ^−１（δｙ／Ｄ）／４ ・・・・・（８）

ワークＷの計測面Ｍがｘ方向を回転軸として所定角度だけ傾斜し、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４がｙ方向にずれる状態であっても、詳細な説明は省略するが同様にｙ方向のずれ角度を検出し、角度可変ミラー４の調整角度を算出して、計測ビームＬ３，Ｌ４の光軸を調整できる。

本発明に係るレーザ測距装置１は、この様な構成をしているため、ワークＷの計測面Ｍにレトロリフレクタの取り付けを必要とせず、ワークＷの計測面Ｍが傾いたとしても、レーザ干渉計本体部３に計測ビームＬ６が再入射する様に計測ビームＬ３，Ｌ４の光軸を補正し、所望の精度を維持して相対距離ＷＤを測定できる。

［変形例］
図３は、本発明を具現化する形態の変形例を示す概略図である。図３には、上述したレーザ測距装置１の構成とは異なり、ずれ角度検出部５が角度可変ミラー４とワークＷの計測面Ｍとの間に配置されたレーザ測距装置１Ｂの具体的な構成が例示されている。

レーザ測距装置１Ｂは、ワークＷと作動装置ＥＱとの相対距離ＷＤをレーザ干渉計２Ｂにより測定するものであり、レーザ干渉計２Ｂは、レーザ干渉計本体部３Ｂ、角度可変ミラー４、角度ずれ検出部５、ミラー角度調整機構６等を備えている。

レーザ干渉計本体部３Ｂは、２つのビームスプリッタ３２Ａ，３２Ｂを備えている。

ビームスプリッタ３２Ａは、レーザ発振器３１から出射されたレーザ光Ｌ１を、計測ビームＬ２と参照ビームＬｒに分岐するものである。また、ビームスプリッタ３２Ａは、参照ミラー３３で反射した参照ビームＬｒ’を反射させつつ、ワークＷの計測面Ｍで反射して再入射した計測ビームＬ６を通過させるものである。これら参照ビームＬｒ’と計測ビームＬ６は、ビームスプリッタ３２Ｂに向けて出射され、互いに重なり合えば干渉光Ｌ７として出射される。

ビームスプリッタ３２Ｂは、レーザ光Ｌ１を通過させつつ、ビームスプリッタ３２Ａから出射された参照ビームＬｒ’と計測ビームＬ６（互いに重なり合えば干渉光Ｌ７）を反射して受光素子３４に向けて出射するものである。

つまり、この様な位置関係に配置されたレーザ測距装置１Ｂでも、ワークＷの計測面Ｍが傾いていれば、計測ビームＬ３，Ｌ４の光軸を補正し、所望の精度を維持して測距することができる。

［別の形態］
なお上述したワークＷの計測面Ｍは、以下の様な形態を選択することができ、それぞれ優れた効果を奏する。
（１）ワークＷに取り付けられた光反射部材の反射面
この場合、光反射部材として、従来技術にあるようなレトロリフレクタを必要とせず、単純な平面ミラーを用いることができる。そのため、取り付け場所の制約を受けない。
そして、光反射部材を貼り付ける際に反射面の平行度がずれたり、ワークＷを移動させた際に反射面の平行度がずれたりして、ずれ角度θｍが生じたとしても、計測ビームＬ３，Ｌ４の光軸を補正して、所望の精度で相対距離ＷＤを測定できる。
（２）ワークＷの平坦な反射面
この場合、光反射部材を準備する必要がなくなる。

［別の形態］
なお上述では、角度ずれ検出部５として、サンプルミラー５１と、ビーム位置検出器５２を備えた構成を示した。この様な構成であれば、ビーム位置検出器５２に照射されるサンプル光Ｌ５１のずれ量δｍｘ，δｍｙを検出し、ワークＷの計測面Ｍとビーム位置検出器５２との光路長Ｄから、上述の様な数式（３）（６）に基づいて容易にずれ角度θｚｘ，θｚｙを算出することができるため、好ましい。

しかし、別の手段でワークＷの計測面Ｍの基準姿勢Ｗｏに対する傾きθｍｘ，θｍｙを検出したり、ワークＷの計測面Ｍで反射した計測ビームＬ４１のずれ角度θｚｘ，θｚｙを検出したりして、角度可変ミラー４を振る所定角度θｖｘ，θｖｙを決定しても良い。

［変形例］
なお上述では、レーザ干渉計２，２Ｂにより測定するレーザ測距装置１，１Ｂの基本構成を例示し、作動機器ＥＱと計測ビームＬ３，Ｌ４が互いに干渉しない位置に配置されている構成を図示した。

しかし、作動機器ＥＱとワークＷとの間に、角度可変ミラー４、Ｘ方向スキャナ６１およびＹ方向スキャナ６２、サンプルミラー５１等を配置せざるを得ない場合がある。

この様な場合、作動機器を使用する作動モード（退避モードとも言う）と、相対距離を測定する測距モードとに切り替えできる装置構成とし、下述の様に運用すれば良い。

図４は、本発明を具現化したレーザ測距装置および作動機器ＥＱの一例を示す概略図である。

レーザ干渉計本体部３、角度ずれ検出部５（具体的には、サンプルミラー５１、ビーム位置検出器５２）、制御部６３、作動機器ＥＱ、ワークＷを載置／移動させるステージＳＴは装置フレーム（不図示）などに取り付けると共に、Ｘ方向スキャナ６１およびＹ方向スキャナ６２は、ｘ方向に位置決め移動可能な１軸ステージ（不図示）を介して装置フレーム（不図示）に取り付けておく。
（１）作動モード（退避モード）
実線で示す様に、角度可変ミラー４、Ｘ方向スキャナ６１およびＹ方向スキャナ６２、サンプルミラー５１は、作動機器ＥＱとワークＷとの間から退避させて静止させる（例えば、ｘ方向右側へ移動させる）。
（２）測距モード
破線で示す様に、角度可変ミラー４、Ｘ方向スキャナ６１およびＹ方向スキャナ６２、サンプルミラー５１を、所定の位置（例えば、ｘ方向左側）に移動させ、角度可変ミラー４を初期角度４０に設定する。そして、上述した手順と同様にして、角度ずれ検出部５で計測ビームＬ４のずれ角度を計測し、計測ビームＬ３，Ｌ４の光軸を調整する。

なお上述では、作動モード（退避モード）として、角度可変ミラー４、Ｘ方向スキャナ６１およびＹ方向スキャナ６２、サンプルミラー５１を、ｘ方向左側に移動（つまり、退避）させる構成を例示した。しかし、これら機器の退避方向は、ｘ方向に限定されず、ｙ方向（紙面奥または手前）であっても良い。或いは、作動機器の干渉領域から外れれば、角度可変ミラー４の表面が垂直（ｚ方向に沿う方向）になるように角度変更するだけでも良い。

［変形例］
なお上述では、サンプルミラー５１としてペリクルミラーを備えた構成を例示して詳細な説明をした。ペリクルミラーは数十μｍの厚さのガラス板に薄膜が形成されたものである。そのため、サンプルミラー５１がペリクルミラーで構成されていれば、計測ビームＬ２，Ｌ４，Ｌ５の光軸のずれを最小限にすることができ、各部の位置や角度、各光軸の調整がしやすくなるので好ましい。

しかし、サンプルミラー５１は、この様なペリクルミラーに限らず、数百μｍ〜数ｍｍの厚さのガラス板に薄膜が形成されたもの（いわゆる、ハーフミラー）で構成されていても良い。そうすることで、ペリクルミラーのような割れやすい部材を用いなくて済むため、不意に割れてしまうことを防ぐことができる。

［変形例］
なお上述では、説明を簡素に行うため、計測ビームＬ６がレーザ干渉計本体部３から出射した計測ビームＬ２と同じ光軸を辿ってレーザ干渉計本体部３に再入射する構成を例示した。しかし、本発明を具現化する上では、これら計測ビームＬ２，Ｌ６は、厳密に一致させることは必須条件ではなく、僅かにずれていても良い。つまり、再入射した計測ビームＬ６が参照ビームＬｒ’と重なり合い、所望の干渉光Ｌ７が得られるように各ビームの光軸が設定されていれば良い。

１ レーザ測距装置
２ レーザ干渉計
３ レーザ干渉計本体部
４ 角度可変ミラー
５ 角度ずれ検出部
６ ミラー角度調整機構
３１ レーザ発振器
３２ ビームスプリッタ
３３ 参照ミラー
３４ 受光素子
５１ サンプルミラー
５２ ビーム位置検出器（ＰＳＤ）
６１ Ｘ方向スキャナ
６２ Ｙ方向スキャナ
６３ 制御部
ＥＱ 作動機器
ＷＤ 相対距離
Ｗ 基板
Ｍ 計測面
Ｗｏ 基準姿勢
Ｌ１ レーザ光
Ｌ１’ 反射したレーザ光
Ｌ２ 計測ビーム
Ｌｒ 参照ビーム
Ｌｒ’ 反射した参照ビーム
Ｌ３ 計測ビーム（角度可変ミラーで反射）
Ｌ４ 計測ビーム（計測面Ｍで反射）
Ｌ５ サンプル光（サンプルミラーで反射した光）
Ｌ６ 計測ビーム（サンプルミラーを通過、レーザ干渉計本体部に再入射）
Ｌ７ 干渉光
θｍｘ，θｍｙ ずれ角度（計測面）
θｚｘ，θｚｙ ずれ角度（計測ビームの入出射角）
θｖｘ，θｖｙ 所定角度（ミラーの調整角度）
δｘ，δｙ ずれ量（ずれ角度検出部）
Ｄ 光路長（計測面とＰＳＤ間）
ＲＣ 回転中心
ＲＰ 反射位置

Claims (4)

1. ワークと作動機器との相対距離をレーザ干渉計により測定するレーザ測距装置において、
   前記レーザ干渉計は、
   レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を計測ビームと参照ビームに分岐するビームスプリッタと、
   前記ワークの計測面で反射した計測ビームと前記参照ビームとが重なって入射することで生じる干渉光の強度を計る受光素子とを備え、
   前記ワークの計測面と前記ビームスプリッタとの間の前記計測ビームの光路には、当該計測ビームおよび当該前記ワークの計測面で反射して再入射した計測ビームを所定角度に設定して反射させる角度可変ミラーと、前記ワークの計測面で反射した計測ビームのずれ角度を検出する角度ずれ検出部とを備え、
   前記角度ずれ検出部で検出した前記ずれ角度に基づいて、前記受光素子に入射する前記参照ビームに、前記ワークの計測面で反射した計測ビームが重なるように前記角度可変ミラーの角度を調整する、ミラー角度調整機構を備えた
   ことを特徴とする、レーザ測距装置。
2. 前記角度ずれ検出部は、
   前記ワークの計測面で反射して再入射した計測ビームの一部をサンプル光として反射させるサンプルミラーと、
   前記サンプルミラーで反射した前記サンプル光の照射位置を検出するビーム位置検出器を備えたことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ測距装置。
3. 前記ワークの計測面は、当該ワークに取り付けられた光反射部材の反射面である
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のレーザ測距装置。
4. 前記ワークの計測面は、当該ワークの平坦な反射面である
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のレーザ測距装置。

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