JP5079558B2 - 表面高さ検出方法および装置 - Google Patents
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Description
このようなシステムは、コンピュータ、カメラ、光学系、検査対象となるワークの表面性状を走査できるようにカメラを複数方向へ移動可能な精密ステージを備えて構成される。
市販の先行技術システムの一例として、アメリカ合衆国イリノイ州オーロラにあるミツトヨアメリカ社(MAC)製のパソコンベースの視覚システムであるQUICK VISION(登録商標)シリーズあるいはQVPAK(登録商標)などのソフトウェアがある。
これらの視覚システム用ソフトウェアについては、その特徴および操作が非特許文献1あるいは非特許文献2などに概説されている。
これらの製品は、例えばQV-302 Proモデルに体現されるように、顕微鏡型光学系を用いて様々な倍率でワークの画像を提供することができ、また単一ビデオ画像の限界を超えてワーク表面を横切るように必要に応じてステージを動かすことができる。単一ビデオ画像は、所望の倍率、測定分解能およびこのシステムの物理的サイズ限界を前提として、観察または検査されるワークの一部のみを通常カバーする。
従来の自動焦点処置では、例えば、既知の機械座標系に対するカメラ位置における一連の画像の取得、取得された各画像の画像焦点特性(画像コントラストなど)の算出、および既知の距離および焦点特性に基づく最適焦点位置の検出など、比較的時間のかかる処置を含む。焦点画像を提供するため、このシステムは所定の最適焦点位置に移動させられてもよい。また、最適画像焦点に対応するカメラと対象物との距離は、通常システム設計または較正に基づき明らかであるので、表面高さ測定は最適焦点位置から推測される。
さらに、機械視覚検査システムにおいて、最適焦点位置または表面高さを決定するために、画像に依らない焦点センサである予備焦点センサを用いることも周知である。三角センサ、ナイフエッジ焦点センサ、色共焦点センサなどを含む様々なタイプの焦点センサが用いられてきた。しかし、このような予備焦点センサは、正反射面と乱反射面との双方で確実に働かない、解像能力に対する範囲が望ましくない、光学もしくは制御系が望ましくなく複雑である、方位分解能が欠如する、画像視界内で焦点が簡易に登録されない、などの欠点を呈してきた。
しかし、望遠鏡システムでのシャック−ハートマン型波面センサの使用に関する教示は、上記のような汎用機械視覚検査システムまたは予備センサに関する重要な問題にまで及ばない。特に、ワーク表面高さ測定、ワーク表面特性、視準されていない人工照明などに関する問題は、望遠鏡においては生じない。
本発明の方法としては、ワーク照明ビームを光源から出射し、前記ワーク照明ビームに制御可能な程度の視準を与え、前記制御可能な程度の視準を有する前記ワーク照明ビームからの光を前記対物レンズに入射し、前記ワーク照明ビームからの前記光を前記対物レンズから出射し、前記ワーク表面の検出部位近傍の照明焦点高さに焦点を合わせ、前記ワーク表面から反射されたワーク照明ビーム光を前記対物レンズへ入射し、前記反射光を前記対物レンズを通して伝達して焦点検出光線を供給し、前記焦点検出光線を照明焦点センサに入射し、前記照明焦点センサを操作して、少なくとも部分的に対物レンズの前記光軸に略平行な前記方向に沿った前記照明焦点高さの位置と対物レンズの前記光軸と略平行な前記方向に沿った前記ワーク表面の前記検出部位の位置との差によって決まる前記入射焦点検出光線の特性に依存する少なくとも一つの出力信号を供給し、前記対物レンズの前記光軸に略平行な方向に沿った前記ワーク表面の前記検出部位の前記位置を検出し、前記ワーク表面の前記検出部位の前記位置を検出する前記操作は、前記照明焦点センサからの前記少なくとも一つの出力信号が前記ワーク表面の前記検出部位の前記位置とほぼ一致する前記照明焦点高さの前記位置に対応するまで前記ワーク照明ビームに与えられた前記制御可能な程度の視準を調整する工程を含んでもよい。
本発明の方法において、少なくとも照明焦点センサ及び視準調整センサの一つを操作する工程が、波面センサを操作して少なくとも二つの局地光線角度を分かれた領域で入射光線の波面に沿ってサンプリングし、少なくとも二つの検出信号を供給し、この少なくとも二つの検出信号を含む関係が入射焦点検出光線の波面曲率の程度と一致する工程を有してもよい。
本発明の方法において、ワーク表面の検出部位の位置を明示的もしくは黙示的に検出するのに前記方法を用いることができる。つまり、ワーク表面の検出部位の位置座標は、いくつかの基準系(明示的な位置検出)に関連して決定できる。他の実施形態では、ワーク表面の検出部位が照明焦点高さの位置などの特定の位置と一致すること(暗示的位置検出)が単に検出されてもよい。
[第1実施形態]
図1は、本発明に基づく表面高さ検出装置である表面高さ・焦点センサ100の第1実施形態を示すブロック図である。
センサ100は、照明光源110、コリメータレンズ115、ミラー120、ビームスプリッタ125、視準調整素子130、ビームスプリッタ140、対物レンズ145及び波面センサ160を有する。また、センサ100に隣接して、カメラ150及びワーク表面170が設置されている。
照明光源110はコリメータレンズ115を通り抜ける光を供給し、ミラー120によってビームスプリッタ125に向かって反射される照明ビームにある程度の視準を与える。当然ながら、照明光源110は任意の操作可能な放射波長を用いることができる。例えば、以下に詳述するように、不可視スペクトルで操作する、またさもなければストロボ構造により、カメラ150でのワーク表面の画像が従来の画像化および/または他の表面測定操作に影響しないようにするのが望ましい。
視準調整素子130は電気的に調整可能な可変焦点レンズであり、システム構成要素またはワーク表面170の相対位置を変える必要なくシステムをゼロ状態にすることができる。このような構成では、ワーク表面170の高さおよび/またはシステムに適した焦点を決めるための機械的位置調整が比較的遅い従前のシステムよりも、測定が迅速に行われる。
あるいは、エレクトロウェッティング現象に基づく可変焦点距離レンズは、通常、濃度が合致する一方、異なる伝導度および屈折率を持ち、薄い絶縁層に覆われた金属基板上に被着する2つの密封非混合液体からなり、基板に電圧を印加することにより液体と液体との境界のメニスカスの曲率が変更でき、これによりレンズの焦点距離を変化させることができる。このようなレンズの一例が米国特許番号6,369,954(Berge and Peseux)に記載されている。圧力制御可変焦点距離レンズは表面の形状を物理的な圧力で変化させ、これによりレンズの焦点距離が変化する。このようなレンズが米国特許5,973,852(Task)及び米国特許3,161,718(De Luca)に記載されている。
このような画像には焦点を合わせた照明スポットが含まれてよく、表面170上のX−Y位置がこの画像から決定されてよい。あるいは、焦点を合わせた照明スポットからの光が、カメラシステムに対して不可視もしくはカメラシステムからフィルターにかけられた光を使って、または照明スポットが消された時々にカメラ150を操作することによって、カメラ150で除かれることができる。対物レンズ145からの反射照明光の第2の部分は、表面高さおよび焦点検出の目的で操作可能であり、ビームスプリッタ140により視準調整素子130を通ってビームスプリッタ125に反射されて戻され、そこで反射され、図1の実施形態では波面センサ160である照明焦点センサに入射される。
光検出器162は一対の側面影響光ダイオード(各検出スポットに対して一つ)を有してもよい。あるいは、光検出器162はカメラチップなどの光検出器アレイを有してもよい。
いずれの場合も、検出スポットDS1及びDS2は光検出器162の表面に沿った基準位置RPからそれぞれ距離SN1及びSN2にある。距離SN1と距離SN2との間の差は距離ΔSNとする。当然ながら、基準位置RPは任意に選択されてよく、この基準位置RPから距離SN1及び距離SN2が測定される。基準位置RPは光検出器162のエッジに伴って指定されてよい。また、当然ながら、光検出器162がアレイ検出器であれば、検出スポットDS1及びDS2はそれぞれいくつかのピクセルをカバーし、この場合サブピクセル位置補間を行うことが可能な重心計算を行って、各検出スポットの位置を決定してもよい。
システムの焦点が正しくワーク表面に合う(照明焦点高さがワーク表面高さと合致する)とき、波面WFは平坦で、検出スポットDS1及びDS2は対応する各レンズの光軸と揃った名目上の位置SN10及びSN20に現れ、差の測定結果は名目上の値ΔSN0を持つ。つまり、本文の技法によれば、照明焦点高さがワーク表面高さに対応するとき、名目上の位置SN10、SN20及び差の測定結果ΔSN0は検出スポットDS1及びDS2の位置に対応する。
波面センサ160の操作中、シャック−ハートマンセンサの使用に関して周知のように、波面Wfが平面でない場合、検出スポットDS1及びDS2は名目上の位置SN10及びSN20以外で光検出器162上の位置SN1及びSN2に現れる。通常、照明焦点高さがワーク表面170の高さから逸脱するとき、波面WFは平面ではない。例えば、波面160の全体的な光軸は名目上レンズL1とレンズL2との中央に位置し、個々のレンズの光軸と平行である。この場合、距離SN1がSN10より小さく、距離SN2がSN20より大きく、これに対応する差の測定結果ΔSNがΔSN0より大きければ、これがワーク表面170の高さより上の照明焦点高さと相当する。逆に、検出スポットDS1及びDS2がより近くに現れ、差の測定結果ΔSNがΔSN0より小さくなる場合、これはワーク表面高さより下の照明焦点高さに相当する。
例えば、図1を参照した上記構成に関し、検出スポットDS1及びDS2が名目上の位置から離れた位置に現れるとき、視準調整素子130は電気的に調整され照明ビームの視準を変えてワーク表面170の高さに一致させるように照明焦点高さを上昇させる。逆に、検出スポットDS1及びDS2が互いに名目上の位置より近くに現れるとき、視準調整素子130は電気的に調整され照明ビームの視準を変えてワーク表面170の高さに一致させるように照明焦点高さを降下させ、検出スポットDS1及びDS2を名目上の位置に移動する。いずれの場合も、適切に焦点の合わせられた照明スポットから反射した光は対物レンズ145を通り視準調整素子130を通る逆向きの道に沿って戻り、コリメータレンズ115から発する光と名目上同程度の視準(ΔSN0に相当する名目上一定の視準)で波面センサ160に入る。
図1に示されるように、ワークの表面の実際の高さは通常、値Zsにより表される(特定事例Zs1及びZs2が図1に示される)。修正されていない、または名目上の照明焦点高さは値Z0により表される。様々な実施形態で検査カメラ150の画像焦点高さに合致するよう適切にこれを設定してもよい。照明焦点高さの変化は視準調整信号(CAS)によりもたらされ、関数ΔZ0(CAS)により表される。この関数は、以下の式1による一般的な照明スポット焦点高さに関する。
照明スポット焦点高さ=Z0+ΔZ0(CAS) (式1)
FD=ZS−(ΔZ0+ΔZ0(CAS)) (式2)
ZS=Z0+ΔZ0(CAS) (式3)
SN1=SN10+f(FD,SP) (式4)
SN2=SN20−f(FD,SP) (式5)
上記の式に基づき、二つのレンズに対応する検出スポット位置間の名目上の距離からの偏差が以下の式6により求められる。
ΔSN=SN1−SN2=ΔSN0+2f(FD,SP) (式6)
例えば、垂線230に対応する焦点偏差FDの水準では、線210に関するデータポイントが線220に関するデータポイントよりも高くなるように示され、これにより第1型の光学表面に関する検出スポット偏差が第2型の光学表面のものより大きいことを示す。一例としては、第1型の表面が正反射性のワーク表面であるときこれが起こる可能性があり、検出器スポットに比較的よく焦点が合うようになる。これに対し、第2型の表面がより乱反射するワーク表面であるとき、検出器スポットは比較的不鮮明となり、所定の照明焦点偏差に関して検出された偏差(検出された重心位置など)は多少小さくなることがある。
図2はこのような性質を定性的に反映する。ワーク表面が乱反射するものであり、ワーク表面でぼやける照明の程度がひどいとき、検出器スポットは不鮮明となる可能性があり、その位置が正確に決定できない、あるいは、焦点が更にぼやけても検出器出力が著しく変化しなくなるような限定的なケースを考えると、この性質を理解しやすいかもしれない。
しかし、図2に示されるように、照明スポットの焦点がワーク表面高さに合っている場合、線210および線220により示される検出スポット偏差曲線同士が一致する。つまり、本発明による様々な実施形態において、表面特性に関係なく、検出器スポットがSN0にあるとき、ワーク表面はZ0にある。よって、本実施形態で、ワーク表面の高さを測定する基礎として、視準調整素子130がこの条件を満たすように調整されれば、その結果、得られる表面高さの測定結果は、名目上ワーク表面光学特性と独立である。
図3に関して以下に詳述するように、照明焦点高さを表面高さに合致させるのに必要とされる視準調整素子130における変化を測定することにより、名目上の位置Z0に対する照明焦点高さにおける変化ΔZ0が示される。よって、位置Z0からのワーク表面偏差の測定結果としてこの同じ測定結果を用いることができ、上記のように、この測定結果は測定される表面の光学表面特性SPと名目上無関係である。
前述した式1に関して述べたように、焦点高さ調整ΔZ0における変化は視準調整信号CASの関数であり、関数ΔZ0(CAS)に対応する。本発明によると、デザインまたは較正などにより、線310が公知であれば、視準調整信号CASをモニタすることで、焦点高さ調整ΔZ0に関して正確な表示ができ、これは既に述べた原理によると測定される表面の実際の高さに対応する。
以上のような第1実施形態で、表面高さ・焦点センサ100は、ΔZ0とCASとの間の関係が一定となるようにデザインされてよく、CASの値はΔZ0が所望の測定分解能を示すのに充分な分解能に応じて決定できる。このような実施形態においては、視準調整信号CASを測定することにより、所望の表面高さ測定を行うのに充分な精度が得られる。あるいは、視準調整量をより正確に測定するために、視準調整センサが用いられることがある。
図4は、本発明に従って形成された表面高さ・焦点センサ400の第2実施形態を示すブロック図である。
センサ400は視準調整センサを有し、これは図4に示される実施形態では視準調整素子130により与えられる視準調整量を正確に検出することができる第2波面センサ460にあたる。
センサ400の構成要素および操作は、特に以下の指定がない限り図1のセンサ100の構成要素および操作と同様である。
図4に示されるように、センサ400はビームスプリッタ425に加えて第2の波面センサ460を含む。照明ビームが視準調整素子130から出射されるとき、付加されたビームスプリッタ425によって光の一部が第2波面センサ460へ入射されるように導かれる点で、センサ400の操作は図1のセンサ100の操作とは異なる。それ以外の点では、波面センサ160の照明焦点スポットおよび検出スポットの基本操作は上記と同様である。
センサ400では、測定中の表面の高さを判定するため、(センサ100で用いられる)視準調整信号CASの代わりに第2波面センサ460による正確な視準調整測定が行われる。この技術を用いて、ΔZ0とCASとの関係が時間の経過の中で一定でない、または温度に影響されるなどの場合でも、(ミクロンまたはサブミクロン範囲などで)正確な表面高さ測定が行える。
しかし、当然ながら、通常、波面センサ460は視準調整素子130による調整を検出し、波面センサ460からの出力は基準値またはゼロ値にはない。つまり図4に示されるように、視準調整素子130による調整により、通常波面センサ460に入射される光が湾曲した波面WFAを有するようになる。シャック−ハートマンセンサ構造によると、図4に示されるように、湾曲した波面に起因する検出スポットDSA1及びDSA2はレンズLA1及びLA2の後方で中心に集まらない。特に、検出スポットDSA1及びDSA2の位置SCA1及びSCA2の基準位置SCA1及びSCA2からの偏差により、視準調整素子130による視準調整を正確に表すことができる。
センサ400の操作に対応して、式1−6に類似する式を立てることが出来る。詳細には、第2波面センサ460に関し、2つのレンズLA1及びLA2に対応する検出スポットDSA1及びDSA2の位置が以下の式7,式8により求められる。
SCA1= SCA10+ k(ACA) (式7)
SCA2= SCA20- k(ACA) (式8)
ΔSCA=SCA1−SCA2=ΔSCA0+2k(ACA) (式9)
よって、式3に類似する方法で図4の構成が用いられるとき、またFD=0の状態に対し(波面センサ160でΔSN=ΔSN0により示されるように)以下の式10となる。
ZS=Z0+ΔZ0(ΔSCA) (式10)
波面センサにより達成可能な分解能のレベルに関し、より長い焦点距離のレンズを使用するとき、短い焦点距離のレンズを使用した場合よりも分解能が通常高くなる。しかし、短い焦点距離のレンズを使えばより広い操作範囲を得られる。当然ながら、これらの要因は波面センサのレンズ選択に影響し、本発明によると表面焦点または高さセンサに対して所望の範囲および/または分解能特性を与えることが出来る。
本実施形態では対物レンズ145は色分散を有してもよく、この場合、赤外波長を用いて照明焦点スポットを与えるときの焦点位置は、従来のカメラ画像を提供する可視波長に好適な焦点位置と異なってよい。必要に応じて、焦点位置間の差を定性化し、表面高さ算出の動作制御用測定オフセット因子として扱ってよい。
本実施形態における波面センサ160及び波面センサ460の図示された構成は、本発明のひとつの例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
シャック−ハートマン型センサの代替的な構成として、入射波面はビームスプリッタまたはプリズムに向けられてよく、これにより入射波面は二つの分かれた光路(「L字型」または「T字型」構造など)に沿って二重化され、この分かれた光路に沿って二つのレンズが整列してよい。より一般的には、波面曲率を検出できるか、または所望の精度を持つ入射ビームの視準の程度に応じて出力を供給できる任意の波面センサが、波面センサ160,460の代わりに使用されてもよい。
図5は、本発明に従って形成された表面高さ・焦点センサ500の第3実施形態を示すブロック図である。
表面高さ・焦点センサ500の操作は図1のセンサ100の操作と類似し、同じように番号付けられた構成要素も類似または同一である。しかし、表面高さ・焦点センサ500においては、照明焦点センサは図1の実施形態において用いられた波面センサ160に代わって軸方向焦点位置センサ560である。通常ここで言う軸方向焦点位置センサとは、焦点検出光線をレンズに入射し、ほぼ光軸に沿って配置される空間フィルタリング素子に対し光軸に沿って光線の焦点をレンズが合焦する位置に依存する信号を供給するものとして説明される。空間フィルタリング素子は、様々なタイプの軸方向焦点位置センサにおいて用いられるピンホールまたはナイフエッジなどであればよい。
操作時、レンズ510はビームスプリッタ125から照明焦点検出光線を入射し、ビームスプリッタ512に合焦した光線515として伝達し、ビームスプリッタ512はこれを第1および第2測定ビーム515A及び515Bに分割する。図5に示されるように、第1孔520Aはレンズ510の名目上の焦点距離より僅かに短いレンズ510への光路長を有する位置に配置されてよく、第2孔520Bは僅かに長い光路長を有するように配置されてよい。
図6は、本発明に従って形成された表面高さ・焦点センサ600の第4実施形態を示すブロック図である。
センサ600の操作は図4のセンサ400の操作と類似し、同じように番号付けられた構成要素も類似または同一である。しかし、表面高さ・焦点センサ600においては、照明焦点センサは、図4の実施形態で用いられた波面センサ160に代わって、先に図5を参照して述べた軸方向焦点位置センサ560が用いられる。センサ600の操作については、同様に構成された要素に関する既出の記述に基づき理解可能である。
図7は、本発明に従って形成された表面高さ・焦点センサ700の第5実施形態を示すブロック図である。
センサ700の操作は図6のセンサ600の操作と類似し、同じように番号付けられた構成要素も類似または同一である。しかし、表面高さ・焦点センサ700は、独立型または付属型の表面高さ・焦点センサである。従って、センサ600には含まれるカメラ150が除かれ、センサ600でカメラ150へ同様に画像を供給した対物レンズ145の代わりに対物レンズ745を含む。
センサ700は、電力、信号および制御バス781により様々な素子に接続される信号処理および制御ユニット780も有する。信号処理および制御ユニット780は様々な検出器信号を入力でき、かつ様々な制御信号を出力でき、既に述べた原理により表面高さまたは焦点位置情報を決定ないし出力できる。その他の点では、センサ700の操作については同様に構成された要素に関する既出の記述に基づき理解されてよい。
照明焦点高さがワーク表面170の高さと一致するときに信号線526A,526Bの第1および第2検出器信号間の差がゼロ(ゼロ状態)となるように軸方向焦点位置センサ560の第1および第2孔520A,520Bを配置するのが便利である。このような場合、図8に示すように、照明スポットがワーク表面高さで合焦したとき、線810,820により示される検出スポット偏差曲線同士が一致する。
Claims (12)
- 光源からのワーク照明ビームを、対物レンズを通してワーク表面の検出部位に照射することで、前記検出部位の前記対物レンズの光軸と略平行な検出方向に沿った位置を検出する表面高さ検出方法であって、
前記光源からの前記ワーク照明ビームを視準調整素子に入射させて前記ワーク照明ビームに視準を与え、
前記視準を有する前記ワーク照明ビームの光を前記対物レンズに入射させ、前記対物レンズから出射した前記ワーク照明ビームの光を、前記検出部位の近傍にある照明焦点に合焦させ、
合焦させた前記ワーク照明ビームの光を前記ワーク表面で反射させ、反射された前記ワーク照明ビームの光を前記対物レンズへ入射させ、前記対物レンズを通った光を焦点検出光線として照明焦点センサに入射させ、
前記照明焦点センサを操作して、前記照明焦点の前記検出方向の位置と前記検出部位の前記検出方向の位置との差に少なくとも部分的に依存する少なくとも一つの出力信号を出力させ、
前記照明焦点センサから、前記ワーク表面の前記検出部位の前記検出方向の位置と前記照明焦点の前記検出方向の位置とが略一致することを示す少なくとも一つの出力信号が得られるまで前記視準調整素子の調整によって前記視準を調整し、前記視準調整素子によりなされた前記視準調整の調整量に基づいて前記検出部位の前記検出方向の位置を検出する表面高さ検出方法であり、
前記ワーク照明ビームの光を前記対物レンズに入射する前に前記調整された視準を有する前記ワーク照明ビームを分割し、
前記視準調整素子によりなされた前記視準調整の調整量により変化する、少なくとも一つの出力信号を出力する視準調整センサに対して、前記調整された視準を有する前記ワーク照明ビームの分割された一部を入射し、
前記視準調整素子によりなされた前記視準調整の調整量が前記視準調整センサからの前記少なくとも一つの出力信号に基づき決定されることを特徴とする表面高さ検出方法。 - 請求項1に記載の表面高さ検出方法において、前記焦点検出光線を前記照明焦点センサに入射させる前に、前記焦点検出光線を前記対物レンズから前記視準調整素子を通る逆経路に沿って導くことを特徴とする表面高さ検出方法。
- 請求項1または請求項2に記載の表面高さ検出方法において、前記照明焦点センサ及び前記視準調整センサのうち少なくとも一つは波面センサを有することを特徴とする表面高さ検出方法。
- 請求項1または請求項2に記載の表面高さ検出方法において、前記照明焦点センサ及び前記視準調整センサのうち少なくとも一つが軸方向焦点位置センサを有することを特徴とする表面高さ検出方法。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載の表面高さ検出方法において、前記視準調整素子の調整は、前記視準調整素子の部材を変形することで行われることを特徴とする表面高さ検出方法。
- 請求項5に記載の表面高さ検出方法において、前記視準調整素子は電気的に制御可能な可変焦点レンズを有することを特徴とする表面高さ検出方法。
- 請求項1から請求項6のいずれかに記載の表面高さ検出方法において、前記照明焦点センサはシャック−ハートマンセンサを有することを特徴とする表面高さ検出方法。
- 請求項1または請求項2に記載の表面高さ検出方法において、
前記照明焦点センサは波面センサであり、
前記波面センサを操作して、前記照明焦点の前記検出方向の位置と前記検出部位の前記検出方向の位置との差に少なくとも部分的に依存する少なくとも二つの検出器信号を出力させ、
前記波面センサから、前記ワーク表面の前記検出部位の前記検出方向の位置と前記照明焦点の前記検出方向の位置とが略一致することを示す前記二つの検出器信号が得られるまで前記視準調整素子の調整によって前記視準を調整し、前記視準調整素子により与えられる前記視準の調整量に基づいて、前記検出部位の前記検出方向の位置を検出することを特徴とする表面高さ検出方法。 - 請求項8に記載の表面高さ検出方法において、
前記焦点検出光線を前記波面センサに入射させる前に、前記焦点検出光線を前記対物レンズから前記視準調整素子を通る逆経路に沿って導くことを特徴とする表面高さ検出方法。 - 光源からのワーク照明ビームを、対物レンズを通してワーク表面の検出部位に照射することで、前記検出部位の前記対物レンズの光軸と略平行な検出方向に沿った位置を検出する表面高さ検出装置であって、
ワーク照明ビームを出射する前記光源と、
前記ワーク照明ビームが入射され、調整された視準を有するワーク照明ビームを出射する制御可能な視準調整素子と、
前記調整された視準を有する前記ワーク照明ビームの光が入射され、前記検出部位の近傍にある照明焦点に合焦させるとともに、前記ワーク表面から反射されたワーク照明ビームの光を伝達して焦点検出光線を供給する前記対物レンズと、
前記焦点検出光線を受光し、前記照明焦点の前記検出方向の位置と前記検出部位の前記検出方向の位置との間の差に少なくとも部分的に依存する少なくとも一つの出力信号を出力する照明焦点センサと、
前記照明焦点センサからの少なくとも一つの出力信号に基づき前記検出部位の前記検出方向の位置を検出する操作を実行する信号処理制御部と、
視準調整センサと、前記調整された視準を有する前記ワーク照明ビームの光を前記対物レンズに入射する前に分割し、分割された前記ワーク照明ビームの一部を前記視準調整センサに入射するように構成されたビームスプリッタと、を有し、
前記視準調整センサは、前記視準調整素子によりなされた視準調整量によって変化する少なくとも一つの出力信号を出力し、
前記信号処理制御部は、前記照明焦点センサからの前記少なくとも一つの出力信号のゼロ状態に対応する値に基づき、前記検出部位の前記検出方向の位置を検出する操作を実行するものであり、前記ゼロ状態は前記検出部位の位置と略一致する前記照明焦点の位置に対応することを特徴とする表面高さ検出装置。 - 請求項10に記載の表面高さ検出装置において、前記視準調整素子は、前記焦点検出光線を前記照明焦点センサに入射させる前に、前記対物レンズから前記視準調整素子を通る逆経路に沿って前記焦点検出光線を受光することを特徴とする表面高さ検出装置。
- 請求項10または請求項11に記載の表面高さ検出装置において、
前記信号処理制御部は、
前記視準調整素子を制御する信号を出力して、前記照明焦点センサからの前記少なくとも一つの出力信号が前記ゼロ状態を示すように前記視準調整素子に視準調整させ、
前記ゼロ状態に対応する前記視準調整量を前記視準調整センサの前記少なくとも一つの出力信号に基づき決定し、
決定した前記ゼロ状態に対応する前記視準調整量に基づき前記検出部位の位置と基準位置との間の差を決定するものであり、
前記ゼロ状態に対応する前記視準調整量と視準調整の基準量との間の差が、前記検出部位の前記位置と前記視準調整の基準量により与えられる照明焦点高さに対応する基準位置との間の差を示すことを特徴とする表面高さ検出装置。
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