JP5332013B2 - フォーカシング制御装置、非接触測定装置およびフォーカシングサーボ制御方法 - Google Patents
フォーカシング制御装置、非接触測定装置およびフォーカシングサーボ制御方法 Download PDFInfo
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Description
(フォーカシング制御装置の機能的な構成)
図1は、この発明の一実施形態にかかるフォーカシング制御装置の機能的構成を示す機能ブロック図である。図1に示すように、フォーカシング制御装置1は、例えば光ビーム発生部3と、対物レンズ5と、光学系7と、信号生成部9とを備えて構成されている。
次に、本実施形態に係るフォーカシング制御装置の具体的な構成について、光学式変位計を用いて説明する。図4は、光学式変位計を示すブロック図である。光学式変位計21は、対物レンズ5および光軸方向(すなわち、上方向である図4中矢印Aで示す方向、下方向である矢印Bで示す方向)に対物レンズ5を移動させるアクチュエータ23を備える。
本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の具体的な一部の動作について、上述した光学式変位計21を用いて説明する。図5は、フォーカシング制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。まず、半導体レーザ31から光ビーム(照射光)L1が発射される(ステップS100)。発射された光ビームは集光レンズ35および対物レンズ5を通ってワークWの測定面Mに照射される。
非接触測定装置は、ワークWの測定面Mとの距離を変位量として非接触に検出し、これを基にして各種測定を実行する(例えば、図6に示したような測定面Mの形状評価や粗さ評価、倣い測定など)。この発明の一実施形態にかかる非接触測定装置は、上記光学式変位計21を含む構成であるため、この光学式変位計21をワークW上で移動させて測定面Mを測定した際の測定面Mの段差や端面における外乱光に合焦した場合は、次のように動作することができる。
Claims (9)
- 測定面に向けて光ビームを発生する光ビーム発生手段と、
前記測定面に光ビームが照射されることにより前記測定面で反射された反射光が入射する対物レンズと、
前記対物レンズを通った反射光を二つの分割光に分割すると共に、前記対物レンズの移動に伴って前記分割光の光量を増減させる光学系と、
前記対物レンズと前記測定面とを前記光軸に沿った方向に相対移動させる移動手段と、
前記測定面からの反射光を受光して得られる受光信号を光電変換してフォーカスエラー信号を生成する受光信号処理手段と、
前記フォーカスエラー信号に基づいて前記測定面が前記対物レンズの焦点位置に位置するように前記対物レンズを前記光軸に沿って移動させる制御を行う移動制御手段と、を備えたフォーカシング制御装置において、
前記移動制御手段は、高周波信号を生成する発振手段と、前記発振手段により生成された高周波信号をON/OFF制御信号に基づいて前記移動手段を制御する制御信号に重畳する信号合成手段とを備え、
前記信号合成手段により前記高周波信号が前記制御信号に重畳される間、前記移動制御手段の機能を弱めるフィルタを備える
ことを特徴とするフォーカシング制御装置。 - 前記受光信号処理手段は、前記受光信号の光量を判定する光量判定手段を備え、
前記移動制御手段は、前記受光信号処理手段により出力されたフォーカスエラー信号を監視して前記対物レンズの合焦条件を満たしているか否かを判定するフォーカスエラー信号監視手段を備え、前記フォーカスエラー信号監視手段により前記フォーカスエラー信号が前記対物レンズの合焦条件を満たしていると判定され、かつ前記光量判定手段により前記受光信号の光量が所定の条件を満たしていると判定された場合に、前記信号合成手段を介して前記高周波信号を前記制御信号に重畳したうえで、前記移動手段を制御して前記対物レンズを前記光軸に沿った方向に微細振動させる
ことを特徴とする請求項1記載のフォーカシング制御装置。 - 前記光学系は、ピンホール方式により前記反射光を複数の受光素子によりそれぞれ受光する構造からなり、
前記移動制御手段は、前記光量判定手段により前記受光信号の光量があらかじめ設定された光量レベル未満であると判定されたときに、前記対物レンズを微細振動させる
ことを特徴とする請求項2記載のフォーカシング制御装置。 - 前記光学系は、ナイフエッジ方式により前記反射光を複数の受光素子によりそれぞれ受光する構造からなり、
前記移動制御手段は、前記光量判定手段により前記受光信号の光量が等しく、かつ光量レベルが0を含む近傍値の範囲内であると判定されたときに、前記対物レンズを微細振動させる
ことを特徴とする請求項2記載のフォーカシング制御装置。 - 測定面上の測定すべき測定ポイントを入力する入力手段と、
前記入力手段を用いて入力された前記測定ポイントとの距離を変位量として非接触に検出する、請求項1〜4のいずれか1項記載のフォーカシング制御装置を含む光学式変位計と
を備えたことを特徴とする非接触測定装置。 - 測定面に向けて光ビーム発生手段により発生された光ビームを照射するとともに前記測定面で反射された反射光に基づいて、前記測定面に対して光軸に沿った方向に相対移動可能である対物レンズを移動させることにより、前記測定面が前記対物レンズの焦点位置に位置するように制御するフォーカシングサーボ制御方法において、
前記測定面からの反射光を受光して得られる受光信号を光電変換してフォーカスエラー信号を生成する受光信号処理工程と、
前記フォーカスエラー信号に基づいて前記測定面が前記対物レンズの焦点位置に位置するように前記対物レンズを前記光軸に沿って移動させる制御を行う移動制御工程とを備え、
前記移動制御工程は、高周波信号を生成する発振工程と、前記高周波信号をON/OFF制御信号に基づいて前記対物レンズを移動制御する制御信号に重畳する信号合成工程とを含み、
前記高周波信号が前記制御信号に重畳される間、前記移動制御工程手段の機能を弱めるフィルタリング処理工程を含む
ことを特徴とするフォーカシングサーボ制御方法。 - 前記受光信号処理工程は、前記受光信号の光量を判定する光量判定工程を含み、
前記移動制御工程は、前記受光信号処理工程にて得られたフォーカスエラー信号を監視して前記対物レンズの合焦条件を満たしているか否かを判定するフォーカスエラー信号監視工程と、前記フォーカスエラー信号監視工程にて前記フォーカスエラー信号が前記対物レンズの合焦条件を満たしていると判定され、かつ前記光量判定工程にて前記受光信号の光量が所定の条件を満たしていると判定された場合に、前記信号合成工程にて前記発振工程で生成された高周波信号を前記制御信号に重畳し、前記対物レンズを前記光軸に沿った方向に微細振動させる
ことを特徴とする請求項6記載のフォーカシングサーボ制御方法。 - 前記移動制御工程では、ピンホール方式により前記反射光を受光する場合に、前記光量判定工程にて前記受光信号の光量があらかじめ設定された光量レベル未満であると判定されたときに、前記対物レンズを微細振動させることを特徴とする請求項7記載のフォーカシングサーボ制御方法。
- 前記移動制御工程では、ナイフエッジ方式により前記反射光を受光する場合に、前記光量判定工程にて前記受光信号の光量が等しく、かつ光量レベルが0を含む近傍値の範囲内であると判定されたときに、前記対物レンズを微細振動させることを特徴とする請求項7記載のフォーカシングサーボ制御方法。
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