JPH02254306A - Optical measuring apparatus - Google Patents
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- JPH02254306A JPH02254306A JP7759389A JP7759389A JPH02254306A JP H02254306 A JPH02254306 A JP H02254306A JP 7759389 A JP7759389 A JP 7759389A JP 7759389 A JP7759389 A JP 7759389A JP H02254306 A JPH02254306 A JP H02254306A
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は被測定面に証左されるレーザ光の反射光量に基
いてサーボ制御を行うことにより被測定面の形状測定を
非接触で行う光学測定装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention is an optical measuring device that measures the shape of a surface to be measured in a non-contact manner by performing servo control based on the amount of laser light reflected from the surface to be measured. It is related to.
従来の技術
光デイスク装置などにおいて、レーザ光のディスク面で
の反射光に基き対物レンズにフォーカスサーボをかける
技術は公知であるが、本出願人が先に出願した特願昭5
9−239751号、特願昭60−39178号、特願
昭62−76927号などでは、ディスク面の反射率に
バラ付きがあってもサーボ系を正常に動作させることが
できる技術を提案している。Conventional technology In optical disk devices, etc., the technique of applying focus servo to the objective lens based on the reflected light of the laser beam on the disk surface is well known, but the present applicant has previously filed a patent application filed in 1973.
Japanese Patent Application No. 9-239751, Japanese Patent Application No. 60-39178, Japanese Patent Application No. 62-76927, etc. propose techniques that allow the servo system to operate normally even if there are variations in the reflectance of the disk surface. There is.
ところで本出願人は特願昭59−228114号、特願
昭60−148715号などにおいて、非球面のレンズ
やミラーなどの非球面形状を、レーザ光を直接被測定面
に照射することによって測定する光学測定装置を別に提
案している。By the way, in Japanese Patent Applications No. 59-228114 and No. 60-148715, the present applicant measures the aspherical shape of an aspherical lens or mirror by directly irradiating the surface to be measured with a laser beam. A separate optical measurement device is proposed.
これは、2波長のレーザ光を測定光土佐とに夫々分離し
、測定光を被測定面に照射すると共に参照光を基準ミラ
ーに照射した後、各反射光を同一光検出器に夫々導き、
被測定面の動きによって測定光の反射光に生じる周波数
のドプラーシフトitから被測定面の動きを検出すると
いう光ヘテロゲイン法に基く干渉測長法を用いたもので
、反射光を利用して得られる誤差信号や光量信号に応じ
てフォーカスサーボやf頃きサーボをかけることにより
、±0.1〜0.01μmの超高精度測定が実現可能で
ある。This involves separating two wavelengths of laser light into measurement light and Tosa, irradiating the measurement light onto the surface to be measured and irradiating the reference light onto a reference mirror, and then guiding each reflected light to the same photodetector.
This method uses interferometric measurement based on the optical heterogain method, which detects the movement of the surface to be measured from the Doppler shift it of the frequency that occurs in the reflected light of the measurement light due to the movement of the surface to be measured. By applying focus servo or f-circle servo according to the error signal and light amount signal, ultra-high precision measurement of ±0.1 to 0.01 μm can be achieved.
発明が解決しようとする課題
ところで光学測定装置においては、光デイスク面の反射
率のバラ付きと異なり反射率は被測定面によって0%か
ら100%まで広い範囲にわたっている。Problems to be Solved by the Invention In optical measurement devices, unlike the variation in reflectance on the surface of an optical disk, the reflectance varies over a wide range from 0% to 100% depending on the surface to be measured.
従って上記従来の技術をそのまま適用しても、光学測定
装置における測定可能な反射率の範囲を広げることは困
難である。Therefore, even if the above-mentioned conventional technique is applied as is, it is difficult to expand the range of reflectance that can be measured by an optical measuring device.
父上記光学測定装置にように波長の互いに異なるレーザ
光を使用する場合波長によっては同一被測定面であって
も反射率が異なることもあるという特殊な使用条件を満
たさなければならない。When laser beams with different wavelengths are used as in the optical measuring device described above, special conditions of use must be met in that the reflectance of the same surface to be measured may differ depending on the wavelength.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、広い範囲
の反射率に対してサーボゲインを略一定にすることがで
きる光学測定装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical measuring device that can make the servo gain substantially constant over a wide range of reflectance.
課題を解決するための手段
請求項1記載の光学測定装置は、被測定面に照射してレ
ーザ光の反射光に基いてサーボ制御を行う光学測定装置
において、被測定面の反射率に応じてサーボゲインの切
替えが可能なゲイン切替え手段を備えたことを特徴とす
る
請求項2記載の光学測定装置は、フォーカスサーボに用
いられるレーザ光の被測定面における反射率に応じてサ
ーボゲインの切替えが可能なゲイン切替え手段と、傾き
サーボに用いられるレーザ光の被測定面における反射率
に応じてサーボゲインの切替えが可能なゲイン切替え手
段とを備えると共に、量切替え手段の連動及び独立作動
を選択するための選択手段を備えたことを特徴とする。Means for Solving the Problems The optical measurement device according to claim 1 is an optical measurement device that performs servo control based on reflected light of a laser beam irradiated onto a surface to be measured. The optical measuring device according to claim 2, further comprising gain switching means capable of switching the servo gain, is characterized in that the servo gain is switched according to the reflectance of the laser beam used for focus servo on the surface to be measured. and gain switching means capable of switching the servo gain according to the reflectance of the laser beam used for the tilt servo on the surface to be measured, and select interlocking or independent operation of the amount switching means. It is characterized by having a selection means for.
尚、上記各構成において、レーザ光の被測定面からの反
射光量をモニター可能なモニター手段を設けると好適で
ある。In each of the configurations described above, it is preferable to provide a monitoring means capable of monitoring the amount of laser light reflected from the surface to be measured.
作 用
請求項1記載の発明によれば、被測定面の反射率に応じ
てサーボゲインを切替えることができるので、広い範囲
の反射率に対してサーボゲインを略一定にすることがで
き、測定可能な被測定面の範囲を拡大することができる
。According to the invention described in claim 1, since the servo gain can be switched according to the reflectance of the surface to be measured, the servo gain can be made substantially constant over a wide range of reflectance, and the measurement can be performed easily. The range of possible surfaces to be measured can be expanded.
請求項2記載の発明によれば、使用するレーザ光ごとに
夫々のサーボゲインを連動して、又は独立して切替える
ことができるので、同一被測定面においてレーザ光の波
長に起因する反射率に相違に対しても、夫々のサーボゲ
インを略一定にすることができる。この結果、フォーカ
スサーボと傾きサーボとを夫々の反射率に応じて正常に
動作させることができるので、波長の異なるレーザ光を
用いた光学測定装置における超高精度測定の実現を可能
とすることができる。According to the invention as claimed in claim 2, since each servo gain can be switched in conjunction or independently for each laser beam used, the reflectance due to the wavelength of the laser beam on the same surface to be measured can be changed. Even for differences, the respective servo gains can be made substantially constant. As a result, the focus servo and tilt servo can be operated normally according to their respective reflectances, making it possible to achieve ultra-high precision measurement in optical measurement devices that use laser beams of different wavelengths. can.
尚、レーザ光の被測定面における反射光量をモニター可
能なモニター手段を設けることにより、測定中の被測定
面の反射率を確認しながらゲイン切替えを行うことがで
きる。By providing a monitor capable of monitoring the amount of laser light reflected from the surface to be measured, it is possible to switch the gain while checking the reflectance of the surface to be measured during measurement.
実施例
本発明の一実施例における光学測定装置を、第1図〜第
14図を参照しながら説明する。Embodiment An optical measuring device according to an embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 14.
本装置は、X−Y−Z座標位置を光ヘテロゲイン法に基
いて測定するものであり、半導体レーザ光(λ−780
nm)Gを被測定物1の被測定面2に集光し、その反射
光に基いてフォーカスサーボをかける七共に、測定用H
e−Neゼーマンレーザ光(λ−633nm)Fを被測
定面2に垂直に集光し、その反射光に基いて傾き補正サ
ーボをかけながら被測定面2の形状測定を行うものであ
る。This device measures the X-Y-Z coordinate position based on the optical heterogain method, and uses semiconductor laser light (λ-780
The measurement H
E-Ne Zeeman laser light (λ-633 nm) F is focused perpendicularly onto the surface to be measured 2, and the shape of the surface to be measured 2 is measured while applying tilt correction servo based on the reflected light.
第3図に示す同装置の全体構成において、3は本体ベー
スとしての下部石定盤、4はこの下部石定盤3との間に
Xテーブル5及びYテーブル6を介してX−Y方向に移
動可能な上部石定盤、7は上部石定盤4の前面に設けら
れZ方向に移動可能に支持されたZ移動部、8は被測定
物1を保持するL字状の保持台、9はこの保持台8をY
方向の軸P(第11図参照)まわりに回転させるエアー
スピンドル、10はこのエアースピンドル9を昇降可能
に支持し且つZ方向の軸Qまわりに旋回可能な旋回台で
ある。In the overall configuration of the device shown in Fig. 3, 3 is a lower stone surface plate serving as the base of the main body, and 4 is connected to this lower stone surface plate 3 through an X table 5 and a Y table 6 in the X-Y direction. a movable upper stone surface plate; 7 is a Z moving part provided on the front surface of the upper stone surface plate 4 and supported movably in the Z direction; 8 is an L-shaped holding base for holding the object to be measured 1; 9; is this holding table 8
An air spindle 10 that rotates around an axis P in the direction (see FIG. 11) is a swivel base that supports the air spindle 9 so that it can move up and down and can rotate around an axis Q in the Z direction.
Z移動部7は、第1図に示すように、リニアモータ10
を介してバネ11により上部右足I!14に吊持されて
いる。Z移動部7の内部には、第4図に示すように、半
導体レーザ光Gを放射する半導体レーザ12が設置され
ている。半導体レーザ12から放射された半導体レーザ
光Gは、レンズ13、偏光プリズム14、λ/4波長板
15を通過してグイクロイックミラー16で下向きに全
反射され、対物レンズ17の開ロー杯に入射して被測定
物1の被測定面2に集光する。半導体レーザ光Gの集光
位置は、ゼーマンレーザ光FのZ座標測定に用いられる
測定光Fz、の照射位置と略−敗する。被測定面2が傾
いていれば、半導体レーザ光Gの反射光の一部は前記対
物レンズ17の開口外に向けて反射させられるが、残部
は対物レンズ17の開口内に向けて反射させられる。対
物レンズ17に戻った反射光はグイクロイックミラー1
6及び偏光プリズム14で全反射され、レンズ18で集
光されてハーフミラ−19で二分割される。As shown in FIG. 1, the Z moving section 7 includes a linear motor 10
Upper right foot I! by spring 11 through ! It is suspended from 14. Inside the Z moving section 7, as shown in FIG. 4, a semiconductor laser 12 that emits semiconductor laser light G is installed. The semiconductor laser beam G emitted from the semiconductor laser 12 passes through the lens 13 , the polarizing prism 14 , and the λ/4 wavelength plate 15 , is totally reflected downward by the guichroic mirror 16 , and is reflected by the open low cup of the objective lens 17 . The light enters and is focused on the surface to be measured 2 of the object to be measured 1 . The condensing position of the semiconductor laser beam G is approximately the same as the irradiation position of the measurement light Fz used for measuring the Z coordinate of the Zeeman laser beam F. If the surface to be measured 2 is tilted, a part of the reflected light of the semiconductor laser beam G is reflected outside the aperture of the objective lens 17, but the rest is reflected into the aperture of the objective lens 17. . The reflected light returning to the objective lens 17 is reflected by the guichroic mirror 1
6 and polarizing prism 14, condensed by lens 18, and divided into two by half mirror 19.
分割された各反射光は、焦点前及び焦点後に設置された
夫々のピンホール20を通過し、夫々の光検出器21に
照射される。対物レンズ17の集光位置が被測定面2に
あれば、第5図に示すように、各光検出器21で検出さ
れる光量は最大となる、被測定面2と対物レンズ17と
の間の距離(2方向)が変化すると、第6図に示すよう
に、各光検出器21上の照射位置がズして光量が低下す
る、これら光検出器21の出力の差から、第1図に示す
フォーカス誤差信号発生部22でフォーカス誤差信号が
発生する。第1図においてスイッチSW、が仮想線で示
す位置にあるとき、駆動回路23はこのフォーカス誤差
信号がゼロとなるようにリニアモータ10を制御し、Z
移動部7をZ方向に移動させる。このようにして、半導
体レーザ光Gと次に述べるゼーマンレーザ光Fの測定光
Fz。Each of the divided reflected lights passes through each pinhole 20 installed before and after the focus, and is irradiated onto each photodetector 21. If the focusing position of the objective lens 17 is on the surface to be measured 2, as shown in FIG. When the distance (in two directions) changes, the irradiation position on each photodetector 21 shifts and the amount of light decreases, as shown in FIG. A focus error signal is generated in a focus error signal generating section 22 shown in FIG. When the switch SW is in the position indicated by the phantom line in FIG. 1, the drive circuit 23 controls the linear motor 10 so that the focus error signal becomes zero, and the Z
The moving unit 7 is moved in the Z direction. In this way, the measurement light Fz of the semiconductor laser light G and the Zeeman laser light F, which will be described next.
の集光位置が常に被測定面2にあるようにフォーカスサ
ーボがかけられる。Focus servo is applied so that the light convergence position is always on the surface to be measured 2.
2つの周波数f5、f2で発振するHe−Neゼーマン
周波数安定化レーザ24から放射されたレーザ光Fの一
部は、第1のハーフミラ−25を透過した後、第2のハ
ーフミラ−26で分離されて測定位置のx−Y座標測定
に用いられる。一方、第1のハーフミラ−25で反射さ
れたレーザ光Fzは、測定位置のZ座標測定に用いられ
る。このレーザ光Fzは偏光プリズム27で、測定光F
z、と参照光Fz、とに分離される。測定光Fz、の周
波数f、と参照光Fz、の周波数f2との差は数百K1
1zで、互いに垂直な直線偏光となっている。尚、X−
Y座標測定に使用されるレーザ光Fx、Fyも、各光路
途中で夫々のコーナキューブ44によって測定光Fx+
、FV+と参照光r”xg、Fyzとに分離される。A part of the laser light F emitted from the He-Ne Zeeman frequency stabilized laser 24 that oscillates at two frequencies f5 and f2 passes through the first half mirror 25 and is separated by the second half mirror 26. It is used to measure the x-y coordinates of the measurement position. On the other hand, the laser beam Fz reflected by the first half mirror 25 is used to measure the Z coordinate of the measurement position. This laser beam Fz is polarized by a polarizing prism 27, and is converted into a measuring beam F.
z, and reference light Fz. The difference between the frequency f of the measurement light Fz and the frequency f2 of the reference light Fz is several hundred K1.
1z, and are linearly polarized light that is perpendicular to each other. Furthermore, X-
The laser beams Fx and Fy used for Y coordinate measurement are also converted into measuring beams Fx+ by the respective corner cubes 44 in the middle of each optical path.
, FV+ and reference beams r''xg and Fyz.
Z座標測定に用いられる測定光Fz、は、第7図に示す
ように、P偏波を全透過しS偏波を部分透過する特殊偏
光プリズム28と、ファラデー素子29と、λ/2板3
0とを通過し、S偏波となって偏光プリズム31で全反
射される。そしてλ/4板32、集光レンズ33を通過
し、ミラー34上に集光して反射された測定光Fz、は
前記λ/4板32によってP偏波となり、前記偏光プリ
ズム31を全透過して対物レンズ17に入射し、被測定
面2に垂直に集光される。被測定面2からの反射光は上
記入射光と同一光路を戻るが、S偏波となって特殊偏光
プリズム2日で一部反射された後、偏光プリズム27で
全反射され、Z軸先検出器3.5に達する。被測定面2
の形状測定時は、被測定面2上の測定点のZ座標の変動
速度に応じて前記反射光の周波数がドプラーシフトし、
f、+Δとなる。尚、反射光の光路が被測定面2の傾き
に応じてズレようとする際は、特殊偏光プリズム28で
一部反射された反射光を4分割光検出器36が検知し、
集光レンズ移動手段37により集光レンズ33をX−Y
方向に移動させて入射光の対物しンズ17への入射位置
を変化させることにより、常に反射光が同一光路を戻る
ように傾き補正サーボがかけられる。As shown in FIG. 7, the measurement light Fz used for the Z coordinate measurement consists of a special polarizing prism 28 that completely transmits P polarized waves and partially transmits S polarized waves, a Faraday element 29, and a λ/2 plate 3.
0, becomes S-polarized wave, and is totally reflected by the polarizing prism 31. Then, the measurement light Fz that passes through the λ/4 plate 32 and the condensing lens 33, is focused on the mirror 34, and is reflected becomes P polarized light by the λ/4 plate 32, and is completely transmitted through the polarizing prism 31. The light then enters the objective lens 17 and is focused perpendicularly to the surface to be measured 2 . The reflected light from the surface to be measured 2 returns along the same optical path as the above-mentioned incident light, but it becomes S-polarized and is partially reflected by the special polarizing prism 2 days, then totally reflected by the polarizing prism 27, and the Z-axis destination is detected. Reaches vessel 3.5. Measured surface 2
When measuring the shape of
f, +Δ. Note that when the optical path of the reflected light is about to deviate depending on the inclination of the surface to be measured 2, the 4-split photodetector 36 detects the reflected light that is partially reflected by the special polarizing prism 28.
The condenser lens 33 is moved in XY direction by the condenser lens moving means 37.
By moving in the direction to change the position of incidence of the incident light on the objective lens 17, tilt correction servo is applied so that the reflected light always returns along the same optical path.
一方、参照光Fzzは前記偏光プリズム27で全反射さ
れた後、レンズ38によってZ軸ミラー39上に集光さ
れ、反射されて前記Z軸先検出器35に達する0反射光
の周波数は、X、Yテーブル5.6の移動真直度などの
誤差により、r!十δとなる。従ってZ軸先検出器35
では、(f1+Δ)−(f2+δ)がビート信号として
検出され、2座標検出装置37において被測定面2の測
定位置のZ座標が正確に得られる。On the other hand, the reference light Fzz is totally reflected by the polarizing prism 27 and then condensed onto the Z-axis mirror 39 by the lens 38, and the frequency of the zero reflected light that is reflected and reaches the Z-axis tip detector 35 is , due to errors such as movement straightness of Y table 5.6, r! It becomes ten δ. Therefore, the Z-axis tip detector 35
Then, (f1+Δ)−(f2+δ) is detected as a beat signal, and the two-coordinate detection device 37 accurately obtains the Z coordinate of the measurement position on the surface to be measured 2.
尚、被測定面2の測定位置のX、Y座標は、Z移動部7
に設置したX、Y軸ミラー38.39に集光されたF
xl、 F ytの反射光と、下部石定盤l側に設置し
たX、Y軸ミラー40.41に集光された参照光Fx1
.Fyiの反射光との周波数の差によって、X、Y細光
検出器42.43で検出される。Note that the X and Y coordinates of the measurement position on the surface to be measured 2 are determined by the Z moving unit 7.
F focused on the X and Y axis mirrors 38 and 39 installed at
The reflected light of
.. Based on the frequency difference between Fyi and the reflected light, it is detected by the X and Y narrow photodetectors 42 and 43.
被測定物1を保持する保持台8は、第8図に示すように
、Z軸スライド板45、X軸スライド板46、基板47
から基本構成されたスライドガイド装置を介してZ−x
方向移動可能にエアースピンドル9に取付けられている
。これらZ軸スライド板45、X軸スライド板46、基
板47は磁性体からなっている。Z軸スライド板45は
背面側に形成されたX方向の凹溝部48が、X軸スライ
ド板46の前面側に形成されたX方向の凸部49に面接
触状態で嵌合している。X軸スライド板46の背面側に
形成されたX方向の凹溝部50は、基板47の前面側に
形成されたX方向の凸部51に面接触状態で嵌合してい
る。これら凹溝部4850及び凸部49.51の表面は
平滑に研磨されている。As shown in FIG. 8, the holding stand 8 that holds the object to be measured 1 includes a Z-axis slide plate 45, an X-axis slide plate 46, and a substrate 47.
Z-x via a slide guide device basically constructed from
It is attached to the air spindle 9 so as to be movable in the direction. These Z-axis slide plate 45, X-axis slide plate 46, and substrate 47 are made of magnetic material. In the Z-axis slide plate 45, an X-direction concave groove 48 formed on the back side fits into an X-direction convex portion 49 formed on the front side of the X-axis slide plate 46 in a surface contact state. An X-direction concave groove 50 formed on the back side of the X-axis slide plate 46 fits into an X-direction convex portion 51 formed on the front side of the substrate 47 in surface contact. The surfaces of these concave groove portions 4850 and convex portions 49.51 are polished smooth.
X軸スライド板46の上面に固定された保持部材52は
、Z軸道リネジ53を回転可能に保持している。2軸送
りネジ53のネジ蔀は、Z軸スライド板45の上部に螺
設された雌ネジ部54に螺合している。X軸スライド板
46の両側面に取付けられた枠部材55の一方は、X軸
送りネジ56を回転可能に保持している。X軸送りネジ
56のネジ部は、基板47の一側部に穿設された雌ネジ
部57に螺合している。この基板47の略中央部には、
2軸スライド板45、X軸スライド板46のスライドを
固定する固定ネジ58のネジ部に螺合する雌ネジ部59
が穿設されている。X軸スライド仮46の略中央部には
、固定ネジ58の軸部を挿通するX方向の長孔50が開
設されている。A holding member 52 fixed to the upper surface of the X-axis slide plate 46 rotatably holds the Z-axis line screw 53. The threaded end of the two-axis feed screw 53 is threaded into a female threaded portion 54 threaded onto the top of the Z-axis slide plate 45. One of the frame members 55 attached to both sides of the X-axis slide plate 46 rotatably holds an X-axis feed screw 56. A threaded portion of the X-axis feed screw 56 is screwed into a female threaded portion 57 bored in one side of the board 47. At approximately the center of this board 47,
A female screw portion 59 that screws into the screw portion of a fixing screw 58 that fixes the slides of the two-axis slide plate 45 and the X-axis slide plate 46.
is drilled. An elongated hole 50 extending in the X direction is formed approximately at the center of the temporary X-axis slide 46, through which the shaft of a fixing screw 58 is inserted.
Z軸スライド板45の略中央部には前記軸部を挿通する
大径の角孔61が開設されている。X軸スライド板46
には四つの円孔62が開設され、各円孔62に非磁性体
からなる円筒カラー63を周囲に備えた円柱状の磁石6
4が嵌着されている。A large diameter rectangular hole 61 is provided approximately at the center of the Z-axis slide plate 45, through which the shaft portion is inserted. X-axis slide plate 46
Four circular holes 62 are opened in the hole 62, and each circular hole 62 has a cylindrical magnet 6 with a cylindrical collar 63 made of a non-magnetic material surrounding it.
4 is fitted.
磁石64の両端面は、X軸スライド板46の表面より若
干沈んでいる0本実施例では磁石64の磁性体に対する
吸着力により、X軸スライド板46とZ軸スライド板4
5及び基板47との密着性を更に向上させている。磁石
64の材質はサマリウムコバルトが好適であるが、それ
以外の材質を用いてもよい。Both end surfaces of the magnet 64 are slightly sunken below the surface of the X-axis slide plate 46. In this embodiment, the attraction force of the magnet 64 to the magnetic material causes the X-axis slide plate 46 and Z-axis slide plate 4
5 and the substrate 47 is further improved. The material of the magnet 64 is preferably samarium cobalt, but other materials may be used.
このようなスライドガイド装置において、保持台8上の
被測定物1をX方向に移動させる場合は、第9図に示す
ように、Z軸道リネジ53を回転操作してZ軸スライド
板45を微調スライドさせる。X方向に移動させる場合
は、第10図に示すように、X送すネジ56を回転操作
してX軸スライド板46を微調スライドさせる。固定す
る際は固定ネジ58によって締付ける0本実施例のスラ
イドガイド装置によれば、被測定面2の極座標測定時な
どにおいて生じるガタ付きが事実上全くなく、被測定面
2の超高精度測定の実現に寄与するところ大である。In such a slide guide device, when moving the object to be measured 1 on the holding table 8 in the X direction, as shown in FIG. Slide finely. When moving in the X direction, as shown in FIG. 10, the X-axis slide plate 46 is finely slid by rotating the X-feeding screw 56. When fixing, tighten the fixing screw 58. According to the slide guide device of this embodiment, there is virtually no looseness that occurs during polar coordinate measurement of the surface to be measured 2, and it is possible to measure the surface to be measured 2 with ultra-high precision. This will greatly contribute to its realization.
前記旋回台10は、第3図に示すように、エアースピン
ドル9が設置固定された支持板65と、この支持板65
を昇降可能に案内支持する四本の支持柱66と、これら
支持柱66が立設された旋回基盤67とを備えている。As shown in FIG. 3, the swivel base 10 includes a support plate 65 on which the air spindle 9 is installed and fixed, and this support plate 65.
It is provided with four support columns 66 that guide and support the robot so as to be movable up and down, and a swing base 67 on which these support columns 66 are erected.
旋回基盤67は枢支ピン68によって旋回可能に枢支さ
れている。旋回基盤67上には、支持板65に穿設され
た雌ネジ部に螺合する送りネジ69と、この送りネジ6
9を回転させるモータ70とが配設されている。The pivot base 67 is pivotably supported by a pivot pin 68. On the rotating base 67, there is a feed screw 69 that screws into a female threaded portion bored in the support plate 65, and
A motor 70 for rotating the motor 9 is provided.
送りネジ69はその下部に固定されたギア71とこのギ
ア71に噛合するウオーム72とを介して回転させられ
る。The feed screw 69 is rotated via a gear 71 fixed to its lower part and a worm 72 that meshes with the gear 71.
このように構成された旋回台10によれば、保持台8に
被測定物1を保持させて被測定面2の形状測定を行う場
合は、第11図及び第12図に実線で示す測定位置に保
持台8を設置する。より大きな被測定物lの形状測定を
行う場合は、第11図に示すように、モータ70を駆動
してエアースピンドル9をその上端部が上部石定盤2の
下端部よりも低い位置に下降させる0次にこの状態で旋
回台lOを、第12図に矢印で示す方向に枢支ビン68
を中心として旋回させる。これにより、保持台8をZ移
動部7下方の測定位置から退避位置に移動させることが
でき、Z移動部7の下方空間を拡大することができる。According to the swivel table 10 configured in this way, when measuring the shape of the surface to be measured 2 while holding the object 1 on the holding table 8, the measurement position shown by the solid line in FIGS. 11 and 12 is A holding stand 8 is installed at. When measuring the shape of a larger object to be measured, the motor 70 is driven to lower the air spindle 9 to a position where its upper end is lower than the lower end of the upper stone surface plate 2, as shown in FIG. Next, in this state, move the swivel base 1O to the pivot pin 68 in the direction shown by the arrow in FIG.
Rotate around the center. Thereby, the holding table 8 can be moved from the measurement position below the Z moving part 7 to the retracted position, and the space below the Z moving part 7 can be expanded.
尚、極座標測定を行う場合は被測定面2の近似曲率中心
がエアースピンドル9の回転軸Pと一致するようにモー
タ70でエアースピンドル9を昇降させる。When performing polar coordinate measurement, the air spindle 9 is moved up and down by the motor 70 so that the approximate center of curvature of the surface to be measured 2 coincides with the rotation axis P of the air spindle 9.
次に、第1図及び第2図を用いて、フォーカスサーボ系
の詳細な説明を行う。Next, the focus servo system will be explained in detail using FIGS. 1 and 2.
第3図において、73はZ移動部7のZ方向における平
衡位置からの変位量を検出する位置検出器、74は位置
検出器73からの出力によって位置信号を発生する位置
信号発生回路、75は位置信号に基いてZ移動部7のZ
方向に位置を表示する位置表示手段、76は0.3Hz
の周波数発振器77は2移動部7をZ方向に移動させる
ためのボリューム、78はボリューム77の操作設定電
圧に基きバネ11の復元力の影響をなくすように位置信
号を増幅して駆動回路23に信号を送る差動増幅器、7
9はゲインコントロール回路、80は被測定面2の反射
率に応じてサーボゲインの切替え操作を行うための操作
部である。この操作部には、第2図に示すように、半導
体レーザ光G及びゼーマンレーザ光Fの被測定面2での
各反射率を三つの範囲に切替えるための反射率切替スイ
ッチと、両レーザ光G、Fの反射率切替えの連動と独立
作動とを選択するための連動スイッチと、各レーザ光G
、、Fの反射光量を表示する反射光量モニターメータと
を備えている。In FIG. 3, 73 is a position detector that detects the amount of displacement of the Z moving unit 7 from the equilibrium position in the Z direction, 74 is a position signal generation circuit that generates a position signal based on the output from the position detector 73, and 75 is a Z of the Z moving unit 7 based on the position signal
Position display means for displaying the position in the direction, 76 is 0.3Hz
A frequency oscillator 77 is a volume for moving the second moving part 7 in the Z direction, and a frequency oscillator 78 amplifies the position signal based on the operation setting voltage of the volume 77 to eliminate the influence of the restoring force of the spring 11 and sends it to the drive circuit 23. differential amplifier to send the signal, 7
9 is a gain control circuit, and 80 is an operation unit for switching the servo gain according to the reflectance of the surface 2 to be measured. As shown in FIG. 2, this operation section includes a reflectance changeover switch for switching the reflectance of the semiconductor laser beam G and the Zeeman laser beam F on the surface to be measured 2 into three ranges, and a An interlocking switch for selecting between interlocking and independent operation of G and F reflectance switching, and each laser beam G
, , F is equipped with a reflected light amount monitor meter that displays the amount of reflected light.
これにより、被測定面2の反射率に応じて夫々のサーボ
ゲインを切替えることができるので、広い範囲の反射率
に対してサーボゲインを略一定にすることができ、高精
度測定可能な被測定面2の範囲を拡大することができる
。又同一被測定面2においてレーザ光G、Fの波長に起
因する反射率の相違にも対処することができるので、フ
ォーカスサーボと傾きサーボとを夫々の反射率に応じて
正常に動作させることができる。更に、測定中の被測定
面2の反射率を夫々のレーザ光G、Fにおいて確認しな
がらゲイン切替えを行うことができる。尚、本実施例で
は対応可能な反射率の範囲を3〜100%としているが
、0〜100%としてもよい。As a result, each servo gain can be switched according to the reflectance of the surface to be measured 2, so the servo gain can be kept approximately constant over a wide range of reflectance, allowing high-precision measurement to be performed. The range of surface 2 can be expanded. Furthermore, since it is possible to deal with differences in reflectance caused by the wavelengths of the laser beams G and F on the same surface to be measured 2, the focus servo and tilt servo can be operated normally according to their respective reflectances. can. Furthermore, gain switching can be performed while checking the reflectance of the surface to be measured 2 during measurement using the respective laser beams G and F. In this embodiment, the range of reflectance that can be handled is 3 to 100%, but it may be 0 to 100%.
以上のように構成された光学測定装置において非曲面レ
ンズを被測定物1としその被測定面2の形状測定を行う
には、先ず被測定物1を保持台8上に保持させる。この
とき、エアースピンドル9の回転軸Pが被測定面2の曲
率中心を通るようにエアースピンドル9を昇降又はスラ
イドガイド装置をX−Z方向に微調スライドさせる0次
にボリューム77を操作してZ移動部7をZ方向に移動
させ、第13図に示すように、対物レンズ17を被測定
面2の先端部に対するフォーカス位置の上方1〜2II
IIlの位置に初期位置を設定する。このとき、同図に
示すようなスケール81を上部石定盤4の前面側に設置
しておくと好適である。In order to measure the shape of the surface to be measured 2 using the non-curved lens as the object to be measured 1 in the optical measurement apparatus configured as described above, the object to be measured 1 is first held on the holding table 8 . At this time, the air spindle 9 is raised and lowered or the slide guide device is finely slid in the X-Z direction so that the rotation axis P of the air spindle 9 passes through the center of curvature of the surface 2 to be measured. The moving unit 7 is moved in the Z direction, and the objective lens 17 is moved to a position 1 to 2II above the focus position with respect to the tip of the surface to be measured 2, as shown in FIG.
Set the initial position to the position IIl. At this time, it is preferable to install a scale 81 as shown in the figure on the front side of the upper stone surface plate 4.
スイッチSw、をオンにすると、Z移動部7はフォーカ
ス誤差信号が出るまで、すなわち対物レンズ17がフォ
ーカス引き込み範囲に達するまで下降する。フォーカス
誤差信号が検出されたらスイッチSwtを切替えてフォ
ーカスサーボをかける。これにより、対物レンズ17を
フォーカス位置に引き込むことができる。When the switch Sw is turned on, the Z moving section 7 descends until a focus error signal is output, that is, until the objective lens 17 reaches the focus pull-in range. When a focus error signal is detected, switch Swt is switched to apply focus servo. Thereby, the objective lens 17 can be pulled into the focus position.
次に被測定面2のX−¥−Z座標における測定原点S(
図示せず)を求める方法を、第14図を参照しながら説
明する。Next, the measurement origin S (
(not shown) will be explained with reference to FIG.
現在のレーザ光Gの被測定面2上の集光位置を初期原点
(Xa、Za)S、とじ、この初期原点S0の同−Y座
標位置での被測定面2の中心からのズレ量を求めて第1
の目標原点S1を得るため、同−Y座標位置において初
期原点S6近傍の一定範囲で二位置のX−Z座標を測定
する。夫々のXZ座標を、(X、、Zd、)、(X t
、 Z dz)とする。The current focusing position of the laser beam G on the surface to be measured 2 is defined as the initial origin (Xa, Za)S, and the amount of deviation of this initial origin S0 from the center of the surface to be measured 2 at the same -Y coordinate position is calculated. First thing to look for
In order to obtain the target origin S1, the X-Z coordinates of two positions are measured in a certain range near the initial origin S6 at the same -Y coordinate position. The respective XZ coordinates are (X,, Zd,), (X t
, Z dz).
測定によって得られた測定面(第1図実線)の計算球面
(第1図仮想線)からのズレ量をZdとすると、
X” +Y” + (Z+R−Zd)” =R2と置け
る。Let Zd be the amount of deviation of the measurement surface (solid line in Figure 1) obtained by measurement from the calculation sphere (imaginary line in Figure 1), then it can be set as X'' + Y'' + (Z + R - Zd)'' = R2.
但し、Rは初期原点S0近傍の曲率半径である。However, R is the radius of curvature near the initial origin S0.
一方、計算球面はR−、/”−主二r−=■]−測定面
はR−−XIXa)” −Za
なので、Zdは、
−−−+a −Zaと
なる。On the other hand, the calculation sphere is R-, /"-principal two r-=■]-the measurement surface is R--XIXa)"-Za, so Zd becomes ---+a-Za.
ここでX(Rとすると、
Zd #R−X”÷2R−R+ (XIXa)”+2R
=Za
”’ ((XIXa)” −X” )+2R=Za#X
a −X+R+Xa”+2R−Zaここで、Xa”+
2R=Zaなので、
Zd =Xa−X+R,となる。Here, if X(R), Zd #R-X”÷2R-R+ (XIXa)”+2R
=Za"'((XIXa)"-X")+2R=Za#X
a -X+R+Xa"+2R-Zawhere, Xa"+
Since 2R=Za, Zd=Xa−X+R.
故に、
Xa =R+X−Zd
”R・(Zdl zaz) ” (XI Xz)以
上のようにして、第1の目標原点S、を得ることができ
る。以下、同様にして、この第1の目標原点S1近傍の
同−X座標位置における二位置のY−Z座標を測定し、
第1の目標原点S1の被測定面2の中心からのズレ量を
求めて第2の目標原点St (図示せず)を得る。Therefore, Xa = R + X - Zd "R. (Zdl zaz) " (XI Xz) In the above manner, the first target origin S can be obtained. Thereafter, in the same manner, the Y-Z coordinates of two positions at the same -X coordinate position near the first target origin S1 are measured,
The amount of deviation of the first target origin S1 from the center of the surface to be measured 2 is determined to obtain a second target origin St (not shown).
この第2の目標原点Szは被測定面2の中心に一致する
ので、この目標原点S2を被測定レンズ面のx−y−z
座標における測定原点Sとして被測定面2の形状測定を
行うことにより、X−Y方向に対称な範囲を測定するこ
とができる。又これに基いて、極座標測定を行う場合の
測定位置を決めることもできる。This second target origin Sz coincides with the center of the surface to be measured 2, so this target origin S2 is
By measuring the shape of the surface to be measured 2 using the measurement origin S in the coordinates, it is possible to measure a symmetrical range in the X-Y direction. Based on this, it is also possible to determine the measurement position when performing polar coordinate measurement.
本発明は上記実施例に示すほか、種々の態様に構成する
ことができる。例えば使用するレーザ光の種類やその波
長及び反射率の切替え範囲などは上記実施例に示すもの
に限定されず、必要に応じて適宜設計することができる
。The present invention can be configured in various ways other than those shown in the above embodiments. For example, the type of laser light to be used, its wavelength, and the switching range of reflectance are not limited to those shown in the above embodiments, and can be appropriately designed as necessary.
発明の効果
請求項1記載の発明によれば、広い範囲の反射率に対し
てサーボゲインを略一定にすることができ、測定可能な
被測定面の範囲を拡大することができる。Effects of the Invention According to the invention described in claim 1, the servo gain can be made substantially constant over a wide range of reflectance, and the range of the surface to be measured that can be measured can be expanded.
請求項2記載の発明によれば、同一被測定面においてレ
ーザ光の波長に起因する反射率に相違に対しても夫々の
サーボゲインを略−・定にすることができるので、波長
の異なるレーザ光を用いた光学測定装置における超高精
度測定の実現を可能とすることができる。According to the second aspect of the invention, the respective servo gains can be kept approximately constant even when the reflectance differs due to the wavelength of laser light on the same surface to be measured. It is possible to realize ultra-high precision measurement in an optical measurement device using light.
第1図は本発明の一実施例の光学測定装置におけるフォ
ーカスサーボ系のブロック図、第2図は同装置における
反射率切替え操作部の正面図、第3図は同装置の全体構
成を示す概略斜視図、第4図はその光路図、第5図は対
物レンズがフォーカス位置にあるときの光路図、第6図
は対物レンズがフォーカス位置から外れたときの光路図
、第7図は同装置における傾きサーボ系の光路図、第8
図は同装置において被測定物の保持枠をエアースピンド
ルに対してX−Z方向に移動可能に案内支持するスライ
ドガイド装置の分解斜視図、第9図はその縦断側面図、
第10図はその横断平面図、第11図は同装置における
旋回台の正面図、第12図はその平面図、第13図は同
装置における対物レンズの位置設定の説明図、第14図
は同装置において被測定面上のY方向における初期原点
から目標原点を求める概略説明図である。
79・・・・・・ゲインコントロール回路、80・・・
・・・操作部、FSG・・・・・・レーザ光。
代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第
図
79−−−ケ゛イ>コ>l(1−4@ 1180・−8
作郁
第
図
第
図
第
図
第
図
第
図
2を
第
図Fig. 1 is a block diagram of a focus servo system in an optical measurement device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a front view of a reflectance switching operation section in the same device, and Fig. 3 is a schematic diagram showing the overall configuration of the device. A perspective view, Fig. 4 is an optical path diagram, Fig. 5 is an optical path diagram when the objective lens is in the focus position, Fig. 6 is an optical path diagram when the objective lens is out of the focus position, and Fig. 7 is the same device. Optical path diagram of the tilt servo system in
The figure is an exploded perspective view of a slide guide device that guides and supports the holding frame of the object to be measured in the same device so as to be movable in the X-Z direction relative to the air spindle, and FIG. 9 is a vertical side view thereof.
Fig. 10 is a cross-sectional plan view thereof, Fig. 11 is a front view of the swivel table in the same device, Fig. 12 is a plan view thereof, Fig. 13 is an explanatory diagram of the position setting of the objective lens in the same device, and Fig. 14 is a FIG. 2 is a schematic explanatory diagram for determining a target origin from an initial origin in the Y direction on a surface to be measured in the same apparatus. 79...gain control circuit, 80...
...Operation unit, FSG...Laser light. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano (1 person)
Figure 2
Claims (3)
ーボ制御を行う光学測定装置において、被測定面の反射
率に応じてサーボゲインの切替えが可能なゲイン切替え
手段を備えたことを特徴とする光学測定装置。(1) An optical measurement device that performs servo control based on the reflected laser beam that irradiates the surface to be measured, and is equipped with a gain switching means that can switch the servo gain according to the reflectance of the surface to be measured. An optical measurement device featuring:
面における反射率に応じてサーボゲインの切替えが可能
なゲイン切替え手段と、傾きサーボに用いられるレーザ
光の被測定面における反射率に応じてサーボゲインの切
替えが可能なゲイン切替え手段とを備えると共に、両切
替え手段の連動及び独立作動を選択するための選択手段
を備えたことを特徴とする光学測定装置。(2) A gain switching means that can switch the servo gain according to the reflectance of the laser beam used for focus servo on the measured surface, and a gain switching means that can change the servo gain according to the reflectance of the laser beam used for tilt servo on the measured surface. What is claimed is: 1. An optical measuring device comprising: gain switching means capable of switching gain; and selection means for selecting interlocking or independent operation of both switching means.
能なモニター手段を備えたことを特徴とする請求項1又
は2記載の光学測定装置。(3) The optical measuring device according to claim 1 or 2, further comprising a monitor means capable of monitoring the amount of laser light reflected from the surface to be measured.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7759389A JPH02254306A (en) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | Optical measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7759389A JPH02254306A (en) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | Optical measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02254306A true JPH02254306A (en) | 1990-10-15 |
Family
ID=13638259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7759389A Pending JPH02254306A (en) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | Optical measuring apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02254306A (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6233341A (en) * | 1985-08-06 | 1987-02-13 | Canon Inc | Optical information recording and reproducing device |
JPS6374126A (en) * | 1986-09-17 | 1988-04-04 | Pioneer Electronic Corp | Focus servo device |
-
1989
- 1989-03-28 JP JP7759389A patent/JPH02254306A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6233341A (en) * | 1985-08-06 | 1987-02-13 | Canon Inc | Optical information recording and reproducing device |
JPS6374126A (en) * | 1986-09-17 | 1988-04-04 | Pioneer Electronic Corp | Focus servo device |
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