JPH0743110A - 二段検出式非接触位置決め装置 - Google Patents
二段検出式非接触位置決め装置Info
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- JPH0743110A JPH0743110A JP5203746A JP20374693A JPH0743110A JP H0743110 A JPH0743110 A JP H0743110A JP 5203746 A JP5203746 A JP 5203746A JP 20374693 A JP20374693 A JP 20374693A JP H0743110 A JPH0743110 A JP H0743110A
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- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
Abstract
(57)【要約】
【目的】 散乱光の影響を受けずに高精度な位置合わせ
ができる二段検出式非接触位置決め装置を提供する。 【構成】 光位置検出機構３が、中央の光軸Ｋ4 対応位
置にスリット部１７を有する第１光位置検出器１５と、
該スリット部１７を通過した測定光束Ｓ9 を受光する第
２光位置検出器１６とを備えたものであり、且つ第２光
位置検出器１６の測定光束受光時に第１光位置検出器１
５が非検出状態となるように切換自在とされており、光
学機構２の結像レンズ１３、１４が、第１光位置検出器
１５及び第２光位置検出器１６に各々対応して備えられ
ている。測定光束としては、半導体レーザや、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザなどが好適である。
ができる二段検出式非接触位置決め装置を提供する。 【構成】 光位置検出機構３が、中央の光軸Ｋ4 対応位
置にスリット部１７を有する第１光位置検出器１５と、
該スリット部１７を通過した測定光束Ｓ9 を受光する第
２光位置検出器１６とを備えたものであり、且つ第２光
位置検出器１６の測定光束受光時に第１光位置検出器１
５が非検出状態となるように切換自在とされており、光
学機構２の結像レンズ１３、１４が、第１光位置検出器
１５及び第２光位置検出器１６に各々対応して備えられ
ている。測定光束としては、半導体レーザや、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザなどが好適である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は対象物の表面に対して
非接触で高精度な焦点合わせを行うことができる二段検
出式非接触位置決め装置に関する。
非接触で高精度な焦点合わせを行うことができる二段検
出式非接触位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】様々なサイズ、形状、物性を有する対象
物へ、光学的に非接触で焦点位置合わせを行うことは、
技術的に大変に難しい課題である。従来のこのような焦
点位置合わせ技術としては、コンピュータによる画像処
理を利用したものが一般的である。
物へ、光学的に非接触で焦点位置合わせを行うことは、
技術的に大変に難しい課題である。従来のこのような焦
点位置合わせ技術としては、コンピュータによる画像処
理を利用したものが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな画像処理技術にあっては、装置が大掛かりになるこ
と、画像走査のため焦点位置合わせ速度が遅くなるこ
と、また輝度分布による影響を受けるため信頼性の面で
も必ずしも満足のいくものでなかった。
うな画像処理技術にあっては、装置が大掛かりになるこ
と、画像走査のため焦点位置合わせ速度が遅くなるこ
と、また輝度分布による影響を受けるため信頼性の面で
も必ずしも満足のいくものでなかった。
【０００４】そこで、本発明者は上記のような課題を解
決するために、先にレーザ光線を利用した非接触位置決
め装置を提案した（特開昭６２−７５４１１号参照）。
即ち、測定光束としてレーザを照射するレーザ照射機構
と、測定光束を光軸と平行に導くためのミラー手段と、
測定光束を屈折して対象物に導き且つ対象物から反射し
た測定光束を再度屈折する対物レンズと、対象物にて反
射し対物レンズにて屈折された測定光束を、光軸上で結
像させる結像レンズを有する光学機構と、結像レンズを
経た測定光束を受光して位置信号を出力する二分割型の
光位置検出機構と、光位置検出機構からの信号に応じて
少なくとも対象物又は対物レンズのいずれかを移動させ
ることにより、測定光束を対象物の表面へ自動的に焦点
位置合わせする焦点位置合わせ機構と、を備えた非接触
位置決め装置を提案した。
決するために、先にレーザ光線を利用した非接触位置決
め装置を提案した（特開昭６２−７５４１１号参照）。
即ち、測定光束としてレーザを照射するレーザ照射機構
と、測定光束を光軸と平行に導くためのミラー手段と、
測定光束を屈折して対象物に導き且つ対象物から反射し
た測定光束を再度屈折する対物レンズと、対象物にて反
射し対物レンズにて屈折された測定光束を、光軸上で結
像させる結像レンズを有する光学機構と、結像レンズを
経た測定光束を受光して位置信号を出力する二分割型の
光位置検出機構と、光位置検出機構からの信号に応じて
少なくとも対象物又は対物レンズのいずれかを移動させ
ることにより、測定光束を対象物の表面へ自動的に焦点
位置合わせする焦点位置合わせ機構と、を備えた非接触
位置決め装置を提案した。
【０００５】この発明はこの先の提案を更に改良し、更
に高精度な位置合わせができる装置を提供するものであ
る。
に高精度な位置合わせができる装置を提供するものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る二段検出式非接触位置決め装置は、測定光束としてレ
ーザを照射するレーザ照射機構と、測定光束を光軸と平
行に導くためのミラー手段と、測定光束を屈折して対象
物に導き且つ対象物から反射した測定光束を再度屈折す
る対物レンズと、対象物で反射されて対物レンズにて屈
折された測定光束を、光軸上で結像させる結像レンズを
有する光学機構と、結像レンズを経た測定光束を受光し
て位置信号を出力する二分割型の光位置検出機構と、光
位置検出機構からの位置信号に応じて少なくとも対象物
又は対物レンズのいずれかを移動させることにより、測
定光束を対象物の表面へ自動的に焦点位置合わせする焦
点位置合わせ機構と、を備えた非接触位置決め装置にお
いて、前記光位置検出機構が、中央の光軸対応位置にス
リット部を有する第１光位置検出器と、該第１光位置検
出器のスリット部を通過した測定光束を受光する第２光
位置検出器とを備えたものであり、且つ第２光位置検出
器の測定光束受光時に第１光位置検出器が非検出状態と
なるように切換自在とされており、前記光学機構の結像
レンズが、第１光位置検出器及び第２光位置検出器に各
々対応して備えられているものである。
る二段検出式非接触位置決め装置は、測定光束としてレ
ーザを照射するレーザ照射機構と、測定光束を光軸と平
行に導くためのミラー手段と、測定光束を屈折して対象
物に導き且つ対象物から反射した測定光束を再度屈折す
る対物レンズと、対象物で反射されて対物レンズにて屈
折された測定光束を、光軸上で結像させる結像レンズを
有する光学機構と、結像レンズを経た測定光束を受光し
て位置信号を出力する二分割型の光位置検出機構と、光
位置検出機構からの位置信号に応じて少なくとも対象物
又は対物レンズのいずれかを移動させることにより、測
定光束を対象物の表面へ自動的に焦点位置合わせする焦
点位置合わせ機構と、を備えた非接触位置決め装置にお
いて、前記光位置検出機構が、中央の光軸対応位置にス
リット部を有する第１光位置検出器と、該第１光位置検
出器のスリット部を通過した測定光束を受光する第２光
位置検出器とを備えたものであり、且つ第２光位置検出
器の測定光束受光時に第１光位置検出器が非検出状態と
なるように切換自在とされており、前記光学機構の結像
レンズが、第１光位置検出器及び第２光位置検出器に各
々対応して備えられているものである。
【０００７】請求項２記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置は、前記レーザ照射機構が、一定パルス
の半導体レーザを照射するレーザ発生手段と、半導体レ
ーザを平行光にするレンズ手段と、半導体レーザをビー
ム状の測定光束にするためのスリット手段を備えたもの
であり、光位置検出機構が前記一定パルスの半導体レー
ザのみを検出するものである。
触位置決め装置は、前記レーザ照射機構が、一定パルス
の半導体レーザを照射するレーザ発生手段と、半導体レ
ーザを平行光にするレンズ手段と、半導体レーザをビー
ム状の測定光束にするためのスリット手段を備えたもの
であり、光位置検出機構が前記一定パルスの半導体レー
ザのみを検出するものである。
【０００８】請求項３記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置は、前記レーザ照射機構が、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザを照射するレーザ発生手段である。
触位置決め装置は、前記レーザ照射機構が、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザを照射するレーザ発生手段である。
【０００９】請求項４記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置は、測定光束と光軸との距離を調整すべ
く、前記レーザ照射機構を光軸に対して接離する方向で
移動可能としたものである。
触位置決め装置は、測定光束と光軸との距離を調整すべ
く、前記レーザ照射機構を光軸に対して接離する方向で
移動可能としたものである。
【００１０】請求項５記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置は、測定光束と光軸との距離を調整すべ
く、レーザ照射機構からの測定光束を最初に受けるミラ
ー手段を該測定光束に対して接離する方向で移動可能と
したものである。
触位置決め装置は、測定光束と光軸との距離を調整すべ
く、レーザ照射機構からの測定光束を最初に受けるミラ
ー手段を該測定光束に対して接離する方向で移動可能と
したものである。
【００１１】
【作用】請求項１記載の発明に係る二段検出式非接触位
置決め装置は、光位置検出機構が第１光位置検出器と第
２光位置検出器による二段検出方式となっている。第１
光位置検出器は粗調整用で、第２光位置検出器は微調整
用として機能する。すなわち、対象物で反射されて光学
機構を通過してきた測定光束は、検出物の形状や表面粗
さ等による散乱光、光学機構内部の散乱光などによる影
響を受けるため、その散乱光を含む測定光束をそのまま
検出したのでは正確な検出が行えない。そこで、この散
乱光を含んだ測定光束をまず第１光位置検出器で検出
し、対物レンズ又は対象物のいずれかを移動させて、焦
点位置の粗調整を行う。粗調整された測定光束は結像レ
ンズを経て第１光位置検出器の光軸位置に導かれるた
め、第１光位置検出器のスリット部を通過して第２光位
置検出器へ当たる。第２光位置検出器が測定光束を受光
すると、第１光位置検出器が光検出状態となり、その後
は第２光位置検出器にて精密な焦点位置合わせが行われ
る。すなわち、第１光位置検出器が非検出状態となり、
単なる遮蔽体となるため、検出精度に悪影響を与える散
乱光などは全てこの第１光位置検出器にてカットされる
ため、第２光位置検出器では本来の測定光束のみに基づ
いた正確な焦点位置合わせが行われることとなる。
置決め装置は、光位置検出機構が第１光位置検出器と第
２光位置検出器による二段検出方式となっている。第１
光位置検出器は粗調整用で、第２光位置検出器は微調整
用として機能する。すなわち、対象物で反射されて光学
機構を通過してきた測定光束は、検出物の形状や表面粗
さ等による散乱光、光学機構内部の散乱光などによる影
響を受けるため、その散乱光を含む測定光束をそのまま
検出したのでは正確な検出が行えない。そこで、この散
乱光を含んだ測定光束をまず第１光位置検出器で検出
し、対物レンズ又は対象物のいずれかを移動させて、焦
点位置の粗調整を行う。粗調整された測定光束は結像レ
ンズを経て第１光位置検出器の光軸位置に導かれるた
め、第１光位置検出器のスリット部を通過して第２光位
置検出器へ当たる。第２光位置検出器が測定光束を受光
すると、第１光位置検出器が光検出状態となり、その後
は第２光位置検出器にて精密な焦点位置合わせが行われ
る。すなわち、第１光位置検出器が非検出状態となり、
単なる遮蔽体となるため、検出精度に悪影響を与える散
乱光などは全てこの第１光位置検出器にてカットされる
ため、第２光位置検出器では本来の測定光束のみに基づ
いた正確な焦点位置合わせが行われることとなる。
【００１２】請求項２記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置では、測定光束として一定パルスのビー
ム状半導体レーザを用い、且つ光位置検出機構がその一
定パルスの半導体レーザのみを検出するものであるた
め、検出精度が更に高まる。
触位置決め装置では、測定光束として一定パルスのビー
ム状半導体レーザを用い、且つ光位置検出機構がその一
定パルスの半導体レーザのみを検出するものであるた
め、検出精度が更に高まる。
【００１３】請求項３記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置では、測定光束としてＨｅ−Ｎｅレーザ
を用いたので、非常に細いビームが得られ、検出精度が
格段と向上する。
触位置決め装置では、測定光束としてＨｅ−Ｎｅレーザ
を用いたので、非常に細いビームが得られ、検出精度が
格段と向上する。
【００１４】請求項４記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置では、レーザ照射機構を光軸に対して接
離する方向で移動させ、測定光束と光軸との距離を調整
できるため、対物レンズから対象物に照射される測定光
束の照射角度を変化させることができる。つまり、測定
光束が光軸に近ければ対物レンズの中心部付近で屈折さ
れるため、対象物に対する照射角度が大きくなり（垂直
に近くなり）、逆に測定光束が光軸から遠ければ対物レ
ンズの外周部付近で屈折されるため、対象物に対する照
射角度が小さくなる。照射角度が大きい場合は対象物の
表面が透明体でも測定光束が反射されずに内部へ入って
いくため、透明体内部の不透明体に焦点を合わせること
ができ、照射角度が小さい場合は測定光束が透明体表面
で反射されるため、透明体表面に焦点を合わせることが
できる。
触位置決め装置では、レーザ照射機構を光軸に対して接
離する方向で移動させ、測定光束と光軸との距離を調整
できるため、対物レンズから対象物に照射される測定光
束の照射角度を変化させることができる。つまり、測定
光束が光軸に近ければ対物レンズの中心部付近で屈折さ
れるため、対象物に対する照射角度が大きくなり（垂直
に近くなり）、逆に測定光束が光軸から遠ければ対物レ
ンズの外周部付近で屈折されるため、対象物に対する照
射角度が小さくなる。照射角度が大きい場合は対象物の
表面が透明体でも測定光束が反射されずに内部へ入って
いくため、透明体内部の不透明体に焦点を合わせること
ができ、照射角度が小さい場合は測定光束が透明体表面
で反射されるため、透明体表面に焦点を合わせることが
できる。
【００１５】請求項５記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置では、レーザ照射機構からの測定光束を
最初に受けるミラー手段を該測定光束に対して接離する
方向で移動可能としたため、測定光束と光軸との距離を
調整できる。つまり、測定光束の照射位置を固定し、ミ
ラー手段を移動させることにより、光軸の方を測定光束
に対して接離させる構造となっている。従って、請求項
３の場合と同様に、対物レンズで屈折された測定光束の
対象物表面に対する照射角度を変化させることができ
る。
触位置決め装置では、レーザ照射機構からの測定光束を
最初に受けるミラー手段を該測定光束に対して接離する
方向で移動可能としたため、測定光束と光軸との距離を
調整できる。つまり、測定光束の照射位置を固定し、ミ
ラー手段を移動させることにより、光軸の方を測定光束
に対して接離させる構造となっている。従って、請求項
３の場合と同様に、対物レンズで屈折された測定光束の
対象物表面に対する照射角度を変化させることができ
る。
【００１６】
【実施例】以下、この発明の好適な実施例を図面に基づ
いて説明する。図１〜図６はこの発明の第１実施例を示
す図である。この実施例の二段検出式非接触位置決め装
置は、レーザ照射機構１と、光学機構２と、光位置検出
機構３と、焦点位置合わせ機構４とより構成されてい
る。
いて説明する。図１〜図６はこの発明の第１実施例を示
す図である。この実施例の二段検出式非接触位置決め装
置は、レーザ照射機構１と、光学機構２と、光位置検出
機構３と、焦点位置合わせ機構４とより構成されてい
る。
【００１７】レーザ照射機構１：レーザ照射機構１は、
ハウジング５に設置され、測定光束Ｓとして一定パルス
の半導体レーザを発生するレーザ発生手段６と、該半導
体レーザ発生手段６から発せられた測定光束Ｓとしての
半導体レーザを平行光にするコリメータレンズ７と、コ
リメータレンズ７を通過した測定光束Ｓを数μｍの細い
ビーム状の測定光束Ｓ1 にするスリット手段８と、から
成っている。この、レーザ照射機構１は、図中ｅ1 方向
に移動自在で、測定光束Ｓ1 を後述する光軸Ｋ1 に対し
て接離自在としている。
ハウジング５に設置され、測定光束Ｓとして一定パルス
の半導体レーザを発生するレーザ発生手段６と、該半導
体レーザ発生手段６から発せられた測定光束Ｓとしての
半導体レーザを平行光にするコリメータレンズ７と、コ
リメータレンズ７を通過した測定光束Ｓを数μｍの細い
ビーム状の測定光束Ｓ1 にするスリット手段８と、から
成っている。この、レーザ照射機構１は、図中ｅ1 方向
に移動自在で、測定光束Ｓ1 を後述する光軸Ｋ1 に対し
て接離自在としている。
【００１８】光学機構２：測定光束Ｓ1 〜を導く光路を
形成するためのものであり、前記レーザ照射機構１から
照射された測定光束Ｓ1 を直角に反射すべく、該測定光
束Ｓ1 に対して４５°の角度で配置された第１ダイクロ
イックミラー９と、該第１ダイクロイックミラー９と同
じ角度で配置されたハーフミラー１０と、前記第１ダイ
クロイックミラー９と同じ角度で且つ反射面を向かい合
わせにした第２ダイクロイックミラー１１と、対物レン
ズ１２と、また大小２つの第１・第２結像レンズ１３、
１４を備えている。従って、この光学機構２には、４本
の光軸Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 が形成される。また、前
記第１・第２ダイクロイックミラー９、１１は、それぞ
れこの実施例に係る測定光束Ｓ1 〜の波長のみを反射
し、他の波長を反射する特性を有する。
形成するためのものであり、前記レーザ照射機構１から
照射された測定光束Ｓ1 を直角に反射すべく、該測定光
束Ｓ1 に対して４５°の角度で配置された第１ダイクロ
イックミラー９と、該第１ダイクロイックミラー９と同
じ角度で配置されたハーフミラー１０と、前記第１ダイ
クロイックミラー９と同じ角度で且つ反射面を向かい合
わせにした第２ダイクロイックミラー１１と、対物レン
ズ１２と、また大小２つの第１・第２結像レンズ１３、
１４を備えている。従って、この光学機構２には、４本
の光軸Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 が形成される。また、前
記第１・第２ダイクロイックミラー９、１１は、それぞ
れこの実施例に係る測定光束Ｓ1 〜の波長のみを反射
し、他の波長を反射する特性を有する。
【００１９】光位置検出機構３：光学機構２における光
軸Ｋ4 上の結像レンズ１３、１４の後には、第１光位置
検出器１５、第２光位置検出器１６がそれぞれ設けられ
ている。各光位置検出器１５、１６は、それぞれ２分割
ホトセンサー１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂから構成
されており、第１光位置検出器１５は粗調整用として機
能し、第２光位置検出器１６は微調整用として機能す
る。そして、第１光位置検出器１５のホトセンサー１５
ａ、１５ｂ間には、後述する測定光束Ｓ9 よりも若干広
い数μｍ程度のスリット部１７が形成されている。第２
光位置検出器１６にはこのスリット部１７を通過して第
２結像レンズ１４を経た測定光束Ｓ10だけが受光される
ようになっており、第２光位置検出器１６が測定光束Ｓ
10を受光すると、第１光位置検出器１５が非検出状態に
切換わるようになっている。また、各光位置検出器１
５、１６は、レーザ照射装置１から照射される一定パル
スの測定光束Ｓ10のみ検出可能なので、その他のパルス
の光は検出しないようになっている。この実施例におけ
る各光位置検出器１５、１６は、半導体光位置検出器
（ホトダイオード）で、画像上で走査を行わず、ホトセ
ンサー１５ａ、１６ａ又は、１５ｂ、１６ｂのどちらに
受光されたかによって、測定光束Ｓ10の位置情報を含ん
だ位置信号を得ることができ、ＣＣＤ、ＭＯＳ等の固体
撮像素子に比べてより高い分解能をもち、高いサンプリ
ンググレードを得ることができる。更に、各光位置検出
器１５、１６は、検出した測定光束Ｓ10のスポットの重
心位置を出力するだけなので、輝度分布が変化しても影
響を受けず、対象物Ｔの表面におけるコントラストによ
って焦点位置合わせ精度が影響を受けない（つまり、耐
ノイズ性、測定の確実性が高い）。
軸Ｋ4 上の結像レンズ１３、１４の後には、第１光位置
検出器１５、第２光位置検出器１６がそれぞれ設けられ
ている。各光位置検出器１５、１６は、それぞれ２分割
ホトセンサー１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂから構成
されており、第１光位置検出器１５は粗調整用として機
能し、第２光位置検出器１６は微調整用として機能す
る。そして、第１光位置検出器１５のホトセンサー１５
ａ、１５ｂ間には、後述する測定光束Ｓ9 よりも若干広
い数μｍ程度のスリット部１７が形成されている。第２
光位置検出器１６にはこのスリット部１７を通過して第
２結像レンズ１４を経た測定光束Ｓ10だけが受光される
ようになっており、第２光位置検出器１６が測定光束Ｓ
10を受光すると、第１光位置検出器１５が非検出状態に
切換わるようになっている。また、各光位置検出器１
５、１６は、レーザ照射装置１から照射される一定パル
スの測定光束Ｓ10のみ検出可能なので、その他のパルス
の光は検出しないようになっている。この実施例におけ
る各光位置検出器１５、１６は、半導体光位置検出器
（ホトダイオード）で、画像上で走査を行わず、ホトセ
ンサー１５ａ、１６ａ又は、１５ｂ、１６ｂのどちらに
受光されたかによって、測定光束Ｓ10の位置情報を含ん
だ位置信号を得ることができ、ＣＣＤ、ＭＯＳ等の固体
撮像素子に比べてより高い分解能をもち、高いサンプリ
ンググレードを得ることができる。更に、各光位置検出
器１５、１６は、検出した測定光束Ｓ10のスポットの重
心位置を出力するだけなので、輝度分布が変化しても影
響を受けず、対象物Ｔの表面におけるコントラストによ
って焦点位置合わせ精度が影響を受けない（つまり、耐
ノイズ性、測定の確実性が高い）。
【００２０】焦点位置合わせ機構４：焦点位置合わせ機
構４としては、サーボ回路によってモータを駆動させる
非常に動作スピードの速い「サーボ機構」を採用してい
る。この焦点位置合わせ機構４は対物レンズ１２を図中
ｅ2 方向で移動自在に支持しており、各光位置検出器１
５、１６からの位置信号に応じて、各ホトセンサー１５
ａ、１６ａと１５ｂ、１６ｂのバランスをとるように、
対象物Ｔと対物レンズ１２との距離ｆを調整できるよう
になっている。
構４としては、サーボ回路によってモータを駆動させる
非常に動作スピードの速い「サーボ機構」を採用してい
る。この焦点位置合わせ機構４は対物レンズ１２を図中
ｅ2 方向で移動自在に支持しており、各光位置検出器１
５、１６からの位置信号に応じて、各ホトセンサー１５
ａ、１６ａと１５ｂ、１６ｂのバランスをとるように、
対象物Ｔと対物レンズ１２との距離ｆを調整できるよう
になっている。
【００２１】次に、この二段検出式非接触位置決め装置
の動作を説明する。焦点が合っている状態（図１参照） レーザ発生手段６から発せられた測定光束Ｓとしての半
導体レーザはコリメータレンズ７にて平行光にされた
後、スリット手段８にて数μｍの細いビーム光線にされ
て外に照射され、光軸Ｋ1 と平行な測定光束Ｓ1 とな
る。この測定光束Ｓ1 は第１ダイクロイックミラー９に
て反射され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ2となる。こ
の測定光束Ｓ2 はハーフミラー１０を通過した後、第２
ダイクロイックミラー１１に反射され、光軸Ｋ3 と平行
な測定光束Ｓ3 となる。そして、この測定光束Ｓ3 は対
物レンズ１２にて屈折され、対象物Ｔへ向かう測定光束
Ｓ4 となる。図１の場合は、対物レンズ１２と対象物Ｔ
がちょうど焦点距離ｆとなっているため、対物レンズ１
２で屈折された測定光束Ｓ4 は対象物Ｔの光軸Ｋ3 上に
ある焦点Ｐに、照射角度θでもって当たり、そこで反射
されて測定光束Ｓ5 となる。
の動作を説明する。焦点が合っている状態（図１参照） レーザ発生手段６から発せられた測定光束Ｓとしての半
導体レーザはコリメータレンズ７にて平行光にされた
後、スリット手段８にて数μｍの細いビーム光線にされ
て外に照射され、光軸Ｋ1 と平行な測定光束Ｓ1 とな
る。この測定光束Ｓ1 は第１ダイクロイックミラー９に
て反射され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ2となる。こ
の測定光束Ｓ2 はハーフミラー１０を通過した後、第２
ダイクロイックミラー１１に反射され、光軸Ｋ3 と平行
な測定光束Ｓ3 となる。そして、この測定光束Ｓ3 は対
物レンズ１２にて屈折され、対象物Ｔへ向かう測定光束
Ｓ4 となる。図１の場合は、対物レンズ１２と対象物Ｔ
がちょうど焦点距離ｆとなっているため、対物レンズ１
２で屈折された測定光束Ｓ4 は対象物Ｔの光軸Ｋ3 上に
ある焦点Ｐに、照射角度θでもって当たり、そこで反射
されて測定光束Ｓ5 となる。
【００２２】この反射した測定光束Ｓ5 は再度対物レン
ズ１２で屈折されて光軸Ｋ3 と平行な測定光束Ｓ6 とな
る。そして、この測定光束Ｓ6 は第２ダイクロイックミ
ラー１１にて反射され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ7
となる。この測定光束Ｓ7 はハーフミラー１０にて反射
され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ8 となり、第１結像
レンズ１３にて屈折された後、測定光束Ｓ9 となって第
１光位置検出器１５のスリット部１７を通過し、第２結
像レンズ１４を経て測定光束Ｓ10となり、第２光位置検
出器１６の中心点にて受光される。測定光束Ｓ10が第２
光位置検出器１６の中心点にて受光されるため、第２光
位置検出器１６から焦点位置合わせ機構４には信号が送
られず、対物レンズ１２の位置は変化しない。
ズ１２で屈折されて光軸Ｋ3 と平行な測定光束Ｓ6 とな
る。そして、この測定光束Ｓ6 は第２ダイクロイックミ
ラー１１にて反射され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ7
となる。この測定光束Ｓ7 はハーフミラー１０にて反射
され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ8 となり、第１結像
レンズ１３にて屈折された後、測定光束Ｓ9 となって第
１光位置検出器１５のスリット部１７を通過し、第２結
像レンズ１４を経て測定光束Ｓ10となり、第２光位置検
出器１６の中心点にて受光される。測定光束Ｓ10が第２
光位置検出器１６の中心点にて受光されるため、第２光
位置検出器１６から焦点位置合わせ機構４には信号が送
られず、対物レンズ１２の位置は変化しない。
【００２３】対象物Ｔが対物レンズ１２に近づいている
場合（図２参照） 対象物Ｔが対物レンズ１２の焦点Ｐよりも近い場合に
は、対物レンズ１２にて屈折された測定光束Ｓ4 が、対
象物Ｔにおける光軸Ｋ3 よりも手前側にずれた点で反射
される。反射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１２で屈
折されるが、この屈折された後の測定光束Ｓ6 、Ｓ7 、
Ｓ8 はいずれも光軸Ｋ3 、Ｋ2 、Ｋ4 と平行とならな
い。従って、第１結像レンズ１３で屈折された測定光束
Ｓ9 は、第１光位置検出器１５における右側のホトセン
サー１５ａにて受光される。右側のホトセンサー１５ａ
で測定光束Ｓ9 が受光されると、その位置信号が焦点位
置合わせ機構４へ送られ、左右のホトセンサー１５ａ、
１５ｂのバランスをとる方向、即ち左右のホトセンサー
１５ａ、１５ｂの中心側で測定光束Ｓ9 を受光しようと
して、焦点位置合わせ機構４が対物レンズ１２を図中上
方へ移動させる。このようにして、対物レンズ１２が移
動すると、測定光束Ｓ9 の受光点が中央のスリット部１
７に向かい、最後にはこのスリット部１７内へ入り込
み、第２光位置検出器１６にて受光される。第２光位置
検出器１６が受光するようになると、第１光位置検出器
１５の検出機能が停止し、第１光位置検出器１５は単な
る遮蔽体となる。従って、単色光である半導体レーザを
利用した測定光束Ｓ1 〜Ｓ10が光学機構２中を通過する
間に回折像となり、いろいろな散乱光を出しても、これ
らの散乱光を第１光位置検出器１５にて遮断することが
できる。従って、本来の測定光束Ｓ10のみを第２光位置
検出器１６にて受光することができる。第２光位置検出
器１６で測定光束Ｓ10が受光されると、左右のホトセン
サー１６ａ、１６ｂのバランスをとる方向に焦点位置合
わせ機構４が対物レンズ１２を更に移動させ、散乱光に
影響を受けない精密な位置合わせ調整が行える。
場合（図２参照） 対象物Ｔが対物レンズ１２の焦点Ｐよりも近い場合に
は、対物レンズ１２にて屈折された測定光束Ｓ4 が、対
象物Ｔにおける光軸Ｋ3 よりも手前側にずれた点で反射
される。反射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１２で屈
折されるが、この屈折された後の測定光束Ｓ6 、Ｓ7 、
Ｓ8 はいずれも光軸Ｋ3 、Ｋ2 、Ｋ4 と平行とならな
い。従って、第１結像レンズ１３で屈折された測定光束
Ｓ9 は、第１光位置検出器１５における右側のホトセン
サー１５ａにて受光される。右側のホトセンサー１５ａ
で測定光束Ｓ9 が受光されると、その位置信号が焦点位
置合わせ機構４へ送られ、左右のホトセンサー１５ａ、
１５ｂのバランスをとる方向、即ち左右のホトセンサー
１５ａ、１５ｂの中心側で測定光束Ｓ9 を受光しようと
して、焦点位置合わせ機構４が対物レンズ１２を図中上
方へ移動させる。このようにして、対物レンズ１２が移
動すると、測定光束Ｓ9 の受光点が中央のスリット部１
７に向かい、最後にはこのスリット部１７内へ入り込
み、第２光位置検出器１６にて受光される。第２光位置
検出器１６が受光するようになると、第１光位置検出器
１５の検出機能が停止し、第１光位置検出器１５は単な
る遮蔽体となる。従って、単色光である半導体レーザを
利用した測定光束Ｓ1 〜Ｓ10が光学機構２中を通過する
間に回折像となり、いろいろな散乱光を出しても、これ
らの散乱光を第１光位置検出器１５にて遮断することが
できる。従って、本来の測定光束Ｓ10のみを第２光位置
検出器１６にて受光することができる。第２光位置検出
器１６で測定光束Ｓ10が受光されると、左右のホトセン
サー１６ａ、１６ｂのバランスをとる方向に焦点位置合
わせ機構４が対物レンズ１２を更に移動させ、散乱光に
影響を受けない精密な位置合わせ調整が行える。
【００２４】対象物Ｔが対物レンズ１２から遠い場合
（図３参照） 対象物Ｔが対物レンズ１２の焦点Ｐよりも遠い場合に
は、対物レンズ１２にて屈折された測定光束Ｓ4 が、対
象物Ｔにおける光軸Ｋ3 よりも先の方にずれた点で反射
される。従って、反射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ
１２で屈折されるが、この屈折された後の測定光束
Ｓ6 、Ｓ7 、Ｓ8 は、先の図２の場合とは逆側に傾き、
いずれも光軸Ｋ3 、Ｋ2 、Ｋ4 と平行とならない。従っ
て、第１結像レンズ１３で屈折された測定光束Ｓ9 は、
第１光位置検出器１５における左側のホトセンサー１５
ｂにて受光される。従って、左右のホトセンサー１５
ａ、１５ｂのバランスをとるべく、焦点位置合わせ機構
４が対物レンズ１２を図中下方へ移動させ、測定光束Ｓ
9 を第１光位置検出器１５のスリット部１７まで導き、
第２光位置検出器１６が受光状態となる。そこで、先の
場合と同様に精密な焦点位置合わせが行われる。
（図３参照） 対象物Ｔが対物レンズ１２の焦点Ｐよりも遠い場合に
は、対物レンズ１２にて屈折された測定光束Ｓ4 が、対
象物Ｔにおける光軸Ｋ3 よりも先の方にずれた点で反射
される。従って、反射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ
１２で屈折されるが、この屈折された後の測定光束
Ｓ6 、Ｓ7 、Ｓ8 は、先の図２の場合とは逆側に傾き、
いずれも光軸Ｋ3 、Ｋ2 、Ｋ4 と平行とならない。従っ
て、第１結像レンズ１３で屈折された測定光束Ｓ9 は、
第１光位置検出器１５における左側のホトセンサー１５
ｂにて受光される。従って、左右のホトセンサー１５
ａ、１５ｂのバランスをとるべく、焦点位置合わせ機構
４が対物レンズ１２を図中下方へ移動させ、測定光束Ｓ
9 を第１光位置検出器１５のスリット部１７まで導き、
第２光位置検出器１６が受光状態となる。そこで、先の
場合と同様に精密な焦点位置合わせが行われる。
【００２５】検出困難な対象物Ｔの場合（図４参照） 図４の対象物Ｔのように、検出対象である表面Ｔ2 の隣
接位置に、それぞれ高さの異なる段差部Ｔ1 、Ｔ3 が存
在するような場合、前述のように、測定光束Ｓ1 〜Ｓ10
は光学機構２を通過する間にいろいろな方向性の散乱光
を生じさせるため、この図４のような状況においても、
本来の表面Ｔ2 で反射される測定光束ＳＳ4 の他に、上
側の段差部Ｔ1 で反射される測定光束（散乱光）Ｓ’
や、下側の段差部Ｔ3 で反射される測定光束（散乱光）
Ｓ”もある。このような測定光束（散乱光）Ｓ’、Ｓ”
は各段差部Ｔ1 、Ｔ3 で反射された後、第１光位置検出
器１５の各ホトセンサー１５ａ、１５ｂにそれぞれ当た
るが、本来の測定光束Ｓ9 がスリット部１７を通過し
て、第２光位置検出器１６にて受光されているため、第
１光位置検出器１５は単なる遮蔽体となり、第２光位置
検出器１６における本来の測定光束Ｓ10の検出に悪影響
を与えない。もし、この第１光位置検出器１５が存在し
ないと、前記各測定光束（散乱光）Ｓ’、Ｓ”が第２光
位置検出器１６にて受光され、本来の測定光束Ｓ10の検
出精度を阻害してしまうこととなる。今日、半導体産業
は更に高密度化が進み、隣接位置に凸凹が存在する面に
焦点位置を合わせなければならない場合が多くあるが、
この実施例の二段検出式非接触位置決め装置によれば、
このような場合にも、求める面に対して正確な位置決め
が行える。
接位置に、それぞれ高さの異なる段差部Ｔ1 、Ｔ3 が存
在するような場合、前述のように、測定光束Ｓ1 〜Ｓ10
は光学機構２を通過する間にいろいろな方向性の散乱光
を生じさせるため、この図４のような状況においても、
本来の表面Ｔ2 で反射される測定光束ＳＳ4 の他に、上
側の段差部Ｔ1 で反射される測定光束（散乱光）Ｓ’
や、下側の段差部Ｔ3 で反射される測定光束（散乱光）
Ｓ”もある。このような測定光束（散乱光）Ｓ’、Ｓ”
は各段差部Ｔ1 、Ｔ3 で反射された後、第１光位置検出
器１５の各ホトセンサー１５ａ、１５ｂにそれぞれ当た
るが、本来の測定光束Ｓ9 がスリット部１７を通過し
て、第２光位置検出器１６にて受光されているため、第
１光位置検出器１５は単なる遮蔽体となり、第２光位置
検出器１６における本来の測定光束Ｓ10の検出に悪影響
を与えない。もし、この第１光位置検出器１５が存在し
ないと、前記各測定光束（散乱光）Ｓ’、Ｓ”が第２光
位置検出器１６にて受光され、本来の測定光束Ｓ10の検
出精度を阻害してしまうこととなる。今日、半導体産業
は更に高密度化が進み、隣接位置に凸凹が存在する面に
焦点位置を合わせなければならない場合が多くあるが、
この実施例の二段検出式非接触位置決め装置によれば、
このような場合にも、求める面に対して正確な位置決め
が行える。
【００２６】次に、測定光束Ｓ4 の対象物Ｔに対する照
射角度θを変化させることにより得られる性能を説明す
る。対象物が透明体の場合（図５参照） 対象物が透明体Ｔで、その裏側に不透明体Ｔ’が接合さ
せているような場合は、対物レンズ１２で屈折された測
定光束Ｓ4 の照射角度θ1 が大きいと（垂直に近い
と）、透明体Ｔの表面での反射率が低下するため、測定
光束Ｓ4 は図５（ａ）に示す如く、透明体Ｔ内に入り込
み、裏側の不透明体Ｔ’の表面を基準に焦点合わせが行
われることとなる。このような場合は、レーザ照射装置
１を光軸Ｋ1から離れる方向へ水平移動させ（図１参
照）、測定光束Ｓ1 と光軸Ｋ1 との距離を大きくする。
すると、測定光束Ｓ4 は図５（ｂ）の如く、対物レンズ
１２の外周部付近で屈折され、小さな照射角度θ2 で対
象物Ｔに当たる。照射角度θ2 が小さいと透明体Ｔの表
面での反射率が高まるため、この透明体Ｔの表面で反射
された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１２で屈折され、その
まま光学機構２内を通過して、図２のように、第１光位
置検出器１５における右側のホトセンサー１５ａにて受
光される。従って、第１光位置検出器１５の機能によ
り、該測定光束Ｓ5 は測定光束Ｓ9 となってスリット部
１７に導かれ、そのスリット部１７を通過して、第２光
位置検出器１６で受光され、図５（ｃ）のように、透明
体Ｔの表面に焦点Ｐを合わせた精密な焦点位置合わせが
行われる。
射角度θを変化させることにより得られる性能を説明す
る。対象物が透明体の場合（図５参照） 対象物が透明体Ｔで、その裏側に不透明体Ｔ’が接合さ
せているような場合は、対物レンズ１２で屈折された測
定光束Ｓ4 の照射角度θ1 が大きいと（垂直に近い
と）、透明体Ｔの表面での反射率が低下するため、測定
光束Ｓ4 は図５（ａ）に示す如く、透明体Ｔ内に入り込
み、裏側の不透明体Ｔ’の表面を基準に焦点合わせが行
われることとなる。このような場合は、レーザ照射装置
１を光軸Ｋ1から離れる方向へ水平移動させ（図１参
照）、測定光束Ｓ1 と光軸Ｋ1 との距離を大きくする。
すると、測定光束Ｓ4 は図５（ｂ）の如く、対物レンズ
１２の外周部付近で屈折され、小さな照射角度θ2 で対
象物Ｔに当たる。照射角度θ2 が小さいと透明体Ｔの表
面での反射率が高まるため、この透明体Ｔの表面で反射
された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１２で屈折され、その
まま光学機構２内を通過して、図２のように、第１光位
置検出器１５における右側のホトセンサー１５ａにて受
光される。従って、第１光位置検出器１５の機能によ
り、該測定光束Ｓ5 は測定光束Ｓ9 となってスリット部
１７に導かれ、そのスリット部１７を通過して、第２光
位置検出器１６で受光され、図５（ｃ）のように、透明
体Ｔの表面に焦点Ｐを合わせた精密な焦点位置合わせが
行われる。
【００２７】対象物が透明体内の不透明体の場合（図６
参照） 対象物が透明体Ｔ内に埋め込まれた不透明体Ｔ’である
ような場合は、対物レンズ１２で屈折された測定光束Ｓ
4 の照射角度θ2 が小さいと、図６（ａ）のように、測
定光束Ｓ4 が透明体Ｔの表面で反射されてしまうため、
透明体Ｔの表面を基準に焦点合わせが行われることとな
る。このような場合は、レーザ照射装置１を光軸Ｋ1 に
近づく方向へ水平移動させ（図１参照）、測定光束Ｓ1
と光軸Ｋ1 との距離を小さくする。すると、測定光束Ｓ
4 は対物レンズ１２の中心部付近で屈折され、大きな照
射角度θ1 で透明体Ｔに当たる。照射角度θ1 が大きい
と、透明体Ｔの表面での反射率が低くなるため、測定光
束Ｓ4 は透明体Ｔ内に入り込み、内部の不透明体Ｔ’に
当たる。そして、不透明体Ｔ’で反射された測定光束Ｓ
5 は対物レンズ１２で屈折され、そのまま光学機構２内
を通過して、図３のように、第１光位置検出器１５にお
ける左側のホトセンサー１５ｂにて受光される。従っ
て、第１光位置検出器１５の機能により、該測定光束Ｓ
9 はスリット部１７を通過して、第２光位置検出器１６
で受光され、図６（ｃ）のように、不透明体Ｔ’の表面
に焦点Ｐを合わせた精密な焦点位置合わせが行われる。
参照） 対象物が透明体Ｔ内に埋め込まれた不透明体Ｔ’である
ような場合は、対物レンズ１２で屈折された測定光束Ｓ
4 の照射角度θ2 が小さいと、図６（ａ）のように、測
定光束Ｓ4 が透明体Ｔの表面で反射されてしまうため、
透明体Ｔの表面を基準に焦点合わせが行われることとな
る。このような場合は、レーザ照射装置１を光軸Ｋ1 に
近づく方向へ水平移動させ（図１参照）、測定光束Ｓ1
と光軸Ｋ1 との距離を小さくする。すると、測定光束Ｓ
4 は対物レンズ１２の中心部付近で屈折され、大きな照
射角度θ1 で透明体Ｔに当たる。照射角度θ1 が大きい
と、透明体Ｔの表面での反射率が低くなるため、測定光
束Ｓ4 は透明体Ｔ内に入り込み、内部の不透明体Ｔ’に
当たる。そして、不透明体Ｔ’で反射された測定光束Ｓ
5 は対物レンズ１２で屈折され、そのまま光学機構２内
を通過して、図３のように、第１光位置検出器１５にお
ける左側のホトセンサー１５ｂにて受光される。従っ
て、第１光位置検出器１５の機能により、該測定光束Ｓ
9 はスリット部１７を通過して、第２光位置検出器１６
で受光され、図６（ｃ）のように、不透明体Ｔ’の表面
に焦点Ｐを合わせた精密な焦点位置合わせが行われる。
【００２８】半導体産業では、例えば超ＬＳＩの製造過
程で、表面に透明なコーティングをする場合がある。コ
ーティングの膜厚にもよるが、コーティングの上面又は
下面などを検査するときにこの実施例の二段検出式非接
触位置決め装置は便利である。また、液晶のスクリーン
を製造する過程で、表面の透明ガラスに位置合わせした
り、内部の液晶面に位置合わせする場合にもこの実施例
の構造は適している。また、磁気ヘッドなども表面に透
明体が設けられるため、このような磁気ヘッドの表面検
査にも好適である。更に、スライドガラスとカバーガラ
スとで挟まれた対象物としての検体に焦点を合わせる顕
微鏡への適用にも好適である。加えて、照射角度θ1 を
大きくして、測定光束Ｓ4 を光軸Ｋ3 に近づけた状態に
できるので、幅が細くて深い溝の底に焦点を合わせる場
合にも好適である。
程で、表面に透明なコーティングをする場合がある。コ
ーティングの膜厚にもよるが、コーティングの上面又は
下面などを検査するときにこの実施例の二段検出式非接
触位置決め装置は便利である。また、液晶のスクリーン
を製造する過程で、表面の透明ガラスに位置合わせした
り、内部の液晶面に位置合わせする場合にもこの実施例
の構造は適している。また、磁気ヘッドなども表面に透
明体が設けられるため、このような磁気ヘッドの表面検
査にも好適である。更に、スライドガラスとカバーガラ
スとで挟まれた対象物としての検体に焦点を合わせる顕
微鏡への適用にも好適である。加えて、照射角度θ1 を
大きくして、測定光束Ｓ4 を光軸Ｋ3 に近づけた状態に
できるので、幅が細くて深い溝の底に焦点を合わせる場
合にも好適である。
【００２９】尚、以上の説明では、測定光束Ｓ4 の照射
角度θを変化させるために、レーザ照射機構１をｅ1 方
向に移動させる例を示したが、レーザ照射機構１を固定
し、その代わりに、レーザ照射機構１からの測定光束Ｓ
1 を最初に受ける第１ダイクロイックミラー９を、ｅ1
方向へ移動させることにより、光軸Ｋ1 自体を測定光束
Ｓ1 に対して近づけたり、離したりするようにしても良
い。
角度θを変化させるために、レーザ照射機構１をｅ1 方
向に移動させる例を示したが、レーザ照射機構１を固定
し、その代わりに、レーザ照射機構１からの測定光束Ｓ
1 を最初に受ける第１ダイクロイックミラー９を、ｅ1
方向へ移動させることにより、光軸Ｋ1 自体を測定光束
Ｓ1 に対して近づけたり、離したりするようにしても良
い。
【００３０】更に、この実施例では、第１・第２光位置
検出器１５、１６としてフォトダイオード（ＰＤ）を採
用したが、例えば半導体光位置検出器（ＰＳＤ）などを
採用しても、同等の効果が得られる。
検出器１５、１６としてフォトダイオード（ＰＤ）を採
用したが、例えば半導体光位置検出器（ＰＳＤ）などを
採用しても、同等の効果が得られる。
【００３１】そして、本実施例の基本的構造及び作用を
利用することにより、以下のような有益な利用方法が考
えられる。
利用することにより、以下のような有益な利用方法が考
えられる。
【００３２】 対象物Ｔの位置（距離）合わせを行え
るので、各種部品（対象物）の所定位置への位置決め設
置を正確且つ迅速に行える。
るので、各種部品（対象物）の所定位置への位置決め設
置を正確且つ迅速に行える。
【００３３】 上記位置（距離）合わせを、１部品
（１対象物）で複数ポイント同時に行えば、その部品の
傾斜度（垂直度）を正確に測定することができる。
（１対象物）で複数ポイント同時に行えば、その部品の
傾斜度（垂直度）を正確に測定することができる。
【００３４】 焦点位置合わせ機構４にて対物レンズ
１２を移動させて焦点を合わせるようにし、且つその対
物レンズ１２をそのまま顕微鏡や望遠鏡などの光学機器
の対物レンズとして兼用すれば、それら光学機器の自動
焦点合わせ（オートフォーカス）が行える。
１２を移動させて焦点を合わせるようにし、且つその対
物レンズ１２をそのまま顕微鏡や望遠鏡などの光学機器
の対物レンズとして兼用すれば、それら光学機器の自動
焦点合わせ（オートフォーカス）が行える。
【００３５】 対物レンズ１２を移動させて焦点位置
合わせを行うようにし、その対物レンズ１２の移動量を
エンコーダ等により数値化すれば、その数値より対象物
Ｔから対物レンズ１２までの距離を非接触で計測するこ
とができると共に、三次元測定器の非接触センサー（プ
ローブ）や、液体表面の自動変位測定に応用することが
できる。
合わせを行うようにし、その対物レンズ１２の移動量を
エンコーダ等により数値化すれば、その数値より対象物
Ｔから対物レンズ１２までの距離を非接触で計測するこ
とができると共に、三次元測定器の非接触センサー（プ
ローブ）や、液体表面の自動変位測定に応用することが
できる。
【００３６】 反射対象物（即ち、鏡）と対物レンズ
１２との間に透明体を介在させ、その時の対物レンズ１
２の移動量と、その透明体の屈折率から、その透明体の
厚さを非接触で測定することができる。
１２との間に透明体を介在させ、その時の対物レンズ１
２の移動量と、その透明体の屈折率から、その透明体の
厚さを非接触で測定することができる。
【００３７】以上の説明では、ミラー手段中に第１・第
２ダイクロイックミラー９、１１を設ける例を示した
が、光学機構２中に照明を取り込む装置に適用しない場
合は、単なるミラー（鏡）で良い。また、測定光束Ｓと
して一定パルスの半導体レーザを照射する例を示した
が、Ｈｅ−Ｎｅレーザを照射すれば、更に検出精度が向
上する。また、対象物Ｔが良い状態であれば、その他の
通常の連続レーザで十分である。
２ダイクロイックミラー９、１１を設ける例を示した
が、光学機構２中に照明を取り込む装置に適用しない場
合は、単なるミラー（鏡）で良い。また、測定光束Ｓと
して一定パルスの半導体レーザを照射する例を示した
が、Ｈｅ−Ｎｅレーザを照射すれば、更に検出精度が向
上する。また、対象物Ｔが良い状態であれば、その他の
通常の連続レーザで十分である。
【００３８】図７はこの発明の第２実施例を示す図であ
る。この実施例は、前記の一例として、二段検出式非
接触位置決め装置に画像処理機構を組み合わせた構造と
なっている。１８は光源で、照明光Ｌを発する。この照
明光Ｌはコンデンサレンズ１９にて集光され、第１ダイ
クロイックミラー９、ハーフミラー１０を透過した後、
第２ダイクロイックミラー１１にて反射され、対物レン
ズ１２を経て、焦点Ｐ付近の領域Ｈを照らす。そして、
照らされた領域Ｈで反射された照明光Ｌは、対物レンズ
１２を経た後、第２ダイクロイックミラー１１を通過し
て、画像用の結像レンズ２０にて画像検出部（ＣＣＤカ
メラ・撮像管）２１に結像する。対物レンズ１２は、二
段検出式非接触位置決め装置の光位置検出機構３にて自
動的に焦点合わせ（オートフォーカス）されるため、こ
の画像検出部２１にて正確な画像信号が得られる。そし
て、この画像信号を変換してコンピュータ処理すること
により、例えば、面積計算、パタン処理、黒白濃度処理
などが行えるようになる。なお、画像検出部２１に代え
て、接眼部を設ければ顕微鏡にもなる。
る。この実施例は、前記の一例として、二段検出式非
接触位置決め装置に画像処理機構を組み合わせた構造と
なっている。１８は光源で、照明光Ｌを発する。この照
明光Ｌはコンデンサレンズ１９にて集光され、第１ダイ
クロイックミラー９、ハーフミラー１０を透過した後、
第２ダイクロイックミラー１１にて反射され、対物レン
ズ１２を経て、焦点Ｐ付近の領域Ｈを照らす。そして、
照らされた領域Ｈで反射された照明光Ｌは、対物レンズ
１２を経た後、第２ダイクロイックミラー１１を通過し
て、画像用の結像レンズ２０にて画像検出部（ＣＣＤカ
メラ・撮像管）２１に結像する。対物レンズ１２は、二
段検出式非接触位置決め装置の光位置検出機構３にて自
動的に焦点合わせ（オートフォーカス）されるため、こ
の画像検出部２１にて正確な画像信号が得られる。そし
て、この画像信号を変換してコンピュータ処理すること
により、例えば、面積計算、パタン処理、黒白濃度処理
などが行えるようになる。なお、画像検出部２１に代え
て、接眼部を設ければ顕微鏡にもなる。
【００３９】図８はこの発明の第３実施例を示す図であ
る。この実施例は、第１実施例の構造中の光学機構をよ
り簡素化したものである。すなわち、第１・第２ダイク
ロイックミラー９、１１を取り外し、１枚のハーフミラ
ー１０で、２本の光軸Ｋ5 、Ｋ6 を有する光学機構２２
とした。このようにシンプルな構造だが、性能は第１実
施例と同様である。構造がシンプルになったため、ユニ
ットとして、他の機械に組み込み易い。
る。この実施例は、第１実施例の構造中の光学機構をよ
り簡素化したものである。すなわち、第１・第２ダイク
ロイックミラー９、１１を取り外し、１枚のハーフミラ
ー１０で、２本の光軸Ｋ5 、Ｋ6 を有する光学機構２２
とした。このようにシンプルな構造だが、性能は第１実
施例と同様である。構造がシンプルになったため、ユニ
ットとして、他の機械に組み込み易い。
【００４０】
【発明の効果】この発明に係る二段検出式非接触位置決
め装置は、以上説明してきた如き内容のものであって、
第１光位置検出器のスリット部を通過した測定光束を第
２光位置検出器で検出する時、第１光位置検出器が非検
出状態となり、単なる遮蔽体となるため、検出精度に悪
影響を与える散乱光などは全てこの第１光位置検出器に
てカットされるため、第２光位置検出器では本来の測定
光束のみに基づいて正確な焦点位置合わせが行われるこ
ととなる。
め装置は、以上説明してきた如き内容のものであって、
第１光位置検出器のスリット部を通過した測定光束を第
２光位置検出器で検出する時、第１光位置検出器が非検
出状態となり、単なる遮蔽体となるため、検出精度に悪
影響を与える散乱光などは全てこの第１光位置検出器に
てカットされるため、第２光位置検出器では本来の測定
光束のみに基づいて正確な焦点位置合わせが行われるこ
ととなる。
【００４１】また、測定光束として一定パルスのビーム
状半導体レーザを用い、且つ光位置検出機構がその一定
パルスの半導体レーザのみを検出するものであるため、
検出精度が更に高まる。
状半導体レーザを用い、且つ光位置検出機構がその一定
パルスの半導体レーザのみを検出するものであるため、
検出精度が更に高まる。
【００４２】加えて、測定光束として、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザを使用すれば、非常に細いビームが得られ、検出精度
が格段と向上する。
ザを使用すれば、非常に細いビームが得られ、検出精度
が格段と向上する。
【００４３】更に、レーザ照射機構を光軸に対して接離
する方向で移動可能とし、或いはレーザ照射機構からの
測定光束を最初に受けるミラー手段を該測定光束に対し
て接離する方向で移動可能とすれば、測定光束と光軸と
の距離を調整でき、測定光束の対象物表面に対する照射
角度を変化させることができる。従って、透明体の表面
での焦点合わせができ、且つ透明体の裏側の不透明体に
も焦点合わせすることができる。
する方向で移動可能とし、或いはレーザ照射機構からの
測定光束を最初に受けるミラー手段を該測定光束に対し
て接離する方向で移動可能とすれば、測定光束と光軸と
の距離を調整でき、測定光束の対象物表面に対する照射
角度を変化させることができる。従って、透明体の表面
での焦点合わせができ、且つ透明体の裏側の不透明体に
も焦点合わせすることができる。
【図１】この発明の第１実施例に係る二段検出式非接触
位置決め装置で、焦点があっている状態を示す図であ
る。
位置決め装置で、焦点があっている状態を示す図であ
る。
【図２】対象物が対物レンズに近づいている状態を示す
図である。
図である。
【図３】対象物が対物レンズから遠い状態を示す図であ
る。
る。
【図４】検出困難な対象物の場合を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ対象物が
透明体の場合を示す図である。
透明体の場合を示す図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ対象物が
透明体内の不透明体の場合を示す図である。
透明体内の不透明体の場合を示す図である。
【図７】この発明の第２実施例を示す図である。
【図８】この発明の第３実施例を示す図である。
１ レーザ照射機構 ２、２２ 光学機構 ３ 光位置検出機構 ４ 焦点位置合わせ機構 ５ ハウジング ６ レーザ発生手段 ７ コリメータレンズ ８ スリット手段 ９ 第１ダイクロイックミラー １０ ハーフミラー １１ 第２ダイクロイックミラー １２ 対物レンズ １３ 第１結像レンズ １４ 第２結像レンズ １５ 第１光位置検出器 １６ 第２光位置検出器 １７ スリット部
【手続補正書】
【提出日】平成６年５月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は対象物の表面に対して
非接触で高精度な焦点合わせを行うことができる二段検
出式非接触位置決め装置に関する。
非接触で高精度な焦点合わせを行うことができる二段検
出式非接触位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】様々なサイズ、形状、物性を有する対象
物へ、光学的に非接触で焦点位置合わせを行うことは、
技術的に大変に難しい課題である。従来のこのような焦
点位置合わせ技術としては、コンピュータによる画像処
理を利用したものが一般的である。
物へ、光学的に非接触で焦点位置合わせを行うことは、
技術的に大変に難しい課題である。従来のこのような焦
点位置合わせ技術としては、コンピュータによる画像処
理を利用したものが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな画像処理技術にあっては、装置が大掛かりになるこ
と、画像走査のため焦点位置合わせ速度が遅くなるこ
と、また輝度分布による影響を受けるため信頼性の面で
も必ずしも満足のいくものでなかった。
うな画像処理技術にあっては、装置が大掛かりになるこ
と、画像走査のため焦点位置合わせ速度が遅くなるこ
と、また輝度分布による影響を受けるため信頼性の面で
も必ずしも満足のいくものでなかった。
【０００４】そこで、本発明者は上記のような課題を解
決するために、先にレーザ光線を利用した非接触位置決
め装置を提案した（特開昭６２−７５４１１号参照）。
即ち、測定光束としてレーザを照射するレーザ照射機構
と、測定光束を光軸と平行に導くためのミラー手段と、
測定光束を屈折して対象物に導き且つ対象物から反射し
た測定光束を再度屈折する対物レンズと、対象物にて反
射し対物レンズにて屈折された測定光束を、光軸上で結
像させる結像レンズを有する光学機構と、結像レンズを
経た測定光束を受光して位置信号を出力する二分割型の
光位置検出機構と、光位置検出機構からの信号に応じて
少なくとも対象物又は対物レンズのいずれかを移動させ
ることにより、測定光束を対象物の表面へ自動的に焦点
位置合わせする焦点位置合わせ機構と、を備えた非接触
位置決め装置を提案した。
決するために、先にレーザ光線を利用した非接触位置決
め装置を提案した（特開昭６２−７５４１１号参照）。
即ち、測定光束としてレーザを照射するレーザ照射機構
と、測定光束を光軸と平行に導くためのミラー手段と、
測定光束を屈折して対象物に導き且つ対象物から反射し
た測定光束を再度屈折する対物レンズと、対象物にて反
射し対物レンズにて屈折された測定光束を、光軸上で結
像させる結像レンズを有する光学機構と、結像レンズを
経た測定光束を受光して位置信号を出力する二分割型の
光位置検出機構と、光位置検出機構からの信号に応じて
少なくとも対象物又は対物レンズのいずれかを移動させ
ることにより、測定光束を対象物の表面へ自動的に焦点
位置合わせする焦点位置合わせ機構と、を備えた非接触
位置決め装置を提案した。
【０００５】この発明はこの先の提案を更に改良し、散
乱光の影響を受けないようにして、更に高精度な位置合
わせができる装置を提供するものである。
乱光の影響を受けないようにして、更に高精度な位置合
わせができる装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る二段検出式非接触位置決め装置は、測定光束としてレ
ーザを照射するレーザ照射機構と、測定光束を光軸と平
行に導くためのミラー手段と、測定光束を屈折して対象
物に導き且つ対象物から反射した測定光束を再度屈折す
る対物レンズと、対象物で反射されて対物レンズにて屈
折された測定光束を、光軸上で結像させる結像レンズを
有する光学機構と、結像レンズを経た測定光束を受光し
て位置信号を出力する二分割型の光位置検出機構と、光
位置検出機構からの位置信号に応じて少なくとも対象物
又は対物レンズのいずれかを移動させることにより、測
定光束を対象物の表面へ自動的に焦点位置合わせする焦
点位置合わせ機構と、を備えた非接触位置決め装置にお
いて、前記光位置検出機構が、中央の光軸対応位置にス
リット部を有する第１光位置検出器と、該第１光位置検
出器のスリット部を通過した測定光束を受光する第２光
位置検出器とを備えたものであり、且つ第２光位置検出
器の測定光束受光時に第１光位置検出器が非検出状態で
スリット部を通らない散乱光に対して遮蔽体となるよう
に切換自在とされており、前記光学機構の結像レンズ
が、第１光位置検出器及び第２光位置検出器に各々対応
して備えられているものである。
る二段検出式非接触位置決め装置は、測定光束としてレ
ーザを照射するレーザ照射機構と、測定光束を光軸と平
行に導くためのミラー手段と、測定光束を屈折して対象
物に導き且つ対象物から反射した測定光束を再度屈折す
る対物レンズと、対象物で反射されて対物レンズにて屈
折された測定光束を、光軸上で結像させる結像レンズを
有する光学機構と、結像レンズを経た測定光束を受光し
て位置信号を出力する二分割型の光位置検出機構と、光
位置検出機構からの位置信号に応じて少なくとも対象物
又は対物レンズのいずれかを移動させることにより、測
定光束を対象物の表面へ自動的に焦点位置合わせする焦
点位置合わせ機構と、を備えた非接触位置決め装置にお
いて、前記光位置検出機構が、中央の光軸対応位置にス
リット部を有する第１光位置検出器と、該第１光位置検
出器のスリット部を通過した測定光束を受光する第２光
位置検出器とを備えたものであり、且つ第２光位置検出
器の測定光束受光時に第１光位置検出器が非検出状態で
スリット部を通らない散乱光に対して遮蔽体となるよう
に切換自在とされており、前記光学機構の結像レンズ
が、第１光位置検出器及び第２光位置検出器に各々対応
して備えられているものである。
【０００７】請求項２記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置は、前記レーザ照射機構が、一定パルス
の半導体レーザを照射するレーザ発生手段と、半導体レ
ーザを平行光にするレンズ手段と、半導体レーザをビー
ム状の測定光束にするためのスリット手段を備えたもの
であり、そして、光位置検出機構が前記一定パルスの半
導体レーザのみを検出するものである。
触位置決め装置は、前記レーザ照射機構が、一定パルス
の半導体レーザを照射するレーザ発生手段と、半導体レ
ーザを平行光にするレンズ手段と、半導体レーザをビー
ム状の測定光束にするためのスリット手段を備えたもの
であり、そして、光位置検出機構が前記一定パルスの半
導体レーザのみを検出するものである。
【０００８】請求項３記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置は、前記レーザ照射機構が、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザを照射するレーザ発生手段を備えるものである。
触位置決め装置は、前記レーザ照射機構が、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザを照射するレーザ発生手段を備えるものである。
【０００９】請求項４記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置は、測定光束と光軸との距離を調整すべ
く、前記レーザ照射機構を光軸に対して接離する方向で
移動可能としたものである。
触位置決め装置は、測定光束と光軸との距離を調整すべ
く、前記レーザ照射機構を光軸に対して接離する方向で
移動可能としたものである。
【００１０】請求項５記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置は、測定光束と光軸との距離を調整すべ
く、レーザ照射機構からの測定光束を最初に受けるミラ
ー手段の光軸又はレーザ照射機構に対して接離する方向
で移動可能としたものである。
触位置決め装置は、測定光束と光軸との距離を調整すべ
く、レーザ照射機構からの測定光束を最初に受けるミラ
ー手段の光軸又はレーザ照射機構に対して接離する方向
で移動可能としたものである。
【００１１】
【作用】請求項１記載の発明に係る二段検出式非接触位
置決め装置は、光位置検出機構が第１光位置検出器と第
２光位置検出器による二段検出方式となっている。第１
光位置検出器は粗調整用で、第２光位置検出器は微調整
用として機能する。すなわち、対象物で反射されて光学
機構を通過してきた測定光束は、検出物の形状や表面粗
さ等による散乱光、光学機構内部の散乱光などによる影
響を受けるため、その散乱光を含む測定光束をそのまま
検出したのでは正確な検出が行えない。そこで、この散
乱光を含んだ測定光束をまず第１光位置検出器で検出
し、対物レンズ又は対象物のいずれかを移動させて、焦
点位置の粗調整を行う。粗調整された測定光束は結像レ
ンズを経て第１光位置検出器の光軸位置に導かれるた
め、第１光位置検出器のスリット部を通過して第２光位
置検出器へ当たる。第２光位置検出器が測定光束を受光
すると、第１光位置検出器が非検出状態となり、その後
は第２光位置検出器にて精密な焦点位置合わせが行われ
る。すなわち、第１光位置検出器が非検出状態となり、
単なる遮蔽体となるため、検出精度に悪影響を与える散
乱光などは全てこの第１光位置検出器にてカットされる
ため、第２光位置検出器では本来の測定光束のみに基づ
いた正確な焦点位置合わせが行われることとなる。
置決め装置は、光位置検出機構が第１光位置検出器と第
２光位置検出器による二段検出方式となっている。第１
光位置検出器は粗調整用で、第２光位置検出器は微調整
用として機能する。すなわち、対象物で反射されて光学
機構を通過してきた測定光束は、検出物の形状や表面粗
さ等による散乱光、光学機構内部の散乱光などによる影
響を受けるため、その散乱光を含む測定光束をそのまま
検出したのでは正確な検出が行えない。そこで、この散
乱光を含んだ測定光束をまず第１光位置検出器で検出
し、対物レンズ又は対象物のいずれかを移動させて、焦
点位置の粗調整を行う。粗調整された測定光束は結像レ
ンズを経て第１光位置検出器の光軸位置に導かれるた
め、第１光位置検出器のスリット部を通過して第２光位
置検出器へ当たる。第２光位置検出器が測定光束を受光
すると、第１光位置検出器が非検出状態となり、その後
は第２光位置検出器にて精密な焦点位置合わせが行われ
る。すなわち、第１光位置検出器が非検出状態となり、
単なる遮蔽体となるため、検出精度に悪影響を与える散
乱光などは全てこの第１光位置検出器にてカットされる
ため、第２光位置検出器では本来の測定光束のみに基づ
いた正確な焦点位置合わせが行われることとなる。
【００１２】請求項２記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置では、測定光束として一定パルスのビー
ム状半導体レーザを用い、且つ光位置検出機構がその一
定パルスの半導体レーザのみを検出するものであるた
め、検出精度が更に高まる。
触位置決め装置では、測定光束として一定パルスのビー
ム状半導体レーザを用い、且つ光位置検出機構がその一
定パルスの半導体レーザのみを検出するものであるた
め、検出精度が更に高まる。
【００１３】請求項３記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置では、測定光束としてＨｅ−Ｎｅレーザ
を用いたので、非常に細いビームが得られ、検出精度が
格段と向上する。
触位置決め装置では、測定光束としてＨｅ−Ｎｅレーザ
を用いたので、非常に細いビームが得られ、検出精度が
格段と向上する。
【００１４】請求項４記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置では、レーザ照射機構を光軸に対して接
離する方向で移動させ、測定光束と光軸との距離を調整
できるため、対物レンズから対象物に照射される測定光
束の照射角度を変化させることができる。つまり、測定
光束が光軸に近ければ対物レンズの中心部付近で屈折さ
れるため、対象物に対する照射角度が大きくなり（垂直
に近くなり）、逆に測定光束が光軸から遠ければ対物レ
ンズの外周部付近で屈折されるため、対象物に対する照
射角度が小さくなる。照射角度が大きい場合は対象物の
表面が透明体でも測定光束が反射されずに内部へ入って
いくため、透明体内部の不透明体に焦点を合わせること
ができ、照射角度が小さい場合は測定光束が透明体表面
で反射されるため、透明体表面に焦点を合わせることが
できる。
触位置決め装置では、レーザ照射機構を光軸に対して接
離する方向で移動させ、測定光束と光軸との距離を調整
できるため、対物レンズから対象物に照射される測定光
束の照射角度を変化させることができる。つまり、測定
光束が光軸に近ければ対物レンズの中心部付近で屈折さ
れるため、対象物に対する照射角度が大きくなり（垂直
に近くなり）、逆に測定光束が光軸から遠ければ対物レ
ンズの外周部付近で屈折されるため、対象物に対する照
射角度が小さくなる。照射角度が大きい場合は対象物の
表面が透明体でも測定光束が反射されずに内部へ入って
いくため、透明体内部の不透明体に焦点を合わせること
ができ、照射角度が小さい場合は測定光束が透明体表面
で反射されるため、透明体表面に焦点を合わせることが
できる。
【００１５】請求項５記載の発明に係る二段検出式非接
触位置決め装置では、レーザ照射機構からの測定光束を
最初に受けるミラー手段を該測定光束に対して接離する
方向で移動可能としたため、測定光束と光軸との距離を
調整できる。つまり、測定光束の照射位置を固定し、ミ
ラー手段を移動させることにより、光軸の方を測定光束
に対して接離させる構造となっている。従って、請求項
３の場合と同様に、対物レンズで屈折された測定光束の
対象物表面に対する照射角度を変化させることができ
る。
触位置決め装置では、レーザ照射機構からの測定光束を
最初に受けるミラー手段を該測定光束に対して接離する
方向で移動可能としたため、測定光束と光軸との距離を
調整できる。つまり、測定光束の照射位置を固定し、ミ
ラー手段を移動させることにより、光軸の方を測定光束
に対して接離させる構造となっている。従って、請求項
３の場合と同様に、対物レンズで屈折された測定光束の
対象物表面に対する照射角度を変化させることができ
る。
【００１６】
【実施例】以下、この発明の好適な実施例を図面に基づ
いて説明する。図１〜図６はこの発明の第１実施例を示
す図である。この実施例の二段検出式非接触位置決め装
置は、レーザ照射機構１と、光学機構２と、光位置検出
機構３と、焦点位置合わせ機構４とより主に構成されて
いる。
いて説明する。図１〜図６はこの発明の第１実施例を示
す図である。この実施例の二段検出式非接触位置決め装
置は、レーザ照射機構１と、光学機構２と、光位置検出
機構３と、焦点位置合わせ機構４とより主に構成されて
いる。
【００１７】レーザ照射機構１：レーザ照射機構１は、
ハウジング５に設置され、測定光束Ｓとして一定パルス
の半導体レーザを発生するレーザ発生手段６と、該半導
体レーザ発生手段６から発せられた測定光束Ｓとしての
半導体レーザを平行光にするコリメータレンズ７と、コ
リメータレンズ７を通過した測定光束Ｓを数μｍの細い
ビーム状の測定光束Ｓ1 にするスリット手段８と、から
成っている。この、レーザ照射機構１は、図中ｅ1 方向
に移動自在で、測定光束Ｓ1 を後述する光軸Ｋ1 に対し
て接離自在としている。
ハウジング５に設置され、測定光束Ｓとして一定パルス
の半導体レーザを発生するレーザ発生手段６と、該半導
体レーザ発生手段６から発せられた測定光束Ｓとしての
半導体レーザを平行光にするコリメータレンズ７と、コ
リメータレンズ７を通過した測定光束Ｓを数μｍの細い
ビーム状の測定光束Ｓ1 にするスリット手段８と、から
成っている。この、レーザ照射機構１は、図中ｅ1 方向
に移動自在で、測定光束Ｓ1 を後述する光軸Ｋ1 に対し
て接離自在としている。
【００１８】光学機構２：測定光束Ｓ1 〜を導く光路を
形成するためのものであり、前記レーザ照射機構１から
照射された測定光束Ｓ1 を直角に反射すべく、該測定光
束Ｓ1 に対して４５°の角度で配置された第１ダイクロ
イックミラー９と、該第１ダイクロイックミラー９と同
じ角度で配置されたハーフミラー１０と、前記第１ダイ
クロイックミラー９と同じ角度で且つ反射面を向かい合
わせにした第２ダイクロイックミラー１１と、対物レン
ズ１２と、また大小２つの第１・第２結像レンズ１３、
１４を備えている。従って、この光学機構２には、４本
の光軸Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ 4 が形成される。また、前
記第１・第２ダイクロイックミラー９、１１は、それぞ
れこの実施例に係る測定光束Ｓ1 〜の波長のみを反射
し、他の波長を透過する特性を有する。
形成するためのものであり、前記レーザ照射機構１から
照射された測定光束Ｓ1 を直角に反射すべく、該測定光
束Ｓ1 に対して４５°の角度で配置された第１ダイクロ
イックミラー９と、該第１ダイクロイックミラー９と同
じ角度で配置されたハーフミラー１０と、前記第１ダイ
クロイックミラー９と同じ角度で且つ反射面を向かい合
わせにした第２ダイクロイックミラー１１と、対物レン
ズ１２と、また大小２つの第１・第２結像レンズ１３、
１４を備えている。従って、この光学機構２には、４本
の光軸Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ 4 が形成される。また、前
記第１・第２ダイクロイックミラー９、１１は、それぞ
れこの実施例に係る測定光束Ｓ1 〜の波長のみを反射
し、他の波長を透過する特性を有する。
【００１９】光位置検出機構３：光学機構２における光
軸Ｋ4 上の結像レンズ１３、１４の後には、第１光位置
検出器１５、第２光位置検出器１６がそれぞれ設けられ
ている。各光位置検出器１５、１６は、それぞれ２分割
ホトセンサー１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂから構成
されており、第１光位置検出器１５は粗調整用として機
能し、第２光位置検出器１６は微調整用として機能す
る。そして、第１光位置検出器１５のホトセンサー１５
ａ、１５ｂ間には、後述する測定光束Ｓ9 よりも若干広
い数μｍ程度のスリット部１７が形成されている。第２
光位置検出器１６にはこのスリット部１７を通過して第
２結像レンズ１４を経た測定光束Ｓ10だけが受光される
ようになっており、第２光位置検出器１６が測定光束Ｓ
10を受光すると、第１光位置検出器１５が非検出状態に
切換わるようになっている。また、各光位置検出器１
５、１６は、レーザ照射機構１から照射される一定パル
スの測定光束Ｓ10のみ検出可能なので、その他のパルス
の光は検出しないようになっている。この実施例におけ
る各光位置検出器１５、１６は、半導体光位置検出器
（ホトダイオード）で、画像上で走査を行わず、ホトセ
ンサー１５ａ、１６ａ又は、１５ｂ、１６ｂのどちらに
受光されたかによって、測定光束Ｓ9 又はＳ10の位置情
報を含んだ位置信号を得ることができ、ＣＣＤ、ＭＯＳ
等の固体撮像素子に比べてより高い分解能をもち、高い
サンプリンググレードを得ることができる。更に、各光
位置検出器１５、１６は、検出した測定光束Ｓ9 又はＳ
10のスポットの中心位置を出力するだけなので、輝度分
布が変化しても影響を受けず、対象物Ｔの表面における
コントラストによって焦点位置合わせ精度が影響を受け
ない（つまり、耐ノイズ性、測定の確実性が高い）。
軸Ｋ4 上の結像レンズ１３、１４の後には、第１光位置
検出器１５、第２光位置検出器１６がそれぞれ設けられ
ている。各光位置検出器１５、１６は、それぞれ２分割
ホトセンサー１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂから構成
されており、第１光位置検出器１５は粗調整用として機
能し、第２光位置検出器１６は微調整用として機能す
る。そして、第１光位置検出器１５のホトセンサー１５
ａ、１５ｂ間には、後述する測定光束Ｓ9 よりも若干広
い数μｍ程度のスリット部１７が形成されている。第２
光位置検出器１６にはこのスリット部１７を通過して第
２結像レンズ１４を経た測定光束Ｓ10だけが受光される
ようになっており、第２光位置検出器１６が測定光束Ｓ
10を受光すると、第１光位置検出器１５が非検出状態に
切換わるようになっている。また、各光位置検出器１
５、１６は、レーザ照射機構１から照射される一定パル
スの測定光束Ｓ10のみ検出可能なので、その他のパルス
の光は検出しないようになっている。この実施例におけ
る各光位置検出器１５、１６は、半導体光位置検出器
（ホトダイオード）で、画像上で走査を行わず、ホトセ
ンサー１５ａ、１６ａ又は、１５ｂ、１６ｂのどちらに
受光されたかによって、測定光束Ｓ9 又はＳ10の位置情
報を含んだ位置信号を得ることができ、ＣＣＤ、ＭＯＳ
等の固体撮像素子に比べてより高い分解能をもち、高い
サンプリンググレードを得ることができる。更に、各光
位置検出器１５、１６は、検出した測定光束Ｓ9 又はＳ
10のスポットの中心位置を出力するだけなので、輝度分
布が変化しても影響を受けず、対象物Ｔの表面における
コントラストによって焦点位置合わせ精度が影響を受け
ない（つまり、耐ノイズ性、測定の確実性が高い）。
【００２０】焦点位置合わせ機構４：焦点位置合わせ機
構４としては、サーボ回路によってモータを駆動させる
非常に動作スピードの速い「サーボ機構」を採用してい
る。この焦点位置合わせ機構４は対物レンズ１２を図中
ｅ2 方向で移動自在に支持しており、各光位置検出器１
５、１６からの位置信号に応じて、各ホトセンサー１５
ａ、１６ａと１５ｂ、１６ｂのバランスをとるように、
対象物Ｔと対物レンズ１２との距離ｆを調整できるよう
になっている。
構４としては、サーボ回路によってモータを駆動させる
非常に動作スピードの速い「サーボ機構」を採用してい
る。この焦点位置合わせ機構４は対物レンズ１２を図中
ｅ2 方向で移動自在に支持しており、各光位置検出器１
５、１６からの位置信号に応じて、各ホトセンサー１５
ａ、１６ａと１５ｂ、１６ｂのバランスをとるように、
対象物Ｔと対物レンズ１２との距離ｆを調整できるよう
になっている。
【００２１】次に、この二段検出式非接触位置決め装置
の動作を説明する。焦点が合っている状態（図１参照） レーザ発生手段６から発せられた測定光束Ｓとしての半
導体レーザはコリメータレンズ７にて平行光にされた
後、スリット手段８にて数μｍの細いビーム光線にされ
て外に照射され、光軸Ｋ1 と平行な測定光束Ｓ1 とな
る。この測定光束Ｓ 1 は第１ダイクロイックミラー９に
て反射され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ2となる。こ
の測定光束Ｓ2 はハーフミラー１０を通過した後、第２
ダイクロイックミラー１１に反射され、光軸Ｋ3 と平行
な測定光束Ｓ3 となる。そして、この測定光束Ｓ3 は対
物レンズ１２にて屈折され、対象物Ｔへ向かう測定光束
Ｓ4 となる。図１の場合は、対物レンズ１２と対象物Ｔ
がちょうど焦点距離ｆとなっているため、対物レンズ１
２で屈折された測定光束Ｓ4 は対象物Ｔの光軸Ｋ3 上に
ある焦点Ｐに、照射角度θでもって当たり、そこで反射
されて測定光束Ｓ5 となる。
の動作を説明する。焦点が合っている状態（図１参照） レーザ発生手段６から発せられた測定光束Ｓとしての半
導体レーザはコリメータレンズ７にて平行光にされた
後、スリット手段８にて数μｍの細いビーム光線にされ
て外に照射され、光軸Ｋ1 と平行な測定光束Ｓ1 とな
る。この測定光束Ｓ 1 は第１ダイクロイックミラー９に
て反射され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ2となる。こ
の測定光束Ｓ2 はハーフミラー１０を通過した後、第２
ダイクロイックミラー１１に反射され、光軸Ｋ3 と平行
な測定光束Ｓ3 となる。そして、この測定光束Ｓ3 は対
物レンズ１２にて屈折され、対象物Ｔへ向かう測定光束
Ｓ4 となる。図１の場合は、対物レンズ１２と対象物Ｔ
がちょうど焦点距離ｆとなっているため、対物レンズ１
２で屈折された測定光束Ｓ4 は対象物Ｔの光軸Ｋ3 上に
ある焦点Ｐに、照射角度θでもって当たり、そこで反射
されて測定光束Ｓ5 となる。
【００２２】この反射した測定光束Ｓ5 は再度対物レン
ズ１２で屈折されて光軸Ｋ3 と平行な測定光束Ｓ6 とな
る。そして、この測定光束Ｓ6 は第２ダイクロイックミ
ラー１１にて反射され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ7
となる。この測定光束Ｓ7 はハーフミラー１０にて反射
され、光軸Ｋ4 と平行な測定光束Ｓ8 となり、第１結像
レンズ１３にて屈折された後、測定光束Ｓ9 となって第
１光位置検出器１５のスリット部１７を通過し、第２結
像レンズ１４を経て測定光束Ｓ10となり、第２光位置検
出器１６の中心点にて受光される。測定光束Ｓ10が第２
光位置検出器１６の中心点にて受光されるため、第２光
位置検出器１６から焦点位置合わせ機構４には信号が送
られず、対物レンズ１２の位置は変化しない。
ズ１２で屈折されて光軸Ｋ3 と平行な測定光束Ｓ6 とな
る。そして、この測定光束Ｓ6 は第２ダイクロイックミ
ラー１１にて反射され、光軸Ｋ2 と平行な測定光束Ｓ7
となる。この測定光束Ｓ7 はハーフミラー１０にて反射
され、光軸Ｋ4 と平行な測定光束Ｓ8 となり、第１結像
レンズ１３にて屈折された後、測定光束Ｓ9 となって第
１光位置検出器１５のスリット部１７を通過し、第２結
像レンズ１４を経て測定光束Ｓ10となり、第２光位置検
出器１６の中心点にて受光される。測定光束Ｓ10が第２
光位置検出器１６の中心点にて受光されるため、第２光
位置検出器１６から焦点位置合わせ機構４には信号が送
られず、対物レンズ１２の位置は変化しない。
【００２３】対象物Ｔが対物レンズ１２に近づいている
場合（図２参照） 対象物Ｔが対物レンズ１２の焦点Ｐよりも近い場合に
は、対物レンズ１２にて屈折された測定光束Ｓ4 が、対
象物Ｔにおける光軸Ｋ3 よりも図２中で左側にずれた点
で反射される。反射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１
２で屈折されるが、この屈折された後の測定光束Ｓ6 、
Ｓ7 、Ｓ8 はいずれも光軸Ｋ3 、Ｋ2 、Ｋ 4 と平行とな
らない。従って、第１結像レンズ１３で屈折された測定
光束Ｓ9 は、第１光位置検出器１５における右側のホト
センサー１５ａにて受光される。右側のホトセンサー１
５ａで測定光束Ｓ9 が受光されると、その位置信号が焦
点位置合わせ機構４へ送られ、左右のホトセンサー１５
ａ、１５ｂのバランスをとる方向、即ち左右のホトセン
サー１５ａ、１５ｂの中心側で測定光束Ｓ9 を受光しよ
うとして、焦点位置合わせ機構４が対物レンズ１２を図
中上方へ移動させる。このようにして、対物レンズ１２
が移動すると、測定光束Ｓ9 の受光点が中央のスリット
部１７に向かい、最後にはこのスリット部１７内へ入り
込み、第２光位置検出器１６にて受光され、結果として
前記図１のようになり、そして第２光位置検出器１６が
受光するようになると、第１光位置検出器１５の検出機
能が停止し、第１光位置検出器１５は単なる遮蔽体とな
る。従って、単色光である半導体レーザを利用した測定
光束Ｓ1 〜Ｓ10が光学機構２中を通過する間に回折像と
なり、いろいろな散乱光を出しても、これらの散乱光を
第１光位置検出器１５にて遮断することができる。従っ
て、本来の測定光束Ｓ10のみを第２光位置検出器１６に
て受光することができる。第２光位置検出器１６で測定
光束Ｓ10が受光されると、左右のホトセンサー１６ａ、
１６ｂの各々の受光面積を等しくするように焦点位置合
わせ機構４が対物レンズ１２を上又は下方向へ更に移動
させ、散乱光に影響を受けない精密な位置合わせ調整が
行える。尚、以上及び以下の説明では、位置調整のため
に、対物レンズ１２を移動させる状態を主に説明する
が、対物レンズ１２の移動に代えて、対象物Ｔを移動さ
せても良いことは勿論である。
場合（図２参照） 対象物Ｔが対物レンズ１２の焦点Ｐよりも近い場合に
は、対物レンズ１２にて屈折された測定光束Ｓ4 が、対
象物Ｔにおける光軸Ｋ3 よりも図２中で左側にずれた点
で反射される。反射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１
２で屈折されるが、この屈折された後の測定光束Ｓ6 、
Ｓ7 、Ｓ8 はいずれも光軸Ｋ3 、Ｋ2 、Ｋ 4 と平行とな
らない。従って、第１結像レンズ１３で屈折された測定
光束Ｓ9 は、第１光位置検出器１５における右側のホト
センサー１５ａにて受光される。右側のホトセンサー１
５ａで測定光束Ｓ9 が受光されると、その位置信号が焦
点位置合わせ機構４へ送られ、左右のホトセンサー１５
ａ、１５ｂのバランスをとる方向、即ち左右のホトセン
サー１５ａ、１５ｂの中心側で測定光束Ｓ9 を受光しよ
うとして、焦点位置合わせ機構４が対物レンズ１２を図
中上方へ移動させる。このようにして、対物レンズ１２
が移動すると、測定光束Ｓ9 の受光点が中央のスリット
部１７に向かい、最後にはこのスリット部１７内へ入り
込み、第２光位置検出器１６にて受光され、結果として
前記図１のようになり、そして第２光位置検出器１６が
受光するようになると、第１光位置検出器１５の検出機
能が停止し、第１光位置検出器１５は単なる遮蔽体とな
る。従って、単色光である半導体レーザを利用した測定
光束Ｓ1 〜Ｓ10が光学機構２中を通過する間に回折像と
なり、いろいろな散乱光を出しても、これらの散乱光を
第１光位置検出器１５にて遮断することができる。従っ
て、本来の測定光束Ｓ10のみを第２光位置検出器１６に
て受光することができる。第２光位置検出器１６で測定
光束Ｓ10が受光されると、左右のホトセンサー１６ａ、
１６ｂの各々の受光面積を等しくするように焦点位置合
わせ機構４が対物レンズ１２を上又は下方向へ更に移動
させ、散乱光に影響を受けない精密な位置合わせ調整が
行える。尚、以上及び以下の説明では、位置調整のため
に、対物レンズ１２を移動させる状態を主に説明する
が、対物レンズ１２の移動に代えて、対象物Ｔを移動さ
せても良いことは勿論である。
【００２４】対象物Ｔが対物レンズ１２から遠い場合
（図３参照） 対象物Ｔが対物レンズ１２の焦点Ｐよりも遠い場合に
は、対物レンズ１２にて屈折された測定光束Ｓ4 が、対
象物Ｔにおける光軸Ｋ3 よりも図３で右側にずれた点で
反射される。従って、反射された測定光束Ｓ5 は対物レ
ンズ１２で屈折されるが、この屈折された後の測定光束
Ｓ6 、Ｓ7 、Ｓ8 は、先の図２の場合とは逆側に傾き、
いずれも光軸Ｋ3 、Ｋ2 、Ｋ4 と平行とならない。従っ
て、第１結像レンズ１３で屈折された測定光束Ｓ9 は、
第１光位置検出器１５における左側のホトセンサー１５
ｂにて受光される。従って、左右のホトセンサー１５
ａ、１５ｂの各々の受光面積を等しくするように、焦点
位置合わせ機構４が対物レンズ１２を図中下方へ移動さ
せ、測定光束Ｓ9 を第１光位置検出器１５のスリット部
１７まで導き、第２光位置検出器１６が受光状態とな
る。そこで、先の場合と同様に精密な焦点位置合わせが
行われる。
（図３参照） 対象物Ｔが対物レンズ１２の焦点Ｐよりも遠い場合に
は、対物レンズ１２にて屈折された測定光束Ｓ4 が、対
象物Ｔにおける光軸Ｋ3 よりも図３で右側にずれた点で
反射される。従って、反射された測定光束Ｓ5 は対物レ
ンズ１２で屈折されるが、この屈折された後の測定光束
Ｓ6 、Ｓ7 、Ｓ8 は、先の図２の場合とは逆側に傾き、
いずれも光軸Ｋ3 、Ｋ2 、Ｋ4 と平行とならない。従っ
て、第１結像レンズ１３で屈折された測定光束Ｓ9 は、
第１光位置検出器１５における左側のホトセンサー１５
ｂにて受光される。従って、左右のホトセンサー１５
ａ、１５ｂの各々の受光面積を等しくするように、焦点
位置合わせ機構４が対物レンズ１２を図中下方へ移動さ
せ、測定光束Ｓ9 を第１光位置検出器１５のスリット部
１７まで導き、第２光位置検出器１６が受光状態とな
る。そこで、先の場合と同様に精密な焦点位置合わせが
行われる。
【００２５】検出困難な対象物Ｔの場合（図４参照） 図４の対象物Ｔのように、検出対象である表面Ｔ2 の隣
接位置に、それぞれ高さの異なる段差部Ｔ1 、Ｔ3 が存
在するような場合、前述のように、測定光束Ｓ 1 〜Ｓ10
は光学機構２を通過する間にいろいろな方向性の散乱光
を生じさせるため、この図４のような状況においても、
本来の検出対象である表面Ｔ2 で反射される測定光束Ｓ
4 の他に、上側の段差部Ｔ1 で反射される測定光束（散
乱光）Ｓ’や、下側の段差部Ｔ3 で反射される測定光束
（散乱光）Ｓ”もある。このような測定光束（散乱光）
Ｓ’、Ｓ”は各段差部Ｔ1 、Ｔ3 で反射された後、第１
光位置検出器１５の各ホトセンサー１５ａ、１５ｂにそ
れぞれ当たるが、図１〜図３で説明したように、対物レ
ンズ１２の移動で位置合わせの調整が済んでいるので、
表面Ｔ2 からの測定光束Ｓ9 がスリット部１７を通過し
て、第２光位置検出器１６にて受光されているため、第
１光位置検出器１５は単なる遮蔽体としての機能を発揮
し、第２光位置検出器１６における本来の測定光束Ｓ10
の検出に悪影響を与えない。もし、この第１光位置検出
器１５が存在しないと、前記各測定光束（散乱光）
Ｓ’、Ｓ”が第２光位置検出器１６にて受光され、本来
の測定光束Ｓ10の検出精度を阻害してしまうこととな
る。対象物Ｔとして半導体を取付けた基板を選択した場
合、今日、半導体産業は基板上に半導体を配する密度が
更に高密度化し、隣接位置に凸凹が存在する面に焦点位
置を合わせなければならない場合が多くあるが、この実
施例の二段検出式非接触位置決め装置によれば、このよ
うな場合にも、求める面に対して正確な位置決めが行え
る。
接位置に、それぞれ高さの異なる段差部Ｔ1 、Ｔ3 が存
在するような場合、前述のように、測定光束Ｓ 1 〜Ｓ10
は光学機構２を通過する間にいろいろな方向性の散乱光
を生じさせるため、この図４のような状況においても、
本来の検出対象である表面Ｔ2 で反射される測定光束Ｓ
4 の他に、上側の段差部Ｔ1 で反射される測定光束（散
乱光）Ｓ’や、下側の段差部Ｔ3 で反射される測定光束
（散乱光）Ｓ”もある。このような測定光束（散乱光）
Ｓ’、Ｓ”は各段差部Ｔ1 、Ｔ3 で反射された後、第１
光位置検出器１５の各ホトセンサー１５ａ、１５ｂにそ
れぞれ当たるが、図１〜図３で説明したように、対物レ
ンズ１２の移動で位置合わせの調整が済んでいるので、
表面Ｔ2 からの測定光束Ｓ9 がスリット部１７を通過し
て、第２光位置検出器１６にて受光されているため、第
１光位置検出器１５は単なる遮蔽体としての機能を発揮
し、第２光位置検出器１６における本来の測定光束Ｓ10
の検出に悪影響を与えない。もし、この第１光位置検出
器１５が存在しないと、前記各測定光束（散乱光）
Ｓ’、Ｓ”が第２光位置検出器１６にて受光され、本来
の測定光束Ｓ10の検出精度を阻害してしまうこととな
る。対象物Ｔとして半導体を取付けた基板を選択した場
合、今日、半導体産業は基板上に半導体を配する密度が
更に高密度化し、隣接位置に凸凹が存在する面に焦点位
置を合わせなければならない場合が多くあるが、この実
施例の二段検出式非接触位置決め装置によれば、このよ
うな場合にも、求める面に対して正確な位置決めが行え
る。
【００２６】次に、測定光束Ｓ4 の対象物Ｔに対する照
射角度θを変化させることにより得られる性能を説明す
る。対象物Ｔが透明体Ｔ”の場合（図５参照） 対象物Ｔが透明体Ｔで、その裏側に不透明体Ｔ’が接合
されているような場合は、対物レンズ１２で屈折された
測定光束Ｓ4 の照射角度θ1 が大きいと（垂直に近い
と）、透明体Ｔ”の表面での反射率が低下するため、測
定光束Ｓ4 は図５（ａ）に示す如く、透明体Ｔ”内に入
り込み、裏側の不透明体Ｔ’の表面を基準に焦点合わせ
が行われることとなる。このような場合は、レーザ照射
機構１を光軸Ｋ1 から離れる方向へ水平移動させ（図１
参照）、測定光束Ｓ1 と光軸Ｋ1 との距離を大きくす
る。すると、測定光束Ｓ4 は図５（ｂ）の如く、対物レ
ンズ１２の外周部付近で屈折され、小さな照射角度θ2
で対象物Ｔに当たる。照射角度θ2 が小さいと透明体
Ｔ”の表面での反射率が高まるため、この透明体Ｔ”の
表面で反射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１２で屈折
され、そのまま光学機構２内を通過して、図２のよう
に、第１光位置検出器１５における右側のホトセンサー
１５ａにて受光される。従って、第１光位置検出器１５
の機能により、該測定光束Ｓ5 は測定光束Ｓ9 となって
スリット部１７に導かれ、そのスリット部１７を通過し
て、第２光位置検出器１６で受光され、図５（ｃ）のよ
うに、対物レンズ１２を上方移動させ、透明体Ｔ”の表
面に焦点Ｐを合わせた精密な焦点位置合わせが行われ
る。
射角度θを変化させることにより得られる性能を説明す
る。対象物Ｔが透明体Ｔ”の場合（図５参照） 対象物Ｔが透明体Ｔで、その裏側に不透明体Ｔ’が接合
されているような場合は、対物レンズ１２で屈折された
測定光束Ｓ4 の照射角度θ1 が大きいと（垂直に近い
と）、透明体Ｔ”の表面での反射率が低下するため、測
定光束Ｓ4 は図５（ａ）に示す如く、透明体Ｔ”内に入
り込み、裏側の不透明体Ｔ’の表面を基準に焦点合わせ
が行われることとなる。このような場合は、レーザ照射
機構１を光軸Ｋ1 から離れる方向へ水平移動させ（図１
参照）、測定光束Ｓ1 と光軸Ｋ1 との距離を大きくす
る。すると、測定光束Ｓ4 は図５（ｂ）の如く、対物レ
ンズ１２の外周部付近で屈折され、小さな照射角度θ2
で対象物Ｔに当たる。照射角度θ2 が小さいと透明体
Ｔ”の表面での反射率が高まるため、この透明体Ｔ”の
表面で反射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１２で屈折
され、そのまま光学機構２内を通過して、図２のよう
に、第１光位置検出器１５における右側のホトセンサー
１５ａにて受光される。従って、第１光位置検出器１５
の機能により、該測定光束Ｓ5 は測定光束Ｓ9 となって
スリット部１７に導かれ、そのスリット部１７を通過し
て、第２光位置検出器１６で受光され、図５（ｃ）のよ
うに、対物レンズ１２を上方移動させ、透明体Ｔ”の表
面に焦点Ｐを合わせた精密な焦点位置合わせが行われ
る。
【００２７】対象物Ｔが透明体Ｔ”内の不透明体Ｔ’の
場合（図６参照） 対象物Ｔが透明体Ｔ”内に埋め込まれた不透明体Ｔ’で
あるような場合は、対物レンズ１２で屈折された測定光
束Ｓ4 の照射角度θ2 が小さいと、図６（ａ）のよう
に、測定光束Ｓ4 が透明体Ｔ”の表面で反射されてしま
うため、透明体Ｔ”の表面を基準に焦点合わせが行われ
ることとなる。このような場合は、レーザ照射機構１を
光軸Ｋ1 に近づく方向へ水平移動させ（図１参照）、測
定光束Ｓ1と光軸Ｋ1 との距離を小さくする。すると、
測定光束Ｓ4 は対物レンズ１２の中心部付近で屈折さ
れ、大きな照射角度θ1 で透明体Ｔ”に当たる。照射角
度θ1が大きいと、透明体Ｔ”の表面での反射率が低く
なるため、測定光束Ｓ4 は透明体Ｔ”内に入り込み、内
部の不透明体Ｔ’に当たる。そして、不透明体Ｔ’で反
射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１２で屈折され、そ
のまま光学機構２内を通過して、図３のように、第１光
位置検出器１５における左側のホトセンサー１５ｂにて
受光される。従って、第１光位置検出器１５の機能によ
り、該測定光束Ｓ 9 はスリット部１７を通過して、第２
光位置検出器１６で受光され、図６（ｃ）のように、対
物レンズ１２を下方移動させ、不透明体Ｔ’の表面に焦
点Ｐを合わせた精密な焦点位置合わせが行われる。
場合（図６参照） 対象物Ｔが透明体Ｔ”内に埋め込まれた不透明体Ｔ’で
あるような場合は、対物レンズ１２で屈折された測定光
束Ｓ4 の照射角度θ2 が小さいと、図６（ａ）のよう
に、測定光束Ｓ4 が透明体Ｔ”の表面で反射されてしま
うため、透明体Ｔ”の表面を基準に焦点合わせが行われ
ることとなる。このような場合は、レーザ照射機構１を
光軸Ｋ1 に近づく方向へ水平移動させ（図１参照）、測
定光束Ｓ1と光軸Ｋ1 との距離を小さくする。すると、
測定光束Ｓ4 は対物レンズ１２の中心部付近で屈折さ
れ、大きな照射角度θ1 で透明体Ｔ”に当たる。照射角
度θ1が大きいと、透明体Ｔ”の表面での反射率が低く
なるため、測定光束Ｓ4 は透明体Ｔ”内に入り込み、内
部の不透明体Ｔ’に当たる。そして、不透明体Ｔ’で反
射された測定光束Ｓ5 は対物レンズ１２で屈折され、そ
のまま光学機構２内を通過して、図３のように、第１光
位置検出器１５における左側のホトセンサー１５ｂにて
受光される。従って、第１光位置検出器１５の機能によ
り、該測定光束Ｓ 9 はスリット部１７を通過して、第２
光位置検出器１６で受光され、図６（ｃ）のように、対
物レンズ１２を下方移動させ、不透明体Ｔ’の表面に焦
点Ｐを合わせた精密な焦点位置合わせが行われる。
【００２８】半導体産業では、例えば超ＬＳＩの製造過
程で、表面に透明なコーティングをする場合がある。コ
ーティングの膜厚にもよるが、コーティングの上面又は
下面などを検査するときにこの実施例の二段検出式非接
触位置決め装置は便利である。また、液晶のスクリーン
を製造する過程で、表面の透明ガラスに位置合わせした
り、内部の液晶面に位置合わせする場合にもこの実施例
の構造は適している。また、磁気ヘッドなども表面に透
明体が設けられるため、このような磁気ヘッドの表面検
査にも好適である。更に、スライドガラスとカバーガラ
スとで挟まれた対象物としての検体に焦点を合わせる顕
微鏡への適用にも好適である。加えて、照射角度θ1 を
大きくして、測定光束Ｓ4 を光軸Ｋ3 に近づけた状態に
できるので、幅が細くて深い溝の底に焦点を合わせる場
合にも好適である。
程で、表面に透明なコーティングをする場合がある。コ
ーティングの膜厚にもよるが、コーティングの上面又は
下面などを検査するときにこの実施例の二段検出式非接
触位置決め装置は便利である。また、液晶のスクリーン
を製造する過程で、表面の透明ガラスに位置合わせした
り、内部の液晶面に位置合わせする場合にもこの実施例
の構造は適している。また、磁気ヘッドなども表面に透
明体が設けられるため、このような磁気ヘッドの表面検
査にも好適である。更に、スライドガラスとカバーガラ
スとで挟まれた対象物としての検体に焦点を合わせる顕
微鏡への適用にも好適である。加えて、照射角度θ1 を
大きくして、測定光束Ｓ4 を光軸Ｋ3 に近づけた状態に
できるので、幅が細くて深い溝の底に焦点を合わせる場
合にも好適である。
【００２９】尚、以上の説明では、測定光束Ｓ4 の照射
角度θを変化させるために、レーザ照射機構１をｅ1 方
向に移動させる例を示したが、レーザ照射機構１を固定
し、その代わりに、レーザ照射機構１からの測定光束Ｓ
1 を最初に受ける第１ダイクロイックミラー９を、ｅ1
方向へ移動させたり、又はレーザ照射機構１に対して接
離する方向で移動させて光軸Ｋ1 自体を測定光束Ｓ1 に
対して近づけたり、離したりするようにしても良い。
角度θを変化させるために、レーザ照射機構１をｅ1 方
向に移動させる例を示したが、レーザ照射機構１を固定
し、その代わりに、レーザ照射機構１からの測定光束Ｓ
1 を最初に受ける第１ダイクロイックミラー９を、ｅ1
方向へ移動させたり、又はレーザ照射機構１に対して接
離する方向で移動させて光軸Ｋ1 自体を測定光束Ｓ1 に
対して近づけたり、離したりするようにしても良い。
【００３０】更に、この実施例では、第１・第２光位置
検出器１５、１６としてフォトダイオード（ＰＤ）を採
用したが、例えば半導体光位置検出器（ＰＳＤ）などを
採用しても、同等の効果が得られる。
検出器１５、１６としてフォトダイオード（ＰＤ）を採
用したが、例えば半導体光位置検出器（ＰＳＤ）などを
採用しても、同等の効果が得られる。
【００３１】そして、本実施例の基本的構造及び作用を
利用することにより、以下のような有益な利用方法が考
えられる。
利用することにより、以下のような有益な利用方法が考
えられる。
【００３２】 対象物Ｔの位置（距離）合わせを行え
るので、各種部品（対象物）の所定位置への位置決め設
置を正確且つ迅速に行える。
るので、各種部品（対象物）の所定位置への位置決め設
置を正確且つ迅速に行える。
【００３３】 上記位置（距離）合わせを、１部品
（１対象物）で複数ポイント同時に行えば、その部品の
傾斜度（垂直度）を正確に測定することができる。
（１対象物）で複数ポイント同時に行えば、その部品の
傾斜度（垂直度）を正確に測定することができる。
【００３４】 焦点位置合わせ機構４にて対物レンズ
１２を移動させて焦点を合わせるようにし、且つその対
物レンズ１２をそのまま顕微鏡や望遠鏡などの光学機器
の対物レンズとして兼用すれば、それら光学機器の自動
焦点合わせ（オートフォーカス）が行える。
１２を移動させて焦点を合わせるようにし、且つその対
物レンズ１２をそのまま顕微鏡や望遠鏡などの光学機器
の対物レンズとして兼用すれば、それら光学機器の自動
焦点合わせ（オートフォーカス）が行える。
【００３５】 対物レンズ１２を移動させて焦点位置
合わせを行うようにし、その対物レンズ１２の移動量を
エンコーダ等により数値化すれば、その数値より対象物
Ｔから対物レンズ１２までの距離を非接触で計測するこ
とができると共に、三次元測定器の非接触センサー（プ
ローブ）や、液体表面の自動変位測定に応用することが
できる。
合わせを行うようにし、その対物レンズ１２の移動量を
エンコーダ等により数値化すれば、その数値より対象物
Ｔから対物レンズ１２までの距離を非接触で計測するこ
とができると共に、三次元測定器の非接触センサー（プ
ローブ）や、液体表面の自動変位測定に応用することが
できる。
【００３６】 反射対象物（即ち、鏡）と対物レンズ
１２との間に透明体を介在させ、その時の対物レンズ１
２の移動量と、その透明体の屈折率から、その透明体の
厚さを非接触で測定することができる。
１２との間に透明体を介在させ、その時の対物レンズ１
２の移動量と、その透明体の屈折率から、その透明体の
厚さを非接触で測定することができる。
【００３７】以上の説明では、光学機構中に第１・第２
ダイクロイックミラー９、１１を設ける例を示したが、
光学機構２中に照明を取り込む装置に適用しない場合
は、単なるミラー（鏡）で良い。また、測定光束Ｓとし
て一定パルスの半導体レーザを照射する例を示したが、
Ｈｅ−Ｎｅレーザを照射すれば、更に検出精度が向上す
る。また、対象物Ｔの表面が平らで散乱光が発生しない
状態であれば、その他の通常の連続レーザで十分であ
る。
ダイクロイックミラー９、１１を設ける例を示したが、
光学機構２中に照明を取り込む装置に適用しない場合
は、単なるミラー（鏡）で良い。また、測定光束Ｓとし
て一定パルスの半導体レーザを照射する例を示したが、
Ｈｅ−Ｎｅレーザを照射すれば、更に検出精度が向上す
る。また、対象物Ｔの表面が平らで散乱光が発生しない
状態であれば、その他の通常の連続レーザで十分であ
る。
【００３８】図７はこの発明の第２実施例を示す図であ
る。この実施例は、前記の一例として、二段検出式非
接触位置決め装置に画像処理機構を組み合わせた構造と
なっている。１８は光源で、照明光Ｌを発する。この照
明光Ｌはコンデンサレンズ１９にて集光され、第１ダイ
クロイックミラー９、ハーフミラー１０を透過した後、
第２ダイクロイックミラー１１にて反射され、対物レン
ズ１２を経て、焦点Ｐ付近の領域Ｈを照らす。そして、
照らされた領域Ｈで反射された照明光Ｌは、対物レンズ
１２を経た後、第２ダイクロイックミラー１１を通過し
て、画像用の結像レンズ２０にて画像検出部（ＣＣＤカ
メラ・撮像管）２１に結像する。対物レンズ１２は、二
段検出式非接触位置決め装置の光位置検出機構３にて自
動的に焦点合わせ（オートフォーカス）されるため、こ
の画像検出部２１にて正確な画像信号が得られる。そし
て、この画像信号を変換してコンピュータ処理すること
により、例えば、面積計算、パタン処理、黒白濃度処理
などが行えるようになる。なお、画像検出部２１に代え
て、接眼部を設ければ顕微鏡にもなる。
る。この実施例は、前記の一例として、二段検出式非
接触位置決め装置に画像処理機構を組み合わせた構造と
なっている。１８は光源で、照明光Ｌを発する。この照
明光Ｌはコンデンサレンズ１９にて集光され、第１ダイ
クロイックミラー９、ハーフミラー１０を透過した後、
第２ダイクロイックミラー１１にて反射され、対物レン
ズ１２を経て、焦点Ｐ付近の領域Ｈを照らす。そして、
照らされた領域Ｈで反射された照明光Ｌは、対物レンズ
１２を経た後、第２ダイクロイックミラー１１を通過し
て、画像用の結像レンズ２０にて画像検出部（ＣＣＤカ
メラ・撮像管）２１に結像する。対物レンズ１２は、二
段検出式非接触位置決め装置の光位置検出機構３にて自
動的に焦点合わせ（オートフォーカス）されるため、こ
の画像検出部２１にて正確な画像信号が得られる。そし
て、この画像信号を変換してコンピュータ処理すること
により、例えば、面積計算、パタン処理、黒白濃度処理
などが行えるようになる。なお、画像検出部２１に代え
て、接眼部を設ければ顕微鏡にもなる。
【００３９】図８はこの発明の第３実施例を示す図であ
る。この実施例は、第１実施例の構造中の光学機構をよ
り簡素化したものである。すなわち、第１・第２ダイク
ロイックミラー９、１１を取り外し、１枚のハーフミラ
ー１０で、２本の光軸Ｋ5 、Ｋ6 を有する光学機構２２
とした。このようにシンプルな構造だが、性能は第１実
施例と同様である。構造がシンプルになったため、ユニ
ットとして、他の機械に組み込み易い。
る。この実施例は、第１実施例の構造中の光学機構をよ
り簡素化したものである。すなわち、第１・第２ダイク
ロイックミラー９、１１を取り外し、１枚のハーフミラ
ー１０で、２本の光軸Ｋ5 、Ｋ6 を有する光学機構２２
とした。このようにシンプルな構造だが、性能は第１実
施例と同様である。構造がシンプルになったため、ユニ
ットとして、他の機械に組み込み易い。
【００４０】
【発明の効果】この発明に係る二段検出式非接触位置決
め装置は、以上説明してきた如き内容のものであって、
第１光位置検出器のスリット部を通過した測定光束を第
２光位置検出器で検出する時、第１光位置検出器が非検
出状態となり、単なる遮蔽体となるため、検出精度に悪
影響を与える散乱光などは全てこの第１光位置検出器に
てカットされるため、第２光位置検出器では本来の測定
光束のみに基づいて正確な焦点位置合わせが行われるこ
ととなる。
め装置は、以上説明してきた如き内容のものであって、
第１光位置検出器のスリット部を通過した測定光束を第
２光位置検出器で検出する時、第１光位置検出器が非検
出状態となり、単なる遮蔽体となるため、検出精度に悪
影響を与える散乱光などは全てこの第１光位置検出器に
てカットされるため、第２光位置検出器では本来の測定
光束のみに基づいて正確な焦点位置合わせが行われるこ
ととなる。
【００４１】また、測定光束として一定パルスのビーム
状半導体レーザを用い、且つ光位置検出機構がその一定
パルスの半導体レーザのみを検出するものであるため、
検出精度が更に高まる。
状半導体レーザを用い、且つ光位置検出機構がその一定
パルスの半導体レーザのみを検出するものであるため、
検出精度が更に高まる。
【００４２】加えて、測定光束として、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザを使用すれば、非常に細いビームが得られ、検出精度
が格段と向上する。
ザを使用すれば、非常に細いビームが得られ、検出精度
が格段と向上する。
【００４３】更に、レーザ照射機構を光軸に対して接離
する方向で移動可能とし、或いはレーザ照射機構からの
測定光束を最初に受けるミラー手段を光軸又はレーザ照
射機構に対して接離する方向で移動可能とすれば、測定
光束と光軸との距離を調整でき、測定光束の対象物表面
に対する照射角度を変化させることができる。従って、
透明体の表面での焦点合わせができ、且つ透明体の中や
裏側の不透明体にも焦点合わせすることができる。
する方向で移動可能とし、或いはレーザ照射機構からの
測定光束を最初に受けるミラー手段を光軸又はレーザ照
射機構に対して接離する方向で移動可能とすれば、測定
光束と光軸との距離を調整でき、測定光束の対象物表面
に対する照射角度を変化させることができる。従って、
透明体の表面での焦点合わせができ、且つ透明体の中や
裏側の不透明体にも焦点合わせすることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
Claims (5)
- 【請求項１】 測定光束としてレーザを照射するレーザ
照射機構と、 測定光束を光軸と平行に導くためのミラー手段と、測定
光束を屈折して対象物に導き且つ対象物から反射した測
定光束を再度屈折する対物レンズと、対象物で反射され
て対物レンズにて屈折された測定光束を、光軸上で結像
させる結像レンズを有する光学機構と、 結像レンズを経た測定光束を受光して位置信号を出力す
る二分割型の光位置検出機構と、 光位置検出機構からの位置信号に応じて少なくとも対象
物又は対物レンズのいずれかを移動させることにより、
測定光束を対象物の表面へ自動的に焦点位置合わせする
焦点位置合わせ機構と、を備えた非接触位置決め装置に
おいて、 前記光位置検出機構が、中央の光軸対応位置にスリット
部を有する第１光位置検出器と、該第１光位置検出器の
スリット部を通過した測定光束を受光する第２光位置検
出器とを備えたものであり、且つ第２光位置検出器の測
定光束受光時に第１光位置検出器が非検出状態となるよ
うに切換自在とされており、 前記光学機構の結像レンズが、第１光位置検出器及び第
２光位置検出器に各々対応して備えられていることを特
徴とする二段検出式非接触位置決め装置。 - 【請求項２】 レーザ照射機構が、一定パルスの半導体
レーザを照射するレーザ発生手段と、半導体レーザを平
行光にするレンズ手段と、半導体レーザをビーム状の測
定光束にするためのスリット手段を備えたものであり、 光位置検出機構が前記一定パルスの半導体レーザのみを
検出するものである請求項１記載の二段検出式非接触位
置決め装置。 - 【請求項３】 レーザ照射機構が、Ｈｅ−Ｎｅレーザを
照射するレーザ発生手段である請求項１記載の二段検出
式非接触位置決め装置。 - 【請求項４】 測定光束と光軸との距離を調整すべく、
レーザ照射機構を光軸に対して接離する方向で移動可能
とした請求項１〜３の何れか１項記載の二段検出式非接
触位置決め装置。 - 【請求項５】 測定光束と光軸との距離を調整すべく、
レーザ照射機構からの測定光束を最初に受けるミラー手
段を該測定光束に対して接離する方向で移動可能とした
請求項１〜３の何れか１項記載の二段検出式非接触位置
決め装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5203746A JPH0812046B2 (ja) | 1993-05-24 | 1993-07-27 | 二段検出式非接触位置決め装置 |
| US08/242,872 US5432330A (en) | 1993-05-24 | 1994-05-16 | Two-stage detection noncontact positioning apparatus having a first light detector with a central slit |
| EP94303711A EP0627610B1 (en) | 1993-05-24 | 1994-05-24 | Two-stage detection noncontact positioning apparatus |
| DE69404226T DE69404226T2 (de) | 1993-05-24 | 1994-05-24 | Kontaktloser zweistufiger Detektionspositionierungsapparat |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14249093 | 1993-05-24 | ||
| JP5-142490 | 1993-05-24 | ||
| JP5203746A JPH0812046B2 (ja) | 1993-05-24 | 1993-07-27 | 二段検出式非接触位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0743110A true JPH0743110A (ja) | 1995-02-10 |
| JPH0812046B2 JPH0812046B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=26474473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5203746A Expired - Lifetime JPH0812046B2 (ja) | 1993-05-24 | 1993-07-27 | 二段検出式非接触位置決め装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5432330A (ja) |
| EP (1) | EP0627610B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0812046B2 (ja) |
| DE (1) | DE69404226T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8570532B2 (en) | 2009-02-02 | 2013-10-29 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | Noncontact surface shape measuring method and apparatus thereof |
| JP2015074186A (ja) * | 2013-10-10 | 2015-04-20 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッドの製造方法 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6025905A (en) * | 1996-12-31 | 2000-02-15 | Cognex Corporation | System for obtaining a uniform illumination reflectance image during periodic structured illumination |
| US5912768A (en) * | 1996-12-31 | 1999-06-15 | Cognex Corporation | Depth-from-defocus optical apparatus with invariance to surface reflectance properties |
| US5878152A (en) * | 1997-05-21 | 1999-03-02 | Cognex Corporation | Depth from focal gradient analysis using object texture removal by albedo normalization |
| US6219461B1 (en) | 1997-07-29 | 2001-04-17 | Cognex Corporation | Determining a depth |
| US6148120A (en) * | 1997-10-30 | 2000-11-14 | Cognex Corporation | Warping of focal images to correct correspondence error |
| US6486457B1 (en) * | 1999-10-07 | 2002-11-26 | Agilent Technologies, Inc. | Apparatus and method for autofocus |
| JP3881498B2 (ja) * | 2000-05-25 | 2007-02-14 | ペンタックス株式会社 | 光波測距儀 |
| JP4690132B2 (ja) * | 2005-07-13 | 2011-06-01 | オリンパス株式会社 | 焦点検出装置 |
| EP2225532A1 (en) * | 2007-11-29 | 2010-09-08 | Nxp B.V. | Method of and device for determining the distance between an integrated circuit and a substrate |
| JP5043630B2 (ja) * | 2007-12-18 | 2012-10-10 | 株式会社ディスコ | レーザー加工機 |
| US8908167B2 (en) | 2010-05-05 | 2014-12-09 | Afl Telecommunications Llc | Fiber optic connector inspection microscope with integral optical power measurement |
| US10067350B1 (en) * | 2014-12-04 | 2018-09-04 | Lockheed Martin Corporation | System and method for providing multimode imaging, tracking, and ranging with a single lens |
| US9915790B2 (en) | 2014-12-15 | 2018-03-13 | Exfo Inc. | Fiber inspection microscope and power measurement system, fiber inspection tip and method using same |
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|---|---|---|---|---|
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| US4576479A (en) * | 1982-05-17 | 1986-03-18 | Downs Michael J | Apparatus and method for investigation of a surface |
| US4684797A (en) * | 1984-02-29 | 1987-08-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical system and method for reducing vibration of an objective lens in an optical head assembly of an optical read/write system |
| US4771182A (en) * | 1986-08-21 | 1988-09-13 | General Electric Company | Spurious electromagnetic energy discriminator for electro-optical inspection systems |
| JPS63163313A (ja) * | 1986-12-25 | 1988-07-06 | Mitaka Koki Kk | 非接触自動焦点位置合わせ装置 |
-
1993
- 1993-07-27 JP JP5203746A patent/JPH0812046B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-05-16 US US08/242,872 patent/US5432330A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-05-24 EP EP94303711A patent/EP0627610B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-05-24 DE DE69404226T patent/DE69404226T2/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8570532B2 (en) | 2009-02-02 | 2013-10-29 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | Noncontact surface shape measuring method and apparatus thereof |
| DE112010000683B4 (de) * | 2009-02-02 | 2014-05-15 | Mitaka Kohki Co., Ltd. | Verfahren und Vorrichtung für ein nicht-kontaktierendes Messen einer Oberflächenform |
| JP2015074186A (ja) * | 2013-10-10 | 2015-04-20 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッドの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69404226D1 (de) | 1997-08-21 |
| DE69404226T2 (de) | 1998-01-22 |
| EP0627610B1 (en) | 1997-07-16 |
| US5432330A (en) | 1995-07-11 |
| JPH0812046B2 (ja) | 1996-02-07 |
| EP0627610A1 (en) | 1994-12-07 |
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