JPS6365346A - 光学式表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は光学表面検査装置に係り、特に対象の表面に
対する軸がくびれだ、例えばチューブの内側及び孔内の
様な対象の表面形状を検出及び検査できる装置に関する
。

（従来の技術） 対象表面に対して光ビームを投射し、それから反射もし
くは帰還した光ビームを比較照合する多くの異なるタイ
プの光学検査装置が知られている。

このような装置は、機械的な接触を用いないで、例えば
マイクロメートルオーダーの精度を必要とする加工品の
様な対象の表面形状を比較照合する為に使用される。こ
の装置の坦在のタイプは、コンパクトディスクプレーヤ
ー（ＣＤ）でよく知られ市販用に利用できる光学系に利
用される。ＣＤプレーヤーは、装置の収容部内に確保し
たライトペンを利用する。対物レンズは、収容部の端面
に接近して、２つの空間折りたたみスプリングの間で光
軸に沿って移動可能に配置される。対物レンズは、光軸
に沿って焦点の所定のレベルが獲得されるまでの間、リ
ーフスプリングのスプリング作用に逆らって対物レンズ
に移動する電気動力駆動装置によって焦点制御される。

焦点は、フォトダイオード及びフィトトランジスタの様
な複数の光変換器を利用することによってライトペンで
比較照合される。例えば伝達された照射スポットの像は
、対物レンズ及びコリメータによって、多数のフォトダ
イオード及びフォトトランジスタが配置される表面上に
投影される。光源は、レーザからの光ビームを、］コリ
メータび対物レンズを通過して検査すべき表面上に投射
する。光スポットの像は、高度な分析を獲得するために
、検査表面上に投影した光スポットに対して、光スポッ
トの像は、フォトダイオード上で大きくされる。

もし対象の精密なプロフィールが対物レンズの焦点上で
変化する際に焦点距離の変化は、起こされる。そのよう
な焦点における変化は、対物レンズを再配置することに
よって補われる。対物レンズの再配置の範囲は、レーザ
ーからの光ビームによって照射されたスポットで検査対
象の強度及びレベル範囲に対して測定されることで決定
される。

対物レンズの偏りは、距離測定装置によって測定され、
それはまた機械的な接触を用いずに帰納的に操作される
。接極子が備えられ、接極子は、対物レンズの光軸に対
して平行に移動する。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術においてよく知られる構造には、収容部の端面
の一方に、検査ビームの放射部が備えられている。この
配置は、装置の利用性をかなり大きい表面上に制限する
エツジもしくはリムは、もしそれがそれぞれから収容部
の光軸に垂直に測定する横断面距離よりも小さいスペー
スを有するときは妨げとなる。このような′ｉＡ置は、
収容部の幅よりも小さい長さを有する、例えばチューブ
内側及び孔の表面形状を検査する能力を有しない。

対物レンズに接近して、対物レンズの駆動装置を配置す
るとき、ＣＤプレーヤーでのシステム利用では重要では
ないが、しかし検査及び測定部品として使用するとき熱
影響がおよぼされる。そのような熱影響は、測定誤差と
してあられれる。この発明は、例えば狭い溝の壁、窪み
、孔、小距離の環状孔及びそれと同様の狭い領域の表面
形状を検査することのできる表面検査装置を提供するこ
とを目的とし、この装置は、システムの構成要素の一部
において温度の変化に対して本質的に影響がないことに
よって、使用時によらず正確である。

（問題点を解決するための手段及び作用）簡潔に述べる
と、環状で空胴の延長する保持アームは、収容部から突
出されている。保持アームは、中心から絞れて、すなわ
ちアームの前端部で対物レンズを保持している。アーム
は、アームの長手方向を横切る軸の回りに旋回軸移動で
きるように後端部で収容部内で旋回可能に保持される。

アームは、収容部内に配置した理想的には、レーザー等
の光源からの光を直角偏向するための直角偏向ミラーを
保持する。光源からの光は、アームの後部の領域で収容
部の内側に配置したコリメータ及びビームスプリッタを
通過して投射される。

同様に、光検出器アレーは、アームの後部に位置される
。光投影装置は、光ビームをコリメータがら空胴アーム
内で偏向ミラーの方向に投射する。

配置手段及び位置感知手段は、アームを偏らせ、偏向距
離を感知するために、内部で、すなわちアームの後端部
で、動作的に結合され、収容部とアームの闇で動力的に
配置される。システムは、環状アームであるという利点
を有している。その環状アームから測定光ビームが側面
に投射され、孔もしくは同様の制限された領域の狭い範
囲に位置されることができることから、測定表面の境界
面間の空間は、アームの外側の直径よりもわずかに大き
いことだけが必要とされる。この外側の直径は、収容部
の残りの幅よりも本質的に小さく、略８１ＩＩ！と同程
度に小さい直径を有する孔の特性及び表面形状を検査す
るのにこの方法を用いることができる。コリメータ、光
源、光感知アレー及びビームスプリッタを備える光学構
成要素は、実際の感知及び検査位置から離れて移動され
るために検査を妨げることはない。

焦点制御は、アームを旋回することによって実行される
。このように対物レンズ及び光源及び光検出アレーの幾
何学的配置は一定に留まる。このように駆動手段は、熱
とその結果の測定誤差を引起こすかもしれない対物レン
ズの領域内に配置される必要がない。い（ぶん駆動手段
及び距離感知部分は、アームの後部端に接近して配置さ
れるが、そこでは非常にわずかにしか発生熱は測定の精
度に影響しない。アームは、なるべく高い硬度を有し、
検査されるべき表面の机上に精密に従うことのできる中
空の環状部として構成される。中央アームは光ビームの
精密な放射をも可能にする。

アームを旋回するための駆動装置は、好ましくはアーム
から分岐される。細かい焦点制御をするためには、対物
レンズに接近して配置した小型の駆動装置よりもより大
きな実質上の偏向効果を提供することができる。このよ
うに焦点制御は、急速に精密に為遂げ′られることがで
き、検査されるべき形状によりよく追従させることがで
きる。

（実施例） 第１図は、加工品との機械的な接触によらず、光学検査
によって加工品（図示しない）の特性や形状表面を検査
する通常の検査装Ｍ１を概略的に説明する。

検査装置１は、２つの端面３及び４、そして底面５で規
定されているブロックのように延長した収容部２を本質
的に有している。円筒留め具もしくは保持ビン６は、端
面３から突出されている。

保持用ビン６は、装置を締め、または保持する例えば、
三脚や同様の装置にがっちりと固定する為に用いられる
。収容部２は、底板５の端に接近する端面４内の開口部
７を有して形成される。前端部９を有する延出したアー
ム８は、前端部９を有し、収容部２から突出され、収容
部２の長手方向に平行に延長されている。計測する光の
ビームは、概略的に矢印１１によって示されており、ア
ーム８の外側に投射されることができ、反射したビーム
を閉領域から前端部９に、すなわち加工品またはその類
似品の表面から反射したビームは、それからアーム８の
内側に投射される。

この発明による配置で最適のものが第２図に示されてお
り、この関連品はただちに作られるであろう。

収容部２の底部表面５は、光ビームが射出され、及び再
導入される通路２３を備えているアーム８に対して背後
に設けられている。アーム８は、その軸が、制限した軸
旋回運動可能な長軸に従うように収容部の内側の範囲内
で保持されている。アームのためのベアリングすなわち
保持装置は、なるべ（本質的に作用、ヒステリシスから
自由で、そしてアームの容易で自由な旋回を可能にする
。

正確な測定要素としてよく知られ、しばしば使用される
るように、小形のボールまたは、針ベアリングが望まし
い。旋回軸は、第２図において１２で描かれている。

ライトペン１４は、収容部２の内側の範囲内でアーム８
の後端部に連結して旋回軸１２の後方に位置している。

ライトペン１４は、所望の測定光ビームを発生させ、検
査対象又は加工品から反射された光を評価する比較評価
要素を備えている。

駆動装置１５は、アーム８に対して旋回運動を供給する
。アーム８の旋回範囲や偏りは、距離変換器１６によっ
て測定される。

製造を容易にするために、アーム８は、それぞれが、同
一の外部直径を有し一部が互いの内側に伸縮自在に適合
している複数の同軸環状の部品１７．１８．１９、で組
立てられることが望ましい。環状要素１８は、延出され
たアーム部１７の端に固定され、その環状部品１８に末
端部１９が固定されている。環状部品１８は、多数の部
品すなわち短焦点距峻を有する多数のレンズ対象２１を
保持する。環状部品１８は、レンズ装置２１のソケット
を形成する。収容部から離れた部品１８の端は、その場
所に適合し、固定された部品１９を有している。部品１
９は、ボロープリズムの形で偏向ミラーを保持し、偏向
ミラーは、対物レンズ２１を通過した光を環状部品１９
内の側面の光伝達通路に反射する。適当な直径の平面光
学ガラス板２４は、通路部２３を密封する。寸法上の関
係から、対物レンズ２１、すなわち対物レンズ装置２１
は、最後のレンズ要素と像板の間の距離が焦点距離より
も長く設計され、距離は、後部メイン板と像板の間で測
定される。

環状部１７は、収容部２に接近する端に保持ブロック構
造部２５と共に単一の部品として滑らかに一体化されて
いる。保持ブロック構造２５は、収容部の範囲内で上方
に延出されている。下方には、ブロック２５は、収容部
２の環状部１７の円周よりも延出されていない。

ブロック構造２５は、底から延びているブラインド孔２
６を有している。ブラインド孔２６の軸は、前述したよ
うな同軸アーム部品１７．１８、及び１９の軸を垂直に
分岐している。平行四辺形プリズム２７は、孔２６に配
置されており、平行四辺形プリズムは、アーム２の環状
部分１７の内部空間に面している１つの光入射（発射）
通路面を有している。プリズム２７の他の光入射（発射
）通路は、ブロック２５内に形成したの段状の通路に面
している。段状の通路の軸２８は、ブラインド孔２６の
軸に垂直に交わる。股上の開口部の拡大部２９は、ライ
トペン１４の収容部３１を支える。

矩形凹部３２は、軸２８を有している段状の孔より下の
ブロック２５に形成されている。旋回軸１２は、凹部３
２を密封するカバー３３によって保たれ、そしてさらに
底に開かれているブラインド孔２６を密封している。ボ
ルト３５は、所定位置にカバー３３を保持し、ブロック
３５内に形成した最適に測定した開口部内にネジこまれ
る。カバー３３は、アーム８の環状部１７の外部円周を
越えて延出しないように配置される。

ライトペン１４は、標準の構成として例えば、ＣＤプレ
ーヤにおいて使用できる。通常そのような光ペンは、通
常Ｔ型に形成した２部からなる収容部３１を有している
。コリメータ３６は、収容部３１の前端、すなわち、段
状の孔の大開口部２９内に適合する端に配置される。収
容部３１の後部には、収容部内に結合した装置とともに
一般にＬで示したレーザ構造の形態をなす光源が保持さ
れ、共同して互いにレーザ光源を形成している装備と共
に配置される。ビームスプリッタ−３８は、レーザ光源
とコリメータ３６の間に配置される。ビームスプリッタ
は対象から戻されたビームを投射し、すなわちそれにつ
いての少なくとも要素は、環状拡張部内に上方に向かっ
て直角に投射する。複数の光ダイオードは、コリメータ
３６の焦点面に配置される。フォトダイオードは標準Ｄ
ＩＬ収容部４１に配置される。

レーザしは、好ましくは、可視光範囲で作用する半導体
レーザダイオードである。収容部３７の内部でレーザＬ
の光射出表面は、コリメータ３６の焦点面内である。

調整のために、ビームスプリッタは、レーザーＬと同様
に、このタイプの構造において知られているように長軸
に沿ってスライド可能で旋回可能であるように収容部内
に配置されることができる。

調整の後に調整した位置が固定されることができる。

発明の特徴に従うと、アーム８は、ブロック２５に固定
したレバー４２によって動かされ、ブロック２５とカバ
ー３３の間に位置される。ポルト４３は、レバー４２を
所定位置に保持する。レバー４２は、一般にアーム８の
環状部分の延長に直線的に延出されている。アーム８が
ら峻れる端で、２つのボルト４４．４５は、コイルホル
ダー４６を保持し、コイルホルダーは、コイル形成部４
７を保持する。コイル形成部４７は、その上に配置した
巻線部を有し、それは明瞭であるため記述を略した。コ
イル形成部４７は、永久磁石５２と電磁ヨークのリング
に形成した円筒隙間４８内に延出される。本質的に放射
状に向けた磁場は、隙間４８を通過する。

電磁ヨーク４９．５１は、スペーサー５３を通ってヨー
ク部４９内に延出するボルト５４によって収容部２に固
定される。

電磁ヨーク４９．５１は、それぞれ永久磁石５２及び湾
曲型状４７上に巻かれたコイルと共に旋回軸１２の回り
でアーム軸を旋回するためのドライブ装Ｗ１５を形成す
る。

旋回移動の程度は、距離変換器１６によって感知され、
距離変換器１６は、ブロック２５上の突出部５７にボル
ト５６によって固定された平面強磁性部品によって構成
される。平面形状強磁性部品５５は、旋回軸１２に対し
て径方向に延出する。

そしてそのうえ通常の配列においてです。強磁性部品５
５は、一対のコア部品５９．６１に対して差動変換器を
形成するために隙間５８内に挿入される。一般的で良く
知られている構造の差動変換器は、距離すなわち変位変
換器の為の計測技術において良く知られた習慣的な電気
回路に接続される。隙間５８は、強磁性部品５５が差動
変換器のコア部品５９．６１の対向するコア表面のいず
れか一方にも物理的な関係を用ないでアーム８の旋回移
動が続けられることができるように十分に大きい。通常
考えられるべき表面の測定動作行程は、単に数十分の１
ミリメートルとかんがえてよい。

このように、間隙５８内には、部品５５の小さいスペー
スが必要とされる。

アーム８及び収容部の全体配置は、アーム４２と同様に
、アーム８がブロック２５及び結合された光学系を備え
ているそれに結合した部品と共に、それがアームに接続
される範囲で駆動装置１５、そして変位変換器の強磁性
部品は平衡状態にあるように規定される。

換言すると、アームはある位置に保持され、駆動装置１
５によってアームは動がされるとき、アームの変位の後
、コイル形成部上のコイル部で電流が遮断される。ライ
トベン１４内部の電気構成要素と等しくコイルに配線す
るとき、事実上トルクがアーム８に用いられないように
処理され、配置される。換言すると、アーム８の静止平
衡がある位置で維持される。

収容部２は、例えば三脚等の頑丈な支台で固定すること
によって適当な位置に固定される。装置は、光伝達通路
２３が、光を検査すべき表面上に垂直に伝え場所に配置
され、従って光学径全体の光軸は、検査表面に対して垂
直である。アーム８の長軸は、測定されるべき表面に少
なくとも略平行に位置される。アーム８はなるべく、測
定前に、収容部２の内側で、その偏向範囲によって規定
された、その可能な行程方向の略中央に配置される。

この偏向範囲は、本質的に間隙５８内の強磁性部品の移
動によって限定される。この測定位置において、収容部
２から突出しているアーム８は、大まかに少なくとも収
容部の長軸範囲に平行である。

レーザー光装置３７は、付勢される。光は、レーザーＬ
からビームスプリッタ を経由してコリメータ３６に通過される。光はそれから
平行光ビームとしてコリメータから出射され、プリズム
２７によってアーム８内側であるがそれでもなお収容部
２の内側である空間に反射され、それからアーム８を通
過する光ビームは、最も収容部２側にある対物レンズ２
１の表面に照射される。

対物レンズ２１の光軸は、プリズム２７によってコリメ
ータ３６の光軸に対して分岐される。対物レンズ２１は
光を焦点に集光する。対物レンズ２１の射出レンズ要素
や対物レンズ２１のひとみの後方にすぐ接して配置した
ポロープリズム２２は、アーム８から径方向に光伝達通
路２３を通過して円錐形状で光ビームを偏向する。レー
ザの照射面は、特にレーザダイオードＬであり収容部３
７の内側に配置され、検査対象や加工品の表面へ照射さ
れる。投射させることのできる光スポットは、小さい横
断面寸法を有し、すなわち１マイクロメートルよりも小
さく、それは光点像が１マイクロメートルよりも小さな
直径を有する円内に適合することを意味している。

検査対象もしくは加工品の表面上に照射している光は反
射され、光伝達通路２３を通過してアーム８内に戻され
る。ボロープリズム２２の反射表面もしくは鏡表面は、
光をアーム８内へ対物レンズ２１の方向に反射させる。

対物レンズ２１は、光スポットが対象の焦点であるとき
に光スポットの像を無限大で形成する。従って、アーム
８の内部を平行ビームが通過し、対物レンズ２１から偏
向プリズム２７に、それからコリメータへと導かれる。

コリメータが存在するために検査表面上の光スポットの
後方像が得られる。

ビームスプリッタ３８は、コリメータ３６とレーザ光源
の間の光路中に配置され、反射光を上方に収容部４１内
のフォトダイオードへ偏向する。

光スポットが、それからフォトダイオード上に対物レン
ズ及びコリメータ手段によって広がった形状で投射され
る。

もし対物レンズが検査すべき表面のスポットの関して最
適に合焦され光スポットが反射され起こされるとき光ス
ポットの再生は単に鋭くなる。

発明の特徴に従って、焦点は第３図に示したようにコリ
メータ３６と７オトダイオードアレイを形成している４
つのフォトダイオード６５．６６及び６７．６８の間の
光路中に配置される２つの光学エツジ６２及び６４によ
って制御される。２つの光学エツジ６２．６４はその先
端もしくは頂点がコリメータ３６の光軸上に接するよう
に配置される。説明の容易さからビームスプリッタは、
第３図から削除されており、ここではコリメータ３６の
光軸は、さらに９０度旋回され、垂直に延出されている
ことが仮定されている。ここでは反射した光だけを考慮
している。もしエツジ角及び反射の屈折率が適切に選択
されるならば、２つの光くさび６３．６４は、第３図に
２つの矢印６９．７１で見られるように光スポットの分
岐した像を働盛に発生する。これらの像は、光スポット
が対物レンズの焦点で適切に配置されたときに所定の位
置に発生する。

第３図において概略的にだけ示した、フォトダイオード
６５．６６．６７．６８の光感知連結配列は、もし対物
レンズ２１が適切に配置されるとき、２つの実像が起こ
ったところに正確にできるだけ接近するように配置され
る。装置は、若干の像６９がフォトダイオード６５及び
フォトダイオード６６に照射される配置である。２つの
フォトダイオード６７．６８は、像７１の一部が同様に
フォトダイオード６７上に照射されるように配置される
。フォトダイオードの側面の分岐は、フォトダイオード
が像６９から正確に像７１によるフォトダイオード６７
と同じ多量の光を正確に受取るように選択される。さら
にフォトダイオード６５及び６８がそれぞれの像から同
様に等しい光量の光を受取るように選択される。フォト
ダイオ一部６５．６６の出力信号は、それにより同等で
、フォトダイオード６５及び６８の出力もまた同様に同
じである。最適な焦点を規定できるように、装置は、対
物レンズ２１からの光スポットが正確な焦点にあるとき
、好ましくは、すべてのフォトダイオード６５から６８
の出力が同一であるように配置されることが望ましく、
提供した対物レンズは、もちろん反射した光スポットに
対して合焦状態である。ここで対物レンズ２１から後方
に投射した光スポットは、焦点よりざらに移動された距
暖から反射されると仮定する。言替えると、光スポット
は、焦点の向こう側もしくは、後方側に位置されると仮
定する。この場合、実像は、光くさび６３．６４の為に
、各々互の方向に移動する傾向を持つ。つけ加えて、非
常に鋭い領域は、前方すなわちフォトダイオード６５及
び６８の結合配列の前に現われるであろう。この状態は
、第３図において実像６９′及び７１−によって説明さ
れる。素早く検査されるように、接近したフォトダイオ
ード６６．６７の以前に合焦した状態は、２６一 もはや関係しない、以前に記述した焦点状態に関係して
、接近フォトダイオード６６．６７は、離れた距離のフ
ォトダイオード６５．６８よりも多く受光する。これは
、関連フォトダイオードから出力信号の変化を引起こす
。出力信号は、比較制御回路７２で判断される。この比
較！１　’ｍ回路７２は、駆動システム１５をすべての
ダイオードが同じ信号を発生する平衡状態に再設置する
までアーム８の旋回に応じてその方向に制御する。この
ようにして所望した平衡状態の方向にアームは旋回され
る。アームが平衡状態に動くとき、光スポットの正像は
、それが第３図において矢印６９．７１によって示した
位置に到達されるまで再び外側方向に移動される。

もし光スポットの正像が、外側、例えば光スポツト照射
面が焦点距離より対物レンズに接近しているとき、反転
状態が起こされ、外部光検出器６５．６８が内部光検出
器６６．６７よりも多くの光が受取られるので光の平衡
が破られる。この信号状態は、以前に検討したものと反
対の方向に駆動装置を制御する回路７２によって再び比
較制御される。すなわち、アーム８は、検査すべき表面
から離れて、光ビームが関連フォトダイオード上に集光
され、平衡状態が再び獲得されるまで移動される。

表面を光電的に検査する方法及び装置は、記述したよう
に、高い感度を有し、ナノメートルレンジの検査表面の
プロフィールに対して、レベルにおける差分の測定を可
能にする。

検査されるとき、フォトダイオード６５−６８は、比較
上の信号の変位だけが評価されて制御移動が引起こされ
る為、焦点面に正確に配置される必要はない。

こうして、たとえフォトダイオード６５−６８がコリメ
ータ３６により近く、もしくはその焦点距離に一致する
よりも遠く移動したとしても信号の比較交換が適切に選
択的に感知される。

移動、すなわちフォトダイオードで平衡した状態に再配
置するためのアームの旋回は、変位変換器１６によって
感知される。こうして変位変換器１６からの出力信号は
、検出表面の形状の鋭さを表示する。通路２３の光軸に
対して直角に照射せず、光伝達通路２３から放射される
光は、アーム８の再配置を起こす。従って光が検査表面
上に直角に照射される。こうしてフォトダイオード６５
−６８からの信号にもとずいて平衡状態を維持するよう
に、アーム８は、光が偏向される表面の形状に従って連
続的に制御される。制御移動は、もしアーム及び検査表
面が例えば検査孔に対し縦移動あるいは旋回移動するこ
とによって相対的に動かされたとしても正確に表面の形
状に従う。

アーム８に結合した構成物の相対的な重さ関係、すなわ
ちブロック内部の光学系である、変位変換器１６、そし
て駆動装置は、アームの重さ８及びその光学構成要素に
明し、そのアーム８は、すくなくともその旋回軸に対し
て静止平衡状態である。

この状態に属しているとき、駆動装置は、アームを所定
位置に静止あるいは保持し、すなわち、トルク保持を発
生するためのいくつかの部品を含む必要がない。もしア
ーム８の位置が変化させるベきときは、駆動装置が付勢
されさえすればよい。

アームがフォトダイオード６５−６８のある所定位置に
到達された後、再び平衡出力信号を供給する。すなわち
光スポットが、反射加工品表面に対して再び平衡にある
とき、駆動装置の作用は不活発にさせられる。前の条件
からアームの偏りは、もちろん変位変換器１６によって
感知される。変位変換器は、最適な増幅器及び出力回路
に連結して電気出力を供給し、変位が検出される。

この装置は、非常に制限された表面にだけ用いられるの
ではなく、広い領域の表面状態を決定するのに等しく用
いることができる。アームは収容部の円周端の１つの延
長部として延長する。アームの下部端は、好ましくは、
第２図に示したように収容部の最も下端に配置される。

すなわち端なる表面検査のためにアーム８の下端及び収
容部の下側部とは隣接される。

プリズム２７により光ビームの傾けられた位置は、プリ
ズムの為に光ビームおよびアーム内への光ビームの放射
による収容部内で構成部品による妨害を減少する。

ライトペン装置１４及び結合した構成要素は、例えばア
ーム８の直径での比較において大きい。

プリズム２７による光ビームの偏向は、偏向に置いて最
も単純な方法である単なる平行分岐であり、駆動装置１
５及び変位変換器１６が収容部の内側で最も動かされや
すく便利な方法で光ペンの位置決定できる。平行四辺形
プリズム２７は示されるように単一であるが、他の同様
の部品、例えば２つのボロープリズムが用いられてもよ
い。

対物レンズ２１は、好ましくは、可能なかぎり短い焦点
距離で、従って、なるべく対物レンズ装置の焦点修正差
距離が焦点距離から多く離れる必要がないようにアーム
８の最も前端部に配置される。対物レンズ２１をアーム
中でライトペン及び偏向ミラーの間で長子軸方向に配置
するとき、光学系の焦点距離よりも長い焦点修正差距離
を有する光学レンズ装置を使用することが望ましい。も
ちろん対物レンズの内側のビーム光路内に偏向ミラーが
配置されてもよく、すなわち対物レンズの最終レンズの
光軸がアームの長手軸に対して直角に延出する。もしこ
の修正が用いられたときアームの光伝達通路は、しっか
りと直接に対物レンズによって密封される。光伝達通路
の密封部は、アーム８内にほこり、もしくはごみもしく
は他の汚染物質の進入を防止するのに好ましい。

第２図に示した装置では、レンズ装置は、レーザからの
光に対してプリズム２２の前方に配置されており、この
配置は、全体の対物レンズ装置が単一ソケット内に固定
され、それが光ビームそれ自体の偏向なしにアームに取
付けられ、そして偏向部品が対か結合スリーブ内に配置
されるため、製造が容易であるという利点を有している
。

変位変換器は、好ましくは平面、すなわち強磁性バーン
すなわちディスクが配置されるギャップ５８を限定する
平面棒状表面を有している。なるべくギャップは、アー
ム８の旋回軸１２に対して本質的に径方向に位置される
。このアーム８の旋回軸１２に対するこの径方向の位置
は、多大な許容量を有して作られることのできる構造で
あり、従ってその測定それ自体には、決定的でない。た
とえ再配置変換器１６の組立て部品が取付は許容量を意
味するとしても動ける部品が衝突、すなわち静止部品に
接触するかもしれないという危険は発生しない。これは
、誤った測定を防止するのに重要であり、装置は、ショ
ックや振動に記する損傷に対して大きい抵抗を生じる。

アーム８を旋回する駆動装置は、記述したように、好ま
しくは、磁気シールド内に作用する付勢されることがで
きるコイル巻線であることが望ましい。例えばアームの
延長部として配置した収容部内の巻線の使用は、構成要
素がアームに結合して軽量の材料で作ることのできると
いう構造を生じる。

アーム自体は、このように軽くされることができ、素早
く平衡状態になる。アーム及び結合した部品の惰性の瞬
間に駆動装置によって本質的に増加されない。低い不活
性の為にもライトペンは、できるだけ旋回軸に接近して
配置される。第２図に示したように、より重いライトペ
ンは、この様に駆動装置１５の移動コイル構造４６．４
７よりも旋回軸１２に対して旋回軸１２に接近して配置
される。レバー４２は、平衡及び移動割合を提供する。

従って旋回軸１２でアーム８及びレバー４２の間で、そ
れぞれは、２−アームレバル装置を形成する。

発明の概念の範囲において他の多くの異なる変更及び変
形が実施されても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の検査装置の斜視図である。 第２図は、第１図の装置の光軸を通り断面図。第３図は
、検査装置の光路及び光エツジの作用及びフォトダイオ
ードの配置を概略的に示す。 １・・・検査装置、２・・・収容部、８・・・アーム、
９・・・前端部、１２・・・旋回手段、１３・・・後端
部、１５・・・配置手段、１６・・・位置感知手段、２
１・・・対物レンズ、２２・・・直角偏向ミラー、２３
・・・光伝達通路、２７・・・光投射手段、３６・・・
コリメータレンズ、３７・・・光源、３８・・・ビーム
スプリッタ、３９．４１・・・光検出器、

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）収容部と、光ビームを照射している光源と、その
   焦点に光源が配置されているコリメータレンズと、光検
   出器と、光源からコリメータレンズを通り、ビームの光
   路中に備えられ、光検出器で返還ビームを検出するため
   に返還ビームを分岐するビームスプリッタと、検査対象
   の表面上に焦点制御させ、またそこからの反射光を受取
   るためにコリメータレンズからの光路上に配置した対物
   レンズと、検査対象と対物レンズの間の空間を変化させ
   、対物レンズからの光を焦点制御するために対物レンズ
   に連結した配置手段と、検査対象に対する対物レンズの
   空間の変化を測定する為の対物レンズに結合した位置感
   知手段と、を備える光学式表面検査装置において、 外側、前端部で対物レンズを保持する為に収容部から延
   出した、環状で、空胴の延出した保持アームと、前記ア
   ームの長軸範囲に対して横軸の回りにアームの旋回移動
   するためアームの内側、すなわち後端部を保持している
   、収容部内に配置した旋回手段と、前記アームの内側に
   配置した直角偏向ミラーと、前記ミラーから検査対象に
   、そして検査対象から前記ミラーに反射した光を光路間
   の対物レンズを通過して、そしてアーム内部の長軸方向
   に光を伝達するアームの前端部に配置した光伝達通路と
   、内部、すなわちアームの後部に配置している光源及び
   コリメータ及びビームスプリッター及び光検出器と、コ
   リメータレンズから空胴アーム内の偏向ミラーの方向へ
   光ビームを投射するための光投射手段と、及び内部すな
   わちアームの後部端に作用的に結合して、収容部とアー
   ム８の間に可動的に配置した収容部内に配置される配置
   手段及び配置感知手段と、を備えることを特徴とする光
   学式表面検査装置。
2. （２）アームは、旋回手段によって定めた旋回軸の回り
   に少なくとも静止平衡の状態であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の光学式表面検査装置。
3. （３）収容部は、円周の限定した大きさを有し、アーム
   が前記限定した円周側の一方の延出部として延出し、前
   記一方の限定した側と、アームの側部は同じ高さ、もし
   くは光伝達通路を備えるアームの側部に対して凹んで位
   置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光学式表面検査装置。
4. （４）配置手段である光源、ビームスプリッタ、光検出
   器、コリメータは、収容部内に配置されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式表面検査装
   置。
5. （５）光投射手段は、偏向ミラーとビームスプリッタの
   間の光路において光軸を偏向する光偏向要素を備えてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式
   表面検査装置。
6. （６）光投射手段は、アームを通過し、ビームスプリッ
   タとコリメータの間の収容部内側に延出している個々の
   光軸を平行に分岐するため、偏向ミラーと前記光投射手
   段の光軸を前記要素とビームスプリッタの間の光軸に再
   配列する為ための平行光ビーム多偏向要素を備えている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式表
   面検査装置。
7. （７）対物レンズは、外側に接近して、すなわちアーム
   の前端部に配置されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の光学式表面検査装置。
8. （８）対物レンズの焦点距離は、その焦点修正差距離よ
   りも短いことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光学式表面検査装置。
9. （９）再配置手段は、間隙を有している変位返還器を備
   え、アームに結合した強磁性部品は、間隙内部で移動可
   能であり、間隙は前記旋回手段によって定めた旋回軸に
   対して、本質的に径方向に配置され、前記強磁性部品は
   、前記間隙内で移動可能で旋回軸に対して本質的に径方
   向に延出していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光学式表面検査装置。
10. （１０）配置手段は、静磁場を照射する為の収容部内に
    確保した移動可能コイル装置を備え、そして移動可能コ
    イル装置は、延長部でコイルに接続される為、前記静磁
    場内部で移動できることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の光学式表面検査装置。
11. （１１）前記静磁場を発生するための手段は、リング形
    状すなわち環状間隙で規定され、そして、前記移動可能
    コイル装置は、間隙内で作用できる移動コイル担体を備
    えていることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
    の光学式表面検査装置。
12. （１２）光源は、レーザを備えていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の光学式表面検査装置。
13. （１３）光検出器は、少なくともコリメータの焦点面に
    最適に配置した複数の光感知半導体要素と、コリメータ
    と光検出器の間の光路中に配置し、前記光感知半導体要
    素に光ビームを方向づけしているとき、個々の光感知半
    導体要素の間の光ビームを分離する光くさびが備えられ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
    学式表面検査装置。
14. （１４）光伝達通路は、光伝達仕切り部によって密封さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    光学式表面検査装置。
15. （１５）前記アームに結合し、前記配置手段の一部を支
    持している、アーム延出要素と、さらに前記配置手段は
    、間隙を備えており、アームの接触のない配置の為に前
    記間隙内で前記延出要素は作用できることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の光学式表面検査装置。
16. （１６）アームは、前記旋回手段によって規定した旋回
    軸の回りで少なくとも静止平衡であることを特徴とする
    特許請求の範囲第１５項記載の光学式表面検査装置。
17. （１７）アームを用いて互いにダブルアームレバー装置
    を形成するために、アームに、すなわちアームの後端部
    に配置手段を連結しているレバーアームを備えているこ
    とを特徴とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の光学式表面検査装置。