(57)【要約】【課題】  微小な凹凸に加えて周期と変動量の大きな凹凸が存在する測定対象物の表面粗さも検出できるようにする。【解決手段】  測定対象物ＯＢの表面上を接触しながら移動するスライダ４４に対物レンズ３０５を配置するとともに、スライダ４４をプローブ４０によって光学ヘッド本体３０に弾性的に支持する。レーザ光源３０１からのレーザ光を対物レンズ３０５により集光させて測定対象物ＯＢの表面に照射し、測定対象物ＯＢの表面からの反射光をフォトディテクタ３０８で受光して、フォーカスエラー信号を生成する。フォーカスエラー信号を用いてレーザ光の焦点位置から測定対象物ＯＢの表面位置までの距離に応じて変化する距離を計算して、前記計算した距離に、スライダ４４の光学ヘッド本体３０に対する相対位置の変動量を加味して測定対象物ＯＢの表面の基準面に対する凹凸の大きさを計算する。【選択図】  図１
2011196736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザ光源、第１対物レンズ及び第１フォトディテクタを有し、前記第１レーザ光源から出射されたレーザ光を、前記第１対物レンズによって集光して測定対象物の表面に照射し、前記測定対象物の表面からの反射光であって前記レーザ光の焦点と前記測定対象物の表面とのずれ量に応じて受光状態が変化する反射光を前記第１フォトディテクタで受光して前記反射光に対応した受光信号を出力する第１光学系装置と、
前記第１光学系装置から出力された受光信号から前記ずれ量に応じて大きさの変化するずれ量信号を生成する第１ずれ量信号生成回路とを備え、
前記第１ずれ量信号生成回路によって生成されたずれ量信号を用いて前記測定対象物の表面粗さを測定する光学式表面粗さ測定装置において、
前記測定対象物をセットするためのステージと、
前記第１レーザ光源及び第１フォトディテクタが組み付けられた光学ヘッド本体と、
前記第１対物レンズが組み付けられていて、前記測定対象物の表面粗さの測定時に、前記ステージ上にセットされた前記測定対象物の表面に接触しながら前記表面上を移動するスライダと、
前記スライダを前記光学ヘッド本体に対して弾性をもって支持する弾性支持機構と、
前記スライダの前記光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量を検出するスライダ位置変動量検出手段と、
前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダを、前記ステージの上面と平行な平面内で前記ステージに対して相対移動させる平面内移動アクチュエータと、
前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダを、前記ステージの上面と垂直方向に前記ステージに対して相対移動させる垂直移動アクチュエータと、
前記測定対象物の表面粗さの測定開始時に、前記垂直移動アクチュエータを制御して、前記スライダが前記ステージ上にセットした測定対象物の表面に接触する所定の基準位置まで移動するように、前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダを、前記ステージの上面と垂直方向に前記ステージに対して相対移動させる初期移動制御手段と、
前記測定対象物の表面粗さの測定時に、前記平面内移動アクチュエータを制御して、前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダを、前記ステージの上面と平行な平面内で前記ステージに対して相対移動させる平面内移動制御手段と、
前記平面内移動制御手段による前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダの移動制御中、前記平面内の所定の位置ごとに、前記第１ずれ量信号生成回路によって生成されたずれ量信号及び前記スライダ位置変動量検出手段によって検出された変動量を順次入力する測定値入力手段と、
前記測定値入力手段が入力したずれ量信号を、前記レーザ光の焦点位置から前記測定対象物の表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換する第１距離変換手段と、
前記平面内の所定の位置ごとに、前記変換した距離に前記スライダ位置変動量検出手段によって検出された変動量を加味して前記測定対象物の表面の基準面に対する凹凸の大きさを計算する凹凸計算手段とを設けたことを特徴とする光学式表面粗さ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載した光学式表面粗さ測定装置において、さらに、
前記スライダ位置変動量検出手段によって検出された変動量が所定の値よりも大きくなったとき、前記垂直移動アクチュエータを制御して、前記スライダ位置変動量検出手段によって検出される変動量が前記所定の値よりも小さくなる方向に、前記光学ヘッド本体を移動させる光学ヘッド本体位置修正制御手段を設け、
前記凹凸計算手段は、前記光学ヘッド本体位置修正制御手段による前記光学ヘッド本体の移動位置も加味して前記測定対象物の表面の基準面に対する凹凸の大きさを計算することを特徴とする光学式表面粗さ測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した光学式表面粗さ測定装置において、
前記スライダ位置変動量検出手段は、
第２レーザ光源、第２対物レンズ及び第２フォトディテクタを有し、前記第２レーザ光源から出射されたレーザ光を、前記第２対物レンズによって集光して前記弾性支持機構を構成する部品表面に照射し、前記部品表面からの反射光であって前記レーザ光の焦点と前記部品表面とのずれ量に応じて受光状態が変化する反射光を前記第２フォトディテクタで受光して前記反射光に対応した受光信号を出力する第２光学系装置と、
前記第２光学系装置から出力された受光信号から前記ずれ量に応じて大きさの変化するずれ量信号を生成する第２ずれ量信号生成回路と、
前記第２ずれ量信号生成回路によって生成されたずれ量信号を、前記第２レーザ光源によるレーザ光の焦点位置から前記部品表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換する第２距離変換手段とを備え、
前記変換した距離を、前記スライダの前記光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量とすることを特徴とする光学式表面粗さ測定装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載した光学式表面粗さ測定装置において、
前記スライダ位置変動量検出手段は、
前記第１レーザ光源から出射されて前記第１対物レンズに導かれるレーザ光の一部を分光する分光器と、第２対物レンズ及び第２フォトディテクタを有し、前記分光器によって分光されたレーザ光を、前記第２対物レンズによって集光して前記弾性支持機構を構成する部品表面に照射し、前記部品表面からの反射光であって前記レーザ光の焦点と前記部品表面とのずれ量に応じて受光状態が変化する反射光を前記第２フォトディテクタで受光して前記反射光に対応した受光信号を出力する第２光学系装置と、
前記第２光学系装置から出力された受光信号から前記ずれ量に応じて大きさの変化するずれ量信号を生成する第２ずれ量信号生成回路と、
前記第２ずれ量信号生成回路によって生成されたずれ量信号を、前記第２レーザ光源によるレーザ光の焦点位置から前記部品表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換する第２距離変換手段とを備え、
前記変換した距離を、前記スライダの前記光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量とすることを特徴とする光学式表面粗さ測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載した光学式表面粗さ測定装置において、
前記スライダは、前記平面内移動アクチュエータによるスライダの移動時に前記測定対象物の表面に接触して回転するローラを備えたことを特徴とする光学式表面粗さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にレーザ光を集光して照射し、レーザ光を移動させながら反射光の状態を検出することにより測定対象物の表面粗さを測定する光学式表面粗さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象物の表面粗さを測定する方法には様々な方法がある。これらの方法を大別すると、接触式と非接触式の２つに分類される。接触式の測定方法は、一般的にプローブと呼ばれる触針を測定対象物の表面に接触させ、移動させながら触針の変動量を検出することにより、測定対象物の表面粗さを測定する方法である。一般的に接触式の測定方法による測定範囲は広いが、測定精度は高くなく、表面の微小な凹凸による粗さを検出するには不向きである。
【０００３】
これに対して、一般的に非接触式の測定方法による測定範囲は狭いが、測定精度が高いため、表面の微小な凹凸による粗さを検出するのに適している。非接触式の測定方法としては、測定対象物の表面に光を照射して反射光の受光状態を検出する方法、測定対象物の表面に干渉縞を形成する方法、測定対象物の表面に探針を近づけ原子間力やトンネル電流を検出する方法等、様々な方法が存在する。これらの中で、例えば下記特許文献１，２に示されているように、測定対象物の表面にレーザ光を集光して照射し、反射光を分割された受光器で受光して、受光信号からフォーカスエラー信号を作成し、このフォーカスエラー信号の瞬時値を距離に換算して表面粗さを測定する方法は、装置の構成が簡単で装置の製造コストが安く、測定対象物の表面の反射率がある程度の値以上であれば測定可能であるため、広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３１８４８号公報
【特許文献２】特開２００４−３７２５１号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、この方法は、図１６に示すように、測定対象物の表面に微小な凹凸に加えて周期と変動量が大きな凹凸が存在する場合には、レーザ光の照射位置を移動させると、フォーカスエラー信号の瞬時値が距離に換算できる範囲を超えてしまうため、測定対象物の表面粗さを測定できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、測定対象物の表面に微小な凹凸に加えて周期と変動量の大きな凹凸が存在する場合でも、微小な凹凸と、周期と変動量の大きな凹凸とを合わせて検出して測定対象物の表面粗さを測定する光学式表面粗さ測定装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、第１レーザ光源（３０１）、第１対物レンズ（３０５）及び第１フォトディテクタ（３０８）を有し、前記第１レーザ光源から出射されたレーザ光を、前記第１対物レンズによって集光して測定対象物（ＯＢ）の表面に照射し、前記測定対象物の表面からの反射光であって前記レーザ光の焦点と前記測定対象物の表面とのずれ量に応じて受光状態が変化する反射光を前記第１フォトディテクタで受光して前記反射光に対応した受光信号を出力する第１光学系装置と、前記第１光学系装置から出力された受光信号から前記ずれ量に応じて大きさの変化するずれ量信号を生成する第１ずれ量信号生成回路（６４）とを備え、前記第１ずれ量信号生成回路によって生成されたずれ量信号を用いて前記測定対象物の表面粗さを測定する光学式表面粗さ測定装置において、前記測定対象物をセットするためのステージ（１０）と、前記第１レーザ光源及び第１フォトディテクタが組み付けられた光学ヘッド本体（３０）と、前記第１対物レンズが組み付けられていて、前記測定対象物の表面粗さの測定時に、前記ステージ上にセットされた前記測定対象物の表面に接触しながら前記表面上を移動するスライダ（４４）と、前記スライダを前記光学ヘッド本体に対して弾性をもって支持する弾性支持機構（４１〜４３）と、前記スライダの前記光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量を検出するスライダ位置変動量検出手段（３１１〜３２０，７０，Ｓ２００，３３０，３３１）と、前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダを、前記ステージの上面と平行な平面内で前記ステージに対して相対移動させる平面内移動アクチュエータ（２２，２５）と、前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダを、前記ステージの上面と垂直方向に前記ステージに対して相対移動させる垂直移動アクチュエータ（５２）と、前記測定対象物の表面粗さの測定開始時に、前記垂直移動アクチュエータを制御して、前記スライダが前記ステージ上にセットした測定対象物の表面に接触する所定の基準位置まで移動するように、前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダを、前記ステージの上面と垂直方向に前記ステージに対して相対移動させる初期移動制御手段（７０，Ｓ１２２〜Ｓ１３２）と、前記測定対象物の表面粗さの測定時に、前記平面内移動アクチュエータを制御して、前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダを、前記ステージの上面と平行な平面内で前記ステージに対して相対移動させる平面内移動制御手段（７０，Ｓ１３６，Ｓ１３８，Ｓ１４８〜Ｓ１６４，Ｓ１７４〜Ｓ１８６）と、前記平面内移動制御手段による前記光学ヘッド本体、前記弾性支持機構及び前記スライダの移動制御中、前記平面内の所定の位置ごとに、前記第１ずれ量信号生成回路によって生成されたずれ量信号及び前記スライダ位置変動量検出手段によって検出された変動量を順次入力する測定値入力手段（７０，Ｓ１４０〜Ｓ１４６，Ｓ１６６〜Ｓ１７２）と、前記測定値入力手段が入力したずれ量信号を、前記レーザ光の焦点位置から前記測定対象物の表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換する第１距離変換手段（７０，Ｓ２００）と、前記平面内の所定の位置ごとに、前記変換した距離に前記スライダ位置変動量検出手段によって検出された変動量を加味して前記測定対象物の表面の基準面に対する凹凸の大きさを計算する凹凸計算手段（７０，Ｓ２０２）とを設けたことにある。
【０００８】
上記のように構成した本発明においては、測定対象物の表面粗さの測定時に測定対象物の表面に接触しながら前記表面上を移動するスライダに第１対物レンズを配置するとともに、スライダを弾性支持機構によって光学ヘッド本体に弾性的に支持するようにした。この第１対物レンズにより、光学ヘッド本体に設けた第１レーザ光源からのレーザ光を集光させて測定対象物の表面に照射し、レーザ光の焦点と測定対象物の表面とのずれ量に応じて受光状態が変化する反射光を光学ヘッド本体に設けた第１フォトディテクタで受光する。第１フォトディテクタによる受光信号を用いて、第１ずれ量信号生成回路は、前記ずれ量に応じて大きさの変化するずれ量信号を生成して出力する。そして、前記ずれ量信号は、レーザ光の焦点位置から測定対象物の表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換され、前記変換された距離に、スライダ位置変動量検出手段によって検出されたスライダの光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量が加味されて測定対象物の表面の基準面に対する凹凸の大きさが計算される。これによれば、測定対象物の表面に微小な凹凸に加えて周期と変動量が大きな凹凸が存在する場合でも、スライダ４４は、測定対象物ＯＢの表面の微小な凹凸によって変動しないので、第１対物レンズと測定対象物の表面との間の距離の変化はそれほど大きくなることはなく、第１ずれ量信号生成回路から出力されるずれ量信号がレーザ光の焦点位置から測定対象物の表面位置までの距離に応じて変化する距離に換算され得る範囲を超えてしまうことがなくなる。そして、前記変換された距離は、測定対象物ＯＢの表面の微小な凹凸に関係したものとなる。また、スライダは測定対象物ＯＢの表面の周期と変動量が大きな凹凸によって変動するので、前記変換された距離に、スライダの光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量を加味することにより、測定対象物の表面に微小な凹凸に加えて周期と変動量が大きな凹凸が存在する場合でも、測定対象物の表面粗さを測定できる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、前記本発明の構成に、さらに、前記スライダ位置変動量検出手段によって検出された変動量が所定の値よりも大きくなったとき、前記垂直移動アクチュエータを制御して、前記スライダ位置変動量検出手段によって検出される変動量が前記所定の値よりも小さくなる方向に、前記光学ヘッド本体を移動させる光学ヘッド本体位置修正制御手段（７０，Ｓ１４７−２〜Ｓ１４７−４，Ｓ１７３−２〜Ｓ１７３−４）を設け、前記凹凸計算手段は、前記光学ヘッド本体位置修正制御手段による前記光学ヘッド本体の移動位置も加味して前記測定対象物の表面の基準面に対する凹凸の大きさを計算することにある。
【００１０】
これによれば、測定対象物の表面の凹凸により光学ヘッド本体とスライダとの間の距離が大きく変化して、スライダ位置変動量検出手段によって検出された変動量が所定の値よりも大きくなると、スライダ位置変動量検出手段によって検出される変動量が所定の値よりも小さくなる方向に、光学ヘッド本体が移動される。したがって、測定対象物の表面の周期と変動量の大きな凹凸がスライダ位置変動量検出手段によって検出され得る範囲を超えてしまうほど大きい場合でも、スライダの光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量はスライダ位置変動量検出手段によって検出される。その結果、測定対象物の表面の周期と変動量の大きな凹凸が非常に大きくなっても、測定対象物の表面粗さの測定が可能となる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、前記スライダ位置変動量検出手段は、第２レーザ光源（３１１）、第２対物レンズ（３１７）及び第２フォトディテクタ（３２０）を有し、前記第２レーザ光源から出射されたレーザ光を、前記第２対物レンズによって集光して前記弾性支持機構を構成する部品表面に照射し、前記部品表面からの反射光であって前記レーザ光の焦点と前記部品表面とのずれ量に応じて受光状態が変化する反射光を前記第２フォトディテクタで受光して前記反射光に対応した受光信号を出力する第２光学系装置と、前記第２光学系装置から出力された受光信号から前記ずれ量に応じて大きさの変化するずれ量信号を生成する第２ずれ量信号生成回路（６８）と、前記第２ずれ量信号生成回路によって生成されたずれ量信号を、前記第２レーザ光源によるレーザ光の焦点位置から前記部品表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換する第２距離変換手段（Ｓ２００）とを備え、前記変換した距離を、前記スライダの前記光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量とすることにある。
【００１２】
また、前記スライダ位置変動量検出手段は、前記第１レーザ光源から出射されて前記第１対物レンズに導かれるレーザ光の一部を分光する分光器（３３０）と、第２対物レンズ（３１７）及び第２フォトディテクタ（３２０）を有し、前記分光器によって分光されたレーザ光を、前記第２対物レンズによって集光して前記弾性支持機構を構成する部品表面に照射し、前記部品表面からの反射光であって前記レーザ光の焦点と前記部品表面とのずれ量に応じて受光状態が変化する反射光を前記第２フォトディテクタで受光して前記反射光に対応した受光信号を出力する第２光学系装置と、前記第２光学系装置から出力された受光信号から前記ずれ量に応じて大きさの変化するずれ量信号を生成する第２ずれ量信号生成回路（６８）と、前記第２ずれ量信号生成回路によって生成されたずれ量信号を、前記第２レーザ光源によるレーザ光の焦点位置から前記部品表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換する第２距離変換手段（Ｓ２００）とを備え、前記変換した距離を、前記スライダの前記光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量とするようにしてもよい。
【００１３】
これらによれば、レーザ光の焦点と測定対象物の表面とのずれ量に応じて大きさの変化するずれ量信号を生成するために用いる第１光学系装置及び第１ずれ量信号生成回路からなる構成と、スライダの光学ヘッド本体に対する相対位置の変動量を測定するために用いる第２光学系装置及び第２ずれ量信号生成回路からなる構成をほぼ同じにすることができ、装置全体の構成を簡単にできるとともに、製造コストを安くできる。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、前記スライダは、前記平面内移動アクチュエータによるスライダの移動時に前記測定対象物の表面に接触して回転するローラ（４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ）を備えたことにある。
【００１５】
これによれば、スライダが測定対象物の表面を接触しながら移動する際には、ローラが回転するので、スライダが測定対象物の表面を摺動する場合に比べて、測定対象物の表面の損傷を抑制できる。
【００１６】
さらに、本発明の実施にあたっては、本発明は、表面粗さ測定装置の発明に限定されることなく、表面粗さ測定方法の発明としても実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学式表面粗さ測定装置の全体構成図である。
【図２】図１の光学式表面粗さ測定装置の光学ヘッド本体部分の拡大図である。
【図３】図１及び図２のプローブの一部を詳細に示す斜視図である。
【図４】非接触用フォーカスエラー信号の波形と距離との関係を示す図である。
【図５】非接触用フォーカスエラー信号の波形と距離との関係を取得する方法を示す図である。
【図６】接触用フォーカスエラー信号の波形と距離との関係を示す図である。
【図７】接触用フォーカスエラー信号の波形と距離との関係を取得する方法を示す図である。
【図８Ａ】表面粗さ測定のためにコントローラによって実行されるプログラムの第１部分を示すフローチャートである。
【図８Ｂ】前記プログラムの第２部分を示すフローチャートである。
【図８Ｃ】前記プログラムの第３部分を示すフローチャートである。
【図８Ｄ】前記プログラムの第４部分を示すフローチャートである。
【図９Ａ】図1のプローブの変形例に係るプローブの概略図である。
【図９Ｂ】図９Ａの変形例に係るプローブを右側から見た側面図である。
【図１０Ａ】図1のプローブの他の変形例に係るプローブの概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの他の変形例に係るプローブを右側から見た側面図である。
【図１１】図1の光学ヘッド本体の変形例に係る光学ヘッド本体の概略図である。
【図１２】前記実施形態に係る光学式表面粗さ測定装置の変形例に係る光学式表面粗さ測定装置の全体構成図である。
【図１３Ａ】図１２の変形例に係る光学式表面粗さ測定装置において、コントローラによって実行されるプログラムの第１部分を示すフローチャートである。
【図１３Ｂ】前記プログラムの第２部分を示すフローチャートである。
【図１３Ｃ】前記プログラムの第３部分を示すフローチャートである。
【図１４】スライダのＺ方向の変動量を検出するための変形例に係る検出機構を示す概略図である。
【図１５】図１の光学ヘッド本体の変形例に係る光学ヘッド本体の概略図である。
【図１６】従来の光学式表面粗さ測定装置において測定対象物の凹凸が測定可能範囲を超えてしまうことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光学式表面粗さ測定装置の全体構成図である。この光学式表面粗さ測定装置は、平板状の測定対象物ＯＢをセット（固定支持）するためのステージ１０をＸ方向及びＹ方向に移動するステージ駆動装置２０と、測定対象物ＯＢの表面の粗さを測定するためにプローブ４０を測定対象物ＯＢの表面に接触させながらレーザ光を測定対象物ＯＢの表面及びプローブ４０に照射する光学ヘッド本体３０とを備えている。Ｘ方向及びＹ方向は、ステージ１０の載置面と平行な一つの方向であって、互いに直交する方向である。ステージ１０には、測定対象物ＯＢが常に適切な位置にセットされるように、座繰り（凹部）又は固定ピン等が設けられている。
【００１９】
ステージ駆動装置２０は、Ｘ方向駆動装置２０Ａ及びＹ方向駆動装置２０Ｂからなる。Ｘ方向駆動装置２０Ａは、ステージ１０を固定支持する支持部２１、支持部２１をＸ方向にのみ移動可能にする固定枠１８、図示省略したハウジングに固定されたＸ方向フィードモータ２２、及びＸ方向フィードモータ２２と支持部２１との間に設けられたねじ送り機構２３を備えている。Ｘ方向フィードモータ２２の出力軸はねじ送り機構２３のねじに連結され、Ｘ方向フィードモータ２２の回転により、支持部２１すなわちステージ１０はＸ方向に移動する。Ｙ方向駆動装置２０Ｂは、Ｘ方向駆動装置２０Ａの固定枠１８を固定支持する支持部２４、支持部２４をＹ方向にのみ移動可能にする固定枠１９、図示省略したハウジングに固定されたＹ方向フィードモータ２５、及びＹ方向フィードモータ２５と支持部２４との間に設けられた前記ねじ送り機構２３と同様に構成したねじ送り機構（図示省略）を備えている。Ｙ方向フィードモータ２５の出力軸は前記図示省略したねじ送り機構のねじに連結され、Ｙ方向フィードモータ２５の回転により、支持部２４すなわちステージ１０はＹ方向に移動する。
【００２０】
Ｘ方向フィードモータ２２内には、同モータ２２の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ２２ａが組み込まれている。この回転信号は、Ｘ方向フィードモータ２２が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、回転方向を識別するために互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。回転信号は、Ｘ方向位置検出回路２６及びＸ方向フィードモータ制御回路２７に出力される。
【００２１】
Ｘ方向位置検出回路２６は、エンコーダ２２ａからの回転信号のパルス数をＸ方向フィードモータ２２の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からステージ１０のＸ方向位置を検出し、Ｘ方向位置を表すＸ方向位置データをＸ方向フィードモータ制御回路２７及びコントローラ７０に出力する。Ｘ方向位置は、光学ヘッド本体３０に対するステージ１０のＸ方向の相対位置を表すため、光学ヘッド本体３０から測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の照射位置のＸ座標値として扱われる。尚、レーザ光の照射位置とは、光学ヘッド本体３０がレーザ光を集光して照射できる位置であって、実際にレーザ光が測定対象物ＯＢに照射されているか否かを問うものではない。
【００２２】
Ｘ方向位置検出回路２６におけるカウント値の初期設定は、電源投入時にコントローラ７０の指示によって行われる。すなわち、コントローラ７０は、電源投入時に、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７にステージ１０のＸ方向限界位置への移動、及びＸ方向位置検出回路２６に初期設定を指示する。この指示により、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７は、Ｘ方向フィードモータ２２を回転させてステージ１０をＸ方向限界位置に移動させる。このＸ方向限界位置は、Ｘ方向フィードモータ２２によって駆動されるステージ１０のＸ方向の駆動限界位置である。Ｘ方向位置検出回路２６は、このステージ１０の移動中、エンコーダ２２ａからの回転信号を入力し続けている。そして、ステージ１０がＸ方向限界位置まで達してＸ方向フィードモータ２２の回転が停止すると、Ｘ方向位置検出回路２６はエンコーダ２２ａからの回転信号の入力停止を検出して、カウント値を「０」にリセットする。このとき、Ｘ方向位置検出回路２６は、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７に出力停止のための信号を出力し、これにより、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７はＸ方向フィードモータ２２への駆動信号の出力を停止する。その後に、Ｘ方向フィードモータ２２が駆動された際には、Ｘ方向位置検出回路２６は、回転信号のパルス数をＸ方向フィードモータ２２の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ１０のＸ方向位置を計算し、Ｘ方向位置を表すＸ方向位置データをＸ方向フィードモータ制御回路２７及びコントローラ７０に出力し続ける。
【００２３】
Ｘ方向フィードモータ制御回路２７は、コントローラ７０の指示により、Ｘ方向フィードモータ２２を駆動制御して、ステージ１０を指定Ｘ方向位置へ移動させたり、指定速度で移動させたりする。具体的には、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７は、コントローラ７０によって指定されたＸ方向位置への移動が指示されたときには、Ｘ方向位置検出回路２６によって検出されるＸ方向位置を用いてＸ方向フィードモータ２２の回転を制御し、検出されるＸ方向位置がコントローラ７０から指定されたＸ方向位置に等しくなるまでＸ方向フィードモータ２２を回転させる。また、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７は、コントローラ７０によって移動開始指令が指示されたときには、エンコーダ２２ａの出力する回転信号からステージ１０のＸ方向の移動速度を計算して、計算された移動速度がコントローラ７０によって指定されている移動速度と等しくなるようにＸ方向フィードモータ２２の回転を制御する。
【００２４】
同様に、Ｙ方向フィードモータ２５内にも、同モータ２５の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ２５ａが組み込まれている。この回転信号も、Ｘ方向フィードモータ２２内のエンコーダ２２ａと同様に、Ｙ方向フィードモータ２５が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。この回転信号は、Ｙ方向位置検出回路２８及びＹ方向フィードモータ制御回路２９に出力される。
【００２５】
Ｙ方向位置検出回路２８は、エンコーダ２５ａからの回転信号のパルス数をＹ方向フィードモータ２５の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からステージ１０のＹ方向位置を検出し、Ｙ方向位置を表すＹ方向位置データをＹ方向フィードモータ制御回路２９及びコントローラ７０に出力する。Ｙ方向位置は、光学ヘッド本体３０に対するステージ１０のＹ方向の相対位置を表すため、光学ヘッド本体３０から測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の照射位置のＹ座標値として扱われる。
【００２６】
Ｙ方向位置検出回路２８におけるカウント値の初期設定は、Ｘ方向位置検出回路２６の場合と同様に、電源投入時にコントローラ７０の指示によって行われる。すなわち、コントローラ７０からの初期設定が指示されると、Ｙ方向フィードモータ制御回路２９がＹ方向フィードモータ２５を回転させてステージ１０をＹ方向限界位置に移動させる。そして、Ｙ方向位置検出回路２８は、ステージ１０がＹ方向限界位置に達してエンコーダ２５ａからの回転信号の入力が停止したことを検知すると、カウント値を「０」にリセットするとともに、Ｙ方向フィードモータ制御回路２９に出力停止信号を出力する。その後、Ｙ方向位置検出回路２８は、回転信号のパルス数をＹ方向フィードモータ２５の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ１０のＹ方向位置を計算し、Ｙ方向位置を表すＹ方向位置データをＹ方向フィードモータ制御回路２９及びコントローラ７０に出力し続ける。
【００２７】
Ｙ方向フィードモータ制御回路２９は、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７と同様に、コントローラ７０によって指定Ｙ方向位置への移動が指示されたときには、Ｙ方向位置検出回路２８によって検出されるＹ方向位置が指定Ｙ方向位置に等しくなるまでＹ方向フィードモータ２５を回転させ、コントローラ７０によって移動開始指令が指示されたときには、エンコーダ２５ａの出力する回転信号からステージ１０のＹ方向の移動速度を計算して、計算された移動速度がコントローラ７０によって指定されている移動速度と等しくなるようにＹ方向フィードモータ２５の回転を制御する。
【００２８】
プローブ４０を固定支持していてプローブ４０と一体的に変位する光学ヘッド本体３０は、Ｚ方向駆動装置５０によりＺ方向に駆動される。Ｚ方向は、ステージ１０の載置面の垂直方向であって、Ｘ方向及びＹ方向に対してそれぞれ直交する方向である。Ｚ方向駆動装置５０は、光学ヘッド本体３０を固定支持する支持部５１、図示省略したハウジングに固定されたＺ方向フィードモータ５２、及びＺ方向フィードモータ５２と支持部５１との間に設けられたねじ送り機構５３を備えている。Ｚ方向フィードモータ５２の出力軸はねじ送り機構５３のねじに連結され、Ｚ方向フィードモータ５２の回転により、支持部５１すなわち光学ヘッド本体３０はＺ方向に移動する。Ｚ方向フィードモータ５２は、コントローラ７０からの指令によって動作するＺ方向フィードモータ制御回路５４により駆動制御される。Ｚ方向フィードモータ５２内にも、Ｘ方向フィードモータ２２及びＹ方向フィードモータ２５と同様に、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ５２ａが組み込まれている。この回転信号も、Ｚ方向フィードモータ５２が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。この回転信号は、Ｚ方向フィードモータ制御回路５４及びコントローラ７０に供給される。
【００２９】
次に、プローブ４０及び光学ヘッド本体３０をこの順に説明する。プローブ４０は、図２に拡大して示すように、アーム４１、サスペンション４２、ジンバル４３及びスライダ４４からなる。アーム４１は、平板状かつ長尺状に形成されて、一端部にて光学ヘッド本体３０の底面に固定され、若干下方に変形させて光学ヘッド本体３０の底面に沿って延設されている。図１及び図２は、プローブ４０を概略的に示すもので、サスペンション４２、ジンバル４３及びスライダ４４は、実際には図３に示すように構成されている。サスペンション４２は、弾性材料によって平板状かつ長尺状に形成されて、基端部に設けた貫通孔４２ａにねじを貫通させてアーム４１の先端に固定されている。サスペンション４２の先端部は二俣に別れて、先端部にてジンバル４３を溶接により固定している。ジンバル４３は、弾性材料により平板状かつ方形状に形成され、その中央部にてスライダ４４を貫通させて固定している。ジンバル４３は、スライダ４４を囲むように長尺状の貫通孔が形成されており、スライダ４４を上下方向に変位させるようになっている。スライダ４４は、円筒状に形成されて、その外周面にてジンバル４３に固定されて、内周面上に後述する対物レンズ３０５を固定している。
【００３０】
このようなプローブ４０においては、サスペンション４２は、スライダ４４に所定の荷重を与えるためにある程度高い剛性を有する。ジンバル４３は、スライダ４４が測定対象物ＯＢの表面のうねりに追従するために必要な充分に低い剛性を有する。このように構成したプローブ４０は、ハードディスク用の磁気ヘッドの構成に極めて似ており、サスペンション４２はスライダ４４を測定対象物ＯＢの表面に押し付けて所定の荷重を付与するように機能する。ジンバル４３は、スライダ４４の動きに自由度を与える機能を有する。なお、これらのアーム４１、サスペンション４２及びジンバル４３が、スライダ４４を光学ヘッド本体３０に弾性をもって支持する本発明の弾性支持機構に対応する。
【００３１】
光学ヘッド本体３０は、第１及び第２レーザ光照射装置３０Ａ，３０Ｂを備えている。第１レーザ光照射装置３０Ａは、レーザ光源３０１を備え、レーザ光源３０１から出射されたレーザ光を測定対象物ＯＢに向けて照射するとともに、その反射光を受光する構成となっている。第１レーザ光照射装置３０Ａは、レーザ光源３０１、コリメートレンズ３０２、偏光ビームスプリッタ３０３、１／４波長板３０４、対物レンズ３０５、集光レンズ３０６、シリンドリカルレンズ３０７及びフォトディテクタ３０８を備えている。レーザ光源３０１から出射したレーザ光は、コリメートレンズ３０２により平行光となって偏光ビームスプリッタ３０３に入射する。レーザ光は、その大半(例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ３０３をそのまま透過し、一部が偏光ビームスプリッタ３０３で反射する。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ３０３を透過したレーザ光は、１／４波長板３０４を通過して円偏光になり、対物レンズ３０５により測定対象物ＯＢの表面で集光する。対物レンズ３０５はスライダ４４に固定されており、１／４波長板３０４を通過したレーザ光は対物レンズ３０５に導かれる。測定対象物ＯＢの表面に集光したレーザ光は、測定対象物ＯＢの表面で反射する。測定対象物ＯＢの表面で反射した反射光は、対物レンズ３０５により平行光になり、１／４波長板３０４を通過して出射時の偏光方向とは偏光方向が９０度異なる直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ３０３に入射し、偏光ビームスプリッタ３０３によってその大半（例えば、９５％）が反射されて集光レンズ３０６に入射する。集光レンズ３０６は、偏光ビームスプリッタ３０３による反射光をシリンドリカルレンズ３０７を介してフォトディテクタ３０８に集光する。フォトディテクタ３０８の出力する受光信号は、後述する非接触用フォーカスエラー信号の生成のために利用される。なお、これらのレーザ光源３０１、コリメートレンズ３０２、偏光ビームスプリッタ３０３、１／４波長板３０４、対物レンズ３０５、集光レンズ３０６、シリンドリカルレンズ３０７及びフォトディテクタ３０８が、本発明の第１光学系装置に対応する。
【００３３】
さらに、第１レーザ光照射装置３０Ａは、レーザ光源３０１から出射されたレーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ３０３で反射させ、その反射光を集光レンズ３０９によりフォトディテクタ３１０の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ３１０は、図１に示すように、レーザ光源３０１が出射したレーザ光の強度に対応した受光信号を出力し、その受光信号は、非接触用レーザ駆動回路６１にフィードバックされてレーザ光の強度調整に使用される。
【００３４】
第２レーザ光照射装置３０Ｂは、レーザ光源３１１を備え、レーザ光源３１１から出射されたレーザ光をサスペンション４２の上面に向けて照射するとともに、その反射光を受光する構成となっている。第２レーザ光照射装置３０Ｂは、レーザ光源３１１、コリメートレンズ３１２、偏光ビームスプリッタ３１３、ミラー３１４、ミラー３１５、１／４波長板３１６、対物レンズ３１７、集光レンズ３１８、シリンドリカルレンズ３１９及びフォトディテクタ３２０を備えている。レーザ光源３１１から出射したレーザ光は、コリメートレンズ３１２により平行光となって偏光ビームスプリッタ３１３に入射する。レーザ光は、その大半(例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ３１３をそのまま透過し、一部が偏光ビームスプリッタ３１３で反射する。
【００３５】
偏光ビームスプリッタ３０３を透過したレーザ光は、ミラー３１４，３１５で反射されて１／４波長板３１６に導かれ、１／４波長板３１６を通過して円偏光になり、対物レンズ３１７によりサスペンション４２の上面で集光する。サスペンション４２の上面に集光したレーザ光は、サスペンション４２の上面で反射する。サスペンション４２の上面で反射した反射光は、対物レンズ３１７により平行光になり、１／４波長板３１６を通過して出射時の偏光方向とは偏光方向が９０度異なる直線偏光になり、ミラー３１５，３１４で反射されて偏光ビームスプリッタ３１３に入射し、偏光ビームスプリッタ３１３によってその大半（例えば、９５％）が反射されて集光レンズ３１８に入射する。集光レンズ３１８は、偏光ビームスプリッタ３１３による反射光をシリンドリカルレンズ３１９を介してフォトディテクタ３２０に集光する。フォトディテクタ３２０の出力する受光信号は、後述する接触用フォーカスエラー信号の生成のために利用される。なお、これらのレーザ光源３１１、コリメートレンズ３１２、偏光ビームスプリッタ３１３、ミラー３１４、ミラー３１４、１／４波長板３１６、対物レンズ３１７、集光レンズ３１８、シリンドリカルレンズ３１９及びフォトディテクタ３２０が、本発明の第２光学系装置に対応する。
【００３６】
さらに、第２レーザ光照射装置３０Ｂは、レーザ光源３１１から出射されたレーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ３１３で反射させ、その反射光を集光レンズ３２１によりフォトディテクタ３２２の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ３２２は、図１に示すように、レーザ光源３１１が出射したレーザ光の強度に対応した受光信号を出力し、その受光信号は、接触用レーザ駆動回路６２にフィードバックされてレーザ光の強度調整に使用される。
【００３７】
次に、非接触用フォーカスエラー信号の生成について説明する。レーザ光の測定対象物ＯＢの表面からの反射光を受光するフォトディテクタ３０８は、分割線で区切られた４つの同一正方形状の受光素子からなる４分割受光素子にて構成され、時計回りに配置された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した大きさの検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として出力する。フォトディテクタ３０８は、４つの受光素子が配置された中央に反射光が集光するように固定されている。
【００３８】
フォトディテクタ３０８から出力される受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、信号増幅回路６３に入力される。信号増幅回路６３は、受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）をそれぞれ増幅して非接触用フォーカスエラー信号生成回路６４に出力する。非接触用フォーカスエラー信号生成回路６４は、増幅された受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を使って演算により非接触用フォーカスエラー信号を生成する。本実施形態においては、フォーカスエラー信号の生成に非点収差法を採用しているため、（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の演算を行う。非接触用フォーカスエラー信号生成回路６４は、演算結果である非接触用フォーカスエラー信号をＡ／Ｄ変換器６５に出力する。Ａ／Ｄ変換器６５は、サンプリングタイミング回路６６が出力するサンプリング信号を入力するたびに、非接触用フォーカスエラー信号をサンプリングしてディジタル信号に変換し、変換したディジタル信号をコントローラ７０に出力する。サンプリングタイミング回路６６は、コントローラ７０からの指令を入力すると、所定周期のサンプリング信号を出力する。なお、非接触用フォーカスエラー信号は、測定対象物ＯＢの表面位置のレーザ光の焦点位置からのずれ量を表している。
【００３９】
ここで、非接触用フォーカスエラー信号と、非接触用レーザ光の焦点位置と測定対象物ＯＢの表面間の距離との関係について説明しておく。この非接触用フォーカスエラー信号は、図４に示すように、光ディスクにおけるフォーカスエラー信号と同様に、非接触用レーザ光の焦点位置と測定対象物ＯＢの表面間の距離に対してＳ字状に変化する。距離が計測可能な範囲は、フォーカスエラー信号の瞬時値と距離とが１対１の関係にある、フォーカスエラー信号におけるゼロクロス点の両側の極大値から極小値までの間の範囲である。本実施形態では、Ｓ字状の非接触用フォーカスエラー信号が、測定対象物ＯＢの表面位置がスライダ４４と測定対象物ＯＢの接触位置（スライダ４４の下面）に一致するとき極大値になり、測定対象物ＯＢの表面位置がスライダ４４の下面よりも下方に向かうに従って極小値に向かうように、レーザ光源３０１によるレーザ光の光軸方向における焦点位置が設定されている。なお、これに代えて、Ｓ字状の非接触用フォーカスエラー信号が、測定対象物ＯＢの表面位置がスライダ４４と測定対象物ＯＢの接触位置（スライダ４４の下面）に一致するとき極大値よりも小さな値となり、測定対象物ＯＢの表面位置がスライダ４４の下面よりも下方に向かうに従って極小値に向かうように、レーザ光源３０１によるレーザ光の光軸方向における焦点位置を設定するようにしてもよい。そして、コントローラ７０内のメモリには、非接触用フォーカスエラー信号の瞬時値を、スライダ４４の下面からレーザ光が照射されている測定対象物ＯＢの表面までの距離に換算するための非接触用換算テーブルが予め記憶されている。
【００４０】
このような非接触用換算テーブルの生成においては、図５に示すように、表面に種々の深さのピットＰＴを形成した平板ＦＢ１を用意して、各ピットＰＴの深さを走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等で高精度に測定する。次いで、この平板ＦＢ１をステージ１０上にセットして、非接触用フォーカスエラー信号を各ピットＰＴごとに取得する。そして、各ピットＰＴごとに、非接触用フォーカスエラー信号値と、前記ＳＴＭ、ＡＦＭ等を用いて高精度で測定した深さとの対応表を求めて、この対応表を非接触用換算テーブルとして記憶しておく。この場合、深さの基準値（例えば、「０」）をいずれの深さに対応させてもよい。したがって、この場合には、非接触用換算テーブルを用いて換算される距離は、基準とした深さを基準値として、レーザ光の焦点位置から測定対象物ＯＢの表面位置までの距離に応じて相対的に変化する値となる。
【００４１】
なお、フォーカスエラー信号を前述のように演算（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の実行により生成する場合には、フォーカスエラー信号の瞬時値と、スライダ４４の下面からレーザ光が照射されている測定対象物ＯＢの表面までの距離との関係が測定対象物ＯＢの表面の反射率により異なる。したがって、前記図５のようにして非接触用換算テーブルを生成する場合には、平板ＦＢ１の表面の反射率を、測定対象物ＯＢの表面の反射率に一致させておく必要がある。これに代えて、フォーカスエラー信号を演算｛（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）｝／（ａ’＋ｃ’＋ｂ’＋ｄ’）の実行により生成するようにすれば、フォーカスエラー信号の瞬時値と、スライダ４４の下面からレーザ光が照射されている測定対象物ＯＢの表面までの距離との関係は、測定対象物ＯＢの表面の反射率が大きく変動しない限り変化しないので、前記のように平板ＦＢ１の表面の反射率と測定対象物ＯＢの表面の反射率を厳格に合わせる必要はない。
【００４２】
次に、接触用フォーカスエラー信号の生成について説明する。レーザ光のサスペンション４２の上面からの反射光を受光するフォトディテクタ３２０も、フォトディテクタ３０８と同様に構成され、４分割された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した大きさの検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として出力する。フォトディテクタ３２０から出力される受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、信号増幅回路６７によって増幅されて接触用フォーカスエラー信号生成回路６８に出力される。これらの信号増幅回路６７及び接触用フォーカスエラー信号生成回路６８は、前述した信号増幅回路６３及び非接触用フォーカスエラー信号生成回路６４と同様に構成されている。したがって、接触用フォーカスエラー信号生成回路６８は、増幅された受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を使って演算（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の実行により接触用フォーカスエラー信号を生成してＡ／Ｄ変換器６９に出力する。Ａ／Ｄ変換器６９は、前述したＡ／Ｄ変換器６５と同様に、サンプリングタイミング回路６６が出力するサンプリング信号を入力するたびに、非接触用フォーカスエラー信号をサンプリングしてディジタル信号に変換し、変換したディジタル信号をコントローラ７０に出力する。なお、接触用フォーカスエラー信号は、レーザ光の焦点位置のサスペンション４２の上面からのずれ量を表している。
【００４３】
ここで、接触用フォーカスエラー信号と、接触用レーザ光の焦点位置とサスペンション４２の上面間の距離との関係について説明しておく。この接触用フォーカスエラー信号も、図６に示すように、前記非接触用フォーカスエラー信号と同様に、接触用レーザ光の焦点位置とサスペンション４２の上面間の距離に対してＳ字状に変化する。この場合、上記非接触用フォーカスエラー信号の場合よりも、距離の計測可能な範囲が大きくなるように、接触用フォーカスエラー信号は、非接触用フォーカスエラー信号に比べて、距離の変化に対して緩やかに変化する。なお、このような設定は、集光レンズ３１８、シリンドリカルレンズ３１９及びフォトディテクタ３２０の位置関係を調節、すなわち前記位置関係を集光レンズ３０６、シリンドリカルレンズ３０７及びフォトディテクタ３０８の位置関係とは異ならせることにより実現される。本実施形態では、Ｓ字状の接触用フォーカスエラー信号が、スライダ４４が測定対象物ＯＢの表面を適度な力で押している状態（すなわちサスペンション４２が適度な負荷により適度に変形している状態）で、ゼロクロスするように、レーザ光源３０１によるレーザ光の光軸方向における焦点位置が設定されている。なお、接触用フォーカスエラー信号がゼロクロスする状態とは、レーザ光源３０１によるレーザ光の光軸方向における焦点が、サスペンション４２の上面に位置する状態である。そして、コントローラ７０内のメモリには、接触用フォーカスエラー信号の瞬時値を、接触用フォーカスエラー信号がゼロクロスするサスペンション４２の上面の位置から、レーザ光が実際に照射されているサスペンション４２の上面までの距離に換算するための接触用換算テーブルが予め記憶されている。
【００４４】
このような接触用換算テーブルの生成においては、図７に示すように、表面に種々の段差を形成した平板ＦＢ２を用意して、前記段差を別途用意した光学式測定装置により測定して、いずれかの段を基準として各段の高さを求めておく。この場合、高さとしては、負の値を含んでいてもよい。次いで、この平板ＦＢ２をステージ１０上にセットして、接触用フォーカスエラー信号を各段差ごとに取得する。そして、各段差ごとに、接触用フォーカスエラー信号の値と、前記各段の高さとを対応付けるとともに、接触用フォーカスエラー信号がゼロクロスする（すなわち接触用エラー信号が「０」となる）高さを「０」とするように各段の高さを補正して、接触用エラー信号の値と補正した高さとの対応表を求めて、この対応表を接触用換算テーブルとして記憶しておく。これにより、接触用フォーカスエラー信号がゼロクロスする高さを「０」として、接触用フォーカスエラー信号の信号値に応じて変化するサスペンション４２の上下の変位距離の変換テーブルがコントローラ７０内のメモリ内に記憶される。なお、接触用フォーカスエラー信号がゼロクロスする高さを「０」とせず、サスペンション４２の上下方向の相対距離のみが必要ならば、前記各段の高さ補正は不要である。このように、接触用換算テーブルにおける高さに関しても、いずれの高さを基準値（例えば、「０」）としてもよい。したがって、この場合には、接触用換算テーブルを用いて換算される高さ（距離）は、基準とした高さを基準値として、レーザ光の焦点位置からサスペンション４２の上面までの距離に応じて変化する値となる。
【００４５】
レーザ光源３０１は、非接触用レーザ駆動回路６１によって駆動される。非接触用レーザ駆動回路６１は、コントローラ７０によって作動制御される。レーザ光源３１１は、接触用レーザ駆動回路６２によって駆動される。接触用レーザ駆動回路６２は、コントローラ７０によって作動制御される。
【００４６】
コントローラ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びハードディスクなどの各種メモリを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、後述するプログラムの実行によりこの測定装置の作動を制御する。なお、ハードディスクなどの各種メモリには、前記プログラムに加えて、上述した換算テーブルなどの各種データも記憶されている。このコントローラ７０には、作業者が各種パラメータや処理等を指示するための入力装置７１と、作業者に対して各種の設定状況や作動状況等を視覚的に知らせるための表示装置７２とが接続されている。
【００４７】
次に、上記のように構成した光学式表面粗さ測定装置の動作について説明する。測定対象物ＯＢの表面粗さを測定する場合、作業者は、まず光学式表面粗さ測定装置の図示しない電源を投入する。そして、測定対象物ＯＢをステージ１０上にセットして、入力装置７１を用いて、下記（１）〜（３）の測定条件をコントローラ７０に入力する。
（１）Ｘ方向の測定範囲（測定開始位置Ｘst、測定終了位置Ｘed）及びＹ方向の測定範囲（測定開始位置Ｙst、測定終了位置Ｙed）
（２）Ｘ方向の測定間隔（Ｘ方向の移動速度）
（３）Ｙ方向の移動ピッチＹｐ
なお、Ｘ方向及びＹ方向の測定範囲に代え、測定対象物ＯＢの大きさと測定しないエッジ部分の大きさを入力するようにしてもよい。
【００４８】
前記測定条件の入力後、作業者は、図８Ａ乃至図８Ｄのプログラムをコントローラ７０に実行させる。コントローラ７０は、このプログラムの実行をステップＳ１００にて開始し、ステップＳ１０２にて変数ｎを「１」に初期設定する。この変数ｎは、レーザ光の測定対象物ＯＢの表面へのＹ方向の照射位置を規定するための変数である。次に、コントローラ７０は、ステップＳ１０４にて、レーザ光源３０１によるレーザ光の照射位置が前記入力したＸ方向の測定開始位置Ｘstの方向に移動するように、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７を制御してＸ方向フィードモータ２２を回転させる。次に、コントローラ７０は、ステップＳ１０６にて、レーザ光源３０１によるレーザ光の照射位置が前記入力したＹ方向の測定開始位置Ｙstの方向に移動するように、Ｙ方向フィードモータ制御回路２９を制御してＹ方向フィードモータ２５を回転させる。これらのステップＳ１０４，Ｓ１０６の処理により、ステージ１０はＸ方向及びＹ方向に移動し始め、レーザ光源３０１によるレーザ光の照射位置が測定開始位置Ｘst，Ｙstの方向に相対移動し始める。なお、この光学式表面粗さ測定装置の作動開始時には、レーザ光源３０１によるレーザ光の照射位置は測定終了位置Ｘed，Ｙed側に位置している。
【００４９】
前記ステップＳ１０６の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１０８にて、Ｘ方向位置検出回路２６によって検出されたレーザ光のＸ方向位置を入力して、検出Ｘ方向位置が測定開始位置Ｘst以下であるかを判定する。検出Ｘ方向位置が測定開始位置Ｘst以下でなければ、コントローラ７０は、ステップＳ１０８にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２においては、コントローラ７０は、Ｙ方向位置検出回路２８によって検出されたレーザ光のＹ方向位置を入力して、検出Ｙ方向位置が測定開始位置Ｙst以下であるかを判定する。検出Ｙ方向位置が測定開始位置Ｙst以下でなければ、コントローラ７０は、ステップＳ１１２にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１０８に戻り、ステップＳ１０８，Ｓ１１２の循環処理を実行し続ける。
【００５０】
前記ステップＳ１０８，Ｓ１１２の循環処理中、検出Ｘ方向位置が測定開始位置Ｘst以下になると、コントローラ７０は、ステップＳ１０８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１０にてＸ方向フィードモータ制御回路２７を制御して、Ｘ方向フィードモータ２２の回転を停止させる。また、検出Ｙ方向位置が測定開始位置Ｙst以下になると、コントローラ７０は、ステップＳ１１２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１４にてＹ方向フィードモータ制御回路２９を制御して、Ｙ方向フィードモータ２５の回転を停止させる。前記ステップＳ１１４の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１１６にてレーザ光の測定対象物ＯＢの表面への照射位置のＸ方向への移動、すなわちステージ１０のＸ方向への移動が停止しているかを判定する。このステップＳ１１６の判定処理は、検出Ｘ方向位置が測定開始位置Ｘst以下になる前に、検出Ｙ方向位置が測定開始位置Ｙst以下になった際に、ステップＳ１０８，Ｓ１１０の処理を実行させるためである。これらのステップＳ１０４〜Ｓ１１６により、レーザ光のＸ，Ｙ方向位置が測定開始位置Ｘst，Ｙstまで移動されると、Ｘ方向フィードモータ２２及びＹ方向フィードモータ２５の作動が停止されて、コントローラ７０はステップＳ１１８以降の処理を実行する。
【００５１】
ステップＳ１１８においては、コントローラ７０は、接触用レーザ駆動回路６２にレーザ光源３１１の作動開始を指示する。接触用レーザ駆動回路６２は、フォトディテクタ３２２からフィードバックされる受光信号を用いて、レーザ光源３１１が所定の強度のレーザ光を出射するようにレーザ光源３１１を駆動制御する。これにより、レーザ光源３１１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３１２、偏光ビームスプリッタ３１３、ミラー３１４、ミラー３１５、１／４波長板３１６及び対物レンズ３１７を介して、サスペンション４２の上面に向けて照射される。そして、サスペンション４２の上面にて反射されたレーザ光が、対物レンズ３１７、１／４波長板３１６、ミラー３１５、ミラー３１４、偏光ビームスプリッタ３１３、集光レンズ３１８及びシリンドリカルレンズ３１９を介してフォトディテクタ３２０に入射する。フォトディテクタ３２０によって検出された反射レーザ光の受光信号は、信号増幅回路６７を介して接触用フォーカスエラー信号生成回路６８に供給される。接触用フォーカスエラー信号生成回路６８は接触用フォーカスエラー信号を生成して、Ａ／Ｄ変換器６９に出力する。
【００５２】
前記ステップＳ１１８の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１２０にて、サンプリングタイミング回路６６に対して、サンプリング信号の出力開始指令を出力する。サンプリングタイミング回路６６は、この指令に応答して、所定周期のサンプリング信号をＡ／Ｄ変換器６５，６９に出力し始める。したがって、このサンプリング信号に同期して、接触用フォーカスエラー信号がＡ／Ｄ変換器６９によってサンプリングされ、このサンプリングされた接触用フォーカスエラー信号がディジタル信号に変換されて、接触用フォーカスエラー信号値としてコントローラ７０に入力され始める。
【００５３】
前記ステップＳ１２０の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１２２にて、Ｚ方向フィードモータ制御回路５４に光学ヘッド本体３０の下降開始を指示する。Ｚ方向フィードモータ制御回路５４は、Ｚ方向フィードモータ５２を作動開始させて、光学ヘッド本体３０を下降させ始める。次に、コントローラ７０は、ステップＳ１２４にてＡ／Ｄ変換器６９からディジタル変換された新たな接触用フォーカスエラー信号値を入力したかを判定する。新たな接触用フォーカスエラー信号値を入力しない場合には、コントローラ７０は「Ｎｏ」と判定してステップＳ１２４の処理を続ける。そして、新たな接触用フォーカスエラー信号値を入力した場合には、コントローラ７０はステップＳ１２４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１２６にて前記入力した接触用フォーカスエラー信号値の絶対値が予め決めた微小値Ａよりも大きいかを判定する。
【００５４】
この場合、光学ヘッド本体３０を下降させ始めた直後においては、特にスライダ４４が測定対象物ＯＢの表面に接触していない状態では、サスペンション４２は下方に変位している。したがって、光学ヘッド本体３０を下降させ始めた直後においては、接触用フォーカスエラー信号値の絶対値はほぼ「０」であり（図６参照）、コントローラ７０は、ステップＳ１２６て「Ｎｏ」すなわち接触用フォーカスエラー信号値の絶対値は微小値Ａよりも大きくないと判定して、ステップＳ１２４に戻り、ステップＳ１２４，Ｓ１２６からなる循環処理を続ける。光学ヘッド本体３０の下降によりスライダ４４が測定対象物ＯＢの表面に接触して、レーザ光源３１１によるレーザ光の光軸方向における焦点位置がサスペンション４２の上面に近づくと、接触用フォーカスエラー信号はＳ字状に変化し始める。この状態では、接触用フォーカスエラー信号値の絶対値が微小値Ａよりも大きくなり、コントローラ７０はステップＳ１２６にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１２８に進む。
【００５５】
ステップＳ１２８においては、コントローラ７０は、前記ステップＳ１２４の処理と同様に、Ａ／Ｄ変換器６９からディジタル変換された新たな接触用フォーカスエラー信号値を入力したかを判定する。新たな接触用フォーカスエラー信号値を入力しない場合には、コントローラ７０は「Ｎｏ」と判定してステップＳ１２８の処理を続ける。そして、新たな接触用フォーカスエラー信号値を入力した場合には、コントローラ７０はステップＳ１２８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１３０にて前記入力した接触用フォーカスエラー信号値の絶対値が予め決めた微小値Ｂよりも小さいかを判定する。なお、微小値Ｂは、前記微小値Ａよりも小さい。この場合、レーザ光の光軸方向における焦点位置がサスペンション４２の上面にほぼ一致するまでは、Ｓ字状に変化する接触用フォーカスエラー信号値はゼロクロスすることはなく、接触用フォーカスエラー信号値の絶対値は予め決めた微小値Ｂよりも大きく（図６参照）、コントローラ７０はステップＳ１３０にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１２８，Ｓ１３０からなる循環処理を実行し続ける。
【００５６】
そして、レーザ光の光軸方向における焦点位置がサスペンション４２の上面に一致すると、すなわち接触用フォーカスエラー信号がゼロクロスすると、Ｓ字状に変化する接触用フォーカスエラー信号の絶対値は予め決めた微小値Ｂよりも小さくなる。したがって、コントローラ７０はステップＳ１３０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１３２に進む。なお、この状態は、上述したスライダ４４が測定対象物ＯＢの表面を適度な力で押している状態、すなわちサスペンション４２が適度な負荷により適度に変形している状態である。ステップＳ１３２においては、コントローラ７０は、Ｚ方向フィードモータ制御回路５４にＺ方向フィードモータ５２の作動を停止させるように指示する。Ｚ方向フィードモータ制御回路５４は、Ｚ方向フィードモータ５２の作動を停止させて、光学ヘッド本体３０の下降を停止させる。
【００５７】
前記ステップＳ１３２の処理後、コントローラ７０は、図８ＢのステップＳ１３４にて、非接触用レーザ駆動回路６１にレーザ光源３０１の作動開始を指示する。非接触用レーザ駆動回路６１は、フォトディテクタ３１０からフィードバックされる受光信号を用いて、レーザ光源３０１が所定の強度のレーザ光を出射するようにレーザ光源３０１を駆動制御する。これにより、レーザ光源３０１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３０２、偏光ビームスプリッタ３０３、１／４波長板３０４及び対物レンズ３０５を介して、測定対象物ＯＢの表面に向けて照射される。そして、測定対象物ＯＢの表面にて反射されたレーザ光が、対物レンズ３０５、１／４波長板３０４、偏光ビームスプリッタ３０３、集光レンズ３０６及びシリンドリカルレンズ３０７を介してフォトディテクタ３０８に入射する。フォトディテクタ３０８によって検出された反射レーザ光の受光信号は、信号増幅回路６３を介して非接触用フォーカスエラー信号生成回路６４に供給される。非接触用フォーカスエラー信号生成回路６４は非接触用フォーカスエラー信号を生成して、Ａ／Ｄ変換器６５に出力する。なお、前記ステップＳ１２０の処理によってサンプリングタイミング回路６６は作動を開始しており、サンプリングタイミング信号は、前述したＡ／Ｄ変換器６９と同時に、Ａ／Ｄ変換器６５にも供給されている。したがって、非接触用フォーカスエラー信号値も、サンプリングタイミング信号によってサンプリングされ、ディジタル変換されてコントローラ７０に供給されるようになる。
【００５８】
前記ステップＳ１３４の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１３６にて変数ｎに「１」を加算し、ステップＳ１３８以降の処理を実行する。ステップＳ１３８においては、コントローラ７０は、Ｘ方向フィードモータ２２を作動開始させて、レーザ光源３０１によるレーザ光の測定対象物ＯＢに対する照射位置がＸ方向正側に所定速度で移動するように、ステージ１０を移動させるための指示をＸ方向フィードモータ制御回路２７に対して出力する。この場合、前記入力したＸ方向の測定間隔で非接触用フォーカスエラー信号値及び接触用フォーカス信号値を入手できるように、前記入力したＸ方向の測定間隔（距離）とサンプリングタイミング回路６６によるサンプリングタイミング間隔（時間）とを用いてステージ１０のＸ方向の移動速度（レーザ光の照射位置のＸ方向の移動方向と反対方向の移動速度）が計算される。すなわち、前記Ｘ方向の測定間隔（距離）を前記サンプリングタイミング間隔（時間）で除算して、レーザ光の移動方向と反対方向を移動方向とすることにより、ステージ１０の移動速度及び移動方向が計算される。そして、コントローラ７０は、前記ステップＳ１３８の処理時に、この計算した移動速度及び移動方向もＸ方向フィードモータ制御回路２７に出力する。
【００５９】
Ｘ方向フィードモータ制御回路２７は、エンコーダ２２ａの出力する回転信号からステージ１０のＸ方向の移動速度を計算して、計算された移動速度がコントローラ７０によって指定されている方向も含めた移動速度と等しくなるようにＸ方向フィードモータ２２の回転を制御する。その結果、Ｘ方向フィードモータ２２によるステージ１０のＸ方向への駆動により、レーザ光源３０１によるレーザ光の測定対象物ＯＢに対する照射位置が前記計算された速度でＸ方向正側に移動し始める。
【００６０】
ふたたび、プログラムの説明に戻ると、前記ステップＳ１３８の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１４０にて、Ａ／Ｄ変換器６５，６９からディジタル変換された新たな非接触及び接触用フォーカスエラー信号値を入力したかを判定する。なお、サンプリングタイミング回路６６からＡ／Ｄ変換器６５，６９へのサンプリング指示は同時になされるので、Ａ／Ｄ変換器６５，６９からディジタル変換された新たな非接触及び接触用フォーカスエラー信号値もほぼ同時にコントローラ７０に供給される。ここで、新たな非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値を入力しない場合には、コントローラ７０は「Ｎｏ」と判定してステップＳ１４０の処理を続ける。そして、新たな非接触及び接触用フォーカスエラー信号値を入力した場合には、コントローラ７０はステップＳ１４０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１４２にて前記入力した非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値を記憶する。
【００６１】
次に、コントローラ７０は、ステップＳ１４４にてＸ方向位置検出回路２６からＸ方向位置データを入力して記憶し、ステップＳ１４６にてＹ方向位置検出回路２８からＹ方向位置データを入力して記憶する。なお、これらの非接触用フォーカスエラー信号値、接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データは、１組として関連付けられてＲＡＭ内に記憶される。そして、前記記憶したＸ方向位置データによって示されたＸ方向位置が前記入力したＸ方向測定終了位置Ｘedよりも大きいかを判定する。Ｘ方向位置データによって示されたＸ方向位置がＸ方向測定終了位置Ｘedよりも大きくなければ、コントローラ７０は、ステップＳ１４８にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１４０に戻る。そして、コントローラ７０は、新たな非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値を入力するごとに、ステップＳ１４２〜Ｓ１４８からなる処理を実行する。レーザ光源３０１による測定対象物ＯＢの表面へのレーザ光のＸ方向の照射位置がＸ方向測定終了位置Ｘedを超えて、Ｘ方向位置データによって示されたＸ方向位置がＸ方向測定終了位置Ｘedよりも大きくなると、コントローラ７０は、ステップＳ１４８にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１５０にてＸ方向フィードモータ制御回路２７を制御して、Ｘ方向フィードモータ２２の回転を停止させる。これらのステップＳ１３６〜Ｓ１５０の処理により、変数ｎにより指定されるＹ方向位置において、前記入力したＸ方向の測定間隔ごとの非接触用フォーカスエラー信号値、接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データがＸ方向正側に向かってＲＡＭに順次取込まれる。
【００６２】
次に、コントローラ７０は、ステップＳ１５２にて、Ｙ方向位置検出回路２８からＹ方向位置データを入力して、入力したＹ方向位置データに前記入力したＹ方向の移動ピッチＹｐを加算し、加算した値が前記入力したＹ方向の測定終了位置Ｙedよりも大きいかを判定する。前記加算した値が前記入力したＹ方向の測定終了位置Ｙedよりも大きければ、コントローラ７０は、ステップＳ１５２にて「Ｙｅｓ」と判定し、後述する図８ＤのステップＳ１８８に進む。一方、前記加算した値が前記入力したＹ方向の測定終了位置Ｙedよりも大きくなければ、コントローラ７０は、ステップＳ１５２にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１５４以降の処理を実行する。
【００６３】
ステップＳ１５４においては、コントローラ７０は、Ｙ方向フィードモータ２５を作動開始させて、レーザ光源３０１によるレーザ光の測定対象物ＯＢに対する照射位置がＹ方向正側に予め決められた所定速度で移動するように、ステージ１０を移動させるための指示をＹ方向フィードモータ制御回路２９に対して出力する。Ｙ方向フィードモータ制御回路２９は、エンコーダ２５ａの出力する回転信号からステージ１０のＹ方向の移動速度を計算して、計算された移動速度がコントローラ７０によって指定されている方向も含めた移動速度と等しくなるようにＹ方向フィードモータ２５の回転を制御する。その結果、Ｙ方向フィードモータ２５によるステージ１０のＹ方向への駆動により、レーザ光源３０１によるレーザ光の測定対象物ＯＢに対する照射位置が前記計算された速度でＹ方向正側に移動し始める。
【００６４】
ふたたび、プログラムの説明に戻ると、前記ステップＳ１５４の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１５６にて、Ｙ方向位置検出回路２８からＹ方向位置データを入力する。そして、コントローラ７０は、ステップＳ１５８にて、前記入力したＹ方向位置データによって表されたＹ方向位置が、変数ｎと前記入力したＹ方向の移動ピッチＹｐとの積ｎ・Ｙｐを前記入力したＹ方向の測定開始位置Ｙstに加算した値ｎ・Ｙｐ＋Ｙst以上であるかを判定する。Ｙ方向位置が前記加算値ｎ・Ｙｐ＋Ｙst未満であれば、コントローラ７０は、ステップＳ１５８にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１５６，Ｓ１５８からなる循環処理を実行し続ける。この循環処理中、Ｙ方向フィードモータ２５は前記回転を続け、レーザ光源３０１によるレーザ光の測定対象物ＯＢに対する照射位置はＹ方向正側に移動し続ける。その結果、前記レーザ光のＹ方向の照射位置が前記加算値ｎ・Ｙｐ＋Ｙst以上になると、コントローラ７０は、ステップＳ１５８にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１６０にてＹ方向フィードモータ制御回路２９を制御して、Ｙ方向フィードモータ２５の回転を停止させる。その結果、前記レーザ光のＹ方向の照射位置は、以前よりもほぼ移動ピッチＹｐだけ正側に移動する。
【００６５】
前記ステップＳ１６０の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１６２にて変数ｎに「１」を加算し、ステップＳ１６４以降の処理を実行する。ステップＳ１６４においては、コントローラ７０は、Ｘ方向フィードモータ２２を作動開始させて、レーザ光源３０１によるレーザ光の測定対象物ＯＢに対する照射位置がＸ方向負側に所定速度で移動するように、ステージ１０を移動させるための指示をＸ方向フィードモータ制御回路２７に対して出力する。この場合の所定速度の大きさは、前記ステップＳ１３８の場合の所定速度の大きさと同じである。異なる点は、前記ステップＳ１３８の場合とは、レーザ光の移動方向（ステージ１０の移動方向）が逆となる点である。そして、Ｘ方向フィードモータ制御回路２７は、前述した場合と同様に、エンコーダ２２ａの出力する回転信号からステージ１０のＸ方向の移動速度を計算して、計算された移動速度がコントローラ７０によって指定されている方向も含めた移動速度と等しくなるようにＸ方向フィードモータ２２の回転を制御する。その結果、Ｘ方向フィードモータ２２によるステージ１０のＸ方向への駆動により、レーザ光源３０１によるレーザ光の測定対象物ＯＢに対する照射位置が前記計算された速度でＸ方向負側に移動し始める。
【００６６】
前記ステップＳ１６４の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１６６にて、Ａ／Ｄ変換器６５，６９からディジタル変換された新たな非接触及び接触用フォーカスエラー信号値を入力したかを判定する。この場合も、新たな非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値を入力しなければ、コントローラ７０は「Ｎｏ」と判定してステップＳ１６６の処理を続ける。そして、新たな非接触及び接触用フォーカスエラー信号値を入力した場合には、コントローラ７０はステップＳ１６６にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１６８〜Ｓ１７２の処理を実行する。これらのステップＳ１６８〜Ｓ１７２においては、前述したステップＳ１４２〜Ｓ１４６の処理と同様に、コントローラ７０は、前記入力した非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値を記憶するとともに、Ｘ方向位置検出回路２６及びＹ方向位置検出回路２８からＸ方向位置データ及びＹ方向位置データをそれぞれ入力して記憶する。なお、この場合も、これらの非接触用フォーカスエラー信号値、接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データは、１組として関連付けられてＲＡＭ内に記憶される。
【００６７】
前記ステップＳ１６８〜Ｓ１７２の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１７４にて、前記記憶したＸ方向位置データによって示されたＸ方向位置が前記入力したＸ方向測定開始位置Ｘst以下であるかを判定する。Ｘ方向位置データによって示されたＸ方向位置がＸ方向測定開始位置Ｘst以下でなければ、コントローラ７０は、ステップＳ１７４にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１６６に戻る。そして、コントローラ７０は、新たな非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値を入力するごとに、ステップＳ１６８〜Ｓ１７２からなる処理を実行する。レーザ光源３０１による測定対象物ＯＢの表面へのレーザ光のＸ方向の照射位置がＸ方向測定開始位置Ｘstを超えて、Ｘ方向位置データによって示されたＸ方向位置がＸ方向測定開始位置Ｘst以下になると、コントローラ７０は、ステップＳ１７４にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１７６にてＸ方向フィードモータ制御回路２７を制御して、Ｘ方向フィードモータ２２の回転を停止させる。これらのステップＳ１６２〜Ｓ１７６の処理により、変数ｎにより指定されるＹ方向位置において、前記入力したＸ方向の測定間隔ごとの非接触用フォーカスエラー信号値、接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データがＸ方向負側に向かってＲＡＭに順次取込まれる。
【００６８】
次に、コントローラ７０は、ステップＳ１７８にて、前記ステップＳ１５２の処理の場合と同様に、Ｙ方向位置検出回路２８からＹ方向位置データを入力して、入力したＹ方向位置データに前記入力したＹ方向の移動ピッチＹｐを加算した加算値が前記入力したＹ方向の測定終了位置Ｙedよりも大きいかを判定する。前記加算値が前記入力したＹ方向の測定終了位置Ｙedよりも大きければ、コントローラ７０は、ステップＳ１７８にて「Ｙｅｓ」と判定し、この場合も後述する図８ＤのステップＳ１８８に進む。一方、前記加算値が前記入力したＹ方向の測定終了位置Ｙedよりも大きくなければ、コントローラ７０は、ステップＳ１７８にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ１８０以降の処理を実行する。
【００６９】
ステップＳ１８０においては、コントローラ７０は、前記ステップＳ１５４と同様に、Ｙ方向フィードモータ制御回路２９を制御して、レーザ光源３０１によるレーザ光の測定対象物ＯＢに対する照射位置が所定速度でＹ方向正側に移動するように、Ｙ方向フィードモータ２５を作動させてステージ１０を移動させる。前記ステップＳ１８０の処理後、コントローラ７０は、前記ステップＳ１５６〜Ｓ１６０の処理と同様なステップＳ１８２〜Ｓ１８６の処理により、レーザ光のＹ方向の照射位置が以前よりもほぼ移動ピッチＹｐだけ正側に移動するまで、Ｙ方向フィードモータ２５を作動させる。
【００７０】
前記ステップＳ１８６の処理後、コントローラ７０は、図８ＢのステップＳ１３６に戻り、ステップＳ１３６〜Ｓ１５０の処理、ステップＳ１５２〜Ｓ１６０の処理、ステップＳ１６２〜Ｓ１７６の処理、及びステップＳ１７８〜Ｓ１８６の処理からなる循環処理を繰り返す。ステップＳ１３６〜Ｓ１５０の処理は、変数ｎにより指定されるＹ方向位置において、前記入力したＸ方向の測定間隔ごとの非接触用フォーカスエラー信号値、接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データをＸ方向正側に向かってＲＡＭに順次取込む処理である。ステップＳ１５２〜Ｓ１６０の処理及びステップＳ１７８〜Ｓ１８６の処理は、レーザ光の測定対象物ＯＢの表面へのＹ方向の照射位置が測定終了位置Ｙedに達するまで、レーザ光の測定対象物ＯＢの表面へのＹ方向の照射位置を移動ピッチＹｐずつずらす処理である。ステップＳ１６２〜Ｓ１７６の処理は、変数ｎにより指定されるＹ方向位置において、前記入力したＸ方向の測定間隔ごとの非接触用フォーカスエラー信号値、接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データをＸ方向負側に向かってＲＡＭに順次取込む処理である。これらの循環処理により、レーザ光の測定対象物ＯＢの表面への照射位置をＹ方向正側に移動しながらＸ方向に往復移動させて、非接触用フォーカスエラー信号値及び接触用フォーカスエラー信号値を取り込み記憶する。そして、前記非接触用フォーカスエラー信号値及び接触用フォーカスエラー信号値に対応させてレーザ光のＸ方向及びＹ方向の位置を表すＸ方向位置データ及びＹ方向位置データも取り込み記憶する。
【００７１】
そして、前記ステップＳ１３６〜Ｓ１８６の循環処理中、レーザ光のＹ方向の照射位置を表すＹ方向位置データにＹ方向の移動ピッチＹｐを加算した加算値がＹ方向の測定終了位置Ｙedよりも大きくなると、言い換えればレーザ光のＹ方向の照射位置がＹ方向の測定終了位置Ｙedにほぼ達すると、コントローラ７０は、前述したステップＳ１５２又はＳ１７８にて「Ｙｅｓ」と判定して、図８ＤのステップＳ１８８に進む。コントローラ７０は、ステップＳ１８８にて非接触用レーザ駆動回路６１にレーザ光源３０１の作動停止を指示し、ステップＳ１９０にて接触用レーザ駆動回路６２にレーザ光源３１１の作動停止を指示する。これにより、非接触用レーザ駆動回路６１及び接触用レーザ駆動回路６２は、レーザ光源３０１及びレーザ光源３１１の駆動をそれぞれ停止し、レーザ光源３０１及びレーザ光源３１１はレーザ光の出射をそれぞれ停止する。次に、コントローラ７０は、ステップＳ１９２にてサンプリングタイミング回路６６に作動停止を指示する。これにより、サンプリングタイミング回路６６は、サンプリング信号のＡ／Ｄ変換器６５，６９に対する出力を停止するので、Ａ／Ｄ変換器６５，６９は非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値のコントローラ７０への出力を停止する。
【００７２】
前記ステップＳ１９２の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１９４にて、Ｚ方向フィードモータ制御回路５４に光学ヘッド本体３０を上昇開始させるように指示する。Ｚ方向フィードモータ制御回路５４は、Ｚ方向フィードモータ５２を前記光学ヘッド本体３０の下降時とは逆方向に回転させて、光学ヘッド本体３０を上昇させ始める。次に、コントローラ７０は、ステップＳ１９６にて、Ｚ方向フィードモータ５２内のエンコーダ５２ａから回転信号を入力し、回転信号の変化が停止しているかを判定する。この回転信号は、Ｚ方向フィードモータ５２が回転している間は変化し続け、光学ヘッド本体３０が上限位置まで達してＺ方向フィードモータ５２の回転が停止した時点で変化が停止するものである。したがって、光学ヘッド本体３０が上昇中であってＺ方向フィードモータ５２が回転しているときは、コントローラ７０は、ステップＳ１９６にて「Ｎｏ」と判定し続ける。そして、光学ヘッド本体３０が上限位置まで達してＺ方向フィードモータ５２の回転が停止すると、コントローラ７０は、ステップＳ１９６にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１９８にてＺ方向フィードモータ制御回路５４にＺ方向フィードモータ５２の作動停止を指示する。したがって、Ｚ方向フィードモータ制御回路５４は、Ｚ方向フィードモータ５２の回転を停止させる。
【００７３】
前記ステップＳ１９８の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ２００にて、前記ＲＡＭに記憶した各組のデータを構成する接触用フォーカスエラー信号値及び非接触用フォーカスエラー信号値を順次読み出す。そして、メモリ内に記憶されている接触用換算テーブルを参照して、前記読み出した接触用フォーカスエラー信号値を、Ｚ方向基準位置からレーザ光が実際に照射されているサスペンション４２の上面までの距離に変換する。また、メモリ内に記憶されている非接触用換算テーブルを参照して、前記読み出した非接触用フォーカスエラー信号値を、スライダ４４の下面からレーザ光が照射されている測定対象物ＯＢの表面までの距離に変換する。次に、コントローラ７０は、ステップＳ２０２にて、前記各組のデータを構成する接触用及び非接触用フォーカスエラー信号値を変換した２つの距離を各組ごとにそれぞれ加算する。これにより、レーザ光の測定対象物ＯＢへの照射位置ごとに、接触用エラー信号がゼロクロスする高さを基準とする測定対象物ＯＢの表面の高さ（プロファイル）を表すデータが取得される。この取得されたデータは、測定対象物ＯＢの表面粗さを表しており、前記距離の変換に利用した接触用及び非接触用フォーカスエラー信号値と各組を構成するＸ方向及びＹ方向位置データと関連付けて記憶される。なお、前記変換した２つの距離を加算した高さに関するデータに関しては、上述のように接触用換算テーブル及び非接触用換算テーブルにおける換算値の基準値を種々に変更することができるので、前記加算により計算した高さの基準値も種々に変化することになる。
【００７４】
次に、コントローラ７０は、ステップＳ２０４にて、前記計算した測定対象物ＯＢの表面の高さに関する情報を用いて、表面粗さに関する情報を計算する。この表面粗さに関する情報とは、例えば前記高さの算術平均値に対する偏差の絶対値の平均値であるＲａ値、平均値に対する偏差の２乗値の平均の平方根であるＲＭＳ値、最大高低差などである。次に、コントローラ７０は、ステップＳ２０６にて、作業者による入力装置７１を用いた指示により、表面粗さに関する情報を表示装置７２に表示する。このステップＳ２０６の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ２０８にてプログラムの実行を終了する。
【００７５】
このプログラムの実行終了後、作業者は、測定対象物ＯＢをステージ１０から取り外して、測定対象物ＯＢの表面粗さの測定を終了する。さらに、作業者は、他の測定対象物ＯＢの表面粗さの測定を行う場合には、前記他の測定対象物ＯＢをステージ１０上にセットして、測定条件を入力した後に、前述したプログラムを実行させる。なお、前回の測定条件と同じであれば、測定条件の入力を省略できる。
【００７６】
上記のように動作する実施形態においては、レーザ光源３０１により出射され、対物レンズ３０５によって集光されて測定対象物ＯＢの表面に照射されるレーザ光の反射光がフォトディテクタ３０８によって受光され、このフォトディテクタ３０８による受光信号を用いて非接触用フォーカスエラー信号が非接触用フォーカスエラー信号生成回路６４によって生成される。そして、この非接触用フォーカスエラー信号値がコントローラ７０に取込まれて、ステップＳ２００の処理により、レーザ光の焦点位置から測定対象物ＯＢの表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換される。この場合、対物レンズ３０５は、測定対象物ＯＢの表面に接触しながら前記表面上を移動するスライダ４４に固定されていて、スライダ４４は測定対象物ＯＢの表面の微小な凹凸によって変動しないので、対物レンズ３０５と測定対象物ＯＢの表面との間の距離の変化はそれほど大きくなることはなく、非接触用フォーカスエラー信号はレーザ光の焦点位置から測定対象物ＯＢの表面位置までの距離に応じて変化する距離に換算され得る範囲を超えてしまうことがなくなる。そして、前記変換された距離は測定対象物ＯＢの表面の微小な凹凸に関係したものとなる。また、レーザ光源３１１により出射され、対物レンズ３１７によって集光されてプローブ４０のサスペンション４２の上表面に照射されるレーザ光の反射光はフォトディテクタ３２０によって受光され、このフォトディテクタ３２０による受光信号を用いて接触用フォーカスエラー信号が接触用フォーカスエラー信号生成回路６８によって生成される。そして、この接触用フォーカスエラー信号値がコントローラ７０に取込まれて、ステップＳ２００の処理により、レーザ光の焦点位置からサスペンション４２の上表面位置までの距離に応じて変化する距離に変換される。この場合、スライダ４４は、測定対象物ＯＢの表面に接触しながら前記表面上を移動して測定対象物ＯＢの表面の周期と変動量が大きな凹凸によって変動するので、前記変換された距離は測定対象物ＯＢの表面の周期と変動量が大きな凹凸に関係したものとなる。そして、前記変換される２つの距離が加算されて、測定対象物ＯＢの表面の凹凸の大きさが検出されるので、測定対象物の表面に微小な凹凸に加えて周期と変動量が大きな凹凸が存在する場合でも、測定対象物ＯＢの表面粗さが測定され得るようになる。
【００７７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記一実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００７８】
上記実施形態においては、プローブ４０をアーム４１、サスペンション４２、ジンバル４３及びスライダ４４で構成して、スライダ４４を測定対象物ＯＢの表面に載せてスライドさせるようにした。ハードディスクの場合には、測定対象物ＯＢに相当するディスクが回転した際の空気の流れでスライダ４４が浮上する傾向にある。しかし、本実施形態に係る光学式表面粗さ測定装置においては、測定対象物ＯＢの表面粗さの程度、及びスライダ４４の測定対象物ＯＢの表面に対する相対速度の関係で、スライダ４４は自重によって測定対象物ＯＢの表面に押し付けられることになり、スライダ４４が測定対象物ＯＢの表面上をスライドする際、測定対象物ＯＢの表面が損傷する可能性がある。
【００７９】
この測定対象物ＯＢの表面の損傷を回避するために、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、スライダ４４の両側に、スライダ４４に対して回転可能に支持された左右一対のローラ４５ａ，４５ｂを設ける。そして、ステージ１０を移動させることによりスライダ４４を測定対象物ＯＢの表面に対して相対的に移動させる際には、これらのローラ４５ａ，４５ｂが測定対象物ＯＢの表面を転がりながらスライダ４４を相対移動させる。なお、この場合、ローラ４５ａ，４５ｂは測定対象物ＯＢの表面にそれらの一部のみで接するため、スライダ４４の上下動はほとんど問題にならず、上記実施形態のジンバル４３は不要となり、サスペンション４２にスライダ４４を直接組み付ければよい。これによれば、スライダ４４が測定対象物ＯＢの表面上を直接スライドしないので、測定対象物ＯＢの表面が損傷することはない。また、前記左右一対のローラ４５ａ，４５ｂに代えて、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、スライダ４４に対して回転可能に支持された２組の左右一対のローラ４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂを設けるようにしてもよい。なお、この場合も、上記実施形態のジンバル４３は不要となり、サスペンション４２にスライダ４４を直接組み付ければよい。
【００８０】
また、Ｚ方向駆動装置５０を省略して光学ヘッド本体３０及びプローブ４０を図１１に示すように、エアー供給装置８０を設けるようにしてもよい。エアー供給装置８０は、エアーを吐出し、チューブ８１及びパイプ８２を介してスライダ４４と測定対象物ＯＢの表面との接触位置にエアーを吹き付けるようにする。なお、パイプ８２は、支持器８３によって光学ヘッド本体３０の下部に固定されている。これにより、スライダ４４が浮上するような力がスライダ４４に作用するので、スライダ４４は測定対象物ＯＢの表面に大きな力で押し付けられなくなる。したがって、これによっても、スライダ４４が測定対象物ＯＢの表面上をスライドしても、測定対象物ＯＢの表面が損傷することがなくなる。
【００８１】
また、上記実施形態では、接触用フォーカスエラー信号値及び非接触用フォーカスエラー信号値をそれぞれ距離に換算して加算することにより、測定対象物ＯＢの各位置の表面高さを検出するようにした。しかし、測定対象物ＯＢの表面における周期の大きな凹凸の変動量が接触用フォーカスエラー信号値で測定できる範囲を超えている場合や、測定対象物ＯＢの表面がステージ１０の上面に対して連続的に傾いていて測定対象物ＯＢの表面の高さの最大差が接触用フォーカスエラー信号値で測定できる範囲を超えている場合には、測定対象物ＯＢの表面粗さすなわち同表面の高さの測定が不能となる。このような場合、接触用フォーカスエラー信号値が許容値を超えた場合、許容範囲内になるように光学ヘッド本体３０を上下に移動し、光学ヘッド本体３０の測定開始時における位置からの移動量を加えて、各位置の表面高さを検出するようにすれば、測定対象物ＯＢの表面高さの測定が可能な範囲をより大きくすることができる。
【００８２】
これを実施するために、図１に示した光学式表面粗さ測定装置を変形する必要がある。この変形例に係る光学式表面粗さ測定装置は、図１２に示すように、図１に示した光学式表面粗さ測定装置に加え、Ｚ方向位置検出回路５５を備えている。Ｚ方向位置検出回路５５は、エンコーダ５２ａからの回転信号のパルス数をＺ方向フィードモータ５２の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値から光学ヘッド本体３０のＺ方向位置を検出し、Ｚ方向位置を表すＺ方向位置データをＺ方向フィードモータ制御回路５４及びコントローラ７０に出力する。Ｚ方向位置検出回路５５におけるカウント値の初期設定は、Ｘ方向位置検出回路２６及びＹ方向位置検出回路２８と同様に、電源投入時にコントローラ７０の指示によって行われる。すなわち、コントローラ７０からの初期設定が指示されると、Ｚ方向フィードモータ制御回路５４がＺ方向フィードモータ５２を回転させて光学ヘッド本体３０を上方のＺ方向限界位置に移動させる。そして、Ｚ方向位置検出回路５５は、光学ヘッド本体３０がＺ方向限界位置に達してエンコーダ５２ａからの回転信号の入力が停止したことを検知すると、カウント値を「０」にリセットするとともに、Ｚ方向フィードモータ制御回路５４に出力停止信号を出力する。その後、Ｚ方向位置検出回路５５は、回転信号のパルス数をＺ方向フィードモータ５２の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値に基づいて光学ヘッド本体３０のＺ方向位置を計算し、Ｚ方向位置を表すＺ方向位置データをＺ方向フィードモータ制御回路５４及びコントローラ７０に出力し続ける。Ｚ方向フィードモータ制御回路５４は、コントローラ７０によって指定Ｚ方向位置への移動が指示されたときには、Ｚ方向位置検出回路５５によって検出されるＺ方向位置が指定Ｚ方向位置に等しくなるまでＺ方向フィードモータ５２を回転させる。他の構成は、上記実施形態と同じであり、同一部分に関しては上記実施形態と同一の符号を用いてそれらの説明を省略する。
【００８３】
また、コントローラ７０は、図８Ａ乃至図８Ｃのプログラムの一部を変形した図１３Ａ乃至図１３Ｃのプログラム及び図８Ｄのプログラムを実行する。この変形例に係る光学式表面粗さ測定装置においても、コントローラ７０は、図１３ＡのステップＳ１００からプログラムの実行を開始し、上記実施形態の場合と同様なステップＳ１０２〜Ｓ１３０の処理後、すなわち接触用フォーカスエラー信号がゼロクロスして光学ヘッド本体３０の初期位置への下降停止時（測定対象物ＯＢの表面の高さ測定開始直前）、コントローラ７０は、ステップＳ１３１にて、Ｚ方向位置検出回路５５から光学ヘッド本体３０のＺ方向位置データＨを入力して、同データＨを測定開始時Ｚ方向位置データＨstとしてＲＡＭに記憶する。
【００８４】
前記ステップＳ１３１の処理後、コントローラ７０は、ステップＳ１３２にて光学ヘッド本体３０の下降を停止し、上記実施形態と同じ図１３ＢのステップＳ１３４〜Ｓ１５０からなり、変数ｎによって指定されるＹ方向位置におけるＸ方向正側への非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データの取込み処理を実行する。この変形例においては、コントローラ７０は、ステップＳ１４２〜Ｓ１４６からなる非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データの取込み処理後、ステップＳ１４７−１にて、Ｚ方向位置検出回路５５から光学ヘッド本体３０のＺ方向位置データＨを入力して、この入力したＺ方向位置データＨから前記ＲＡＭに記憶しておいた測定開始時Ｚ方向位置データＨstを減算し、減算結果Ｈ−ＨstをＺ方向位置として前記取り込んだ非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データに対応させてＲＡＭに記憶する。このＺ方向位置Ｈ−Ｈstは、非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データからなる各データの取得時における、光学ヘッド本体３０の測定開始時Ｚ方向位置データＨstによって表わされた高さ位置に対する相対高さを表わしている。
【００８５】
次に、コントローラ７０は、ステップＳ１４７−２にて、直前のステップＳ１４２の処理によってＲＡＭに記憶した接触用フォーカスエラー信号値の絶対値が限界近傍値よりも大きいか否かを判定する。この限界近傍値は、接触用フォーカスエラー信号値を用いた距離計測可能範囲の限界値（図６の上限及び下限値）よりも若干小さな予め決められた正の値である。接触用フォーカスエラー信号値の絶対値が限界近傍値以下であれば、コントローラ７０は、ステップＳ１４７−２にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１４８に進む。
【００８６】
一方、接触用フォーカスエラー信号値の絶対値が限界近傍値よりも大きければ、コントローラ７０はステップＳ１４７−２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１４７−３にて、上記実施形態のステップＳ２００の場合と同様に、メモリ内に記憶されている接触用換算テーブルを参照して、前記接触用フォーカスエラー信号値を、Ｚ方向基準位置（ゼロクロス位置）からレーザ光が実際に照射されているサスペンション４２の上面までの距離Ｌに変換する。次に、コントローラ７０は、ステップＳ１４７−４にて、前記ステップＳ１４７−１で入力したＺ方向位置データＨと前記変換距離Ｌとを加算して、Ｚ方向フィードモータ制御回路５４に光学ヘッド本体３０を前記加算値（Ｈ＋Ｌ）に対応したＺ方向位置に移動させるように指示する。Ｚ方向フィードモータ制御回路５４は、Ｚ方向位置検出回路５５によって検出される光学ヘッド本体３０のＺ方向位置が前記加算値（Ｈ＋Ｌ）に等しくなるまでＺ方向フィードモータ５２を回転制御する。このＺ方向フィードモータ５２の回転制御により、光学ヘッド本体３０は直前のＺ方向位置Ｈよりも距離ＬだけＺ方向に移動する。この場合、距離Ｌは接触用フォーカスエラー信号値がゼロクロスする位置からの距離であるので、レーザ光源３１１による接触用レーザ光の焦点位置近傍にサスペンション４２の上面が位置することになる。したがって、次にフォーカエラー信号値を入力する際には、フォーカエラー信号値はゼロクロス近傍の値となり、接触用フォーカスエラー信号値が測定対象物ＯＢの表面高さの測定可能範囲に収められるようになる。
【００８７】
前記ステップＳ１３４〜Ｓ１５０の処理後、コントローラ７０は、上記実施形態と同様に、ステップＳ１５２〜Ｓ１６０の処理により、レーザ光源３０１による非接触用レーザ光の測定対象物ＯＢの表面のＹ方向位置をＹ方向正側にＹ方向の移動ピッチＹｐだけ移動する。そして、コントローラ７０は、上記実施形態と同じ図１３ＣのステップＳ１６２〜Ｓ１７６からなり、変数ｎによって指定されるＹ方向位置におけるＸ方向負側への非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データの取込み処理を実行する。この変形例においては、コントローラ７０は、ステップＳ１６８〜Ｓ１７２からなる非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データの取込み処理後、前記ステップＳ１４７−１〜Ｓ１４７−４の処理と同様なステップＳ１７３−１〜Ｓ１７３−４の処理を実行する。これにより、接触用フォーカスエラー信号値の絶対値が限界近傍値よりも大きければ、光学ヘッド本体３０のＺ方向位置が直前のＺ方向位置Ｈよりも距離ＬだけＺ方向に移動する。したがって、この場合も、次にフォーカエラー信号値を入力する際には、フォーカエラー信号値はゼロクロス近傍の値となり、接触用フォーカスエラー信号値が測定対象物ＯＢの表面高さの測定可能範囲に収められるようになる。
【００８８】
前記ステップＳ１６２〜Ｓ１７６の処理後、コントローラ７０は、上記実施形態と同様に、ステップＳ１７６〜Ｓ１８６の処理により、レーザ光源３０１による非接触用レーザ光の測定対象物ＯＢの表面のＹ方向位置をＹ方向正側にＹ方向の移動ピッチＹｐだけ移動する。そして、コントローラ７０は、上記実施形態と同様に、図１３ＢのステップＳ１３６〜Ｓ１８６からなる循環処理を繰り返し実行する。そして、Ｘ方向及びＹ方向の測定範囲の測定が終了すると、ＲＡＭには、各測定位置ごとに、非接触用及び接触用フォーカスエラー信号値、Ｘ方向位置データ及びＹ方向位置データが記憶されるとともに、光学ヘッド本体３０の測定開始時の高さ位置に対する相対高さを表すＺ方向距離Ｈ−Ｈstも記憶されている。そして、この変形例においては、図８ＤのステップＳ２０２にて前記各組のデータを構成する接触用及び非接触用フォーカスエラー信号値を変換した２つの距離を各組ごとにそれぞれ加算する際に、このＺ方向距離Ｈ−Ｈstも加算する。これにより、光学ヘッド本体３０の上下方向の移動させた位置の情報も、測定対象物ＯＢの表面の高さ（プロファイル）に加味される。その結果、測定対象物ＯＢの表面の高さの差が接触用フォーカスエラー信号値で測定できる範囲を超える場合にも、光学ヘッド本体３０を上下方向に移動させることにより、測定対象物ＯＢの表面の高さを測定できるようになる。
【００８９】
このように前記変形例によれば、測定対象物ＯＢの表面の凹凸により光学ヘッド本体３０とスライダ４４との間の距離が大きく変化して、接触用フォーカスエラー信号値の絶対値が大きくなって所定の限界近傍値を越した場合には、ステップＳＳ１４７−２〜Ｓ１４７−４，Ｓ１７３−２〜Ｓ１７３−４の処理により、接触用フォーカスエラー信号値の大きさに応じた距離だけ光学ヘッド本体３０を移動させてプローブ４０を移動させる。そして、ステップＳ２０２にて接触用フォーカスエラー信号値及び非接触用フォーカスエラー信号値の距離換算値を加算する際に、前記光学ヘッド本体３０の移動量も考慮して、測定対象物ＯＢの凹凸を検出する。その結果、この変形例によれば、測定対象物ＯＢの表面の周期と変動が大きな凹凸が非常に大きくなっても、測定対象物の表面粗さの測定が可能となる。
【００９０】
また、上記実施形態においては、スライダ４４のＺ方向の変動量を検出するために、レーザ光源３１１による接触用レーザ光をサスペンション４２上に照射し、反射光によるフォーカスエラー信号値を距離に換算するようにしたが、スライダ４４のＺ方向の変動量が検出できれば、いかなる方法を用いてもよい。例えば、図１４に示すように、光学ヘッド本体３０に、サスペンション４２の上表面にレーザ光を斜め方向から照射するレーザ光源３３０と、複数の受光素子を直線状に配置させてサスペンション４２の上表面からの反射光を受光するラインセンサ３３１とを設ける。そして、ラインセンサ３３１が受光する反射光の位置を、光学ヘッド本体３０からサスペンション４２の上表面までの距離（すなわちスライダ４４のＺ方向変動量）に換算するようにしてもよい。また、サスペンション４２の変形量を歪センサなどにより検出して、スライダ４４のＺ方向の変動量を検出するようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態においては、光学ヘッド本体３０は測定対象物ＯＢにレーザ光を照射するためのレーザ光源と、サスペンション４２の上面にレーザ光を照射するためのレーザ光源の２つのレーザ光源を備える構造としたが、１つのレーザ光源を分岐して測定対象物ＯＢとサスペンション４２の上面にそれぞれレーザ光を照射するような構造にしてもよい。このような光学ヘッド本体３０においては、図１５に示すように、レーザ光源３０１から出射されてコリメートレンズ３０２で平行光とされたレーザ光を、透過方向がレーザ光の偏光方向に対して４５度の方向にある偏光ビームスプリッタ３３０に入射させて、反射光と透過光の２つレーザ光に分岐させる。なお、この偏光ビームスプリッタ３３０が、本発明の分光器に相当する。偏光ビームスプリッタ３３０で反射したレーザ光は、１／４波長板３１６を透過して、対物レンズ３１７によりサスペンション４２の上面に集光される。集光されたレーザ光は、サスペンション４２の上面で反射され、反射されたレーザ光は、再度１／４波長板３１６を透過することで偏光方向が偏光ビームスプリッタ３３０の透過方向になる。このため、このサスペンション４２の上面で反射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３３０を透過して、集光レンズ３１８及びシリンドリカルレンズ３１９を介してフォトディテクタ３２０に入射する。フォトディテクタ３２０が出力する信号は、上記実施形態と同様に、信号増幅回路６７を介して接触用フォーカスエラー信号生成回路６８に導かれて接触用フォーカスエラー信号の生成に使用される。
【００９２】
一方、偏光ビームスプリッタ３３０を透過したレーザ光は、透過方向がレーザ光の偏光に対して９０度の方向にある偏光ビームスプリッタ３０３ａに入射し、大部分が反射して１／４波長板３０４を透過して、対物レンズ３０５により測定対象物ＯＢの表面に集光される。集光されたレーザ光は、測定対象物ＯＢの表面で反射され、反射されたレーザ光は、再度１／４波長板３０４を透過することで偏光方向が偏光ビームスプリッタ３０３ａの透過方向になる。このため、この測定対象物ＯＢの表面で反射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３０３ａを透過して、集光レンズ３０６及びシリンドリカルレンズ３０７を介してフォトディテクタ３０８に入射する。フォトディテクタ３０８が出力する信号は、上記実施形態と同様に、信号増幅回路６３を介して非接触用フォーカスエラー信号生成回路６４に導かれて非接触用フォーカスエラー信号の生成に使用される。なお、偏光ビームスプリッタ３３０を透過し、偏光ビームスプリッタ３０３ａに入射したレーザ光の一部は、偏光ビームスプリッタ３０３ａを透過し、集光レンズ３０９を介してフォトディテクタ３１０に入射する。フォトディテクタ３１０が出力する信号は、上記実施形態と同様に、非接触用レーザ駆動回路６１に導かれて、レーザ光源３０１が出射するレーザ光の光量制御に使用される。このように、１つのレーザ光源からのレーザ光を分岐させて、測定対象物ＯＢの表面とサスペンション４２の上面に照射する構造とすれば、レーザ光源や光学部品の数を少なくすることができ、装置のコストを抑制することができる。
【００９３】
また、上記実施形態においては、ステージ１０をＸ方向に往復運動させるとともにＹ方向正側に移動させて、測定対象物ＯＢの表面の各位置における高さを検出するようにした。しかし、測定対象物ＯＢの表面の各位置及び各位置における高さを検出できれば、ステージ１０をどのように移動させてもよい。例えば、ステージ１０を円盤状に形成して、ステージ１０を回転させながら、レーザ光の照射位置を径方向に移動させてもよい。
【００９４】
また、上記実施形態においては、ステージ１０をＸ，Ｙ平面内で移動させることにより、レーザ光の照射位置（スライダ４４の位置）を移動させるようにした。しかし、これに代えて、光学ヘッド本体３０をＸ，Ｙ平面内で移動させることにより、レーザ光の照射位置を移動させるようにしてもよい。さらに、ステージ１０及び光学ヘッド本体３０の両者をＸ，Ｙ平面内で移動させて、 レーザ光の照射位置を移動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１０…ステージ、２０…ステージ駆動装置、２０Ａ…Ｘ方向駆動装置、２０Ｂ…Ｙ方向駆動装置、２２…Ｘ方向フィードモータ、２５…Ｙ方向フィードモータ、３０…光学ヘッド本体、３０Ａ…第１レーザ光照射装置、３０Ｂ…第２レーザ光照射装置、４０…プローブ、４２…サスペンション、４３…ジンバル、４４…スライダ、４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ…ローラ、５０…Ｚ方向駆動装置、５２…Ｚ方向フィードモータ、６４…非接触用フォーカスエラー信号生成回路、６８…接触用フォーカスエラー信号生成回路、７０…コントローラ、８０…エアー供給装置、３０１，３１１…レーザ光源、３０５，３１７…対物レンズ、３０８，３２０…フォトディテクタ、３０３，３０３ａ，３１３，３３０…偏光ビームスプリッタ
【図１】
2011196736.tif 000003
【図２】
2011196736.tif 000004
【図３】
2011196736.tif 000005
【図４】
2011196736.tif 000006
【図５】
2011196736.tif 000007
【図６】
2011196736.tif 000008
【図７】
2011196736.tif 000009
【図８Ａ】
2011196736.tif 000010
【図８Ｂ】
2011196736.tif 000011
【図８Ｃ】
2011196736.tif 000012
【図８Ｄ】
2011196736.tif 000013
【図９Ａ】
2011196736.tif 000014
【図９Ｂ】
2011196736.tif 000015
【図１０Ａ】
2011196736.tif 000016
【図１０Ｂ】
2011196736.tif 000017
【図１１】
2011196736.tif 000018
【図１２】
2011196736.tif 000019
【図１３Ａ】
2011196736.tif 000020
【図１３Ｂ】
2011196736.tif 000021
【図１３Ｃ】
2011196736.tif 000022
【図１４】
2011196736.tif 000023
【図１５】
2011196736.tif 000024
【図１６】
2011196736.tif 000025