(57)【要約】【課題】  レーザー変位計を用い、予めの測定情報の設定を行うことなく、簡便且つ精度高く測定物の表面状態を検査できるようにすることにある。【解決手段】  測定物１の表面状態を検査するレーザー変位計による計測方法であって、レーザー変位計３をリニアエンコーダー５を実装したＺ方向への移動ステージ４に装着し、測長範囲ｄのｄ／２の位置レベルの電圧出力が常に０Ｖとなるようにリニアエンコーダー５を介して移動ステージ４をＺ方向に移動させることにより、測定物１の表面とレーザー変位計３との距離Ｄを一定に維持することを特徴とするレーザー変位計による計測方法とその制御回路である。【選択図】        図３
2011209034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定物（１）の表面状態を検査するレーザー変位計による計測方法であって、前記レーザー変位計（３）をリニアエンコーダー（５）を実装したＺ方向への移動ステージ（４）に装着し、測長範囲ｄのｄ／２の位置レベルの電圧出力が常に０Ｖとなるようにリニアエンコーダー（５）を介して前記移動ステージ（４）をＺ方向に移動させることにより、測定物（１）の表面とレーザー変位計（３）との距離Ｄを一定に維持することを特徴とするレーザー変位計による計測方法。
【請求項２】
請求項１にあって、±１０Ｖのレーザー変位計（３）の電圧出力が入力される入力部（６）と、該入力部（６）からの信号をプラス側とマイナス側の２極信号に生成する比較部（７）と、前記入力部（６）からの信号を０Ｖ近傍信号に生成するＡＤ変換部（８）と、前記比較部（７）の比較信号と前記ＡＤ変換部（８）の近傍信号との２信号を用いてリニアエンコーダ（５）を介し、ステージ（４）のＺ方向移動を制御する制御部（９）と、から構成されることを特徴とするレーザー変位計による計測方法の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、或る種の試料の表面状態を検査するレーザー変位計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、曲率の高いレンズ等表面に形成される0.1mmでの高さ凹凸を測定するには、従来は干渉計の如きが用いられてきたが、極めて高価であることからレーザー変位計が採用されるようになってきている。レーザー変位計は、測長分解能が高いこと、非接触で行えること、といった利点により、多くの工業製品の表面状態の検査に使用されているのである。
【０００３】
周知のように、レーザー変位計は、半導体レーザーからのレーザービームを測定物に走査し、反射ビームの強弱を受光素子で電圧数値として測定することにより測長するものであり、測長範囲はレーザー変位計個々に依存し、測長分解能を高く求めようとすると側長範囲が狭くなり、側長範囲を広くとろうとすると側長分解能が低くなる。
【０００４】
即ち或る装置Ａでは、側長範囲は±0.3ｍｍであるが測長分解能は0.01μｍまで求められるのに対し、或る装置Ｂでは、側長範囲は±5.3ｍｍであるものの測長分解能は0.05μｍとなるが如きであり、更には測定物の厚さが側長範囲を超えてしまうと測定できない。
【０００５】
図１は、測定物１表面の凸部２を極端に表現したものであり、レーザー変位計３から測定物１までの間隔Ｄが固定されていて、図１（ａ）の状態では測定物１のレベルａ位置でレーザービームは反射する。ここでのレーザー変位計３の測長範囲ｄはレベルａからレベルｂまでであり、レベルａの形態を測定することができる。
【０００６】
しかしながら図１（ａ）の状態から測定物１が乗載するＸＹステージ（図示省略）を動作させて例えばＸ方向に走査し、図１（ｂ）の状態になると、凸部２に於けるレベルｂを超える高さ（厚さ）の範囲については測長範囲ｄ外なので測定不能である。
【０００７】
そこで従来は、レーザー変位計３をＺ方向に移動可能な移動ステージ４に装着し、測長範囲を補う手段が採られていた。即ち図２（ａ）にあって、レーザー変位計３から測定物１までの間隔Ｄが固定されているので測定物１のレベルａ位置を測定することができる。そして測定物１をＸ方向に走査して、図２（ｂ）の状態になって凸部２に対向したならば、先ず、上位位置のレベルａ´を仮設定すると共にレベルａの位置を測定し、レベルａからレベルａ´までの間隔だけ移動ステージ４を上昇させ、ここでのレーザー変位計３の測長範囲ｄをレベルａ´からレベルｂ´に設定して測定するのである。
【０００８】
しかしながらこの手段では、予め測定物１表面の凸部２の形状を調べなければならないことになるので、測定情報の設定や測定の点で極めて効率の悪いものになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３１８７０３号公報
【特許文献２】特開２００６−１３８６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の発明「寸法測定装置」に於ける図２の説明では、レーザー変位計を用いて非接触による測定手段が開示されているが、上記した図１で明らかにした問題が解決されていない。
【００１１】
また、特許文献２の発明「表面形状測定方法及び測定システム」は、凹凸の発生する以前と以後の被測定物の表面形状を夫々測定して比較する構成で、上記した図２で明らかにした不都合と同様の欠点がある。
【００１２】
よって本発明は、上述した従来技術の欠点、不都合、不満を解消するべく発明されたものであって、レーザー変位計を用い、予めの測定情報の設定を行うことなく、簡便且つ精度高く測定物の表面状態を検査できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、測定物の表面状態を検査するレーザー変位計による計測方法であって、レーザー変位計をリニアエンコーダーを実装したＺ方向への移動ステージに装着し、測長範囲ｄのｄ／２の位置レベルの電圧出力が常に０Ｖとなるようにリニアエンコーダーを介して前記した移動ステージをＺ方向に移動させることにより、測定物の表面とレーザー変位計との距離を一定に維持することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のレーザー変位計による計測方法の制御回路は、±１０Ｖのレーザー変位計の電圧出力が入力される入力部と、この入力部からの信号をプラス側とマイナス側の２極信号に生成する比較部と、前記した入力部からの信号を０Ｖ近傍信号に生成するＡＤ変換部と、前記した比較部の比較信号と前記したＡＤ変換部の近傍信号との２信号を用いてリニアエンコーダを介し、ステージのＺ方向移動を制御する制御部と、から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
レーザー変位計は検出距離によって−１０Ｖから＋１０Ｖの電圧を出力するが、この範囲は測長範囲ｄに相当し、ｄ／２の位置レベルの電圧出力が０Ｖである。従って移動ステージのＺ方向移動を電圧出力が常に０Ｖとなるようにリニアエンコーダーの値を変位情報として介して制御すれば、測定物の表面とレーザー変位計との距離が常に一定に固定維持できるので、個々のレーザー変位計の測長範囲の値に左右されることなく、測長が可能となるのである。
【００１６】
レーザー変位計の位置電圧情報の直線性は、０Ｖ近傍では高くて極めて正確であるが、−１０Ｖや＋１０Ｖ近傍では低くて不正確である。この点本発明では、本来直線性の高い例えば0.1μｍのリニアエンコーダーを位置電圧情報源とし、レーザー変位計の直線性の高い０Ｖ近傍で使用しているので、極めて正確である。
【００１７】
そして側長分解能の低いレーザー変位計、例えば側長分解能１μｍの製品を使用したとしても、０Ｖを通過する点は１点だけであるから、本発明では0.1μｍの分解能で測定できることになる等、多くの優れた作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のレーザー変位計による計測方法の一例を示す説明図である。
【図２】同じく従来のレーザー変位計による計測方法の一例を示す説明図である。
【図３】本発明にかかるレーザー変位計による計測方法の一例を示す説明図である。
【図４】測定範囲内での電圧の変化を示すグラフである。
【図５】本発明にかかるレーザー変位計による計測方法の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
レーザー変位計３はリニアエンコーダー５を実装したＺ方向への移動ステージ４に装着され、測定物１はＸＹステージ（図示省略）に乗載されており、レーザー変位計３から測定物１までの固定された間隔Ｄは、図３（ａ）では測定物１の表面であるレベルａ位置でレーザービームが反射するように設定される。この場合レーザー変位計３の測長範囲ｄはレベルａからレベルｂまでであり、測長範囲ｄのｄ／２の位置レベルの電圧出力が０Ｖである。
【００２０】
この状態でＸＹステージを動作させてＸ方向に走査し、測定物１表面の凸部２にレーザービームが照射されると（図３（ｂ））、リニアエンコーダー５を介して測長範囲ｄのｄ／２の位置レベルの電圧出力が０Ｖとなるように移動ステージ４のモータコントローラを制御し、移動ステージ４をＺ方向に上昇させて、測定物１の表面とレーザー変位計３との距離Ｄを一定に維持する。
【００２１】
図５は、本発明を達成するにあたっての回路図であり、入力部６に±１０Ｖのレーザー変位計３の電圧出力が入力されると、比較部７でプラス側とマイナス側の２極信号が生成され、ＡＤ変換部８では０Ｖ近傍信号が生成される。そして、制御部９では、この比較信号と近傍信号の２信号を用いてリニアエンコーダ５を介し、ステージ４のＺ方向移動を制御するのである。
【実施例１】
【００２２】
図４にあって、測定範囲内での電圧の変化を示したが、−１０Ｖや＋１０Ｖ近傍では直線性が不安定であるもの、０Ｖ近傍では直線であってレーザー変位計３の位置電圧情報は高く、その場合でも、±２Ｖまでの近傍が望ましい。但し、前述したように０Ｖを通過する１点だけでの計測である限り、誤差は生じない。
【符号の説明】
【００２３】
１  測定物
２  凸部
３  レーザー変位計
４  Ｚ方向移動ステージ
５  リニアエンコーダー
６  入力部
７  比較部
８  ＡＤ変換部
９  制御部
【図１】
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【図２】
2011209034.tif 000004
【図３】
2011209034.tif 000005
【図４】
2011209034.tif 000006
【図５】
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