(57)【要約】  距離検出装置は、異なった範囲および分解能を有する、少なくとも２つのセンサを用いる。開示された実施例は、少なくとも４つの動作モードを実行しようとしている。第一モードにおいては、センサが１つだけ用いられる。第二モードにおいては、距離の閾値に至るまでは範囲が長く分解能が低い方のセンサを用い、閾値に至った時点で、範囲が短く分解能が高い方のセンサを用いる。第三モードにおいては、範囲が長いセンサと短いセンサが同時に用いられる。第四モードにおいては、低分解能プロファイルを用いて、高分解能センサで対象物を再度走査し、高分解能プロファイル測定を提供する。実施例においては、ビーム再方向付け装置を含むことで開示の方法を行い易くしており、好ましくは、センサと対象物を互いに相対移動させることが出来るサーボ位置決め系を備えている。
2010539481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光イメージングシステムにおいて放射反射面からの戻り放射ビームを検出する、複数分解能，複数センサの検出装置であって、
照明器と、ビーム再方向付け構造と、少なくとも２つの検出系と、電子回路系を備え、
上記照明器は、少なくとも１つの初期照明ビームを光学系に向けて選択的に射出し、この光学系は、上記少なくとも１つの初期照明ビームを上記放射反射面上に収束させ、この少なくとも１つの収束する初期照明ビームを、上記放射反射面から反射させ、少なくとも１つの戻り放射ビームとして正面対物レンズに進ませてこの正面対物レンズを通過させ、
上記ビーム再方向付け構造が、各戻り放射ビームの少なくとも一部を再方向付けして、少なくとも１つの検出系に入らせるように構成され、
上記少なくとも２つの検出系が、各戻り放射ビームの少なくとも一部をそれぞれ検出するように構成され、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第一が、第一の範囲で働く低分解能検出系を含み、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第二が、上記第一の範囲の一部で働く高分解能検出系を含み、
上記電子回路系が、上記検出系の各々から測定信号を受け取り、少なくとも１つの距離信号を得ることを特徴とする検出装置。
【請求項２】
少なくとも上記第一および第二検出系が、それぞれ異なった距離検出装置を有し、複数の分解能を提供することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記ビーム再方向付け構造が各戻り放射ビームを少なくとも２つの放射ビームに分離し、これら放射ビームを少なくとも上記第一および第二検出系に向かわせ、それによって上記検出系による同時検出を可能にすることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記ビーム再方向付け構造が上記戻り放射ビームを、少なくとも上記第一および第二検出系のうち、１つの検出系に向かわせ、それによって、少なくとも上記第一および第二検出系のうち、１つの検出系によって、上記戻り放射ビームの実質的にすべてを一度に検出できるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記第一検出系が位置感知検出器であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記第一検出系がＣＣＤ検出器であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記第二検出系がデュアルフォト検出器であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
上記第一範囲が約０．０５ｍｍから約５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上記第一範囲が約０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
上記第二範囲が約４１．１，ｍから約１００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
上記第二範囲が約10μｍであることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
上記電子回路系が少なくとも２つの独立した電子回路サブシステムを備え、各電子回路サブシステムは、上記少なくとも２つの検出系の対応する１つからそれぞれ測定信号を受け取ることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
複数分解能，複数センサの検出装置を提供する工程と、第一動作モードを提供する工程とを備えた距離信号生成方法であって、
上記検出装置は、光イメージングシステムにおいて放射反射面からの戻り放射ビームの放射を検出するものであり、照明光源と、対物レンズと、ビーム再方向付け構造と、少なくとも２つの検出系と、電子回路系を有し、
上記照明光源は、少なくとも１つの初期照明ビームを光学系に向けて選択的に射出し、
上記対物レンズは、上記少なくとも１つの初期照明ビームを上記放射反射面に向けて収束させるように構成され、この少なくとも１つの収束した初期照明ビームを、上記放射反射面から反射させ、少なくとも１つの戻り放射ビームとして集光光学系に進ませてこの集光光学系を通過させ、
上記ビーム再方向付け構造は、各戻り放射ビームの少なくとも一部を再方向付けして少なくとも１つの検出系に入らせるように構成され、
上記少なくとも２つの検出系は、上記各戻り放射ビームの少なくとも一部をそれぞれ検出するように構成され、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第一検出系が、第一の範囲で働き、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第二検出系が、第二の範囲で働き、
上記電子回路系が、上記検出系から測定信号を受け取り、少なくとも１つの距離信号を得るようになっており、
上記第一動作モードでは、
上記ビーム再方向付け構造を用いて、各戻り反射放射ビームを少なくとも２つの放射ビームに分離し、
上記少なくとも２つの放射ビームを同時に少なくとも上記第一および第二検出系に向かわせ、それによって少なくとも上記第一および第二検出系による同時検出を可能にし、
上記電子回路系を用いて上記少なくとも２つのセンサ系のすべてからの上記測定出力信号を受け取り、距離信号を生成する
ことを特徴とする距離信号生成方法。
【請求項１４】
さらに第二動作モードを提供する工程を備えた請求項１３に記載の方法であって、この第二動作モードでは、
上記ビーム再方向付け構造を用いて、各戻り反射放射ビームの実質的にすべてを、少なくとも上記第一および第二検出系のうちの１つだけに向けて再方向付けし、
上記電子回路系を用いて、上記少なくとも２つの検出系のうち、上記戻り放射ビームが再方向付けされて向かう、１つの検出系の上記測定出力信号を受け取り、距離信号を生成する
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
さらに第三動作モードを含む請求項１４に記載の方法であって、この第三動作モードでは、
上記検出系のうちの少なくとも１つを移動させるように構成されたサーボ位置決め系を提供し、
センサのために、距離信号の閾値を定め、
各閾値に達するまでセンサを用い、
各閾値に達したら、次のセンサに切り換える
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
多軸マシンにおいて実行される請求項１５に記載の方法であって、上記第三動作モードでは、
上記サーボ位置決め系を用いて、上記多軸マシンを上記第一、第二検出系の１つからの値が所定値になるまでサーボ追跡し、
上記放射反射面を走査して、上記多軸マシンによって提供された位置情報と上記第一、第二検出系の１つからの出力を組み合わせて、対象物のプロファイルを得る
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
上記第一、第二検出系の１つが高分解能検出系であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記第一、第二検出系の１つが低分解能検出系であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
多軸マシンにおいて実行される請求項１５に記載の方法であって、さらに第四動作モードを備え、この第四動作モードでは、
サーボ位置決め系を用いて、上記多軸マシンを上記第一、第二検出系のうちの低分解能検出系の値が所定値になるまでサーボ追跡し、
上記低分解能検出系を用いて上記放射反射面を走査し、上記多軸マシンによって提供された位置情報と上記低分解能検出系からの出力を組み合わせて、対象物の低分解能プロファイルを得、
上記低分解能プロファイルをメモリに保存し、
上記第一、第二検出系のうちの高分解能検出系を用いて上記保存された低分解能プロファイルに従いながら上記放射反射面を走査し、上記多軸マシンによって提供された位置情報と上記高分解能検出系からの出力を組み合わせて、対象物の高分解能プロファイルを得る
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
光イメージングシステムにおいて放射反射面からの戻り放射ビームを検出する、複数分解能，複数センサ検出装置であって、
照明器と、ビーム再方向付け構造と、少なくとも２つの検出系と、電子回路系とを備え、
上記照明器は、少なくとも１つの初期照明ビームを光学系に向けて選択的に射出し、この光学系は、上記少なくとも１つの初期照明ビームを上記放射反射面上に収束させ、この少なくとも１つの収束する初期照明ビームを、上記放射反射面から反射させ、少なくとも１つの戻り放射ビームとして正面対物レンズに進ませてこの正面対物レンズを通過させ、
上記ビーム再方向付け構造が、各戻り放射ビームの少なくとも一部を再方向付けして、少なくとも１つの検出系に入らせるように構成され、
上記少なくとも２つの検出系が、上記各戻り放射ビームの少なくとも一部をそれぞれ検出するように構成され、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第一が、第一範囲で働く低分解能検出系を含み、この第一範囲が約０．０５ｍｍから約５ｍｍであり、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第二が、上記第一範囲の一部で働く高分解能検出系を含み、この第二範囲が約４μｍから約１００μｍであり、
少なくとも上記第一および第二検出系の各々が、それぞれ異なった距離検出器を有して、複数分解能を提供し、
上記電子回路系は、上記検出系のそれぞれから測定信号を受け取り、少なくとも１つの距離信号を得る
ことを特徴とする検出装置。
【請求項２１】
上記ビーム再方向付け構造が各戻り放射ビームを少なくとも２つの放射ビームに分離し、これら放射ビームを少なくとも上記第一および第二検出系に向かわせ、それによって上記検出系による同時検出を可能にすることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
上記ビーム再方向付け構造が、上記戻り放射ビームを少なくとも上記第一および第二検出系のうちの、１つの検出系に向かわせ、それによって、少なくとも上記第一および第二検出系のうちの、１つの検出系によって、上記戻り放射ビームの実質的にすべてを一度に検出できるようにすることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
上記電子回路系が少なくとも２つの独立した電子回路サブシステムを備え、この電子回路サブシステムの各々が、上記少なくとも２つの検出系の対応する１つからそれぞれ測定信号を受け取ることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
レーザまたは光学に基づいた非接触式の距離センサシステム（レンジセンサシステム）が幾何計測（dimensional metrology）に用いられる。その一例が米国特許第６，２８８，７８６号に開示されており、その開示内容は、この参照により本願に組み込まれる。これらのセンサは一般的に、限られた動作範囲（range of operation）と、その範囲内における分解能を有している。このようなシステムの範囲は通常、センサが有用な距離測定を提供する直線距離として定義される。センサの軸方向の分解能は通常、センサの範囲内においてセンサが分解し得る最小距離として定義される。これらセンサの多くが垂直軸、通常Ｚ軸に沿った距離の測定に用いられるが、設定により、選択した任意の軸に沿った計測を行うことが出来る。
【０００２】
距離センサシステムにはいくつかのタイプがあり、センサタイプごとに範囲・分解能比が存在する。この比は、設計により、数百から数千という高さに及ぶ。さらに高い比を主張する企業もあるが、高品質の非常に滑らかな鏡面を測定しつつ、幾度も平均化を重ねることによってしか、達成されていない。距離センサを用いた装置の一例として、座標測定器（ＣＭＭ）がある。その一例が米国特許第６，５１８，９９６号に開示されており、その開示内容は、この参照により本願に組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
世界中でいくつかの会社が非接触式の距離センサを製造している。その一例として、本願の譲受人である、ニューヨーク州ロチェスターのクオリティー・ヴィジョン・インターナショナル社が製造したDRS-500（デジタル距離センサ500）がある。この他の例としては、イスラエル国エルサレムのオプティカルメトロロジー社（別名オプティメット）が製造したコノスコピックホログラフィー方式の非接触1点測定センサConoprobe1000、フランス国エクス＝アン＝プロヴァンスのＳＴＩＬ ＳＡ社が製造したクロマティック共焦点センサCHR-150、および日本国大阪のキーエンス社が製造したLT-9000レーザ共焦点変位計がある。先行技術の各センサは、定められた距離範囲で動作するように構成されている。センサ範囲は数十ミクロンから数ミリメートルまで可能であり、各範囲はそれに伴う分解能を有している。このような先行技術におけるシステムにおいては、低分解能で長い範囲の測定性能または高分解能で短い範囲の測定性能の提供が可能である。しかし、長い範囲での測定性能に高分解能測定を組み合わせると非常に有用である場合がある。この両者を同時に満たすものは、現在商業的に提供されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
使用範囲を増大させ、かつ高分解能測定を提供するために、本願で開示する実施例のシステムは、順次または同時に使用可能な少なくとも２つの異なるセンサ系を有しており、そのうちの少なくとも２つが異なる分解能および範囲で動作する。好ましい実施例においては、非常に高い分解能を有するが短い範囲のセンサに、分解能は低いが長い範囲のセンサを組み合わせる。そこで、実施例は、第一範囲（たとえば約０．５ｍｍであるが、これに限定されない）で動作可能な低分解能の距離センサ系と、第二範囲（たとえば約１０μｍであるが、これに限定されない）で動作可能な非常に高い分解能の距離センサ系とを提供する。低分解能系には、三角測量光学系において、実施例の位置感応型検出器（ＰＳＤ）または実施例のリニアＣＣＤアレイ検出器を用いることが出来る。これらのセンサは長い範囲での検出および測定を可能にする。高分解能系には、別の三角測量光学系において、二重フォトダイオード検出器（ＤＰＤ）を用いることが出来る。本願の実施例においてはＰＳＤ、ＣＣＤアレイ、ＤＰＤが好ましいが、長い範囲および短い範囲のセンサ装置として他のタイプのセンサを用いることも出来る。
【０００５】
実施例における二つの分解能の光学系は、少なくとも２つの方法で構成可能である。第一構成においては、ビームスプリッタが戻りビームを分離し、この戻りビーム成分を長い範囲のセンサ検出器と短い範囲のセンサ検出器に同時に送る。第二構成においては、この光学系は長い範囲のセンサ検出器と短い範囲のセンサ検出器を交代させることができ、そのため、各センサ検出器に、より多くの光を到達させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】光電子計測システムにおける二つの分解能の検出装置の概略図である。この検出装置では、分解能の異なる２つのセンサ系が、実施例に従って、同時に戻りビームの一部を受け取る。
【図２】光電子計測システムにおける二つの分解能の検出装置の概略図である。この検出装置では、分解能の異なる２つのセンサ系の一方が、一度に戻りビームを受け取るようになっており、２つのセンサ系のうち第１の系が、実施例に従って戻りビームを受け取っている状態を示す。
【図３】光電子計測システムにおける二つの分解能の検出装置の概略図である。この検出装置では、図２と同様に、分解能の異なる２つのセンサ系の一方が、一度に戻りビームを受け取るようになっており、２つのセンサ系のうち第２の系が、実施例に従って戻りビームを受け取っている状態を示す。
【図４】実施例による二つの分解能の距離検出装置を用いた光電子計測システムにおける電子検出装置の概略図であり、電子装置がセンサ装置から信号を受け取っている。
【図５】実施例による方法のフロー図である。
【図６】実施例による方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ここで用いる「反射」という言葉は、拡散および散乱した反射をともに含む。また、放射が向けられる表面について述べる場合、この表面は平面でも、非平面でも、三次元物体の表面であってもよく、少なくとも部分的に放射透過性を有する物質に埋め込まれた表面であってもよい。
【０００８】
図１を参照しながら説明する。光電子計測検出装置１００は照明光源１１０を含む。この照明光源１１０は、特定のタイプの距離センサにふさわしい周波数および干渉性または非干渉性を有する初期照明ビームを提供する。好ましくは、この照明ビームは、電磁スペクトルの可視領域にある少なくとも１つの周波数の光または電磁放射である。
【０００９】
照明光源１１０からの初期照明ビームが光学系に入り、上記初期照明ビームの一部分１３１が光学ビームスプリッタ１３０によって方向変換される。この光学ビームスプリッタ１３０は上記照明の一部分１３１を対物レンズ１５０に送り、この対物レンズ１５０はこの照明の一部分を検査されるべき表面または対象１６０に収束させる。この検査されるべき表面または対象とは、三次元物体の表面、または少なくとも部分的に照明を透過させる物質に埋め込まれた表面等である。収束した照明放射が対象表面１６０に当たり、反射して、反射放射１６１として光学系に戻り、対物レンズ１５０等の集光光学系および光学ビームスプリッタ１３０を通過する。上述のとおり、反射光は、拡散反射成分および鏡反射成分を含んでいてよい。
【００１０】
ビームスプリッタ１３０が反射放射の一部分１６１を透過させ、戻りビーム１６２を形成する。第一の構成においては、戻りビーム１６２は前進を続け、第二ビームスプリッタ１６５に至る。この第二ビームスプリッタはこの戻りビーム１６２を２つのビーム１６６、１６７に分割し、この２つのビームはそれぞれの検出系１７０、１８０に向かって進む。好ましくは、検出系の一方または両方がサーボ位置決め系１９０に接続され、このサーボ位置決め系は、上記センサ系の一方または両方、または上記センサ系の一つまたは複数の要素、たとえばセンサまたは計測ヘッド等を、マシンのコントローラからの指令に従って動かすことが出来る。また、このサーボ位置決め系１９０は、図４を参照して以下に述べるように、光電子モジュール全体を動かすように構成してもよい。
【００１１】
ビームスプリッタ１６５は第一ビーム１６６を第一検出系１７０、本例においては分解能が低く範囲が長い方のセンサ系に送る。この低分解能センサ系の範囲は、ｍｍレベルであることが好ましい。低分解能センサ系および高分解能センサ系の実際の範囲および分解能は、対物レンズの開口数に依存することに留意されたい。たとえば、０．２Ｎ．Ａ．の対物レンズを用いて動作する二つの分解能の装置においては、低分解能検出系および高分解能検出系で、それぞれ０．５ｍｍおよび１０μｍの範囲を提供する。同じ検出系を０．４５Ｎ．Ａ．の対物レンズと共に用いた場合は、その対応する測定範囲はそれぞれ約０．０８ｍｍおよび４μｍとなる。これらのＮ．Ａ．値および範囲は例として示したものに過ぎず、いかなる意味においても形状その他を限定するものではない。たとえば、長い方の範囲が約０．０５ｍｍという短さであってもよく、約５ｍｍという長さであってもよく、約０．０５ｍｍから約５ｍｍの間のどの長さであってもよい。特定の好ましい範囲は約０．５ｍｍであるが、上述のとおり、他の範囲を用いてもよい。長い範囲のセンサ系は、たとえば、三角測量センサの原理を用いて、ＰＳＤ光検出器やリニアアレイＣＣＤ光検出器を用いることが出来るが、他の適切なタイプのセンサを用いてもよい。三角測量センサの原理の教示例として、米国特許第４，５９５，８２９号および第６，２８８，７８６号があるが、これらはこの参照により本願に組み込まれる。
【００１２】
同様に、第二ビーム１６７が第二検出系１８０に送られる。本例においては、分解能が高く範囲が短い方のセンサ系である。高分解能センサ系の範囲は、μｍレベルであることが好ましい。たとえば、範囲は約４μｍという短さであってもよく、約１００μｍという長さであってもよく、約４μｍから約１００μｍの間のどの長さであってもよい。特定の好ましい範囲は約１０μｍであるが、上述のとおり、他の範囲を用いてもよい。短範囲のセンサ系も三角測量センサの原理を用いて、デュアルフォトダイオード（ＤＰＤ）や分割フォトダイオードを用いることが出来るが、他の適切なタイプのセンサを用いてもよい。上記２つの検出系は互いに直角を成すように描かれているが、他の分離角度を用いてもよい。いずれの光学経路にも追加の光学要素を組み込むことが出来、レンズ１５０の代わりに、照明放射用と集光された放射用の２つの別体をなすレンズを用いてもよいことに留意されたい。集光された放射用に別体のレンズを用いる場合、そのレンズのみが集光光学系の一部であるとみなされる。
【００１３】
第二の構成においては、図２および図３に示すように、ビームスプリッタ１６５の代わりに、適切な方向変換器（deflector）または光スイッチ２６５が用いられている。この方向変換器または光スイッチ２６５は、すべての光を、ビーム２６６に方向転換または切り替えて第一検出系１７０へと送るか、図３に示すようにビーム２６７に方向転換または切り替えて第二検出系１８０へと送る。この方法によれば、一度により多くの光が１つの検出系に提供される。かくして戻り光１６２は、単独使用のために低分解能検出系１７０に向けられ、あるいはその代わりに、単独使用のために短範囲高分解能検出系１８０に向けられる。
【００１４】
図１−図３に示すような実施例の光電子計測システムの概略図４００を、図４に示す。この光電子計測システムは、光電子モジュール４０４によって生成される信号４０２、４０３に接続されたＣＰＵコントローラ４０１を含む。この光電子モジュール４０４は、それ自身、図１−３に略図として示す照明光源、レンズ、方向変換器および検出器を備えている。そのため、この光電子モジュール４０４は、照明４０５を測定されるべき表面４０６に射出し、この表面は照明４０７を反射して、この光電子モジュール４０４に向けて返す。反射された照明４０７は光電子モジュール４０４によって受け取られ、内部の１つまたは複数の検出系に送られる。光電子モジュール４０４は低分解能信号４０２と高分解能信号４０３をＣＰＵコントローラ４０１に送出する。ＣＰＵコントローラ４０１は信号４０２及び／又は４０３を用いて表面を測定し、オプションで、光電子モジュール４０４と測定されるべき表面４０６との間の相対的多軸移動のためのフィードバックコントロールを提供する。ＣＰＵコントローラはまた、光電子モジュール４０４のサーボ位置決め系１９０またはその１つまたは複数の要素を制御することが望ましい。
【００１５】
図４に示すような計測系４０４およびコントローラ４０１が低分解能長範囲センサおよび高分解能短範囲センサを使用する方法は、いくつかある。たとえば、このシステムには少なくとも４つの動作モードが使用可能である。第一動作モードでは、システムコントローラ４０１は、信号４０２、４０３の一方のみを用いる。
【００１６】
第二動作モードでは、システムコントローラ４０１は、測定されるべき表面４０６を捜し出しアプローチしている間は、長範囲低分解能信号４０２からのデータを用いて測定ヘッドまたは測定されるべき表面を動かし、より分解能の高い測定を行うために、高分解能センサの範囲内にまで移動させる。
【００１７】
第三動作モードでは、システムコントローラ４０１は、前記第二動作モードの機能を果たすが、高分解能センサ系の動作範囲内にある時に、センサ測定軸、たとえばＸ−Ｙ−Ｚ軸座標測定器のＺ軸等を、高分解能センサ系からの値がゼロまたは固定値になるまでサーボ追跡（servo track）する。公知のとおり、サーボ追跡はセンサと物体を相対的に移動させる。そして、システムは、平行移動および回転移動またはそれらの任意の組み合わせにより、経路沿いに対象物４０６を走査し、対象物の高分解能Ｚプロファイルを得る。このモードは、高分解能センサの範囲が非常に短いとき、たとえば１０μｍのとき、特に魅力的である。別の方法では、サーボ位置決め系は、軸たとえばＸ−Ｙ−Ｚ軸座標ＣＭＭマシンのＺ軸等を、低分解能センサ系からの値がゼロまたは固定値になるまでサーボ追跡する。そして、システムは、平行移動および回転移動またはそれらの任意の組み合わせにより、経路沿いに対象物４０６を走査し、対象物の低分解能Ｚプロファイルを得る。
【００１８】
第四動作モードでは、システムコントローラ４０１は、低分解能信号４０２を用いて第三動作モードで記した走査を実行し、この低分解能のプロファイル、たとえばＺ軸プロファイルをメモリに保存し、この保存したＺ軸プロファイルデータに従ってこの対象物を再度走査し、高分解能信号４０３を介して高分解能センサ出力を集め、高分解能プロファイル測定を提供する。
【００１９】
図５に示すように、実施例による動作方法は以下の工程を備えている。すなわち、照明光源を用いて照明ビームを提供し（ブロック５１０）、初期照明ビームをビームスプリッタに向け、照明ビームの少なくとも一部を、多軸マシンの対物レンズへと方向変換する（ブロック５１１）。対物レンズが光を対象物に向けて収束させ、反射した光を集めて戻りビームとする（ブロック５１２）。ここで、少なくとも２つの道に進むことが可能である。第一の道では、戻り放射ビームを複数の成分に分離し（ブロック５１３）、各成分をそれぞれの検出系に方向付ける（ブロック５１４）。第二の道では、放射方向変換手段（deflection arrangement）を提供し（ブロック５１７）、戻り反射ビームを検出系の１つに方向付ける（ブロック５１８）。放射ビームを１つの検出系に方向付ける進路と、成分に分離してその成分をそれぞれの検出系に方向付ける進路のいずれをたどった場合でも、次の進路では、検出系の出力信号を受信し（ブロック５１５）、この受信した出力信号に基づいて、距離信号を生成する（ブロック５１６）。
【００２０】
また、図６に概略を示すように、二つの分解能の測定方法は以下の工程を備えていてよい。すなわち、光計測装置に、低分解能センサ系と高分解能センサ系を含む光電子モジュールを提供し（ブロック６１０）、光計測装置の一部として、光電子モジュールおよびこの計測装置のサーボ位置決め系に接続されたＣＰＵコントローラを提供し（ブロック６１１）、走査対象物をこの装置のステージに載置する（ブロック６１２）。ここで、この方法は異なる動作モードを表す道に分かれる。第一動作モードでは、少なくとも第一センサ系および第二センサ系のうちの１つを用いて距離信号を生成させる工程を含む。
【００２１】
特に、この方法の第二モードにおいては、サーボ位置決め系を制御してステージおよび光電子モジュールを互いに接近させながら、低分解能センサ系を用いて対象物が高分解能センサ系の動作範囲内に入るまで対象物を探し（ブロック６１３）、高分解能センサ系に切り換え（ブロック６１４）、高分解能センサ系を用いて対象物の高分解能測定を行い、対象物の高分解能測定値を得る（ブロック６１５）。
あるいは、第三動作モードでは、高分解能センサ系に切り換えた後、サーボ位置決め系を用いて対象物と光電子モジュールを互いに対して相対移動させ、対象物を高分解能センサ系で走査して高分解能プロファイルを得る工程（ブロック６１６）を含んでもよい。
第四動作モードでは以下の工程を含んでいる。すなわち、対象物をステージに載置した後、サーボ位置決め系を用いて対象物と光電子モジュールを互いに対して相対移動させ、対象物を低分解能センサ系で走査して、低分解能プロファイルを得（ブロック６１７）、低分解能プロファイルをメモリに保存し（ブロック６１８）、保存された低分解能プロファイルに従って、サーボ位置決め系を用いて対象物と光電子モジュールを互いに対して相対移動させ、対象物を高分解能センサ系で走査して、高分解能測定値を得る（ブロック６１９）。
【００２２】
上述した特徴および機能と、その他の特徴および機能、またはそれらの代替要素が、他の多くの異なるシステムまたは用途に適宜組み込まれることは理解されよう。現在は予見、予測出来ない代案、変更、変形または改善が、後に当業者によって行われる場合があろうが、次の請求の範囲はそれらも含むことを意図していることも分かるであろう。
【図１】
2010539481.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光イメージングシステムにおいて放射反射面からの戻り放射ビームを検出する、複数分解能，複数センサの検出装置であって、
照明器と、ビーム再方向付け構造と、少なくとも２つの検出系と、電子回路系を備え、
上記照明器は、少なくとも１つの初期照明ビームを光学系に向けて選択的に射出し、この光学系は、上記少なくとも１つの初期照明ビームを上記放射反射面上に収束させ、この少なくとも１つの収束する初期照明ビームを、上記放射反射面から反射させ、少なくとも１つの戻り放射ビームとして正面対物レンズに進ませてこの正面対物レンズを通過させ、
上記ビーム再方向付け構造が、各戻り放射ビームの少なくとも一部を再方向付けして、少なくとも１つの検出系に入らせるように構成され、
上記少なくとも２つの検出系が、各戻り放射ビームの少なくとも一部をそれぞれ検出するように構成され、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第一が、第一の範囲で働く低分解能検出系を含み、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第二が、上記第一の範囲の一部で働く高分解能検出系を含み、
上記電子回路系が、上記検出系の各々から測定信号を受け取り、少なくとも１つの距離信号を得、
上記第一および第二検出系が、それぞれ異なった距離検出装置を有し、複数の分解能を提供することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
上記ビーム再方向付け構造が各戻り放射ビームを少なくとも２つの放射ビームに分離し、これら放射ビームを少なくとも上記第一および第二検出系に向かわせ、それによって上記検出系による同時検出を可能にすることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記ビーム再方向付け構造が上記戻り放射ビームを、少なくとも上記第一および第二検出系のうち、１つの検出系に向かわせ、それによって、少なくとも上記第一および第二検出系のうち、１つの検出系によって、上記戻り放射ビームの実質的にすべてを一度に検出できるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
上記第一検出系が位置感知検出器またはＣＣＤ検出器のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
上記第二検出系がデュアルフォト検出器であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記第一範囲が約０．０５ｍｍから約５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記第一範囲が約０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
上記第二範囲が約４μｍから約１００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上記第二範囲が約10μｍであることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
上記電子回路系が少なくとも２つの独立した電子回路サブシステムを備え、各電子回路サブシステムは、上記少なくとも２つの検出系の対応する１つからそれぞれ測定信号を受け取ることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
複数分解能，複数センサの検出装置を提供する工程と、第一動作モードを提供する工程とを備えた距離信号生成方法であって、
上記検出装置は、光イメージングシステムにおいて放射反射面からの戻り放射ビームの放射を検出するものであり、照明光源と、対物レンズと、ビーム再方向付け構造と、少なくとも２つの検出系と、電子回路系を有し、
上記照明光源は、少なくとも１つの初期照明ビームを光学系に向けて選択的に射出し、
上記対物レンズは、上記少なくとも１つの初期照明ビームを上記放射反射面に向けて収束させるように構成され、この少なくとも１つの収束した初期照明ビームを、上記放射反射面から反射させ、少なくとも１つの戻り放射ビームとして集光光学系に進ませてこの集光光学系を通過させ、
上記ビーム再方向付け構造は、各戻り放射ビームの少なくとも一部を再方向付けして少なくとも１つの検出系に入らせるように構成され、
上記少なくとも２つの検出系は、上記各戻り放射ビームの少なくとも一部をそれぞれ検出するように構成され、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第一検出系が、第一の範囲で働き、
上記少なくとも２つの検出系のうちの第二検出系が、第二の範囲で働き、
上記電子回路系が、上記検出系から測定信号を受け取り、少なくとも１つの距離信号を得るようになっており、
上記第一および第二検出系が、それぞれ異なった距離検出装置を有して、複数の分解能を提供し、
上記第一動作モードでは、
上記ビーム再方向付け構造を用いて、各戻り反射放射ビームを少なくとも２つの放射ビームに分離し、
上記少なくとも２つの放射ビームを同時に少なくとも上記第一および第二検出系に向かわせ、それによって少なくとも上記第一および第二検出系による同時検出を可能にし、
上記電子回路系を用いて上記少なくとも２つのセンサ系のすべてからの上記測定出力信号を受け取り、距離信号を生成する
ことを特徴とする距離信号生成方法。
【請求項１２】
さらに第二動作モードを提供する工程を備えた請求項１１に記載の方法であって、この第二動作モードでは、
上記ビーム再方向付け構造を用いて、各戻り反射放射ビームの実質的にすべてを、少なくとも上記第一および第二検出系のうちの１つだけに向けて再方向付けし、
上記電子回路系を用いて、上記少なくとも２つの検出系のうち、上記戻り放射ビームが再方向付けされて向かう、１つの検出系の上記測定出力信号を受け取り、距離信号を生成する
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
さらに第三動作モードを含む請求項１２に記載の方法であって、この第三動作モードでは、
上記検出系のうちの少なくとも１つを移動させるように構成されたサーボ位置決め系を提供し、
センサのために、距離信号の閾値を定め、
各閾値に達するまでセンサを用い、
各閾値に達したら、次のセンサに切り換える
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
多軸マシンにおいて実行される請求項１３に記載の方法であって、上記第三動作モードでは、
上記サーボ位置決め系を用いて、上記多軸マシンを上記第一、第二検出系の１つからの値が所定値になるまでサーボ追跡し、
上記放射反射面を走査して、上記多軸マシンによって提供された位置情報と上記第一、第二検出系の１つからの出力を組み合わせて、対象物のプロファイルを得、
上記第一、第二検出系の１つが高分解能検出系であり、
上記第一、第二検出系の１つが低分解能検出系である
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
多軸マシンにおいて実行される請求項１３に記載の方法であって、さらに第四動作モードを備え、この第四動作モードでは、
サーボ位置決め系を用いて、上記多軸マシンを上記第一、第二検出系のうちの低分解能検出系の値が所定値になるまでサーボ追跡し、
上記低分解能検出系を用いて上記放射反射面を走査し、上記多軸マシンによって提供された位置情報と上記低分解能検出系からの出力を組み合わせて、対象物の低分解能プロファイルを得、
上記低分解能プロファイルをメモリに保存し、
上記第一、第二検出系のうちの高分解能検出系を用いて上記保存された低分解能プロファイルに従いながら上記放射反射面を走査し、上記多軸マシンによって提供された位置情報と上記高分解能検出系からの出力を組み合わせて、対象物の高分解能プロファイルを得る
ことを特徴とする方法。 
【国際調査報告】
2010539481.tif 000009
2010539481.tif 000010