フォーカシング制御装置および非接触測定装置
【課題】測定面からの反射光の光量に影響されることなく、安定したオートフォーカスができるフォーカシング制御装置を提供する。
【解決手段】フォーカスエラー信号Ｓは、ピンホール方式で生成される。信号生成部９からの出力がフォーカスエラー信号Ｓか否かの判断では、初めにデフォルトのしきい値として第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２が用いられる。この判断でフォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合は、第１しきい値Ｎ１を第３しきい値Ｎ３に、第２しきい値Ｎ２を第４しきい値Ｎ４に補正して再度フォーカスエラー信号Ｓの判断をする前に、信号生成部９からの出力の波形を評価する。
【解決手段】フォーカスエラー信号Ｓは、ピンホール方式で生成される。信号生成部９からの出力がフォーカスエラー信号Ｓか否かの判断では、初めにデフォルトのしきい値として第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２が用いられる。この判断でフォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合は、第１しきい値Ｎ１を第３しきい値Ｎ３に、第２しきい値Ｎ２を第４しきい値Ｎ４に補正して再度フォーカスエラー信号Ｓの判断をする前に、信号生成部９からの出力の波形を評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカシング制御装置およびそれを用いた非接触測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フォーカシング制御装置が組み込まれた非接触の光学式変位計が知られている。フォーカシング制御装置は、レーザ光をワークの測定面に照射し、そこで反射された光を用いてフォーカスエラー信号を生成し、このフォーカスエラー信号を基にして対物レンズの焦点位置を測定面に合わせるものである。
【０００３】
フォーカスエラー信号は、いわゆるＳ字曲線信号とも呼ばれ、合焦位置でゼロクロスする。この位置はゼロクロスポイントと呼ばれている。フォーカスエラー信号か否かの判断は、あらかじめ設定されたしきい値と比較してなされる。ワークの測定面が粗い場合や測定面の反射率が低い場合などが原因で測定面からの反射光の光量が少なくなると、しきい値を補正してフォーカスエラー信号か否かの判断をする技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６２３７５号公報（段落００２２〜００２３，図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ワークの表面性状や物性の違いや、測定面からの反射光の光量などに影響されることなく、安定したオートフォーカスができるフォーカシング制御装置およびそれを用いた非接触測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるフォーカシング制御装置は、測定面に照射する光ビームを発生する光ビーム発生手段と、前記測定面に光ビームが照射されることにより前記測定面で反射された反射光が入射する対物レンズと、前記対物レンズを通った反射光を二つの分割光に分割すると共に、前記対物レンズの移動に伴って前記分割光の光量を増減させる光学系と、前記分割光を光電変換しこれを基にして生成されたフォーカスエラー信号が出力される信号生成手段と、前記信号生成手段からの出力の最小値および最大値が記憶される記憶手段と、フォーカスエラー信号の判断において、（１）前記信号生成手段からの出力の最小値が第１しきい値より小さくかつ第２しきい値より大きい条件を満たす場合、または（２）前記信号生成手段からの出力の最小値が前記第１しきい値を補正した第３しきい値より小さくかつ最大値が前記第２しきい値を補正した第４しきい値より大きい条件を満たす場合、これらの出力をフォーカスエラー信号と判断するサーチ手段と、前記サーチ手段によってフォーカスエラー信号と判断されない場合に、前記記憶手段に記憶されている出力の最小値より大きい前記第３しきい値およびこの出力の最大値より小さい前記第４しきい値を設定して前記サーチ手段に再度フォーカスエラー信号の判断を命令する再判断決定手段と、前記測定面が前記対物レンズの焦点に位置するように前記対物レンズをその光軸に沿って移動させる制御を、フォーカスエラー信号と判断されたことに基づいて実行する移動制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明にかかるフォーカシング制御装置によれば、生成されるフォーカスエラー信号の判断で、信号生成手段からの出力がフォーカスエラー信号と判断されない場合、しきい値を補正して再度フォーカスエラー信号の判断をする前に、信号生成手段からの出力の波形を評価している。これにより、フォーカスエラー信号のサーチ処理の精度が向上するので、ワークの表面性状や物性の違いや、測定面からの反射光の光量などに影響されることなく、安定したオートフォーカスを実現することができる。
【０００８】
本発明にかかるフォーカシング制御装置においては、前記再判断決定手段は、前記信号生成手段からの出力の最小値および最大値に基づくフォーカスエラー信号の振幅中心値を算出するとともにこの振幅中心値の基準電圧値からのオフセット量を算出し、オフセット量がある場合はこのオフセット量をそれぞれ前記第１しきい値および第２しきい値に加えて前記第３しきい値および第４しきい値を設定するようにすることができる。これによれば、測定面が焦点検出範囲の中心から外れているワークに対しても焦点検出することが可能となる。
【０００９】
また、本発明にかかるフォーカシング制御装置においては、前記サーチ手段は、再度フォーカスエラー信号の判断がなされた場合、前記第１しきい値の大きさを前記第３しきい値の大きさと同じになるように変更し、かつ前記第２しきい値の大きさを前記第４しきい値の大きさと同じになるように変更し、それ以降の判断においては変更した第１しきい値および第２しきい値を用いるようにすることができる。これによれば、サーチ手段での処理ループを減らすことができる。
【００１０】
本発明にかかる非接触測定装置は、測定面上の測定すべき測定ポイントを入力する入力手段と、前記入力手段を用いて入力された前記測定ポイントとの距離を変位量として非接触に検出する、上記本発明にかかるフォーカシング制御装置を含む光学式変位計とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ワークの表面性状や物性の違いや、測定面からの反射光の光量などに影響されることなく、安定したオートフォーカスを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、本発明にかかるフォーカシング制御装置およびそれを用いた非接触測定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
［フォーカシング制御装置］
（フォーカシング制御装置の主な特徴）
図１は、本発明の一実施形態にかかるフォーカシング制御装置１の機能ブロック図である。フォーカシング制御装置１は、光ビーム発生部３、対物レンズ５、光学系７および信号生成部９を備える。光ビーム発生部３で発生した光ビームＬ１は、対物レンズ５を介してワークの測定面Ｍに照射される。測定面Ｍで反射された反射光Ｌ２は対物レンズ５に入射して、光学系７に導かれる。反射光Ｌ２は、光学系７で二つの分割光Ｌ３に分けられる。
【００１４】
光学系７には、例えば一方および他方の分割光Ｌ３が通過可能なピンホール（図示せず）が設けられている。これらのピンホールは、それぞれ一方の分割光Ｌ３の結像点の前と他方の分割光Ｌ３の結像点の後とに位置している。これらのピンホールを通過した一方および他方の分割光Ｌ３は、信号生成部９で受光されて光電変換される。これにより、信号生成部９からフォーカスエラー信号Ｓが出力される。
【００１５】
このフォーカスエラー信号Ｓの波形図を図２に示す。測定面Ｍの位置が対物レンズ５の焦点位置Ｆと一致する場合、フォーカスエラー信号Ｓはゼロとなる。換言すれば、フォーカスエラー信号Ｓは合焦位置でゼロクロスしている。フォーカスエラー信号Ｓの負のピーク値がフォーカスエラー信号Ｓの最小値ＭＩＮであり、フォーカスエラー信号Ｓの正のピーク値がフォーカスエラー信号Ｓの最大値ＭＡＸである。
【００１６】
この図２に示すフォーカスエラー信号Ｓは、ピンホール方式で生成された場合の波形を示している。これに対して、ナイフエッジ方式で生成された場合のフォーカスエラー信号の波形は図３に示すようになる。これら図２と図３とを比較すれば分かるように、ピンホール方式ではフォーカスエラー信号Ｓのカーブ波形のピーク値が大きくかつＳ／Ｎ比も大きいので、ノイズを小さくできる。したがって、ピンホール方式によればナイフエッジ方式に比べて、良好なフォーカスエラー信号Ｓを得ることができる。
【００１７】
フォーカシング制御装置１は、さらに、記憶部１１、サーチ部１３、移動制御部１５および再判断決定部１７を備える。記憶部１１には、図２に示すように、フォーカスエラー信号Ｓの最小値ＭＩＮと比較される第１しきい値およびこの信号Ｓの最大値ＭＡＸと比較される第２しきい値があらかじめ記憶されている。また、この記憶部１１には、信号生成部９からの出力の最小値および最大値が記憶される。
【００１８】
ここで、サーチ処理起動の手順について説明する。図４は、サーチ処理起動の手順の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、まず、サーチ部１３において、サーチ処理するための各種処理をする（ステップＳ１００）。ここでは、例えばサーチ処理をするに際してエラーとなっている場合はそのエラーを解除する処理をしたり、起動時のウォームアップ処理をしたりする。
【００１９】
次に、サーチ部１３は、カウンタＩＣなどでカウントしたサーチ繰り返しループ回数をチェックし、例えばサーチ繰り返しループ回数が２５６回以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ループ回数が２５６回以上であると判断された場合（ステップＳ１０１のＹ）は、処理を終了する。
【００２０】
ループ回数が２５６回未満であると判断された場合（ステップＳ１０１のＮ）は、移動制御部１５により、例えばアクチュエータを駆動制御して対物レンズ５をサーチ上限値および下限値の範囲内で上下に振動させる（ステップＳ１０２）。なお、このステップＳ１０２における処理が初回である場合は、サーチ上限値および下限値にはあらかじめ設定されているデフォルト値を用いる。
【００２１】
そして、信号発生部９からの出力波形ピークから、出力の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮを得てこれらを記憶部１１に記憶する（ステップＳ１０３）。こうして出力の最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを記憶したら、信号判断処理を行う（ステップＳ１０４）。この信号判断処理では、例えば記憶部１１からしきい値の初期値として、あらかじめ設定されている第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を読み出し、これらと信号生成部９からの出力とを比較する。
【００２２】
具体的には、例えば出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１より大きいか、および／または最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２より小さいか否かを判断する。これらいずれの条件も満たさない場合、すなわち、図５（ａ）に示すように、出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値より小さくかつ最大値ＭＡＸが第２しきい値より大きい場合は、この出力をフォーカスエラー信号Ｓと判断し、サーチ処理が正常終了したと判断して（ステップＳ１０５のＹ）、一連の処理を終了する。
【００２３】
フォーカスエラー信号Ｓと判断された場合、サーチ処理が終了して合焦処理が実行される。具体的には、移動制御部１５は、フォーカスエラー信号Ｓを基にして、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆに位置するように、対物レンズ５をその光軸に沿って図１中矢印Ａで示す方向およびこれとは逆の矢印Ｂで示す方向に移動させる制御を実行する。
【００２４】
一方、上記いずれかの条件を満たす場合は、サーチ処理が正常終了していないと判断し（ステップＳ１０５のＮ）、フォーカスエラー信号Ｓのオフセット量を算出する（ステップＳ１０６）。例えば、上記いずれの条件も満たす場合（すなわち、最小値ＭＩＮ＞第１しきい値Ｎ１、かつ最大値ＭＡＸ＜第２しきい値Ｎ２の場合）は、フォーカスエラー信号Ｓの波形は、図５（ｂ）に示すようなものとなる。
【００２５】
そして、最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２より大きい場合は、フォーカスエラー信号Ｓの波形は図６（ａ）に示すようなものとなり、最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１より小さい場合は、フォーカスエラー信号Ｓの波形は図６（ｂ）に示すようなものとなる。このような場合（つまり、フォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合）は、例えばフォーカシング制御装置１に備えられる再判断決定部１７にて再度フォーカスエラー信号の判断をするための決定処理が実行される。
【００２６】
この決定処理に際しては、まず、フォーカスエラー信号Ｓのオフセット量の算出が行われる（ステップＳ１０６）。すなわち、記憶部１１に記憶した出力の最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸに基づいて、出力波形の振幅中心値（すなわち、フォーカスエラー信号Ｓの平均値である中心位置）を導き出す。
【００２７】
そして、この振幅中心値が基準電圧値（例えば、０Ｖ）からオフセットして（離れて）いるか否かを判断し、オフセットしている場合はその量を算出して記憶部１１に記憶する。オフセットしていない場合（すなわち、振幅中心値と基準電圧値が合致する場合）は、例えば次のように決定処理が行われる。
【００２８】
具体的には、例えばワークの測定面Ｍに金属の箇所とセラミックスの箇所が存在する場合、金属の箇所に比べてセラミックスの箇所では光の反射率が低くなる。このため、セラミックスの箇所では反射光Ｌ２の光量が減少し、フォーカスエラー信号Ｓの強度が低くなる（フォーカスエラー信号Ｓのピーク値が下がる）。図５（ａ）は金属の箇所におけるフォーカスエラー信号Ｓの波形であり、図５（ｂ）はセラミックスの箇所におけるそれである。測定面Ｍが粗い場合も、測定面上の箇所によって反射光Ｌ２の光量が減少する問題が生じる。
【００２９】
そして、反射光Ｌ２の光量が少ない箇所において、フォーカスエラー信号Ｓの判断に上記第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を用いると、図５（ｂ）に示すように、この出力はフォーカスエラー信号Ｓと判断されずにノイズと判断される。このような場合、光ビーム発生部３の出力を大きくすれば反射光Ｌ２の光量が少ない箇所でも、第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を用いてフォーカスエラー信号Ｓの判断をすることは可能である。しかし、光ビーム発生部３の出力を大きくすると、反射光Ｌ２の光量が多い箇所ノイズがフォーカスエラー信号Ｓと判断されてしまうおそれがある。
【００３０】
ところで、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ピンホール方式で生成されたフォーカスエラー信号Ｓは強度が小さくなっても波形の崩れはほとんどなく、波形の山谷が明確に表れる特性を有している。そこで、この特性を生かし、フォーカスエラー信号Ｓの振幅中心値と基準電圧値が合致してオフセットしていない場合は、例えば次に説明する最小値評価範囲と最大値評価範囲とを用いて、信号生成部９からの出力の波形の確認処理をする。
【００３１】
すなわち、図７に示すように、基準電圧値である０Ｖに対して対称であり、上限ＵＬと下限ＬＬで規定される最小値評価範囲Ｒｍｉｎと最大値評価範囲Ｒｍａｘとをあらかじめ設定しておき、記憶部１１に格納しておく。そして、信号生成部９からの出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１よりも大きいが最小値評価範囲Ｒｍｉｎ内にあり、かつ最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２よりも小さいが最大値評価範囲Ｒｍａｘ内にある場合は、その出力はフォーカスエラー信号Ｓと推定できる。なお、これら上限ＵＬ、下限ＬＬ、第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２などは、半導体メモリ等にあらかじめ記憶されている。
【００３２】
そこで、信号生成部９からの出力がこのような場合は、記憶部１１に記憶されている信号生成部９の出力の最小値ＭＩＮより大きい第３しきい値Ｎ３およびこの出力の最大値ＭＡＸより小さい第４しきい値Ｎ４を設定して設定変更を行い（ステップＳ１０７）、サーチ部１３に再度フォーカスエラー信号の判断を命令して、上記ステップＳ１０１に移行する。
【００３３】
これにより、フォーカスエラー信号Ｓの振幅中心値と基準電圧値が合致する場合においては、反射光Ｌ２の光量が少ない箇所でもフォーカスエラー信号Ｓの判断が可能となり、サーチ部１３でフォーカスエラー信号Ｓの再度の判断が実行される。具体的には、信号生成部９からの出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１を補正した第３しきい値Ｎ３より小さく、かつ最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２を補正した第４しきい値Ｎ４より大きい条件を満たせば、この出力をフォーカスエラー信号Ｓと判断する。その後は、この判断を基にして、合焦位置にて移動制御部１５によって測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆに位置するように、対物レンズ５をその光軸に沿って移動させる。
【００３４】
一方、フォーカスエラー信号Ｓの振幅中心値が基準電圧値からオフセットしている場合は、次のように決定処理が行われる。ここでは、図６（ａ）に示した信号生成部９からの出力の最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２よりも大きい場合を例にして説明する。オフセットしている場合は、記憶部１１に記憶した最小値ＭＩＮ、最大値ＭＡＸおよびオフセット量を参照して、ステップＳ１０７の設定変更処理にて次のような変更が行われる。
【００３５】
まず、例えば第１しきい値Ｎ１と第２しきい値Ｎ２とに、記憶部１１に記憶した最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸを参照した値をそれぞれ代入し、各第１および第２しきい値を変更した後に、上記ステップＳ１０１に移行して処理を繰り返す。これにより、最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸにて定められる各しきい値を用いたサーチが可能となる。なお、設定したしきい値が、例えばあらかじめ設定されている限度値（例えば、±０．２Ｖなど）となった後にもサーチが失敗するようであれば、ステップＳ１０１の判断を待たずして一連の処理を終了するようにしてもよい。
【００３６】
また、焦点検出範囲を定めるサーチ上限値と下限値とに、記憶部１１に記憶した最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを参照した値をそれぞれ代入し、サーチ上限値および下限値を変更した後に、上記ステップＳ１０１に移行して処理を繰り返す。これにより、最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮにて定められる焦点検出範囲でもサーチが可能となる。これらの変更処理は、個々に行っても併用してもよい。
【００３７】
なお、この設定変更処理において、第１および第２しきい値Ｎ１，Ｎ２にオフセット量を反映すると、図８に示すようになる。すなわち、図８（ａ）に示すように、算出したフォーカスエラー信号Ｓのオフセット量ＯＦを用いて、図８（ｂ）に示すように、第１しきい値Ｎ１と第２しきい値Ｎ２とに、それぞれこのオフセット量ＯＦを加えて第３しきい値Ｎ３と第４しきい値Ｎ４とを設定する。
【００３８】
このようにすれば、ワークのポジションが焦点検出範囲の中心からずれていても、しきい値をオフセットすることができるので、しきい値判定においてサーチ処理が正常終了し、合焦処理を実行することが可能となる。また、アクチュエータによる振動範囲を狭め（最適化し）、タクトを短縮することができる。なお、信号生成部９からの出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１よりも小さい場合（図６（ｂ）で示す場合）についても、同様にオフセット量ＯＦを加えることでサーチ処理を正常終了することができる。
【００３９】
以上のように、本実施形態では、ピンホール方式で生成されるフォーカスエラー信号Ｓの判断で、信号生成部９からの出力がフォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合、しきい値を補正して再度フォーカスエラー信号Ｓの判断をする前に、信号生成部９からの出力の波形の確認処理やこの波形に基づく設定変更処理をしている。これにより、フォーカスエラー信号Ｓのサーチ処理の精度を向上させることができる。
【００４０】
したがって、従来ではオートフォーカスができない表面性状や物性を有するワークや測定面（粗い、反射率が低いなど）でも、本実施形態によれば安定したオートフォーカスが可能となる。このように、本実施形態にかかるフォーカシング制御装置１によれば、ワークの表面性状や物性の違いや、測定面からの反射光の光量などに影響されることなく、安定したオートフォーカスを実現することができる。
【００４１】
また、再度のフォーカスエラー信号Ｓの判断に用いる第３しきい値Ｎ３や第４しきい値Ｎ４をあらかじめ設定しておくのではなく、信号生成部９からの出力に基づいてリアルタイムに設定したり設定を変更したりするので、フォーカスエラー信号Ｓの強度がいかに小さくても、振幅中心値が焦点検出範囲の中心から外れていても、理論的にはオートフォーカスが可能となる。
【００４２】
ところで、上記ステップＳ１０４での信号判断処理にて、しきい値の初期値として設定される第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２の大きさをデフォルト値のまま変更しないで信号判断をする場合を説明したが、変更するようにしてもよい。具体的に説明すると、金属のような光反射率が高い測定面を想定して第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２をあらかじめ設定し、この値を変更しない場合を考える。
【００４３】
測定面の全面がセラミックスのような光反射率の低い材料の場合、このような測定面を繰り返して測定すると、再度のフォーカスエラー信号の判断がそのたびに実行され、処理ループが増加する。そこで、再度のフォーカスエラー信号の判断が実行された場合、第１しきい値Ｎ１の大きさを第３しきい値Ｎ３の大きさと同じになるように変更し、かつ第２しきい値Ｎ２の大きさを第４しきい値Ｎ４の大きさと同じになるように変更して、それ以降の判断においては変更された第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を用いるようにしてもよい。このようにすれば、処理ループを減らすことができる。
【００４４】
なお、基準電圧値を０Ｖとして説明しているが、これに限らずプラス側でもマイナス側でもよい。また、フォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合、再判断決定部１７で再度の判断の決定処理が実行されるが、その前にフォーカスエラー信号Ｓをノイズと区別するための処理を追加してもよい。
【００４５】
すなわち、フォーカスエラー信号Ｓの強度があらかじめ設定された値より小さい場合、ノイズと判断し、再度の判断の決定処理を省略する。具体的には、図７に示すように、信号生成部９からの出力の最小値ＭＩＮが第５しきい値Ｎ５より大きい場合および出力の最大値ＭＡＸが第６しきい値Ｎ６より小さい場合のうち、少なくともいずれかの場合に該当すれば、その出力をノイズと判断してその後の処理を進める。
【００４６】
（フォーカシング制御装置の構造）
本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の具体的な構成について、光学式変位計を例にして説明する。図９は、この光学式変位計２１のブロック図である。光学式変位計２１は、対物レンズ５およびこの光軸方向（すなわち、上方向である図９中矢印Ａで示す方向、下方向である図９中矢印Ｂで示す方向）に対物レンズ５を移動させるアクチュエータ２３を備える。アクチュエータ２３には、リニアエンコーダ２５が設けられている。リニアエンコーダ２５は、アクチュエータ２３の駆動により対物レンズ５の移動に伴って移動されるスケール２７と、このスケール２７を読み取る検出器２９とを備える。
【００４７】
光学式変位計２１は、さらに、半導体レーザ３１、偏光ビームスプリッタ３３および集光レンズ３５を備える。半導体レーザ３１は、光ビーム発生手段の一例である。半導体レーザ３１で発生した光ビームＬ１は、偏光ビームスプリッタ３３、集光レンズ３５および対物レンズ５を介してワークの測定面Ｍに照射される。測定面Ｍで反射された反射光Ｌ２は、対物レンズ５に入射した後、集光レンズ３５で集光されて偏光ビームスプリッタ３３に導かれる。
【００４８】
光学式変位計２１は、例えば偏光ビームスプリッタ３３で反射された反射光Ｌ２を二つの分割光Ｌ３に分けるビームスプリッタ３７を備える。一方の分割光Ｌ３の結像点Ｐの前には、ピンホール３９を有する板４１が配置されている。また、他方の分割光Ｌ３の結像点Ｑの後には、ピンホール４３を有する板４５が配置されている。集光レンズ３５、偏光ビームスプリッタ３３、ビームスプリッタ３７、ピンホール３９，４３を有する板４１，４５により光学系の一例が構成される。
【００４９】
ピンホール３９，４３を通った分割光Ｌ３は、それぞれフォトダイオード４７，４９で受光され光電変換されて電流電圧変換器５１，５３で電圧に変換される。これら変換された信号は、オペアンプなどの差演算器５５および和演算器５７に入力する。差演算器５５は、フォトダイオード４７，４９の出力の差（Ａ−Ｂ）を演算する。和演算器５７は、フォトダイオード４７，４９の出力の和（Ａ＋Ｂ）を演算する。
【００５０】
差演算器５５および和演算器５７には除算器５９が接続されている。除算器５９は、差演算器５５の出力電圧を和演算器５７の出力電圧で割って（（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ））、フォーカスエラー信号Ｓを出力する。フォトダイオード４７，４９、電流電圧変換器５１，５３、差演算器５５、和演算器５７および除算器５９により、信号生成手段の一例が構成される。
【００５１】
フォーカスエラー信号Ｓは、図２に示すように、ワークのポジションが焦点検出範囲の中心と合致していることを前提に、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆと一致する場合には０となり、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆに対して近い場合には正の値をとる。これに対して、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆから遠い場合には負の値をとる。このように、フォーカスエラー信号Ｓは、ほぼＳ字曲線状の信号波形を有する。
【００５２】
光学式変位計２１は、除算器５９の出力（信号生成手段からの出力）が入力するＰＩＤ制御回路６１と、これとスイッチ６３を介して接続されているアクチュエータドライバ６５とを備える。アクチュエータドライバ６５は、アクチュエータ２３の駆動を制御する。
【００５３】
光学式変位計２１は、さらに、ＣＰＵ６７、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器６９、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器７１、カウンタＩＣ７３およびＩ／Ｏ（入出力ポート）７５を備える。これら各部は、データバス７７により互いに接続されている。後述する「（フォーカシング制御装置の動作）」の欄での説明からも分かるように、ＣＰＵ６７は記憶手段、サーチ手段および再判断決定手段として機能する。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換器６９は、除算器５９に接続され、フォーカスエラー信号Ｓをデジタル信号に変換する。Ｄ／Ａ変換器７１は、スイッチ６３を介してアクチュエータドライバ６５に接続されている。カウンタＩＣ７３は、リニアエンコーダ２５の検出器２９に接続されている。カウンタＩＣ７３は、検出器２９から出力される二相信号に基づいて計数する。Ｉ／Ｏ（入出力ポート）７５は、スイッチ６３の切り替え操作部と接続されている。ＣＰＵ６７からの信号に基づき、スイッチ６３の切り替え制御が実行される。
【００５５】
アクチュエータドライバ６５は、ＣＰＵ６７からの信号に基づいて対物レンズ５が光軸に沿った方向に振動する状態にアクチュエータ２３を駆動制御（加振制御）する。そして、フォーカスエラー信号Ｓが得られた場合、焦点位置Ｆを認識する処理が実行される。すなわち、図１０および図１１に示すように、例えばカウンタＩＣ７３にて検出器２９（図６参照）からの二相信号（リニアスケールＡ相信号、Ｂ相信号）に基づいて対物レンズ５の位置を認識する。
【００５６】
また、ＣＰＵ６７は、フォーカスエラー信号Ｓの最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸ、振幅中心値およびフォーカスエラー信号Ｓを認識した対物レンズ５との位置関係を認識する。さらに、ＣＰＵ６７は、例えば対物レンズ５を認識した位置からサーチの上限値および下限値で定められる焦点検出範囲内において、図１２および図１３に示す位置補償制御により逐次対物レンズ５を移動させる制御をする。
【００５７】
すなわち、ＣＰＵ６７は、例えばソフトウェアによる制御偏差に比例した信号を発生する一対のＰ１動作部８１およびＰ２動作部８３の動作をする。また、ＣＰＵ６７は、例えばソフトウェアによる制御偏差の積分値に比例した信号を発生するＩ動作部８５と、微分値に比例した信号を発生するＤ動作部８７との動作をする。
【００５８】
そして、Ｐ１動作部８１、Ｉ動作部８５およびＤ動作部８７は、平行して処理される。また、Ｐ１動作部８１、Ｉ動作部８５およびＤ動作部８７の３つの動作を組み合わせる加算部８９の動作をする。さらに、加算部８９で組み合わせた後にＰ２動作部８３の動作をする。
【００５９】
また、Ｐ２動作部８３の動作の後、再びＰ１動作部８１、Ｉ動作部８５およびＤ動作部８７の動作、すなわち制御偏差に比例して発生した信号をフィードバック信号として発生させる。このフィードバック信号は、例えば以下に示す数１により発生させることができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
また、ＣＰＵ６７は、図１３に示す位置補償制御を、例えば以下に示す式に基づいて制御する。
Ｗ＝今回のＸ値−前回のＹ値
Ｗｉ＝Ｗの積分
今回のＹ＝Ｗｉ×係数４（１／Ｔ１）
ＷＫ＝Ｗ×係数５（Ｔ２／Ｔ１）
Ｖ＝ＷＫ＋Ｙ×係数６（１／Ｓ→（ΣＷ）Ｔ）
【００６２】
このようにして、ＣＰＵ６７では、ＰＩＤ制御するとともに位置補償制御し、対物レンズ５を焦点位置Ｆまで移動させるようにアクチュエータドライバ６５を制御し、アクチュエータ２３を駆動させてフォーカシング、すなわち焦点合わせを行う。
【００６３】
図１０〜図１３に示す構成、図９のアクチュエータドライバ６５、アクチュエータ２３およびリニアエンコーダ２５は、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆに位置するように対物レンズ５をその光軸に沿って移動させる制御を、フォーカスエラー信号Ｓと判断されたことに基づいて実行する移動制御手段の一例を構成する。
【００６４】
図９に示すように、除算器５９にはＰＩＤ制御回路６１が接続されている。ＰＩＤ制御回路６１は、例えば移動させるワークの表面である測定面Ｍがワークの移動により変動することによって焦点が合わなくなった場合、ＰＩＤ制御により対物レンズ５を焦点位置Ｆまで移動させるようにアクチュエータドライバ６５を制御し、アクチュエータ２３を駆動させる。
【００６５】
すなわち、フォーカシングが終了した後に、スイッチ６３をＤ／Ａ変換器７１側からＰＩＤ制御回路６１側に切り替え、ワークの移動によるワーク表面である測定面ＭにＰＩＤ制御回路６１にて焦点合わせすることにより、ワークの表面の粗さなどが測定される。このようなフォーカシングが終了した後はフォーカスエラー信号Ｓが大きく変化しないので、ＰＩＤ制御回路６１によるＰＩＤ制御にて焦点位置Ｆとなるように追従処理する。
【００６６】
（フォーカシング制御装置の動作）
本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の具体的な動作について、図９の光学式変位計２１を例にして説明する。まず、ＣＰＵ６７によって、カウンタＩＣ７３にて計数されたサーチ繰り返しループ回数が、例えば２５６回未満であるかが確認され、２５６回未満である場合はＣＰＵ６７からの所定の信号が、データバス７７およびＤ／Ａ変換器７１を介してアクチュエータドライバ６５に送られる。
【００６７】
アクチュエータドライバ６５は、この信号に基づいて対物レンズ５が光軸に沿った方向に振動した状態となるように、アクチュエータ２３を駆動制御して対物レンズ５をサーチ上限値および下限値の範囲内で移動させる。この振動の際に、初回のサーチである場合はサーチ上限値および下限値にあらかじめ設定されている値が用いられる。
【００６８】
このように対物レンズ５を振動させて、Ａ／Ｄ変換器６９およびデータバス７７を介して除算器５９からの出力がＣＰＵ６７に入力される。ＣＰＵ６７は、この出力の最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸを記憶し、上述した信号判断処理を行う。この信号判断処理によりサーチ処理が起動した場合、フォーカスエラー信号Ｓのサーチ処理の動作に移る。
【００６９】
すなわち、スイッチ６３をＤ／Ａ変換器７１側に切り替えた状態を保持したまま、図１４および図１５に示すフローに基づいてサーチ処理を実行する。なお、図１４はメインの処理フローであり、ここでは、サーチ処理でサーチに失敗した場合にしきい値再設定をして改めてサーチを行う点がポイントである。サーチ処理ステップＳ１１０の具体的なフローは図１５のようになっている。
【００７０】
まず、フォーカスエラー信号Ｓに対して、最小値ＭＩＮと最大値ＭＡＸとをそれぞれ検知するためのアクチュエータ２３の振動範囲を定めるサーチ上限値および下限値として、あらかじめ設定されたデフォルト値が用いられ、サーチ処理が行われる（ステップＳ１１０）。
【００７１】
このサーチ処理は、図１５に示すように、サーボ制御をオフにした状態で、例えば対物レンズ５を設定されたサーチ上限値の位置へ持っていき（ステップＳ１２０）、それから下方に移動させることにより行われる（ステップＳ１２１）。このときフォーカスエラー信号Ｓを最小値ｍｉｎとして（ステップＳ１２２）、順次得られるフォーカスエラー信号Ｓが最小値ｍｉｎより小さければ（ステップＳ１２５のＹ）、そのフォーカスエラー信号Ｓを最小値として順次更新される最小値ｍｉｎを記憶保持する。
【００７２】
そして、フォーカスエラー信号Ｓが第１しきい値Ｎ１より小さくなったか否かを判定し（ステップＳ１２３）、第１しきい値Ｎ１に達することなく（ステップＳ１２３のＮ）、対物レンズ５が設定されたサーチ下限値の位置に達した場合（ステップＳ１２４のＹ）には、異常終了とする。なお、対物レンズ５がそのサーチ範囲の下限値の位置に達したか否かの判定、および上限値の位置に達したか否かの判定は、リニアエンコーダ２５の検出器２９の出力をモニタすることにより可能である。
【００７３】
フォーカスエラー信号Ｓが第１しきい値Ｎ１以下になったことを確認したら（ステップＳ１２３のＹ）、さらに対物レンズ５の移動を続け、次にフォーカスエラー信号Ｓが第２しきい値Ｎ２を超えたか否かを判定する（ステップＳ１２６）。第２しきい値Ｎ２を超えることなく（ステップＳ１２６のＮ）、対物レンズ５が設定されたサーチ下限値の位置に達した場合（ステップＳ１２７のＹ）は、異常終了とする。
【００７４】
フォーカスエラー信号Ｓが第２しきい値Ｎ２を超えたことが確認されたら（ステップＳ１２６のＹ）、対物レンズ５の移動方向を反転して上方移動を開始し（ステップＳ１２８）、例えばフォーカスエラー信号Ｓがゼロ付近になったか否かを判定して（ステップＳ１２９）、ゼロ付近になった（ステップＳ１２９のＹ）ときに対物レンズ５の移動を停止してサーチ動作を終了する。これにより、対物レンズ５は焦点検出範囲にサーチされたことになる。
【００７５】
フォーカスエラー信号Ｓがゼロになることなく（ステップＳ１２９のＮ）、対物レンズ５が設定されたサーチ上限値の位置まで達した場合（ステップＳ１３０のＹ）は、何らかの異常が発生したことを意味するから異常終了とする。このように、初期設定された第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を用いたサーチ処理（ステップＳ１１０）でサーチ動作が成功したら、ＣＰＵ６７は、フォーカスエラー信号Ｓの最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを記憶領域に格納して保存し（ステップＳ１１１）、予備調整終了として正常終了したと判断し（ステップＳ１１２のＹ）、サーボ制御をオンにしてサーボ状態に遷移する。
【００７６】
上述したようなサーチ動作が正常終了しなかった場合（ステップＳ１１２のＮ）は、ＣＰＵ６７は、例えばサーチ動作の失敗要因がしきい値にあるか否かを判断し（ステップＳ１１３）、失敗要因がしきい値にない場合（ステップＳ１１３のＮ）は、サーチできないとして終了する。
【００７７】
失敗要因がしきい値にある場合（ステップＳ１１３のＹ）は、例えば保存したフォーカスエラー信号Ｓの最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮに基づいて振幅中心値を算出し、図８（ａ）に示すように、焦点検出範囲の中心である基準電圧値（例えば、０Ｖ）からのオフセット量ＯＦを算出する。
【００７８】
そして、算出したオフセット量ＯＦを第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２にそれぞれ加えて、図８（ｂ）に示すように、第３しきい値Ｎ３（Ｎ１＋ＯＦ）および第４しきい値Ｎ４（Ｎ２＋ＯＦ）をしきい値として再設定し（ステップＳ１１４）、上述したサーチ処理（ステップＳ１１０）を再度実行する。なお、上記異常終了の際には、別途エラーメッセージ等を表示あるいは発音して報知するようにしてもよい。
【００７９】
また、対物レンズ５を下方へ移動させる制御は、アクチュエータ２３を制御するための図１０〜図１３に示すＰＩＤ演算および位相進み補正をしてアクチュエータ２３を駆動制御し、対物レンズ５を下方へ移動させる。そして、この対物レンズ５の移動の際にカウンタＩＣ７３にて対物レンズ５の位置を認識しつつ、除算器５９からの出力（フォーカスエラー信号Ｓ）を読み取って、両者を関連付けしてＰＩＤ制御および位置補償制御にてアクチュエータ２３を駆動させて対物レンズ５を移動させればよい。
【００８０】
サーチ動作の終了後は、上述したようにサーボ状態に遷移するため、スイッチ７６３をＰＩＤ制御回路６１側に切り替え、ハード的にＰＩＤ制御しつつ移動するワークの測定面Ｍとの焦点合わせをし、ピックアップの追従動作が行われる。また、カウンタＩＣ７３にて焦点位置Ｆを認識してワークの測定面Ｍとの距離を変位量として非接触に検出し、これを基にして測定面Ｍの粗さなどを測定する。
【００８１】
従来の焦点位置Ｆを認識しつつフィードバック制御にて焦点位置Ｆに対物レンズ５を移動させた構成では、フォーカスエラー信号Ｓを読み取ってゼロクロスとなるように徐々に対物レンズ５を移動させる必要があり、対物レンズ５を焦点位置Ｆまで移動させる時間が長くなる。
【００８２】
一方、本実施形態では、対物レンズ５の位置とフォーカスエラー信号Ｓとを関連付けして焦点位置Ｆを認識した後に対物レンズ５を移動させたり、最初のサーチ処理で得たフォーカスエラー信号Ｓの波形の最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸや算出したオフセット値ＯＦ等を次のサーチ処理に反映して焦点位置Ｆの検出をしたりすることができる。これにより、従来に比して容易に対物レンズ５を焦点位置Ｆまで正確に移動させることができ、従来では焦点検出できなかったワークにも合焦することができ、アクチュエータ２３の振動範囲を狭めて最適化することができるので、タクトや時間を短縮でき、作業効率を向上できる。
【００８３】
［非接触測定装置］
非接触測定装置は、ワークの測定面Ｍとの距離を変位量として非接触に検出し、これを基にして各種測定を実行する（例えば、曲面を有する測定面の形状評価や測定面の粗さ評価など）。非接触測定装置で測定されるワークとして、例えば半導体基板に形成される半田バンプがある。
【００８４】
この測定において、半田バンプの表面形状を評価する場合、図１６に示すように、半田バンプ９１の表面（測定面Ｍ）の複数の測定ポイント９３において上記変位量が検出される。これらの測定ポイント９３は、例えばオペレータの入力により特定される。半田バンプ９１の表面のように、測定面Ｍが平面でなく曲面の場合、たとえこの表面の全面が同じ材料で構成されていても、測定ポイント９３により反射光Ｌ２の光量が異なる。これにより、フォーカスエラー信号Ｓの強度にも差が生じる。
【００８５】
このような場合であっても、上記光学式変位計２１を含む本実施形態にかかる非接触測定装置を用いれば、各測定ポイント９３で測定を安定して実行できる。各測定ポイント９３での測定において、フォーカスエラー信号Ｓか否かの判断は、最初の判断または１回の再度の判断で終了することになる。なぜなら、最初の判断でフォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合、記憶されている出力の最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸに基づいて、第１および第２しきい値Ｎ１，Ｎ２を第３および第４しきい値Ｎ３，Ｎ４に補正したり、振幅中心値の基準電圧値からのオフセット量ＯＦに基づいて上記補正をしたりして、しきい値を再設定した後にサーチ手段に再度の判断を命令するからである。
【００８６】
次に、本実施形態にかかる非接触測定装置の構成を簡単に説明する。図１７は、この非接触測定装置１０１の全体構成を示す斜視図である。非接触測定装置１０１は、三次元測定機１０３と、三次元測定機１０３を駆動制御するとともに必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム１０５とにより構成される。
【００８７】
三次元測定機１０３は、架台１０７と、架台１０７に取り付けられた測定テーブル１０９とを備える。測定テーブル１０９には、測定面を有するワークＷが載置される。測定テーブル１０９は図示しないＹ軸駆動機構によって、図１７中矢印Ｙで示すＹ軸方向に駆動される。
【００８８】
架台１０７の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１１１，１１３が固定されている。支持アーム１１１，１１３の両上端部を連結するように、Ｘ軸ガイド１１５が固定されている。Ｘ軸ガイド１１５には、撮像ユニット１１７が支持されている。撮像ユニット１１７は、図示しないＸ軸駆動機構によって、図１７中矢印Ｘで示すＸ軸方向にＸ軸ガイド１１５に沿って駆動される。
【００８９】
撮像ユニット１１７には、本実施形態にかかる光学式変位計２１が配置されている。光学式変位計２１は、図示しないＺ軸駆動機構によって、図１７中矢印Ｚで示すＺ軸方向に沿って駆動される。
【００９０】
コンピュータシステム１０５は、測定情報処理および各種制御を司るコンピュータ１２１と、各種指示情報を入力するキーボード１２３、ジョイスティックボックス１２５およびマウス１２７と、測定画面、指示画面および測定結果を表示するＣＲＴ１２９と、測定結果をプリントアウトするプリンタ１３１とを備える。キーボード１２３やマウス１２７が、測定面上の測定すべき測定ポイントを入力する入力手段として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の機能を説明するためのブロック図である。
【図２】ピンホール方式で生成されたフォーカスエラー信号の波形を示す波形図である。
【図３】ナイフエッジ方式で生成されたフォーカスエラー信号の波形を示す波形図である。
【図４】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置のサーチ処理起動の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】光反射率が高い箇所および低い箇所にそれぞれ対応するピンホール方式で生成されたフォーカスエラー信号の波形を示す波形図である。
【図６】ピンホール方式で生成された他のフォーカスエラー信号の波形を示す波形図である。
【図７】最小値評価範囲と最大値評価範囲を用いて図５（ｂ）に示すフォーカスエラー信号の波形を評価している状態を示す図である。
【図８】オフセット量を用いて図６（ａ）に示すフォーカスエラー信号の波形を評価している状態を示す図である。
【図９】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置が有する焦点位置認識機能を実現するハードウェアを示すブロック図である。
【図１１】同焦点位置認識機能の制御工程のソフトウェア処理を示すブロック図である。
【図１２】同焦点位置認識機能のＰＩＤ制御のソフトウェア処理を示すブロック図である。
【図１３】同焦点位置認識機能のＰＩＤ制御による位置補償制御のソフトウェア処理を示すブロック図である。
【図１４】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】同フォーカシング制御装置におけるサーチ処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本実施形態にかかる非接触測定装置で測定されるワークの一例である半田バンプを示す図である。
【図１７】本実施形態にかかる非接触測定装置の全体構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９２】
１…フォーカシング制御装置、３…光ビーム発生部、５…対物レンズ、７…光学系、９…信号生成部、１１…記憶部、１３…サーチ部、１５…移動制御部、１７…再判断決定部、２１…光学式変位計、２３…アクチュエータ、２５…リニアエンコーダ、２７…スケール、２９…検出器、３１…半導体レーザ、３３…偏光ビームスプリッタ、３５…集光レンズ、３７…ビームスプリッタ、３９…ピンホール、４１…板、４３…ピンホール、４５…板、４７，４９…フォトダイオード、５１，５３…電流電圧変換器、５５…差演算器、５７…和演算器、５９…除算器、６１…ＰＩＤ制御回路、６３…スイッチ、６５…アクチュエータドライバ、６７…ＣＰＵ、６９…Ａ／Ｄ変換器、７１…Ｄ／Ａ変換器、７３…カウンタＩＣ、７５…Ｉ／Ｏ、７７…データバス、８１…Ｐ１動作部、８３…Ｐ２動作部、８５…Ｉ動作部、８７…Ｄ動作部、８９…加算部、９１…半田バンプ、９３…測定ポイント、１０１…非接触測定装置、１０３…三次元測定機、１０５…コンピュータシステム、１０７…架台、１０９…測定テーブル、１１１，１１３…支持アーム、１１５…Ｘ軸ガイド、１１７…撮像ユニット、１２１…コンピュータ、１２３…キーボード、１２５…ジョイスティックボックス、１２７…マウス、１２９…ＣＲＴ、１３１…プリンタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカシング制御装置およびそれを用いた非接触測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フォーカシング制御装置が組み込まれた非接触の光学式変位計が知られている。フォーカシング制御装置は、レーザ光をワークの測定面に照射し、そこで反射された光を用いてフォーカスエラー信号を生成し、このフォーカスエラー信号を基にして対物レンズの焦点位置を測定面に合わせるものである。
【０００３】
フォーカスエラー信号は、いわゆるＳ字曲線信号とも呼ばれ、合焦位置でゼロクロスする。この位置はゼロクロスポイントと呼ばれている。フォーカスエラー信号か否かの判断は、あらかじめ設定されたしきい値と比較してなされる。ワークの測定面が粗い場合や測定面の反射率が低い場合などが原因で測定面からの反射光の光量が少なくなると、しきい値を補正してフォーカスエラー信号か否かの判断をする技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６２３７５号公報（段落００２２〜００２３，図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ワークの表面性状や物性の違いや、測定面からの反射光の光量などに影響されることなく、安定したオートフォーカスができるフォーカシング制御装置およびそれを用いた非接触測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるフォーカシング制御装置は、測定面に照射する光ビームを発生する光ビーム発生手段と、前記測定面に光ビームが照射されることにより前記測定面で反射された反射光が入射する対物レンズと、前記対物レンズを通った反射光を二つの分割光に分割すると共に、前記対物レンズの移動に伴って前記分割光の光量を増減させる光学系と、前記分割光を光電変換しこれを基にして生成されたフォーカスエラー信号が出力される信号生成手段と、前記信号生成手段からの出力の最小値および最大値が記憶される記憶手段と、フォーカスエラー信号の判断において、（１）前記信号生成手段からの出力の最小値が第１しきい値より小さくかつ第２しきい値より大きい条件を満たす場合、または（２）前記信号生成手段からの出力の最小値が前記第１しきい値を補正した第３しきい値より小さくかつ最大値が前記第２しきい値を補正した第４しきい値より大きい条件を満たす場合、これらの出力をフォーカスエラー信号と判断するサーチ手段と、前記サーチ手段によってフォーカスエラー信号と判断されない場合に、前記記憶手段に記憶されている出力の最小値より大きい前記第３しきい値およびこの出力の最大値より小さい前記第４しきい値を設定して前記サーチ手段に再度フォーカスエラー信号の判断を命令する再判断決定手段と、前記測定面が前記対物レンズの焦点に位置するように前記対物レンズをその光軸に沿って移動させる制御を、フォーカスエラー信号と判断されたことに基づいて実行する移動制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明にかかるフォーカシング制御装置によれば、生成されるフォーカスエラー信号の判断で、信号生成手段からの出力がフォーカスエラー信号と判断されない場合、しきい値を補正して再度フォーカスエラー信号の判断をする前に、信号生成手段からの出力の波形を評価している。これにより、フォーカスエラー信号のサーチ処理の精度が向上するので、ワークの表面性状や物性の違いや、測定面からの反射光の光量などに影響されることなく、安定したオートフォーカスを実現することができる。
【０００８】
本発明にかかるフォーカシング制御装置においては、前記再判断決定手段は、前記信号生成手段からの出力の最小値および最大値に基づくフォーカスエラー信号の振幅中心値を算出するとともにこの振幅中心値の基準電圧値からのオフセット量を算出し、オフセット量がある場合はこのオフセット量をそれぞれ前記第１しきい値および第２しきい値に加えて前記第３しきい値および第４しきい値を設定するようにすることができる。これによれば、測定面が焦点検出範囲の中心から外れているワークに対しても焦点検出することが可能となる。
【０００９】
また、本発明にかかるフォーカシング制御装置においては、前記サーチ手段は、再度フォーカスエラー信号の判断がなされた場合、前記第１しきい値の大きさを前記第３しきい値の大きさと同じになるように変更し、かつ前記第２しきい値の大きさを前記第４しきい値の大きさと同じになるように変更し、それ以降の判断においては変更した第１しきい値および第２しきい値を用いるようにすることができる。これによれば、サーチ手段での処理ループを減らすことができる。
【００１０】
本発明にかかる非接触測定装置は、測定面上の測定すべき測定ポイントを入力する入力手段と、前記入力手段を用いて入力された前記測定ポイントとの距離を変位量として非接触に検出する、上記本発明にかかるフォーカシング制御装置を含む光学式変位計とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ワークの表面性状や物性の違いや、測定面からの反射光の光量などに影響されることなく、安定したオートフォーカスを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、本発明にかかるフォーカシング制御装置およびそれを用いた非接触測定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
［フォーカシング制御装置］
（フォーカシング制御装置の主な特徴）
図１は、本発明の一実施形態にかかるフォーカシング制御装置１の機能ブロック図である。フォーカシング制御装置１は、光ビーム発生部３、対物レンズ５、光学系７および信号生成部９を備える。光ビーム発生部３で発生した光ビームＬ１は、対物レンズ５を介してワークの測定面Ｍに照射される。測定面Ｍで反射された反射光Ｌ２は対物レンズ５に入射して、光学系７に導かれる。反射光Ｌ２は、光学系７で二つの分割光Ｌ３に分けられる。
【００１４】
光学系７には、例えば一方および他方の分割光Ｌ３が通過可能なピンホール（図示せず）が設けられている。これらのピンホールは、それぞれ一方の分割光Ｌ３の結像点の前と他方の分割光Ｌ３の結像点の後とに位置している。これらのピンホールを通過した一方および他方の分割光Ｌ３は、信号生成部９で受光されて光電変換される。これにより、信号生成部９からフォーカスエラー信号Ｓが出力される。
【００１５】
このフォーカスエラー信号Ｓの波形図を図２に示す。測定面Ｍの位置が対物レンズ５の焦点位置Ｆと一致する場合、フォーカスエラー信号Ｓはゼロとなる。換言すれば、フォーカスエラー信号Ｓは合焦位置でゼロクロスしている。フォーカスエラー信号Ｓの負のピーク値がフォーカスエラー信号Ｓの最小値ＭＩＮであり、フォーカスエラー信号Ｓの正のピーク値がフォーカスエラー信号Ｓの最大値ＭＡＸである。
【００１６】
この図２に示すフォーカスエラー信号Ｓは、ピンホール方式で生成された場合の波形を示している。これに対して、ナイフエッジ方式で生成された場合のフォーカスエラー信号の波形は図３に示すようになる。これら図２と図３とを比較すれば分かるように、ピンホール方式ではフォーカスエラー信号Ｓのカーブ波形のピーク値が大きくかつＳ／Ｎ比も大きいので、ノイズを小さくできる。したがって、ピンホール方式によればナイフエッジ方式に比べて、良好なフォーカスエラー信号Ｓを得ることができる。
【００１７】
フォーカシング制御装置１は、さらに、記憶部１１、サーチ部１３、移動制御部１５および再判断決定部１７を備える。記憶部１１には、図２に示すように、フォーカスエラー信号Ｓの最小値ＭＩＮと比較される第１しきい値およびこの信号Ｓの最大値ＭＡＸと比較される第２しきい値があらかじめ記憶されている。また、この記憶部１１には、信号生成部９からの出力の最小値および最大値が記憶される。
【００１８】
ここで、サーチ処理起動の手順について説明する。図４は、サーチ処理起動の手順の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、まず、サーチ部１３において、サーチ処理するための各種処理をする（ステップＳ１００）。ここでは、例えばサーチ処理をするに際してエラーとなっている場合はそのエラーを解除する処理をしたり、起動時のウォームアップ処理をしたりする。
【００１９】
次に、サーチ部１３は、カウンタＩＣなどでカウントしたサーチ繰り返しループ回数をチェックし、例えばサーチ繰り返しループ回数が２５６回以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ループ回数が２５６回以上であると判断された場合（ステップＳ１０１のＹ）は、処理を終了する。
【００２０】
ループ回数が２５６回未満であると判断された場合（ステップＳ１０１のＮ）は、移動制御部１５により、例えばアクチュエータを駆動制御して対物レンズ５をサーチ上限値および下限値の範囲内で上下に振動させる（ステップＳ１０２）。なお、このステップＳ１０２における処理が初回である場合は、サーチ上限値および下限値にはあらかじめ設定されているデフォルト値を用いる。
【００２１】
そして、信号発生部９からの出力波形ピークから、出力の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮを得てこれらを記憶部１１に記憶する（ステップＳ１０３）。こうして出力の最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを記憶したら、信号判断処理を行う（ステップＳ１０４）。この信号判断処理では、例えば記憶部１１からしきい値の初期値として、あらかじめ設定されている第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を読み出し、これらと信号生成部９からの出力とを比較する。
【００２２】
具体的には、例えば出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１より大きいか、および／または最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２より小さいか否かを判断する。これらいずれの条件も満たさない場合、すなわち、図５（ａ）に示すように、出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値より小さくかつ最大値ＭＡＸが第２しきい値より大きい場合は、この出力をフォーカスエラー信号Ｓと判断し、サーチ処理が正常終了したと判断して（ステップＳ１０５のＹ）、一連の処理を終了する。
【００２３】
フォーカスエラー信号Ｓと判断された場合、サーチ処理が終了して合焦処理が実行される。具体的には、移動制御部１５は、フォーカスエラー信号Ｓを基にして、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆに位置するように、対物レンズ５をその光軸に沿って図１中矢印Ａで示す方向およびこれとは逆の矢印Ｂで示す方向に移動させる制御を実行する。
【００２４】
一方、上記いずれかの条件を満たす場合は、サーチ処理が正常終了していないと判断し（ステップＳ１０５のＮ）、フォーカスエラー信号Ｓのオフセット量を算出する（ステップＳ１０６）。例えば、上記いずれの条件も満たす場合（すなわち、最小値ＭＩＮ＞第１しきい値Ｎ１、かつ最大値ＭＡＸ＜第２しきい値Ｎ２の場合）は、フォーカスエラー信号Ｓの波形は、図５（ｂ）に示すようなものとなる。
【００２５】
そして、最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２より大きい場合は、フォーカスエラー信号Ｓの波形は図６（ａ）に示すようなものとなり、最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１より小さい場合は、フォーカスエラー信号Ｓの波形は図６（ｂ）に示すようなものとなる。このような場合（つまり、フォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合）は、例えばフォーカシング制御装置１に備えられる再判断決定部１７にて再度フォーカスエラー信号の判断をするための決定処理が実行される。
【００２６】
この決定処理に際しては、まず、フォーカスエラー信号Ｓのオフセット量の算出が行われる（ステップＳ１０６）。すなわち、記憶部１１に記憶した出力の最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸに基づいて、出力波形の振幅中心値（すなわち、フォーカスエラー信号Ｓの平均値である中心位置）を導き出す。
【００２７】
そして、この振幅中心値が基準電圧値（例えば、０Ｖ）からオフセットして（離れて）いるか否かを判断し、オフセットしている場合はその量を算出して記憶部１１に記憶する。オフセットしていない場合（すなわち、振幅中心値と基準電圧値が合致する場合）は、例えば次のように決定処理が行われる。
【００２８】
具体的には、例えばワークの測定面Ｍに金属の箇所とセラミックスの箇所が存在する場合、金属の箇所に比べてセラミックスの箇所では光の反射率が低くなる。このため、セラミックスの箇所では反射光Ｌ２の光量が減少し、フォーカスエラー信号Ｓの強度が低くなる（フォーカスエラー信号Ｓのピーク値が下がる）。図５（ａ）は金属の箇所におけるフォーカスエラー信号Ｓの波形であり、図５（ｂ）はセラミックスの箇所におけるそれである。測定面Ｍが粗い場合も、測定面上の箇所によって反射光Ｌ２の光量が減少する問題が生じる。
【００２９】
そして、反射光Ｌ２の光量が少ない箇所において、フォーカスエラー信号Ｓの判断に上記第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を用いると、図５（ｂ）に示すように、この出力はフォーカスエラー信号Ｓと判断されずにノイズと判断される。このような場合、光ビーム発生部３の出力を大きくすれば反射光Ｌ２の光量が少ない箇所でも、第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を用いてフォーカスエラー信号Ｓの判断をすることは可能である。しかし、光ビーム発生部３の出力を大きくすると、反射光Ｌ２の光量が多い箇所ノイズがフォーカスエラー信号Ｓと判断されてしまうおそれがある。
【００３０】
ところで、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ピンホール方式で生成されたフォーカスエラー信号Ｓは強度が小さくなっても波形の崩れはほとんどなく、波形の山谷が明確に表れる特性を有している。そこで、この特性を生かし、フォーカスエラー信号Ｓの振幅中心値と基準電圧値が合致してオフセットしていない場合は、例えば次に説明する最小値評価範囲と最大値評価範囲とを用いて、信号生成部９からの出力の波形の確認処理をする。
【００３１】
すなわち、図７に示すように、基準電圧値である０Ｖに対して対称であり、上限ＵＬと下限ＬＬで規定される最小値評価範囲Ｒｍｉｎと最大値評価範囲Ｒｍａｘとをあらかじめ設定しておき、記憶部１１に格納しておく。そして、信号生成部９からの出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１よりも大きいが最小値評価範囲Ｒｍｉｎ内にあり、かつ最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２よりも小さいが最大値評価範囲Ｒｍａｘ内にある場合は、その出力はフォーカスエラー信号Ｓと推定できる。なお、これら上限ＵＬ、下限ＬＬ、第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２などは、半導体メモリ等にあらかじめ記憶されている。
【００３２】
そこで、信号生成部９からの出力がこのような場合は、記憶部１１に記憶されている信号生成部９の出力の最小値ＭＩＮより大きい第３しきい値Ｎ３およびこの出力の最大値ＭＡＸより小さい第４しきい値Ｎ４を設定して設定変更を行い（ステップＳ１０７）、サーチ部１３に再度フォーカスエラー信号の判断を命令して、上記ステップＳ１０１に移行する。
【００３３】
これにより、フォーカスエラー信号Ｓの振幅中心値と基準電圧値が合致する場合においては、反射光Ｌ２の光量が少ない箇所でもフォーカスエラー信号Ｓの判断が可能となり、サーチ部１３でフォーカスエラー信号Ｓの再度の判断が実行される。具体的には、信号生成部９からの出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１を補正した第３しきい値Ｎ３より小さく、かつ最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２を補正した第４しきい値Ｎ４より大きい条件を満たせば、この出力をフォーカスエラー信号Ｓと判断する。その後は、この判断を基にして、合焦位置にて移動制御部１５によって測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆに位置するように、対物レンズ５をその光軸に沿って移動させる。
【００３４】
一方、フォーカスエラー信号Ｓの振幅中心値が基準電圧値からオフセットしている場合は、次のように決定処理が行われる。ここでは、図６（ａ）に示した信号生成部９からの出力の最大値ＭＡＸが第２しきい値Ｎ２よりも大きい場合を例にして説明する。オフセットしている場合は、記憶部１１に記憶した最小値ＭＩＮ、最大値ＭＡＸおよびオフセット量を参照して、ステップＳ１０７の設定変更処理にて次のような変更が行われる。
【００３５】
まず、例えば第１しきい値Ｎ１と第２しきい値Ｎ２とに、記憶部１１に記憶した最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸを参照した値をそれぞれ代入し、各第１および第２しきい値を変更した後に、上記ステップＳ１０１に移行して処理を繰り返す。これにより、最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸにて定められる各しきい値を用いたサーチが可能となる。なお、設定したしきい値が、例えばあらかじめ設定されている限度値（例えば、±０．２Ｖなど）となった後にもサーチが失敗するようであれば、ステップＳ１０１の判断を待たずして一連の処理を終了するようにしてもよい。
【００３６】
また、焦点検出範囲を定めるサーチ上限値と下限値とに、記憶部１１に記憶した最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを参照した値をそれぞれ代入し、サーチ上限値および下限値を変更した後に、上記ステップＳ１０１に移行して処理を繰り返す。これにより、最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮにて定められる焦点検出範囲でもサーチが可能となる。これらの変更処理は、個々に行っても併用してもよい。
【００３７】
なお、この設定変更処理において、第１および第２しきい値Ｎ１，Ｎ２にオフセット量を反映すると、図８に示すようになる。すなわち、図８（ａ）に示すように、算出したフォーカスエラー信号Ｓのオフセット量ＯＦを用いて、図８（ｂ）に示すように、第１しきい値Ｎ１と第２しきい値Ｎ２とに、それぞれこのオフセット量ＯＦを加えて第３しきい値Ｎ３と第４しきい値Ｎ４とを設定する。
【００３８】
このようにすれば、ワークのポジションが焦点検出範囲の中心からずれていても、しきい値をオフセットすることができるので、しきい値判定においてサーチ処理が正常終了し、合焦処理を実行することが可能となる。また、アクチュエータによる振動範囲を狭め（最適化し）、タクトを短縮することができる。なお、信号生成部９からの出力の最小値ＭＩＮが第１しきい値Ｎ１よりも小さい場合（図６（ｂ）で示す場合）についても、同様にオフセット量ＯＦを加えることでサーチ処理を正常終了することができる。
【００３９】
以上のように、本実施形態では、ピンホール方式で生成されるフォーカスエラー信号Ｓの判断で、信号生成部９からの出力がフォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合、しきい値を補正して再度フォーカスエラー信号Ｓの判断をする前に、信号生成部９からの出力の波形の確認処理やこの波形に基づく設定変更処理をしている。これにより、フォーカスエラー信号Ｓのサーチ処理の精度を向上させることができる。
【００４０】
したがって、従来ではオートフォーカスができない表面性状や物性を有するワークや測定面（粗い、反射率が低いなど）でも、本実施形態によれば安定したオートフォーカスが可能となる。このように、本実施形態にかかるフォーカシング制御装置１によれば、ワークの表面性状や物性の違いや、測定面からの反射光の光量などに影響されることなく、安定したオートフォーカスを実現することができる。
【００４１】
また、再度のフォーカスエラー信号Ｓの判断に用いる第３しきい値Ｎ３や第４しきい値Ｎ４をあらかじめ設定しておくのではなく、信号生成部９からの出力に基づいてリアルタイムに設定したり設定を変更したりするので、フォーカスエラー信号Ｓの強度がいかに小さくても、振幅中心値が焦点検出範囲の中心から外れていても、理論的にはオートフォーカスが可能となる。
【００４２】
ところで、上記ステップＳ１０４での信号判断処理にて、しきい値の初期値として設定される第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２の大きさをデフォルト値のまま変更しないで信号判断をする場合を説明したが、変更するようにしてもよい。具体的に説明すると、金属のような光反射率が高い測定面を想定して第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２をあらかじめ設定し、この値を変更しない場合を考える。
【００４３】
測定面の全面がセラミックスのような光反射率の低い材料の場合、このような測定面を繰り返して測定すると、再度のフォーカスエラー信号の判断がそのたびに実行され、処理ループが増加する。そこで、再度のフォーカスエラー信号の判断が実行された場合、第１しきい値Ｎ１の大きさを第３しきい値Ｎ３の大きさと同じになるように変更し、かつ第２しきい値Ｎ２の大きさを第４しきい値Ｎ４の大きさと同じになるように変更して、それ以降の判断においては変更された第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を用いるようにしてもよい。このようにすれば、処理ループを減らすことができる。
【００４４】
なお、基準電圧値を０Ｖとして説明しているが、これに限らずプラス側でもマイナス側でもよい。また、フォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合、再判断決定部１７で再度の判断の決定処理が実行されるが、その前にフォーカスエラー信号Ｓをノイズと区別するための処理を追加してもよい。
【００４５】
すなわち、フォーカスエラー信号Ｓの強度があらかじめ設定された値より小さい場合、ノイズと判断し、再度の判断の決定処理を省略する。具体的には、図７に示すように、信号生成部９からの出力の最小値ＭＩＮが第５しきい値Ｎ５より大きい場合および出力の最大値ＭＡＸが第６しきい値Ｎ６より小さい場合のうち、少なくともいずれかの場合に該当すれば、その出力をノイズと判断してその後の処理を進める。
【００４６】
（フォーカシング制御装置の構造）
本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の具体的な構成について、光学式変位計を例にして説明する。図９は、この光学式変位計２１のブロック図である。光学式変位計２１は、対物レンズ５およびこの光軸方向（すなわち、上方向である図９中矢印Ａで示す方向、下方向である図９中矢印Ｂで示す方向）に対物レンズ５を移動させるアクチュエータ２３を備える。アクチュエータ２３には、リニアエンコーダ２５が設けられている。リニアエンコーダ２５は、アクチュエータ２３の駆動により対物レンズ５の移動に伴って移動されるスケール２７と、このスケール２７を読み取る検出器２９とを備える。
【００４７】
光学式変位計２１は、さらに、半導体レーザ３１、偏光ビームスプリッタ３３および集光レンズ３５を備える。半導体レーザ３１は、光ビーム発生手段の一例である。半導体レーザ３１で発生した光ビームＬ１は、偏光ビームスプリッタ３３、集光レンズ３５および対物レンズ５を介してワークの測定面Ｍに照射される。測定面Ｍで反射された反射光Ｌ２は、対物レンズ５に入射した後、集光レンズ３５で集光されて偏光ビームスプリッタ３３に導かれる。
【００４８】
光学式変位計２１は、例えば偏光ビームスプリッタ３３で反射された反射光Ｌ２を二つの分割光Ｌ３に分けるビームスプリッタ３７を備える。一方の分割光Ｌ３の結像点Ｐの前には、ピンホール３９を有する板４１が配置されている。また、他方の分割光Ｌ３の結像点Ｑの後には、ピンホール４３を有する板４５が配置されている。集光レンズ３５、偏光ビームスプリッタ３３、ビームスプリッタ３７、ピンホール３９，４３を有する板４１，４５により光学系の一例が構成される。
【００４９】
ピンホール３９，４３を通った分割光Ｌ３は、それぞれフォトダイオード４７，４９で受光され光電変換されて電流電圧変換器５１，５３で電圧に変換される。これら変換された信号は、オペアンプなどの差演算器５５および和演算器５７に入力する。差演算器５５は、フォトダイオード４７，４９の出力の差（Ａ−Ｂ）を演算する。和演算器５７は、フォトダイオード４７，４９の出力の和（Ａ＋Ｂ）を演算する。
【００５０】
差演算器５５および和演算器５７には除算器５９が接続されている。除算器５９は、差演算器５５の出力電圧を和演算器５７の出力電圧で割って（（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ））、フォーカスエラー信号Ｓを出力する。フォトダイオード４７，４９、電流電圧変換器５１，５３、差演算器５５、和演算器５７および除算器５９により、信号生成手段の一例が構成される。
【００５１】
フォーカスエラー信号Ｓは、図２に示すように、ワークのポジションが焦点検出範囲の中心と合致していることを前提に、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆと一致する場合には０となり、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆに対して近い場合には正の値をとる。これに対して、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆから遠い場合には負の値をとる。このように、フォーカスエラー信号Ｓは、ほぼＳ字曲線状の信号波形を有する。
【００５２】
光学式変位計２１は、除算器５９の出力（信号生成手段からの出力）が入力するＰＩＤ制御回路６１と、これとスイッチ６３を介して接続されているアクチュエータドライバ６５とを備える。アクチュエータドライバ６５は、アクチュエータ２３の駆動を制御する。
【００５３】
光学式変位計２１は、さらに、ＣＰＵ６７、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器６９、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器７１、カウンタＩＣ７３およびＩ／Ｏ（入出力ポート）７５を備える。これら各部は、データバス７７により互いに接続されている。後述する「（フォーカシング制御装置の動作）」の欄での説明からも分かるように、ＣＰＵ６７は記憶手段、サーチ手段および再判断決定手段として機能する。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換器６９は、除算器５９に接続され、フォーカスエラー信号Ｓをデジタル信号に変換する。Ｄ／Ａ変換器７１は、スイッチ６３を介してアクチュエータドライバ６５に接続されている。カウンタＩＣ７３は、リニアエンコーダ２５の検出器２９に接続されている。カウンタＩＣ７３は、検出器２９から出力される二相信号に基づいて計数する。Ｉ／Ｏ（入出力ポート）７５は、スイッチ６３の切り替え操作部と接続されている。ＣＰＵ６７からの信号に基づき、スイッチ６３の切り替え制御が実行される。
【００５５】
アクチュエータドライバ６５は、ＣＰＵ６７からの信号に基づいて対物レンズ５が光軸に沿った方向に振動する状態にアクチュエータ２３を駆動制御（加振制御）する。そして、フォーカスエラー信号Ｓが得られた場合、焦点位置Ｆを認識する処理が実行される。すなわち、図１０および図１１に示すように、例えばカウンタＩＣ７３にて検出器２９（図６参照）からの二相信号（リニアスケールＡ相信号、Ｂ相信号）に基づいて対物レンズ５の位置を認識する。
【００５６】
また、ＣＰＵ６７は、フォーカスエラー信号Ｓの最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸ、振幅中心値およびフォーカスエラー信号Ｓを認識した対物レンズ５との位置関係を認識する。さらに、ＣＰＵ６７は、例えば対物レンズ５を認識した位置からサーチの上限値および下限値で定められる焦点検出範囲内において、図１２および図１３に示す位置補償制御により逐次対物レンズ５を移動させる制御をする。
【００５７】
すなわち、ＣＰＵ６７は、例えばソフトウェアによる制御偏差に比例した信号を発生する一対のＰ１動作部８１およびＰ２動作部８３の動作をする。また、ＣＰＵ６７は、例えばソフトウェアによる制御偏差の積分値に比例した信号を発生するＩ動作部８５と、微分値に比例した信号を発生するＤ動作部８７との動作をする。
【００５８】
そして、Ｐ１動作部８１、Ｉ動作部８５およびＤ動作部８７は、平行して処理される。また、Ｐ１動作部８１、Ｉ動作部８５およびＤ動作部８７の３つの動作を組み合わせる加算部８９の動作をする。さらに、加算部８９で組み合わせた後にＰ２動作部８３の動作をする。
【００５９】
また、Ｐ２動作部８３の動作の後、再びＰ１動作部８１、Ｉ動作部８５およびＤ動作部８７の動作、すなわち制御偏差に比例して発生した信号をフィードバック信号として発生させる。このフィードバック信号は、例えば以下に示す数１により発生させることができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
また、ＣＰＵ６７は、図１３に示す位置補償制御を、例えば以下に示す式に基づいて制御する。
Ｗ＝今回のＸ値−前回のＹ値
Ｗｉ＝Ｗの積分
今回のＹ＝Ｗｉ×係数４（１／Ｔ１）
ＷＫ＝Ｗ×係数５（Ｔ２／Ｔ１）
Ｖ＝ＷＫ＋Ｙ×係数６（１／Ｓ→（ΣＷ）Ｔ）
【００６２】
このようにして、ＣＰＵ６７では、ＰＩＤ制御するとともに位置補償制御し、対物レンズ５を焦点位置Ｆまで移動させるようにアクチュエータドライバ６５を制御し、アクチュエータ２３を駆動させてフォーカシング、すなわち焦点合わせを行う。
【００６３】
図１０〜図１３に示す構成、図９のアクチュエータドライバ６５、アクチュエータ２３およびリニアエンコーダ２５は、測定面Ｍが対物レンズ５の焦点位置Ｆに位置するように対物レンズ５をその光軸に沿って移動させる制御を、フォーカスエラー信号Ｓと判断されたことに基づいて実行する移動制御手段の一例を構成する。
【００６４】
図９に示すように、除算器５９にはＰＩＤ制御回路６１が接続されている。ＰＩＤ制御回路６１は、例えば移動させるワークの表面である測定面Ｍがワークの移動により変動することによって焦点が合わなくなった場合、ＰＩＤ制御により対物レンズ５を焦点位置Ｆまで移動させるようにアクチュエータドライバ６５を制御し、アクチュエータ２３を駆動させる。
【００６５】
すなわち、フォーカシングが終了した後に、スイッチ６３をＤ／Ａ変換器７１側からＰＩＤ制御回路６１側に切り替え、ワークの移動によるワーク表面である測定面ＭにＰＩＤ制御回路６１にて焦点合わせすることにより、ワークの表面の粗さなどが測定される。このようなフォーカシングが終了した後はフォーカスエラー信号Ｓが大きく変化しないので、ＰＩＤ制御回路６１によるＰＩＤ制御にて焦点位置Ｆとなるように追従処理する。
【００６６】
（フォーカシング制御装置の動作）
本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の具体的な動作について、図９の光学式変位計２１を例にして説明する。まず、ＣＰＵ６７によって、カウンタＩＣ７３にて計数されたサーチ繰り返しループ回数が、例えば２５６回未満であるかが確認され、２５６回未満である場合はＣＰＵ６７からの所定の信号が、データバス７７およびＤ／Ａ変換器７１を介してアクチュエータドライバ６５に送られる。
【００６７】
アクチュエータドライバ６５は、この信号に基づいて対物レンズ５が光軸に沿った方向に振動した状態となるように、アクチュエータ２３を駆動制御して対物レンズ５をサーチ上限値および下限値の範囲内で移動させる。この振動の際に、初回のサーチである場合はサーチ上限値および下限値にあらかじめ設定されている値が用いられる。
【００６８】
このように対物レンズ５を振動させて、Ａ／Ｄ変換器６９およびデータバス７７を介して除算器５９からの出力がＣＰＵ６７に入力される。ＣＰＵ６７は、この出力の最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸを記憶し、上述した信号判断処理を行う。この信号判断処理によりサーチ処理が起動した場合、フォーカスエラー信号Ｓのサーチ処理の動作に移る。
【００６９】
すなわち、スイッチ６３をＤ／Ａ変換器７１側に切り替えた状態を保持したまま、図１４および図１５に示すフローに基づいてサーチ処理を実行する。なお、図１４はメインの処理フローであり、ここでは、サーチ処理でサーチに失敗した場合にしきい値再設定をして改めてサーチを行う点がポイントである。サーチ処理ステップＳ１１０の具体的なフローは図１５のようになっている。
【００７０】
まず、フォーカスエラー信号Ｓに対して、最小値ＭＩＮと最大値ＭＡＸとをそれぞれ検知するためのアクチュエータ２３の振動範囲を定めるサーチ上限値および下限値として、あらかじめ設定されたデフォルト値が用いられ、サーチ処理が行われる（ステップＳ１１０）。
【００７１】
このサーチ処理は、図１５に示すように、サーボ制御をオフにした状態で、例えば対物レンズ５を設定されたサーチ上限値の位置へ持っていき（ステップＳ１２０）、それから下方に移動させることにより行われる（ステップＳ１２１）。このときフォーカスエラー信号Ｓを最小値ｍｉｎとして（ステップＳ１２２）、順次得られるフォーカスエラー信号Ｓが最小値ｍｉｎより小さければ（ステップＳ１２５のＹ）、そのフォーカスエラー信号Ｓを最小値として順次更新される最小値ｍｉｎを記憶保持する。
【００７２】
そして、フォーカスエラー信号Ｓが第１しきい値Ｎ１より小さくなったか否かを判定し（ステップＳ１２３）、第１しきい値Ｎ１に達することなく（ステップＳ１２３のＮ）、対物レンズ５が設定されたサーチ下限値の位置に達した場合（ステップＳ１２４のＹ）には、異常終了とする。なお、対物レンズ５がそのサーチ範囲の下限値の位置に達したか否かの判定、および上限値の位置に達したか否かの判定は、リニアエンコーダ２５の検出器２９の出力をモニタすることにより可能である。
【００７３】
フォーカスエラー信号Ｓが第１しきい値Ｎ１以下になったことを確認したら（ステップＳ１２３のＹ）、さらに対物レンズ５の移動を続け、次にフォーカスエラー信号Ｓが第２しきい値Ｎ２を超えたか否かを判定する（ステップＳ１２６）。第２しきい値Ｎ２を超えることなく（ステップＳ１２６のＮ）、対物レンズ５が設定されたサーチ下限値の位置に達した場合（ステップＳ１２７のＹ）は、異常終了とする。
【００７４】
フォーカスエラー信号Ｓが第２しきい値Ｎ２を超えたことが確認されたら（ステップＳ１２６のＹ）、対物レンズ５の移動方向を反転して上方移動を開始し（ステップＳ１２８）、例えばフォーカスエラー信号Ｓがゼロ付近になったか否かを判定して（ステップＳ１２９）、ゼロ付近になった（ステップＳ１２９のＹ）ときに対物レンズ５の移動を停止してサーチ動作を終了する。これにより、対物レンズ５は焦点検出範囲にサーチされたことになる。
【００７５】
フォーカスエラー信号Ｓがゼロになることなく（ステップＳ１２９のＮ）、対物レンズ５が設定されたサーチ上限値の位置まで達した場合（ステップＳ１３０のＹ）は、何らかの異常が発生したことを意味するから異常終了とする。このように、初期設定された第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２を用いたサーチ処理（ステップＳ１１０）でサーチ動作が成功したら、ＣＰＵ６７は、フォーカスエラー信号Ｓの最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを記憶領域に格納して保存し（ステップＳ１１１）、予備調整終了として正常終了したと判断し（ステップＳ１１２のＹ）、サーボ制御をオンにしてサーボ状態に遷移する。
【００７６】
上述したようなサーチ動作が正常終了しなかった場合（ステップＳ１１２のＮ）は、ＣＰＵ６７は、例えばサーチ動作の失敗要因がしきい値にあるか否かを判断し（ステップＳ１１３）、失敗要因がしきい値にない場合（ステップＳ１１３のＮ）は、サーチできないとして終了する。
【００７７】
失敗要因がしきい値にある場合（ステップＳ１１３のＹ）は、例えば保存したフォーカスエラー信号Ｓの最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮに基づいて振幅中心値を算出し、図８（ａ）に示すように、焦点検出範囲の中心である基準電圧値（例えば、０Ｖ）からのオフセット量ＯＦを算出する。
【００７８】
そして、算出したオフセット量ＯＦを第１しきい値Ｎ１および第２しきい値Ｎ２にそれぞれ加えて、図８（ｂ）に示すように、第３しきい値Ｎ３（Ｎ１＋ＯＦ）および第４しきい値Ｎ４（Ｎ２＋ＯＦ）をしきい値として再設定し（ステップＳ１１４）、上述したサーチ処理（ステップＳ１１０）を再度実行する。なお、上記異常終了の際には、別途エラーメッセージ等を表示あるいは発音して報知するようにしてもよい。
【００７９】
また、対物レンズ５を下方へ移動させる制御は、アクチュエータ２３を制御するための図１０〜図１３に示すＰＩＤ演算および位相進み補正をしてアクチュエータ２３を駆動制御し、対物レンズ５を下方へ移動させる。そして、この対物レンズ５の移動の際にカウンタＩＣ７３にて対物レンズ５の位置を認識しつつ、除算器５９からの出力（フォーカスエラー信号Ｓ）を読み取って、両者を関連付けしてＰＩＤ制御および位置補償制御にてアクチュエータ２３を駆動させて対物レンズ５を移動させればよい。
【００８０】
サーチ動作の終了後は、上述したようにサーボ状態に遷移するため、スイッチ７６３をＰＩＤ制御回路６１側に切り替え、ハード的にＰＩＤ制御しつつ移動するワークの測定面Ｍとの焦点合わせをし、ピックアップの追従動作が行われる。また、カウンタＩＣ７３にて焦点位置Ｆを認識してワークの測定面Ｍとの距離を変位量として非接触に検出し、これを基にして測定面Ｍの粗さなどを測定する。
【００８１】
従来の焦点位置Ｆを認識しつつフィードバック制御にて焦点位置Ｆに対物レンズ５を移動させた構成では、フォーカスエラー信号Ｓを読み取ってゼロクロスとなるように徐々に対物レンズ５を移動させる必要があり、対物レンズ５を焦点位置Ｆまで移動させる時間が長くなる。
【００８２】
一方、本実施形態では、対物レンズ５の位置とフォーカスエラー信号Ｓとを関連付けして焦点位置Ｆを認識した後に対物レンズ５を移動させたり、最初のサーチ処理で得たフォーカスエラー信号Ｓの波形の最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸや算出したオフセット値ＯＦ等を次のサーチ処理に反映して焦点位置Ｆの検出をしたりすることができる。これにより、従来に比して容易に対物レンズ５を焦点位置Ｆまで正確に移動させることができ、従来では焦点検出できなかったワークにも合焦することができ、アクチュエータ２３の振動範囲を狭めて最適化することができるので、タクトや時間を短縮でき、作業効率を向上できる。
【００８３】
［非接触測定装置］
非接触測定装置は、ワークの測定面Ｍとの距離を変位量として非接触に検出し、これを基にして各種測定を実行する（例えば、曲面を有する測定面の形状評価や測定面の粗さ評価など）。非接触測定装置で測定されるワークとして、例えば半導体基板に形成される半田バンプがある。
【００８４】
この測定において、半田バンプの表面形状を評価する場合、図１６に示すように、半田バンプ９１の表面（測定面Ｍ）の複数の測定ポイント９３において上記変位量が検出される。これらの測定ポイント９３は、例えばオペレータの入力により特定される。半田バンプ９１の表面のように、測定面Ｍが平面でなく曲面の場合、たとえこの表面の全面が同じ材料で構成されていても、測定ポイント９３により反射光Ｌ２の光量が異なる。これにより、フォーカスエラー信号Ｓの強度にも差が生じる。
【００８５】
このような場合であっても、上記光学式変位計２１を含む本実施形態にかかる非接触測定装置を用いれば、各測定ポイント９３で測定を安定して実行できる。各測定ポイント９３での測定において、フォーカスエラー信号Ｓか否かの判断は、最初の判断または１回の再度の判断で終了することになる。なぜなら、最初の判断でフォーカスエラー信号Ｓと判断されない場合、記憶されている出力の最小値ＭＩＮおよび最大値ＭＡＸに基づいて、第１および第２しきい値Ｎ１，Ｎ２を第３および第４しきい値Ｎ３，Ｎ４に補正したり、振幅中心値の基準電圧値からのオフセット量ＯＦに基づいて上記補正をしたりして、しきい値を再設定した後にサーチ手段に再度の判断を命令するからである。
【００８６】
次に、本実施形態にかかる非接触測定装置の構成を簡単に説明する。図１７は、この非接触測定装置１０１の全体構成を示す斜視図である。非接触測定装置１０１は、三次元測定機１０３と、三次元測定機１０３を駆動制御するとともに必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム１０５とにより構成される。
【００８７】
三次元測定機１０３は、架台１０７と、架台１０７に取り付けられた測定テーブル１０９とを備える。測定テーブル１０９には、測定面を有するワークＷが載置される。測定テーブル１０９は図示しないＹ軸駆動機構によって、図１７中矢印Ｙで示すＹ軸方向に駆動される。
【００８８】
架台１０７の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１１１，１１３が固定されている。支持アーム１１１，１１３の両上端部を連結するように、Ｘ軸ガイド１１５が固定されている。Ｘ軸ガイド１１５には、撮像ユニット１１７が支持されている。撮像ユニット１１７は、図示しないＸ軸駆動機構によって、図１７中矢印Ｘで示すＸ軸方向にＸ軸ガイド１１５に沿って駆動される。
【００８９】
撮像ユニット１１７には、本実施形態にかかる光学式変位計２１が配置されている。光学式変位計２１は、図示しないＺ軸駆動機構によって、図１７中矢印Ｚで示すＺ軸方向に沿って駆動される。
【００９０】
コンピュータシステム１０５は、測定情報処理および各種制御を司るコンピュータ１２１と、各種指示情報を入力するキーボード１２３、ジョイスティックボックス１２５およびマウス１２７と、測定画面、指示画面および測定結果を表示するＣＲＴ１２９と、測定結果をプリントアウトするプリンタ１３１とを備える。キーボード１２３やマウス１２７が、測定面上の測定すべき測定ポイントを入力する入力手段として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の機能を説明するためのブロック図である。
【図２】ピンホール方式で生成されたフォーカスエラー信号の波形を示す波形図である。
【図３】ナイフエッジ方式で生成されたフォーカスエラー信号の波形を示す波形図である。
【図４】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置のサーチ処理起動の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】光反射率が高い箇所および低い箇所にそれぞれ対応するピンホール方式で生成されたフォーカスエラー信号の波形を示す波形図である。
【図６】ピンホール方式で生成された他のフォーカスエラー信号の波形を示す波形図である。
【図７】最小値評価範囲と最大値評価範囲を用いて図５（ｂ）に示すフォーカスエラー信号の波形を評価している状態を示す図である。
【図８】オフセット量を用いて図６（ａ）に示すフォーカスエラー信号の波形を評価している状態を示す図である。
【図９】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置が有する焦点位置認識機能を実現するハードウェアを示すブロック図である。
【図１１】同焦点位置認識機能の制御工程のソフトウェア処理を示すブロック図である。
【図１２】同焦点位置認識機能のＰＩＤ制御のソフトウェア処理を示すブロック図である。
【図１３】同焦点位置認識機能のＰＩＤ制御による位置補償制御のソフトウェア処理を示すブロック図である。
【図１４】本実施形態にかかるフォーカシング制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】同フォーカシング制御装置におけるサーチ処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本実施形態にかかる非接触測定装置で測定されるワークの一例である半田バンプを示す図である。
【図１７】本実施形態にかかる非接触測定装置の全体構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９２】
１…フォーカシング制御装置、３…光ビーム発生部、５…対物レンズ、７…光学系、９…信号生成部、１１…記憶部、１３…サーチ部、１５…移動制御部、１７…再判断決定部、２１…光学式変位計、２３…アクチュエータ、２５…リニアエンコーダ、２７…スケール、２９…検出器、３１…半導体レーザ、３３…偏光ビームスプリッタ、３５…集光レンズ、３７…ビームスプリッタ、３９…ピンホール、４１…板、４３…ピンホール、４５…板、４７，４９…フォトダイオード、５１，５３…電流電圧変換器、５５…差演算器、５７…和演算器、５９…除算器、６１…ＰＩＤ制御回路、６３…スイッチ、６５…アクチュエータドライバ、６７…ＣＰＵ、６９…Ａ／Ｄ変換器、７１…Ｄ／Ａ変換器、７３…カウンタＩＣ、７５…Ｉ／Ｏ、７７…データバス、８１…Ｐ１動作部、８３…Ｐ２動作部、８５…Ｉ動作部、８７…Ｄ動作部、８９…加算部、９１…半田バンプ、９３…測定ポイント、１０１…非接触測定装置、１０３…三次元測定機、１０５…コンピュータシステム、１０７…架台、１０９…測定テーブル、１１１，１１３…支持アーム、１１５…Ｘ軸ガイド、１１７…撮像ユニット、１２１…コンピュータ、１２３…キーボード、１２５…ジョイスティックボックス、１２７…マウス、１２９…ＣＲＴ、１３１…プリンタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定面に照射する光ビームを発生する光ビーム発生手段と、
前記測定面に光ビームが照射されることにより前記測定面で反射された反射光が入射する対物レンズと、
前記対物レンズを通った反射光を二つの分割光に分割すると共に、前記対物レンズの移動に伴って前記分割光の光量を増減させる光学系と、
前記分割光を光電変換しこれを基にして生成されたフォーカスエラー信号が出力される信号生成手段と、
前記信号生成手段からの出力の最小値および最大値が記憶される記憶手段と、
フォーカスエラー信号の判断において、（１）前記信号生成手段からの出力の最小値が第１しきい値より小さくかつ最大値が第２しきい値より大きい条件を満たす場合、または（２）前記信号生成手段からの出力の最小値が前記第１しきい値を補正した第３しきい値より小さくかつ最大値が前記第２しきい値を補正した第４しきい値より大きい条件を満たす場合、これらの出力をフォーカスエラー信号と判断するサーチ手段と、
前記サーチ手段によってフォーカスエラー信号と判断されない場合に、前記記憶手段に記憶されている出力の最小値より大きい前記第３しきい値およびこの出力の最大値より小さい前記第４しきい値を設定して前記サーチ手段に再度フォーカスエラー信号の判断を命令する再判断決定手段と、
前記測定面が前記対物レンズの焦点に位置するように前記対物レンズをその光軸に沿って移動させる制御を、フォーカスエラー信号と判断されたことに基づいて実行する移動制御手段と
を備えたことを特徴とするフォーカシング制御装置。
【請求項２】
前記再判断決定手段は、前記信号生成手段からの出力の最小値および最大値に基づくフォーカスエラー信号の振幅中心値を算出するとともにこの振幅中心値の基準電圧値からのオフセット量を算出し、オフセット量がある場合はこのオフセット量をそれぞれ前記第１しきい値および第２しきい値に加えて前記第３しきい値および第４しきい値を設定する
ことを特徴とする請求項１記載のフォーカシング制御装置。
【請求項３】
前記サーチ手段は、再度フォーカスエラー信号の判断がなされた場合、前記第１しきい値の大きさを前記第３しきい値の大きさと同じになるように変更し、かつ前記第２しきい値の大きさを前記第４しきい値の大きさと同じになるように変更し、それ以降の判断においては変更した第１しきい値および第２しきい値を用いる
ことを特徴とする請求項１または２記載のフォーカシング制御装置。
【請求項４】
測定面上の測定すべき測定ポイントを入力する入力手段と、
前記入力手段を用いて入力された前記測定ポイントとの距離を変位量として非接触に検出する、請求項１〜３のいずれか１項記載のフォーカシング制御装置を含む光学式変位計と
を備えたことを特徴とする非接触測定装置。
【請求項１】
測定面に照射する光ビームを発生する光ビーム発生手段と、
前記測定面に光ビームが照射されることにより前記測定面で反射された反射光が入射する対物レンズと、
前記対物レンズを通った反射光を二つの分割光に分割すると共に、前記対物レンズの移動に伴って前記分割光の光量を増減させる光学系と、
前記分割光を光電変換しこれを基にして生成されたフォーカスエラー信号が出力される信号生成手段と、
前記信号生成手段からの出力の最小値および最大値が記憶される記憶手段と、
フォーカスエラー信号の判断において、（１）前記信号生成手段からの出力の最小値が第１しきい値より小さくかつ最大値が第２しきい値より大きい条件を満たす場合、または（２）前記信号生成手段からの出力の最小値が前記第１しきい値を補正した第３しきい値より小さくかつ最大値が前記第２しきい値を補正した第４しきい値より大きい条件を満たす場合、これらの出力をフォーカスエラー信号と判断するサーチ手段と、
前記サーチ手段によってフォーカスエラー信号と判断されない場合に、前記記憶手段に記憶されている出力の最小値より大きい前記第３しきい値およびこの出力の最大値より小さい前記第４しきい値を設定して前記サーチ手段に再度フォーカスエラー信号の判断を命令する再判断決定手段と、
前記測定面が前記対物レンズの焦点に位置するように前記対物レンズをその光軸に沿って移動させる制御を、フォーカスエラー信号と判断されたことに基づいて実行する移動制御手段と
を備えたことを特徴とするフォーカシング制御装置。
【請求項２】
前記再判断決定手段は、前記信号生成手段からの出力の最小値および最大値に基づくフォーカスエラー信号の振幅中心値を算出するとともにこの振幅中心値の基準電圧値からのオフセット量を算出し、オフセット量がある場合はこのオフセット量をそれぞれ前記第１しきい値および第２しきい値に加えて前記第３しきい値および第４しきい値を設定する
ことを特徴とする請求項１記載のフォーカシング制御装置。
【請求項３】
前記サーチ手段は、再度フォーカスエラー信号の判断がなされた場合、前記第１しきい値の大きさを前記第３しきい値の大きさと同じになるように変更し、かつ前記第２しきい値の大きさを前記第４しきい値の大きさと同じになるように変更し、それ以降の判断においては変更した第１しきい値および第２しきい値を用いる
ことを特徴とする請求項１または２記載のフォーカシング制御装置。
【請求項４】
測定面上の測定すべき測定ポイントを入力する入力手段と、
前記入力手段を用いて入力された前記測定ポイントとの距離を変位量として非接触に検出する、請求項１〜３のいずれか１項記載のフォーカシング制御装置を含む光学式変位計と
を備えたことを特徴とする非接触測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１５１７５４（Ｐ２０１０−１５１７５４Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３２８９２（Ｐ２００８−３３２８９２）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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