形状測定装置とその測定圧制御方法
【課題】 形状測定装置におけるスタイラスの測定圧を任意の値に容易かつ正確に設定でき、さらに測定速度や傾斜角によるフォーカスサーボの追従遅れを小さくし、測定圧の変化の小さい測定を実現する。
【解決手段】 測定圧目標値設定手段４５と、フォーカス誤差目標値生成手段４６とを備え、フォーカス制御ＯＦＦ時のフォーカス誤差信号と測定圧の目標値からフォーカス誤差信号の目標値を設定した後、フォーカス制御をＯＮすることにより、フォーカス制御ＯＦＦ時の対物レンズと基準ミラー面の距離を変えずに測定圧を変更できるようにした。
【解決手段】 測定圧目標値設定手段４５と、フォーカス誤差目標値生成手段４６とを備え、フォーカス制御ＯＦＦ時のフォーカス誤差信号と測定圧の目標値からフォーカス誤差信号の目標値を設定した後、フォーカス制御をＯＮすることにより、フォーカス制御ＯＦＦ時の対物レンズと基準ミラー面の距離を変えずに測定圧を変更できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズなどの形状を高精度に測定する形状測定装置とその測定圧制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の三次元測定用の形状測定装置における測定圧制御装置としては、一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた可動部Ａと、エアー軸受けにより可動部Ａと移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、光源からの光をミラー面に向けて照射し、ミラー面による反射光から可動部Ａと可動部Ｂの相対位置を測定する相対位置測定手段と、スタイラスが被測定面を走査し、被測定面の移動方向の変化に伴って移動方向に動く時、相対位置測定手段から得られた可動部Ａと可動部Ｂの相対位置が一定になるように可動部Ｂを移動方向に駆動する手段を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記特許文献１に記載されたフォーカスサーボ系の機構を、図２を参照して詳しく説明する。Ｚ方向に移動可能なフォーカス制御機構１５において半導体レーザ１から発したレーザ光Ｇはコリメートレンズ２、偏光ビームスプリッタ３、λ／４波長板４を透過した後、ダイクロイックミラー５を反射し、対物レンズ６によってスタイラス７の上面に取り付けられたミラー面２３上に集光する。対物レンズ６に戻ったレーザ光Ｇの反射光はダイクロイックミラー５及び偏光ビームスプリッタ３を全反射し、レンズ８で集光されてハーフミラー９で２つに分離され、ピンホール１０ａ、１０ｂを通過し、２つの光検出器１１ａ、１１ｂで受光される。２つの光検出器１１ａ、１１ｂの出力はフォーカス誤差信号発生部１２によりフォーカス誤差信号となり、サーボ回路１３によってこのフォーカス誤差信号がゼロとなるようにリニアモータ１４を制御し、スタイラス７とフォーカス制御機構１５の相対位置を一定にするように構成されている。なお、フォーカス制御機構１５を含むＺ移動部の自重分は渦巻きバネ１６により支持されている。
【０００４】
スタイラス７の上部には円筒状のスライド部２２が設けられ、スライド部２２はエアー供給部１８から供給されるエアーの吹き出し穴を有するガイド１９の内壁をエアースライドとしてＺ方向に可動である。スライド部２２の上部にはミラー面２３が固定され、スライド部２２、スタイラス７、ミラー面２３からなる可動部の重量はバネ２０によって支えられている。
【０００５】
スタイラス７の下端には各種の曲率半径を持つ針がついており、被測定面２１上を１０〜１００ｍｇという弱い測定圧で走査され、被測定面２１の形状に沿って上下するが、スタイラス７が上下するとフォーカス制御が働いてフォーカス制御機構１５全体が上下するのでミラー面２３上に常に対物レンズ６の焦点が合っている。Ｆｚは、発振周波数安定化ヘリウムネオンゼーマンレーザの光で、ミラー面２３に当たって反射し、レーザ測長器によってＺ座標を測定するためのものである。
【０００６】
図４は、対物レンズ６とミラー面２３との距離Ｌと各光検出器１１ａ、１１ｂで検出される信号との関係を示す図である。図４（ａ）は光検出器１１ａで検出される電流から変換された電圧Ｖ１に関するグラフで、図４（ｂ）は光検出器１１b で検出される電流から変換された電圧Ｖ２に関するグラフで、図４（ｃ）は電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の差電圧Ｖｅに関するグラフである。図４（ｃ）の曲線を、以下Ｓ字曲線と呼ぶ。このＳ字曲線の真中のＶｅ＝０の点がフォーカス位置であり、この位置にくるようにフォーカス制御がかけられる。フォーカスＯＦＦ時のＶｅが図４（ｃ）に示すＶ0 にある状態で、スタイラス７を被測定面２１に接触させるようにし、その状態でフォーカス制御をかけると、図４（ｃ）に示す押し込み量だけスタイラス７が押し込まれた状態になる。したがって、フォーカスＯＦＦ時の対物レンズ６とミラー面２３の距離を調整することにより、フォーカス制御時のスタイラス７の押し込み量、すなわち測定圧を自由に設定することができる。
【０００７】
Ｓ字曲線のリニアな領域は、フォーカス引き込み範囲と呼ばれるが、この範囲は数十μｍ程度であるのに対し、様々な形状の被測定物に対応するためには、対物レンズ６の可動範囲としては数十ｍｍ程度は必要なため、フォーカス引き込み範囲外では、フォーカス制御機構１５の位置を制御する必要がある。
【０００８】
そのため、フォーカス誤差信号発生部１２とサーボ回路１３を含めた従来の制御装置は、図８に示すように構成されている。フォーカス制御機構１５の位置制御を行うために、位置指令信号を出力するＺ位置指令出力手段４０と、フォーカス制御機構１５の位置を検出し実位置信号として出力する位置検出器４２と、位置指令信号と実位置信号との誤差を検出する減算器３７と、減算器３７から出力される位置誤差信号に基づき、リニアモータ１４に流す電流指令信号を出力するＺ位置制御回路３５と、Ｚ位置制御回路３５から出力される電流指令信号に基づき、リニアモータ１４に流れる電流を制御するＺ駆動回路３３が設けられている。
【０００９】
また、フォーカス制御を行うために、光検出器１１ａ、１１ｂで検出された光量に比例した電気信号を発生させるフォーカス信号１発生器２５及びフォーカス信号２発生器２６と、フォーカス信号１発生器２５から出力される信号とフォーカス信号２発生器２６から出力される信号との差をフォーカス誤差信号として出力するフォーカス誤差信号発生器２７と、フォーカス誤差信号の目標値をゼロとし、目標値とフォーカス誤差信号との誤差を検出する減算器４３と、減算器４３から出力される誤差信号がゼロになるようにリニアモータ１４に流す電流指令信号を出力するフォーカス制御回路３６とが設けられ、フォーカス制御回路３６から出力される電流指令信号は位置制御時と同じＺ駆動回路３３に入力される。なお、位置制御とフォーカス制御とを切り換えるために、Ｚ位置制御回路３５及びフォーカス制御回路３６とＺ駆動回路３３との間に切換スイッチ３４が設けられており、フォーカス制御ＯＮ／ＯＦＦ設定手段４１により切り換えられる。
【００１０】
スタイラス７を被測定面２１に沿って走査させるために、フォーカス制御機構１５はＸ−Ｙ駆動機構２８により、Ｘ方向及びＹ方向に駆動される。Ｘ方向については、Ｘ位置指令出力手段３８から出力されるＸ位置指令に基づき、Ｘ駆動回路３１によりＸパルスモータ２９が駆動される。Ｙ方向についても同様に、Ｙ位置指令出力手段３９から出力されるＹ位置指令に基づき、Ｙ駆動回路３２によりＹパルスモータ３０が駆動される。
【特許文献１】特許第３０００８１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のような従来の三次元測定用の形状測定装置においては、測定圧を一定にするために、被測定面２１にスタイラス７を接触させるとともにその状態で対物レンズ６とミラー面２３の距離をフォーカス位置よりも一定量だけずらせておくことにより、フォーカスサーボ時にスタイラス７をフォーカス位置まで押し込むように制御するので、最初に対物レンズ６とミラー面２３の距離を一定の値に合わせこむための調整が難しいという課題を有していた。また、測定圧を変えるためには、対物レンズ６とミラー面２３の距離を変えなければならないという課題を有していた。また、押し込み量が一定になるようにフィードバック制御を行うため、高速で下りの傾斜のきつい面を走査する時には、追従遅れにより、プローブが測定面から離れてしまい、高速で上りの傾斜のきつい面を走査する時には、追従遅れにより、押し込み量が設定値よりも大きくなってしまうという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、測定圧を任意の値に容易かつ正確に設定でき、さらに測定速度や傾斜角によるフォーカスサーボの追従遅れを小さくし、測定圧の変化の小さい測定を実現できる形状測定装置とその測定圧制御方法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】
【００１３】
本発明の請求項１に記載の形状測定装置は、一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光をミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂとの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、測定圧の目標値を設定する手段と、設定された測定圧の目標値に対してフォーカス誤差信号の目標値を設定する手段と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号が目標値となるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の形状測定装置の測定圧制御方法は、上記形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態でのフォーカス誤差信号と測定圧の目標値とからフォーカス誤差信号の目標値を計算して設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続するものである。
【００１５】
以上の構成によれば、対物レンズとミラーの距離を変えずに、測定圧を任意の値に容易かつ正確に設定することができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の形状測定装置は、一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光を前記ミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂとの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、測定圧の目標値を設定する手段と、設定された測定圧の目標値に対してフォーカス誤差信号の目標値を設定する手段と、可動部Ｂの上下方向の速度を検出する速度検出器と、速度検出器で検出された速度に応じてフォーカス誤差信号の目標値を変更する手段と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号が前記目標値となるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたものである。
【００１７】
また、請求項５に記載の形状測定装置の測定圧制御方法は、上記形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態でのフォーカス誤差信号と測定圧の目標値とからフォーカス誤差信号の目標値を計算して設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続し、可動部Ｂの上下方向の速度が変化した時、フォーカス誤差信号の目標値を変更するものである。
【００１８】
以上の構成によれば、測定速度や傾斜角によるフォーカスサーボの追従遅れを小さくし、測定圧の変化の小さい測定を行うことができる。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の形状測定装置は、一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光を前記ミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂとの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、レーザ光をミラー面に集光させるための対物レンズを上下方向に移動させるレンズ上下機構と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号がゼロとなるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたものである。
【００２０】
また、請求項６に記載の形状測定装置の測定圧制御方法は、上記形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態で対物レンズを上下させることによりフォーカス誤差信号を任意の値に設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続するものである。
【００２１】
以上の構成によれば、スタイラスを付け替えた時に、対物レンズとミラー面の距離を容易に調整することができ、測定圧を正確に設定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の形状測定装置とその測定圧制御方法によれば、対物レンズとミラー面の距離の調整を容易に行うことができる。また、対物レンズとミラー面の距離を変更しなくても、測定圧を任意の値に設定することができる。また、速い測定速度で高傾斜のところを走査した場合にも、測定圧の変動を小さくすることができ、高精度な測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。図１は、本実施形態における三次元測定用の形状測定装置の制御構成を示すブロック図である。図１において、図８と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、主として本実施形態における相違点について説明する。また、図２は本実施形態におけるフォーカス制御系の構造図であり、また図４も本実施形態における２つの光検出器で検出される信号を示す波形図であり、先の従来例と共通であるのでその説明を援用する。
【００２４】
図１において、測定圧目標値設定手段４５により測定圧の目標値が設定され、フォーカス誤差目標値生成手段４６に与えられる。測定前は、スタイラス７が被測定面２１から離れており、切換スイッチ３４が実線の位置にあり、位置制御が行われており、フォーカスＯＦＦの状態であるが、この状態でのフォーカス誤差信号発生器２７から出力されるフォーカス誤差信号がフォーカス誤差目標値生成手段４６に入力される。フォーカス誤差目標値生成手段４６は上記測定圧の目標値とフォーカス誤差信号からフォーカス誤差の目標値を計算して減算器４３へ出力する。
【００２５】
その計算方法を図５を用いて説明する。フォーカスＯＦＦ時のフォーカス誤差電圧ＶｅがＶ0 であったとする。まず、設定された測定圧の目標値から、その測定圧になる押し込み量を計算する。測定圧と押し込み量はほぼ比例関係にあるので、あらかじめその比例式を求めておき、設定された測定圧に対する押し込み量を計算する。もし、測定圧をより正確に設定するためには、単純な比例式ではなく、高次の近似式で表してもよい。このようにして計算された押し込み量の目標値が押し込み量Ａであったとすると、図５より、フォーカス位置Ａになるようにフォーカス制御をかければよいので、フォーカス誤差信号Ｖｅの目標値はＶａとなる。また、押し込み量の目標値が押し込み量Ｂであったとすると、図５より、フォーカス位置Ｂになるようにフォーカス制御をかければよいので、フォーカス誤差信号Ｖｅの目標値はＶｂとなる。以上のように、測定圧の目標値に応じて、フォーカス誤差目標値生成手段４６からの出力が決定される。
【００２６】
ただし、測定圧目標値設定手段４５とフォーカス誤差目標値生成手段４６により、測定圧を任意の値に設定するためには、図５におけるフォーカスＯＦＦ時の位置がＳ字曲線の最小値と最大値の間に入っている必要がある。したがって、フォーカスＯＦＦ時の対物レンズ６とミラー面２３の距離をある程度調整する必要がある。
【００２７】
図３は、本実施形態における対物レンズ６の上下機構の構造図である。図３は、図２における対物レンズ６とミラー面２３の部分を拡大した図であり、従来の構造に対し、対物レンズ上下機構１７とハンドル２４が追加されている。ハンドル２４を回すと、対物レンズ上下機構１７により、対物レンズ６が上方向または下方向に移動する。測定前は、スタイラス７が被測定面２１から離れており、切換スイッチ３４が実線の位置にあり、位置制御が行われており、フォーカスＯＦＦの状態であるが、この状態でのフォーカス誤差信号発生器２７から出力されるフォーカス誤差電圧を観察しながら、ハンドル２４を回して、対物レンズ６の位置を調整する。なお、図８の従来の制御構成に、この対物レンズ上下機構１７を適用することもできる。すなわち、従来の制御構成ではフォーカス誤差の目標値がゼロであるので、フォーカスＯＦＦ時のフォーカス誤差信号をハンドル２４を回して調整することにより、測定圧を設定することができる。
【００２８】
図６は、従来の測定圧制御方法で、高速に高傾斜のものを測定した場合の実際の測定圧の変化の一例を示す波形図である。下り方向では、フォーカス制御の追従遅れのため、実際の測定圧は設定値よりも小さくなり、上り方向では、フォーカス制御の追従遅れのため、実際の測定圧は設定値よりも大きくなる。そこで、本実施形態では、実際の測定圧をできる限り設定値に近づけるために、図１において、位置検出器４２で検出されるフォーカス制御機構１５の位置を速度検出器４４に入力し、一定時間における位置変化より速度を計算し、フォーカス誤差目標値生成手段４６に入力する。また、フォーカス誤差目標値生成手段４６には、あらかじめ、速度に対するフォーカス誤差目標値の補正量を設定しておく。フォーカス誤差目標値生成手段４６は、速度検出器４４で検出された速度に応じて、フォーカス誤差目標値を補正して出力する。図７は、この動作の効果を図で表したものであり、フォーカス誤差電圧の目標値と測定圧の変化の一例を示す波形図である。このように、フォーカス制御の追従遅れを補正するようにフォーカス誤差電圧の目標値を変化させるため、実際の測定圧と設定値との差を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の形状測定装置とその測定圧制御方法は、対物レンズとミラー面の距離の調整を容易に行うことができ、また、対物レンズとミラー面の距離を変更しなくても、測定圧を任意の値に設定することができ、また、速い測定速度で高傾斜のところを走査した場合にも、測定圧の変動を小さくすることができ、高精度な測定を行うことができるという効果を有し、レンズなどの形状を高精度に測定する三次元形状測定装置の測定圧の制御に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態における制御構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態におけるフォーカス制御系の構造図である。
【図３】同実施形態における対物レンズの上下機構の構造図である。
【図４】同実施形態における２つの光検出器で検出される信号を示す波形図である。
【図５】同実施形態におけるフォーカス誤差電圧と測定圧の関係を示す波形図である。
【図６】従来例での測定圧制御方法での測定圧の変化の一例を示す波形図である。
【図７】同実施形態におけるフォーカス誤差電圧の目標値と測定圧の変化の一例を示す波形図である。
【図８】従来例の制御構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｇ レーザ光
６ 対物レンズ
７ スタイラス
８ レンズ
９ ハーフミラー
１１ａ、１１ｂ 光検出器
１５ フォーカス制御機構（可動部Ｂ）
１６ 渦巻きバネ
１７ 対物レンズ上下機構
２１ 被測定面
２２ スライド部（可動部Ａ）
２３ ミラー面
２７ フォーカス誤差信号発生器
３３ Ｚ駆動回路
３４ 切換スイッチ
３５ Ｚ位置制御回路
３６ フォーカス制御回路
４０ Ｚ位置指令出力手段
４２ 位置検出器
４５ 測定圧目標値設定手段
４６ フォーカス誤差目標値生成手段
【技術分野】
【０００１】
本発明はレンズなどの形状を高精度に測定する形状測定装置とその測定圧制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の三次元測定用の形状測定装置における測定圧制御装置としては、一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた可動部Ａと、エアー軸受けにより可動部Ａと移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、光源からの光をミラー面に向けて照射し、ミラー面による反射光から可動部Ａと可動部Ｂの相対位置を測定する相対位置測定手段と、スタイラスが被測定面を走査し、被測定面の移動方向の変化に伴って移動方向に動く時、相対位置測定手段から得られた可動部Ａと可動部Ｂの相対位置が一定になるように可動部Ｂを移動方向に駆動する手段を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記特許文献１に記載されたフォーカスサーボ系の機構を、図２を参照して詳しく説明する。Ｚ方向に移動可能なフォーカス制御機構１５において半導体レーザ１から発したレーザ光Ｇはコリメートレンズ２、偏光ビームスプリッタ３、λ／４波長板４を透過した後、ダイクロイックミラー５を反射し、対物レンズ６によってスタイラス７の上面に取り付けられたミラー面２３上に集光する。対物レンズ６に戻ったレーザ光Ｇの反射光はダイクロイックミラー５及び偏光ビームスプリッタ３を全反射し、レンズ８で集光されてハーフミラー９で２つに分離され、ピンホール１０ａ、１０ｂを通過し、２つの光検出器１１ａ、１１ｂで受光される。２つの光検出器１１ａ、１１ｂの出力はフォーカス誤差信号発生部１２によりフォーカス誤差信号となり、サーボ回路１３によってこのフォーカス誤差信号がゼロとなるようにリニアモータ１４を制御し、スタイラス７とフォーカス制御機構１５の相対位置を一定にするように構成されている。なお、フォーカス制御機構１５を含むＺ移動部の自重分は渦巻きバネ１６により支持されている。
【０００４】
スタイラス７の上部には円筒状のスライド部２２が設けられ、スライド部２２はエアー供給部１８から供給されるエアーの吹き出し穴を有するガイド１９の内壁をエアースライドとしてＺ方向に可動である。スライド部２２の上部にはミラー面２３が固定され、スライド部２２、スタイラス７、ミラー面２３からなる可動部の重量はバネ２０によって支えられている。
【０００５】
スタイラス７の下端には各種の曲率半径を持つ針がついており、被測定面２１上を１０〜１００ｍｇという弱い測定圧で走査され、被測定面２１の形状に沿って上下するが、スタイラス７が上下するとフォーカス制御が働いてフォーカス制御機構１５全体が上下するのでミラー面２３上に常に対物レンズ６の焦点が合っている。Ｆｚは、発振周波数安定化ヘリウムネオンゼーマンレーザの光で、ミラー面２３に当たって反射し、レーザ測長器によってＺ座標を測定するためのものである。
【０００６】
図４は、対物レンズ６とミラー面２３との距離Ｌと各光検出器１１ａ、１１ｂで検出される信号との関係を示す図である。図４（ａ）は光検出器１１ａで検出される電流から変換された電圧Ｖ１に関するグラフで、図４（ｂ）は光検出器１１b で検出される電流から変換された電圧Ｖ２に関するグラフで、図４（ｃ）は電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の差電圧Ｖｅに関するグラフである。図４（ｃ）の曲線を、以下Ｓ字曲線と呼ぶ。このＳ字曲線の真中のＶｅ＝０の点がフォーカス位置であり、この位置にくるようにフォーカス制御がかけられる。フォーカスＯＦＦ時のＶｅが図４（ｃ）に示すＶ0 にある状態で、スタイラス７を被測定面２１に接触させるようにし、その状態でフォーカス制御をかけると、図４（ｃ）に示す押し込み量だけスタイラス７が押し込まれた状態になる。したがって、フォーカスＯＦＦ時の対物レンズ６とミラー面２３の距離を調整することにより、フォーカス制御時のスタイラス７の押し込み量、すなわち測定圧を自由に設定することができる。
【０００７】
Ｓ字曲線のリニアな領域は、フォーカス引き込み範囲と呼ばれるが、この範囲は数十μｍ程度であるのに対し、様々な形状の被測定物に対応するためには、対物レンズ６の可動範囲としては数十ｍｍ程度は必要なため、フォーカス引き込み範囲外では、フォーカス制御機構１５の位置を制御する必要がある。
【０００８】
そのため、フォーカス誤差信号発生部１２とサーボ回路１３を含めた従来の制御装置は、図８に示すように構成されている。フォーカス制御機構１５の位置制御を行うために、位置指令信号を出力するＺ位置指令出力手段４０と、フォーカス制御機構１５の位置を検出し実位置信号として出力する位置検出器４２と、位置指令信号と実位置信号との誤差を検出する減算器３７と、減算器３７から出力される位置誤差信号に基づき、リニアモータ１４に流す電流指令信号を出力するＺ位置制御回路３５と、Ｚ位置制御回路３５から出力される電流指令信号に基づき、リニアモータ１４に流れる電流を制御するＺ駆動回路３３が設けられている。
【０００９】
また、フォーカス制御を行うために、光検出器１１ａ、１１ｂで検出された光量に比例した電気信号を発生させるフォーカス信号１発生器２５及びフォーカス信号２発生器２６と、フォーカス信号１発生器２５から出力される信号とフォーカス信号２発生器２６から出力される信号との差をフォーカス誤差信号として出力するフォーカス誤差信号発生器２７と、フォーカス誤差信号の目標値をゼロとし、目標値とフォーカス誤差信号との誤差を検出する減算器４３と、減算器４３から出力される誤差信号がゼロになるようにリニアモータ１４に流す電流指令信号を出力するフォーカス制御回路３６とが設けられ、フォーカス制御回路３６から出力される電流指令信号は位置制御時と同じＺ駆動回路３３に入力される。なお、位置制御とフォーカス制御とを切り換えるために、Ｚ位置制御回路３５及びフォーカス制御回路３６とＺ駆動回路３３との間に切換スイッチ３４が設けられており、フォーカス制御ＯＮ／ＯＦＦ設定手段４１により切り換えられる。
【００１０】
スタイラス７を被測定面２１に沿って走査させるために、フォーカス制御機構１５はＸ−Ｙ駆動機構２８により、Ｘ方向及びＹ方向に駆動される。Ｘ方向については、Ｘ位置指令出力手段３８から出力されるＸ位置指令に基づき、Ｘ駆動回路３１によりＸパルスモータ２９が駆動される。Ｙ方向についても同様に、Ｙ位置指令出力手段３９から出力されるＹ位置指令に基づき、Ｙ駆動回路３２によりＹパルスモータ３０が駆動される。
【特許文献１】特許第３０００８１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のような従来の三次元測定用の形状測定装置においては、測定圧を一定にするために、被測定面２１にスタイラス７を接触させるとともにその状態で対物レンズ６とミラー面２３の距離をフォーカス位置よりも一定量だけずらせておくことにより、フォーカスサーボ時にスタイラス７をフォーカス位置まで押し込むように制御するので、最初に対物レンズ６とミラー面２３の距離を一定の値に合わせこむための調整が難しいという課題を有していた。また、測定圧を変えるためには、対物レンズ６とミラー面２３の距離を変えなければならないという課題を有していた。また、押し込み量が一定になるようにフィードバック制御を行うため、高速で下りの傾斜のきつい面を走査する時には、追従遅れにより、プローブが測定面から離れてしまい、高速で上りの傾斜のきつい面を走査する時には、追従遅れにより、押し込み量が設定値よりも大きくなってしまうという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、測定圧を任意の値に容易かつ正確に設定でき、さらに測定速度や傾斜角によるフォーカスサーボの追従遅れを小さくし、測定圧の変化の小さい測定を実現できる形状測定装置とその測定圧制御方法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】
【００１３】
本発明の請求項１に記載の形状測定装置は、一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光をミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂとの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、測定圧の目標値を設定する手段と、設定された測定圧の目標値に対してフォーカス誤差信号の目標値を設定する手段と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号が目標値となるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の形状測定装置の測定圧制御方法は、上記形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態でのフォーカス誤差信号と測定圧の目標値とからフォーカス誤差信号の目標値を計算して設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続するものである。
【００１５】
以上の構成によれば、対物レンズとミラーの距離を変えずに、測定圧を任意の値に容易かつ正確に設定することができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の形状測定装置は、一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光を前記ミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂとの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、測定圧の目標値を設定する手段と、設定された測定圧の目標値に対してフォーカス誤差信号の目標値を設定する手段と、可動部Ｂの上下方向の速度を検出する速度検出器と、速度検出器で検出された速度に応じてフォーカス誤差信号の目標値を変更する手段と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号が前記目標値となるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたものである。
【００１７】
また、請求項５に記載の形状測定装置の測定圧制御方法は、上記形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態でのフォーカス誤差信号と測定圧の目標値とからフォーカス誤差信号の目標値を計算して設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続し、可動部Ｂの上下方向の速度が変化した時、フォーカス誤差信号の目標値を変更するものである。
【００１８】
以上の構成によれば、測定速度や傾斜角によるフォーカスサーボの追従遅れを小さくし、測定圧の変化の小さい測定を行うことができる。
【００１９】
本発明の請求項３に記載の形状測定装置は、一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光を前記ミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂとの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、レーザ光をミラー面に集光させるための対物レンズを上下方向に移動させるレンズ上下機構と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号がゼロとなるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたものである。
【００２０】
また、請求項６に記載の形状測定装置の測定圧制御方法は、上記形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態で対物レンズを上下させることによりフォーカス誤差信号を任意の値に設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続するものである。
【００２１】
以上の構成によれば、スタイラスを付け替えた時に、対物レンズとミラー面の距離を容易に調整することができ、測定圧を正確に設定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の形状測定装置とその測定圧制御方法によれば、対物レンズとミラー面の距離の調整を容易に行うことができる。また、対物レンズとミラー面の距離を変更しなくても、測定圧を任意の値に設定することができる。また、速い測定速度で高傾斜のところを走査した場合にも、測定圧の変動を小さくすることができ、高精度な測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。図１は、本実施形態における三次元測定用の形状測定装置の制御構成を示すブロック図である。図１において、図８と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、主として本実施形態における相違点について説明する。また、図２は本実施形態におけるフォーカス制御系の構造図であり、また図４も本実施形態における２つの光検出器で検出される信号を示す波形図であり、先の従来例と共通であるのでその説明を援用する。
【００２４】
図１において、測定圧目標値設定手段４５により測定圧の目標値が設定され、フォーカス誤差目標値生成手段４６に与えられる。測定前は、スタイラス７が被測定面２１から離れており、切換スイッチ３４が実線の位置にあり、位置制御が行われており、フォーカスＯＦＦの状態であるが、この状態でのフォーカス誤差信号発生器２７から出力されるフォーカス誤差信号がフォーカス誤差目標値生成手段４６に入力される。フォーカス誤差目標値生成手段４６は上記測定圧の目標値とフォーカス誤差信号からフォーカス誤差の目標値を計算して減算器４３へ出力する。
【００２５】
その計算方法を図５を用いて説明する。フォーカスＯＦＦ時のフォーカス誤差電圧ＶｅがＶ0 であったとする。まず、設定された測定圧の目標値から、その測定圧になる押し込み量を計算する。測定圧と押し込み量はほぼ比例関係にあるので、あらかじめその比例式を求めておき、設定された測定圧に対する押し込み量を計算する。もし、測定圧をより正確に設定するためには、単純な比例式ではなく、高次の近似式で表してもよい。このようにして計算された押し込み量の目標値が押し込み量Ａであったとすると、図５より、フォーカス位置Ａになるようにフォーカス制御をかければよいので、フォーカス誤差信号Ｖｅの目標値はＶａとなる。また、押し込み量の目標値が押し込み量Ｂであったとすると、図５より、フォーカス位置Ｂになるようにフォーカス制御をかければよいので、フォーカス誤差信号Ｖｅの目標値はＶｂとなる。以上のように、測定圧の目標値に応じて、フォーカス誤差目標値生成手段４６からの出力が決定される。
【００２６】
ただし、測定圧目標値設定手段４５とフォーカス誤差目標値生成手段４６により、測定圧を任意の値に設定するためには、図５におけるフォーカスＯＦＦ時の位置がＳ字曲線の最小値と最大値の間に入っている必要がある。したがって、フォーカスＯＦＦ時の対物レンズ６とミラー面２３の距離をある程度調整する必要がある。
【００２７】
図３は、本実施形態における対物レンズ６の上下機構の構造図である。図３は、図２における対物レンズ６とミラー面２３の部分を拡大した図であり、従来の構造に対し、対物レンズ上下機構１７とハンドル２４が追加されている。ハンドル２４を回すと、対物レンズ上下機構１７により、対物レンズ６が上方向または下方向に移動する。測定前は、スタイラス７が被測定面２１から離れており、切換スイッチ３４が実線の位置にあり、位置制御が行われており、フォーカスＯＦＦの状態であるが、この状態でのフォーカス誤差信号発生器２７から出力されるフォーカス誤差電圧を観察しながら、ハンドル２４を回して、対物レンズ６の位置を調整する。なお、図８の従来の制御構成に、この対物レンズ上下機構１７を適用することもできる。すなわち、従来の制御構成ではフォーカス誤差の目標値がゼロであるので、フォーカスＯＦＦ時のフォーカス誤差信号をハンドル２４を回して調整することにより、測定圧を設定することができる。
【００２８】
図６は、従来の測定圧制御方法で、高速に高傾斜のものを測定した場合の実際の測定圧の変化の一例を示す波形図である。下り方向では、フォーカス制御の追従遅れのため、実際の測定圧は設定値よりも小さくなり、上り方向では、フォーカス制御の追従遅れのため、実際の測定圧は設定値よりも大きくなる。そこで、本実施形態では、実際の測定圧をできる限り設定値に近づけるために、図１において、位置検出器４２で検出されるフォーカス制御機構１５の位置を速度検出器４４に入力し、一定時間における位置変化より速度を計算し、フォーカス誤差目標値生成手段４６に入力する。また、フォーカス誤差目標値生成手段４６には、あらかじめ、速度に対するフォーカス誤差目標値の補正量を設定しておく。フォーカス誤差目標値生成手段４６は、速度検出器４４で検出された速度に応じて、フォーカス誤差目標値を補正して出力する。図７は、この動作の効果を図で表したものであり、フォーカス誤差電圧の目標値と測定圧の変化の一例を示す波形図である。このように、フォーカス制御の追従遅れを補正するようにフォーカス誤差電圧の目標値を変化させるため、実際の測定圧と設定値との差を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の形状測定装置とその測定圧制御方法は、対物レンズとミラー面の距離の調整を容易に行うことができ、また、対物レンズとミラー面の距離を変更しなくても、測定圧を任意の値に設定することができ、また、速い測定速度で高傾斜のところを走査した場合にも、測定圧の変動を小さくすることができ、高精度な測定を行うことができるという効果を有し、レンズなどの形状を高精度に測定する三次元形状測定装置の測定圧の制御に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態における制御構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態におけるフォーカス制御系の構造図である。
【図３】同実施形態における対物レンズの上下機構の構造図である。
【図４】同実施形態における２つの光検出器で検出される信号を示す波形図である。
【図５】同実施形態におけるフォーカス誤差電圧と測定圧の関係を示す波形図である。
【図６】従来例での測定圧制御方法での測定圧の変化の一例を示す波形図である。
【図７】同実施形態におけるフォーカス誤差電圧の目標値と測定圧の変化の一例を示す波形図である。
【図８】従来例の制御構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｇ レーザ光
６ 対物レンズ
７ スタイラス
８ レンズ
９ ハーフミラー
１１ａ、１１ｂ 光検出器
１５ フォーカス制御機構（可動部Ｂ）
１６ 渦巻きバネ
１７ 対物レンズ上下機構
２１ 被測定面
２２ スライド部（可動部Ａ）
２３ ミラー面
２７ フォーカス誤差信号発生器
３３ Ｚ駆動回路
３４ 切換スイッチ
３５ Ｚ位置制御回路
３６ フォーカス制御回路
４０ Ｚ位置指令出力手段
４２ 位置検出器
４５ 測定圧目標値設定手段
４６ フォーカス誤差目標値生成手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光をミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、測定圧の目標値を設定する手段と、設定された測定圧の目標値に対してフォーカス誤差信号の目標値を設定する手段と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号が目標値となるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光をミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、測定圧の目標値を設定する手段と、設定された測定圧の目標値に対してフォーカス誤差信号の目標値を設定する手段と、可動部Ｂの上下方向の速度を検出する速度検出器と、速度検出器で検出された速度に応じてフォーカス誤差信号の目標値を変更する手段と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号が目標値となるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光をミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、レーザ光をミラー面に集光させるための対物レンズを上下方向に移動させるレンズ上下機構と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号がゼロとなるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態でのフォーカス誤差信号と測定圧の目標値とからフォーカス誤差信号の目標値を計算して設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続することを特徴とする形状測定装置の測定圧制御方法。
【請求項５】
請求項２記載の形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態でのフォーカス誤差信号と測定圧の目標値とからフォーカス誤差信号の目標値を計算して設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続し、可動部Ｂの上下方向の速度が変化した時、フォーカス誤差信号の目標値を変更することを特徴とする形状測定装置の測定圧制御方法。
【請求項６】
請求項３記載の形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態で対物レンズを上下させることによりフォーカス誤差信号を任意の値に設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続することを特徴とする形状測定装置の測定圧制御方法。
【請求項１】
一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光をミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、測定圧の目標値を設定する手段と、設定された測定圧の目標値に対してフォーカス誤差信号の目標値を設定する手段と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号が目標値となるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光をミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、測定圧の目標値を設定する手段と、設定された測定圧の目標値に対してフォーカス誤差信号の目標値を設定する手段と、可動部Ｂの上下方向の速度を検出する速度検出器と、速度検出器で検出された速度に応じてフォーカス誤差信号の目標値を変更する手段と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号が目標値となるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
一端にスタイラス、他端にミラー面を設けた上下方向に動作可能な可動部Ａと、可動部Ａと同方向に移動可能な状態で連結された可動部Ｂと、スタイラスを被測定物の面上を水平方向に走査させる時にレーザ光をミラー面に照射し、レーザ光の焦点が常にミラー面に合うように可動部Ｂを駆動することにより、可動部Ａと可動部Ｂの相対位置を一定に制御する相対位置制御手段とを有する形状測定装置において、レーザ光のミラー面での反射光を２つの光検出器に導き、２つの光検出器で検出する光量の差からフォーカス誤差信号が得られるように構成されたフォーカス誤差信号検出手段と、レーザ光をミラー面に集光させるための対物レンズを上下方向に移動させるレンズ上下機構と、可動部Ｂを駆動するフォーカス制御機構駆動手段と、フォーカス誤差信号がゼロとなるようにフォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御するフォーカス制御回路部と、可動部Ｂの絶対的な位置を検出する位置検出器と、可動部Ｂの目標位置を指令するための位置指令信号を生成する位置指令生成器と、位置検出器からの実位置信号と位置指令生成器からの位置指令信号とが等しくなるように、フォーカス制御機構駆動手段により可動部Ｂの位置を制御する位置制御回路部と、フォーカス制御機構駆動手段に位置制御回路部とフォーカス制御回路部とを切り換え接続する切換スイッチとを備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態でのフォーカス誤差信号と測定圧の目標値とからフォーカス誤差信号の目標値を計算して設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続することを特徴とする形状測定装置の測定圧制御方法。
【請求項５】
請求項２記載の形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態でのフォーカス誤差信号と測定圧の目標値とからフォーカス誤差信号の目標値を計算して設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続し、可動部Ｂの上下方向の速度が変化した時、フォーカス誤差信号の目標値を変更することを特徴とする形状測定装置の測定圧制御方法。
【請求項６】
請求項３記載の形状測定装置において、切換スイッチを位置制御回路部に接続した状態で対物レンズを上下させることによりフォーカス誤差信号を任意の値に設定した後、切換スイッチをフォーカス制御回路部に接続することを特徴とする形状測定装置の測定圧制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２３１２５（Ｐ２００６−２３１２５Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９９５４３（Ｐ２００４−１９９５４３）
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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