JP2000234907A - 変位傾斜測定装置 - Google Patents
変位傾斜測定装置Info
- Publication number
- JP2000234907A JP2000234907A JP11034773A JP3477399A JP2000234907A JP 2000234907 A JP2000234907 A JP 2000234907A JP 11034773 A JP11034773 A JP 11034773A JP 3477399 A JP3477399 A JP 3477399A JP 2000234907 A JP2000234907 A JP 2000234907A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light receiving
- source unit
- light beam
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成で測定対象物の所定領域の傾斜角
度と三次元位置とを併せて算出し、測定対象物の所定領
域に対するより高精度な測定を可能にする。 【解決手段】 第一光源部２からの第一光束Ｌ１と第二
光源部３からの第二光束Ｌ２とを測定対象物Ａに配設さ
れた反射部材１１で反射させた反射光を第一の受光素子
１２と第二の受光素子１３とにおいて各々受光してそれ
らの受光位置を検出する一方、反射部材１１に対してそ
の鉛直方向下方から出射する第三光束Ｌ３の反射光から
傾斜に関する傾斜角度情報を検出し、その傾斜角度情報
に基づいて測定対象物Ａの傾斜角度を算出し、また、各
受光素子１２，１３における受光位置と測定対象物Ａの
傾斜角度とに基づいて測定対象物Ａの三次元位置を算出
する。これにより、簡単な構成で測定対象物Ａの所定領
域の傾斜角度と三次元位置とが併せて算出されるととも
に、測定対象物Ａの所定領域に対するより高精度な測定
が可能になる。
度と三次元位置とを併せて算出し、測定対象物の所定領
域に対するより高精度な測定を可能にする。 【解決手段】 第一光源部２からの第一光束Ｌ１と第二
光源部３からの第二光束Ｌ２とを測定対象物Ａに配設さ
れた反射部材１１で反射させた反射光を第一の受光素子
１２と第二の受光素子１３とにおいて各々受光してそれ
らの受光位置を検出する一方、反射部材１１に対してそ
の鉛直方向下方から出射する第三光束Ｌ３の反射光から
傾斜に関する傾斜角度情報を検出し、その傾斜角度情報
に基づいて測定対象物Ａの傾斜角度を算出し、また、各
受光素子１２，１３における受光位置と測定対象物Ａの
傾斜角度とに基づいて測定対象物Ａの三次元位置を算出
する。これにより、簡単な構成で測定対象物Ａの所定領
域の傾斜角度と三次元位置とが併せて算出されるととも
に、測定対象物Ａの所定領域に対するより高精度な測定
が可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置
（ステッパ）のステージ等の傾斜角度や三次元位置を測
定する変位傾斜測定装置に関する。
（ステッパ）のステージ等の傾斜角度や三次元位置を測
定する変位傾斜測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体露光装置（ステッパ）等において
は、基板を載置して位置決めするステージの変位や傾斜
の状態を迅速に測定して微小な位置制御を行っている。
このようなステージの変位量及び傾斜量の測定・算出を
同時にすることができる装置の一例としては、特開平７
−３３２９５４号公報に記載された変位傾斜測定装置が
ある。ここで、図１１は従来の変位傾斜測定装置の一例
を示す斜視図である。図１１に示すように、この特開平
７−３３２９５４号公報に記載された変位傾斜測定装置
１００は、所定の角度を有して設けられた２つの光源１
０１，１０２からそれぞれ光ビームを測定領域に照射
し、測定領域でのこれらの光ビームの各反射光を個別に
受ける光センサ１０３，１０４を所定の位置に設置し
て、各光センサ１０３，１０４に入射する光スポットの
受光位置情報に基づいて演算処理部１０５において測定
領域の変位量及び傾斜量を算出するものである。
は、基板を載置して位置決めするステージの変位や傾斜
の状態を迅速に測定して微小な位置制御を行っている。
このようなステージの変位量及び傾斜量の測定・算出を
同時にすることができる装置の一例としては、特開平７
−３３２９５４号公報に記載された変位傾斜測定装置が
ある。ここで、図１１は従来の変位傾斜測定装置の一例
を示す斜視図である。図１１に示すように、この特開平
７−３３２９５４号公報に記載された変位傾斜測定装置
１００は、所定の角度を有して設けられた２つの光源１
０１，１０２からそれぞれ光ビームを測定領域に照射
し、測定領域でのこれらの光ビームの各反射光を個別に
受ける光センサ１０３，１０４を所定の位置に設置し
て、各光センサ１０３，１０４に入射する光スポットの
受光位置情報に基づいて演算処理部１０５において測定
領域の変位量及び傾斜量を算出するものである。
【０００３】また、物体の変位量及び傾斜量の測定・算
出を同時にすることができる装置の他の一例としては、
特開平８−２４０４０８号公報に記載された変位センサ
がある。ここで、図１２は従来の変位センサの一例を示
す斜視図である。図１２に示すように、この特開平８−
２４０４０８号公報に記載された変位センサ２００は、
変位測定用光源２０１から光ビームを出射し、この出射
された光ビームをダイクロイックミラー２０２を透過さ
せた後に集光レンズ２０３で集光してから測定領域に照
射する。また、測定領域からの反射光を集光レンズ２０
４で集光し、ダイクロイックミラー２０５を透過させた
後に変位測定用受光素子２０６に光スポットとして結像
させ、その結像位置に基づいて測定領域の移動量を算出
する。一方、変位測定用光源２０１から出射される光ビ
ームとは波長が異なる光ビームを傾斜測定用光源２０７
から出射し、この出射された光ビームをダイクロイック
ミラー２０２で反射させた後に集光レンズ２０３で集光
してから測定領域に照射する。また、測定領域からの反
射光を集光レンズ２０４で集光し、ダイクロイックミラ
ー２０５で反射させた後に傾斜測定用受光素子２０８に
光スポットとして結像させ、その結像位置に基づいて測
定領域の傾斜量を算出する。加えて、この変位センサ２
００は、これらの測定領域の移動量と測定領域の傾斜量
とに基づいて測定領域の変位量を算出するものである。
出を同時にすることができる装置の他の一例としては、
特開平８−２４０４０８号公報に記載された変位センサ
がある。ここで、図１２は従来の変位センサの一例を示
す斜視図である。図１２に示すように、この特開平８−
２４０４０８号公報に記載された変位センサ２００は、
変位測定用光源２０１から光ビームを出射し、この出射
された光ビームをダイクロイックミラー２０２を透過さ
せた後に集光レンズ２０３で集光してから測定領域に照
射する。また、測定領域からの反射光を集光レンズ２０
４で集光し、ダイクロイックミラー２０５を透過させた
後に変位測定用受光素子２０６に光スポットとして結像
させ、その結像位置に基づいて測定領域の移動量を算出
する。一方、変位測定用光源２０１から出射される光ビ
ームとは波長が異なる光ビームを傾斜測定用光源２０７
から出射し、この出射された光ビームをダイクロイック
ミラー２０２で反射させた後に集光レンズ２０３で集光
してから測定領域に照射する。また、測定領域からの反
射光を集光レンズ２０４で集光し、ダイクロイックミラ
ー２０５で反射させた後に傾斜測定用受光素子２０８に
光スポットとして結像させ、その結像位置に基づいて測
定領域の傾斜量を算出する。加えて、この変位センサ２
００は、これらの測定領域の移動量と測定領域の傾斜量
とに基づいて測定領域の変位量を算出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−３３２９５４号公報に記載された変位傾斜測定装置
１００によれば、演算処理部１０５における測定領域の
変位量及び傾斜量を光路長に基づいて算出しているため
に、測定対象物毎に光路長を予め測定等しておく必要が
あるので、汎用性や実用性に問題がある。
７−３３２９５４号公報に記載された変位傾斜測定装置
１００によれば、演算処理部１０５における測定領域の
変位量及び傾斜量を光路長に基づいて算出しているため
に、測定対象物毎に光路長を予め測定等しておく必要が
あるので、汎用性や実用性に問題がある。
【０００５】また、特開平７−３３２９５４号公報に記
載された変位傾斜測定装置１００や特開平８−２４０４
０８号公報に記載された変位センサ２００によれば、測
定領域の変位量を算出することができる変位方向は一方
向のみであり、三次元方向について算出することはでき
ないという問題がある。
載された変位傾斜測定装置１００や特開平８−２４０４
０８号公報に記載された変位センサ２００によれば、測
定領域の変位量を算出することができる変位方向は一方
向のみであり、三次元方向について算出することはでき
ないという問題がある。
【０００６】さらに、原理的に測定対象物の測定領域は
光ビームの光スポットが基準になるため、並進運動によ
って測定領域は変化してしまうことになり、測定対象物
の三次元的な動きが正確に測定できないという問題もあ
る。
光ビームの光スポットが基準になるため、並進運動によ
って測定領域は変化してしまうことになり、測定対象物
の三次元的な動きが正確に測定できないという問題もあ
る。
【０００７】本発明の目的は、簡単な構成で測定対象物
の所定領域の傾斜角度と三次元位置とを併せて算出する
ことができ、測定対象物の所定領域に対するより高精度
な測定をすることができる変位傾斜測定装置を得ること
である。
の所定領域の傾斜角度と三次元位置とを併せて算出する
ことができ、測定対象物の所定領域に対するより高精度
な測定をすることができる変位傾斜測定装置を得ること
である。
【０００８】本発明の目的は、小型・軽量な変位傾斜測
定装置を得ることである。
定装置を得ることである。
【０００９】本発明の目的は、反射部材の六軸方向の三
次元位置を算出することができる変位傾斜測定装置を得
ることである。
次元位置を算出することができる変位傾斜測定装置を得
ることである。
【００１０】本発明の目的は、測定対象物の所定領域の
三次元位置の変位量に影響されることなく、測定対象物
の所定領域の傾斜角度のみを単独で算出することができ
る変位傾斜測定装置を得ることである。
三次元位置の変位量に影響されることなく、測定対象物
の所定領域の傾斜角度のみを単独で算出することができ
る変位傾斜測定装置を得ることである。
【００１１】本発明の目的は、光量分布の変動に伴う重
心位置の変動誤差によるスポット位置情報の検出制度の
劣化を低減することができる変位傾斜測定装置を得るこ
とである。
心位置の変動誤差によるスポット位置情報の検出制度の
劣化を低減することができる変位傾斜測定装置を得るこ
とである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
鏡面反射性を有する測定対象物の所定領域に対して少な
くとも二以上の光束を出射し、各反射光を複数の受光素
子でそれぞれ受光して各反射光の受光位置を検出し、一
の前記受光素子で検出した反射光の受光位置に基づいて
測定対象物の所定領域の傾斜角度を算出するとともに、
少なくとも一以上の他の前記受光素子において検出した
反射光の受光位置と算出された前記傾斜角度とに基づい
て測定対象物の所定領域の三次元位置を算出する。
鏡面反射性を有する測定対象物の所定領域に対して少な
くとも二以上の光束を出射し、各反射光を複数の受光素
子でそれぞれ受光して各反射光の受光位置を検出し、一
の前記受光素子で検出した反射光の受光位置に基づいて
測定対象物の所定領域の傾斜角度を算出するとともに、
少なくとも一以上の他の前記受光素子において検出した
反射光の受光位置と算出された前記傾斜角度とに基づい
て測定対象物の所定領域の三次元位置を算出する。
【００１３】したがって、鏡面反射性を有する測定対象
物の所定領域に対して少なくとも二以上の光束がそれぞ
れ出射される。測定対象物の所定領域で反射された各光
束は、複数の受光素子でそれぞれ受光されて各受光位置
が検出される。測定対象物の所定領域の傾斜角度が一の
受光素子で検出された反射光の受光位置に基づいて算出
され、その傾斜角度と少なくとも一以上の他の受光素子
において検出された反射光の受光位置とに基づいて測定
対象物の所定領域の三次元位置が算出される。これによ
り、簡単な構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三
次元位置とが併せて算出されるので、測定対象物の所定
領域に対するより高精度な測定が可能になる。
物の所定領域に対して少なくとも二以上の光束がそれぞ
れ出射される。測定対象物の所定領域で反射された各光
束は、複数の受光素子でそれぞれ受光されて各受光位置
が検出される。測定対象物の所定領域の傾斜角度が一の
受光素子で検出された反射光の受光位置に基づいて算出
され、その傾斜角度と少なくとも一以上の他の受光素子
において検出された反射光の受光位置とに基づいて測定
対象物の所定領域の三次元位置が算出される。これによ
り、簡単な構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三
次元位置とが併せて算出されるので、測定対象物の所定
領域に対するより高精度な測定が可能になる。
【００１４】請求項２記載の発明は、測定対象物の所定
領域に配設され、鏡面反射性を有する反射部材と、この
反射部材に対して第一光束を出射する第一光源部と、こ
の第一光源部と同一面上に設けられ、前記第一光源部か
ら出射される前記第一光束に対して所定の角度を有する
第二光束を前記反射部材に対して出射する第二光源部
と、前記反射部材で反射された前記第一光束を受光して
その受光位置を検出する第一の受光素子と、この第一の
受光素子と同一面上に設けられ、前記反射部材で反射さ
れた前記第二光束を受光してその受光位置を検出する第
二の受光素子と、前記反射部材上に位置する前記第一光
束と前記第二光束との交点に対し、その鉛直方向下方か
ら第三光束を出射する第三光源部と、前記反射部材で反
射された前記第三光束の光路上に設けられ、その第三光
束から前記測定対象物の所定領域の傾斜に関する傾斜角
度情報を検出する傾斜角度検出手段と、この傾斜角度検
出手段で検出された傾斜角度情報に基づいて前記測定対
象物の所定領域の傾斜角度を算出する角度演算手段と、
この角度演算手段で算出された傾斜角度と前記第一の受
光素子で検出された受光位置と前記第二の受光素子で検
出された受光位置とに基づいて前記測定対象物の所定領
域の三次元位置を算出する変位量演算手段と、を備え
る。
領域に配設され、鏡面反射性を有する反射部材と、この
反射部材に対して第一光束を出射する第一光源部と、こ
の第一光源部と同一面上に設けられ、前記第一光源部か
ら出射される前記第一光束に対して所定の角度を有する
第二光束を前記反射部材に対して出射する第二光源部
と、前記反射部材で反射された前記第一光束を受光して
その受光位置を検出する第一の受光素子と、この第一の
受光素子と同一面上に設けられ、前記反射部材で反射さ
れた前記第二光束を受光してその受光位置を検出する第
二の受光素子と、前記反射部材上に位置する前記第一光
束と前記第二光束との交点に対し、その鉛直方向下方か
ら第三光束を出射する第三光源部と、前記反射部材で反
射された前記第三光束の光路上に設けられ、その第三光
束から前記測定対象物の所定領域の傾斜に関する傾斜角
度情報を検出する傾斜角度検出手段と、この傾斜角度検
出手段で検出された傾斜角度情報に基づいて前記測定対
象物の所定領域の傾斜角度を算出する角度演算手段と、
この角度演算手段で算出された傾斜角度と前記第一の受
光素子で検出された受光位置と前記第二の受光素子で検
出された受光位置とに基づいて前記測定対象物の所定領
域の三次元位置を算出する変位量演算手段と、を備え
る。
【００１５】したがって、測定対象物の所定領域に配設
された反射部材において交差するように、第一光源部と
第二光源部と第三光源部とからそれぞれ光束が出射され
る。各光束は反射部材において反射され、第一光源部か
ら出射された第一光束と第二光源部から出射された第二
光束とは第一の受光素子と第二の受光素子とにおいて各
々受光され、それらの受光位置が検出される。一方、反
射部材上に位置する第一光束と第二光束との交点に対し
てその鉛直方向下方から出射される第三光束からは、傾
斜角度検出手段によって測定対象物の所定領域の傾斜に
関する傾斜角度情報が検出され、角度演算手段によって
その傾斜角度情報に基づいて測定対象物の所定領域の傾
斜角度が算出される。また、変位量演算手段によって各
受光素子における受光位置と測定対象物の所定領域の傾
斜角度とに基づいて測定対象物の所定領域の三次元位置
が算出される。これにより、簡単な構成で測定対象物の
所定領域の傾斜角度と三次元位置とが併せて算出される
ので、測定対象物の所定領域に対するより高精度な測定
が可能になる。
された反射部材において交差するように、第一光源部と
第二光源部と第三光源部とからそれぞれ光束が出射され
る。各光束は反射部材において反射され、第一光源部か
ら出射された第一光束と第二光源部から出射された第二
光束とは第一の受光素子と第二の受光素子とにおいて各
々受光され、それらの受光位置が検出される。一方、反
射部材上に位置する第一光束と第二光束との交点に対し
てその鉛直方向下方から出射される第三光束からは、傾
斜角度検出手段によって測定対象物の所定領域の傾斜に
関する傾斜角度情報が検出され、角度演算手段によって
その傾斜角度情報に基づいて測定対象物の所定領域の傾
斜角度が算出される。また、変位量演算手段によって各
受光素子における受光位置と測定対象物の所定領域の傾
斜角度とに基づいて測定対象物の所定領域の三次元位置
が算出される。これにより、簡単な構成で測定対象物の
所定領域の傾斜角度と三次元位置とが併せて算出される
ので、測定対象物の所定領域に対するより高精度な測定
が可能になる。
【００１６】請求項３記載の発明は、請求項２記載の変
位傾斜測定装置において、前記第三光源部は、前記第一
光源部と前記第二光源部とのいずれか一方の光源を併用
する。
位傾斜測定装置において、前記第三光源部は、前記第一
光源部と前記第二光源部とのいずれか一方の光源を併用
する。
【００１７】したがって、第三光源部の光源が、第一光
束を出射する第一光源部と第二光束を出射する第二光源
部とのいずれか一方の光源と併用されることにより、部
品点数が削減されるとともに、装置の小型・軽量化が図
られる。
束を出射する第一光源部と第二光束を出射する第二光源
部とのいずれか一方の光源と併用されることにより、部
品点数が削減されるとともに、装置の小型・軽量化が図
られる。
【００１８】請求項４記載の発明は、測定対象物の所定
領域に配設され、鏡面反射性を有する反射部材と、この
反射部材に対して第一光束を出射する第一光源部と、こ
の第一光源部と同一面上に設けられ、前記第一光源部か
ら出射される前記第一光束に対して所定の角度を有する
第二光束を前記反射部材に対して出射する第二光源部
と、前記反射部材で反射された前記第一光束の光路上に
設けられ、前記第一光束を異なる方向に向けて二つに分
離する光分離器と、この光分離器により分離された一方
の分離光束の光路上に設けられ、その一方の分離光束を
受光してその受光位置を検出する第一の受光素子と、前
記反射部材で反射された前記第二光束を受光してその受
光位置を検出する第二の受光素子と、前記光分離器によ
り分離された他方の分離光束の光路上に設けられ、その
他方の分離光束から前記測定対象物の所定領域の傾斜に
関する傾斜角度情報を検出する傾斜角度検出手段と、こ
の傾斜角度検出手段で検出された傾斜角度情報に基づい
て前記測定対象物の所定領域の傾斜角度を算出する角度
演算手段と、この角度演算手段で算出された傾斜角度と
前記第一の受光素子で検出された受光位置と前記第二の
受光素子で検出された受光位置とに基づいて前記測定対
象物の所定領域の三次元位置を算出する変位量演算手段
と、を備える。
領域に配設され、鏡面反射性を有する反射部材と、この
反射部材に対して第一光束を出射する第一光源部と、こ
の第一光源部と同一面上に設けられ、前記第一光源部か
ら出射される前記第一光束に対して所定の角度を有する
第二光束を前記反射部材に対して出射する第二光源部
と、前記反射部材で反射された前記第一光束の光路上に
設けられ、前記第一光束を異なる方向に向けて二つに分
離する光分離器と、この光分離器により分離された一方
の分離光束の光路上に設けられ、その一方の分離光束を
受光してその受光位置を検出する第一の受光素子と、前
記反射部材で反射された前記第二光束を受光してその受
光位置を検出する第二の受光素子と、前記光分離器によ
り分離された他方の分離光束の光路上に設けられ、その
他方の分離光束から前記測定対象物の所定領域の傾斜に
関する傾斜角度情報を検出する傾斜角度検出手段と、こ
の傾斜角度検出手段で検出された傾斜角度情報に基づい
て前記測定対象物の所定領域の傾斜角度を算出する角度
演算手段と、この角度演算手段で算出された傾斜角度と
前記第一の受光素子で検出された受光位置と前記第二の
受光素子で検出された受光位置とに基づいて前記測定対
象物の所定領域の三次元位置を算出する変位量演算手段
と、を備える。
【００１９】したがって、測定対象物の所定領域に配設
された反射部材において交差するように第一光源部と第
二光源部とからそれぞれ光束が出射され、各光束は反射
部材において反射される。第一光源部から出射された第
一光束は反射部材で反射された後にその光路上に設けら
れた光分離器によって異なる方向に向けて二つに分離さ
れる。そして、一方の分離光束は第一の受光素子におい
て受光され、その受光位置が検出される。また、他方の
分離光束からは、傾斜角度検出手段によって測定対象物
の所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報が検出され、角
度演算手段によってその傾斜角度情報に基づいて測定対
象物の所定領域の傾斜角度が算出される。一方、第二光
源部から出射された第二光束は第二の受光素子において
受光され、その受光位置が検出される。さらに、変位量
演算手段によって各受光素子における受光位置と測定対
象物の所定領域の傾斜角度とに基づいて測定対象物の所
定領域の三次元位置が算出される。これにより、簡単な
構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三次元位置と
が併せて算出されるので、測定対象物の所定領域に対す
るより高精度な測定が可能になる。
された反射部材において交差するように第一光源部と第
二光源部とからそれぞれ光束が出射され、各光束は反射
部材において反射される。第一光源部から出射された第
一光束は反射部材で反射された後にその光路上に設けら
れた光分離器によって異なる方向に向けて二つに分離さ
れる。そして、一方の分離光束は第一の受光素子におい
て受光され、その受光位置が検出される。また、他方の
分離光束からは、傾斜角度検出手段によって測定対象物
の所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報が検出され、角
度演算手段によってその傾斜角度情報に基づいて測定対
象物の所定領域の傾斜角度が算出される。一方、第二光
源部から出射された第二光束は第二の受光素子において
受光され、その受光位置が検出される。さらに、変位量
演算手段によって各受光素子における受光位置と測定対
象物の所定領域の傾斜角度とに基づいて測定対象物の所
定領域の三次元位置が算出される。これにより、簡単な
構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三次元位置と
が併せて算出されるので、測定対象物の所定領域に対す
るより高精度な測定が可能になる。
【００２０】請求項５記載の発明は、請求項４記載の変
位傾斜測定装置において、前記光分離器により分離され
た一方の分離光束の光路上に低収差レンズを設け、前記
第一の受光素子をその低収差レンズの焦点位置から所定
の距離だけ離れた位置にレンズ光軸に対して垂直に設け
る。
位傾斜測定装置において、前記光分離器により分離され
た一方の分離光束の光路上に低収差レンズを設け、前記
第一の受光素子をその低収差レンズの焦点位置から所定
の距離だけ離れた位置にレンズ光軸に対して垂直に設け
る。
【００２１】したがって、第一の受光素子が、光分離器
により分離された一方の分離光束の光路上に設けられた
低収差レンズの焦点位置から所定の距離だけ離れた位置
に設けられる。これにより、たとえ低収差レンズにおけ
る分離光束の入射位置にずれが生じた場合であっても、
第一の受光素子に対するそのずれ量は縮小投影されるの
で、より小型の受光素子を適用することが可能になる。
により分離された一方の分離光束の光路上に設けられた
低収差レンズの焦点位置から所定の距離だけ離れた位置
に設けられる。これにより、たとえ低収差レンズにおけ
る分離光束の入射位置にずれが生じた場合であっても、
第一の受光素子に対するそのずれ量は縮小投影されるの
で、より小型の受光素子を適用することが可能になる。
【００２２】請求項６記載の発明は、請求項２ないし５
のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、前記反
射部材に対して垂直に設けられ、鏡面反射性を有する第
二反射部材と、この第二反射部材に対して垂直方向から
第四光束を出射する第四光源部と、前記第二反射部材で
反射された前記第四光束の光路上に設けられ、その第四
光束から前記測定対象物の所定領域の傾斜に関する傾斜
角度情報を検出する傾斜角度検出手段と、を備える。
のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、前記反
射部材に対して垂直に設けられ、鏡面反射性を有する第
二反射部材と、この第二反射部材に対して垂直方向から
第四光束を出射する第四光源部と、前記第二反射部材で
反射された前記第四光束の光路上に設けられ、その第四
光束から前記測定対象物の所定領域の傾斜に関する傾斜
角度情報を検出する傾斜角度検出手段と、を備える。
【００２３】したがって、第四光源部から出射された第
四光束は、反射部材に対して垂直に設けられた第二反射
部材に対して垂直方向から入射して反射される。この第
二反射部材において反射された第四光束からは、その光
路上に設けられた傾斜角度検出手段によって測定対象物
の所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報が検出される。
これにより、この傾斜角度情報に基づいて反射部材の法
線方向回りの傾斜角度が算出されるので、反射部材の六
軸方向の三次元位置を算出することが可能になる。
四光束は、反射部材に対して垂直に設けられた第二反射
部材に対して垂直方向から入射して反射される。この第
二反射部材において反射された第四光束からは、その光
路上に設けられた傾斜角度検出手段によって測定対象物
の所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報が検出される。
これにより、この傾斜角度情報に基づいて反射部材の法
線方向回りの傾斜角度が算出されるので、反射部材の六
軸方向の三次元位置を算出することが可能になる。
【００２４】請求項７記載の発明は、請求項２ないし６
のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、傾斜角
度検出手段は、低収差レンズと、この低収差レンズの焦
点距離に一致する位置にレンズ光軸に対して垂直に設け
られた傾斜角度検出用の受光素子と、で構成される。
のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、傾斜角
度検出手段は、低収差レンズと、この低収差レンズの焦
点距離に一致する位置にレンズ光軸に対して垂直に設け
られた傾斜角度検出用の受光素子と、で構成される。
【００２５】したがって、傾斜角度検出手段が、低収差
レンズと、この低収差レンズの焦点距離に一致する位置
にレンズ光軸に対して垂直に設けられた傾斜角度検出用
の受光素子とで構成されることにより、測定対象物の所
定領域の変動分が低収差レンズにより補正されるので、
測定対象物の所定領域の三次元位置の変位量に影響され
ることなく、測定対象物の所定領域の傾斜角度のみが単
独で算出される。
レンズと、この低収差レンズの焦点距離に一致する位置
にレンズ光軸に対して垂直に設けられた傾斜角度検出用
の受光素子とで構成されることにより、測定対象物の所
定領域の変動分が低収差レンズにより補正されるので、
測定対象物の所定領域の三次元位置の変位量に影響され
ることなく、測定対象物の所定領域の傾斜角度のみが単
独で算出される。
【００２６】請求項８記載の発明は、請求項２ないし７
のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、各受光
素子は光束の入射によって発生するキャリアを空間的に
分離して検出するものであって、受光した光束の所定の
受光光量レベル以上のスポット像を計算した後にそのス
ポット像のエッジ部分の幾何学形状のみから算出される
重心位置に基づいて受光位置を検出する重心位置検出手
段を備える。
のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、各受光
素子は光束の入射によって発生するキャリアを空間的に
分離して検出するものであって、受光した光束の所定の
受光光量レベル以上のスポット像を計算した後にそのス
ポット像のエッジ部分の幾何学形状のみから算出される
重心位置に基づいて受光位置を検出する重心位置検出手
段を備える。
【００２７】したがって、光束の入射によって発生する
キャリアが空間的に分離され、受光した光束の所定の受
光光量レベル以上のスポット像が計算された後にそのス
ポット像のエッジ部分の幾何学形状のみから算出される
重心位置に基づいて受光位置が検出されることにより、
光量分布の変動に伴う重心位置の変動誤差によるスポッ
ト位置情報の検出精度の劣化が低減される。
キャリアが空間的に分離され、受光した光束の所定の受
光光量レベル以上のスポット像が計算された後にそのス
ポット像のエッジ部分の幾何学形状のみから算出される
重心位置に基づいて受光位置が検出されることにより、
光量分布の変動に伴う重心位置の変動誤差によるスポッ
ト位置情報の検出精度の劣化が低減される。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図５に基づいて説明する。
ないし図５に基づいて説明する。
【００２９】ここで、図１は変位傾斜測定装置１の構成
を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、変位
傾斜測定装置１は、半導体露光装置（ステッパ）のステ
ージ等である測定対象物Ａの所定領域の傾斜角度や三次
元位置を測定するものに適用されており、第一光源部２
と第二光源部３とを同一平面上に備えている。なお、第
一光源部２と第二光源部３とを備える平面は、便宜上、
Ｘ−Ｙ平面に平行な平面であるものとする。第一光源部
２は、レーザ光を出射する光源であるＬＤ（レーザダイ
オード）４と、このＬＤ４から出射された直線偏光のレ
ーザ光を略平行光とするコリメータレンズ５と、入射光
の一部を透過して一部を反射するハーフプリズム６とに
より構成されている。一方、第二光源部３は、レーザ光
を出射する光源であるＬＤ７と、このＬＤ７から出射さ
れた直線偏光のレーザ光を略平行光とするコリメータレ
ンズ８と、レーザ光を所定の方向に反射するプリズム９
とにより構成されている。これらの第一光源部２と第二
光源部３とは、ＬＤ４から出射されるレーザ光とＬＤ７
から出射されるレーザ光とが９０゜の角度をなすように
設けられている。
を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、変位
傾斜測定装置１は、半導体露光装置（ステッパ）のステ
ージ等である測定対象物Ａの所定領域の傾斜角度や三次
元位置を測定するものに適用されており、第一光源部２
と第二光源部３とを同一平面上に備えている。なお、第
一光源部２と第二光源部３とを備える平面は、便宜上、
Ｘ−Ｙ平面に平行な平面であるものとする。第一光源部
２は、レーザ光を出射する光源であるＬＤ（レーザダイ
オード）４と、このＬＤ４から出射された直線偏光のレ
ーザ光を略平行光とするコリメータレンズ５と、入射光
の一部を透過して一部を反射するハーフプリズム６とに
より構成されている。一方、第二光源部３は、レーザ光
を出射する光源であるＬＤ７と、このＬＤ７から出射さ
れた直線偏光のレーザ光を略平行光とするコリメータレ
ンズ８と、レーザ光を所定の方向に反射するプリズム９
とにより構成されている。これらの第一光源部２と第二
光源部３とは、ＬＤ４から出射されるレーザ光とＬＤ７
から出射されるレーザ光とが９０゜の角度をなすように
設けられている。
【００３０】これら第一光源部２と第二光源部３とが備
えられている面と同一の平面上には、ビームスプリッタ
１０が設けられている。なお、このビームスプリッタ１
０は、便宜上、Ｚ軸上に位置するものとする。このビー
ムスプリッタ１０には第一光源部２のハーフプリズム６
を透過した第三光束であるレーザ光Ｌ３が入射し、進行
方向をＺ軸方向に変更される。つまり、本実施の形態の
第三光源部は、レーザ光を出射する光源であるＬＤ４を
光源として第一光源部２と併用し、ハーフプリズム６と
ビームスプリッタ１０とを主体に構成されている。これ
により、第三光源部に専用の光源を設けた場合に比べ
て、部品点数が削減されるとともに、装置の小型・軽量
化が図られる。そして、測定対象物Ａは、その測定対象
物Ａの測定対象領域である所定領域をビームスプリッタ
１０の鉛直方向（Ｚ軸上）上方に位置させて測定される
ことになる。
えられている面と同一の平面上には、ビームスプリッタ
１０が設けられている。なお、このビームスプリッタ１
０は、便宜上、Ｚ軸上に位置するものとする。このビー
ムスプリッタ１０には第一光源部２のハーフプリズム６
を透過した第三光束であるレーザ光Ｌ３が入射し、進行
方向をＺ軸方向に変更される。つまり、本実施の形態の
第三光源部は、レーザ光を出射する光源であるＬＤ４を
光源として第一光源部２と併用し、ハーフプリズム６と
ビームスプリッタ１０とを主体に構成されている。これ
により、第三光源部に専用の光源を設けた場合に比べ
て、部品点数が削減されるとともに、装置の小型・軽量
化が図られる。そして、測定対象物Ａは、その測定対象
物Ａの測定対象領域である所定領域をビームスプリッタ
１０の鉛直方向（Ｚ軸上）上方に位置させて測定される
ことになる。
【００３１】また、この測定対象物Ａの所定領域には、
反射部材である円盤形状のマーカ１１が配設される。こ
こで、マーカ１１について図２を参照して説明する。マ
ーカ１１は、その中心部１１ａを鏡面反射性を有するよ
うに形成され、中心部１１ａ以外の部分には無反射性部
材１１ｂがコーティングされている。このマーカ１１を
配設した部分が測定対象物Ａの測定対象領域となる。な
お、無反射性部材１１ｂの代わりとして、マーカ１１の
中心部１１ａ以外の部分の表面を粗くして、散乱面形状
にしても良い。
反射部材である円盤形状のマーカ１１が配設される。こ
こで、マーカ１１について図２を参照して説明する。マ
ーカ１１は、その中心部１１ａを鏡面反射性を有するよ
うに形成され、中心部１１ａ以外の部分には無反射性部
材１１ｂがコーティングされている。このマーカ１１を
配設した部分が測定対象物Ａの測定対象領域となる。な
お、無反射性部材１１ｂの代わりとして、マーカ１１の
中心部１１ａ以外の部分の表面を粗くして、散乱面形状
にしても良い。
【００３２】ここで、ビームスプリッタ１０によって進
行方向をＺ軸方向に変更されたレーザ光Ｌ３とハーフプ
リズム６によって反射されてＸ−Ｚ平面上を進行する第
一光束であるレーザ光Ｌ１とプリズム９によって反射さ
れてＹ−Ｚ平面上を進行する第二光束であるレーザ光Ｌ
２とが交差する交点を標準点ＳＰとする。
行方向をＺ軸方向に変更されたレーザ光Ｌ３とハーフプ
リズム６によって反射されてＸ−Ｚ平面上を進行する第
一光束であるレーザ光Ｌ１とプリズム９によって反射さ
れてＹ−Ｚ平面上を進行する第二光束であるレーザ光Ｌ
２とが交差する交点を標準点ＳＰとする。
【００３３】さらに、変位傾斜測定装置１には、マーカ
１１の中心部１１ａがＸ−Ｙ平面に対して平行な状態で
標準点ＳＰに配設された場合において、そのマーカ１１
の中心部１１ａによって反射されたレーザ光Ｌ１を中心
位置に入射させるように第一の受光素子であるＰＳＤ
（Position Sensitive light Detector：半導***置検
出素子）１２がＸ−Ｙ平面上のＸ軸上にその中心位置を
位置させて配設されるとともに、マーカ１１の中心部１
１ａによって反射されたレーザ光Ｌ２を中心位置に入射
させるように第二の受光素子であるＰＳＤ１３がＸ−Ｙ
平面上のＹ軸上にその中心位置を位置させて配設されて
いる。これらのＰＳＤ１２，１３は、入射した各レーザ
光Ｌ１，Ｌ２の光スポットの位置であるスポット位置情
報ａ，ｂ（図４参照）をそれぞれ検出するものである。
１１の中心部１１ａがＸ−Ｙ平面に対して平行な状態で
標準点ＳＰに配設された場合において、そのマーカ１１
の中心部１１ａによって反射されたレーザ光Ｌ１を中心
位置に入射させるように第一の受光素子であるＰＳＤ
（Position Sensitive light Detector：半導***置検
出素子）１２がＸ−Ｙ平面上のＸ軸上にその中心位置を
位置させて配設されるとともに、マーカ１１の中心部１
１ａによって反射されたレーザ光Ｌ２を中心位置に入射
させるように第二の受光素子であるＰＳＤ１３がＸ−Ｙ
平面上のＹ軸上にその中心位置を位置させて配設されて
いる。これらのＰＳＤ１２，１３は、入射した各レーザ
光Ｌ１，Ｌ２の光スポットの位置であるスポット位置情
報ａ，ｂ（図４参照）をそれぞれ検出するものである。
【００３４】また、ビームスプリッタ１０の下方であっ
て、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸との交点である原点Ｏには、傾斜
角度検出用の受光素子であるＰＳＤ１４が配設されてい
る。このＰＳＤ１４は、マーカ１１の中心部１１ａがＸ
−Ｙ平面に対して平行な状態で標準点ＳＰに配設された
場合において、そのマーカ１１の中心部１１ａによって
反射されたレーザ光Ｌ３の反射光Ｌ３´をＺ軸上に位置
する中心位置に入射させるように配設されている。この
ＰＳＤ１４は、入射した反射光Ｌ３´の光スポットの位
置であるスポット位置情報ｃ（図４参照）を検出するも
のである。
て、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸との交点である原点Ｏには、傾斜
角度検出用の受光素子であるＰＳＤ１４が配設されてい
る。このＰＳＤ１４は、マーカ１１の中心部１１ａがＸ
−Ｙ平面に対して平行な状態で標準点ＳＰに配設された
場合において、そのマーカ１１の中心部１１ａによって
反射されたレーザ光Ｌ３の反射光Ｌ３´をＺ軸上に位置
する中心位置に入射させるように配設されている。この
ＰＳＤ１４は、入射した反射光Ｌ３´の光スポットの位
置であるスポット位置情報ｃ（図４参照）を検出するも
のである。
【００３５】さらに、ビームスプリッタ１０とＰＳＤ１
４との間であって反射光Ｌ３´の光軸上には、低収差な
性質を有する低収差レンズである集光レンズ１５が設け
られている。ここで、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５との
関係について図３を参照して説明する。図３に示すよう
に、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５との間の距離は、集光
レンズ１５の焦点距離ｆとされている。
４との間であって反射光Ｌ３´の光軸上には、低収差な
性質を有する低収差レンズである集光レンズ１５が設け
られている。ここで、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５との
関係について図３を参照して説明する。図３に示すよう
に、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５との間の距離は、集光
レンズ１５の焦点距離ｆとされている。
【００３６】ここで、Ｘ−Ｙ平面に対して平行な状態で
標準点ＳＰに配設されたマーカ１１の中心部１１ａでレ
ーザ光Ｌ３が反射された場合におけるその反射光Ｌ３´
は、図３に実線で示すように、ＰＳＤ１４上の中心位置
に位置する原点Ｏに入射・収束するようになっている。
これに対し、測定対象物Ａが傾斜している状態で配設さ
れたマーカ１１の中心部１１ａでレーザ光Ｌ３が反射さ
れた場合におけるその反射光Ｌ３´は、図３に破線で示
すように、ＰＳＤ１４上の原点Ｏ以外の位置Ｄに入射・
収束するようになる。なお、低収差な性質を有する集光
レンズ１５を設けることで、仮にマーカ１１の中心部１
１ａの三次元位置が変位した場合（例えば、平行移動し
た場合）であっても、ＰＳＤ１４に入射する反射光Ｌ３
´の光スポット位置の変動分を集光レンズ１５により補
正することができるので、測定対象物Ａの所定領域の三
次元位置の変位量に影響されることなく、測定対象物Ａ
の所定領域の傾斜角度のみをＰＳＤ１４に入射した光ス
ポット位置に基づいて算出することが可能になる。つま
り、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５とによって、傾斜角度
検出手段が形成されている。
標準点ＳＰに配設されたマーカ１１の中心部１１ａでレ
ーザ光Ｌ３が反射された場合におけるその反射光Ｌ３´
は、図３に実線で示すように、ＰＳＤ１４上の中心位置
に位置する原点Ｏに入射・収束するようになっている。
これに対し、測定対象物Ａが傾斜している状態で配設さ
れたマーカ１１の中心部１１ａでレーザ光Ｌ３が反射さ
れた場合におけるその反射光Ｌ３´は、図３に破線で示
すように、ＰＳＤ１４上の原点Ｏ以外の位置Ｄに入射・
収束するようになる。なお、低収差な性質を有する集光
レンズ１５を設けることで、仮にマーカ１１の中心部１
１ａの三次元位置が変位した場合（例えば、平行移動し
た場合）であっても、ＰＳＤ１４に入射する反射光Ｌ３
´の光スポット位置の変動分を集光レンズ１５により補
正することができるので、測定対象物Ａの所定領域の三
次元位置の変位量に影響されることなく、測定対象物Ａ
の所定領域の傾斜角度のみをＰＳＤ１４に入射した光ス
ポット位置に基づいて算出することが可能になる。つま
り、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５とによって、傾斜角度
検出手段が形成されている。
【００３７】また、変位傾斜測定装置１には、信号処理
回路１６が内蔵されている。次に、変位傾斜測定装置１
に内蔵される信号処理回路１６の一例について図４を参
照して説明する。図４に示すように、信号処理回路１６
には、ＰＳＤ１４において検出された反射光Ｌ３´の光
スポットの位置であるスポット位置情報ｃに基づいて測
定対象物Ａの傾斜角度を算出する角度演算器１７と、こ
の角度演算器１７において算出された測定対象物Ａの傾
斜角度とＰＳＤ１２，１３において検出された光スポッ
トの位置であるスポット位置情報ａ，ｂとに基づいてそ
の測定対象物Ａの三次元位置の変位量を算出する空間位
置演算器１８とが設けられている。
回路１６が内蔵されている。次に、変位傾斜測定装置１
に内蔵される信号処理回路１６の一例について図４を参
照して説明する。図４に示すように、信号処理回路１６
には、ＰＳＤ１４において検出された反射光Ｌ３´の光
スポットの位置であるスポット位置情報ｃに基づいて測
定対象物Ａの傾斜角度を算出する角度演算器１７と、こ
の角度演算器１７において算出された測定対象物Ａの傾
斜角度とＰＳＤ１２，１３において検出された光スポッ
トの位置であるスポット位置情報ａ，ｂとに基づいてそ
の測定対象物Ａの三次元位置の変位量を算出する空間位
置演算器１８とが設けられている。
【００３８】ここで、角度演算器１７における測定対象
物Ａの傾斜角度の算出について説明する。なお、この場
合においては、図５に示すように、ＰＳＤ１４において
検出された光スポットの位置であるスポット位置情報ｃ
をスポット位置Ｄ（Ｘａ，Ｙａ）とする。このスポット
位置Ｄ（Ｘａ，Ｙａ）とＸ−Ｙ平面上のＸ軸とのなす角
度φは、以下に示す式から算出される。
物Ａの傾斜角度の算出について説明する。なお、この場
合においては、図５に示すように、ＰＳＤ１４において
検出された光スポットの位置であるスポット位置情報ｃ
をスポット位置Ｄ（Ｘａ，Ｙａ）とする。このスポット
位置Ｄ（Ｘａ，Ｙａ）とＸ−Ｙ平面上のＸ軸とのなす角
度φは、以下に示す式から算出される。
【００３９】ｔａｎφ＝Ｙａ／Ｘａ ・・ また、マーカ１１の中心部１１ａは鏡面反射性を有する
ように形成されていることから正反射の関係が成立して
おり、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５との間の距離は集光
レンズ１５の焦点距離ｆとされていることにより、マー
カ１１の中心部１１ａの法線ベクトルであるベクトルｎ
とＺ軸とのなす角度θは、以下に示す式から算出され
る。
ように形成されていることから正反射の関係が成立して
おり、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５との間の距離は集光
レンズ１５の焦点距離ｆとされていることにより、マー
カ１１の中心部１１ａの法線ベクトルであるベクトルｎ
とＺ軸とのなす角度θは、以下に示す式から算出され
る。
【００４０】 ｆ・ｔａｎ２（π−θ）＝√（（Ｘａ）2＋（Ｙａ）2） ・・ これらの式及び式により、角度φ及び角度θが算出
され、ベクトルｎが算出されることになる。つまり、こ
のようにして算出されたベクトルｎは、測定対象物Ａの
法線ベクトルであることにより、このベクトルｎのＺ軸
に対する角度（π−θ）が測定対象物Ａの傾斜角度にな
る。ここに、角度演算手段が実現されている。
され、ベクトルｎが算出されることになる。つまり、こ
のようにして算出されたベクトルｎは、測定対象物Ａの
法線ベクトルであることにより、このベクトルｎのＺ軸
に対する角度（π−θ）が測定対象物Ａの傾斜角度にな
る。ここに、角度演算手段が実現されている。
【００４１】次に、空間位置演算器１８における測定対
象物Ａの三次元位置の変位量の算出について説明する。
マーカ１１の中心部１１ａは鏡面反射性を有するように
形成されていることから正反射の関係が成立し、レーザ
光Ｌ１，Ｌ２の方向ベクトルであるベクトルａi（ｉ＝
１，２）に対してマーカ１１の中心部１１ａにおける反
射ビームの方向ベクトルであるベクトルｒi（ｉ＝１，
２）と、角度φ及び角度θに基づいて算出された法線ベ
クトルであるベクトルｎとの間には、以下に示す関係が
成り立つ。
象物Ａの三次元位置の変位量の算出について説明する。
マーカ１１の中心部１１ａは鏡面反射性を有するように
形成されていることから正反射の関係が成立し、レーザ
光Ｌ１，Ｌ２の方向ベクトルであるベクトルａi（ｉ＝
１，２）に対してマーカ１１の中心部１１ａにおける反
射ビームの方向ベクトルであるベクトルｒi（ｉ＝１，
２）と、角度φ及び角度θに基づいて算出された法線ベ
クトルであるベクトルｎとの間には、以下に示す関係が
成り立つ。
【００４２】 ベクトルｒi＋（−ベクトルａi）＝ｋ・ベクトルｎ （｜ｒi｜＝１よりｋ＝−２（ベクトルｎ・ベクトルａi）） ・・ 加えて、ＰＳＤ１２，１３におけるスポット位置情報
ａ，ｂをスポット位置Ｐ i（ｉ＝１，２）とした場合、
マーカ１１の中心部１１ａで反射されたレーザ光Ｌ１，
Ｌ２の光軸が示す直線の式は、それぞれ以下に示すよう
に表される。
ａ，ｂをスポット位置Ｐ i（ｉ＝１，２）とした場合、
マーカ１１の中心部１１ａで反射されたレーザ光Ｌ１，
Ｌ２の光軸が示す直線の式は、それぞれ以下に示すよう
に表される。
【００４３】 ベクトル（ＯＰi）＋ｔi・ベクトルｒi （ｔiは任意の実数） ・・ よって、このように式に基づくｉ＝１，２の直線の交
差する点が、測定対象物Ａに配設されたマーカ１１の中
心部１１ａの三次元位置として算出される。ここに、変
位量演算手段が実現されている。
差する点が、測定対象物Ａに配設されたマーカ１１の中
心部１１ａの三次元位置として算出される。ここに、変
位量演算手段が実現されている。
【００４４】なお、実際には、ｉ＝１，２の直線の交差
する点が一点に決まらない場合があるが、その場合に
は、二つの直線が最も接近する各直線上の二点の内の一
方を測定点とするか、その二点間の中間位置を観測点と
しても大きな誤差は生じない。
する点が一点に決まらない場合があるが、その場合に
は、二つの直線が最も接近する各直線上の二点の内の一
方を測定点とするか、その二点間の中間位置を観測点と
しても大きな誤差は生じない。
【００４５】これにより、簡単な構成で測定対象物Ａの
所定領域の傾斜角度と三次元位置とが併せて算出される
ので、測定対象物Ａの所定領域に対するより高精度な測
定が可能になる。
所定領域の傾斜角度と三次元位置とが併せて算出される
ので、測定対象物Ａの所定領域に対するより高精度な測
定が可能になる。
【００４６】次いで、本発明の第二の実施の形態を図６
に基づいて説明する。なお、第一の実施の形態で示した
部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略す
る。
に基づいて説明する。なお、第一の実施の形態で示した
部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略す
る。
【００４７】ここで、図６は変位傾斜測定装置２０の構
成を部分的に示す側面図である。図６に示すように、変
位傾斜測定装置２０は、第一光源部２のＬＤ４から出射
された直線偏光のレーザ光をコリメータレンズ５によっ
て略平行光としたレーザ光Ｌ１をプリズム（図示せず）
を介してマーカ１１の中心部１１ａにおいて反射させ
る。
成を部分的に示す側面図である。図６に示すように、変
位傾斜測定装置２０は、第一光源部２のＬＤ４から出射
された直線偏光のレーザ光をコリメータレンズ５によっ
て略平行光としたレーザ光Ｌ１をプリズム（図示せず）
を介してマーカ１１の中心部１１ａにおいて反射させ
る。
【００４８】一方、マーカ１１の中心部１１ａによって
反射されたレーザ光Ｌ１の反射光路上には光分離器であ
るビームスプリッタ２１が設けられており、そのビーム
スプリッタ２１には、マーカ１１の中心部１１ａがＸ−
Ｙ平面に対して平行な状態で標準点ＳＰに配設された場
合においてそのマーカ１１の中心部１１ａによって反射
されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１´を中心位置に入射さ
せるＰＳＤ１２が配設されている。加えて、ビームスプ
リッタ２１の下方には、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５と
が設けられている。
反射されたレーザ光Ｌ１の反射光路上には光分離器であ
るビームスプリッタ２１が設けられており、そのビーム
スプリッタ２１には、マーカ１１の中心部１１ａがＸ−
Ｙ平面に対して平行な状態で標準点ＳＰに配設された場
合においてそのマーカ１１の中心部１１ａによって反射
されたレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１´を中心位置に入射さ
せるＰＳＤ１２が配設されている。加えて、ビームスプ
リッタ２１の下方には、ＰＳＤ１４と集光レンズ１５と
が設けられている。
【００４９】そして、マーカ１１の中心部１１ａによっ
て反射された反射光Ｌ１´は、ビームスプリッタ２１に
よって二つに分離され、一方の分離光束はＰＳＤ１２に
入射し、他方の分離光束は集光レンズ１５を介してＰＳ
Ｄ１４に入射することになる。
て反射された反射光Ｌ１´は、ビームスプリッタ２１に
よって二つに分離され、一方の分離光束はＰＳＤ１２に
入射し、他方の分離光束は集光レンズ１５を介してＰＳ
Ｄ１４に入射することになる。
【００５０】なお、ここでは特に図示しないが、第一の
実施の形態と同様に、第二光源部３のＬＤ７から出射さ
れた直線偏光のレーザ光Ｌ２は、コリメータレンズ８に
よって略平行光とされた後にプリズム９を介してマーカ
１１の中心部１１ａにおいて反射され、ＰＳＤ１３に入
射することになる。
実施の形態と同様に、第二光源部３のＬＤ７から出射さ
れた直線偏光のレーザ光Ｌ２は、コリメータレンズ８に
よって略平行光とされた後にプリズム９を介してマーカ
１１の中心部１１ａにおいて反射され、ＰＳＤ１３に入
射することになる。
【００５１】このような構成により、ＰＳＤ１４におい
て検出された光スポットの位置であるスポット位置情報
ｃに基づいて測定対象物Ａの傾斜角度が算出され、この
測定対象物Ａの傾斜角度とＰＳＤ１２，１３におけるス
ポット位置情報ａ，ｂとに基づいて測定対象物Ａの三次
元位置の変位量が算出される。
て検出された光スポットの位置であるスポット位置情報
ｃに基づいて測定対象物Ａの傾斜角度が算出され、この
測定対象物Ａの傾斜角度とＰＳＤ１２，１３におけるス
ポット位置情報ａ，ｂとに基づいて測定対象物Ａの三次
元位置の変位量が算出される。
【００５２】これにより、簡単な構成で測定対象物Ａの
所定領域の傾斜角度と三次元位置とが併せて算出される
ので、測定対象物Ａの所定領域に対するより高精度な測
定が可能になる。また、本発明の第一の実施の形態の変
位傾斜測定装置１に比べ、第三光源部が不用になるの
で、より簡単な構成になっており、装置の小型・軽量化
が図られる。
所定領域の傾斜角度と三次元位置とが併せて算出される
ので、測定対象物Ａの所定領域に対するより高精度な測
定が可能になる。また、本発明の第一の実施の形態の変
位傾斜測定装置１に比べ、第三光源部が不用になるの
で、より簡単な構成になっており、装置の小型・軽量化
が図られる。
【００５３】次いで、本発明の第三の実施の形態を図７
及び図８に基づいて説明する。なお、第一の実施の形態
又は第二の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符
号を用いて示し、説明も省略する。本実施の形態の変位
傾斜測定装置３０は、本発明の第二の実施の形態の変位
傾斜測定装置２０と比較して、集光レンズ３１を備えた
点で異なるものである。
及び図８に基づいて説明する。なお、第一の実施の形態
又は第二の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符
号を用いて示し、説明も省略する。本実施の形態の変位
傾斜測定装置３０は、本発明の第二の実施の形態の変位
傾斜測定装置２０と比較して、集光レンズ３１を備えた
点で異なるものである。
【００５４】ここで、図７は変位傾斜測定装置３０の構
成を部分的に示す側面図である。図７に示すように、ビ
ームスプリッタ２１とＰＳＤ１２との間であって、ビー
ムスプリッタ２１によって二つに分離された一方のレー
ザ光Ｌ１の反射光Ｌ１´の光軸上には、低収差な性質を
有する低収差レンズである集光レンズ３１が設けられて
いる。ここで、ＰＳＤ１２と集光レンズ３１との関係に
ついて図８を参照して説明する。図８に示すように、Ｐ
ＳＤ１２と集光レンズ３１との間の距離は、集光レンズ
３１の焦点距離ｆよりも所定の距離Δｆだけ長く設定さ
れている。つまり、ＰＳＤ１２と集光レンズ３１との間
の距離を“ｆ＋Δｆ”とした場合において、マーカ１１
の中心部１１ａによって反射された反射光Ｌ１´とレン
ズ光軸とのなす角をβ、反射光Ｌ１´のレンズ中心から
のずれ量をｓとすると、ＰＳＤ１２における反射光Ｌ１
´の光スポット位置のずれ量Δｄは、以下に示す式か
ら算出される。
成を部分的に示す側面図である。図７に示すように、ビ
ームスプリッタ２１とＰＳＤ１２との間であって、ビー
ムスプリッタ２１によって二つに分離された一方のレー
ザ光Ｌ１の反射光Ｌ１´の光軸上には、低収差な性質を
有する低収差レンズである集光レンズ３１が設けられて
いる。ここで、ＰＳＤ１２と集光レンズ３１との関係に
ついて図８を参照して説明する。図８に示すように、Ｐ
ＳＤ１２と集光レンズ３１との間の距離は、集光レンズ
３１の焦点距離ｆよりも所定の距離Δｆだけ長く設定さ
れている。つまり、ＰＳＤ１２と集光レンズ３１との間
の距離を“ｆ＋Δｆ”とした場合において、マーカ１１
の中心部１１ａによって反射された反射光Ｌ１´とレン
ズ光軸とのなす角をβ、反射光Ｌ１´のレンズ中心から
のずれ量をｓとすると、ＰＳＤ１２における反射光Ｌ１
´の光スポット位置のずれ量Δｄは、以下に示す式か
ら算出される。
【００５５】 Δｄ＝（ｆ＋Δｆ）ｔａｎβ−（Δｆ／ｆ）・ｓ ・・ したがって、“Δｆ＜ｆ”の場合においては、反射光Ｌ
１´のレンズ中心からのずれ量ｓは縮小投影されること
になるので、ＰＳＤ１２に小型で高分解能なものを適用
することができる。
１´のレンズ中心からのずれ量ｓは縮小投影されること
になるので、ＰＳＤ１２に小型で高分解能なものを適用
することができる。
【００５６】また、たとえ集光レンズ３１における反射
光Ｌ１´の入射位置にずれが生じた場合であっても、Ｐ
ＳＤ１２に対するそのずれ量は縮小投影されるので、高
分解能な受光位置の検出が可能になる。
光Ｌ１´の入射位置にずれが生じた場合であっても、Ｐ
ＳＤ１２に対するそのずれ量は縮小投影されるので、高
分解能な受光位置の検出が可能になる。
【００５７】次いで、本発明の第四の実施の形態を図９
に基づいて説明する。なお、第一の実施の形態で示した
部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略す
る。本実施の形態の変位傾斜測定装置４０は、本発明の
第一の実施の形態の変位傾斜測定装置１と比較して、法
線方向傾斜角度検出部４１を備えた点で異なるものであ
る。
に基づいて説明する。なお、第一の実施の形態で示した
部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略す
る。本実施の形態の変位傾斜測定装置４０は、本発明の
第一の実施の形態の変位傾斜測定装置１と比較して、法
線方向傾斜角度検出部４１を備えた点で異なるものであ
る。
【００５８】ここで、図９は変位傾斜測定装置４０の構
成を概略的に示す斜視図である。図９に示すように、変
位傾斜測定装置４０は、法線方向傾斜角度検出部４１を
備えている。
成を概略的に示す斜視図である。図９に示すように、変
位傾斜測定装置４０は、法線方向傾斜角度検出部４１を
備えている。
【００５９】ここで、法線方向傾斜角度検出部４１につ
いて詳細に説明する。法線方向傾斜角度検出部４１は、
測定対象物Ａの所定の位置にマーカ１１に対して垂直に
設けられた第二反射部材である平面反射鏡４２と、傾斜
角度検出部４３とにより構成されている。傾斜角度検出
部４３は、第四光源部を構成するＬＤ４４とコリメータ
レンズ４５とビームスプリッタ４６とを備えている。こ
のような構成により、ＬＤ４４から出射された直線偏光
のレーザ光は、コリメータレンズ４５において略平行光
とされてからビームスプリッタ４６によって平面反射鏡
４２へと第四光束であるレーザ光Ｌ４として照射された
後、平面反射鏡４２において反射されて再びビームスプ
リッタ４６に入射する。
いて詳細に説明する。法線方向傾斜角度検出部４１は、
測定対象物Ａの所定の位置にマーカ１１に対して垂直に
設けられた第二反射部材である平面反射鏡４２と、傾斜
角度検出部４３とにより構成されている。傾斜角度検出
部４３は、第四光源部を構成するＬＤ４４とコリメータ
レンズ４５とビームスプリッタ４６とを備えている。こ
のような構成により、ＬＤ４４から出射された直線偏光
のレーザ光は、コリメータレンズ４５において略平行光
とされてからビームスプリッタ４６によって平面反射鏡
４２へと第四光束であるレーザ光Ｌ４として照射された
後、平面反射鏡４２において反射されて再びビームスプ
リッタ４６に入射する。
【００６０】加えて、傾斜角度検出部４３は傾斜角度検
出手段を構成する低収差な性質を有する低収差レンズで
ある集光レンズ４７と傾斜角度検出用の受光素子である
ＰＳＤ４８とを備えており、ビームスプリッタ４６に再
び入射したレーザ光Ｌ４の反射光Ｌ４´は、ビームスプ
リッタ４６を透過して集光レンズ４７を介してＰＳＤ４
８に入射することになる。
出手段を構成する低収差な性質を有する低収差レンズで
ある集光レンズ４７と傾斜角度検出用の受光素子である
ＰＳＤ４８とを備えており、ビームスプリッタ４６に再
び入射したレーザ光Ｌ４の反射光Ｌ４´は、ビームスプ
リッタ４６を透過して集光レンズ４７を介してＰＳＤ４
８に入射することになる。
【００６１】このような構成により、ＰＳＤ４８におい
て検出された反射光Ｌ４´の光スポットの位置に基づい
て測定対象物Ａの所定の位置にマーカ１１に対して垂直
に設けられた平面反射鏡４２の傾斜角度が算出される。
そして、平面反射鏡４２とマーカ１１との幾何学的関係
により、この平面反射鏡４２の傾斜角度に基づいてマー
カ１１の法線方向回りの傾斜角度が算出されることにな
る。すなわち、測定対象物Ａの三次元方向の傾斜量が検
出されることになる。
て検出された反射光Ｌ４´の光スポットの位置に基づい
て測定対象物Ａの所定の位置にマーカ１１に対して垂直
に設けられた平面反射鏡４２の傾斜角度が算出される。
そして、平面反射鏡４２とマーカ１１との幾何学的関係
により、この平面反射鏡４２の傾斜角度に基づいてマー
カ１１の法線方向回りの傾斜角度が算出されることにな
る。すなわち、測定対象物Ａの三次元方向の傾斜量が検
出されることになる。
【００６２】これにより、この傾斜角度情報に基づいて
マーカ１１の法線方向回りの傾斜角度が算出されるの
で、マーカ１１の六軸方向の三次元位置を算出すること
が可能になる。
マーカ１１の法線方向回りの傾斜角度が算出されるの
で、マーカ１１の六軸方向の三次元位置を算出すること
が可能になる。
【００６３】なお、各実施の形態においては、受光素子
としてＰＳＤ（Position Sensitivelight Detector：半
導***置検出素子）を用いたが、これに限るものではな
く、例えばレーザ光の入射によって発生するキャリアを
空間的に分離して検出するＣＣＤ（Charge Coupled Dev
ice：電荷結合素子）を用いても良い。ここで、図１０
はＣＣＤ５０による光スポットのスポット位置情報の検
出を示す模式図である。図１０に示すように、ＣＣＤ５
０における光スポットのスポット位置情報の検出は、Ｃ
ＣＤ５０において受光したレーザ光の所定の受光光量レ
ベル以上のスポット像５１を計算した後、そのスポット
像５１のエッジ部分の幾何学形状のみから算出される重
心位置に基づいて受光位置を検出することによって行わ
れる。ここに、重心位置検出手段が実現されている。こ
れにより、光量分布の変動に伴う重心位置の変動誤差に
よるスポット位置情報の検出精度の劣化が低減されるこ
とになる。
としてＰＳＤ（Position Sensitivelight Detector：半
導***置検出素子）を用いたが、これに限るものではな
く、例えばレーザ光の入射によって発生するキャリアを
空間的に分離して検出するＣＣＤ（Charge Coupled Dev
ice：電荷結合素子）を用いても良い。ここで、図１０
はＣＣＤ５０による光スポットのスポット位置情報の検
出を示す模式図である。図１０に示すように、ＣＣＤ５
０における光スポットのスポット位置情報の検出は、Ｃ
ＣＤ５０において受光したレーザ光の所定の受光光量レ
ベル以上のスポット像５１を計算した後、そのスポット
像５１のエッジ部分の幾何学形状のみから算出される重
心位置に基づいて受光位置を検出することによって行わ
れる。ここに、重心位置検出手段が実現されている。こ
れにより、光量分布の変動に伴う重心位置の変動誤差に
よるスポット位置情報の検出精度の劣化が低減されるこ
とになる。
【００６４】また、第一光源部２と第二光源部３との光
源としてＬＤ４，７をそれぞれ適用し、第四光源部の光
源としてＬＤ４４を適用したが、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）を適用しても良い。
源としてＬＤ４，７をそれぞれ適用し、第四光源部の光
源としてＬＤ４４を適用したが、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）を適用しても良い。
【００６５】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、鏡面反射
性を有する測定対象物の所定領域に対して少なくとも二
以上の光束をそれぞれ出射し、測定対象物の所定領域で
反射した各光束を複数の受光素子でそれぞれ受光して各
受光位置を検出し、測定対象物の所定領域の傾斜角度を
一の受光素子で検出された反射光の受光位置に基づいて
算出し、その傾斜角度と少なくとも一以上の他の受光素
子において検出した反射光の受光位置とに基づいて測定
対象物の所定領域の三次元位置を算出することにより、
簡単な構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三次元
位置とを併せて算出することができ、測定対象物の所定
領域に対するより高精度な測定をすることができる。
性を有する測定対象物の所定領域に対して少なくとも二
以上の光束をそれぞれ出射し、測定対象物の所定領域で
反射した各光束を複数の受光素子でそれぞれ受光して各
受光位置を検出し、測定対象物の所定領域の傾斜角度を
一の受光素子で検出された反射光の受光位置に基づいて
算出し、その傾斜角度と少なくとも一以上の他の受光素
子において検出した反射光の受光位置とに基づいて測定
対象物の所定領域の三次元位置を算出することにより、
簡単な構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三次元
位置とを併せて算出することができ、測定対象物の所定
領域に対するより高精度な測定をすることができる。
【００６６】請求項２記載の発明によれば、測定対象物
の所定領域に配設された反射部材において交差するよう
に第一光源部と第二光源部と第三光源部とからそれぞれ
光束を出射し、各光束を反射部材において反射し、第一
光源部から出射された第一光束と第二光源部から出射さ
れた第二光束とを第一の受光素子と第二の受光素子とに
おいて各々受光してそれらの受光位置を検出する一方、
反射部材上に位置する第一光束と第二光束との交点に対
してその鉛直方向下方から出射する第三光束から測定対
象物の所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報を検出し、
その傾斜角度情報に基づいて測定対象物の所定領域の傾
斜角度を算出し、また、各受光素子における受光位置と
測定対象物の所定領域の傾斜角度とに基づいて測定対象
物の所定領域の三次元位置を算出することにより、簡単
な構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三次元位置
とを併せて算出することができるとともに、測定対象物
の所定領域に対するより高精度な測定をすることができ
る。
の所定領域に配設された反射部材において交差するよう
に第一光源部と第二光源部と第三光源部とからそれぞれ
光束を出射し、各光束を反射部材において反射し、第一
光源部から出射された第一光束と第二光源部から出射さ
れた第二光束とを第一の受光素子と第二の受光素子とに
おいて各々受光してそれらの受光位置を検出する一方、
反射部材上に位置する第一光束と第二光束との交点に対
してその鉛直方向下方から出射する第三光束から測定対
象物の所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報を検出し、
その傾斜角度情報に基づいて測定対象物の所定領域の傾
斜角度を算出し、また、各受光素子における受光位置と
測定対象物の所定領域の傾斜角度とに基づいて測定対象
物の所定領域の三次元位置を算出することにより、簡単
な構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三次元位置
とを併せて算出することができるとともに、測定対象物
の所定領域に対するより高精度な測定をすることができ
る。
【００６７】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の変位傾斜測定装置において、第一光束を出射する第
一光源部と第二光束を出射する第二光源部とのいずれか
一方の光源と第三光源部の光源とを併用することによ
り、部品点数を削減するとともに、装置の小型・軽量化
を図ることができる。
載の変位傾斜測定装置において、第一光束を出射する第
一光源部と第二光束を出射する第二光源部とのいずれか
一方の光源と第三光源部の光源とを併用することによ
り、部品点数を削減するとともに、装置の小型・軽量化
を図ることができる。
【００６８】請求項４記載の発明によれば、測定対象物
の所定領域に配設された反射部材において交差するよう
に第一光源部と第二光源部とからそれぞれ光束を出射
し、各光束を反射部材において反射し、第一光源部から
出射された第一光束を反射部材で反射した後にその光路
上に設けた光分離器によって異なる方向に向けて二つに
分離し、一方の分離光束を第一の受光素子において受光
してその受光位置を検出し、また、他方の分離光束から
測定対象物の所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報を検
出し、その傾斜角度情報に基づいて測定対象物の所定領
域の傾斜角度を算出する一方、第二光源部から出射した
第二光束を第二の受光素子において受光してその受光位
置を検出し、さらに、各受光素子における受光位置と測
定対象物の所定領域の傾斜角度とに基づいて測定対象物
の所定領域の三次元位置を算出することにより、簡単な
構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三次元位置と
を併せて算出することができるとともに、測定対象物の
所定領域に対するより高精度な測定をすることができ
る。
の所定領域に配設された反射部材において交差するよう
に第一光源部と第二光源部とからそれぞれ光束を出射
し、各光束を反射部材において反射し、第一光源部から
出射された第一光束を反射部材で反射した後にその光路
上に設けた光分離器によって異なる方向に向けて二つに
分離し、一方の分離光束を第一の受光素子において受光
してその受光位置を検出し、また、他方の分離光束から
測定対象物の所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報を検
出し、その傾斜角度情報に基づいて測定対象物の所定領
域の傾斜角度を算出する一方、第二光源部から出射した
第二光束を第二の受光素子において受光してその受光位
置を検出し、さらに、各受光素子における受光位置と測
定対象物の所定領域の傾斜角度とに基づいて測定対象物
の所定領域の三次元位置を算出することにより、簡単な
構成で測定対象物の所定領域の傾斜角度と三次元位置と
を併せて算出することができるとともに、測定対象物の
所定領域に対するより高精度な測定をすることができ
る。
【００６９】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載の変位傾斜測定装置において、第一の受光素子を光分
離器により分離された一方の分離光束の光路上に設けた
低収差レンズの焦点位置から所定の距離だけ離れた位置
に設けることにより、たとえ低収差レンズにおける分離
光束の入射位置にずれが生じた場合であっても、第一の
受光素子に対するそのずれ量は縮小投影されるので、よ
り小型の受光素子を適用することができる。
載の変位傾斜測定装置において、第一の受光素子を光分
離器により分離された一方の分離光束の光路上に設けた
低収差レンズの焦点位置から所定の距離だけ離れた位置
に設けることにより、たとえ低収差レンズにおける分離
光束の入射位置にずれが生じた場合であっても、第一の
受光素子に対するそのずれ量は縮小投影されるので、よ
り小型の受光素子を適用することができる。
【００７０】請求項６記載の発明によれば、請求項２な
いし５のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、
第四光源部から出射された第四光束を反射部材に対して
垂直に設けた第二反射部材に対して垂直方向から入射さ
せて反射し、この第二反射部材において反射された第四
光束から測定対象物の所定領域の傾斜に関する傾斜角度
情報を検出することにより、この傾斜角度情報に基づい
て反射部材の法線方向回りの傾斜角度を算出することが
できるので、反射部材の六軸方向の三次元位置を算出す
ることができる。
いし５のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、
第四光源部から出射された第四光束を反射部材に対して
垂直に設けた第二反射部材に対して垂直方向から入射さ
せて反射し、この第二反射部材において反射された第四
光束から測定対象物の所定領域の傾斜に関する傾斜角度
情報を検出することにより、この傾斜角度情報に基づい
て反射部材の法線方向回りの傾斜角度を算出することが
できるので、反射部材の六軸方向の三次元位置を算出す
ることができる。
【００７１】請求項７記載の発明によれば、請求項２な
いし６のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、
傾斜角度検出手段を低収差レンズとこの低収差レンズの
焦点距離に一致する位置にレンズ光軸に対して垂直に設
けられた傾斜角度検出用の受光素子とで構成することに
より、測定対象物の所定領域の変動分を低収差レンズに
より補正することができるので、測定対象物の所定領域
の三次元位置の変位量に影響されることなく、測定対象
物の所定領域の傾斜角度のみを単独で算出することがで
きる。
いし６のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、
傾斜角度検出手段を低収差レンズとこの低収差レンズの
焦点距離に一致する位置にレンズ光軸に対して垂直に設
けられた傾斜角度検出用の受光素子とで構成することに
より、測定対象物の所定領域の変動分を低収差レンズに
より補正することができるので、測定対象物の所定領域
の三次元位置の変位量に影響されることなく、測定対象
物の所定領域の傾斜角度のみを単独で算出することがで
きる。
【００７２】請求項８記載の発明によれば、請求項２な
いし７のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、
光束の入射によって発生するキャリアを空間的に分離
し、受光した光束の所定の受光光量レベル以上のスポッ
ト像を計算した後にそのスポット像のエッジ部分の幾何
学形状のみから算出される重心位置に基づいて受光位置
を検出することにより、光量分布の変動に伴う重心位置
の変動誤差によるスポット位置情報の検出精度の劣化を
低減することができる。
いし７のいずれか一記載の変位傾斜測定装置において、
光束の入射によって発生するキャリアを空間的に分離
し、受光した光束の所定の受光光量レベル以上のスポッ
ト像を計算した後にそのスポット像のエッジ部分の幾何
学形状のみから算出される重心位置に基づいて受光位置
を検出することにより、光量分布の変動に伴う重心位置
の変動誤差によるスポット位置情報の検出精度の劣化を
低減することができる。
【図１】本発明の第一の実施の形態の変位傾斜測定装置
の構成を概略的に示す斜視図である。
の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】マーカを示す断面図である。
【図３】ＰＳＤと集光レンズとの関係を模式的に示す説
明図である。
明図である。
【図４】変位傾斜測定装置に内蔵される信号処理回路の
一例を示すブロック図である。
一例を示すブロック図である。
【図５】角度演算器における測定対象物の傾斜角度の算
出について示す説明図である。
出について示す説明図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態の変位傾斜測定装置
の構成を部分的に示す側面図である。
の構成を部分的に示す側面図である。
【図７】本発明の第三の実施の形態の変位傾斜測定装置
の構成を部分的に示す側面図である。
の構成を部分的に示す側面図である。
【図８】ＰＳＤと集光レンズとの関係を模式的に示す説
明図である。
明図である。
【図９】本発明の第四の実施の形態の変位傾斜測定装置
の構成を概略的に示す斜視図である。
の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１０】ＣＣＤにおける光スポットのスポット位置情
報の検出を示す模式図である。
報の検出を示す模式図である。
【図１１】従来の変位傾斜測定装置の一例を示す斜視図
である。
である。
【図１２】従来の変位センサの一例を示す斜視図であ
る。
る。
１，２０，３０，４０ 変位傾斜測定装置 ２ 第一光源部 ３ 第二光源部 ４，７ 光源 ６，１０ 第三光源部 １１ 反射部材 １２ 第一の受光素子 １３ 第二の受光素子 １４，４８ 傾斜角度検出用の受光素子 １５，４７ 低収差レンズ １７ 角度演算手段 １８ 変位量演算手段 ２１ 光分離器 ３１ 低収差レンズ ４２ 第二反射部材 ４４，４５，４６ 第四光源部 ５０ 受光素子 Ａ 測定対象物 Ｌ１ 第一光束 Ｌ２ 第二光束 Ｌ３ 第三光束 Ｌ４ 第四光束 ＳＰ 交点
Claims (8)
- 【請求項１】 鏡面反射性を有する測定対象物の所定領
域に対して少なくとも二以上の光束を出射し、各反射光
を複数の受光素子でそれぞれ受光して各反射光の受光位
置を検出し、一の前記受光素子で検出した反射光の受光
位置に基づいて測定対象物の所定領域の傾斜角度を算出
するとともに、少なくとも一以上の他の前記受光素子に
おいて検出した反射光の受光位置と算出された前記傾斜
角度とに基づいて測定対象物の所定領域の三次元位置を
算出する変位傾斜測定装置。 - 【請求項２】 測定対象物の所定領域に配設され、鏡面
反射性を有する反射部材と、 この反射部材に対して第一光束を出射する第一光源部
と、 この第一光源部と同一面上に設けられ、前記第一光源部
から出射される前記第一光束に対して所定の角度を有す
る第二光束を前記反射部材に対して出射する第二光源部
と、 前記反射部材で反射された前記第一光束を受光してその
受光位置を検出する第一の受光素子と、 この第一の受光素子と同一面上に設けられ、前記反射部
材で反射された前記第二光束を受光してその受光位置を
検出する第二の受光素子と、 前記反射部材上に位置する前記第一光束と前記第二光束
との交点に対し、その鉛直方向下方から第三光束を出射
する第三光源部と、 前記反射部材で反射された前記第三光束の光路上に設け
られ、その第三光束から前記測定対象物の所定領域の傾
斜に関する傾斜角度情報を検出する傾斜角度検出手段
と、 この傾斜角度検出手段で検出された傾斜角度情報に基づ
いて前記測定対象物の所定領域の傾斜角度を算出する角
度演算手段と、 この角度演算手段で算出された傾斜角度と前記第一の受
光素子で検出された受光位置と前記第二の受光素子で検
出された受光位置とに基づいて前記測定対象物の所定領
域の三次元位置を算出する変位量演算手段と、を備える
変位傾斜測定装置。 - 【請求項３】 前記第三光源部は、前記第一光源部と前
記第二光源部とのいずれか一方の光源を併用する請求項
２記載の変位傾斜測定装置。 - 【請求項４】 測定対象物の所定領域に配設され、鏡面
反射性を有する反射部材と、 この反射部材に対して第一光束を出射する第一光源部
と、 この第一光源部と同一面上に設けられ、前記第一光源部
から出射される前記第一光束に対して所定の角度を有す
る第二光束を前記反射部材に対して出射する第二光源部
と、 前記反射部材で反射された前記第一光束の光路上に設け
られ、前記第一光束を異なる方向に向けて二つに分離す
る光分離器と、 この光分離器により分離された一方の分離光束の光路上
に設けられ、その一方の分離光束を受光してその受光位
置を検出する第一の受光素子と、 前記反射部材で反射された前記第二光束を受光してその
受光位置を検出する第二の受光素子と、 前記光分離器により分離された他方の分離光束の光路上
に設けられ、その他方の分離光束から前記測定対象物の
所定領域の傾斜に関する傾斜角度情報を検出する傾斜角
度検出手段と、 この傾斜角度検出手段で検出された傾斜角度情報に基づ
いて前記測定対象物の所定領域の傾斜角度を算出する角
度演算手段と、 この角度演算手段で算出された傾斜角度と前記第一の受
光素子で検出された受光位置と前記第二の受光素子で検
出された受光位置とに基づいて前記測定対象物の所定領
域の三次元位置を算出する変位量演算手段と、を備える
変位傾斜測定装置。 - 【請求項５】 前記光分離器により分離された一方の分
離光束の光路上に低収差レンズを設け、前記第一の受光
素子をその低収差レンズの焦点位置から所定の距離だけ
離れた位置にレンズ光軸に対して垂直に設ける請求項４
記載の変位傾斜測定装置。 - 【請求項６】 前記反射部材に対して垂直に設けられ、
鏡面反射性を有する第二反射部材と、 この第二反射部材に対して垂直方向から第四光束を出射
する第四光源部と、 前記第二反射部材で反射された前記第四光束の光路上に
設けられ、その第四光束から前記測定対象物の所定領域
の傾斜に関する傾斜角度情報を検出する傾斜角度検出手
段と、を備える請求項２ないし５のいずれか一記載の変
位傾斜測定装置。 - 【請求項７】 傾斜角度検出手段は、低収差レンズと、
この低収差レンズの焦点距離に一致する位置にレンズ光
軸に対して垂直に設けられた傾斜角度検出用の受光素子
と、で構成される請求項２ないし６のいずれか一記載の
変位傾斜測定装置。 - 【請求項８】 各受光素子は光束の入射によって発生す
るキャリアを空間的に分離して検出するものであって、
受光した光束の所定の受光光量レベル以上のスポット像
を計算した後にそのスポット像のエッジ部分の幾何学形
状のみから算出される重心位置に基づいて受光位置を検
出する重心位置検出手段を備える請求項２ないし７のい
ずれか一記載の変位傾斜測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03477399A JP3921004B2 (ja) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | 変位傾斜測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03477399A JP3921004B2 (ja) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | 変位傾斜測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000234907A true JP2000234907A (ja) | 2000-08-29 |
| JP3921004B2 JP3921004B2 (ja) | 2007-05-30 |
Family
ID=12423630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03477399A Expired - Fee Related JP3921004B2 (ja) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | 変位傾斜測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3921004B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005208027A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-08-04 | Sunx Ltd | 距離測定装置、光学測定装置及びこれらの距離測定方法 |
| JP2007064670A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 表面形状測定機 |
| JP2009250708A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Nikon Corp | 測定装置および測定方法 |
| JP2010181235A (ja) * | 2009-02-04 | 2010-08-19 | Micro Uintekku Kk | 変位及び傾角測定装置 |
| JP2012145445A (ja) * | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Sharp Corp | 測距装置 |
| US8735825B2 (en) | 2011-04-08 | 2014-05-27 | Seiko Epson Corporation | Optical position detection device |
| WO2016031935A1 (ja) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 株式会社ニコン | 表面形状測定装置 |
| JP2016166747A (ja) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | テスト リサーチ， インク． | 光学検出システム |
| US9885561B2 (en) | 2014-12-15 | 2018-02-06 | Test Research, Inc. | Optical inspection system |
| JP2020067372A (ja) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | 駿河精機株式会社 | 変位計測装置 |
| WO2024005442A1 (ko) * | 2022-06-28 | 2024-01-04 | 엘지전자 주식회사 | 광학계를 이용한 다축 변위 동시 측정 장치 |
-
1999
- 1999-02-12 JP JP03477399A patent/JP3921004B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005208027A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-08-04 | Sunx Ltd | 距離測定装置、光学測定装置及びこれらの距離測定方法 |
| JP4589648B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2010-12-01 | サンクス株式会社 | 光学測定装置及びこれらの距離測定方法 |
| JP2007064670A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 表面形状測定機 |
| JP2009250708A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Nikon Corp | 測定装置および測定方法 |
| JP2010181235A (ja) * | 2009-02-04 | 2010-08-19 | Micro Uintekku Kk | 変位及び傾角測定装置 |
| JP2012145445A (ja) * | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Sharp Corp | 測距装置 |
| US8735825B2 (en) | 2011-04-08 | 2014-05-27 | Seiko Epson Corporation | Optical position detection device |
| WO2016031935A1 (ja) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 株式会社ニコン | 表面形状測定装置 |
| JPWO2016031935A1 (ja) * | 2014-08-29 | 2017-06-08 | 株式会社ニコン | 表面形状測定装置 |
| US9885561B2 (en) | 2014-12-15 | 2018-02-06 | Test Research, Inc. | Optical inspection system |
| JP2016166747A (ja) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | テスト リサーチ， インク． | 光学検出システム |
| JP2020067372A (ja) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | 駿河精機株式会社 | 変位計測装置 |
| JP7112311B2 (ja) | 2018-10-24 | 2022-08-03 | 駿河精機株式会社 | 変位計測装置 |
| WO2024005442A1 (ko) * | 2022-06-28 | 2024-01-04 | 엘지전자 주식회사 | 광학계를 이용한 다축 변위 동시 측정 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3921004B2 (ja) | 2007-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5973788A (en) | System for point-by-point measuring of spatial coordinates | |
| US6509971B2 (en) | Interferometer system | |
| JP4885942B2 (ja) | 光学的三角測量を利用した光学測定装置 | |
| JP2004531062A (ja) | 裏側アライメントシステム及び方法 | |
| JP2000234907A (ja) | 変位傾斜測定装置 | |
| JPH10221064A (ja) | 光学式測距装置 | |
| JPH11257917A (ja) | 反射型光式センサ | |
| JPH045508A (ja) | 物体の形状検出方法及びその装置 | |
| US5059022A (en) | Device for measuring radius of curvature and a method thereof | |
| US5276497A (en) | Measuring apparatus of mirror surface | |
| JP3688560B2 (ja) | 光学式測定装置 | |
| WO2018099348A1 (zh) | 一种调焦调平装置 | |
| JP2983673B2 (ja) | 曲率半径測定方法および装置 | |
| JP2002148025A (ja) | ３次元形状測定装置 | |
| JPH10267624A (ja) | 三次元形状測定装置 | |
| JPS63225108A (ja) | 距離・傾斜角測定器 | |
| JP5330114B2 (ja) | 変位チルトセンサ | |
| EP2538169B1 (en) | Grazing incidence interferometer | |
| JPH0823484B2 (ja) | 二次元の対象物を整向、検査及び／または測定するための装置 | |
| JPH08261734A (ja) | 形状測定装置 | |
| JP2698446B2 (ja) | 間隔測定装置 | |
| JP3876097B2 (ja) | 三次元位置及び姿勢検出センサ | |
| JP2749900B2 (ja) | 位置検出方法 | |
| JP2003097924A (ja) | 形状測定装置および測定方法 | |
| JP2001066110A (ja) | 変位傾斜測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041228 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20050729 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050801 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060901 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060912 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061110 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070213 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070216 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110223 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120223 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130223 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130223 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140223 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |