JP2006105835A - Shape measuring method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共焦点光学系を応用して三次元形状を測定する形状測定方法及び形状測定装置に関するものである。 The present invention relates to a shape measuring method and a shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape by applying a confocal optical system.
共焦点光学系によって画像を得る光学システムを共焦点撮像系と呼び、その共焦点撮像系によって得られる画像を共焦点画像と呼ぶ。共焦点撮像系として一般的なものに、レーザー走査顕微鏡やニポウディスク ( Nipkow disk ) 走査顕微鏡がある。その他、走査機構を持たない高速性の共焦点撮像系として、共焦点光学系、共焦点ピンホールを二次元に配列して共焦点画像の各画素を同時露光する二次元配列型共焦点撮像系がある(例えば特許文献1参照)。 An optical system that obtains an image using a confocal optical system is called a confocal imaging system, and an image obtained by the confocal imaging system is called a confocal image. Common confocal imaging systems include laser scanning microscopes and Nipkow disk scanning microscopes. In addition, as a high-speed confocal imaging system without a scanning mechanism, a confocal optical system, a two-dimensional array type confocal imaging system that simultaneously exposes each pixel of the confocal image by arranging the confocal pinholes in two dimensions (See, for example, Patent Document 1).
図4に二次元配列型共焦点撮像系の形状測定装置の概略構成を示す。
この形状測定装置では、光源1の光はコリメーターレンズ2によって平行光となり、その内、ピンホールアレイ7にマトリックス状に配列されたピンホール7aを通過した光はハーフミラー等の光路分岐光学素子4を透過し、対物レンズ5によって集光され、移動ステージ10の上に載置された被測定物体9の上に投光される。
FIG. 4 shows a schematic configuration of a shape measuring apparatus of a two-dimensional array type confocal imaging system.
In this shape measuring apparatus, the light from the light source 1 is converted into parallel light by the
そして被測定物体9で反射した光が再び対物レンズ5で集光され、光路分岐光学素子4で分岐され、結像レンズ6によってピンホールアレイ7と共役な位置に結像し、この結像位置に配置されたもう一つのピンホールアレイ7のピンホール7aを通過して光検出器アレイ8の各光検出器で検出され、光電変換されて電気信号として出力される。
Then, the light reflected by the object to be measured 9 is collected again by the
このとき、被測定物体9は移動ステージ10によって高さ方向(Z方向)に次第に変位させられて、被測定物体9の高さ方向に走査され、各位置の被測定物体9に基づく光検出器アレイ8の個々の出力が別々にサンプリングされていて、各光検出器の出力が最大になった時のZ方向の位置が被計測物体9の表面位置として検出され、移動ステージ10の時々の走査位置のデータと対でデータ処理することによって、被計測物体9の高さ方向(Z方向)の表面形状を三次元測定できる。
しかしながら、前記従来の方法には次のような問題点がある。
(1)精度の高い共焦点効果を得るためには、2つのピンホールアレイ7を互いのピンホール7aのピッチが正確に合うように例えばサブミクロンの精度で精密に作成し、それらを光路分岐光学素子4を挟んで共役な位置に前記精度で精密に位置決めし、固定維持する必要がある。しかし数十万個に及ぶピンホール7aを持ったピンホールアレイ7を上記精度で作成するのは技術的に難しく、またその位置決め、固定維持も容易ではない。
(2)ピンホールアレイ7に入射する光はピンホール7a以外の部分は透過しないので、光の利用効率が悪く、光源1の光の数%しか利用されない。そのため十分な検出光量を得るのに時間がかかり、被測定物体9の形状測定に長い時間を要する。
(3)ピンホールアレイ7の遮光部分で反射する光が光検出器アレイ8(二次元検出器)に届かないようにする対策も必要である。
(4)二次元配列型共焦点撮像系においては、照明光はできるだけ可干渉性の低い光であることが要求される。局所的な光の干渉によって発生する粒状雑音(以下、スペックルと記す)がなるべく少ない画像を得るためである。
However, the conventional method has the following problems.
(1) In order to obtain a highly accurate confocal effect, the two
(2) Since the light incident on the
(3) It is necessary to take measures to prevent the light reflected by the light-shielding portion of the
(4) In a two-dimensional array type confocal imaging system, illumination light is required to be light with as low coherence as possible. This is to obtain an image with as little granular noise (hereinafter referred to as speckle) generated by local light interference.
この点において、上述した走査型の共焦点撮像系では、二次元検出器の露光中も被測定物体9に投射されるスポットは移動しているため、スペックルが発生してもスポット移動に伴ってスペックルの状態が変化し平均化されるのに対し、二次元配列型共焦点撮像系では、二次元検出器の露光中にはスポットは全く動かないため、スポット内で前記スペックルが発生した場合にはそのまま画像に影響してしまう。このような画像への影響は、特に低倍率、低開口数の対物レンズを用いてスポットサイズが大きい状態で粗面観察する場合に著しい。このため二次元配列型共焦点撮像系では、インコヒーレントな光源を用いるか、またはコヒーレント光を位相ランダマイザでインコヒーレント化して用いているのであるが、インコヒーレントな光源を使用する場合には、ピンホールアレイのピンホールを通過させることで結局は可干渉性が高くなり、画像に影響する前記スペックルが発生してしまう。 In this respect, in the above-described scanning confocal imaging system, the spot projected on the object to be measured 9 is moving even during exposure of the two-dimensional detector. While the speckle state changes and is averaged, in the two-dimensional array confocal imaging system, the spot does not move at all during the exposure of the two-dimensional detector, so the speckle occurs in the spot. If it does, it will affect the image as it is. Such an influence on an image is particularly remarkable when a rough surface is observed with a large spot size using an objective lens having a low magnification and a low numerical aperture. For this reason, in a two-dimensional array type confocal imaging system, an incoherent light source is used, or coherent light is made incoherent with a phase randomizer, but when using an incoherent light source, By passing through the pinholes of the hole array, the coherence becomes high after all, and the speckle that affects the image is generated.
本発明はかかる実情に鑑みてなされたもので、二次元配列型共焦点光学系を用いながら、三次元形状計測を高速に精度よくなし得る形状測定方法と、製造や各部の位置合わせも容易な形状測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a shape measuring method capable of performing three-dimensional shape measurement at high speed with high accuracy while using a two-dimensional array type confocal optical system, and manufacturing and positioning of each part are easy. An object is to provide a shape measuring apparatus.
本発明の形状測定方法は、光源から出射した光を対物レンズを介して被測定物体に照射し、光軸方向に被測定物体を相対移動させて、その移動の時々の反射光または投射光によって被計測物体自体が発する蛍光量を光検出器アレイで検出し、被測定物体の前記光軸方向における時々の位置データとそのときの前記光検出器アレイの検出信号とを対にしてデータ処理して、被測定物体の表面形状を三次元計測するに際し、前記光源から出射した光を回折格子を介して前記複数に分岐して前記対物レンズを介して被測定物体に照射して表面形状を三次元計測することを特徴とする。 In the shape measuring method of the present invention, the object to be measured is irradiated with the light emitted from the light source via the objective lens, the object to be measured is relatively moved in the optical axis direction, and the reflected light or the projected light at the time of the movement is used. The amount of fluorescence emitted from the object to be measured itself is detected by the photodetector array, and data processing is performed by pairing the position data of the object to be measured in the optical axis direction with the detection signal of the photodetector array at that time. When measuring the surface shape of the object to be measured three-dimensionally, the light emitted from the light source is branched into the plurality through the diffraction grating and irradiated to the object to be measured through the objective lens, and the surface shape is tertiary. It is characterized by original measurement.
また、本発明の形状測定装置は、光源から出射した光を複数の点光源に分岐する回折格子と、前記回折格子によって分岐された点光源を被測定物体に投影する対物レンズと、前記対物レンズと前記回折格子の間の光路中に配設され前記回折格子から対物レンズに向かう光を透過し、前記被測定物体で反射して再び前記対物レンズを通過した反射光を前記光路から分岐させる光路分岐光学素子と、前記光路分岐光学素子によって分岐された反射光を結像させる結像レンズと、二次元配置された複数のピンホールを有し前記結像レンズの後ろ側焦点位置に配置されたピンホールアレイと、前記ピンホールアレイの複数のピンホールのそれぞれに対応する複数の光検出器を有し、前記結像レンズにより前記光検出器のそれぞれに結像された像を光電変換する光検出器アレイと、被測定物体を前記対物レンズの光軸方向に移動させて走査する移動ステージと、前記移動ステージによる被測定物体の前記光軸方向における時々の位置データとそのときの前記光検出器アレイの検出信号とを対にしてデータ処理して、被測定物体の表面形状を三次元計測する三次元計測部とを備えたことを特徴とする。 Further, the shape measuring apparatus of the present invention includes a diffraction grating that branches light emitted from a light source into a plurality of point light sources, an objective lens that projects the point light source branched by the diffraction grating onto an object to be measured, and the objective lens An optical path that is disposed in an optical path between the diffraction grating and transmits the light from the diffraction grating toward the objective lens, reflects the reflected light from the object to be measured, and branches the reflected light that has passed through the objective lens again from the optical path A branching optical element, an imaging lens that forms an image of the reflected light branched by the optical path branching optical element, and a plurality of pinholes that are two-dimensionally arranged, are disposed at a focal point on the rear side of the imaging lens. A pinhole array, and a plurality of photodetectors corresponding to each of the plurality of pinholes of the pinhole array, and an image formed on each of the photodetectors by the imaging lens is photoelectrically converted. An optical detector array to be replaced, a moving stage for moving the object to be measured in the direction of the optical axis of the objective lens, scanning, position data of the object to be measured in the direction of the optical axis by the moving stage, and data at that time And a three-dimensional measuring unit configured to three-dimensionally measure the surface shape of the object to be measured by processing data in pairs with the detection signals of the photodetector array.
また、光路分岐光学素子として偏光ビームスプリッタを備え、この偏光ビームスプリッタと対物レンズとの間に1/4波長板を備えたことを特徴とする。
また、前記回折格子を面内変位させる回折格子移動ステージを備えたことを特徴とする。
Further, a polarizing beam splitter is provided as an optical path branching optical element, and a quarter wavelength plate is provided between the polarizing beam splitter and the objective lens.
In addition, a diffraction grating moving stage for in-plane displacing the diffraction grating is provided.
また、本発明の形状測定方法は、前記投射光によって被計測物体自体が発する蛍光量を光検出器アレイで検出する経路中に、蛍光波長を透過するバンドパスフィルタを介装して前記蛍光以外の光を遮断することを特徴とする。 In addition, the shape measuring method of the present invention includes a bandpass filter that transmits a fluorescence wavelength in a path in which a photodetector array detects the amount of fluorescence emitted by the object to be measured by the projected light, and other than the fluorescence. The light is blocked.
本発明の形状測定方法は、光源から出射した光を回折格子を介して複数に分岐して、対物レンズを介して被測定物体に照射し、被測定物体の表面形状を三次元測定することで、光源光の利用効率のよい光を利用し、三次元形状計測を高速に行うことが可能である。 In the shape measuring method of the present invention, the light emitted from the light source is branched into a plurality through the diffraction grating, irradiated onto the object to be measured through the objective lens, and the surface shape of the object to be measured is measured three-dimensionally. It is possible to perform three-dimensional shape measurement at high speed by using light with high utilization efficiency of light source light.
本発明の形状測定装置は、非走査型(二次元配列型)の共焦点画像を得るために、照明系に従来用いられているピンホールに代えて回折格子を設けたものであり、従来のピンホール照明方式に比べて次の利点がある。 In order to obtain a non-scanning type (two-dimensional array type) confocal image, the shape measuring apparatus of the present invention is provided with a diffraction grating in place of a pinhole conventionally used in an illumination system. There are the following advantages compared with the pinhole illumination system.
a)光源光の利用効率を格段に向上させることができ、三次元形状計測を高速に精度よく行うことが可能である。
b)構造が簡単であるため、製作容易であり、各部の位置合わせも容易である。
a) The utilization efficiency of light source light can be remarkably improved, and three-dimensional shape measurement can be performed at high speed and with high accuracy.
b) Since the structure is simple, it is easy to manufacture, and the positioning of each part is also easy.
c)照明系のピンホールアレイと受光用のピンホールアレイとの位置合わせが不要であるため、装置の小型軽量化を実現できる。
d)照明系のピンホールアレイに入射する光源光がピンホール以外の部分(遮光膜)で反射して観察される、という従来の不具合を低減できる。
c) Since it is not necessary to align the pinhole array of the illumination system and the pinhole array for receiving light, it is possible to reduce the size and weight of the apparatus.
d) It is possible to reduce the conventional problem that the light source light incident on the pinhole array of the illumination system is reflected and observed by a portion other than the pinhole (light shielding film).
さらに、偏光ビームスプリッタと1/4波長板とを設けることによって、ノイズ光をカットできる。
また、回折格子移動ステージを設けることによって、低倍率、低開口数の対物レンズを用いる時もスペックルの発生を抑制可能である。ファクトリーオートメーションの自動検査ラインでの三次元計測などでは低倍率の対物レンズによる粗面観察が求められることが多いため、スペックル抑制効果は非常に有効である。
Furthermore, noise light can be cut by providing a polarizing beam splitter and a quarter-wave plate.
Further, by providing the diffraction grating moving stage, it is possible to suppress the generation of speckle even when using an objective lens having a low magnification and a low numerical aperture. The speckle suppression effect is very effective because the rough surface observation with a low-magnification objective lens is often required for 3D measurement on an automatic inspection line of factory automation.
以下、本発明の形状測定方法を具体的な実施の形態を示す図1〜図3に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の形状測定方法の実施の形態1における形状測定装置を示す。
Hereinafter, the shape measuring method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 showing specific embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a shape measuring apparatus according to Embodiment 1 of the shape measuring method of the present invention.
図中、1は光源、2はコリメーターレンズ、3は透過型回折格子、4はハーフミラーなどの光路分岐光学素子、5は対物レンズであり、この順に配置されている。回折格子3は点光源アレイの発生手段として用いられるもので、光源1から光が入射すると、あたかも光源がマトリックス状に並んだアレイから出射したかのような光を発生する。6は結像レンズ、7は複数のピンホール7aがマトリックス状に配置されたピンホールアレイ、8は複数の光検出器がそれぞれ前記ピンホール7aに対応してマトリックス状に配置された光検出器アレイであり、前記対物レンズ5等と光軸が交わる方向に沿ってこの順に配置されている。これら1〜8で示す部材が共焦点光学装置を構成している。
In the figure, 1 is a light source, 2 is a collimator lens, 3 is a transmissive diffraction grating, 4 is an optical path branching optical element such as a half mirror, and 5 is an objective lens, which are arranged in this order. The
9は被測定物体、10は被測定物体9を載置して対物レンズ5の下方で被計測物体9の高さ方向(Z方向で、光軸に沿う方向)に移動可能な移動ステージである。12は移動ステージ10の移動制御を行う移動制御部である。11は三次元計測部で、移動制御部12から得られる前記移動ステージ10による被測定物体9の前記光軸方向における時々の位置データと、そのときの前記光検出器アレイ8の検出信号とを対にしてデータ処理して、被測定物体9の表面形状を三次元計測している。
Reference numeral 9 denotes an object to be measured, and 10 a moving stage on which the object to be measured 9 is mounted and can be moved below the
上記構成における作用を説明する。
光源1より出た光はコリメーターレンズ2によってほぼ平行光とされ、透過型回折格子3で点光源アレイであるかのように分岐された後、光路分岐光学素子4を通過し、対物レンズ5に入射して被測定物体9に向けて集光される。ここでは簡便のために一部の分岐光(回折光)のみ図示しているが、実際は分岐光のそれぞれから生じる点像が被測定物体9の検査面の上に結像される。
The operation in the above configuration will be described.
The light emitted from the light source 1 is made into substantially parallel light by the
被測定物体9で反射した反射光は再び対物レンズ5に入射して集光され、光路分岐光学素子4により偏向され、次いで結像レンズ6に入射してピンホールアレイ7の各ピンホール7aの位置に結像される。そして各ピンホール7aを通過した光が光検出器アレイ8の各光検出器で検出されて光電変換され、受光強度に応じた電気信号として出力される。ここで光検出器アレイ8の上には共焦点画像が得られている。
The reflected light reflected by the object to be measured 9 is incident again on the
このとき被測定物体9は移動ステージ10に載置された状態で移動制御部12の制御によりZ方向に変位されていて、各位置での反射光に基づく光検出器アレイ8の各光検出器の出力が三次元計測部11で順次にサンプリングされ、移動制御部12から得られる前記移動ステージ10による被測定物体9の前記光軸方向における時々の位置データと、そのときの光検出器アレイ8の検出信号とを対にしてデータ処理して、被測定物体9の表面形状を三次元計測している。なお、光検出器アレイ8の各光検出器の出力が最大になった時のZ方向の位置が被計測物体9の表面位置として検出される。
At this time, the object 9 to be measured is displaced in the Z direction under the control of the
以上のように、この実施の形態1の装置では、点光源の像を対物レンズにより物体に投射する二次元配列型共焦点撮像系において、点光源を作るために照明系に従来利用されていたピンホール(ピンホールアレイ)に代えて回折格子3を使用して、非走査型(二次元配列型)の共焦点画像を得るのである。
As described above, in the apparatus according to the first embodiment, in a two-dimensional array type confocal imaging system in which an image of a point light source is projected onto an object by an objective lens, it has been conventionally used in an illumination system to produce a point light source. The
この方式によれば、回折格子3の回折効率を例えば50%とした時には、照明光の50%が被測定物体9に照射され反射光が光検出器アレイ8に入射されることになり、光源光の利用効率を従来より格段に向上させることができる。
According to this method, when the diffraction efficiency of the
また照明系にピンホール(ピンホールアレイ)を用いないことから、遮光膜は存在せず、従来装置で問題となっていた遮光膜での反射を考慮しなくて済む。遮光膜としては一般に酸化クロム/クロム/酸化クロムの三層膜が用いられているが、酸化クロムであっても5パーセント程度の反射は発生する。これに対し、遮光膜が無い場合には、多層ARコート(Anti-Reflection Coat:反射防止膜)を系内の各光学素子表面に施すことになるが、それによって迷光の発生を防止できるため、反射を0.2パーセント程度まで減らすことが可能である。 Further, since no pinhole (pinhole array) is used in the illumination system, there is no light shielding film, and reflection on the light shielding film, which has been a problem with conventional devices, need not be considered. In general, a three-layered film of chromium oxide / chromium / chromium oxide is used as the light shielding film, but reflection of about 5 percent occurs even with chromium oxide. On the other hand, when there is no light-shielding film, a multilayer AR coat (Anti-Reflection Coat: antireflection film) is applied to the surface of each optical element in the system, thereby preventing the generation of stray light. The reflection can be reduced to about 0.2 percent.
光源1としては、空間、時間コヒーレンスともに高いレーザーが好適であり、回折格子特性に合わせて必要な空間、時間コヒーレンス、波長をもつ光源を選択するようにすればよい。光検出器アレイ8としてはMOS型あるいはCCD型のエリアセンサが好適である。
As the light source 1, a laser having high spatial and temporal coherence is suitable, and a light source having a necessary space, temporal coherence, and wavelength may be selected in accordance with the diffraction grating characteristics. As the
なお、この実施の形態1では、被計測物体9で反射された光を検出するようにしたが、投射光によって被計測物体9自体が発する蛍光量を検出するようにしてもよい。その場合、検出する蛍光以外の光を遮断する目的でその蛍光波長を透過するバンドパスフィルタをピンホールアレイ7と光検出器アレイ8との間、あるいは結像レンズ6とピンホールアレイ7との間に配置するようにしてもよい。
In the first embodiment, the light reflected by the measured object 9 is detected, but the amount of fluorescence emitted by the measured object 9 itself may be detected by the projection light. In that case, in order to block light other than the fluorescence to be detected, a band-pass filter that transmits the fluorescence wavelength is provided between the
またZ方向の移動走査を行うべく、移動ステージ10を設けて被計測物体9をZ方向に移動させるようにしたが、共焦点光学装置の全体をZ方向に移動可能に構成しても同様であって、光軸方向に被測定物体9を相対移動させて、その移動の時々の反射光を光検出器アレイ8で検出すればよい。
Further, in order to perform moving scanning in the Z direction, the moving
(実施の形態2)
図2は本発明の形状測定方法の実施の形態2における形状測定装置を示す。
この実施の形態2の形状測定装置は、光路分岐光学素子として偏光ビームスプリッタ13が設けられ、この偏光ビームスプリッタ13と対物レンズ5の間に1/4波長板14が設けられている点だけが実施の形態1とは異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a shape measuring apparatus according to
The shape measuring apparatus according to the second embodiment is provided with a
この構成によれば、光源1より出た照明光はコリメーターレンズ2によってほぼ平行光とされ、透過型回折格子3で分岐された後、偏光ビームスプリッタ13を通過して直線偏光になり、次に1/4波長板14により円偏光となって、対物レンズ5に入射し被測定物体9の上に集光される。
According to this configuration, the illumination light emitted from the light source 1 is made into substantially parallel light by the
そして被計測物体9の上で反射した光が再び対物レンズ5に入射して集光され、1/4波長板により照明光と直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ13により偏向され、結像レンズ6に入射してピンホールアレイ7の各ピンホール7a位置に結像される。
Then, the light reflected on the object to be measured 9 is incident again on the
このように、偏光ビームスプリッタ13と1/4波長板14とを備えることで、被計測物体9の上で反射した光が再び偏光ビームスプリッタ13よりも照明光学系側に戻るのを防止し、迷光によるノイズの発生を防ぐことができる。
Thus, by providing the
(実施の形態3)
図3は本発明の形状測定方法の実施の形態3における形状測定装置を示す。
この実施の形態3の形状測定装置は、回折格子をその面方向に沿って移動させる回折格子移動ステージ15が設けられている点だけが実施の形態1とは異なっている。
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows a shape measuring apparatus according to
The shape measuring apparatus according to the third embodiment is different from the first embodiment only in that a diffraction
回折格子3をその溝に直交する方向に面内変位させると、回折光の波面の位相が変化し、透過光と回折光との干渉縞の白黒のコントラストが変化する。この形状測定装置では、回折格子移動ステージ15によって回折格子3を高速に面内変位させることにより、干渉によって発生する雑音(スペックル)のコントラストの打ち消し合いを生ぜしめ、スペックルを低減することができる。
When the
これに対して従来装置では、光源が例えばハロゲンランプのような白色のインコヒーレント光源であっても、照明系のピンホールから出た光は可干渉性が高くなってしまうため、低倍率、低開口数の共焦点撮像系で粗面観察する際にスペックルが発生し、画質の劣化、三次元計測精度の低下を招いていた。 On the other hand, in the conventional apparatus, even if the light source is a white incoherent light source such as a halogen lamp, the light emitted from the pinhole of the illumination system becomes highly coherent. When a rough surface is observed with a confocal imaging system having a numerical aperture, speckles are generated, leading to deterioration of image quality and deterioration of three-dimensional measurement accuracy.
本発明の形状測定方法は、ファクトリーオートメーションの自動検査ラインでの三次元計測などに有用である。 The shape measuring method of the present invention is useful for three-dimensional measurement in an automatic inspection line of factory automation.
1 光源
2 コリメーターレンズ
3 回折格子
4 光路分岐光学素子
5 対物レンズ
6 結像レンズ
7 ピンホールアレイ
7a ピンホール
8 光検出器アレイ
9 被測定物体
10 移動ステージ
11 三次元計測部
12 移動制御部
13 偏光ビームスプリッタ
14 1/4波長板
15 回折格子移動ステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記光源から出射した光を回折格子を介して前記複数に分岐して前記対物レンズを介して被測定物体に照射して表面形状を三次元計測する形状測定方法。 Light emitted from the light source is irradiated onto the object to be measured through the objective lens, the object to be measured is relatively moved in the optical axis direction, and the amount of fluorescence emitted by the object to be measured by reflected light or projection light at the time of the movement Is detected by a photodetector array, and data processing is performed by pairing the position data of the object to be measured in the optical axis direction with the detection signal of the photodetector array at that time, and the surface shape of the object to be measured When measuring three-dimensional
A shape measuring method in which light emitted from the light source is branched into a plurality of light via a diffraction grating and irradiated onto an object to be measured via the objective lens to measure a surface shape three-dimensionally.
前記回折格子によって分岐された点光源を被測定物体に投影する対物レンズと、
前記対物レンズと前記回折格子の間の光路中に配設され前記回折格子から対物レンズに向かう光を透過し、前記被測定物体で反射して再び前記対物レンズを通過した反射光を前記光路から分岐させる光路分岐光学素子と、
前記光路分岐光学素子によって分岐された反射光を結像させる結像レンズと、
二次元配置された複数のピンホールを有し前記結像レンズの後ろ側焦点位置に配置されたピンホールアレイと、
前記ピンホールアレイの複数のピンホールのそれぞれに対応する複数の光検出器を有し、前記結像レンズにより前記光検出器のそれぞれに結像された像を光電変換する光検出器アレイと、
被測定物体を前記対物レンズの光軸方向に移動させて走査する移動ステージと、
前記移動ステージによる被測定物体の前記光軸方向における時々の位置データとそのときの前記光検出器アレイの検出信号とを対にしてデータ処理して、被測定物体の表面形状を三次元計測する三次元計測部とを備えた形状測定装置。 A diffraction grating that divides the light emitted from the light source into a plurality of point light sources;
An objective lens that projects the point light source branched by the diffraction grating onto the object to be measured;
The light that is disposed in the optical path between the objective lens and the diffraction grating, transmits light that travels from the diffraction grating to the objective lens, reflects off the object to be measured, and passes through the objective lens again from the optical path. Optical path branching optical element for branching;
An imaging lens for imaging the reflected light branched by the optical path branching optical element;
A pinhole array having a plurality of pinholes arranged two-dimensionally and arranged at a rear focal position of the imaging lens;
A plurality of photodetectors corresponding to each of the plurality of pinholes of the pinhole array, and a photodetector array that photoelectrically converts an image formed on each of the photodetectors by the imaging lens;
A moving stage that moves and scans the object to be measured in the direction of the optical axis of the objective lens;
The surface shape of the object to be measured is measured three-dimensionally by pairing the position data of the object to be measured in the optical axis direction by the moving stage with the detection signal of the photodetector array at that time. A shape measuring device including a three-dimensional measuring unit.
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