JP2006337113A - 光学測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡単な構成で、測定を高速、かつ高精度に行なうことが可能な光学測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 光学装置本体３０は光を出射する投光部３１と、コリメータレンズ３５と、対物レンズ３７とを備えるとともに、イメージセンサ５１、受光ピンホールアレイ５５並びに、導光手段４１を備える。そして、ワークＷの３次元的な形状を計測するのに、光をワークＷ上に走査させているが、この走査をコリメータレンズ３５を進退させて行なっている。そして、このときには、コリメータレンズ３５と同期したタイミングでイメージセンサ５１を進退させる必要があるが、本実施形態ではコリメータレンズ３５とイメージセンサ５１とがスライダ６３によって連結され一体的に進退するから、同期をとるための機構を必要としない。従って、比較的簡単な構成で、測定を高速、かつ高精度に行なうことが可能な光学測定装置を提供することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学測定装置に関する。

従来より、共焦点の原理を用いた光学測定装置が広く知られている。このものは、光源からの光を測定光学系によって、ワーク上で焦点を結ぶように集光させる。そして、ワークで反射された光はピンホールを通過した後、光検出部によって検出される。これにより、実際に、ワーク上で焦点が結ばれた場合には、光検出部では受光量が多くなるのに対して、ワーク表面の凹凸によりワーク上で焦点が結ばれなった場合には、受光量が小さくなる。このように、光検出部の受光量に基づいて、ワークの表面の凹凸を測定するものである。

この種の光学測定装置では、光源からの光をワーク上に走査させて測定を行なうが、光源１つに対して被測定点が１つであるため、測定の高速化を目的として光源を多点式にするものが提案されている（特許文献１）。特許文献１のものは、レーザ光源の前方に複数のピンホールを有するピンホールアレイを備え、複数の点光源を得るようにしている。また、ピンホールは可動式とされ、ピンホールを可動させると、各点光源からの光がワーク上を走査する構成とされている。
尚、係る光学系において、点光源からの光を受光側のピンホールで受けてやるには、投光側（ピンホールアレイ）の移動に伴って、その相手側となる受光側（スペーシャルフィルタアレイ）をこれと同期したタイミングで移動させることが必要となる。というのも、仮に、両アレイがばらばらに動いてしまうと、点光源からの光が測定対象物上で焦点を結んだ場合であっても、その反射光がスペーシャルフィルタアレイのピンホールを通過せず、測定誤差の原因となる。
実開平５−３３１０９号公報

上記のように、両アレイの移動を同期させることは、測定精度を補償する上で極めて重要である。一方、先の文献のものは、ピンホールアレイの移動方向は、図１２に示す上下方向であるのに対して、その相手側となるスペーシャルフィルタアレイの移動方向は左右方向であり、両アレイの移動方向が異なっている。このように、移動方向が異なる両部材、すなわちピンホールアレイ、スペーシャルフィルタアレイを同期したタイミングで移動させるのは一般に困難であり、仮に、同期させることが出来たとしても、それには、同期制御のための機構が必要となり、コスト高となる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、比較的簡単な構成で、測定を高速、かつ高精度に行なうことが可能な光学測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、投光源から出射された出射光を被測定対象物で焦点を結ぶように集光させるとともに、その反射光を撮像して撮像信号を出力する光学装置本体と、前記測定対象物が載置される載置テーブルと、前記光学装置本体或いは、前記載置テーブルの少なくともいずれか一方を光の光軸方向に移動させて、前記光学装置本体の光学系に対して前記測定対象物を相対移動させる相対移動手段と、前記相対移動手段によって相対移動をさせた各時点の撮像信号に基づいて測定対象物の形状を決定する形状決定手段と、を備えた光学測定装置であって、前記光学装置本体は、所定間隔をもって周期的に配置される複数の前記投光源を有する投光手段と、前記複数の前記投光源からそれぞれ出射された出射光を略平行光にするコリメータレンズと、前記コリメータレンズによって略平行光とされた各出射光を測定対象物上に集光させる対物レンズと、前記測定対象物で反射され、その後、前記対物レンズ並びに前記コリメータレンズを通過した反射光を前記投光手段とは異なる方向に分岐させる光分岐手段と、前記投光手段と光学的に共役関係となる位置に配される受光ピンホールアレイと、前記受光ピンホールアレイ上において前記投光源の配置間隔と同じ間隔、或いは相似間隔で開口し、前記コリメータレンズにより収束されつつ前記光分岐手段により分岐された前記各反射光をそれぞれ個別に通過させる受光ピンホールと、前記受光ピンホールを通過した各反射光が入光される撮像面を有し、入光された光の光量に応じた前記撮像信号を出力可能な撮像手段と、を備えてなるとともに、前記コリメータレンズ並びに前記撮像手段は、コリメータレンズのレンズ光軸及び撮像面の法線とが平行となるように配され、かつ、前記レンズ光軸に対して直交する方向に一体的に移動するように構成されて、前記投光源からの光を前記被測定対象物上に光走査可能とする光走査機構を形成しているところに特徴を有する。

尚、請求項１に記載された「相対移動手段」は、光軸方向において相対移動をさせたときの移動量を計測可能な計測機能を含んでいる。そして、請求項１に記載された「形状決定手段」は、相対移動手段から得られる光軸方向に関する相対移動量と、相対移動させた各時点の撮像手段上の受光位置と、該受光位置における受光信号強度に基づいて被測定対象物の形状の決定を行なうものである。
また、請求項１に記載された「前記光学装置本体或いは、前記載置テーブルの少なくともいずれか一方」とは光学測定装置本体、載置テーブルに加えて、光学装置本体の一部（例えば、対物レンズ）も含まれるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記受光ピンホールを通過した前記反射光を収束させつつ前記撮像面上に入光させる収束手段を備えるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のものにおいて、記収束手段は、前記各受光ピンホールごとにそれぞれ個別に設けられる収束レンズの集まりからなる収束レンズ群よりなり、同収束レンズ群は前記受光ピンホールアレイに一体化されているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記収束手段は前記受光ピンホールアレイと前記撮像手段との間にあって、大きさが前記各受光ピンホールを通過した全反射光の光路の全長に亘る大きさに形成された単一の収束レンズよりなるところに特徴を有する。

尚、請求項４における「単一の収束レンズ」とは、単一光軸の収束レンズを意味しており、これには、複数のレンズから構成されるアクロマチックレンズ、トリプレットレンズ、或いは２群レンズ等のレンズユニットも含まれる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記形状決定手段は、前記コリメータレンズ並びに前記撮像手段の一体移動が開始されてから所定時間以上経過後に、当該撮像手段に入光された光の撮像信号に基づいて前記測定対象物の形状を決定するところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のものにおいて、前記相対移動手段は、前記対物レンズを前記光軸方向に移動させる対物レンズ移動手段よりなるところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のものにおいて、前記投光手段は、支持部材に複数個の投光素子が所定間隔で周期的に配置された投光素子アレイよりなるところに特徴を有する。
尚、請求項７に記載の「投光素子アレイ」について例示しておくと、例えば、ＶＣＳＥＬ（面発光型半導体レーザ）、ＤＭＤ（反射型光素子（ディジタルマイクロミラーディバイス））等である。

その他の手段として、以下のものであってもよい。すなわち、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明において、前記光走査機構は、投光手段並びに前記受光ピンホールアレイとを連結状態に保持するスライダと、前記スライダをスライド可能に支持するベース部材とからなり、前記スライダを移動開始位置から移動させることで被測定対象物に対する光の走査が行なわれるものであって、前記スライダの移動開始位置は、当該スライダの移動が開始されてから所定時間以上経過した後に、前記測定対象物の測定範囲領域内に投光源からの光が進入して、形状検出のための走査が行なわれるように設定されてものである。

＜請求項１の発明＞
請求項１の発明によれば、測定対象物に対して光を走査させる光走査機構をコリメータレンズ、撮像手段により構成し、しかも、コリメータレンズ並びに前記撮像手段は一体的に移動するように構成されている。このような構成であれば、移動によってコリメータレンズと撮像手段の相対的な位置関係が変化してしまうことがなく、また、コリメータレンズと撮像手段を独立させて移動させる場合に比べて、装置の構成を簡素化できる（同期をとるための機構を必要としない）。

＜請求項２ないし請求項４の発明＞
請求項２ないし請求項４の発明によれば、受光ピンホールを通過した光は、収束手段によって収束されつつ撮像手段に入光する。これにより、収束手段が設けられていない場合に比べて、撮像手段上における受光スポットを小さく結像できるから測定精度が向上する。

また、請求項４の発明によれば、収束手段を単一の収束レンズにより構成している。このような構成であれば、収束手段に汎用のレンズを用いることが可能となり、低コスト化に寄与する。

＜請求項５の発明＞
コリメータレンズ並びに撮像手段の移動開始直後は、速度が安定しないことが多いため、正確な形状の測定が行われないおそれがある。しかし、本構成によれば、形状決定手段は、移動が開始されてから所定時間以上経過した後の撮像信号に基づいて、被測定対象物の形状を決定する。換言すれば、移動開始直後の速度が安定していないときの撮像信号が排除されるから、測定精度が高まる。

＜請求項６の発明＞
光学装置本体の光学系に対して測定対象物を相対移動させるには、光学装置本体（一部を含む）或いは、載置テーブルの少なくともいずれか一方を光の光軸方向に移動させればよいが、請求項６の発明によれば、対物レンズを移動させて相対移動させている。このような構成であれば、移動の対象となる部品（対物レンズ）が比較的小さいから、移動のための機構を小型化、並びに簡素化できる。

＜請求項７の発明＞
請求項７の発明によれば、投光手段が投光素子アレイにより構成され、一の部品として取り扱うことが出来る。
また、係る構成とすることで、独立した単一の光源を複数個配して投光手段を構成するものに比べて、以下の効果を得ることが出来る。第一に小型化が可能となる。第二に、光源相互間の位置調整が不要となる。第三に、輝度の斑がなくなる（素子を高密度に配することが出来るため）。第四に、寿命が長くなる等である。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６によって説明する。

１．システムの全体構成
光学測定装置は、被測定対象物としてのワークＷが載置される載置テーブル１５を図１における上下方向に昇降させる昇降機構（本発明の相対移動手段に相当）１０、ＣＰＵからなる処理部（本発明の形状決定手段に相当）２０並びに光学装置本体３０を主体として構成される。

２．光学装置本体の構成
光学装置本体３０は光を出射する投光部（本発明の投光手段に相当）３１と、コリメータレンズ３５と、対物レンズ３７とを備えるとともに、イメージセンサ（本発明の撮像手段に相当する）５１、受光ピンホールアレイ５５並びに、導光手段４１からなる。

投光部３１、コリメータレンズ３５、対物レンズ３７は、図１に示す上下方向に沿って同軸上、すなわち、投光部３１の投光軸並びに、各レンズのレンズ軸の中心が一致するように配されている。また、本実施形態において、投光部３１は投光素子アレイ、すなわち基板本発明の指示部材に相当３２に対して垂直方向にレーザ光を出射する面発光素子（本発明の投光源に相当するものであって、例えば、レーザダイオード）３３を整列状に配したもの（具体的にはＶＣＳＥＬ）であって、駆動電流の供給がなされると、各面発光素子３３から同時に光が出射される。

尚、光の出射（点灯）は、全ての面発光素子において必ずしも同時に行なわれる必要はなく、点灯が順次行なわれる形式、すなわち面発光素子を１つずつ点灯させるもの、或いは複数の面発光素子を１つの組としてそれを順次点灯させるものであってもよい。

また、面発光素子３３の配置は、出射された光同士が干渉しないように、所定間隔あけて配置されるが、図２に示すようにＸ軸方向、Ｙ軸方向共に重複しないように規則的に配置され、しかも、その間隔はＸ軸方向に広く、Ｙ方向に狭くなっている。

このように、Ｘ軸方向に間隔を広くとっているのは、後述する光走査機構Ｒによる光の走査方向がＸ軸方向になされるからである。
かくして、投光部３１から図１における紙面の下向きに出射された各出射光は、コリメータレンズ３５によって平行光に変えられた後、対物レンズ３７によってワークＷ上に焦点に結ぶように集光される。

導光手段４１はワークＷ上で反射された光を次述する受光ピンホールアレイ５５に導くものであるが、本実施形態では、これを、ビームスプリッタ（本発明の光分岐手段）４２並びに、全反射ミラー４４により構成している。ビームスプリッタ４２は、コリメータレンズ３５と投光部３１との間に配されるのに対し、全反射ミラー４４はビームスプリッタ４２と対向するように配置される。

これにより、ワークＷ上で反射された反射光は対物レンズ３７、コリメータレンズ３５を通過した後、ビームスプリッタ４２で図示右方向に反射された後、全反射ミラー４４によって図示下方へと反射される。

このように、導光手段４１をビームスプリッタ４２と全反射ミラー４４により形成してワークＷ上で反射した光を複数回（２回）反射させることで、反射後の光の光軸Ｌ１が投光部３１からワークＷに向かう光の光軸Ｌ０と平行になる。
これにより、コリメータレンズ３５に対して撮像面５１Ａを平行に向けた姿勢でイメージセンサ５１を配置することが可能となるため、後述する光走査のための、コリメータレンズ３５並びにイメージセンサ５１の進退動作を一体的に行なうことが可能となる。

尚、「コリメータレンズ３５に対して撮像面５１Ａを平行に向けた姿勢でイメージセンサ５１を配置」とは、コリメータレンズ３５のレンズ光軸（図１における上下方向に延びる軸）に対し、撮像面５１Ａの法線方向が平行となるようにイメージセンサ５１が配置されていることである。

受光ピンホールアレイ５５は、平板状をなす板状の遮光部材に貫通孔（光貫通孔であって以下、受光ピンホール５６とする）を複数個形成したものであって、投光部３１に対して光学的に共役関係となる位置に配されている。すなわち、投光部３１から出射され、ワークＷ上で反射した反射光が焦点を結ぶ位置に、受光ピンホールアレイ５５が配置されている。

また、各受光ピンホール５６の配置間隔は、面発光素子３３と同じ配置間隔とされるとともに、図３に示すように、各受光ピンホール５６の出口（図１に示す下面）側の開口部には、図３に示すようにマイクロレンズ５７がそれぞれ取り付けられている。尚、このマイクロレンズの集まりが、本発明における収束レンズ群（収束手段）に相当するものである。

このマイクロレンズ５７は、受光ピンホール５６を通過した反射光を収束させつつ、イメージセンサ５１の撮像面５１Ａに入光させるように機能するものである。イメージセンサ５１は、受光素子（画素とも言う、図示せず）を行列状に配した撮像面５１Ａを有する二次元ＣＣＤからなるとともに、受光ピンホール５６に対して、所定間隔をあけて平行に配置されている。そして、マイクロレンズ５７によって収束された光が入光すると、その受光量に応じた電圧レベルの撮像信号Ｓｃを出力するようになっている。
尚、図１にあっては、光の光路を分かり易くするため、一の点光源から光が出射された状態を例示してあるが、図８においては複数（２個）の点光源から光が出射された状態を例示してある。

３．光走査機構Ｒ
イメージセンサ５１の下方には、スライド機構６０が設けられている。このスライド機構６０はスライダベース６１とスライダ６３とからなり、処理部２０からの制御信号Ｓｄに基づいて、スライダ６３を図１における水平方向（より具体的に言えば、図２におけるＸ軸方向）に安定した速度で進退させるものである。

そして、スライダ６３の左右両端部にはコリメータレンズ３５の右端部とイメージセンサ５１の左端部がそれぞれ固定され、スライダ６３を進退させると、これと一体的にコリメータレンズ３５、並びにイメージセンサ５１が水平移動するようになっている。これにより、投光部３１から出射された光をワークＷ上に走査させるようになっている。

図４を参照して、光の走査について具体的に説明する。図４は、図１の状態からスライダ６３を同図の右方向に移動させた際の、光の光路を示す図である。同図に示すように、スライダ６３を移動させると、図１の状態ではコリメータレンズ３５の中心位置Ａ０に入光していた光の入光位置が、外側のＡ１点に移動するから、光はコリメータレンズ３５の中心に向かう方向に屈折する。そして、その後、屈折した光は、対物レンズ３７に対して斜めに入光するから、対物レンズ３７を通過することに伴って、今度は、光の光軸が対物レンズ３７のレンズ軸と平行となる向きに屈折される。かくして、スライダ移動前においては、ワーク上のＢ０の位置に照射されていた光が、スライダ移動後にはワーク上のＢ１の位置に照射される。

ワークＷ上に照射された光は反射し、その後、先に述べた経路を逆に辿って投光部３１側へと進み、その途中で、ビームスプリッタ４２、全反射ミラー４４によって反射されて、受光ピンホール５６を通過する。そして、このときには、スライダ６３によってイメージセンサ５１も水平移動した状態にあるから、移動前の図１の状態においては撮像面５１Ａ上のＣ０の位置に入光していた光は、移動後では図４に示すように、Ｃ１の位置に入光することとなる。尚、図５においては、図４の状態から更に、右側にスライダ６３を移動させた際の、光の光路が示してある。

このように、スライダ６３を水平方向に移動させることで、ワークＷ上に光を走査させることが出来る。そして、ワークＷに対する一通りの走査が完了すると、処理部２０からの指令により昇降機構１０が駆動されるようになっている。

昇降機構１０は載置テーブル１５とともにワークＷ全体を図１に示す上下方向に昇降させるものであり、例えば、処理部２０から指令がある度に、所定間隔ずつ上昇して停止する。そして、載置テーブル１５が停止した各時点において、ワークＷに対する光の走査がなされ、その反射光がイメージセンサ５１によって撮像され、その撮像信号Ｓｃが処理部２０に対して出力される。かくして、上下方向に関する各位置において、それぞれ撮像信号Ｓｃが得られ、これを処理部２０によってデータ処理（より具体的には、載置テーブル１５の停止間隔、撮像信号Ｓｃから得られる受光位置と、該受光位置における受光信号強度に基づいてデータ処理）することでワークＷの３次元的な形状を計測することが出来る。

以上述べたように、本実施形態においては、ワークＷの３次元的な形状を計測するのに、光をワークＷ上に走査させているが、この走査をコリメータレンズ３５を進退させることによって行なっている。そして、このときには、コリメータレンズ３５と同期したタイミングでイメージセンサ５１を進退させる必要があるが、仮に、イメージセンサ５１、コリメータレンズ３５に専用の駆動系を設けて進退動作をそれぞれ独立して行なうと、同期をとるための制御機構が必要となり、装置全体の構成が複雑になるが、本実施形態ではコリメータレンズ３５とイメージセンサ５１とがスライダ６３によって連結され一体的に進退するから、同期をとるための機構を必要としない。従って、比較的簡単な構成で、測定を高速、かつ高精度に行なうことが可能な光学測定装置を提供することが可能となる。

また、本実施形態のものは、受光ピンホール５６を通過した光をイメージセンサ５１で受光する構成をとっているが、受光ピンホール５６を通過した光は、図６（ａ）に示すように、発散しつつイメージセンサ５１に入光する。そのため、撮像面５１Ａに形成される受光スポットを小さく（仮に、受光スポットが大きくなると、受光スポットが隣接する画素に跨って形成されるため、測定誤差の要因となる）するには、イメージセンサ５１を極力受光ポンホールアレイに接近させて配置する必要があるが、これには限界がある。

そこで、本実施形態では、図６の（ｂ）に示すように、受光ピンホールアレイ５５の裏面にマイクロレンズ５７を設けて、受光ピンホール５６を通過した光を収束させつつイメージセンサ５１に入光させている。これにより、撮像面５１Ａ上における受光スポットを小さく結像できるから、隣接する画素に跨って受光スポットが形成されることが回避され、測定精度が向上する。
また、これに伴って、撮像面５１Ａ上に入光する光の光量の多くなるから、以下の効果が得られる。すなわち、測定に必要な電荷を受光素子（画素）に蓄積するために要する時間が短くなるため、形状測定に必要な時間を短縮させることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図８を参照して説明する。
実施形態２は、実施形態１に対して、受光ピンホールアレイ５５の配置を変更するとともに、実施形態１のマイクロレンズ５７に変えて、収束レンズ（本発明の単一の収束レンズに相当）７５を設けている。その他の構成については実施形態１と同一であるため、同じ部品には同じ符号を付して説明を省略するものとする。尚、図８においては昇降機構１０が省略されているが、実施形態２においても、実施形態１と同じく、昇降機構１０が設けられている。

図８に示すように、実施形態２のものはビームスプリッタ４２の右側方に、受光ピンホールアレイ７１が配置され、更に、その右側方に全反射ミラー７３を設けている。受光ピンホールアレイ７１は実施形態１の場合と同様に、投光部３１に対して光学的に共役関係となる配置にある。そのため、投光部３１から出射されワークＷ上で反射した光は、ビームスプリッタ４２で図示右方に反射された後、受光ピンホールアレイ７１上で焦点を結ぶように集光され、これにより、受光ピンホール７２を通過する。その後、受光ピンホール７２を通過した光は、発散しつつ全反射ミラー７３で図示下方に反射される。

全反射ミラー７３の下方には、収束レンズ７５とイメージセンサ５１が上下に並んで配置されている。収束レンズ７５は、その大きさが各受光ピンホール７２を通過した各反射光の光路幅（図８におけるＦ区間で示す幅）の全長に亘る大きさに形成されており、各受光ピンホール７２を通過した各光は、いずれも収束レンズ７５によって収束されつつ、イメージセンサ５１に入光する。尚、図８上においてピンホール７２は一しか示されていないが、実際には、複数のピンホールが設けられている。

このように、マイクロレンズ５７に変えて、収束レンズ７５を設けた場合であっても、実施形態１と同様の効果、すなわち、受光スポットを小さくする結像できるから測定制度が高まる。またイメージセンサ５１に入光される光量が多くなるから、その分、測定に必要な電荷を蓄積するために要する時間が短くでき、これにより、光走査を高速で行なうことが出来ることとなる。また、実施形態１におけるマイクロレンズ５７は、受光ピンホールの大きさ、配置に従って専用に設ける必要があり、その分、コスト高となるが、本実施形態のものであれば、収束レンズ７５は汎用のものを使用できるため、低コスト化にもなる。

＜実施形態３＞
本発明の実施形態３について、図９を参照して説明する。
実施形態３は、実施形態１のものとシステム全体の構成は同じであるが、測定精度を高めるために、スライダの移動速度が、所定の速度になった後に、ワーク表面の測定エリアに光の照射が開始されるようにしたものである。

実施形態１でも述べたように、スライド機構６０はスライダ６３と共にコリメータレンズ３５、イメージセンサ５１を安定した速度で水平移動させるが、図９の（ａ）に示すように、移動速度は開始直後から緩やかに立ち上がって、所定時間ｔ１後に、目標速度Ｖ０に達する。

そこで、本実施形態のものは、予め、このｔ１時間を見込んでおき、スライダ６３による移動が開始されてから、ｔ１時間経過後から、ワークＷ上に光が走査されるようにしている。すなわち、図９の（ｂ）に示すように、スライダ６３の移動ストロークは、移動開始位置に続いて、まず、移動速度を目標速度Ｖ０まで上昇させるための予備領域が設けられている。この予備領域においても、投光部３１から光は出射された状態にあるが、その光はワークＷの測定エリア外に照射される設定とされている。そして、予備領域に続いて、実際の走査領域が設けられており、スライダ６３がこの走査領域に至ることで、始めて、ワークＷの測定エリア内に光が照射されることとなる。

このように、スライダ６３が目標速度Ｖ０に達し、速度が安定した後に、ワークＷの測定エリアに対する光の照射が行なわれる構成とすれば、同じ光量の光を同じ時間だけ、ワークＷ上の各点に照射できるから、その分、測定精度が高くなる。

尚、以下のような変形例も実施可能である。すなわち、スライダ６３が走査領域に至ることで、ワークＷの測定エリア内に光が照射されることになればよいから、スライダ６３が予備領域にあるときには、投光部３１からの光の出射を停止させるものであってもよい。
また、スライダ６３を周期的に往復運動させて光走査を行なう場合には、動作が反転する折り返し部分の前後で、速度が安定しない。そのため、係る場合には、折り返し前後部分の速度が安定しない領域のデータを測定から省く構成としてやれば、本実施形態の場合と同様に測定精度が高まることとなる。
そして、以上の述べたように、速度が安定していない部分については、測定データから積極的に排除することが、本発明における「前記形状決定手段は、前記コリメータレンズ並びに前記撮像手段の一体移動が開始されてから所定時間以上経過後に、当該撮像手段に入光された光の撮像信号に基づいて前記測定対象物の形状を決定する」に相当する。

＜実施形態４＞
次に、本発明の実施形態４を、図１０を参照して説明する。
実施形態１のものは、コリメータレンズ並びにイメージセンサを一方向（Ｘ軸方向）にのみ移動させたが、実施形態４のものは、二方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に移動させるようにしたものであり、これに伴って、投光部８１の備える面発光素子８３（並びに受光ピンホール）の配置を図１０に示すように格子状の配置に変更している。

このような構成であれば、Ｘ軸方向に対するスライダ６３の移動量はＡ、Ｙ方向に対するスライダ６３の移動量はＢで済むから、実施形態１の場合に比べて、Ｘ軸方向への移動量が飛躍的に小さくすることが出来、これにより、走査のための移動機構（実施形態１におけるスライド機構）の小型化が期待できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、投光部３１を基板３２に対して垂直方向にレーザ３１光を出射する面発光素子３３を整列状に配した投光素子アレイにより構成したが、投光部の構成は所定間隔をもって周期的に配置される複数の投光源から構成されていれば、適用可能であり、例えば、図１１に示すように、一の光源９１とその前方に配置される投光側ピンホールアレイ９５により構成してもよい。

（２）実施形態１では、昇降機構１０によって載置テーブル１５を昇降させたが、光学装置本体の光学系の焦点位置に対してワークを相対移動させるものであればよく、例えば、光学装置本体或いはその一部を昇降させてもよい。図１２には、昇降機構（本発明の対物レンズ移動手段に相当）９０として対物レンズ３７を昇降させるものが例示してある。係る構成であれば、比較的小さな部品（対物レンズ）の昇降で済むから、昇降機構９０の小型化、軽量化が期待出来る。

（３）実施形態１では、受光ピンホールアレイ５５にマイクロレンズ５７を設け、実施形態２では、これに変えて、単一の収束レンズ７５を設けたが、これら収束手段（マイクロレンズ５７、並びに収束レンズ７５）を廃止してもよい。尚、この場合に、受光ピンホール５６を通過した光は発散しつつ、イメージセンサ５１に向かうから、撮像面５１Ａ上に形成される受光スポットが大きくなる。そのため、収束手段を廃止する場合には、イメージセンサ５１を受光ピンホールアレイ５５に極力接近させた状態で配置するのが好ましく、これにより、受光スポットを小さくすることが可能となる。

（４）実施形態１では、載置テーブル１５を所定間隔ごとに停止させ、その状態でワークＷに光を走査させることとしたが、載置テーブル１５の移動速度に比べて走査速度（スライダ６３の移動速度）が十分速い場合には、載置テーブル１５を移動させた状態のまま走査を行なうことも可能である。

（５）実施形態３では、スライダ６３の速度が安定した領域を使用して、ワークＷの形状測定を行なう例について説明したが、スライダ６３の速度は必ずしも走査領域の全範囲に亘って同じである必要はなく、以下の構成であってもよい。すなわち、ワークＷの形状測定は載置テーブル１５を所定間隔ごとに停止させ、その都度、ワークＷの測定エリアに光を照射（スキャン）させるが、異なる走査点間では条件が異なっていても、同一の走査点に対して、スキャンごとに同じ条件（同一時間、同一光量）で光が照射されていればよい。

実施形態１における光学測定装置の全体構成を示す図 面発光素子の配列を示す図 受光ピンホールアレイの正面図、並びに断面図 コリメータレンズ並びに、イメージセンサが水平移動した状態を示す図 同じく、コリメータレンズ並びに、イメージセンサが水平移動した状態を示す図 受光ピンホールアレイの拡大図 投光部から複数の光が出射された状態を示す図 実施形態２における光学測定装置の全体構成を示す図 実施形態３の説明図 （ａ）スライダの移動速度の変化の様子を示す図 （ｂ）スライダの移動ストロークを示す図 実施形態４における面発光素子の配列を示す図 投光部の他の例（一の光源と、投光ピンホールアレイとから構成）を示す図 昇降機構の他の例（対物レンズを昇降させる構成）を示す図 従来例を示す図

符号の説明

１０…昇降機構（相対移動手段）
１５…載置テーブル
２０…処理部（形状決定手段）
３０…光学装置本体
３１…投光部
３５…コリメータレンズ
３７…対物レンズ
４２…ビームスプリッタ（光分岐手段）
４４…全反射ミラー
５１…イメージセンサ（撮像手段）
５５…受光ピンホールアレイ

Claims (7)

1. 投光源から出射された出射光を被測定対象物で焦点を結ぶように集光させるとともに、その反射光を撮像して撮像信号を出力する光学装置本体と、
   前記測定対象物が載置される載置テーブルと、
   前記光学装置本体或いは、前記載置テーブルの少なくともいずれか一方を光の光軸方向に移動させて、前記光学装置本体の光学系に対して前記測定対象物を相対移動させる相対移動手段と、
   前記相対移動手段によって相対移動をさせた各時点の撮像信号に基づいて測定対象物の形状を決定する形状決定手段と、を備えた光学測定装置であって、
   前記光学装置本体は、
   所定間隔をもって周期的に配置される複数の前記投光源を有する投光手段と、
   前記複数の前記投光源からそれぞれ出射された出射光を略平行光にするコリメータレンズと、
   前記コリメータレンズによって略平行光とされた各出射光を測定対象物上に集光させる対物レンズと、
   前記測定対象物で反射され、その後、前記対物レンズ並びに前記コリメータレンズを通過した反射光を前記投光手段とは異なる方向に分岐させる光分岐手段と、
   前記投光手段と光学的に共役関係となる位置に配される受光ピンホールアレイと、
   前記受光ピンホールアレイ上において前記投光源の配置間隔と同じ間隔、或いは相似間隔で開口し、前記コリメータレンズにより収束されつつ前記光分岐手段により分岐された前記各反射光をそれぞれ個別に通過させる受光ピンホールと、
   前記受光ピンホールを通過した各反射光が入光される撮像面を有し、入光された光の光量に応じた前記撮像信号を出力可能な撮像手段と、を備えてなるとともに、
   前記コリメータレンズ並びに前記撮像手段は、コリメータレンズのレンズ光軸及び撮像面の法線とが平行となるように配され、かつ、前記レンズ光軸に対して直交する方向に一体的に移動するように構成されて、前記投光源からの光を前記被測定対象物上に光走査可能とする光走査機構を形成していることを特徴とする光学測定装置。
2. 前記受光ピンホールを通過した前記反射光を収束させつつ前記撮像面上に入光させる収束手段を備えることを特徴とする請求項１の光学測定装置。
3. 前記収束手段は、前記各受光ピンホールごとにそれぞれ個別に設けられる収束レンズの集まりからなる収束レンズ群よりなり、同収束レンズ群は前記受光ピンホールアレイに一体化されていることを特徴とする請求項２に記載の光学測定装置。
4. 前記収束手段は前記受光ピンホールアレイと前記撮像手段との間にあって、大きさが前記各受光ピンホールを通過した全反射光の光路の全長に亘る大きさに形成された単一の収束レンズよりなることを特徴とする請求項２に記載の光学測定装置。
5. 前記形状決定手段は、前記コリメータレンズ並びに前記撮像手段の一体移動が開始されてから所定時間以上経過後に、当該撮像手段に入光された光の撮像信号に基づいて前記測定対象物の形状を決定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光学測定装置。
6. 前記相対移動手段は、前記対物レンズを前記光軸方向に移動させる対物レンズ移動手段よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光学測定装置。
7. 前記投光手段は、支持部材に複数個の投光素子が所定間隔で周期的に配置された投光素子アレイよりなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光学測定装置。

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