JP2675937B2 - 形状検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ビームを用い物体の
立体形状を検出する形状検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の形状検出装置としては特開平１−
５６５０号公報で提案されたものがある。この形状検出
装置では、図２１に示すように、被検査物体Ｘに光ビー
ムＰを投光する投光手段１と、上記光ビームＰの被検査
物体Ｘによる反射光Ｒを受光する受光手段２とを一定距
離だけ離して配置し、上記受光手段２に被検査物体Ｘま
での距離に対応する反射光Ｒの入射角変化を受光スポッ
トＳの位置変化として検出する位置検出器３を設け、こ
の位置検出器３の出力に基づいて三角測量方式で被検査
物体Ｘの形状を検出している。

【０００３】上記投光手段１の光学系は、レーザ光源２
０と、レーザ光源２０から出力される光ビームのビーム
径を広げるビームエキスパンダ２１と、光路調整用ミラ
ー２２ａ，２２ｂと、偏向手段を構成するビーム走査用
の振動ミラー２３と、投光用の収束レンズ２４ａとで構
成してある。また、受光手段２の光学系は、受光用の収
束レンズ２４ｂと、振動ミラー２３に同期して駆動され
受光スポットＳをビーム走査に関係なく位置検出器３上
に結像させる偏向手段を構成する振動ミラー２５とで構
成してある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の形状検出装置では、被検査物体Ｘの表面の面性
状が異なると、精度良く形状測定を行えないという問題
があった。例えば、被検査物体Ｘの表面の角度や反射率
の変化により、位置検出器３に入射される光量は大幅に
変動する。このため、位置検出器３のダイナミックレン
ジによっては位置検出器３の出力から正常に形状検出を
行うことができなくなる。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、被検査物体の表面の面
性状が異なる場合にも、精度の高い形状検出が行える形
状検出装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、被検査物体上を走査される検
査用ビームを投光する検査用の投光手段と、検査用ビー
ムの被検査物体による反射光を受光して反射光の入射角
変化を検出する位置検出器とを備え、位置検出器の出力
に基づいて被検査物体の形状を検出する形状検出装置に
おいて、検査用ビームに一定距離だけ先行して被検査物
体上を走査される監視用ビームを投光する監視用の投光
手段と、監視用ビームの被検査物体による反射光を受光
して反射光の光量を検出する光量検出器とを設け、検査
用ビーム及び監視用ビームを走査する走査手段を共用
し、検査用ビームの被検査物体による反射光を位置検出
器に入射させると共に監視用ビームの被検査物体による
反射光を光量検出器に入射させる偏向手段を共用し、光
量検出器の検出出力に応じて被検査物体の面性状に適応
させた形状検出を行っている。

【０００７】なお、上記監視用ビームを検査用ビームの
走査方向において所定距離だけ先行させればよい。ま
た、上記監視用ビームを検査用ビームの走査方向と直交
する方向において所定距離だけ先行させるようにしても
よい。請求項４記載の発明では、上記目的を達成するた
めに、被検査物体上を走査される検査用ビームを投光す
る投光手段と、検査用ビームの被検査物体による反射光
を受光して反射光の入射角変化を検出する位置検出器と
を備え、位置検出器の出力に基づいて被検査物体の形状
を検出する形状検出装置において、被検査物体上を検査
用ビームから一定距離離れて走査される監視用ビームを
検査用ビームから分岐させる分路手段と、監視用ビーム
の被検査物体による反射光を受光して反射光の光量を検
出する光量検出器とを設け、検査用ビーム及び検査用ビ
ームから分岐した監視用ビームを走査する走査手段を共
用し、検査用ビームの被検査物体による反射光を位置検
出器に入射させると共に監視用ビームの被検査物体によ
る反射光を光量検出器に入射させる偏向手段を共用し、
光量検出器の検出出力に応じて被検査物体の面性状に適
応させた形状検出を行っている。

【０００８】請求項５記載の発明では、上記目的を達成
するために、被検査物体上を走査される光ビームを投光
する投光手段と、光ビームの被検査物体による反射光を
受光して反射光の入射角変化及び光量を検出する位置検
出器の出力に基づいて被検査物体の形状を検出する形状
検出装置において、光ビームを走査する走査手段と、光
ビームの被検査物体による反射光を位置検出器に入射さ
せる偏向手段とを設け、光ビームを一つのラインについ
て２回ずつ走査するように走査手段を制御し、１回目の
走査時に位置検出器で検出した光量に応じて、２回目の
走査時に位置検出器への反射光の入射角変化から被検査
物体の面性状に適応させた形状検出を行っている。

【０００９】なお、上記請求項１乃至請求項５のいずれ
かに記載の発明において、請求項６に示すように、上記
監視時点で検出された光量に応じて被検査物体の面性状
に適応させた形状検出を行う方法としては、形状検出時
に監視時の光量が一定となるように投光手段のビームの
強度を調整するようにすればよい。また、監視時点で検
出された光量に応じて被検査物体の面性状に適応させた
形状検出を行う他の方法としては、請求項７に示すよう
に、形状検出時に検出感度が一定となるように位置検出
器側の検出感度を調整してもよい。

【００１０】さらに、請求項１乃至請求項３のいずれか
に記載において、請求項８に示すように、監視用ビーム
と検査用ビームとの波長を異ならせ、光量検出器及び位
置検出器に夫々対応するビームだけを入射させるフィル
タ手段を設けてもよい。また、請求項９に示すように、
監視用ビームと検査用ビームとの偏光モードを異なら
せ、光量検出器及び位置検出器に夫々対応するビームだ
けを入射させるフィルタ手段を設けてもよい。

【００１１】なお、請求項１、請求項２、請求項４、請
求項５のいずれかに記載の発明では、請求項１０に示す
ように、光量検出器と位置検出器とで同一形状のものを
用い、上記光量検出器を所定距離だけ離して位置検出器
に平行に配置することが好ましい場合がある。請求項１
１の発明では、上記目的を達成するために、被検査物体
上を走査される検査用ビームを投光する検査用の投光手
段と、検査用ビームの被検査物体による反射光を受光し
て反射光の入射角変化及び光量を検出する位置検出器と
を備え、位置検出器の出力に基づいて被検査物体の形状
を検出する形状検出装置において、検査用ビームの走査
方向と直交する方向において一定距離だけ先行して被検
査物体上を走査される監視用ビームを検査用ビームとは
異なるタイミングで投光する監視用の投光手段を設け、
検査用ビーム及び監視用ビームを走査する走査手段を共
用し、検査用ビームの被検査物体による反射光を位置検
出器に入射させると共に監視用ビームの被検査物体によ
る反射光を位置検出器に入射させる偏向手段を共用し、
監視用ビームが走査したラインで位置検出器が検出した
光量に応じて同じラインで検査用ビームを走査するとき
の位置検出器への反射光の入射角度変化から被検査物体
の面性状に適応させた形状検出を行っている。

【００１２】請求項１２の発明では、上記目的を達成す
るために、被検査物体上を走査される検査用ビームを投
光する検査用の投光手段と、検査用ビームの被検査物体
による反射光を選択的に受光して反射光の入射角変化を
検出する位置検出器とを備え、位置検出器の出力に基づ
いて被検査物体の形状を検出する形状検出装置におい
て、検査用ビームの走査方向と直交する方向において一
定距離だけ先行して被検査物体上を走査される監視用ビ
ームを検査用ビームとは異なる波長で投光する監視用の
投光手段と、監視用ビームの被検査物体による反射光を
選択的に受光して反射光の光量を検出する光量検出器と
を設け、位置検出器と光量検出器とは一直線上で交互に
配列された多数の感知部を備え、検査用ビーム及び監視
用ビームを走査する走査手段を共用し、検査用ビームの
被検査物体による反射光を位置検出器に入射させると共
に監視用ビームの被検査物体による反射光を光量検出器
に入射させる偏向手段を共用し、光量検出器の検出出力
に応じて被検査物体の面性状に適応させた形状検出を行
っている。

【００１３】なお、請求項１３に示すように、上記位置
検出器として、波長の異なる監視用ビームと検査用ビー
ムとを夫々検知する検出セルを長手方向に列設して形成
されたアレイセンサを用いている。請求項１４の発明で
は、上記目的を達成するために、被検査物体上を走査さ
れる検査用ビームを投光する検査用の投光手段と、検査
用ビームの被検査物体による反射光を受光して反射光の
入射角変化を検出する位置検出器とを備え、位置検出器
の出力に基づいて被検査物体の形状を検出する形状検出
装置において、検査用ビームの走査方向と直交する方向
において一定距離だけ先行して被検査物体上を走査され
る監視用ビームを検査用ビームとは異なる波長で投光す
る監視用の投光手段と、検査用ビーム及び監視用ビーム
の被検査物体による反射光を波長に基づいて分岐させる
分路手段と、分路手段により分岐された監視用ビームの
被検査物体による反射光を受光して反射光の光量を検出
する光量検出器とを設け、検査用ビーム及び監視用ビー
ムを走査する走査手段を共用し、検査用ビームの被検査
物体による反射光を位置検出器に入射させると共に監視
用ビームの被検査物体による反射光を光量検出器に入射
させる偏向手段を共用し、光量検出器の検出出力に応じ
て被検査物体の面性状に適応させた形状検出を行ってい
る。

【００１４】

【作用】本発明は、上述のように構成することにより、
監視用ビームを用いて先行して被検査物体の面性状の監
視を行い、その結果に応じて形状検出時に適切な検出が
行えるように検査用の投光手段の検査用ビームの強度や
位置検出器の検出感度の調整などを行うことができるよ
うにして、被検査物体の面性状に応じた精度の高い形状
測定が可能となるようにしたものである。しかも、監視
用ビーム及び検査用ビームを被検査物体で走査する走査
手段を共用することにより、監視用ビームと検査用ビー
ムとの位置関係を一定に保ち、先行して走査される監視
用ビームで得られた面性状に関する情報を検査用ビーム
に対して正確に反映させるようにしてある。また、監視
用ビーム及び検査用ビームの被検査物体による反射光を
偏向手段を通して位置検出器や光量検出器に入射するこ
とにより、監視用ビームや検査用ビームの走査による位
置検出器や光量検出器での受光位置の変動を抑制し、位
置検出器や光量検出器の良好（感度や線形性において）
な受光位置での使用を可能にしてある。加えて、走査手
段と偏向手段とは夫々２種類のビームについて共用され
るから、上記の作用を持ちながらも部品点数の増加を抑
制することになる。

【００１５】（実施例１） 図１乃至図４に本発明の一実施例を示す。本実施例の構
成は、図１に示すように基本的には従来例のものと同じ
であり、本実施例の特徴とする点は、検査用の投光手段
１の他に、被検査物体Ｘ上に監視用ビーム（図中破線で
示す）を投光する監視用の投光手段４を設け、この監視
用の投光手段４の監視用ビームと検査用ビームとを、ハ
ーフミラー２６を用いて走査手段たる振動ミラー２３に
同時に入射させたことである。ここで、監視用ビームは
検査用ビームから走査方向に一定距離だけ離れて被検査
物体Ｘ上を走査されるようにしてある。そして、上記監
視用ビームの反射光を、検査用ビームの反射光と共通の
受光手段２の光学系を通して図２に示すように光量検知
器５で受光するようにしてある。

【００１６】本実施例の場合においては、図２あるいは
図４に示すように、検査用ビームの走査方向において一
定距離（図４中のＬ）だけ先行させるようにしてある。
例えば、被検査物体Ｘ上のｘ₀ 点における監視用ビーム
の光量が時刻ｔ₀ で測定され、検査用ビームが時刻ｔ₁
でｘ₀ 点に移動したとすると、ｔ₁ −ｔ₀ の間に監視用
ビームの反射光の光量の判定を行い、検査用ビームの光
量の調整を行うようにすればよい。

【００１７】このようにすれば、被検査物体Ｘを監視
し、検査用ビームの光量の調整を行うことができ、位置
検出器としてダイナミックレンジの広いものを用いなく
ても、精度良く形状検出を行うことができる。しかも、
監視用ビームによる被検査物体Ｘ上の監視結果を用い
て、そのポイントにおける処理方法を変更するというこ
とも可能である。例えば、被検査物体Ｘの検査ポイント
が鏡面で正反射を起こし、そのポイントの光量が非常に
大きい場合には、そのデータを無視したり、あるいはそ
のポイントに穴などがあり、光量が少ない場合には、上
述の場合と同様にデータを無視したり、あるいは０にプ
リセットするといった処理がリアルタイムに行える。

【００１８】さらに、被検査物体Ｘが鏡面などの面性状
のポイントを有し、そのポイント付近で２次反射を起こ
す場合には、図３に示すように複数のスポットが発生す
ることがある。このような場合に対応できるようにする
場合には、光量検出器５として幅方向（図中の上下方
向）に複数並設したものを用い、２次反射の有無を確認
することも可能である。この場合には、例えば２次反射
がある場合には、そのポイントにおける前のデータを用
いてデータの補正を行うなどの処理を行うことが可能と
なる。

【００１９】このようにすれば、予め監視用ビームを用
いて、被検査物体Ｘの面性状を認識することができ、従
ってその後に行われる検査用ビームでの処理方法を決定
することができ、リアルタイムで精度の良い位置検出が
行える。ところで、本実施例とは異なる方法としては、
形状検出を行う前に、検査ポイント毎に予め監視用ビー
ムを用いて反射光量を測定し、その測定結果に応じて形
状検出を行うものがある。

【００２０】しかしながら、この方法では検査ポイント
毎に監視用あるいは検査用ビームを停止しなければなら
ず、しかも振動ミラーやポリゴンミラー等は検査ポイン
ト毎に停止させると、動作速度が２桁以上も落ち、この
ため検出速度が著しく低下し、リアルタイムに形状を検
出することができないという欠点がある。これに対し
て、本実施例の場合には被検査物体Ｘを監視しながら同
時に検査用ビームの光量を調整を行うことができるの
で、検出速度が低下することもない。

【００２１】（実施例２） 図５及び図６に本発明の他の実施例を示す。上記実施例
１においては、監視用ビームを検査用ビームの走査方向
に一定距離だけ先行させて走査するようにしていたが、
本実施例では図５に示すように走査方向に直交する方向
において一定距離Ｌだけ先行させて走査させるようにし
たものである。このため、本実施例の場合には光量検出
器５を位置検出器３の長手方向において並設してある。

【００２２】本実施例の場合においても、概念的には、
検査用ビームが監視用ビームの光量監視ポイントに達す
るまでの距離が長くなるだけで、実施例１の場合と同様
の効果を期待できる。なお、検査用ビームの走査方向と
直交する方向への移動は、１ラインの走査が終了した時
点で、被検査物体Ｘを移動させてもよいし、あるいは振
動ミラー２３を移動させるようにしてよい。

【００２３】（実施例３） 図７に本発明のさらに他の実施例を示す。上述の実施例
の場合には監視用ビームは監視用の投光手段４から投光
するようにしてあったが、本実施例は図７に示すよう
に、検査用ビームの一部を透過させ残りを監視用ビーム
として反射させるハーフミラー２６を分路手段として設
け、分路手段により反射されたビームを光路調整用ミラ
ー２７を用いて反射させて振動ミラー２３に入射させて
いる。そして、本実施例の場合にも、検査用ビームの振
動ミラー２３への入射点と、監視用ビームの振動ミラー
２３への入射点とが同一点になるようにして、検視用ビ
ームを検査用ビームの走査方向に対して一定距離だけ先
行させて、被検査物体Ｘの面性状の監視が行えるように
してある。このようにすると、監視用の投光手段４を不
要とすることができ、装置の小型化及びコストの低減が
望める利点がある。

【００２４】（実施例４）図８にさらに他の実施例を示
す。上述の各実施例の場合には監視用ビームと検査用ビ
ームとを同時に被検査物体Ｘ上に走査させる方法であっ
たが、本実施例では投光手段１のビームを用いて、まず
被検査物体Ｘの面性状などを監視し、その後に新たに形
状検出を行うものである。

【００２５】具体的には、まず図８に示すように１ライ
ンの走査が完了する毎に、検査物体Ｘをビームの走査方
向に直交する方向に移動させながら、被検査物体Ｘ上で
複数ラインに渡って走査を行う。但し、この際に位置検
出器３では形状検出は行わずに、反射光の光量の検出だ
けを行っておく。そして、その上記走査が完了した時点
で上記走査を行ったラインと同一ラインを再度走査す
る。この場合には位置検出器３は形状の検出を行う。つ
まり、最初の走査で、被検査物体Ｘの面性状を監視し、
次の走査で実際の形状検出を行う。このようにしても、
前回の走査時点で得た反射光量の検出データに基づい
て、形状検査時における投光手段のビームの光量制御を
行うことができる。

【００２６】なお、上述の場合には複数ラインの走査後
に、形状検出を行うようにしていたが、勿論１ラインの
走査が終了する毎に、そのラインの形状検査を行うよう
にしてもよい。この場合には上述した同時に監視及び検
査を行う場合よりも検出速度は落ちるが、ポイント毎に
監視及び検査を行う場合よりも数段に検出速度は改善さ
れ、しかも上述の各実施例よりも装置を簡単にでき、コ
ストを低減できる。

【００２７】（実施例５） 図９及び図１０に本発明の他の実施例を示す。本実施例
は、上記監視時点で検出された光量に応じて被検査物体
の面性状に適応させた形状検出を行う方法を具体的に示
した実施例であり、その方法として形状検出時において
監視時の光量が一定となるように投光手段１のビームの
強度を調整するようにしてある。従って、基本構成的に
は実施例１及び実施例２のものとは何ら変わりはなく、
本実施例の場合には、図９及び図１０に示すように、光
量検出器５の出力から監視用ビームの反射光を測定して
記憶しておく光量検出部６の出力に応じてレーザ光源２
０のビーム強度を調整するビーム強度調整部７を設けて
ある点に特徴がある。

【００２８】具体的には、被検査物体Ｘの面性状（スポ
ット的な面性状）が正反射成分の多いものである場合に
は、光量測定部６で検出される光量は増加するので、レ
ーザ光源２０のビーム強度を下げるように制御し、逆に
正反射成分の少ないものである場合には、光量測定部６
で検出される光量は低下するので、レーザ光源２０のビ
ーム強度を上げるように制御して、検査用ビームのビー
ム強度を一定とする。

【００２９】このようにすれば、形状検出部８は常に検
査ビームが被検査物体Ｘの面性状に応じて強度が調整さ
れた状態で、位置検出器３の出力から形状を検出を行う
ことができる。なお、図９は走査方向で一定距離だけ先
行させて被検査物体Ｘの面性状を監視する実施例１に対
応するもので、図１０が走査方向に直交する方向で先行
させて監視する実施例２に対応するものである。

【００３０】（実施例６）図１１及び図１２に示す実施
例は、上記監視時点で検出された光量に応じて被検査物
体の面性状に適応させた形状検出を行う他の方法を具体
的に示した実施例であり、本実施例では光量測定部６に
記憶された反射光の光量に応じて形状検出部８における
検出感度が一定となるように調整するようにしたもので
ある。つまり、上述の実施例５では検査用ビームのビー
ム強度を調整して検出感度を一定にしていたものを、形
状検出部８側の調整を行って検出感度を一定としたもの
である。

【００３１】具体的には、例えば形状検出部８の増幅回
路の増幅率を調整することにより、実施例５で検査用ビ
ームのビーム強度を調整した場合と同様の効果を得るこ
とができる。なお、図１１及び図１２は夫々実施例５の
図９及び図１０に対応するものである。 （実施例７）ところで、上述の各実施例において、被検
査物体Ｘが２次反射を起こすものである場合に、検査用
ビームの２次反射光が光量検出器５に入射されてしまう
恐れがあり、この場合には正確な監視を行うことができ
なくなる。

【００３２】そこで、本実施例では監視用ビームと検査
用ビームとで波長を異ならせ、図１３に示すように光量
検出器５及び位置検出器３の夫々の前面に、夫々に対応
するビームだけを透過する光学フィルタ１０，１１を設
けてある。このようにすれば、互いのビームが悪影響を
及ぼすことを防止できる。 （実施例８）上記実施例７では波長を異ならせていた
が、監視用ビーム及び検査用ビームの偏光モードを異な
らせても同様の効果を得ることができる。このようにす
る場合には、図１４に示すように、上記実施例７で用い
た光学フィルタ１０，１１の代わりに、偏光フィルタ１
０’，１１’を用いればよい。

【００３３】（実施例９） 本実施例では、図１５に示すように、光量検出器５とし
て位置検出器３と同形状のものを用い、上記光量検出器
５を所定距離だけ離して位置検出器３に平行に配置して
ある。このようにすると、同一測定点における監視用ビ
ームの受光スポットと、検査用ビームの受光スポットと
は同じ条件で各検出器３，５に入射される。ここで、被
検査物体Ｘにおける高さ方向の変位は、図１６に示すよ
うに、位置検出器３上では矢印方向のスポット位置の移
動として検出される。

【００３４】ところが、例えば、図３に示すように、光
量検出器５の形状を位置検出器３の形状と異ならせた場
合には、位置検出器３では検出できない２次反射光成分
までも光量検出器５に入射される。このような場合に、
図３で説明したようにデータを補正する機能を備えてい
ない場合には、光量検出器５の検出光量と位置検出器３
との対応がとれないことになる。そこで、２次反射があ
る場合の補正機能がない場合には、上述のように光量検
出器５として位置検出器３とで同一形状のものを用いる
ことが好ましいのである。

【００３５】（実施例１０）図１７の実施例では、位置
検出器３に光量検出器５としての機能を持たせて監視及
び検査を行うものである。具体的には、監視用ビームを
被検査物体Ｘ上を走査させて、この時の反射光の光量を
位置検出器３で検知する。なお、このとき検査用ビーム
は投光していない。そして、被検査物体Ｘを走査方向に
直交する方向に移動させ、上記監視用ビームの走査ライ
ンに検査用ビームの走査ラインを一致させ、検査用ビー
ムを走査して形状の検出を行う。

【００３６】つまり、本実施例では監視用ビームと検査
用ビームとを交互に間欠的に投光させて、同一の走査ラ
イン上を走査させ同一の位置検出器３を用いて面性状の
監視と、形状検査を行うのである。なお、図１７に示す
ように、監視用ビームと検査用ビームとのスポット位置
（Ｂ’，Ａ’）は異なる。また、振動ミラー２３を用い
て監視用ビームと検査用ビームとの走査ラインを合わせ
るようにしてもよい。

【００３７】（実施例１１） 本実施例では、図１８に示すように、監視用ビームを検
査用ビームの走査方向から直交する方向に所定距離だけ
ずらした位置で走査し、且つ監視用ビーム及び検査用ビ
ームの波長を異ならせて、監視用ビームと検査用ビーム
とを同時に被検査物体Ｘで走査している。本実施例では
上記監視用ビームと検査用ビームとの反射光を同時に一
つの位置検出器３で検出する。この位置検出器３は図示
するように、監視用ビームと検査用ビームとを夫々感知
する部分を交互に櫛歯状に形成してある。つまり、櫛歯
状の２個のエレメントを備え、一方を位置検出器として
用い、他方を光量検出器として用いるものである。な
お、夫々のビームを感知する部分には特定波長の光を感
知する素子を用いて形成してある。このような位置検出
器３はＰＳＤ（ポジション・センシティブ・ディテク
タ）などを用いて実現することが可能である。このよう
にすれば、一つの位置検出器３を用いて、異なる走査ラ
インにおける面性状の監視と形状検出とを同時に行うこ
とができる。

【００３８】（実施例１２） 本実施例は基本的には実施例１１と同じであり、本実施
例の特徴とする点は、図１９に示すように、位置検出器
３として、波長の異なる監視用ビームと検査用ビームと
を夫々検知する検出セルを長手方向に列設して形成され
たアレイセンサを用いたことである。

【００３９】（実施例１３） 本実施例も、基本的には実施例１１と同じものであり、
図２０に示すように、本実施例の場合には振動ミラー２
５からの光を一旦ライトガイド１３を用いて受け、その
ライトガイド１３で受けた光を分路手段としての波長選
択性を有したビームスプリッタ１４を用いて監視用ビー
ムと検査用ビームとに分けて光量検出器５と位置検出器
３との双方で光量及び形状検出を行っている。本実施例
の構成とした場合にも、監視用ビームと検査用ビームと
の互いの干渉を防止することができる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１の発明は上述のように、被検査
物体上を走査される検査用ビームを投光する検査用の投
光手段と、検査用ビームの被検査物体による反射光を受
光して反射光の入射角変化を検出する位置検出器とを備
え、位置検出器の出力に基づいて被検査物体の形状を検
出する形状検出装置において、検査用ビームに一定距離
だけ先行して被検査物体上を走査される監視用ビームを
投光する監視用の投光手段と、監視用ビームの被検査物
体による反射光を受光して反射光の光量を検出する光量
検出器とを設け、検査用ビーム及び監視用ビームを走査
する走査手段を共用し、検査用ビームの被検査物体によ
る反射光を位置検出器に入射させると共に監視用ビーム
の被検査物体による反射光を光量検出器に入射させる偏
向手段を共用し、光量検出器の検出出力に応じて被検査
物体の面性状に適応させた形状検出を行うものであり、
監視用ビームを用いて先行して被検査物体の面性状の監
視を行い、その結果に応じて形状検出時に適切な検出が
行えるように検査用の投光手段の検査用ビームの強度や
位置検出器の検出感度の調整などを行うことができ、こ
のため被検査物体の面性状に応じた精度の高い形状測定
が可能となり、しかも被検査物体の監視を行いながら同
時に形状検出を行うことができるので、検出速度の低下
もない利点がある。また、監視用ビーム及び検査用ビー
ムを被検査物体で走査する走査手段を共用するから、監
視用ビームと検査用ビームとの位置関係を一定に保ち、
先行して走査される監視用ビームで得られた面性状に関
する情報を検査用ビームに対して正確に反映させること
ができるという利点がある。さらに、監視用ビーム及び
検査用ビームの被検査物体による反射光を偏向手段を通
して位置検出器や光量検出器に入射するから、監視用ビ
ームや検査用ビームの走査による位置検出器や光量検出
器での受光位置の変動を抑制し、位置検出器や光量検出
器の良好（感度や線形性において）な受光位置での使用
が可能になるという効果がある。加えて、走査手段と偏
向手段とは夫々２種類のビームについて共用されるか
ら、上記の作用を持ちながらも部品点数の増加を抑制す
ることができるという利点を有する。

【００４１】請求項４記載の発明は、被検査物体上を走
査される検査用ビームを投光する投光手段と、検査用ビ
ームの被検査物体による反射光を受光して反射光の入射
角変化を検出する位置検出器とを備え、位置検出器の出
力に基づいて被検査物体の形状を検出する形状検出装置
において、被検査物体上を検査用ビームから一定距離離
れて走査される監視用ビームを検査用ビームから分岐さ
せる分路手段と、監視用ビームの被検査物体による反射
光を受光して反射光の光量を検出する光量検出器とを設
け、検査用ビーム及び検査用ビームから分岐した監視用
ビームを走査する走査手段を共用し、検査用ビームの被
検査物体による反射光を位置検出器に入射させると共に
監視用ビームの被検査物体による反射光を光量検出器に
入射させる偏向手段を共用し、光量検出器の検出出力に
応じて被検査物体の面性状に適応させた形状検出を行う
ものであり、被検査物体の面性状の監視を行い、その結
果に応じて形状検出の時に適切な検出が行え、精度の高
い形状測定が可能となり、しかも被検査物体の監視を行
いながら同時に形状検出を行うことができるので、検出
速度の低下もなく、さらに監視用の投光手段が不要とな
ることにより、装置を簡素化することができる。その
他、請求項１の発明と同様の効果を奏する。

【００４２】請求項５記載の発明は、被検査物体上を走
査される光ビームを投光する投光手段と、光ビームの被
検査物体による反射光を受光して反射光の入射角変化及
び光量を検出する位置検出器の出力に基づいて被検査物
体の形状を検出する形状検出装置において、光ビームを
走査する走査手段と、光ビームの被検査物体による反射
光を位置検出器に入射させる偏向手段とを設け、光ビー
ムを一つのラインについて２回ずつ走査するように走査
手段を制御し、１回目の走査時に位置検出器で検出した
光量に応じて、２回目の走査時に位置検出器への反射光
の入射角変化から被検査物体の面性状に適応させた形状
検出を行うものであり、監視用ビームを用いて先行して
被検査物体の面性状の監視を行い、その結果に応じて形
状検出の時に適切な検出が行え、精度の高い形状測定が
可能となる。しかも、光ビームを一つのラインに２回ず
つ走査し、１回目を監視用ビームとして光量検出に用
い、２回目を検査用ビームとして位置検出に用いるか
ら、走査手段および偏向手段を監視用ビームと検査用ビ
ームとで共用することになり、結果的に部品点数が少な
くなるという利点もある。

【００４３】請求項８に示すように、監視用ビームと検
査用ビームとの波長を異ならせ、光量検出器及び位置検
出器に夫々対応するビームだけを入射させるフィルタ手
段を設けると、監視用ビームと検査用ビームとが互いに
悪影響を及ぼすことを防止できる。また、請求項９に示
すように、監視用ビームと検査用ビームとの偏光モード
を異ならせ、光量検出器及び位置検出器に夫々対応する
ビームだけを入射させるフィルタ手段を設けても、監視
用ビームと検査用ビームとが互いに悪影響を及ぼすこと
を防止できる。

【００４４】請求項１０の発明のように、光量検出器と
位置検出器とで同一形状のものを用い、上記光量検出器
を所定距離だけ離して位置検出器に平行に配置すると、
２次反射の影響を除去できないような装置である場合に
誤動作を防止できる。請求項１１の発明は、被検査物体
上を走査される検査用ビームを投光する検査用の投光手
段と、検査用ビームの被検査物体による反射光を受光し
て反射光の入射角変化及び光量を検出する位置検出器と
を備え、位置検出器の出力に基づいて被検査物体の形状
を検出する形状検出装置において、検査用ビームの走査
方向と直交する方向において一定距離だけ先行して被検
査物体上を走査される監視用ビームを検査用ビームとは
異なるタイミングで投光する監視用の投光手段を設け、
検査用ビーム及び監視用ビームを走査する走査手段を共
用し、検査用ビームの被検査物体による反射光を位置検
出器に入射させると共に監視用ビームの被検査物体によ
る反射光を位置検出器に入射させる偏向手段を共用し、
監視用ビームが走査したラインで位置検出器が検出した
光量に応じて同じラインで検査用ビームを走査するとき
の位置検出器への反射光の入射角度変化から被検査物体
の面性状に適応させた形状検出を行うものであり、位置
検出器を監視用と検査用とに共通に用いて装置を簡素化
することができる。その他、請求項１の発明と同様の効
果を奏する。

【００４５】請求項１２の発明は、被検査物体上を走査
される検査用ビームを投光する検査用の投光手段と、検
査用ビームの被検査物体による反射光を選択的に受光し
て反射光の入射角変化を検出する位置検出器とを備え、
位置検出器の出力に基づいて被検査物体の形状を検出す
る形状検出装置において、検査用ビームの走査方向と直
交する方向において一定距離だけ先行して被検査物体上
を走査される監視用ビームを検査用ビームとは異なる波
長で投光する監視用の投光手段と、監視用ビームの被検
査物体による反射光を選択的に受光して反射光の光量を
検出する光量検出器とを設け、位置検出器と光量検出器
とは一直線上で交互に配列された多数の感知部を備え、
検査用ビーム及び監視用ビームを走査する走査手段を共
用し、検査用ビームの被検査物体による反射光を位置検
出器に入射させると共に監視用ビームの被検査物体によ
る反射光を光量検出器に入射させる偏向手段を共用し、
光量検出器の検出出力に応じて被検査物体の面性状に適
応させた形状検出を行うものであり、監視用ビームと検
査用ビームとが互いに悪影響を及ぼすことを防止し、且
つ位置検出器を監視用と検査用とに共通に用いて装置を
簡素化することができる。その他、請求項１の発明と同
様の効果を奏する。

【００４６】請求項１４の発明は、被検査物体上を走査
される検査用ビームを投光する検査用の投光手段と、検
査用ビームの被検査物体による反射光を受光して反射光
の入射角変化を検出する位置検出器とを備え、位置検出
器の出力に基づいて被検査物体の形状を検出する形状検
出装置において、検査用ビームの走査方向と直交する方
向において一定距離だけ先行して被検査物体上を走査さ
れる監視用ビームを検査用ビームとは異なる波長で投光
する監視用の投光手段と、検査用ビーム及び監視用ビー
ムの被検査物体による反射光を波長に基づいて分岐させ
る分路手段と、分路手段により分岐された監視用ビーム
の被検査物体による反射光を受光して反射光の光量を検
出する光量検出器とを設け、検査用ビーム及び監視用ビ
ームを走査する走査手段を共用し、検査用ビームの被検
査物体による反射光を位置検出器に入射させると共に監
視用ビームの被検査物体による反射光を光量検出器に入
射させる偏向手段を共用し、光量検出器の検出出力に応
じて被検査物体の面性状に適応させた形状検出を行うも
のであり、監視用ビームと検査用ビームとが互いに悪影
響を及ぼすことを防止できる。その他、請求項１の発明
と同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の構成図である。

【図２】同上の動作の説明図である。

【図３】同上で２次反射の影響を無くす方法の説明図で
ある。

【図４】監視用ビームと検査用ビームとの走査方法の説
明図である。

【図５】実施例２の動作説明図である。

【図６】同上の監視用ビームと検査用ビームとの走査方
法の説明図である。

【図７】実施例３における監視用ビームの形成方法を示
す説明図である。

【図８】実施例４の構成及びその光ビームの走査方法を
示す説明図である。

【図９】実施例５の構成を示す説明図である。

【図１０】同上において監視用ビームの先行走査方法を
異ならせた場合の構成を示す説明図である。

【図１１】実施例６の構成を示す説明図である。

【図１２】同上において監視用ビームの先行走査方法を
異ならせた場合の構成を示す説明図である。

【図１３】実施例７の要部の構成図である。

【図１４】実施例８の要部の構成図である。

【図１５】実施例９の要部の構成図である。

【図１６】同上の動作説明図である。

【図１７】実施例１０の概略構成図である。

【図１８】実施例１１の概略構成図である。

【図１９】実施例１２の概略構成図である。

【図２０】実施例１３の概略構成図である。

【図２１】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１，４ 投光手段 ２ 受光手段 ３ 位置検出器 ５ 光量検出器 ２３，２５ 振動ミラー ２４ａ，２４ｂ 収束レンズ １４，２６ ビームスプリッタ １０，１１ 光学フィルタ １０’，１１’ 偏光フィルタ １３ ライトガイド Ｘ 被検査物体

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−279846（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−127106（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−120364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−227112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−282606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−1154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−99735（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−92904（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−41204（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−12081（ＪＰ，Ｕ)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物体上を走査される検査用ビーム
   を投光する検査用の投光手段と、検査用ビームの被検査
   物体による反射光を受光して反射光の入射角変化を検出
   する位置検出器とを備え、位置検出器の出力に基づいて
   被検査物体の形状を検出する形状検出装置において、検
   査用ビームに一定距離だけ先行して被検査物体上を走査
   される監視用ビームを投光する監視用の投光手段と、監
   視用ビームの被検査物体による反射光を受光して反射光
   の光量を検出する光量検出器とを設け、検査用ビーム及
   び監視用ビームを走査する走査手段を共用し、検査用ビ
   ームの被検査物体による反射光を位置検出器に入射させ
   ると共に監視用ビームの被検査物体による反射光を光量
   検出器に入射させる偏向手段を共用し、光量検出器の検
   出出力に応じて被検査物体の面性状に適応させた形状検
   出を行うことを特徴とする形状検出装置。
2. 【請求項２】 上記監視用ビームを検査用ビームの走査
   方向において所定距離だけ先行させて成ることを特徴と
   する請求項１記載の形状検出装置。
3. 【請求項３】 上記監視用ビームを検査用ビームの走査
   方向と直交する方向において所定距離だけ先行させて成
   ることを特徴とする請求項１記載の形状検出装置。
4. 【請求項４】 被検査物体上を走査される検査用ビーム
   を投光する投光手段と、検査用ビームの被検査物体によ
   る反射光を受光して反射光の入射角変化を検出する位置
   検出器とを備え、位置検出器の出力に基づいて被検査物
   体の形状を検出する形状検出装置において、被検査物体
   上を検査用ビームから一定距離離れて走査される監視用
   ビームを検査用ビームから分岐させる分路手段と、監視
   用ビームの被検査物体による反射光を受光して反射光の
   光量を検出する光量検出器とを設け、検査用ビーム及び
   検査用ビームから分岐した監視用ビームを走査する走査
   手段を共用し、検査用ビームの被検査物体による反射光
   を位置検出器に入射させると共に監視用ビームの被検査
   物体による反射光を光量検出器に入射させる偏向手段を
   共用し、光量検出器の検出出力に応じて被検査物体の面
   性状に適応させた形状検出を行うことを特徴とする形状
   検出装置。
5. 【請求項５】 被検査物体上を走査される光ビームを投
   光する投光手段と、光ビームの被検査物体による反射光
   を受光して反射光の入射角変化及び光量を検出する位置
   検出器の出力に基づいて被検査物体の形状を検出する形
   状検出装置において、光ビームを走査する走査手段と、
   光ビームの被検査物体による反射光を位置検出器に入射
   させる偏向手段とを設け、光ビームを一つのラインにつ
   いて２回ずつ走査するように走査手段を制御し、１回目
   の走査時に位置検出器で検出した光量に応じて、２回目
   の走査時に位置検出器への反射光の入射角変化から被検
   査物体の面性状に適応させた形状検出を行うことを特徴
   とする形状検出装置。
6. 【請求項６】 上記監視時点で検出された光量に応じて
   被検査物体の面性状に適応させた形状検出を行う方法と
   して、形状検出時に監視時の光量が一定となるように投
   光手段のビームの強度を調整して成ることを特徴とする
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の形状検出装
   置。
7. 【請求項７】 上記監視時点で検出された光量に応じて
   被検査物体の面性状に適応させた形状検出を行う方法と
   して、形状検出時に検出感度が一定となるように位置検
   出器側の検出感度を調整して成ることを特徴とする請求
   項１乃至請求項５のいずれかに記載の形状検出装置。
8. 【請求項８】 監視用ビームと検査用ビームとの波長を
   異ならせ、光量検出器及び位置検出器に夫々対応するビ
   ームだけを入射させるフィルタ手段を設けて成ることを
   特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の形
   状検出装置。
9. 【請求項９】 監視用ビームと検査用ビームとの偏光モ
   ードを異ならせ、光量検出器及び位置検出器に夫々対応
   するビームだけを入射させるフィルタ手段を設けて成る
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記
   載の形状検出装置。
10. 【請求項１０】 光量検出器と位置検出とに同形状のも
    のを用い、上記光量検出器を所定距離だけ離して位置検
    出器に平行に配置して成ることを特徴とする請求項１、
    請求項２、請求項４、請求項５のいずれかに記載の形状
    検出装置。
11. 【請求項１１】 被検査物体上を走査される検査用ビー
    ムを投光する検査用の投光手段と、検査用ビームの被検
    査物体による反射光を受光して反射光の入射角変化及び
    光量を検出する位置検出器とを備え、位置検出器の出力
    に基づいて被検査物体の形状を検出する形状検出装置に
    おいて、検査用ビームの走査方向と直交する方向におい
    て一定距離だけ先行して被検査物体上を走査される監視
    用ビームを検査用ビームとは異なるタイミングで投光す
    る監視用の投光手段を設け、検査用ビーム及び監視用ビ
    ームを走査する走査手段を共用し、検査用ビームの被検
    査物体による反射光を位置検出器に入射させると共に監
    視用ビームの被検査物体による反射光を位置検出器に入
    射させる偏向手段を共用し、監視用ビームが走査したラ
    インで位置検出器が検出した光量に応じて同じラインで
    検査用ビームを走査するときの位置検出器への反射光の
    入射角度変化から被検査物体の面性状に適応させた形状
    検出を行うことを特徴とする形状検出装置。
12. 【請求項１２】 被検査物体上を走査される検査用ビー
    ムを投光する検査用の投光手段と、検査用ビームの被検
    査物体による反射光を選択的に受光して反射光の入射角
    変化を検出する位置検出器とを備え、位置検出器の出力
    に基づいて被検査物体の形状を検出する形状検出装置に
    おいて、検査用ビームの走査方向と直交する方向におい
    て一定距離だけ先行して被検査物体上を走査される監視
    用ビームを検査用ビームとは異なる波長で投光する監視
    用の投光手段と、監視用ビームの被検査物体による反射
    光を選択的に受光して反射光の光量を検出する光量検出
    器とを設け、位置検出器と光量検出器とは一直線上で交
    互に配列された多数の感知部を備え、検査用ビーム及び
    監視用ビームを走査する走査手段を共用し、検査用ビー
    ムの被検査物体による反射光を位置検出器に入射させる
    と共に監視用ビームの被検査物体による反射光を光量検
    出器に入射させる偏向手段を共用し、光量検出器の検出
    出力に応じて被検査物体の面性状に適応させた形状検出
    を行うことを特徴とする形状検出装置。
13. 【請求項１３】 上記位置検出器として、波長の異なる
    監視用ビームと検査用ビームとを夫々検知する検出セル
    を長手方向に列設して形成されたアレイセンサを用いて
    成ることを特徴とする請求項１２記載の形状検出装置。
14. 【請求項１４】 被検査物体上を走査される検査用ビー
    ムを投光する検査用の投光手段と、検査用ビームの被検
    査物体による反射光を受光して反射光の入射角変化を検
    出する位置検出器とを備え、位置検出器の出力に基づい
    て被検査物体の形状を検出する形状検出装置において、
    検査用ビームの走査方向と直交する方向において一定距
    離だけ先行して被検査物体上を走査される監視用ビーム
    を検査用ビームとは異なる波長で投光する監視用の投光
    手段と、検査用ビーム及び監視用ビームの被検査物体に
    よる反射光を波長に基づいて分岐させる分路手段と、分
    路手段により分岐された監視用ビームの被検査物体によ
    る反射光を受光して反射光の光量を検出する光量検出器
    とを設け、検査用ビーム及び監視用ビームを走査する走
    査手段を共用し、検査用ビームの被検査物体による反射
    光を位置検出器に入射させると共に監視用ビームの被検
    査物体による反射光を光量検出器に入射させる偏向手段
    を共用し、光量検出器の検出出力に応じて被検査物体の
    面性状に適応させた形状検出を行うことを特徴とする形
    状検出装置。