JP2949179B2 - 非接触式形状測定装置及び形状測定法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ光を利用してプラスチックや軟質金
属などから成る被測定物の表面形状を高精度に測定でき
るようにした非接触式形状測定装置と形状測定法に関す
る。

（従来の技術） 物体の形状を測定する方法として、接触式と非接触式
とが知られるが、接触式は測定子の接触圧による被測定
物の変形により正確な測定が行えないことがあるばかり
でなく、被測定物を傷つけるなどの難点がある。このた
め、光を利用した非接触式の形状測定法が脚光を浴びて
いる。その種の測定法は格子投影法と光触針法とに大別
され、このうち光触針法として三角測量法、焦点位置合
わせ法、同軸線形変位法などが知られる。

ここで、三角測量法による測定例を説明すれば、第11
図はこれに用いる装置の一例であり、同図において２は
その本体を示す。装置本体２の一方には、半導体レーザ
などレーザ光を放射するレーザ光源３と、そのレーザ光
を被測定物11の表面に結像する照射レンズ４とをもつ照
射光学系が配設され、又装置本体２の他方には照射光学
系の光軸５に対し角度θ偏角させて、被測定物11の表面
で反射されたレーザ光を受光する受光レンズ８と、ポジ
ショニングセンサ等の検出部９とをもつ反射光学系が配
設される。

そして、上記のように構成される装置によれば、レー
ザ光源３より放射されたレーザ光が光軸５に沿って照射
レンズ４から被測定物11の表面上の測定点Ｐに照射さ
れ、この測定点Ｐより反射されたレーザ光が測定点Ｐの
反射軸６に沿って受光レンズ８から検出部９の受光点Ｑ
に受光されるようになっている。

ここで、装置本体２又は被測定物11の一方を移動し
て、被測定物11の表面における測定点Ｐ′にレーザ光を
照射すれば、そのレーザ光は測定点Ｐ′より反射されて
該測定点Ｐ′の反射軸７に沿って検出部９の受光点Ｑ′
に受光されることになり、このとき測定点Ｐから測定点
Ｐ′までの変位量Ｚと、受光点Ｑから受光点Ｑ′までの
変位量Ｘとが所定の比率による線形性を有していること
から、検出部９による変位量Ｘの検出により変位量Ｚを
認知することができる。このことから、上記動作を連続
して被測定物11の表面を走査することにより、該被測定
物11の表面形状を測定することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、以上のような三角測量法によれば、照
射光軸５と反射光軸６とが所定の角度を有して偏角され
ているため、測定表面が急斜面である場合、反射光が第
12図のように被測定物11により遮光されるシャドウ効果
が発生し、被測定物の形状が測定不能になるなど起伏に
富んだ被測定物の表面形状を測定する場合に不具合があ
った。

一方、変調格子縞位相法やモアレトポグラッフィ法等
の格子投影法を利用して被測定物の表面形状を測定する
場合には、被測定物の表面に格子縞等を投影してその画
像処理をしなければならないため、その処理機構が煩雑
になるなどの難点があった。

そこで、本発明は被測定物の表面形状を広範囲に亙っ
て高精度に測定することのできる非接触式形状測定装置
と形状測定法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、以下のような装置
及び方法を提供するものである。

（１）レーザ光を放射するレーザ光源と、そのレーザ光
を被測定物の表面上に集光するための対物レンズと、こ
の対物レンズにレーザ光源から放射されたレーザ光を導
く照射光学系と、被測定物の表面から入射方向へ反射す
る反射光のうち散乱光成分を検出する検出器と、この検
出器に散乱光成分を導く反射光学系と、被測定物の表面
上でレーザ光を走査するためのXY軸サーボ機構と、被測
定物の表面と対物レンズとの焦点距離を調整するＺ軸サ
ーボ機構とを備え、前記照射光学系が被測定物の表面か
らの反射光を正反射光成分と散乱光成分とに分光して該
散乱光成分を反射光学系に入射させるよう構成される非
接触式形状測定装置。

（２）異なる波長のレーザ光を放射する２つのレーザ光
源を有し、照射光学系がその一方のレーザ光源に対応す
る微調整用と他方のレーザ光源に対応して該レーザ光源
より放射されるレーザ光を一方のレーザ光の光束幅より
幅狭にする粗調整用とに分けられると共に、その各照射
光学系はそれぞれ各レーザ光源より放射したレーザ光を
集光するためのレンズ、このレンズで集光したレーザ光
の透過面積を調整するためのアパチャ、及びそのアパチ
ャを透過したレーザ光が入射する偏光ビームスプリッタ
とから成り、その各偏光ビームスプリッタにより被測定
物からの反射光を正反射光成分と散乱光成分とに分光し
て正反射光成分を照射光学系に入射させつつ散乱光成分
を反射光学系に入射させるよう構成され、その反射光学
系もビームスプリッタを介して微調整用の照射光学系に
対応する微調整用と粗調整用の照射光学系に対応する粗
調整用とに分けられると共に、それら各反射光学系はそ
れぞれ各照射光学系のレーザ光源に対応して所定の波長
領域のレーザ光のみ透過する光学フィルタを有し、この
うち微調整用の反射光学系は更に別のビームスプリッタ
を介して二系統に分けられ、それら各反射光学系に検出
器が個別に装備されて成る上記（１）に記載の非接触式
形状測定装置。

（３）レーザ光を放射するレーザ光源と、そのレーザ光
を集光するレンズと、このレンズで集光したレーザ光の
透過面積を調整するためのアパチャと、このアパチャを
透過したレーザ光の光軸上に置かれる偏光ビームスプリ
ッタと、この偏光ビームスプリッタに入射して偏光した
レーザ光を被測定物の表面上に集光する対物レンズと、
その被測定物の表面からの反射光のうち前記対物レンズ
と偏光ビームスプリッタとを透過した散乱光成分を分光
するためのビームスプリッタと、このビームスプリッタ
で分光された散乱光成分の各光軸上に置かれる光学フィ
ルタと、その各光学フィルタを透過した散乱光成分を集
光するための集光レンズと、その各集光レンズの焦点前
後で光量差を現出するナイフエッジと、その各ナイフエ
ッジで現出された光量差を検出する検出器と、被測定物
の表面上でレーザ光を走査するためのXY軸サーボ機構
と、被測定物の表面と対物レンズとの焦点距離を調整す
るためのＺ軸サーボ機構とを具備して成る非接触式形状
測定装置。

（４）ナイフエッジに代えて、円筒レンズ又はフーコー
プリズムを用いる（３）に記載の非接触式形状測定装
置。

（５）レーザ光源より放射したレーザ光を偏光ビームス
プリッタと対物レンズとを介して被測定物の表面に照射
し、その被測定物の表面から前記対物レンズを介して前
記偏光ビームスプリッタに入射した反射光を該偏光ビー
ムスプリッタにより正反射光成分と散乱光成分とに分光
し、そのうち散乱光成分を検出器で検出して被測定物の
表面形状を測定することを特徴とする形状測定法。

（６）レーザ光を被測定物の表面上で走査して、その表
面形状を測定する方法であって、レーザ光源より放射し
たレーザ光を偏光ビームスプリッタと対物レンズとを介
して被測定物の表面に照射し、その被測定物の表面から
入射方向へ反射する反射光を対物レンズを介してそのま
ま前記偏光ビームスプリッタに入射させて該偏光ビーム
スプリッタの偏光面で反射される正反射光成分と該偏光
面を透過する散乱光成分とに分け、このうち散乱光成分
を検出器により検出しつつ被測定物と対物レンズとの焦
点距離を調整することを特徴とする形状測定法。

（７）レーザ光を被測定物の表面上で走査して、その表
面形状を測定する方法であって、２つのレーザ光源より
それぞれ波長が異なるレーザ光を放射し、その各レーザ
光を個別の偏光ビームスプリッタに入射させると共に、
その各偏光ビームスプリッタから対物レンズを介して被
測定物の表面に互いに重畳させて照射し、その被測定物
の表面から入射方向へ反射する反射光を対物レンズを介
してそのまま前記偏光ビームスプリッタに入射させ、そ
れら偏光ビームスプリッタの各偏光面を透過した散乱光
成分をビームスプリッタで分光しつつ、その各光軸上に
置かれる光学フィルタを介して互いに異なる波長領域に
分け、それらを互いに個別の検出器により検出しつつ被
測定物と対物レンズとの焦点距離を調整することを特徴
とする形状測定法。

（８）波長が異なるレーザ光を被測定物の表面に照射す
るとき、その一方の光束幅を他方より幅狭にして焦点深
度を大きくすることを特徴とする上記（７）に記載の形
状測定法。

（作用） 本発明によれば、検出器によりレーザ光の光量差を検
知しつつ、照射光学系と反射光学系とをＺ軸サーボ機構
によりサーボすると共に、被測定物の表面をXY軸サーボ
機構で移動、走査することにより被測定物の表面形状を
非接触にて測定する。ここで、照射光学系から対物レン
ズを介して被測定物の表面にレーザ光を照射し、被測定
物の表面から対物レンズを介して偏光ビームスプリッタ
に再入射した反射光を正反射光成分と散乱光成分とに分
け、このうち散乱光成分を被測定物の形状測定に供する
ようにしていることから、正反射光成分による形状測定
への悪影響を回避することができ、測定の際にはシャド
ウ効果が発生しない。

又、特性が異なる２つの照射光学系を備え、その一方
のレーザ光の光束幅を他方のレーザ光より幅狭にして焦
点深度を大きくしていることから、これを被測定物の表
面の起伏が大きい場合の粗調整用として利用することが
できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。先ず、第１図及び第２図において、50は本発明に係
る非接触式形状測定装置であり、この装置50は光プロー
ブ装置30と、これをＺ軸方向に移動させるＺ軸サーボ機
構51と、被測定物55が載せられる載置台53をＸ−Ｙ軸方
向に移動させるXY軸サーボ機構52とで構成される。

光プローブ装置30には、異なる波長のレーザ光を放射
する半導体レーザなどから成る２つのレーザ光源31,41
が装備されており、このうち一方のレーザ光源31の光軸
前方には、そのレーザ光源31から放射されるレーザ光を
集光するレンズ32と、そのレーザ光の透過面積を調整す
るアパチャ33と、このアパチャの前方にあって放射され
たレーザ光を偏光及び偏向すると共に被測定物の表面55
aからの反射光を正反射光成分と散乱光成分とに分ける
偏光面70をもつ偏光ビームスプリッタ34とが装備されて
微調整用の照射光学系60を構成している。そして、偏光
ビームスプリッタ34の偏光面70により偏向されるレーザ
光の光軸方向には、被測定物55に対向する対物レンズ56
が装備される。

又、他方のレーザ光源41の光軸前方にも、レンズ42、
アパチャ43、及び偏光ビームスプリッタ44とが装備され
て粗調整用の照射光学系65を構成している。ここで、こ
の偏光ビームスプリッタ44も偏光ビームスプリッタ34と
同様の偏光面をもち、この偏光面によりレーザ光源41か
ら放射されたレーザ光を偏光及び偏向して該レーザ光の
光軸を偏光ビームスプリッタ34と対物レンズ56との光軸
に重畳するよう構成される。

一方、その対物レンズ56及び偏光ビームスプリッタ3
4,44より成る光軸の上方にはビームスプリッタ45,35が
順次設けられ、更にその光軸上方には微調整用の反射光
学系62が装備される。

ビームスプリッタ35は、偏光ビームスプリッタ34によ
り分光された散乱光成分を偏向、透過する分光面80を形
成すると共に、ビームスプリッタ45も同様の動作を為す
ような分光面を形成する。そして、ビームスプリッタ35
の分光面80により偏向された散乱光成分の偏向軸の前方
には、所定の波長領域を透過する光学フィルタ36aと、
その散乱光成分を集光する集光レンズ37aと、この集光
レンズ37aの焦点前後において光量差を現出するナイフ
エッジ38aと、このナイフエッジ38aにより現出された光
量差を検出する電荷結合素子（CCD）等の検出器39aとが
装備されて微調整用の第１の反射光学系61を構成してい
る。

又、ビームスプリッタ35を透過した散乱光成分の光軸
方向には、反射光学系61と同様に光学フィルタ36bと、
集光レンズ37bと、ナイフエッジ38bと、検出器39bとが
装備されて微調整用としての第２の反射光学系62を構成
している。

一方、ビームスプリッタ45により偏向された散乱光成
分の偏向軸の前方には、反射光学系61と同様に光学フィ
ルタ46と、集光レンズ47と、ナイフエッジ48と、検出器
49とが装備されて粗調整用の反射光学系66を構成してい
る。

ここで、以上のように構成される形状測定装置の作用
を説明する。先ず、第３図に示すように、レーザ光源31
より放射されたレーザ光は、レンズ32により集光され、
さらにアパチャ33によりレーザ光の透過面積が調整さ
れ、そして微調整用のレーザ光71として偏光ビームスプ
リッタ34に入射される。

すると、そのレーザ光71は、偏光ビームスプリッタ34
の偏光面70により、該偏光面70を透過するレーザ光72
（Ｐ偏光）と、該偏光面70により図の下方に偏向される
レーザ光73（Ｓ偏光）とに分光される。このうち、レー
ザ光73は、対物レンズ56を介して被測定物55の表面55a
に集光して照射された後、その表面55aから反射光74と
して偏光ビームスプリッタ34に第４図に示す如く入射さ
れる。このとき、その反射光74は、偏光ビームスプリッ
タ34の偏光面70により、正反射光成分75と散乱光成分76
とに分光され、正反射光成分75は照射光学系60に入射す
ることになる。

又、散乱光成分76は、偏光ビームスプリッタ34の光軸
後方に設けられた偏光ビームスプリッタ44とビームスプ
リッタ45とを介してビームスプリッタ35に入射し、第５
図に示すようにビームスプリッタ35の分光面80により、
２つの散乱光成分76a,76bに分けられる。

このうち、ビームスプリッタ35により偏向された散乱
光成分76aは、反射光学系61の光学フィルタ36aに、又ビ
ームスプリッタ35を透過した散乱光成分76bは、反射光
学系62の光学フィルタ36bにそれぞれ第６図のように入
射する。ここで、それら散乱光成分76a,76bは何れも光
学フィルタ36a,36bを透過し、それぞれ集光レンズ37a,3
7bにより集光され、そしてナイフエッジ38a,38bを介し
て光量差が現出された後、検出器39a,39bに入射してそ
の光量差が検出される。なお、ナイフエッジ38aとナイ
フエッジ38bとは、検出器39a,39bに光量差を現出する位
置が互いに相違するようにしてあり、これにより検出器
39a,39bとに現出する各光量差が相補的に作用して該光
量差値の誤差を相殺できるようにしてある。

一方、レーザ光源41から放射されたレーザ光は、レン
ズ42とアパチャ43とを介しレーザ光源31から放射される
レーザ光より光束幅を幅狭され、更に偏光ビームスプリ
ッタ44と対物レンズ55とを介して被測定物の表面55aに
集光されつつ照射される。そして、この反射光も正反射
光成分と散乱光成分とに分けられ、このうち偏光ビーム
スプリッタ34,44を透過した散乱光成分77は第５図に示
す如く散乱光成分76と同様にビームスプリッタ35で分光
されることになる。ここで、ビームスプリッタ35で偏向
される散乱光成分77aと、ビームスプリッタ35を透過す
る散乱光成分77bとは、散乱光成分76a,76bと波長領域を
異にして光学フィルタ36a,36bにより遮光されるように
なっている。

なお、散乱光成分76,77は、ビームスプリッタ35の光
軸手前に設けられるビームスプリッタ45でも、それぞれ
該ビームスプリッタ45で偏向される散乱光成分76a,77a
と、ビームスプリッタ45を透過する散乱光成分76b,77b
とに分けられるが、この反射光学系66では散乱光成分76
aが光学フィルタ46により遮光されるのに対し、散乱光
成分77aはその光学フィルタ46を透過するようになって
いる。

次に、ナイフエッジを利用した測定原理を第７図
（ａ）及び（ｂ）により説明する。同図（ａ）におい
て、被測定点Ｓには光等が照射され、この被測定点で反
射された反射光84はレンズ81に入射して集光されると共
に、そのレンズ81の焦点前後において光量差を現出する
ナイフエッジ82を介して、該光量差を検出する検出部83
の検出面83aに入射するように構成されている。

ここで、被測定点Ｓが光軸前方S₁に位置している場
合、該S₁において反射された反射光84は、レンズ81を介
してナイフエッジ82により同図（ｂ）に示す如く検出面
83aへの入射領域の下方が遮光されることになる。

また、被測定点ＳがS₂の場合には、検出面83aにおけ
る入射領域は遮光されることはない。

さらに、被測定点がS₃の場合には、検出面83aにおけ
る入射領域の上方が遮光されることになる。

以上のような原理より、被測定点Ｓの位置が変位する
と検出部83の検出面83aにて検出される入射領域が変化
することことから、被測定点Ｓの変位量を検出すること
ができる。

このように、ナイフエッジを使用した方法によると、
検出器39a,39b,49として、例えば電荷結合素子を使用す
ることにより、煩雑な画像処理を行うことなしに被測定
点の変位量を容易に検出することができる。

そして、上記のように構成される非接触式形状測定装
置50によれば、光プローブ装置30をＺ軸サーボ機構51に
よりＺ軸方向にサーボすると共に、載置台53をXY軸サー
ボ機構52によりＸ軸及びＹ軸方向にサーボし、これと同
じくして各光量差を検出することにより載置台53に載置
された被測定物55の表面形状を測定することができる。

つまり、以上のような装置を用い、レーザ光源より放
射したレーザ光を偏光ビームスプリッタと対物レンズと
を介して被測定物の表面に照射し、その被測定物の表面
で反射された反射光を偏光ビームスプリッタにより正反
射光成分と散乱光成分とに分け、その偏光ビームスプリ
ッタを透過した散乱光成分を検出器で検出することによ
り被測定物の表面形状を測定する。

特に、上記の如く２つのレーザ光源よりそれぞれ波長
が異なるレーザ光を放射し、その各レーザ光を個別の偏
光ビームスプリッタに入射させると共に、その各偏光ビ
ームスプリッタから対物レンズを介して被測定物の表面
に互いに重畳させて照射し、その被測定物の表面から対
物レンズを介して偏向ビームスプリッタに入射させる反
射光を該偏光ビームスプリッタで分光し、その偏向ビー
ムスプリッタを透過した散乱光成分をビームスプリッタ
で分光しつつ、その各光軸上に置かれる光学フィルタを
介して互いに異なる波長領域に分け、それらを互いに個
別の検出器により検出しつつ被測定物と対物レンズとの
焦点距離を調整することにより被測定物の表面形状を測
定する。なお、この場合、上記のように波長が異なるレ
ーザ光の一方の光束幅を他方より幅狭にして被測定物の
表面に照射することが好ましい。

ここで、以上のように構成される非接触式形状測定装
置50を使用して、径1mmのピンゲージの上半円筒表面を
測定した結果を第８図に示す。

なお、第８図の横軸にはピンゲージの中心を零とした
変位量が、また縦軸にはピンゲージの半円頂点を零とし
た変位量がそれぞれ示されている。

この測定結果から判るように、本実施例の非接触形状
測定装置50によると、測定精度が約±10μｍ程となって
おり、従来の三角測量法に比べて精度が約五倍向上し
た。

次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、
先の実施例と同一の箇所には同一符号を符し説明を省略
する。先ず、第９図は上記のレーザ光源31に代えてHe−
Neレーザ発生装置91を用いた例である。そして、本例で
はHe−Neレーザ発生装置91から放射されるHe−Neレーザ
を光ファイバ92によりレンズ32に伝達するようにして照
射光学系90を構成している。ここで、被測定物55の被測
定面55aを計測する際の微調整用として、He−Neレーザ
発生装置91を光源とするHe−Neレーザを使用することに
より測定精度をより向上することができる。

又、第10図は上記のナイフエッジ38a,38bに代えて、
円筒レンズ95a,95bを用いた例である。ここで、円筒レ
ンズ95a,95bは、取付角度が相違しており、これにより
測定値の測定誤差を相殺するようになっている。なお、
ナイフエッジ38a,38bに代えて、円筒レンズ95a,95bのほ
かフーコープリズムを用いることもできる。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば被測定
物の表面で反射された反射光を正反射光成分と散乱光成
分とに分光し、このうち散乱光成分を被測定物の形状測
定に供するようにしたため、正反射光成分による悪影響
がなく高精度な形状測定ができる。しかも、偏光ビーム
スプリッタを介して被測定物の表面にレーザ光を反射
し、被測定物の表面から偏光ビームスプリッタに入射し
た反射光を正反射光成分と散乱光成分とに分光するので
シャドウ効果が発生しない。

又、特性が異なる２つの照射光学系を備え、その一方
のレーザ光の光束幅を他方のレーザ光より幅狭にして焦
点深度を大きくしていることから、これを被測定物の表
面の起伏が大きい場合の粗調整用として測定範囲を広く
することが可能となり、しかも２つの照射光学系を介し
て被測定物に照射されるレーザ光の波長を互いに異なら
せて微調整用と粗調整用とを識別するようにしたことか
ら同一の対物レンズを使用して被測定物の表面形状を測
定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る非接触式形状測定装置の実施例を
示した側面図、 第２図は同装置を示した斜視図、 第３図は同装置の照射光学系の動作を説明する斜視図、 第４図は反射光を正反射光成分と散乱光成分とに分光す
る状態を示した斜視図、 第５図はビームスプリッタの動作を説明する斜視図、 第６図はナイフエッジの動作を説明する斜視図、 第７図（ａ）及び（ｂ）はナイフエッジを利用した測定
原理の説明図、 第８図は測定結果を示す実測図、 第９図はレーザ光源にHe−Neレーザを使用した他の実施
例を示す側面図、 第10図は円筒レンズを使用した他の実施例を示す側面
図、 第11図は従来の非接触式形状測定装置の一例を示す側面
図、 第12図はシャドウ効果を説明する側面図である。 30……光プローブ装置、31……レーザ光源（微調整
用）、 32……レンズ（微調整用）、33……アパチャ（微調整
用）、 34……偏光ビームスプリッタ（微調整用）、 35……ビームスプリッタ（微調整用）、36……光学フィ
ルタ（微調整用）、 37……集光レンズ（微調整用）、38……ナイフエッジ
（微調整用）、 39……検出器（微調整用）、50……非接触式形状測定装
置、 51……Ｚ軸サーボ機構、52……XY軸サーボ機構、55……
被測定物、 56……対物レンズ、60……照射光学系（微調整用）、 61……第１の反射光学系（微調整用）、 62……第２の反射光学系（微調整用）、 65……照射光学系（粗調整用）、66……反射光学系（粗
調整用） 70……偏光面、80……分光面、75……正反射光成分、76
……散乱光成分、 77……散乱光成分。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を放射するレーザ光源と、そのレ
   ーザ光を被測定物の表面上に集光するための対物レンズ
   と、この対物レンズにレーザ光源から放射されたレーザ
   光を導く照射光学系と、被測定物の表面から入射方向へ
   反射する反射光のうち散乱光成分を検出する検出器と、
   この検出器に散乱光成分を導く反射光学系と、被測定物
   の表面上でレーザ光を走査するためのXY軸サーボ機構
   と、被測定物の表面と対物レンズとの焦点距離を調整す
   るＺ軸サーボ機構とを備え、前記照射光学系が被測定物
   の表面からの反射光を正反射光成分と散乱光成分とに分
   光して該散乱光成分を反射光学系に入射させるよう構成
   される非接触式形状測定装置。
2. 【請求項２】異なる波長のレーザ光を放射する２つのレ
   ーザ光源を有し、照射光学系がその一方のレーザ光源に
   対応する微調整用と他方のレーザ光源に対応して該レー
   ザ光源より放射されるレーザ光を一方のレーザ光の光束
   幅より幅狭にする粗調整用とに分けられると共に、その
   各照射光学系はそれぞれ各レーザ光源より放射したレー
   ザ光を集光するためのレンズ、このレンズで集光したレ
   ーザ光の透過面積を調整するためのアパチャ、及びその
   アパチャを透過したレーザ光が入射する偏光ビームスプ
   リッタとから成り、その各偏光ビームスプリッタにより
   被測定物からの反射光を正反射光成分と散乱光成分とに
   分光して正反射光成分を照射光学系に入射させつつ散乱
   光成分を反射光学系に入射させるよう構成され、その反
   射光学系もビームスプリッタを介して微調整用の照射光
   学系に対応する微調整用と粗調整用の照射光学系に対応
   する粗調整用とに分けられると共に、それら各反射光学
   系はそれぞれ各照射光学系のレーザ光源に対応して所定
   の波長領域のレーザ光のみ透過する光学フィルタを有
   し、このうち微調整用の反射光学系は更に別のビームス
   プリッタを介して二系統に分けられ、それら各反射光学
   系に検出器が個別に装備されて成る請求項１記載の非接
   触式形状測定装置。
3. 【請求項３】レーザ光を放射するレーザ光源と、そのレ
   ーザ光を集光するレンズと、このレンズで集光したレー
   ザ光の透過面積を調整するためのアパチャと、このアパ
   チャを透過したレーザ光の光軸上に置かれる偏光ビーム
   スプリッタと、この偏光ビームスプリッタに入射して偏
   光したレーザ光を被測定物の表面上に集光する対物レン
   ズと、その被測定物の表面からの反射光のうち前記対物
   レンズと偏光ビームスプリッタとを透過した散乱光成分
   を分光するためのビームスプリッタと、このビームスプ
   リッタで分光された散乱光成分の各光軸上に置かれる光
   学フィルタと、その各光学フィルタを透過した散乱光成
   分を集光するための集光レンズと、その各集光レンズの
   焦点前後で光量差を現出するナイフエッジと、その各ナ
   イフエッジで現出された光量差を検出する検出器と、被
   測定物の表面上でレーザ光を走査するためのXY軸サーボ
   機構と、被測定物の表面と対物レンズとの焦点距離を調
   整するためのＺ軸サーボ機構とを具備して成る非接触式
   形状測定装置。
4. 【請求項４】ナイフエッジに代えて、円筒レンズ又はフ
   ーコープリズムを用いる請求項３記載の非接触式形状測
   定装置。
5. 【請求項５】レーザ光源より放射したレーザ光を偏光ビ
   ームスプリッタと対物レンズとを介して被測定物の表面
   に照射し、その被測定物の表面から前記対物レンズを介
   して前記偏光ビームスプリッタに入射した反射光を該偏
   光ビームスプリッタにより正反射光成分と散乱光成分と
   に分光し、そのうち散乱光成分を検出器で検出して被測
   定物の表面形状を測定することを特徴とする形状測定
   法。
6. 【請求項６】レーザ光を被測定物の表面上で走査して、
   その表面形状を測定する方法であって、レーザ光源より
   放射したレーザ光を偏光ビームスプリッタと対物レンズ
   とを介して被測定物の表面に照射し、その被測定物の表
   面から入射方向へ反射する反射光を対物レンズを介して
   そのまま前記偏光ビームスプリッタに入射させて該偏光
   ビームスプリッタの偏光面で反射される正反射光成分と
   該偏光面を透過する散乱光成分とに分け、このうち散乱
   光成分を検出器により検出しつつ被測定物と対物レンズ
   との焦点距離を調整することを特徴とする形状測定法。
7. 【請求項７】レーザ光を被測定物の表面上で走査して、
   その表面形状を測定する方法であって、２つのレーザ光
   源よりそれぞれ波長が異なるレーザ光を放射し、その各
   レーザ光を個別の偏光ビームスプリッタに入射させると
   共に、その各偏光ビームスプリッタから対物レンズを介
   して被測定物の表面に互いに重畳させて照射し、その被
   測定物の表面から入射方向へ反射する反射光を対物レン
   ズを介してそのまま前記偏光ビームスプリッタに入射さ
   せ、それら偏光ビームスプリッタの各偏光面を透過した
   散乱光成分をビームスプリッタで分光しつつ、その各光
   軸上に置かれる光学フィルタを介して互いに異なる波長
   領域に分け、それらを互いに個別の検出器により検出し
   つつ被測定物と対物レンズとの焦点距離を調整すること
   を特徴とする形状測定法。
8. 【請求項８】波長が異なるレーザ光を被測定物の表面に
   照射するとき、その一方の光束幅を他方より幅狭にして
   焦点深度を大きくすることを特徴とする請求項７記載の
   形状測定法。