JP3888149B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は実装回路基板上に実装された電子部品や、半導体チップ、半導体ウエーハ等の被測定物の所定面に光を走査して、その被測定物の所定面から反射した散乱反射光を検知し、被測定物の形状不良や表面の欠陥等を測定・検査するための表面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１９（ａ）、（ｂ）は、実装回路基板上に実装された電子部品の表面を検査する装置としてよく知られているレーザスキャン方式の表面検査装置を示す。
【０００３】
図１９（ａ）に示すように、この種の表面検査装置は半導体レーザ素子３１から放射されたレーザ光Ｌをコリメータレンズ３２により平行光に揃え、アナモフィックプリズム３４を用いてビーム形状を整形し、ポリゴンミラー３５の外周面３５ａに入射する。ポリゴンミラー３５は鏡面から成る外周面３５ａで構成される８面体を有し、回転軸Ｐの回りを矢印方向Ｅ、すなわち時計回りに、たとえば３，６００ｒｐｍの速度で回転する。レーザ光Ｌは回転軸Ｐに対し垂直方向からポリゴンミラー３５の外周面３５ａに入射する。外周面３５ａで反射するレーザ光Ｌは、ポリゴンミラー３５の回転に沿ってレーザ光Ｌ１〜Ｌ２の範囲で偏向される。偏向されたレーザ光Ｌ１〜Ｌ２は複数個（図では３枚の場合を例示）のレンズ３７、３８及び３９から成る光走査用ｆθレンズ系３６によって偏向及び集光され、被測定物４０の表面４１に向かって光を走査する。
【０００４】
図１９（ｂ）は図１９（ａ）を矢印Ｄの方向から見た図である。図１９（ｂ）で示すようにポリゴンミラー３５で反射偏向したレーザ光Ｌ１〜Ｌ２は、光走査用ｆθレンズ系３６を通り被測定物４０の表面４１に向かって光を走査する。この光走査によって被測定物４０の表面４１で反射した散乱反射光Ｌｒは、レーザ光Ｌ１〜Ｌ２の光軸を挟んだ対称位置に配置した一対の集光レンズ４３でそれぞれ集光され、さらに一対の光検出器４４の受光面４５にそれぞれ入射する。光検出器４４は受光した光の大きさや強さに応じた電気信号を演算装置４６に出力する。被測定物４０を矢印Ａの方向に移動させながら前記光走査を繰り返すことにより、被測定物４０の表面４１に生じた凹凸の状態を検知し、その凹凸を示した電気信号を得る。
【０００５】
集光レンズ４３及び光検出器４４をレーザ光Ｌ１〜Ｌ２の光軸を挟んだ両側の対称位置にそれぞれ配置すれば、被測定物４０の表面４１の部品４２の段差で散乱反射光Ｌｒが遮られ、一方の光検出器４４に散乱反射光Ｌｒが入射されなくとも、他方の光検出器４４で検出することができる。
【０００６】
図２０は被測定物４０の表面４１に部品４２が実装されている状態を示す。ポリゴンミラー３５でレーザ光Ｌ１〜Ｌ２を反射偏光して光を走査すると、被測定物４０の表面４１には部品４２の凹凸に対応した走査光４９が集光する。走査光４９は被測定物４０の表面４１でＬｒ１〜Ｌｒ２の巾を持って反射する。反射散乱光Ｌｒ１〜Ｌｒ２は集光レンズ４３及び４８で集光され、光検出器４４の受光面４５に入射して入射散乱光４７として集光する。したがって入射散乱光４７は被測定物４０の表面４１に実装された部品４２の凹凸に応じた形を示す。光検出器４４は、入射散乱光４７を光電変換するとともに、受光面４５における入射散乱光４７の光照射位置に対応した電気信号を演算装置４６に出力する。演算装置４６は、光検出器４４から入力された電気信号に基づいて、被測定物４０の表面４１に実装された部品４２の高さの位置を良く知られた三角測距法により算出する。
【０００７】
図２１は三角測距法によって、被測定物４０を矢印Ａ方向に動かしながらその表面４１に向かって光走査を繰り返し、部品４２の凹凸の高さ信号５０、５１及び５２を求めたものを示す。
【０００８】
なお、表面検査装置の他の例としては、たとえば、特開平５−２８１１３０号公報や特開平６−３１７５３４号公報に提案されており、これらは波長が異なる第１、第２のレーザ光源を用いている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
実装回路基板等に実装された電子部品などの被測定物表面の測定・検査のスループットの向上を図るためには、測定・検査速度を高めなければならない。しかし従来の測定・検査装置ではポリゴンミラーの高速回転化や受光センサーの高速化には限界があった。
【００１０】
さらに、測定・検査精度及びスループットを向上させるには実装回路基板に実装された電子部品だけではなく、実装回路基板に実装される前の電子部品単体での形状、たとえば半導体素子の外部端子の形状やその歪みの状態を測定・検査しておくことが効果的である。
【００１１】
又、比較的小さな部品と比較的大きな部品とが実装回路基板に混載されると、実装回路基板の表面には大小の部品によって高低差が生じる。こうした高低差は測定のスループットを低下させる。なぜならば、被測定面側に高低差が生じると大きさ、形状の異なる被測定物に応じて光走査手段等を再調整、再設定しなければならないからである。
【００１２】
そこで本発明は測定精度の向上を図って、スループットを大幅に改善することができる表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の表面形状測定装置は、複数のレーザ素子と、前記複数のレーザ素子から出射されたレーザ光を反射させ被測定物上を走査させる面数Ｎのポリゴンミラーを有する走査光学系と、前記走査光学系と前記被測定物とを相対的に移動させる相対移動手段と、前記被測定物から反射した光を検出する複数の光検出器と、を有し、隣接する前記レーザ素子は前記ポリゴンミラーに対し３６０／Ｎ度に配置することを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明の表面形状測定装置は、複数のレーザ素子と、前記複数のレーザ素子から出射されたレーザ光を反射させ被測定物上を走査させるポリゴンミラーを有する走査光学系と、前記走査光学系と前記被測定物とを相対的に移動させる相対移動手段と、前記被測定物から反射した光を検出する複数の光検出器と、を有し、前記走査光学系のｆθレンズの焦点距離をｆｍｍ、前記ポリゴンミラーの面数をＮ、前記ポリゴンミラーの１辺の内で走査に使う領域の割合をＲ、前記被測定物上で走査するレーザ光の間隔をｙｍｍ、隣接する前記レーザ素子の光軸が走査方向になす角度をα１、走査方向と垂直方向になす角度をα２とし、α１が（数４）、α２が（数５）の関係を満足することを特徴とする。
【００１７】
【数４】

【００１８】
ただし、Ｒ＝Ｈ／Ｋ、０．６≦Ｒ≦１である。
【００１９】
【数５】

【００２０】
ただし、Ｒ＝Ｈ／Ｋ、０．６≦Ｒ≦１である。
【００２１】
これによって、複数のレーザ光で安定で連続した走査が可能となる。
【００２２】
加えて本発明の表面形状測定装置は、複数のレーザ素子と、前記複数のレーザ素子から出射されたレーザ光を反射させ被測定物上を走査させるポリゴンミラーを有する走査光学系と、前記走査光学系と前記被測定物とを相対的に移動させる相対移動手段と、前記被測定物から反射した光を検出する複数の光検出器と、を有し、前記走査光学系のｆθレンズの焦点距離をｆｍｍ、前記ポリゴンミラーの面数をＮ、前記ポリゴンミラーの１辺の内で走査に使う領域の割合をＲ、前記被測定物上で走査するレーザ光の間隔をｙｍｍ、隣接する前記レーザ素子の光軸が走査方向になす角度を３６０／Ｎ度に配置し、走査方向と垂直方向になす角度をα３とし、α３が（数６）の関係を満足することを特徴とする。
【００２３】
【数６】

【００２４】
ただし、Ｒ＝Ｈ／Ｋ、０．６≦Ｒ≦１である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。図１は本実施の形態に係り、レーザ光を被測定物の所定面、たとえばその表面にレーザ光を照射して形状を測定する形状測定装置を示す。
【００２６】
本実施の形態は３個のレーザ素子１、２及び３を用意する。測定精度を高めるにはレーザ素子が放射するレーザ光の波長は１μｍ以下が好ましく、たとえば、これら３つの波長は同一波長の７８０ｎｍに設定する。レーザ素子１から放射するレーザ光Ｌ１はコリメータレンズ４を通過して、アナモフィックプリズム（図示せず）に入射する。アナモフィックプリズムを経てビーム形状を整形し、ポリゴンミラー５の外周面５ａに入射する。
【００２７】
ポリゴンミラー５の外周面５ａはたとえば８つの鏡面から成り、その外周面５ａは、回転軸Ｐの回りを矢印Ｅの方向、すなわち時計回り方向にたとえば、３，６００ｒｐｍの速度で回転する。レーザ光Ｌ１はポリゴンミラー５の外周面５ａに入射する。これによって、ポリゴンミラー５で反射するレーザ光Ｌ１は、ポリゴンミラー５の回転に沿って光路ＬａからＬｂ、Ｌｃの方向に偏向される。ここでＬａ、Ｌｂ及びＬｃはポリゴンミラー５で反射する反射光が、それぞれ光走査用ｆθレンズ系６の入側端、中央及び出側端に入射するときの光路を示す。
【００２８】
偏向されたレーザ光Ｌ１は同軸配置された複数枚（図では３枚の場合を例示）のレンズ７、８及び９からなる光走査用ｆθレンズ系６によって偏向及び集光された後、被測定物１０の表面１１をその一辺の所定方向(矢印Ｘの方向)に光走査する。
【００２９】
レーザ素子２及び３が放射するそれぞれのレーザ光Ｌ２、Ｌ３は、レーザ光Ｌ１と同様にポリゴンミラー５及び光走査用ｆθレンズ系６を通り、被測定物１０の表面１１を光走査する。レーザ素子１、２及び３がそれぞれ放射するレーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３の波長は前に述べたようにたとえば７８０ｎｍの同一波長であるが、レーザ素子Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれ異なる波長であってもよい。その場合は光走査用ｆθレンズ系６としては波長の違いによる収差を補正する色収差補正レンズを使用する。
【００３０】
被測定物１０は、形状や大きさが異なる各種の電子部品、たとえば抵抗、コンデンサ、コイル、半導体素子及び集積回路等が実装された実装回路基板であったり、或いは個々の電子部品であったりする。また、被測定物１０が実装回路基板である場合、実際の測定に供されるのはそこに実装された電子部品であるが、本書においては実装回路基板を含む全体を被測定物と称する。又、電子部品単体を測定する場合、その電子部品の測定を容易かつ安定に行うためにプリント板に固定、装着することもある。この場合には電子部品とプリント板とが一体化された状態を被測定物と称する。又、電子部品等が固定しやすく位置が安定しているものはそのままの状態で本発明の形状測定装置に供することができる。この場合には電子部品そのものが被測定物である。又、電子部品の中には半導体チップ、半導体ウエーハも含まれる。本発明の形状測定装置はたとえば、半導体ウエーハの表面の凹凸を測定するのにも好適である。
【００３１】
図１は上記で定義された被測定物１０の形状やその所定面に生じた凹凸１２の大きさを測定するために、ポリゴンミラー５を回転させながら被測定物１０を今、紙面の手前から奥に向かう方向（Ｙで示す方向）に連続的に移動する状態を示す。ポリゴンミラー５の回転速度を速くしかつ、移動距離ｙを小さく設定すれば被測定物１０の測定精度は向上する。しかし、測定時間が長くなることを是認しなければならない。移動距離ｙの大きさは被測定物１０の大きさにもよるが、数十μｍが妥当である。本実施の形態においてはポリゴンミラー５の回転速度を３，６００ｒｐｍ、被測定物１０の移動速度を３８．４ｍｍ／秒、移動距離ｙを４０μｍに設定した。
【００３２】
図２は回転するポリゴンミラー５とレーザ光との位置関係をごく簡単に示したものである。図２（ａ）に示すように、ポリゴンミラー５の外周面５ａを８面備え、回転軸Ｐを中心に矢印Ｅ方向、すなわち時計回りに回転する。ポリゴンミラー５の回転は面Ａ、Ｂ及びＣで示したように２等辺三角形がこの順序で回転している状態と見なせる。又、面Ａ〜Ｃは８つの外周面５ａの内の１つの外周面５ａの回転軌跡を示している。
【００３３】
面Ａは２等辺三角形Ｑ１の一辺とレーザ光の放射方向Ｆとが一致したときを示す。２等辺三角形Ｑ１の頂角θ１はポリゴンミラー５が８面体であるから４５度になる。
【００３４】
ポリゴンミラー５が面Ｂに置かれたとき、外周面５ａ（２等辺三角形Ｑ１の底辺）に直交する方向Ｆから図示しないレーザ光を放射すると、レーザ光は外周面５ａのほぼ中心部にあたる。すなわち、面Ｂは外周面５ａの底辺側のほぼ中心にレーザ光の放射方向Ｆとが一致しているときを示す。このとき、２等辺三角形Ｑ１の底辺と外周面５ａの一辺とが重なった状態であり、面Ａに比べて時計回りに２２．５度遅れた位置に置かれている。
【００３５】
面Ｃは、面Ｂからさらに２２．５度時計回りに回転した状態を示す。このときは、レーザ光の放射方向Ｆと２等辺三角形Ｑ１の他の一辺とが一致したときである。面Ａ〜Ｃまでに要する回転角度は４５度である。
【００３６】
図２（ｂ）は図２（ａ）の状態を簡略に示している。レーザ光の任意の方向Ｆと直交する面Ｂを中心にして、反時計回りに２２．５度の位置に置かれた面Ａ、時計回りの２２．５度の位置に置かれた面Ｃに向かって後述するレーザ光が放射される状態を示す。すなわち、ポリゴンミラー５の１つの外周面５ａで受容できるレーザ光の範囲は４５度の大きさであり、この大きさはポリゴンミラーをＮ面体とすれば、３６０／Ｎ（度）の大きさに等しい。
【００３７】
図３はレーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３がポリゴンミラー５及び光走査用ｆθレンズ系６を経て、被測定物１０の表面１１に光を走査する状態を示す。ポリゴンミラー５の外周面５ａが面Ａの位置に置かれたとき、レーザ素子２からのレーザ光Ｌ２はポリゴンミラー５の外周面５ａで反射し、光路Ｌａを通り光走査用ｆθレンズ系６の入側端に入射する。ポリゴンミラー５の外周面５ａが面Ｃの位置に置かれたときは、レーザ光Ｌ２は光路Ｌｃを通り光走査用ｆθレンズ系６の出側端に入射するよう光走査用ｆθレンズ系６を配設する。したがって外周面５ａが面Ｂの位置では、レーザ光Ｌ２は光走査用ｆθレンズ系６の中央に入射する光路Ｌｂを通る。
【００３８】
ポリゴンミラー５の外周面５ａが面Ａの位置に置かれたとき、レーザ光Ｌ１は面Ａで反射し、光路Ｌｂを通り被測定物１０の中央の点Ｂ１（Ｘ２，Ｙ１）を照射する。同様にレーザ光Ｌ２は面Ａで反射し、光路Ｌａを通り被測定物１０の右端の点Ａ１（Ｘ１，Ｙ１）をそれぞれ照射する。ここでＸ１、Ｙ１は被測定物１０表面のＸ方向及びＹ方向の位置を示す。レーザ光Ｌ３は面Ａに対する入射角が大きすぎて光走査用ｆθレンズ系６とは反対側に反射され、被測定物１０の表面上には現れない。
【００３９】
ポリゴンミラー５が回転し外周面５ａが面Ｂの位置に置かれると、レーザ光Ｌ１は光路Ｌｃを通り被測定物の１０の左端Ｘ３上を、レーザー光Ｌ２は光路Ｌｂを通り被測定物１０の中央Ｘ２上を、又、レーザ光Ｌ３は光路Ｌａを通り被測定物１０の右端Ｘ１上をそれぞれ照射する。このとき、被測定物１０をＹ方向に距離ｙだけ移動させるとレーザ光Ｌ１は点Ｃ２（Ｘ３，Ｙ２）を、レーザ光Ｌ２は点Ｂ２（Ｘ２，Ｙ２）を、レーザ光Ｌ３は点Ａ２（Ｘ１，Ｙ２）をそれぞれ照射する。したがってレーザ光Ｌ１はポリゴンミラー５が回転し、面Ａから面Ｂの状態に移る間に点Ｂ１と点Ｃ２を結ぶ直線上を走査し、レーザ光Ｌ２は点Ａ１と点Ｂ２を結ぶ直線上を走査する。
【００４０】
ポリゴンミラー５が面Ｂから面Ｃまで回転する間はレーザー光Ｌ１は被測定物１０上には現れない。ポリゴンミラー５が回転し外周面５ａが面Ｃの状態に置かれると、レーザ光Ｌ２は光路Ｌｃを通り、被測定物１０の左端の点Ｃ３（Ｘ３，Ｙ３）を照射する。又、レーザ光Ｌ３は光路Ｌｂを通り、被測定物１０の中央の点Ｂ３（Ｘ２，Ｙ３）を照射する。したがって、ポリゴンミラー５の外周面５ａが面Ｂから面Ｃまで回転する間に、レーザ光Ｌ２は点Ｂ２から点Ｃ３まで，レーザ光Ｌ３は点Ａ２から点Ｂ３までそれぞれ光を走査する。面Ｃの直後は再び面Ａの状態に戻る。
【００４１】
上記の説明を要約すると次ぎの通りである。すなわち、レーザ光Ｌ１は被測定物１０の表面１１を点Ｂ１と点Ｃ２を結ぶ光走査６５上を光走査し、レーザ光Ｌ２は点Ａ１、点Ｂ２及び点Ｃ３を結ぶ光走査６６を描く。同様にレーザ光Ｌ３は点Ａ２と点Ｂ３を結ぶ光走査６７を行う。
【００４２】
外周面５ａの隣りの外周面５ａが現れると再び面Ａの状態に戻り、前記の光走査が繰り返される。すなわち次ぎの外周面５ａが現れると、レーザ光Ｌ１は点Ｂ３とＣ４とを結ぶ光走査を行う。レーザ光Ｌ１の光走査によって、光走査６７と光走査６８は連続した１本の走査線を描く。レーザ光Ｌ２は光走査６９を行い、レーザＬ３は光走査７０を行う。
【００４３】
以上の走査を繰り返すことにより、複数のレーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３はたとえば４０μｍの間隔をもって被測定物１０の表面１１の一方の長さＷの間を連続して光を走査する。その結果、従来の１個のレーザ素子を使用する場合に比べ、被測定物１０の移動を高速に移動することができる。
【００４４】
又、実施の形態１では、図３に示すようにポリゴンミラー５の外周面５ａの面Ｂとほぼ平行にレーザ光Ｌ１の光軸を配置したので、レーザ光Ｌ１が光走査する被測定物１０の表面１１のＸ３付近の領域Ｓ１及びレーザ光Ｌ３が光走査する被測定物１０の表面１１のＸ１付近の領域Ｓ２は不安定に置かれる。したがって、被測定物１０の一辺の長さをレーザ光の照射可能な長さＷからこれらの不安定領域（Ｓ１＋Ｓ２）を除いた長さＷ１以下に設定するならば測定精度を高めることができる。又、測定精度を高める他の方法としては光走査の不安定部分を除くために、光走査用ｆθレンズ系６の巾Ｚを小さくしてもよい。
【００４５】
図４ないし図７は、被測定物１０の表面１１からの反射光を検出し、被測定物１０の形状や所定面における凹凸の大きさを求める方法を示す。図４は図１を矢印Ｄの方向から見た本実施例の構成を示す概略図である。
【００４６】
レーザ素子１、２及び３からのそれぞれの放射光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３（まとめてＬと表示）は、ポリゴンミラー５の外周面５ａで反射偏向され光走査用ｆθレンズ系６を通り、被測定物１０の表面１１を光走査する。この光走査によって被測定物１０の表面１１で反射した散乱反射光Ｌｒは、レーザ光Ｌの光軸を挟んだ両側の対称な位置に配置した一対の集光レンズ１３で集光され後、さらに一対の光検出器１４に入射する。一対の光検出器１４はそれぞれ散乱反射光Ｌｒの走査方向に対して受光領域がそれぞれに独立した３つの受光領域１４ａ、１４ｂ及び１４ｃに分割されており、それぞれの領域が受光した光の大きさに応じて電気信号を演算装置１６ａ、１６ｂ及び１６ｃに出力する。
【００４７】
演算装置１６ａ、１６ｂ及び１６ｃは前記電気信号を受取ると、その大きさに応じて、被測定物１０の表面１１の凹凸を表す高さ信号に変換し表示装置１５に出力する。このとき、光検出器１４の受光領域を分割しておくと、被測定物１０の表面１１を所定の間隔を持って光走査する複数の走査光からの散乱反射光を、それぞれ分離して検出することができる。被測定物１０を矢印Ｙの方向に移動させながら前記光走査を繰り返すことにより、被測定物１０の表面１１の形状や凹凸の状態を表す電気信号を得ることができる。
【００４８】
又、一対の集光レンズ１３及び一対の光検出器１４をレーザ光Ｌｒの光軸を挟んだ対称の位置に配置したので、被測定物１０の表面１１の凹凸１２の段差で散乱反射光Ｌｒが遮られて、一方の光検出器１４に散乱反射光Ｌｒが入射されないという不都合が生じても、他方の光検出器１４で検出することができる。
【００４９】
図５は被測定物１０の表面１１にある凹凸１２を高さ信号として検出する方法を示す。ここでポリゴンミラー５の外周面５ａが面Ａから面Ｃまで回転するのに要する時間を２ｔとする。時間０からｔの間で、レーザ素子１のレーザ光Ｌ１は被測定物１０の表面１１に光走査線１８で示すように点Ｂ１から点Ｃ２まで光走査する。又レーザ素子２のレーザ光Ｌ２は光走査線１９で示すように点Ａ１から点Ｂ２まで光走査する。被測定物１０の表面１１から反射するレーザ光Ｌ１の散乱反射光Ｌｒ１は集光レンズ１３で集光され、３分割された光検出器１４上を光走査線１８ａのように走査する。すなわち中央の受光領域１４ｂの真中から受光領域１４ｃの左端に向かって光走査する。
【００５０】
図６は光検出器からの信号を演算装置１６で高さ信号に変換する状態を示す。時間０からｔ／３までは演算装置１６ｂから、ｔ／３からｔまでは演算装置１６ｃから、それぞれ被測定物１０の表面１１の凹凸に応じた信号をそれぞれ出力する。
【００５１】
同様にレーザ光Ｌ２は時間０からｔの間に、光走査線１９で示すように点Ａ１から点Ｂ２まで被測定物１０の表面１１上を光走査する。そして被測定物１０の表面１１から反射する散乱反射光Ｌｒ２は光走査線１９ａで示すように受光領域１４ａの右端から、受光領域１４ｂの中央まで光走査する。したがって時間０から２ｔ／３までは演算装置１６ａから、２ｔ／３からｔまでは演算装置１６ｂから、それぞれ被測定物１０の表面１１の凹凸１２に応じた信号を出力する。
【００５２】
時間ｔから２ｔまでも同様に、レーザ光Ｌ１による被測定物１０の表面１１上の点Ｂ２から点Ｃ３に至る走査光からの散乱反射光が、光検出器１４の光走査線１８ａで示した位置を、又、レーザ光Ｌ３による被測定物１０の表面１１上の点Ａ２から点Ｂ３に至る走査光からの散乱反射光が、光検出器１４の光走査線１９ａの位置をそれぞれ光走査する。
【００５３】
図６は、時間０から２ｔまでの演算装置１６ａ、１６ｂ及び１６ｃが出力する高さ信号を示す。図６においてＬ１００はレーザ光Ｌ１により得た被測定物１０の高さ信号であり、Ｌ２００及びＬ３００はそれぞれレーザ光Ｌ２及びＬ３により得た被測定物１０の高さ信号を示す。高さ信号Ｌ１００、Ｌ２００及びＬ３００はレーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３がそれぞれ被測定物１０の表面１１を光走査した位置に対応して演算装置１６ａ、１６ｂ及び１６ｃで取り出される高さ信号であるが、これらの高さ信号を並べ替えることにより、図４に示した表示装置１５には被測定物１０の表面１１の凹凸１２の状態を表示することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では８面体のポリゴンミラー５を用いたが、８面体の形状に限定されない。ポリゴンミラー５をＮ面体で構成し、レーザ素子１、２及び３の光軸をそれぞれ３６０／Ｎ（度）に配設すれば、実施の形態１と同様の機能を奏する。たとえば図１の構成においてポリゴンミラー５を１２面体で構成し、レーザー素子１、２及び３の光軸をそれぞれ３０度に構成すれば、実施の形態１においてＸ１あるいはＸ２付近で光走査が不安定になるという不都合を排除することができるから、レーザ光Ｌ１ないしＬ３が光走査する被測定物１０の全領域にわたり精度のよい高さ信号を得ることができる。
【００５５】
又、本実施の形態は光検出器を３分割し、一つの光検出器に複数のレーザ素子からの反射散乱光が入射することを防止するようにしたが、光検出器を２分割することもできる。なぜならば、光検出器を２分割にすれば、一つの光検出器が２つの反射散乱光を検知する恐れが生じるのは、レーザ光がそれぞれ被測定物１０の右端と中央、あるいは中央と左端を照射するときだけであり、光検出器を２分割した境界部には必ず有限長の非動作部分があり、レーザスポットの大きさを前記非動作部分より小さくすれば、前記不都合が生じないように構成することができる。したがって、使用するレーザ素子の数をｍ個とするとき、光検出器はｍ−１以上に分割して構成すればよい。
【００５６】
（実施の形態２）
本実施の形態を図８を参照して説明する。
【００５７】
本実施の形態はレーザ素子１、２及び３で構成する第１群のレーザ素子に加えて、レーザ素子８１及びレーザ素子８２で構成する第２群のレーザ素子を備える。第１群のレーザ素子は第１の測定モードを構成する。第１群のレーザ素子及び第２群のレーザ素子の両方を用いて第２の測定モードを構成する。もちろん第１の測定モード及び第２の測定モードのいずれかに設定するか又は両者を切り換えながらいずれか一方を交互に使用することもできる。
【００５８】
第１の測定モードは被測定物１０が比較的大きく、かつ、測定精度がさほど要求されない形状測定装置に好適である。測定精度を望む場合には測定時間を長く設定すればよい。又、第２の測定モードは、被測定物が比較的小さくかつ測定精度が要求される形状測定装置に好適である。
【００５９】
第１群のレーザ素子１、２及び３から放射されるそれぞれのレーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３の走査光については既に実施の形態１の図３を用いて説明した通りである。すなわち、図８において、被測定物１０の表面１１上をレーザ光Ｌ１は光走査６５で示す走査軌跡を描き、レーザ光Ｌ２は光走査６６で示す走査軌跡を、レーザ光Ｌ３は光走査６７で示す走査軌跡をそれぞれ描く。
【００６０】
レーザ素子８１はレーザ素子１と２との間に配設し、レーザ素子８１の光軸Ｌ４はレーザ素子１及び２の光軸のなす角を２等分する位置に配置する。すなわち光軸Ｌ２を基準にして反時計回りに２２．５度の位置に配設する。同様にレーザ素子８２の光軸Ｌ５をレーザ素子２及び３の光軸のなす角を２等分する位置、すなわち光軸Ｌ２を基準にして時計回りに２２．５度の位置に配設する。
【００６１】
第２群のレーザ素子を構成するレーザ素子８１から放射されるレーザ光Ｌ４の光軸を、レーザ光Ｌ１及びＬ２の光軸を２等分する位置に配置すると、ポリゴンミラー５の外周面５ａが面Ａの位置にあるとき、面Ａで反射したレーザ光Ｌ４は、光路Ｌａ及びＬｂのなす角度を２等分する光路Ｌｄを通る。すなわち、光路Ｌｄは光走査用ｆθレンズ系６の入側端を通る光路Ｌａと中央を通る光路Ｌｂを２等分する光路で、被測定物１０の表面１１上の右端Ｘ１と中央Ｘ２の中点であるＸ４を照射する。したがって、レーザ光Ｌ４は光走査線２０で示すように、点Ａ１と点Ｂ１の中点（Ｘ４，Ｙ１）を起点として光走査を開始し、被測定物１０の左端Ｘ３まで光走査する。すなわち、レーザ光Ｌ４の走査光は、レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２の走査光の中央を光走査する。
【００６２】
同様にレーザ光Ｌ５は、ポリゴンミラー５の外周面５ａが面Ａと面Ｂの中間の位置まで回転すると、光走査用ｆθレンズ系６の入側端を通る光路Ｌａを通り被測定物１０の表面１１の右端Ｘ１を照射する。このとき被測定物１０をｙ／２だけＹ方向に移動してやると、レーザ光Ｌ５は被測定物１０の表面１１のＸ１上で、点Ａ１と点Ａ２の中央部を照射する。ポリゴンミラー５がさらに回転し面Ｃの位置に置かれると、光路Ｌｂと光路Ｌｃの中間の光路Ｌｅを通り、被測定物１０の表面１１上の中央Ｘ２と左端Ｘ３との中点であるＸ４まで光走査する。
【００６３】
レーザ光Ｌ５は光走査線２１で示すように、被測定物１０の表面１１の右端Ｘ１上で、かつ、点Ａ１と点Ａ２の中点を起点として光走査を開始し、レーザ光Ｌ２及びレーザ光Ｌ３の走査光の中央をＸ４まで光走査する。ポリゴンミラー５の回転に沿って、レーザ光Ｌ１ないしＬ５は前記光走査を繰り返す。
【００６４】
図８で明かなように被測定物１０の表面１１の中央部Ｘ４とＸ５の間は、実施の形態１に比較し２倍の密度で光走査することができる。
【００６５】
本実施の形態は前に述べたように被測定物１０の大きさに応じてレーザ素子の数を切換えることを特徴とする。すなわち、被測定物１０の一辺の長さＷが比較的大きく、たとえば、Ｗ＝６０ｍｍ前後の場合は図８示のようにレーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を用い、光走査６５、６６及び６７を行って被測定物１０の表面１１の形状や凹凸を第１の測定モードで測定する。又、被測定物１０の大きさが比較的小さく、その一辺の長さが上記Ｗの１／２以下のとき、すなわち、３０ｍｍ以下の場合はレーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に加えて、Ｌ４とＬ５も用いて第２の測定モードで被測定物１０の形状やその表面の凹凸１２を測定する。
【００６６】
図８に示すように被測定物１０の一辺の長さＷ２がＷの１／２以下のように比較的小さい場合は、被測定物１０の一辺の長さＷ２の間を実施の形態１に比べて２倍の密度で光走査することができるので、被測定物１０の表面１１の凹凸や形状の測定精度は被測定物の一辺が比較的大きなものに比べて大幅に向上することができる。
【００６７】
又、被測定物１０の一辺の長さがＷ２以下で、測定・検査精度がさほど要求されない場合は、被測定物１０の移動速度を２倍に速めても、走査光の密度は実施の形態１とほぼ同じにすることができるので、測定精度を低下させずに測定することができる。
【００６８】
なお、本実施の形態においてもポリゴンミラー５は８面体に限定されない。ポリゴンミラー５をＮ面体で構成し、第１群のレーザ素子の光軸をそれぞれ３６０／Ｎ（度）になるよう構成すれば、実施の形態２と同等の機能を奏する。例えば図１の構成においてポリゴンミラー５を１２面体で構成し、レーザー素子１、２及び３の光軸を各３０度に形成し、レーザ素子４及び５をそれぞれレーザ素子１と２、及びレーザ素子２と３の間に配置してもよい。
【００６９】
さらに、本実施の形態でも実施の形態１と同様に、第１群及び第２群で使用するレーザ素子の数の合計をｍ個とするとき、光検出器はｍ−１以上に分割して構成することもできる。
【００７０】
（実施の形態３）
本実施の形態を図８ないし図１０を用いて説明する。基本的な動作は図８によって説明できる。図８の説明は既に前の実施の形態で述べた通りであるので詳細な説明は省略する。本実施の形態は被測定物１０の一辺の長さがＷの半分程度のＷ２で示すように比較的小さな場合の測定に好適である。被測定物１０の中には抵抗やコンデンサ、集積回路等比較的小型でその一辺が３０ｍｍ以下のものも少なくない。本実施の形態ではこうした比較的小型の電子部品の形状測定装置に好適である。
【００７１】
図８示の形状測定装置、測定方法は被測定物の一辺の長さがＷで示したように比較的大型のものまでをカバーすることができる。しかし、小型から大型の被測定物まで広範囲にカバーする形状測定装置においては何らかの不都合が生じ得る。本実施の形態においては小型の電子部品の測定を行うと次ぎのような問題点が生じる。すなわち、対象被測定物１０の測定時に、周囲から不要な反射光が光検出器１４に到来してしまうということである。本実施の形態はこうした不要光を遮蔽する測定方法を提供する。
【００７２】
図８から明らかなように、被測定物１０の一辺の長さＷ２の被測定物１０を測定する場合には、Ｘ点はＸ４〜Ｘ５までの範囲で足りる。しかし、本発明の形状測定装置はＸ点において、Ｘ１〜Ｘ４の間、及びＸ５〜Ｘ３の間もレーザ光が走査されるが、これらのレーザ光の走査は一辺の長さがＷ２の被測定物１０の測定においては不要なレーザ光となる。不要なレーザ光又は不要な反射光が光検出器１４に到来すると本来測定に必要な正規の信号に障害を及ぼすから好ましくない。
【００７３】
そこで本実施の形態は不要な反射光等の到来を遮断する手段を提供する。具体的には、レーザ光Ｌ１ないしＬ５はその一辺の長さＷ２の被測定物１０の表面１１を光走査している間だけ発光するよう構成する。
【００７４】
図８において被測定物１０がＹ方向にＹ１からＹ３まで移動するのに要する時間を２ｔとする。ここで時間２ｔの大きさは、ポリゴンミラー５の回転数と外周面の構成によって決定される。たとえばポリゴンミラー５の外周面が８面体で、回転数を３，６００ｒｐｍとすると、２ｔ＝１／（３，６００／６０）×８（秒）となる。すなわち、１／４８０（秒）である。
【００７５】
レーザ光が点Ｙ１を照射しているときの時間を０、Ｙ３を照射しているときを時間２ｔとし、各レーザ素子の発光のタイミングを同図から求めると図９に示す通りになる。レーザ光Ｌ１ないしＬ５までを図９に示すタイミングで発光させれば、レーザ光Ｌ１ないしＬ５は被測定物１０の一辺の長さＷ２の測定に必要なときだけ発光させることができる。
【００７６】
図９はレーザ素子１〜３、８１〜８２の発光を切替えるタイミングを示す。図９に示したタイミングは図８から導きだせる。すなわち、図８示の点（Ｘ４，Ｙ１）、（Ｘ４，Ｙ３）、（Ｘ５，Ｙ１）及び（Ｘ５，Ｙ３）で囲まれた領域に着目し、Ｙ１からＹ３までの走査時間を２ｔとすると、レーザ素子１は時間０〜０．５ｔの期間で点灯していることがわかる。同様にレーザ素子２は時間０．５ｔ〜１．５ｔの期間で点灯していることを示す。同様にレーザ素子３、８１及び８２に注目すると、それぞれ、１．５ｔ〜２ｔ、０〜１ｔ、及び１ｔ〜２ｔの期間に点灯していることを示す。
【００７７】
図１０は図９のレーザ光Ｌ１〜Ｌ５を切り替える方法を示す。面Ａから面Ｃまで４５度回転するポリゴンミラー５の外周面５ａに、レーザ素子１、２、３、８１、８２とは別個に設けたレーザ素子（図示せず）からの照射光２３を入射する。
【００７８】
又、面Ａからの反射光３０ａを受光する位置に光検出器２４を配設し、面Ｃからの反射光３０ｂを受光する位置に光検出器２８を配設する。反射光３０ａと３０ｂの成す角度は９０度である。光検出器２４と２８との間に等間隔で光検出器２５、２６及び２７を配設する。したがって、ポリゴンミラー５の外周面５ａが面Ａから面Ｃまで回転する間に、時間０で光検出器２４からパルス信号が発生し、以降０．５ｔ経過するごとに光検出器２５ないし２８が順次パルス信号を発生する。前記パルス信号をレーザ素子１、２、３、８１及び８２の発振を制御する制御装置２９に送り、制御装置２９によりレーザ素子１、２、３、８１、８２の発振を図９の通りに制御する。
【００７９】
実施の形態３の他の方法としては、図９に示す光走査用ｆθレンズ系６と被測定物１０との間に遮蔽板２２を設けてもよい。遮蔽板２２は矢印２２０方向に移動可能に構成し、被測定物１０の一辺の長さＷ２のときは光路Ｌｄから光路Ｌｅの間を通過するレーザ光のみを通す位置に置き、被測定物１０の一辺の長さがＷのときは左右に移動し、光路Ｌａから光路Ｌｃまでの全てのレーザ光を通すよう構成する。こうした本実施の形態３によれば、被測定物１０が小型の場合でもレーザ光を測定対象物のみに照射することができ、正確に電子部品等の形状測定ができる。
【００８０】
（実施の形態４）
図１１〜図１８は本実施の形態を示す。
【００８１】
本実施の形態はレーザ素子１、２及び３の放射スポット径が比較的大きい場合であっても、被測定物１０の形状等を正確に測定することができる形状測定装置を提供する。スポット径が２０μｍ〜３０μｍの比較的大きな光学系でよければ形状測定装置は廉価に構成することができる。
【００８２】
図１１には、外周面６１を有する１２面体のポリゴンミラー６０が回転軸Ｐの回りを矢印Ｅの方向、すなわち時計回りにたとえば２０，０００ｒｐｍの高速で回転し、レーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３（これらを総称してＬと記す）がポリゴンミラー６０の外周面６１に入射している状態を示す。ポリゴンミラー６０は１２面体であるから、レーザ光Ｌ１とＬ２との光軸の間及びレーザ光Ｌ２とＬ３との光軸の間をそれぞれ３０度（３６０度／１２）の間隔をもって配置した。
【００８３】
図１１は回転するポリゴンミラー６０とレーザ光Ｌ１〜Ｌ３との位置関係をごく簡単に示したものである。外周面６１の回転は面Ａ、Ｂ及びＣで示したように２等辺三角形Ｑ２がこの順序で回転している状態とみることができる。
【００８４】
面Ａは２等辺三角形Ｑ２の一辺と、レーザ光の放射方向Ｆとが一致したときを示す。このときは面Ｂの状態よりもポリゴンミラー６０の回転が１５度先行している状態である。２等辺三角形Ｑ２の頂角θ２は３０度であるから、１５度はその１／２に相当する大きさである。
【００８５】
ポリゴンミラー６０が面Ｂに置かれると、外周面６１（２等辺三角形Ｑ２の底辺）に直交する方向Ｆから図示しないレーザ光を放射すると、レーザ光は外周面５ａのほぼ中心部にあたる。
【００８６】
面Ｃは、面Ｂからさらに１５度時計回りに回転した状態を示す。このときは、レーザ光の放射方向Ｆと２等辺三角形Ｑ２の他の一辺とが一致したときである。
【００８７】
図１２は、図１１に示した１２面体のポリゴンミラー６０の外周面６１を正面からみた図である。又、レーザ光Ｌ（Ｌ１〜Ｌ３）が外周面６１を移動する状態も示している。外周面６１が面Ａの位置では、レーザ光Ｌの照射スポット６２ａは外周面６１の下端部６３付近にあり、照射スポット６２ａで示す。又、面Ｂ及び面Ｃではそれぞれ外周面６１の中央及び上端部に、それぞれ放射スポット６２ｂ及び６２ｃが形成される。しかしながら、レーザ光Ｌのスポット径が所定の大きさ以上なると、外周面６１の上下端にある照射スポット６２ａ及び６２ｃは正常な円形のスポットから逸脱し、図１２に示したようにたとえば半円状のスポット形状に変形されてしまい、形状測定装置の機能を低下させる。
【００８８】
又、ポリゴンミラー６０の外周面６１を鏡面に加工するに際し、外周面６１の下端部６３及び上端部６４は面ダレ等によって、どうしても平面性を得るのがむずかしい。したがって本実施の形態では、レーザ光の放射領域をこれらの外周面６１の下端部６３及び上端部６４を避け、測定有効領域Ｈの範囲でレーザ光を利用して被測定物１０の形状を測定しようとするものである。実験的には外周面６１の一辺の長さＫに対し、測定有効領域Ｈの割合Ｒ＝Ｈ／Ｋを６０％以上、特に７０％程度が望ましいことを知見した。Ｒの大きさはレーザ光の波長にもよるが、Ｒを６０％以上に設定すれば照射スポット６２が５ｍｍ程度のレーザ光にも充分に適用できる。なお、スポット径の大きさがＫの大きさに対して無視できる程度に小さければＲの大きさはほぼ１でもよい。
【００８９】
ポリゴンミラー６０の大きさや形状は設計的事項である。いま、外周面６１の数を１２面体とし、その外周面６１の一辺の長さを１６ｍｍ、Ｒ＝Ｈ／Ｋを７０％に設定したときを考察してみる。レーザ光Ｌが光走査する間の外周面６１の回転角度は３０度であり、レーザ光Ｌが測定有効領域Ｈを光走査する間の外周面６１の測定有効領域としての回転角度は３０度に７０％を乗じた値であるから２１度になる。すなわち、２１度という大きさは、外周面６１が矢印Ｅ方向に３０度回転する間の、初期の回転角４．５度と終期の４．５度を合わせた９度に相当する測定非有効領域を３０度から差し引いた値である。したがって、いま、１２面体の外周面６１の一辺の長さをたとえば１６ｍｍに設定すると、測定有効領域Ｈは、外周面６１の下端部６３と上端部６４のそれぞれの２．４ｍｍを除いた１１．２ｍｍになる。
【００９０】
図１３は、レーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が被測定物１０の表面１１を光走査する状態を示す。レーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３のそれぞれの光走査６５、６６及び６７で示す。図１３に表示したＸ方向の全体の目盛は３０度である。これを６つに区分したので、１目盛は５度の角度に相当する。又、光走査６５と６６、及び光走査６６と６７のＹ方向の光走査の間隔はそれぞれ４０μｍである。
【００９１】
外周面６１が面Ａから面Ｂまでの１５度回転する間に、レーザ光Ｌ１は被検査物１１のＸ方向に関して中央のＸ２から左端のＸ３まで光走査する。しかしながら、光走査開始点Ｘ２から４．５度の間は測定非有効領域である。同様にレーザ光Ｌ２による光走査６６は光走査開始点Ｘ１からの４．５度と終了点Ｘ３までの４．５度の間が測定非有効領域である。又、レーザ光Ｌ３による光走査６７は点Ｘ２の前方４．５度の間が測定非有効領域になる。したがって、レーザ光Ｌ３が外周面６１により形成する光走査６７と、レーザ光Ｌ１が次ぎの外周面で形成する光走査６８が連続してつながらないという不連続区間が生じる。前記不連続区間は、点Ｘ２からＸ方向に４．５度の間、及びＹ方向にＹ＝０の点から６μｍの間である。
【００９２】
図１４は上記の不都合を克服し、連続した光走査を奏するための１つ対策方法を示す。図１４に示した構成の端的な特徴は図１１と比較すると明らかになる。すなわち、図１１ではレーザ光Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３の光軸の成す角度を３０度にし、かつ、それらの光軸は回転軸Ｐに垂直な面に配設したが、図１４の構成は、レーザ光Ｌ１及びＬ３のそれぞれの光軸とレーザ光Ｌ２の光軸のなす角度を変えるものである。
【００９３】
図１４（ａ）に示すように、レーザ光Ｌ１の光軸との角度３０度ではなく、レーザ光Ｌ２側に４．５度傾け、レーザ光Ｌ１及びＬ２の光軸のなす角度α１を２５．５度になるように構成する。同様にレーザ光Ｌ２とＬ３の光軸間の角度α１も２５．５度になるように配設する。
【００９４】
図１４（ｂ）は前記レーザ光Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が外周面６１に放射する状態図１４（ａ）の斜め右方向から見た斜視図である。レーザ光Ｌ１の光軸をＬ１１で示すように走査方向７１に対し垂直方向、すなわち副走査方向（被測定物の移動方向Ｙと同方向）に角度α２だけシフトさせて構成する。
【００９５】
図１５はレーザ光Ｌ１の光軸を副走査方向シフトさせる方法を説明するための図である。ポリゴンミラー６０の外周面６１ａで反射するレーザ光Ｌ１とＬ１１の光軸との間に角度α２のずれをもたせた状態で光走査用ｆθレンズ系６に入射する。そしてレーザ光Ｌ１とＬ１１が光走査用ｆθレンズ系６を通過すると、光走査用ｆθレンズ系６の副走査方向のテレセントリック特性により平行光となり、被測定物１０上を照射する。光走査用ｆθレンズ系６を通過し平行光となった前記レーザ光Ｌ１とＬ１１の間隔をZとすると、光走査用ｆθレンズ系６の焦点距離ｆ、レーザ光Ｌ１とＬ１１のそれぞれの光軸のなす角度α２及び間隔Ｚとの間には、Ｚ＝ｆ×α２なる関係がある。本実施例の場合、間隔Ｚが６μｍになるよう前記レーザ光Ｌ１とＬ１１のそれぞれの光軸のなす角度α２を配設する。すなわち本実施例の場合、間隔Ｚ＝６μｍ、焦点距離ｆ＝８０ｍｍであるから、α２＝Ｚ／ｆより、α２として７．５×１０−５ラジアン（０．００４３度）に設定する。
【００９６】
図１６はレーザ光Ｌ１をα２だけシフトさせて走査したときのレーザ光Ｌ１の走査６５を示す。すなわち、Ｘ軸方向に４．５度だけシフトすることになるので、レーザ光Ｌ１による光走査６５及び６８の始点はＸ２上になる。又、レーザ光Ｌ１１の光軸をＬ１１で示すように走査方向７１に対し垂直方向（副走査方向）にシフトさせるとＹ軸方向に６μｍシフトすることができる。これによって、光走査６５の始点は点（Ｘ２，０）に設定することができる。
【００９７】
同様にレーザ光Ｌ３の光軸を反時計回りに４．５度傾け、かつ、走査方向７１に対しレーザ光Ｌ１１とは逆方向、すなわち被測定物の移動方向Ｙとは逆方向に、光軸を７．５×１０−５ラジアン傾けて構成する。この結果、レーザ光Ｌ３による光走査６７及び７０は、前記レーザ光Ｌ１のシフト方向とは逆方向にＸ軸上及びＹ軸上を前記レーザ光Ｌ１のシフト量と同じ量だけシフトする。これによって、図１４に示すように、レーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ３による光走査６８及び６７は連続した直線となることができる。。
【００９８】
以上に述べた本実施の形態の特徴は次ぎの通りである。光走査手段を正Ｎ面体のポリゴンミラーと焦点距離ｆｍｍを有する光走査用ｆθレンズ系６で構成する。前記正Ｎ面体の外周面６１の１辺の長さＫに対する有効領域Ｈの割合Ｈ／ＫをＲ（０．６≦Ｒ≦１）、被測定物１０の表面に光走査する複数のレーザ光の間隔をｙ、円周率をπとすると、前記複数のレーザ光をＬ１、Ｌ２及びＬ３としたとき、レーザ光Ｌ１とＬ２及びＬ２とＬ３の光軸のなす角度を光走査方向に関してそれぞれα１＝３６０／Ｎ×（１＋Ｒ）／２（度）に配設する。さらに、レーザ光Ｌ２の光軸を基準にしてレーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ３の光軸を前記被測定物と前記光走査手段が相対的に移動する方向にα２＝１／ｆ×ｙ×（１−Ｒ）／２×３６０／２π（度）だけ互いに逆方向に傾けて配設するものである。
【００９９】
なお、レーザ光Ｌ１の光軸を７．５×１０−５ラジアンという微小角度傾ける操作は容易なことではない。しかし本発明においては、レーザ光Ｌ１の光源位置７４と外周面６１上の照射点７２までの距離を前記光走査用ｆθレンズ系６の焦点距離ｆと同じ値に設定し、照射スポットの位置が副走査方向に６μｍずれた照射点７３まで移動するよう、前記レーザ光Ｌ１の光軸を傾ければ、レーザ光Ｌ１の光軸を７．５×１０−５ラジアンに設定することで、こうした難度な操作を克服している。
【０１００】
（実施の形態５）
図１７は連続した光走査を奏するための他の実施例を示す。本実施例でのポリゴンミラー６０は１２面体である。レーザ光Ｌ２とＬ１、レーザ光Ｌ２とＬ３の光軸同士が成す角度はそれぞれ３０度であるが、照射スポット位置をポリゴンミラー６０の回転方向にシフトさせることに特徴を有する。こうした構成は図１４で示した各レーザ光の光軸のなす角度を２５．５度に配設したものとは相違する。
【０１０１】
まず、図１７（ａ）に示すように、レーザ光Ｌ２を中心にしてレーザ光Ｌ１及びＬ３の光軸の位置をそれぞれ３０度の位置に配設する。ポリゴンミラー６０は１２面の外周面６１を備えているがその１つを示す。ポリゴンミラー６０は、回転軸Ｐを中心に矢印Ｅ方向、すなわち時計回りにたとえば２０，０００ｒｐｍの速度で高速回転する。外周面６１の回転は面Ａ、Ｂ及びＣで示したような２等辺三角形Ｑ３がこの順序で移動している状態とみなせる。
【０１０２】
面Ａの状態はレーザ光Ｌ１の放射点７５が外周面６１の測定有効領域の最下端部、すなわち放射スポット６２ｄの位置に一致したときを示す。このときレーザ光Ｌ２は下端部６３の位置にほぼ一致する。したがってレーザ光Ｌ１の放射点７５は外周面６１の測定有効領域の最下端部、すなわち放射スポット６２ｄにくるよう、レーザ光Ｌ２の光軸よりも上方にシフトさせる。シフト量は、（Ｋ−Ｈ）／２である。シフト量は、レーザ光Ｌ１のスポット径及び面Ａに対する入射角等により設定する。ここで、Ｋは外周面の一辺の長さ、Ｈはその測定有効領域である。これらは前に述べたように設計的事項であるが本実施の形態ではＫ＝１６ｍｍ、Ｈ＝１１．２ｍｍに設定する。こうした条件下においての、シフト量は２．４ｍｍになる。
【０１０３】
図１８は実施の形態５における光の走査状態を示す。レーザ光Ｌ１の光走査６５はＹ＝０の線上の照射位置７６から始まる。ただしＸ方向において照射位置７６はＸ２上に一致しない。照射位置７６とＸ２との間のギャップＧを角度で表すと、Ｇ＝３６０／Ｎ×（１−Ｒ）／２（度）である。光走査６５が点（Ｘ２，０）を通るようにするには、光走査６５を矢印Ｊの方向にシフトすればよい。Ｊ方向へのシフト量は、角度３６０／Ｎ（度）で２ｙ移動することから比例計算により（１−Ｒ）×ｙとなる。光走査６５を矢印Ｊの方向にシフトするには、実施の形態４と同様に、光走査用ｆθレンズ系６のテレセントリック特性を用いる。レーザ光Ｌ１の光軸を図１７（ｂ）のレーザ光Ｌ１２に示すように、走査方向７１に対し垂直方向、すなわち副走査方向（被測定物の移動方向Ｙと同方向）に角度α３だけシフトして構成する。なお、ｆ×α３＝（１−Ｒ）×ｙの関係から、シフトさせる角度α３は「α３＝１／ｆ×（１−Ｒ）×ｙ（ラジアン）」として求めることができる。又、α３の大きさは、「α３＝１／ｆ×（１−Ｒ）×ｙ×３６０／２π（度）」でもある。α３をこうした値に設定すれば、図１７において光走査６５は矢印Ｊ方向に平行移動してＹ＝０でＸ２上を通るよう調整することができる。
【０１０４】
レーザ光Ｌ２の照射スポット８０は面Ｂの状態で外周面６１の中央に来るようその光軸を配設する。したがってレーザ光Ｌ２の光走査は図１３の光走査６６と同一の光走査をする。
【０１０５】
レーザ光Ｌ３は面Ｃの状態で照射点７７が測定有効領域の最上端、すなわち図１２の照射スポット６２ｅの位置にくるよう、レーザ光Ｌ２に対し下方に移動する。この場合の移動量も約２．４ｍｍである。この構成により図１３におけるレーザ光Ｌ３の光走査６７はＹ＝８０μｍの線上で光走査を終える。しかし、Ｘ方向に関しては必ずしもＸ２上になるとは限らないので、前記レーザ光Ｌ1とは逆方向に角度α３だけ光軸を傾け、光走査６７がＹ＝８０μｍでＸ２上を通るように調整する。そして、レーザ光Ｌ１がＸ２から発振を開始し、レーザ光Ｌ３がＸ２で発振を止めるよう制御することで、光走査６８及び６７は連続した直線にすることができる。
【０１０６】
以上述べたように実施の形態５は、使用するレーザ光Ｌのスポット径が所定の大きさ以上であっても、あるいはポリゴンミラーの頂角付近が面ダレ等で平面性が損なわれていても、被測定物１０の凹凸１２の高さを正確に測定することができる。又、測定装置としても高価な光学系を必要とせず、形状測定装置の廉価化が図れる。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、被測定物の表面を光走査して被測定物の形状等を測定あるいは検査する場合において、ポリゴンミラーに対応した位置にレーザ素子の配置することで、被測定物の表面における光走査を安定させることが可能になり、検査精度を改善することができる。
【０１０８】
又、本発明は形状が小さな被測定物を検査するに際し、高密度で光走査する方法を提供し、被測定物表面の凹凸や形状の測定精度を改善することができる。
【０１０９】
さらに、被測定物が小型の場合でもレーザ光を測定対象物のみに照射することができ、正確な検査あるいは測定ができる。
【０１１０】
さらに本発明によれば、使用するレーザ光Ｌのスポット径が有限長の場合でも、又、ポリゴンミラーの頂角付近が面ダレ等で平面性が損なわれていたとしても、被検査物表面の凹凸の高さを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形状測定装置に係わる要部構成図
【図２】（ａ）本発明のポリゴンミラーの概要図
（ｂ）本発明のポリゴンミラーの回転状態を説明するための図
【図３】本発明の実施の形態１に係わる図
【図４】本発明の形状測定装置の基本構成図
【図５】本発明の被測定物の表面を測定するための図
【図６】本発明の演算装置が出力する信号を示す図
【図７】本発明の形状測定装置から出力される被測定物表面の高さ信号を示す図
【図８】本発明の実施の形態2に係わる図
【図９】本発明の実施の形態３に係わる図
【図１０】本発明のレーザ光発振制御方法を説明するための図
【図１１】本発明のポリゴンミラーの回転に沿って、レーザ光の照射位置が移動する状態を示す図
【図１２】本発明の照射スポットがポリゴンミラー外周面を移動する状態を示す図
【図１３】本発明のレーザ素子の照射スポット径が有限長の場合の、被検査物上の光走査を示す図
【図１４】（ａ）本発明の実施の形態４に係わる図
（ｂ）図１４（ａ）の要部斜視図
【図１５】本発明の実施の形態４に係わる図
【図１６】本発明の実施の形態４に係わる図
【図１７】（ａ）本発明の実施の形態５に係わる図
（ｂ）図１７（ａ）の要部斜視図
【図１８】本発明の実施の形態５に係わる図
【図１９】（ａ）従来の表面検査装置を示す図
（ｂ）図１９（ａ）を横から見た図
【図２０】従来の表面検査装置における被測定物の表面状態の検査方法を説明する図
【図２１】従来の表面検査装置から出力され被測定物表面の高さ信号を示す図
【符号の説明】
１，２，３，８１，８２ レーザ素子
４，３２ コリメータレンズ
５，３５ ポリゴン体ミラー
５ａ，６１ 外周面
６，３６ 光走査用ｆθレンズ系
７，８，９，３７，３８，３９ レンズ
１０，４０ 被測定物
１１，４１ 表面
１２ 凹凸
１３ 集光レンズ
１４，２４，２５，２６，２７，２８，４４ 光検出器
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 受光領域
１５ 表示装置
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 演算装置
１８，１８ａ，１９，１９ａ，２０，２１ 光走査線
２２ 遮蔽板
２３ レーザ光
２９ 制御装置
３０ａ，３０ｂ 反射光
３１ 半導体レーザ素子
３４ アナモフィックプリズム
３７，３８，３９ レンズ
４２ 部品
４３，４８ 集光レンズ
４５ 受光面
４６ 演算装置
４７ 入射散乱光
４９ 走査光
５０，５１，５２ 高さ信号
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ 照射スポット
６３ 下端部
６４ 上端部
６５，６６，６７，６８，６９，７０ 光走査
７１ 走査方向
７２，７３，７５，７７ 照射点
７４ 光源位置
７６ 照射位置

Claims (3)

1. 複数のレーザ素子と、
   前記複数のレーザ素子から出射されるレーザ光を反射させ被測定物上を走査させる面数Ｎのポリゴンミラーを有する走査光学系と、
   前記走査光学系と前記被測定物とを相対的に移動させる相対移動手段と、
   前記被測定物から反射した光を検出する複数の光検出器と、を有し、
   隣接する前記レーザ素子は前記ポリゴンミラーに対し３６０／Ｎ度に配置すること
   を特徴とする表面形状測定装置。
2. 複数のレーザ素子と、
   前記複数のレーザ素子から出射されるレーザ光を反射させ被測定物上を走査させるポリゴンミラーを有する走査光学系と、
   前記走査光学系と前記被測定物とを相対的に移動させる相対移動手段と、
   前記被測定物から反射した光を検出する複数の光検出器と、を有し、
   前記走査光学系のｆθレンズの焦点距離をｆｍｍ、前記ポリゴンミラーの面数をＮ、前記ポリゴンミラーの１辺の内で走査に使う領域の割合をＲ、前記被測定物上で走査するレーザ光の間隔をｙｍｍ、隣接する前記レーザ素子の光軸が走査方向になす角度をα１、走査方向と垂直方向になす角度をα２とし、α１が（数１）、α２が（数２）の関係を満足すること
   を特徴とする表面形状測定装置。
   

   

   
3. 複数のレーザ素子と、
   前記複数のレーザ素子から出射されたレーザ光を反射させ被測定物上を走査させるポリゴンミラーを有する走査光学系と、
   前記走査光学系と前記被測定物とを相対的に移動させる相対移動手段と、
   前記被測定物から反射した光を検出する複数の光検出器と、を有し、
   前記走査光学系のｆθレンズの焦点距離をｆｍｍ、前記ポリゴンミラーの面数をＮ、前記ポリゴンミラーの１辺の内で走査に使う領域の割合をＲ、前記被測定物上で走査するレーザ光の間隔をｙｍｍ、隣接する前記レーザ素子の光軸が走査方向になす角度を３６０／Ｎ度に配置し、走査方向と垂直方向になす角度をα３とし、α３が（数３）の関係を満足すること
   を特徴とする記載の表面形状測定装置。
   

   

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