JP4230244B2 - 形状測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光点走査型の形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の形状測定装置においては、例えば走査光が被測定物の表面に当たって反射された反射光を電気信号に変換する光電変換素子の結像面上にスリット板を配置し、スリットを通過する像の検出タイミングにより各測定点の基準面からのずれを計算し、被測定物の表面形状を決定していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２０８２７３号公報（第４−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には次のような問題点がある。従来技術では、被測定物の表面形状を求めることはできるが、スリットによってマスクされる部分においては像を検出できないため、端部の位置を正確に求めることができないという問題点があった。また、測定精度がスリットの加工ピッチに制約され、高精度に測定できないとの問題点があった。さらに、走査周期が変動すると測定誤差が大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、複数の光電変換素子に順次入光するビームスポット光の入光のタイミングにより、被測定物の表面形状を求めることができるとともに、端部の位置を確実に検出でき、かつ走査周期の変動を補正できる形状測定装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る形状測定装置は、光ビームを発生する光発生手段と、所定の基準面もしくは前記基準面上に置かれた被測定物の表面に対して前記光ビームを走査する光走査手段と、走査された前記光ビームの走査周期の基準信号を生成する走査周期基準信号発生手段と、走査された前記光ビームによる前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面からの反射光を受光しビームスポット光を結像させる結像手段と、前記光ビームの走査に伴い移動する前記ビームスポット光を順次受光するように配置され、受光した前記ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光電変換手段と、前記走査周期基準信号発生手段の出力信号及び前記光電変換手段の出力信号から、それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを検出するタイミング検出手段と、予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから基準走査周期を算出して記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから測定走査周期を算出し、予め記憶されている前記基準走査周期と前記測定走査周期との比較に基づいて走査周期補正データを算出する走査周期補正手段と、予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを基準タイミングデータとして記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを測定タイミングデータとし、予め記憶されている前記基準タイミングデータと前記測定タイミングデータとの比較及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて前記被測定物の表面形状を決定する表面形状決定手段と、前記タイミング検出手段を介して得られる前記測定タイミングデータ及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて、前記被測定物の端部位置を求める端部位置決定手段とを備え、前記走査周期基準信号発生手段は、前記光走査手段により走査された前記光ビームを受光し、走査開始の基準信号を生成する走査開始基準信号発生手段と、前記光走査手段により走査された前記光ビームを受光し、走査終了の基準信号を生成する走査終了基準信号発生手段とを備えているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る形状測定装置の構成を示す図である。光発生手段２から出力される光ビームは、光走査手段３により基準面Ｈ及び基準面Ｈ上に置かれた被測定物１に向けて走査される。なお、光走査手段３の具体例としては、ポリゴンスキャナ等を用いることができる。
【０００９】
走査開始基準信号発生手段４ａは、走査に際し最初の光ビームを受光し、走査開始位置の基準信号を生成する。一方、走査終了基準信号発生手段４ｂは、基準面Ｈ及び被測定物１に向けて走査された後の光ビームを受光し、走査終了位置の基準信号を生成する。
【００１０】
結像手段５は、基準面Ｈ及び被測定物１から反射された反射光を受光し、光電変換手段６上にビームスポット光を結像させる。図２は、本発明の実施の形態１に係る光電変換手段６の内部構成を示す図である。本実施の形態１においては、光電変換手段６は、入射するビームスポット光の移動軌跡上に直線状に一列に配置された複数の光電変換素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・，Ａｎを有しており、結像手段５によって結像されたビームスポット光をそれぞれの光電変換素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・，Ａｎによってそれぞれの電気信号に変換する。光電変換手段６により光電変換されたそれぞれの電気信号は、詳細は図示していないが、電流／電圧変換器を介して増幅器により増幅されたそれぞれの増幅信号として、タイミング検出手段７に入力される。
【００１１】
タイミング検出手段７は、走査開始基準信号発生手段４ａからの走査開始位置の基準信号及び走査終了基準信号発生手段４ｂからの走査終了位置の基準信号とともに、光電変換手段６からのそれぞれの増幅信号を入力信号として受け取り、入力信号に対してそれぞれの立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを検出する。さらに、タイミング検出手段７は、走査開始位置の基準信号の立ち上がりタイミングを起点として入力信号のそれぞれの立ち上がり及び立ち下がりまでの時間をタイミングデータとして求め、端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に出力する。また、タイミング検出手段７は、走査開始位置の基準信号の立ち上がりタイミングを起点として走査終了位置の基準信号の立ち上がりタイミングまでの時間をタイミングデータとして求め、走査周期補正手段１５に出力する。
【００１２】
次に、端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９で最終的に端部位置及び表面形状を求める測定原理について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係るタイミング検出手段７に取り込まれる入力信号波形の説明図である。
【００１３】
まずは基準面内の基準ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｎにおける反射光を受光して、高さの基準データを得る必要があり、予め基準面Ｈと同一面上に被測定物１と同等の反射光が得られる被測定物がある状態とし、基準データの収集を行う。走査に際し最初に発せられた光ビームは、走査開始基準信号発生手段４ａで受光され、走査開始位置の基準信号ｓ１が生成されタイミング検出手段７に取り込まれる（図３（ａ）参照）。さらに、光ビームは基準面Ｈと同一面上の被測定物におけるポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｎを順次走査し、結像手段５を介して結像されたビームスポット光は、光電変換手段６内の光電変換素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・，Ａｎを順次移動し、それぞれの信号波形が生成されタイミング検出手段７に取り込まれる。例えば光電変換素子Ａ２〜Ａ５を介して得られた信号波形は、それぞれ図３（ｂ）〜（ｅ）におけるａ２０，ａ３０，ａ４０，ａ５０となり、基準面Ｈにおける基準信号波形となる。
【００１４】
次に、図１に示したように被測定物１が基準面Ｈ上にある状態で、測定データの収集を行う。光ビームは基準面Ｈ上の点Ｐ１からＰｎに向かって順次走査し、結像手段５を介して結像されたビームスポット光は、光電変換手段６内の光電変換素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・，Ａｎを順次移動し、それぞれの信号波形が生成されタイミング検出手段７に取り込まれる。図３（ｂ）〜（ｅ）におけるａ２１，ａ３１，ａ４１，ａ５１は、被測定物１がある状態で、光電変換素子Ａ２〜Ａ５を介して得られた信号波形を示しており、被測定物１がある状態での測定信号波形となる。被測定物１による反射光のみが受光されることとなり、この時の光ビームは、図１に示すように被測定物１上の点Ｐ３１，Ｐ４１，Ｐ５１等で反射される。
【００１５】
さらに走査が進むと、走査終了基準信号発生手段４ｂは、走査に際し最後に発せられた光ビームを受光し、走査終了位置の基準信号ｓ２を生成する（図３（ｆ）参照）。
【００１６】
タイミング検出手段７は、走査開始基準信号発生手段４ａから入力された走査開始位置の基準信号ｓ１の立ち上がりタイミングを起点として、各光電変換素子Ａ１〜Ａｎを介して得られた信号波形のそれぞれの立ち上がり及び立ち下がりまでの時間をタイミングデータとして検出する。タイミングデータは、被測定物１の端部位置を決定するために端部位置決定手段８に渡されるとともに、被測定物１の表面形状を決定するために表面形状決定手段９に渡される。以下の説明では、図３における基準信号波形ａ２０，ａ３０，ａ４０，ａ５０から検出されるタイミングデータを基準タイミングデータと呼び、測定信号波形ａ２１，ａ３１，ａ４１，ａ５１から検出されるタイミングデータを測定タイミングデータと呼ぶこととする。
【００１７】
端部位置決定手段８は、タイミング検出手段７を介して得られた測定タイミングデータをもとに、最も早い立ち上がりまでの時間ｔＥ１及び最も遅い立ち下がりまでの時間ｔＥ２を検出し、被測定物１の端部位置Ｅ１，Ｅ２を算出する。
【００１８】
一方、表面形状決定手段９は、まずタイミング検出手段７を介して得られた基準タイミングデータを被測定物１がない状態での基準の高さデータとして事前に記憶しておく。さらに、表面形状決定手段９は、被測定物１がある状態でタイミング検出手段７を介して得られた測定タイミングデータを取り込む。図１に示すように、被測定物１がある状態とない状態とでは、光ビームが光電変換手段６に届くまでの経路長が異なる。その結果、図３に示すように、基準タイミングデータと測定タイミングデータとの間には時間差が生じることとなる。
【００１９】
そこで、表面形状決定手段９は、基準信号波形ａ３０，ａ４０，ａ５０の立ち上がりまでの基準タイミングデータと、測定信号波形ａ３１，ａ４１，ａ５１の立ち上がりまでの測定タイミングデータとの時間差ｔ３，ｔ４，ｔ５を求める。表面形状決定手段９は、求まった時間差ｔ３，ｔ４，ｔ５から、各光電変換素子Ａ３，Ａ４，Ａ５に対応する被測定物１上のそれぞれの点Ｐ３１，Ｐ４１，Ｐ５１の基準面Ｈからのずれを算出することにより、被測定物１の表面形状を決定できる。
【００２０】
次に、走査周期の補正手段について説明する。一例として光走査手段３にポリゴンスキャナを用いた場合を考えると、ポリゴンスキャナ部の回転ムラや複数のポリゴンミラーの面精度などの影響により、走査周期は必ずしも一定とはならない。この結果、タイミング検出手段７で検出されるタイミングデータにもずれが発生し、端部位置及び表面形状の正確な測定を妨げる要因となる。そこで、走査周期補正手段１５を追加し、予め基準となる走査周期を計測するとともに測定時毎の走査周期も計測し、基準となる走査周期に対する測定時毎の走査周期の比率を求め、比率をもとにタイミングデータに補正をかけることにより、端部位置及び表面形状の正確な測定を実現する方法について以下に説明する。
【００２１】
タイミング検出手段７は、走査開始位置の基準信号ｓ１の立ち上がりタイミングを起点として走査終了位置の基準信号ｓ２の立ち上がりタイミングまでの時間を求め、周期のタイミングデータとして走査周期補正手段１５に出力する。走査周期補正手段１５は、予め被測定物１がない状態における基準データ収集時に、タイミング検出手段７から受け取った周期のタイミングデータを基準周期のタイミングデータとして基準周期Ｔを算出し、基準周期のデータとして記憶する。次に、走査周期補正手段１５は、被測定物１がある状態における測定データ収集時に、タイミング検出手段７から受け取った周期のタイミングデータを測定周期のタイミングデータとして測定周期Ｔ１を算出する。
【００２２】
端部位置決定手段８は、タイミング検出手段７を介して得られた測定タイミングデータをもとに、最も早い立ち上がりまでの時間ｔＥ１及び最も遅い立ち下がりまでの時間ｔＥ２を検出し、被測定物１の端部位置Ｅ１，Ｅ２を算出していた。しかし、最も早い立ち上がりまでの時間ｔＥ１及び最も遅い立ち下がりまでの時間ｔＥ２は走査周期に依存し、測定周期Ｔ１が長くなると大きな値として測定され、測定周期Ｔ１が短くなると小さな値として測定されるという比例関係にある。
【００２３】
従って、ｔＥ１及びｔＥ２を補正前の端部タイミングデータとし、ｔＥ１’及びｔＥ２’を補正後の端部タイミングデータとすると、先に求めた基準周期Ｔ及び測定周期Ｔ１を用いて、ｔＥ１’及びｔＥ２’は次式で求めることができる。
ｔＥ１’＝ｔＥ１×Ｔ／Ｔ１ （１）
ｔＥ２’＝ｔＥ２×Ｔ／Ｔ１ （２）
【００２４】
さらに、被測定物１の表面形状を決定するために、表面形状決定手段９は、基準信号波形ａ３０，ａ４０，ａ５０の立ち上がりによる基準タイミングデータと、測定信号波形ａ３１，ａ４１，ａ５１の立ち上がりによる測定タイミングデータとの時間差ｔ３，ｔ４，ｔ５を算出していた。しかし、ｔＥ１及びｔＥ２と同様に、時間差ｔ３，ｔ４，ｔ５も走査周期に依存し、測定周期Ｔ１が長くなると大きな値として測定され、測定周期Ｔ１が短くなると小さな値として測定されるという比例関係にある。
【００２５】
従って、ｔ３，ｔ４，ｔ５を補正前の時間差データとし、ｔ３’，ｔ４’，ｔ５’を補正後の時間差データとすると、先に求めた基準周期Ｔ及び測定周期Ｔ１を用いて、ｔ３’，ｔ４’，ｔ５’は次式で求めることができる。
ｔ３’＝ｔ３×Ｔ／Ｔ１ （３）
ｔ４’＝ｔ４×Ｔ／Ｔ１ （４）
ｔ５’＝ｔ５×Ｔ／Ｔ１ （５）
【００２６】
そこで、走査周期補正手段１５は、周期の補正係数としてＴ／Ｔ１を算出し、補正係数を端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に対してそれぞれ渡す。端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９は、渡された補正係数を用いてそれぞれ上述の補正計算を実施し、補正後の値をもとに端部位置及び表面形状の測定を行う。なお、測定周期は１回目はＴ１、２回目はＴ２というように、測定するたびに新たな測定周期が計算され、新たな測定周期をもとに新たな補正係数が算出され、測定周期ごとに正確な補正が行われる。
【００２７】
実施の形態１によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００２８】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る形状測定装置の構成を示す図である。走査周期基準信号発生手段の構成が実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００２９】
走査周期の基準信号を得るために、本実施の形態２では、光走査手段３と基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１との間に光半透過手段２１を設けている。光半透過手段２１は、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１の表面に光走査手段２１により走査された光ビームを透過するとともに、走査周期の基準信号を生成するために光ビームを反射するものである。透過した光ビームは、実施の形態１で説明したように、被測定物１の形状測定に使われる。一方、反射した光ビームは、複数の基準信号発生手段４ｃ〜４ｅによって受光され、複数の基準信号発生手段４ｃ〜４ｅを介して基準信号が生成される。さらに、基準信号はタイミング検出手段７に渡され、実施の形態１で説明したように、タイミングデータの算出及び走査周期の補正に活用される。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態２に係るタイミング検出手段７に取り込まれる基準信号発生手段４ｃ〜４ｅの入力信号波形の説明図である。光半透過手段２１を用いることにより、走査開始位置の基準信号ｓ１を取り込むための基準信号発生手段４ｃと走査終了位置の基準信号ｓ２を取り込むための基準信号発生手段４ｅとの間に、新たに走査中間位置の基準信号ｓ３を取り込むための基準信号発生手段４ｄを設置することができる。図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ基準信号発生手段４ｃ〜４ｅの入力信号であり、基準信号がｓ１、ｓ２、ｓ３の３個になることにより、基準信号がｓ１、ｓ２の２個であった実施の形態１と比較して、より細かい走査周期の補正が可能となる。
【００３１】
すなわち、走査周期補正手段１５は、３個の基準信号ｓ１、ｓ２、ｓ３をもとにして、１走査周期内で２個の補正係数を求めることができる。実施の形態１と同様の方法で、図３の基準信号ｓ１から基準信号ｓ３の間に関しては、基準周期Ｔｃｄ及び測定周期Ｔｃｄ１を求め、周期の補正係数としてＴｃｄ／Ｔｃｄ１を算出し、補正係数を端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に対してそれぞれ渡す。また、図３の基準信号ｓ３から基準信号ｓ２の間に関しては、基準周期Ｔｄｅ及び測定周期Ｔｄｅ１を求め、周期の補正係数としてＴｄｅ／Ｔｄｅ１を算出し、補正係数を端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に対してそれぞれ渡す。タイミング信号の発生時間に応じて補正係数Ｔｃｄ／Ｔｃｄ１及びＴｄｅ／Ｔｄｅ１を使い分けて補正をかけることにより、より細かい走査周期の補正が可能となる。また、基準信号発生手段をさらに増やすことにより、さらなる細かい走査周期の補正が可能となる。
【００３２】
実施の形態２によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、３個以上の基準信号を生成できる走査周期基準信号発生手段を用いて、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動のみならず走査周期内の走査速度の変動にも影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００３３】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る形状測定装置の構成を示す図である。走査周期基準信号発生手段の構成が実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００３４】
走査周期の基準信号を得るために、本実施の形態３では、実施の形態２と同様の光半透過手段２１を設けている。さらに、基準信号集光手段２２は、光半透過手段２１により反射された光ビームを集光し、集光された光ビームは基準信号光電変換手段２３上で受光され、基準信号が生成される。基準信号は、タイミング検出手段７に渡され、実施の形態１で説明したように、タイミングデータの算出及び走査周期の補正に活用される。
【００３５】
図７は、本発明の実施の形態３に係る基準信号光電変換手段２３の内部構成を示す図である。基準信号光電変換手段２３は、入射する光ビームの移動軌跡上に直線状に一列に配置された複数の光電変換素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・，Ｘｍを有しており、基準信号集光手段２２によって集光された光ビームをそれぞれの光電変換素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・，Ｘｍによってそれぞれの電気信号に変換する。基準信号光電変換手段２３により光電変換されたそれぞれの電気信号は、詳細は図示していないが、電流／電圧変換器を介して増幅器により増幅されたそれぞれの増幅信号として、タイミング検出手段７に入力される。
【００３６】
図８は、本発明の実施の形態３に係るタイミング検出手段７に取り込まれる基準信号波形及び基準タイミングデータの説明図である。また、図９は、本発明の本実施の形態３に係るタイミング検出手段７に取り込まれる測定信号波形及び測定タイミングデータの説明図である。図７に示したように、基準信号光電変換手段２３は一列に配置されたｍ個の光電変換素子から構成されており、基準信号としてもｍ個の信号が生成できる。従って、ｍ個の基準信号をもとに（ｍ−１）個の補正係数を求めることにより、補正係数が１個であった実施の形態１と比較して、より細かい走査周期の補正が可能となる。
【００３７】
実施の形態３によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、複数個の基準信号を生成できる基準信号光電変換手段を用いて、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動のみならず走査周期内の走査速度の変動にも影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００３８】
実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る形状測定装置の構成を示す図である。走査周期基準信号発生手段の構成が実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
走査周期の基準信号を得るために、本実施の形態４では、光ビームの発生源として光発生手段２とは別に新たに基準信号用光発生手段２ａを設けている。基準信号用光発生手段２ａから発生する光ビームは、光発生手段２から発生する光ビームと同様に、光走査手段３によって走査され、複数の基準信号発生手段４ｕ〜４ｖによって受光される。さらに、複数の基準信号発生手段４ｕ〜４ｖを介して基準信号が生成され、基準信号はタイミング検出手段７に渡され、実施の形態１で説明したように、タイミングデータの算出及び走査周期の補正に活用される。
【００４０】
図１１は、本発明の実施の形態４に係るタイミング検出手段７に取り込まれる基準信号発生手段４ｕ〜４ｖの入力信号波形の説明図である。基準信号用光発生手段２ａを新たに設けることにより、光発生手段２からの光ビームが走査される範囲以外の部分に基準信号発生手段４ｕ〜４ｖを設置することが可能となる。図１０では４ｕ及び４ｖの２個の基準信号発生手段が図示されているが、形状測定用の光ビームとの干渉がないために、基準信号発生手段４ｕと基準信号発生手段４ｖとの間に容易に新たな基準信号発生手段を追加することができ、基準信号がｓ１、ｓ２の２個であった実施の形態１と比較して、より細かい走査周期の補正が可能となる。
【００４１】
実施の形態４によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、新たに基準信号用光発生手段を付加することにより３個以上の基準信号発生手段を設置可能とし、基準信号発生手段を用いて、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動のみならず走査周期内の走査速度の変動にも影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００４２】
実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５に係る形状測定装置の構成を示す図である。走査周期基準信号発生手段の構成が実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００４３】
走査周期の基準信号を得るために、本実施の形態５では、光ビームの発生源として光発生手段２とは別に新たに基準信号用光発生手段２ａを設けている。
基準用光ビームを発生させる基準信号用光発生手段２ａの光ビームは、光走査手段３によって走査され、走査周期基準面Ｂに照射される。走査周期基準面Ｂは、例えばスリット状の切りかきが設けられており、切りかき部分は光ビームが照射されても、反射しないようになっている。基準信号集光手段２２は、走査周期基準面Ｂにより反射された光ビームを集光し、集光された光ビームは基準信号光電変換手段２３上で受光され、基準信号が生成される。基準信号は、タイミング検出手段７に渡され、実施の形態１で説明したように、タイミングデータの算出及び走査周期の補正に活用される。
【００４４】
図１３は、本発明の実施の形態５に係るタイミング検出手段７に取り込まれる基準信号波形及び基準タイミングデータの説明図である。また、図１４は、本発明の実施の形態５に係るタイミング検出手段７に取り込まれる測定信号波形及び測定タイミングデータの説明図である。基準信号光電変換手段２３を構成する光電変換素子数に対応した数の基準信号が得られ、基準信号が２個であった実施の形態１と比較して、より細かい走査周期の補正が可能となる。
【００４５】
実施の形態５によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、複数個の基準信号を発生させる基準信号光電変換手段を用いて、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動のみならず走査周期内の走査速度の変動にも影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００４６】
実施の形態６．
図１５は、本発明の実施の形態６に係る形状測定装置の構成を示す図である。タイミング検出手段７と表面形状決定手段９との間に新たにタイミング補正手段１６が追加されているところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
実施の形態１〜５においては、タイミングデータの算出を信号の立ち上がり部で行った場合について説明してきたが、本実施の形態６は、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの平均化を行うことにより、タイミング検出の安定化を図るものである。タイミング補正手段１６は、タイミング検出手段７からタイミングデータを受け取った後にデータの平均化を行い、その結果を表面形状決定手段９に渡すこととなり、以下に詳細を説明する。
【００４８】
図１６、１７は、本実施の形態６に係るタイミング補正手段１６に取り込まれる測定タイミングデータの入力信号波形の説明図の一例である。図１６において、タイミング補正手段１６は、同一の光電変換素子で得られた信号の立ち上がりエッジと立下りエッジの平均値を求め、平均値データを補正された新たな測定タイミングデータとして採用し、表面形状決定手段９に渡す。立ち上がりエッジ部の時間ｔ３１Ｕ、ｔ４１Ｕ及び立ち下がりエッジ部の時間ｔ３１Ｄ、ｔ４１Ｄと、補正された新たな測定タイミングデータｔ３１及びｔ４１の関係は下式となる。
ｔ３１＝（ｔ３１Ｄ＋ｔ３１Ｕ）／２ （６）
ｔ４１＝（ｔ３１Ｄ＋ｔ３１Ｕ）／２ （７）
【００４９】
また、図１７において、タイミング補正手段１６は、隣り合った光電変換素子で得られた信号から平均値を求め、平均値データを補正された新たな測定タイミングデータとして採用し、表面形状決定手段９に渡す。すなわち、ｎ番目の光電変換素子の立ち下がりエッジとｎ＋１番目の光電変換素子の立ち上がりエッジとの平均値を取ることにより、補正された新たな測定タイミングデータを算出している。立ち下がりエッジ部の時間ｔ３１Ｄ、ｔ４１Ｄ及び立ち上がりエッジ部の時間ｔ４１Ｕ、ｔ５１Ｕと、補正された新たな測定タイミングデータｔ３１及びｔ４１の関係は下式となる。
ｔ３１＝（ｔ３１Ｄ＋ｔ４１Ｕ）／２ （８）
ｔ４１＝（ｔ４１Ｄ＋ｔ５１Ｕ）／２ （９）
【００５０】
図１６,１７は、測定タイミングデータに対して図示したものであるが、基準タイミングデータに関しても同一の演算で平均値を求めることにより、補正された新たな基準タイミングデータを得ることとなる。表面形状決定手段９は、平均化された測定タイミングデータ及び平均化された基準タイミングデータをもとに、実施の形態１で述べた方法により被測定物１の形状測定を行う。
【００５１】
実施の形態６によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、タイミング補正手段により、信号波形の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの平均化を行うことにより、信号波形の形状の影響を緩和した安定した形状測定が可能となる。
【００５２】
実施の形態７．
図１８は、本発明の実施の形態７に係る形状測定装置の構成を示す図である。基準信号発生手段４ａから得られる走査開始基準信号をもとに、光発生手段２から発生する光ビームの光強度を走査周期内で変調する光強度変調手段１７を新たに追加したところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図１９は、本発明の実施の形態７に係る光強度変調手段１７の作用を示す説明図である。図１９において、（ａ）は基準信号発生手段４ａによって生成される走査開始基準信号のタイミングを示している。（ｂ）は光強度変調をしない場合に光強度変調手段１７から出力される光強度一定の信号を示している。（ｃ）は光強度変調を行わない際に、走査周期内で光電変換手段６の各光電変換素子で受光される受光信号レベルを示している。（ｄ）は光強度変調を行う場合に光強度変調手段１７から出力される光強度変調信号を示しており、（ｃ）の受光信号レベルの逆数に相当する。（ｅ）は（ｄ）に示す光強度変調信号に従って、光発生手段２から発生する光ビームの光強度を走査周期内で変調することにより、光電変換手段６の各光電変換素子で受光される受光信号レベルが均一になる状態を示している。
【００５４】
実施の形態７によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、光ビームの光強度を変調できる光強度変調手段を設けることにより、複数の光電変換素子に均一な受光信号レベルの光を入射させることが可能となり、さらなる安定した形状測定が可能となる。
【００５５】
実施の形態８．
図２０は、本発明の実施の形態８に係る形状測定装置の構成を示す図である。光電変換手段６とタイミング検出手段７との間に配置された光電変換素子個別増幅手段１８を新たに追加したところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図２０において、光電変換素子個別増幅手段１８は、光電変換手段６により変換された電気信号を取り込み、基準信号発生手段４ａから得られる走査開始基準信号をもとに、光電変換手段６のそれぞれの光電変換素子に対応して増幅率を変更した出力信号を生成し、変更された出力信号をタイミング検出手段７に出力するものである。
【００５７】
図２１は、本発明の実施の形態８に係る光電変換素子個別増幅手段１８の作用を示す説明図である。受光信号個別増幅手段１８は、光電変換手段６内に複数個配列された光電変換素子に対応して、それぞれの増幅率を個別に設定できる構成を有している。図２１において、（ａ）は基準信号発生手段４ａによって生成される走査開始基準信号のタイミングを示している。（ｂ）は走査周期内で光電変換手段６の各光電変換素子で受光される受光信号レベルをもとに、その逆数に相当する信号レベルを求め、信号レベルに応じて受光信号個別増幅手段１８内のそれぞれの増幅器の増幅率を個別設定する状態を示している。その結果、タイミング検出手段７は、レベルが均一化された信号を受けとることができる。
【００５８】
実施の形態８によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、光電変換手段の信号を個別に増幅できる受光信号個別増幅手段を設けることにより、タイミング検出手段に対して均一レベルの信号を出力することが可能となり、さらなる安定した形状測定が可能となる。
【００５９】
実施の形態９．
図２２は、本発明の実施の形態９に係る形状測定装置の構成を示す図である。３次元形状測定を可能とするため、光ビームを平行移動できる２次元光走査手段２４及び２次元光走査手段２４の回転角度を検出する走査回転角度検出手段２５とを新たに追加したところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図２２において、２次元光走査手段２４は、光走査手段３と基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１との間にあるとともに、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１と結像手段５との間にもまたがって配置されている。２次元光走査手段２４は、例えば回転ミラーからなり、回転ミラーが回ることにより、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１の表面を走査する光ビームの方向を、走査方向と垂直方向に平行移動させることが可能となる。さらに、回転ミラーは、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１と結像手段５との間にもまたがって配置されているため、平行移動した光ビームの反射光を、結像手段５に結像する役目も同時に果たすこととなる。
【００６１】
光電変換手段６は図２と同じ２次元構成のままで、回転ミラーの角度に伴って変化する光ビームの走査ラインの反射光を逐次受光することとなる。そこで、走査回転角度検出手段２５は、回転ミラーの回転角度を検出し、角度データをタイミング検出手段７に渡し、タイミング検出手段７は算出したタイミングデータに角度データを付加して、端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に渡すことにより、３次元の形状測定が可能となる。
【００６２】
図２３は、本発明の実施の形態９に係る形状測定装置の別の構成を示す図である。２次元光走査手段２４は、光走査手段３と基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１との間だけにあるところが図２２と異なる。２次元光走査手段２４は、例えば回転ミラーからなり、回転ミラーが回ることにより、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１の表面を走査する光ビームの方向を、走査方向と垂直方向に平行移動させることが可能となる。平行移動した光ビームの反射光を、結像手段５で結像し、光電変換手段６で受光するには、光電変換手段６の各光電変換素子の構成は３次元構成になる必要がある。
【００６３】
図２４は、本発明の実施の形態９に係る光電変換手段６の各光電変換素子の構成を示す図である。図２４のような構成の光電変換手段６を用いることにより、３次元の形状測定が可能となる。
【００６４】
実施の形態９によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、２次元光走査手段を用いることにより、基準面上に置かれた被測定物の３次元形状を測定できる。
【００６５】
実施の形態１０．
図２５は、本発明の実施の形態１０に係る形状測定装置の構成を示す図である。３次元形状測定を可能とするため、光発生手段２と光走査手段３との間に、スリット光整形手段２６を新たに追加したところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００６６】
図２５において、スリット光整形手段２６は、光発生手段２と光走査手段３との間に配置され、光発生手段からの光ビームを、光走査手段３の走査方向と垂直方向にスリット状に整形し、スリット上に整形された光ビームを光走査手段３に与える。スリット状に整形された光ビームは、光走査手段３により基準面Ｈまたは被測定物１上を走査される。さらに、基準面Ｈまたは被測定物１からの反射光は、結像手段５を介して結像され、光電変換手段６で受光される。光電変換手段６の各光電変換素子の構成は、実施の形態９の説明に用いた図２４と同様に、３次元構成になる必要があり、図２４のような構成の光電変換手段６を用いることにより、３次元の形状測定が可能となる。
【００６７】
実施の形態１０によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、スリット光整形手段を用いることにより、基準面上に置かれた被測定物の３次元形状を測定できる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る光電変換手段の内部構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係るタイミング検出手段に取り込まれる入力信号波形の説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係るタイミング検出手段に取り込まれる基準信号発生手段の入力信号波形の説明図である。
【図６】 本発明の実施の形態３に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態３に係る基準信号光電変換手段の内部構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態３に係るタイミング検出手段に取り込まれる基準信号波形及び基準タイミングデータの説明図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係るタイミング検出手段に取り込まれる測定信号波形及び測定タイミングデータの説明図である。
【図１０】 本発明の実施の形態４に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態４に係るタイミング検出手段に取り込まれる基準信号発生手段の入力信号波形の説明図である。
【図１２】 本発明の実施の形態５に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態５に係るタイミング検出手段に取り込まれる基準信号波形及び基準タイミングデータの説明図である。
【図１４】 本発明の実施の形態５に係るタイミング検出手段に取り込まれる測定信号波形及び測定タイミングデータの説明図である。
【図１５】 本発明の実施の形態６に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図１６】 本実施の形態６に係るタイミング補正手段に取り込まれる測定タイミングデータの入力信号波形の説明図の一例である。
【図１７】 本実施の形態６に係るタイミング補正手段に取り込まれる測定タイミングデータの入力信号波形の説明図の一例である。
【図１８】 本発明の実施の形態７に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図１９】 本発明の実施の形態７に係る光強度変調手段の作用を示す説明図である。
【図２０】 本発明の実施の形態８に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図２１】 本発明の実施の形態８に係る光電変換素子個別増幅手段の作用を示す説明図である。
【図２２】 本発明の実施の形態９に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図２３】 本発明の実施の形態９に係る形状測定装置の別の構成を示す図である。
【図２４】 本発明の実施の形態９に係る光電変換手段の各光電変換素子の構成を示す図である。
【図２５】 本発明の実施の形態１０に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 被測定物、２ 光発生手段、３ 光走査手段、４ 基準信号発生手段、４ａ 走査開始基準信号発生手段、４ｂ 走査終了基準発生手段、４ｃ〜４ｅ 基準信号発生手段、４ｕ〜４ｖ 基準信号発生手段、５ 結像手段、６ 光電変換手段、７ タイミング検出手段、８ 端部位置決定手段、９ 表面形状決定手段、１５ 走査周期補正手段、１６ タイミング補正手段、１７ 光強度変調手段、１８ 光電変換素子個別増幅手段、２１ 光半透過手段、２２ 基準信号集光手段、２３ 基準信号光電変換手段、２４ ２次元光走査手段、２５ 走査回転角度検出手段、２６ スリット光整形手段、Ｂ 走査周期基準面、Ｈ 基準面。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光点走査型の形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の形状測定装置においては、例えば走査光が被測定物の表面に当たって反射された反射光を電気信号に変換する光電変換素子の結像面上にスリット板を配置し、スリットを通過する像の検出タイミングにより各測定点の基準面からのずれを計算し、被測定物の表面形状を決定していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２０８２７３号公報（第４−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には次のような問題点がある。従来技術では、被測定物の表面形状を求めることはできるが、スリットによってマスクされる部分においては像を検出できないため、端部の位置を正確に求めることができないという問題点があった。また、測定精度がスリットの加工ピッチに制約され、高精度に測定できないとの問題点があった。さらに、走査周期が変動すると測定誤差が大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、複数の光電変換素子に順次入光するビームスポット光の入光のタイミングにより、被測定物の表面形状を求めることができるとともに、端部の位置を確実に検出でき、かつ走査周期の変動を補正できる形状測定装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る形状測定装置は、光ビームを発生する光発生手段と、所定の基準面もしくは前記基準面上に置かれた被測定物の表面に対して前記光ビームを走査する光走査手段と、走査された前記光ビームの走査周期の基準信号を生成する走査周期基準信号発生手段と、走査された前記光ビームによる前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面からの反射光を受光しビームスポット光を結像させる結像手段と、前記光ビームの走査に伴い移動する前記ビームスポット光を順次受光するように配置され、受光した前記ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光電変換手段と、前記走査周期基準信号発生手段の出力信号及び前記光電変換手段の出力信号から、それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを検出するタイミング検出手段と、予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから基準走査周期を算出して記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから測定走査周期を算出し、予め記憶されている前記基準走査周期と前記測定走査周期との比較に基づいて走査周期補正データを算出する走査周期補正手段と、予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを基準タイミングデータとして記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを測定タイミングデータとし、予め記憶されている前記基準タイミングデータと前記測定タイミングデータとの比較及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて前記被測定物の表面形状を決定する表面形状決定手段と、前記タイミング検出手段を介して得られる前記測定タイミングデータ及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて、前記被測定物の端部位置を求める端部位置決定手段とを備え、前記走査周期基準信号発生手段は、前記光走査手段により走査された前記光ビームを受光し、走査開始の基準信号を生成する走査開始基準信号発生手段と、前記光走査手段により走査された前記光ビームを受光し、走査終了の基準信号を生成する走査終了基準信号発生手段とを備えているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る形状測定装置の構成を示す図である。光発生手段２から出力される光ビームは、光走査手段３により基準面Ｈ及び基準面Ｈ上に置かれた被測定物１に向けて走査される。なお、光走査手段３の具体例としては、ポリゴンスキャナ等を用いることができる。
【０００９】
走査開始基準信号発生手段４ａは、走査に際し最初の光ビームを受光し、走査開始位置の基準信号を生成する。一方、走査終了基準信号発生手段４ｂは、基準面Ｈ及び被測定物１に向けて走査された後の光ビームを受光し、走査終了位置の基準信号を生成する。
【００１０】
結像手段５は、基準面Ｈ及び被測定物１から反射された反射光を受光し、光電変換手段６上にビームスポット光を結像させる。図２は、本発明の実施の形態１に係る光電変換手段６の内部構成を示す図である。本実施の形態１においては、光電変換手段６は、入射するビームスポット光の移動軌跡上に直線状に一列に配置された複数の光電変換素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・，Ａｎを有しており、結像手段５によって結像されたビームスポット光をそれぞれの光電変換素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・，Ａｎによってそれぞれの電気信号に変換する。光電変換手段６により光電変換されたそれぞれの電気信号は、詳細は図示していないが、電流／電圧変換器を介して増幅器により増幅されたそれぞれの増幅信号として、タイミング検出手段７に入力される。
【００１１】
タイミング検出手段７は、走査開始基準信号発生手段４ａからの走査開始位置の基準信号及び走査終了基準信号発生手段４ｂからの走査終了位置の基準信号とともに、光電変換手段６からのそれぞれの増幅信号を入力信号として受け取り、入力信号に対してそれぞれの立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを検出する。さらに、タイミング検出手段７は、走査開始位置の基準信号の立ち上がりタイミングを起点として入力信号のそれぞれの立ち上がり及び立ち下がりまでの時間をタイミングデータとして求め、端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に出力する。また、タイミング検出手段７は、走査開始位置の基準信号の立ち上がりタイミングを起点として走査終了位置の基準信号の立ち上がりタイミングまでの時間をタイミングデータとして求め、走査周期補正手段１５に出力する。
【００１２】
次に、端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９で最終的に端部位置及び表面形状を求める測定原理について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係るタイミング検出手段７に取り込まれる入力信号波形の説明図である。
【００１３】
まずは基準面内の基準ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｎにおける反射光を受光して、高さの基準データを得る必要があり、予め基準面Ｈと同一面上に被測定物１と同等の反射光が得られる被測定物がある状態とし、基準データの収集を行う。走査に際し最初に発せられた光ビームは、走査開始基準信号発生手段４ａで受光され、走査開始位置の基準信号ｓ１が生成されタイミング検出手段７に取り込まれる（図３（ａ）参照）。さらに、光ビームは基準面Ｈと同一面上の被測定物におけるポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・，Ｐｎを順次走査し、結像手段５を介して結像されたビームスポット光は、光電変換手段６内の光電変換素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・，Ａｎを順次移動し、それぞれの信号波形が生成されタイミング検出手段７に取り込まれる。例えば光電変換素子Ａ２〜Ａ５を介して得られた信号波形は、それぞれ図３（ｂ）〜（ｅ）におけるａ２０，ａ３０，ａ４０，ａ５０となり、基準面Ｈにおける基準信号波形となる。
【００１４】
次に、図１に示したように被測定物１が基準面Ｈ上にある状態で、測定データの収集を行う。光ビームは基準面Ｈ上の点Ｐ１からＰｎに向かって順次走査し、結像手段５を介して結像されたビームスポット光は、光電変換手段６内の光電変換素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・，Ａｎを順次移動し、それぞれの信号波形が生成されタイミング検出手段７に取り込まれる。図３（ｂ）〜（ｅ）におけるａ２１，ａ３１，ａ４１，ａ５１は、被測定物１がある状態で、光電変換素子Ａ２〜Ａ５を介して得られた信号波形を示しており、被測定物１がある状態での測定信号波形となる。被測定物１による反射光のみが受光されることとなり、この時の光ビームは、図１に示すように被測定物１上の点Ｐ３１，Ｐ４１，Ｐ５１等で反射される。
【００１５】
さらに走査が進むと、走査終了基準信号発生手段４ｂは、走査に際し最後に発せられた光ビームを受光し、走査終了位置の基準信号ｓ２を生成する（図３（ｆ）参照）。
【００１６】
タイミング検出手段７は、走査開始基準信号発生手段４ａから入力された走査開始位置の基準信号ｓ１の立ち上がりタイミングを起点として、各光電変換素子Ａ１〜Ａｎを介して得られた信号波形のそれぞれの立ち上がり及び立ち下がりまでの時間をタイミングデータとして検出する。タイミングデータは、被測定物１の端部位置を決定するために端部位置決定手段８に渡されるとともに、被測定物１の表面形状を決定するために表面形状決定手段９に渡される。以下の説明では、図３における基準信号波形ａ２０，ａ３０，ａ４０，ａ５０から検出されるタイミングデータを基準タイミングデータと呼び、測定信号波形ａ２１，ａ３１，ａ４１，ａ５１から検出されるタイミングデータを測定タイミングデータと呼ぶこととする。
【００１７】
端部位置決定手段８は、タイミング検出手段７を介して得られた測定タイミングデータをもとに、最も早い立ち上がりまでの時間ｔＥ１及び最も遅い立ち下がりまでの時間ｔＥ２を検出し、被測定物１の端部位置Ｅ１，Ｅ２を算出する。
【００１８】
一方、表面形状決定手段９は、まずタイミング検出手段７を介して得られた基準タイミングデータを被測定物１がない状態での基準の高さデータとして事前に記憶しておく。さらに、表面形状決定手段９は、被測定物１がある状態でタイミング検出手段７を介して得られた測定タイミングデータを取り込む。図１に示すように、被測定物１がある状態とない状態とでは、光ビームが光電変換手段６に届くまでの経路長が異なる。その結果、図３に示すように、基準タイミングデータと測定タイミングデータとの間には時間差が生じることとなる。
【００１９】
そこで、表面形状決定手段９は、基準信号波形ａ３０，ａ４０，ａ５０の立ち上がりまでの基準タイミングデータと、測定信号波形ａ３１，ａ４１，ａ５１の立ち上がりまでの測定タイミングデータとの時間差ｔ３，ｔ４，ｔ５を求める。表面形状決定手段９は、求まった時間差ｔ３，ｔ４，ｔ５から、各光電変換素子Ａ３，Ａ４，Ａ５に対応する被測定物１上のそれぞれの点Ｐ３１，Ｐ４１，Ｐ５１の基準面Ｈからのずれを算出することにより、被測定物１の表面形状を決定できる。
【００２０】
次に、走査周期の補正手段について説明する。一例として光走査手段３にポリゴンスキャナを用いた場合を考えると、ポリゴンスキャナ部の回転ムラや複数のポリゴンミラーの面精度などの影響により、走査周期は必ずしも一定とはならない。この結果、タイミング検出手段７で検出されるタイミングデータにもずれが発生し、端部位置及び表面形状の正確な測定を妨げる要因となる。そこで、走査周期補正手段１５を追加し、予め基準となる走査周期を計測するとともに測定時毎の走査周期も計測し、基準となる走査周期に対する測定時毎の走査周期の比率を求め、比率をもとにタイミングデータに補正をかけることにより、端部位置及び表面形状の正確な測定を実現する方法について以下に説明する。
【００２１】
タイミング検出手段７は、走査開始位置の基準信号ｓ１の立ち上がりタイミングを起点として走査終了位置の基準信号ｓ２の立ち上がりタイミングまでの時間を求め、周期のタイミングデータとして走査周期補正手段１５に出力する。走査周期補正手段１５は、予め被測定物１がない状態における基準データ収集時に、タイミング検出手段７から受け取った周期のタイミングデータを基準周期のタイミングデータとして基準周期Ｔを算出し、基準周期のデータとして記憶する。次に、走査周期補正手段１５は、被測定物１がある状態における測定データ収集時に、タイミング検出手段７から受け取った周期のタイミングデータを測定周期のタイミングデータとして測定周期Ｔ１を算出する。
【００２２】
端部位置決定手段８は、タイミング検出手段７を介して得られた測定タイミングデータをもとに、最も早い立ち上がりまでの時間ｔＥ１及び最も遅い立ち下がりまでの時間ｔＥ２を検出し、被測定物１の端部位置Ｅ１，Ｅ２を算出していた。しかし、最も早い立ち上がりまでの時間ｔＥ１及び最も遅い立ち下がりまでの時間ｔＥ２は走査周期に依存し、測定周期Ｔ１が長くなると大きな値として測定され、測定周期Ｔ１が短くなると小さな値として測定されるという比例関係にある。
【００２３】
従って、ｔＥ１及びｔＥ２を補正前の端部タイミングデータとし、ｔＥ１’及びｔＥ２’を補正後の端部タイミングデータとすると、先に求めた基準周期Ｔ及び測定周期Ｔ１を用いて、ｔＥ１’及びｔＥ２’は次式で求めることができる。
ｔＥ１’＝ｔＥ１×Ｔ／Ｔ１ （１）
ｔＥ２’＝ｔＥ２×Ｔ／Ｔ１ （２）
【００２４】
さらに、被測定物１の表面形状を決定するために、表面形状決定手段９は、基準信号波形ａ３０，ａ４０，ａ５０の立ち上がりによる基準タイミングデータと、測定信号波形ａ３１，ａ４１，ａ５１の立ち上がりによる測定タイミングデータとの時間差ｔ３，ｔ４，ｔ５を算出していた。しかし、ｔＥ１及びｔＥ２と同様に、時間差ｔ３，ｔ４，ｔ５も走査周期に依存し、測定周期Ｔ１が長くなると大きな値として測定され、測定周期Ｔ１が短くなると小さな値として測定されるという比例関係にある。
【００２５】
従って、ｔ３，ｔ４，ｔ５を補正前の時間差データとし、ｔ３’，ｔ４’，ｔ５’を補正後の時間差データとすると、先に求めた基準周期Ｔ及び測定周期Ｔ１を用いて、ｔ３’，ｔ４’，ｔ５’は次式で求めることができる。
ｔ３’＝ｔ３×Ｔ／Ｔ１ （３）
ｔ４’＝ｔ４×Ｔ／Ｔ１ （４）
ｔ５’＝ｔ５×Ｔ／Ｔ１ （５）
【００２６】
そこで、走査周期補正手段１５は、周期の補正係数としてＴ／Ｔ１を算出し、補正係数を端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に対してそれぞれ渡す。端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９は、渡された補正係数を用いてそれぞれ上述の補正計算を実施し、補正後の値をもとに端部位置及び表面形状の測定を行う。なお、測定周期は１回目はＴ１、２回目はＴ２というように、測定するたびに新たな測定周期が計算され、新たな測定周期をもとに新たな補正係数が算出され、測定周期ごとに正確な補正が行われる。
【００２７】
実施の形態１によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００２８】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る形状測定装置の構成を示す図である。走査周期基準信号発生手段の構成が実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００２９】
走査周期の基準信号を得るために、本実施の形態２では、光走査手段３と基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１との間に光半透過手段２１を設けている。光半透過手段２１は、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１の表面に光走査手段２１により走査された光ビームを透過するとともに、走査周期の基準信号を生成するために光ビームを反射するものである。透過した光ビームは、実施の形態１で説明したように、被測定物１の形状測定に使われる。一方、反射した光ビームは、複数の基準信号発生手段４ｃ〜４ｅによって受光され、複数の基準信号発生手段４ｃ〜４ｅを介して基準信号が生成される。さらに、基準信号はタイミング検出手段７に渡され、実施の形態１で説明したように、タイミングデータの算出及び走査周期の補正に活用される。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態２に係るタイミング検出手段７に取り込まれる基準信号発生手段４ｃ〜４ｅの入力信号波形の説明図である。光半透過手段２１を用いることにより、走査開始位置の基準信号ｓ１を取り込むための基準信号発生手段４ｃと走査終了位置の基準信号ｓ２を取り込むための基準信号発生手段４ｅとの間に、新たに走査中間位置の基準信号ｓ３を取り込むための基準信号発生手段４ｄを設置することができる。図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ基準信号発生手段４ｃ〜４ｅの入力信号であり、基準信号がｓ１、ｓ２、ｓ３の３個になることにより、基準信号がｓ１、ｓ２の２個であった実施の形態１と比較して、より細かい走査周期の補正が可能となる。
【００３１】
すなわち、走査周期補正手段１５は、３個の基準信号ｓ１、ｓ２、ｓ３をもとにして、１走査周期内で２個の補正係数を求めることができる。実施の形態１と同様の方法で、図３の基準信号ｓ１から基準信号ｓ３の間に関しては、基準周期Ｔｃｄ及び測定周期Ｔｃｄ１を求め、周期の補正係数としてＴｃｄ／Ｔｃｄ１を算出し、補正係数を端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に対してそれぞれ渡す。また、図３の基準信号ｓ３から基準信号ｓ２の間に関しては、基準周期Ｔｄｅ及び測定周期Ｔｄｅ１を求め、周期の補正係数としてＴｄｅ／Ｔｄｅ１を算出し、補正係数を端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に対してそれぞれ渡す。タイミング信号の発生時間に応じて補正係数Ｔｃｄ／Ｔｃｄ１及びＴｄｅ／Ｔｄｅ１を使い分けて補正をかけることにより、より細かい走査周期の補正が可能となる。また、基準信号発生手段をさらに増やすことにより、さらなる細かい走査周期の補正が可能となる。
【００３２】
実施の形態２によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、３個以上の基準信号を生成できる走査周期基準信号発生手段を用いて、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動のみならず走査周期内の走査速度の変動にも影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００３３】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る形状測定装置の構成を示す図である。走査周期基準信号発生手段の構成が実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００３４】
走査周期の基準信号を得るために、本実施の形態３では、実施の形態２と同様の光半透過手段２１を設けている。さらに、基準信号集光手段２２は、光半透過手段２１により反射された光ビームを集光し、集光された光ビームは基準信号光電変換手段２３上で受光され、基準信号が生成される。基準信号は、タイミング検出手段７に渡され、実施の形態１で説明したように、タイミングデータの算出及び走査周期の補正に活用される。
【００３５】
図７は、本発明の実施の形態３に係る基準信号光電変換手段２３の内部構成を示す図である。基準信号光電変換手段２３は、入射する光ビームの移動軌跡上に直線状に一列に配置された複数の光電変換素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・，Ｘｍを有しており、基準信号集光手段２２によって集光された光ビームをそれぞれの光電変換素子Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・，Ｘｍによってそれぞれの電気信号に変換する。基準信号光電変換手段２３により光電変換されたそれぞれの電気信号は、詳細は図示していないが、電流／電圧変換器を介して増幅器により増幅されたそれぞれの増幅信号として、タイミング検出手段７に入力される。
【００３６】
図８は、本発明の実施の形態３に係るタイミング検出手段７に取り込まれる基準信号波形及び基準タイミングデータの説明図である。また、図９は、本発明の本実施の形態３に係るタイミング検出手段７に取り込まれる測定信号波形及び測定タイミングデータの説明図である。図７に示したように、基準信号光電変換手段２３は一列に配置されたｍ個の光電変換素子から構成されており、基準信号としてもｍ個の信号が生成できる。従って、ｍ個の基準信号をもとに（ｍ−１）個の補正係数を求めることにより、補正係数が１個であった実施の形態１と比較して、より細かい走査周期の補正が可能となる。
【００３７】
実施の形態３によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、複数個の基準信号を生成できる基準信号光電変換手段を用いて、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動のみならず走査周期内の走査速度の変動にも影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００３８】
実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る形状測定装置の構成を示す図である。走査周期基準信号発生手段の構成が実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
走査周期の基準信号を得るために、本実施の形態４では、光ビームの発生源として光発生手段２とは別に新たに基準信号用光発生手段２ａを設けている。基準信号用光発生手段２ａから発生する光ビームは、光発生手段２から発生する光ビームと同様に、光走査手段３によって走査され、複数の基準信号発生手段４ｕ〜４ｖによって受光される。さらに、複数の基準信号発生手段４ｕ〜４ｖを介して基準信号が生成され、基準信号はタイミング検出手段７に渡され、実施の形態１で説明したように、タイミングデータの算出及び走査周期の補正に活用される。
【００４０】
図１１は、本発明の実施の形態４に係るタイミング検出手段７に取り込まれる基準信号発生手段４ｕ〜４ｖの入力信号波形の説明図である。基準信号用光発生手段２ａを新たに設けることにより、光発生手段２からの光ビームが走査される範囲以外の部分に基準信号発生手段４ｕ〜４ｖを設置することが可能となる。図１０では４ｕ及び４ｖの２個の基準信号発生手段が図示されているが、形状測定用の光ビームとの干渉がないために、基準信号発生手段４ｕと基準信号発生手段４ｖとの間に容易に新たな基準信号発生手段を追加することができ、基準信号がｓ１、ｓ２の２個であった実施の形態１と比較して、より細かい走査周期の補正が可能となる。
【００４１】
実施の形態４によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、新たに基準信号用光発生手段を付加することにより３個以上の基準信号発生手段を設置可能とし、基準信号発生手段を用いて、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動のみならず走査周期内の走査速度の変動にも影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００４２】
実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５に係る形状測定装置の構成を示す図である。走査周期基準信号発生手段の構成が実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００４３】
走査周期の基準信号を得るために、本実施の形態５では、光ビームの発生源として光発生手段２とは別に新たに基準信号用光発生手段２ａを設けている。
基準用光ビームを発生させる基準信号用光発生手段２ａの光ビームは、光走査手段３によって走査され、走査周期基準面Ｂに照射される。走査周期基準面Ｂは、例えばスリット状の切りかきが設けられており、切りかき部分は光ビームが照射されても、反射しないようになっている。基準信号集光手段２２は、走査周期基準面Ｂにより反射された光ビームを集光し、集光された光ビームは基準信号光電変換手段２３上で受光され、基準信号が生成される。基準信号は、タイミング検出手段７に渡され、実施の形態１で説明したように、タイミングデータの算出及び走査周期の補正に活用される。
【００４４】
図１３は、本発明の実施の形態５に係るタイミング検出手段７に取り込まれる基準信号波形及び基準タイミングデータの説明図である。また、図１４は、本発明の実施の形態５に係るタイミング検出手段７に取り込まれる測定信号波形及び測定タイミングデータの説明図である。基準信号光電変換手段２３を構成する光電変換素子数に対応した数の基準信号が得られ、基準信号が２個であった実施の形態１と比較して、より細かい走査周期の補正が可能となる。
【００４５】
実施の形態５によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、複数個の基準信号を発生させる基準信号光電変換手段を用いて、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動のみならず走査周期内の走査速度の変動にも影響されない安定した形状測定が可能となる。
【００４６】
実施の形態６．
図１５は、本発明の実施の形態６に係る形状測定装置の構成を示す図である。タイミング検出手段７と表面形状決定手段９との間に新たにタイミング補正手段１６が追加されているところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
実施の形態１〜５においては、タイミングデータの算出を信号の立ち上がり部で行った場合について説明してきたが、本実施の形態６は、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの平均化を行うことにより、タイミング検出の安定化を図るものである。タイミング補正手段１６は、タイミング検出手段７からタイミングデータを受け取った後にデータの平均化を行い、その結果を表面形状決定手段９に渡すこととなり、以下に詳細を説明する。
【００４８】
図１６、１７は、本実施の形態６に係るタイミング補正手段１６に取り込まれる測定タイミングデータの入力信号波形の説明図の一例である。図１６において、タイミング補正手段１６は、同一の光電変換素子で得られた信号の立ち上がりエッジと立下りエッジの平均値を求め、平均値データを補正された新たな測定タイミングデータとして採用し、表面形状決定手段９に渡す。立ち上がりエッジ部の時間ｔ３１Ｕ、ｔ４１Ｕ及び立ち下がりエッジ部の時間ｔ３１Ｄ、ｔ４１Ｄと、補正された新たな測定タイミングデータｔ３１及びｔ４１の関係は下式となる。
ｔ３１＝（ｔ３１Ｄ＋ｔ３１Ｕ）／２ （６）
ｔ４１＝（ｔ３１Ｄ＋ｔ３１Ｕ）／２ （７）
【００４９】
また、図１７において、タイミング補正手段１６は、隣り合った光電変換素子で得られた信号から平均値を求め、平均値データを補正された新たな測定タイミングデータとして採用し、表面形状決定手段９に渡す。すなわち、ｎ番目の光電変換素子の立ち下がりエッジとｎ＋１番目の光電変換素子の立ち上がりエッジとの平均値を取ることにより、補正された新たな測定タイミングデータを算出している。立ち下がりエッジ部の時間ｔ３１Ｄ、ｔ４１Ｄ及び立ち上がりエッジ部の時間ｔ４１Ｕ、ｔ５１Ｕと、補正された新たな測定タイミングデータｔ３１及びｔ４１の関係は下式となる。
ｔ３１＝（ｔ３１Ｄ＋ｔ４１Ｕ）／２ （８）
ｔ４１＝（ｔ４１Ｄ＋ｔ５１Ｕ）／２ （９）
【００５０】
図１６,１７は、測定タイミングデータに対して図示したものであるが、基準タイミングデータに関しても同一の演算で平均値を求めることにより、補正された新たな基準タイミングデータを得ることとなる。表面形状決定手段９は、平均化された測定タイミングデータ及び平均化された基準タイミングデータをもとに、実施の形態１で述べた方法により被測定物１の形状測定を行う。
【００５１】
実施の形態６によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、タイミング補正手段により、信号波形の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの平均化を行うことにより、信号波形の形状の影響を緩和した安定した形状測定が可能となる。
【００５２】
実施の形態７．
図１８は、本発明の実施の形態７に係る形状測定装置の構成を示す図である。基準信号発生手段４ａから得られる走査開始基準信号をもとに、光発生手段２から発生する光ビームの光強度を走査周期内で変調する光強度変調手段１７を新たに追加したところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図１９は、本発明の実施の形態７に係る光強度変調手段１７の作用を示す説明図である。図１９において、（ａ）は基準信号発生手段４ａによって生成される走査開始基準信号のタイミングを示している。（ｂ）は光強度変調をしない場合に光強度変調手段１７から出力される光強度一定の信号を示している。（ｃ）は光強度変調を行わない際に、走査周期内で光電変換手段６の各光電変換素子で受光される受光信号レベルを示している。（ｄ）は光強度変調を行う場合に光強度変調手段１７から出力される光強度変調信号を示しており、（ｃ）の受光信号レベルの逆数に相当する。（ｅ）は（ｄ）に示す光強度変調信号に従って、光発生手段２から発生する光ビームの光強度を走査周期内で変調することにより、光電変換手段６の各光電変換素子で受光される受光信号レベルが均一になる状態を示している。
【００５４】
実施の形態７によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、光ビームの光強度を変調できる光強度変調手段を設けることにより、複数の光電変換素子に均一な受光信号レベルの光を入射させることが可能となり、さらなる安定した形状測定が可能となる。
【００５５】
実施の形態８．
図２０は、本発明の実施の形態８に係る形状測定装置の構成を示す図である。光電変換手段６とタイミング検出手段７との間に配置された光電変換素子個別増幅手段１８を新たに追加したところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００５６】
図２０において、光電変換素子個別増幅手段１８は、光電変換手段６により変換された電気信号を取り込み、基準信号発生手段４ａから得られる走査開始基準信号をもとに、光電変換手段６のそれぞれの光電変換素子に対応して増幅率を変更した出力信号を生成し、変更された出力信号をタイミング検出手段７に出力するものである。
【００５７】
図２１は、本発明の実施の形態８に係る光電変換素子個別増幅手段１８の作用を示す説明図である。受光信号個別増幅手段１８は、光電変換手段６内に複数個配列された光電変換素子に対応して、それぞれの増幅率を個別に設定できる構成を有している。図２１において、（ａ）は基準信号発生手段４ａによって生成される走査開始基準信号のタイミングを示している。（ｂ）は走査周期内で光電変換手段６の各光電変換素子で受光される受光信号レベルをもとに、その逆数に相当する信号レベルを求め、信号レベルに応じて受光信号個別増幅手段１８内のそれぞれの増幅器の増幅率を個別設定する状態を示している。その結果、タイミング検出手段７は、レベルが均一化された信号を受けとることができる。
【００５８】
実施の形態８によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、光電変換手段の信号を個別に増幅できる受光信号個別増幅手段を設けることにより、タイミング検出手段に対して均一レベルの信号を出力することが可能となり、さらなる安定した形状測定が可能となる。
【００５９】
実施の形態９．
図２２は、本発明の実施の形態９に係る形状測定装置の構成を示す図である。３次元形状測定を可能とするため、光ビームを平行移動できる２次元光走査手段２４及び２次元光走査手段２４の回転角度を検出する走査回転角度検出手段２５とを新たに追加したところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図２２において、２次元光走査手段２４は、光走査手段３と基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１との間にあるとともに、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１と結像手段５との間にもまたがって配置されている。２次元光走査手段２４は、例えば回転ミラーからなり、回転ミラーが回ることにより、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１の表面を走査する光ビームの方向を、走査方向と垂直方向に平行移動させることが可能となる。さらに、回転ミラーは、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１と結像手段５との間にもまたがって配置されているため、平行移動した光ビームの反射光を、結像手段５に結像する役目も同時に果たすこととなる。
【００６１】
光電変換手段６は図２と同じ２次元構成のままで、回転ミラーの角度に伴って変化する光ビームの走査ラインの反射光を逐次受光することとなる。そこで、走査回転角度検出手段２５は、回転ミラーの回転角度を検出し、角度データをタイミング検出手段７に渡し、タイミング検出手段７は算出したタイミングデータに角度データを付加して、端部位置決定手段８及び表面形状決定手段９に渡すことにより、３次元の形状測定が可能となる。
【００６２】
図２３は、本発明の実施の形態９に係る形状測定装置の別の構成を示す図である。２次元光走査手段２４は、光走査手段３と基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１との間だけにあるところが図２２と異なる。２次元光走査手段２４は、例えば回転ミラーからなり、回転ミラーが回ることにより、基準面Ｈもしくは基準面Ｈ上に置かれた被測定物１の表面を走査する光ビームの方向を、走査方向と垂直方向に平行移動させることが可能となる。平行移動した光ビームの反射光を、結像手段５で結像し、光電変換手段６で受光するには、光電変換手段６の各光電変換素子の構成は３次元構成になる必要がある。
【００６３】
図２４は、本発明の実施の形態９に係る光電変換手段６の各光電変換素子の構成を示す図である。図２４のような構成の光電変換手段６を用いることにより、３次元の形状測定が可能となる。
【００６４】
実施の形態９によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、２次元光走査手段を用いることにより、基準面上に置かれた被測定物の３次元形状を測定できる。
【００６５】
実施の形態１０．
図２５は、本発明の実施の形態１０に係る形状測定装置の構成を示す図である。３次元形状測定を可能とするため、光発生手段２と光走査手段３との間に、スリット光整形手段２６を新たに追加したところが実施の形態１とは異なり、その他の構成については図１に示した実施の形態１と同様であり、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００６６】
図２５において、スリット光整形手段２６は、光発生手段２と光走査手段３との間に配置され、光発生手段からの光ビームを、光走査手段３の走査方向と垂直方向にスリット状に整形し、スリット上に整形された光ビームを光走査手段３に与える。スリット状に整形された光ビームは、光走査手段３により基準面Ｈまたは被測定物１上を走査される。さらに、基準面Ｈまたは被測定物１からの反射光は、結像手段５を介して結像され、光電変換手段６で受光される。光電変換手段６の各光電変換素子の構成は、実施の形態９の説明に用いた図２４と同様に、３次元構成になる必要があり、図２４のような構成の光電変換手段６を用いることにより、３次元の形状測定が可能となる。
【００６７】
実施の形態１０によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。また、スリット光整形手段を用いることにより、基準面上に置かれた被測定物の３次元形状を測定できる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を用いることにより、基準面から被測定物の表面までの距離を決定することができるとともに、被測定物の端部位置を確実に求めることができる。さらに、走査周期補正手段による走査周期の補正を行うことにより、走査周期の変動に影響されない安定した形状測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る光電変換手段の内部構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係るタイミング検出手段に取り込まれる入力信号波形の説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係るタイミング検出手段に取り込まれる基準信号発生手段の入力信号波形の説明図である。
【図６】 本発明の実施の形態３に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態３に係る基準信号光電変換手段の内部構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態３に係るタイミング検出手段に取り込まれる基準信号波形及び基準タイミングデータの説明図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係るタイミング検出手段に取り込まれる測定信号波形及び測定タイミングデータの説明図である。
【図１０】 本発明の実施の形態４に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態４に係るタイミング検出手段に取り込まれる基準信号発生手段の入力信号波形の説明図である。
【図１２】 本発明の実施の形態５に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態５に係るタイミング検出手段に取り込まれる基準信号波形及び基準タイミングデータの説明図である。
【図１４】 本発明の実施の形態５に係るタイミング検出手段に取り込まれる測定信号波形及び測定タイミングデータの説明図である。
【図１５】 本発明の実施の形態６に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図１６】 本実施の形態６に係るタイミング補正手段に取り込まれる測定タイミングデータの入力信号波形の説明図の一例である。
【図１７】 本実施の形態６に係るタイミング補正手段に取り込まれる測定タイミングデータの入力信号波形の説明図の一例である。
【図１８】 本発明の実施の形態７に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図１９】 本発明の実施の形態７に係る光強度変調手段の作用を示す説明図である。
【図２０】 本発明の実施の形態８に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図２１】 本発明の実施の形態８に係る光電変換素子個別増幅手段の作用を示す説明図である。
【図２２】 本発明の実施の形態９に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図２３】 本発明の実施の形態９に係る形状測定装置の別の構成を示す図である。
【図２４】 本発明の実施の形態９に係る光電変換手段の各光電変換素子の構成を示す図である。
【図２５】 本発明の実施の形態１０に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 被測定物、２ 光発生手段、３ 光走査手段、４ 基準信号発生手段、４ａ 走査開始基準信号発生手段、４ｂ 走査終了基準発生手段、４ｃ〜４ｅ 基準信号発生手段、４ｕ〜４ｖ 基準信号発生手段、５ 結像手段、６ 光電変換手段、７ タイミング検出手段、８ 端部位置決定手段、９ 表面形状決定手段、１５ 走査周期補正手段、１６ タイミング補正手段、１７ 光強度変調手段、１８ 光電変換素子個別増幅手段、２１ 光半透過手段、２２ 基準信号集光手段、２３ 基準信号光電変換手段、２４ ２次元光走査手段、２５ 走査回転角度検出手段、２６ スリット光整形手段、Ｂ 走査周期基準面、Ｈ 基準面。
Claims (11)
- 光ビームを発生する光発生手段と、
所定の基準面もしくは前記基準面上に置かれた被測定物の表面に対して前記光ビームを走査する光走査手段と、
走査された前記光ビームの走査周期の基準信号を生成する走査周期基準信号発生手段と、
走査された前記光ビームによる前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面からの反射光を受光しビームスポット光を結像させる結像手段と、
前記光ビームの走査に伴い移動する前記ビームスポット光を順次受光するように配置され、受光した前記ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光電変換手段と、
前記走査周期基準信号発生手段の出力信号及び前記光電変換手段の出力信号から、それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを検出するタイミング検出手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから基準走査周期を算出して記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから測定走査周期を算出し、予め記憶されている前記基準走査周期と前記測定走査周期との比較に基づいて走査周期補正データを算出する走査周期補正手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを基準タイミングデータとして記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを測定タイミングデータとし、予め記憶されている前記基準タイミングデータと前記測定タイミングデータとの比較及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて前記被測定物の表面形状を決定する表面形状決定手段と、
前記タイミング検出手段を介して得られる前記測定タイミングデータ及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて、前記被測定物の端部位置を求める端部位置決定手段と
を備え、
前記走査周期基準信号発生手段は、
前記光走査手段により走査された前記光ビームを受光し、走査開始の基準信号を生成する走査開始基準信号発生手段と、
前記光走査手段により走査された前記光ビームを受光し、走査終了の基準信号を生成する走査終了基準信号発生手段と
を備えていることを特徴とする形状測定装置。 - 光ビームを発生する光発生手段と、
所定の基準面もしくは前記基準面上に置かれた被測定物の表面に対して前記光ビームを走査する光走査手段と、
走査された前記光ビームの走査周期の基準信号を生成する走査周期基準信号発生手段と、
走査された前記光ビームによる前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面からの反射光を受光しビームスポット光を結像させる結像手段と、
前記光ビームの走査に伴い移動する前記ビームスポット光を順次受光するように配置され、受光した前記ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光電変換手段と、
前記走査周期基準信号発生手段の出力信号及び前記光電変換手段の出力信号から、それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを検出するタイミング検出手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから基準走査周期を算出して記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから測定走査周期を算出し、予め記憶されている前記基準走査周期と前記測定走査周期との比較に基づいて走査周期補正データを算出する走査周期補正手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを基準タイミングデータとして記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを測定タイミングデータとし、予め記憶されている前記基準タイミングデータと前記測定タイミングデータとの比較及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて前記被測定物の表面形状を決定する表面形状決定手段と、
前記タイミング検出手段を介して得られる前記測定タイミングデータ及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて、前記被測定物の端部位置を求める端部位置決定手段と
を備え、
前記走査周期基準信号発生手段は、
前記光走査手段と前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物との間に配置され、前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面に前記光走査手段により走査される前記光ビームを透過するとともに、走査周期の基準信号を生成するために前記光ビームを反射する光半透過手段と、
前記光半透過手段により反射された光ビームを受光し、走査周期の基準信号を生成する複数の基準信号発生手段と
を備えていることを特徴とする形状測定装置。 - 光ビームを発生する光発生手段と、
所定の基準面もしくは前記基準面上に置かれた被測定物の表面に対して前記光ビームを走査する光走査手段と、
走査された前記光ビームの走査周期の基準信号を生成する走査周期基準信号発生手段と、
走査された前記光ビームによる前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面からの反射光を受光しビームスポット光を結像させる結像手段と、
前記光ビームの走査に伴い移動する前記ビームスポット光を順次受光するように配置され、受光した前記ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光電変換手段と、
前記走査周期基準信号発生手段の出力信号及び前記光電変換手段の出力信号から、それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを検出するタイミング検出手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから基準走査周期を算出して記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから測定走査周期を算出し、予め記憶されている前記基準走査周期と前記測定走査周期との比較に基づいて走査周期補正データを算出する走査周期補正手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを基準タイミングデータとして記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを測定タイミングデータとし、予め記憶されている前記基準タイミングデータと前記測定タイミングデータとの比較及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて前記被測定物の表面形状を決定する表面形状決定手段と、
前記タイミング検出手段を介して得られる前記測定タイミングデータ及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて、前記被測定物の端部位置を求める端部位置決定手段と
を備え、
前記走査周期基準信号発生手段は、
前記光走査手段と前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物との間に配置され、前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面に前記光走査手段により走査される前記光ビームを透過するとともに、走査周期の基準信号を生成するために前記光ビームを反射する光半透過手段と、
前記光半透過手段により反射された前記光ビームを集光する基準信号集光手段と、
前記光半透過手段により反射された前記光ビームの走査に伴い移動するビームスポット光を順次受光するように配置され、受光した前記ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する基準信号光電変換手段と
を備えていることを特徴とする形状測定装置。 - 光ビームを発生する光発生手段と、
所定の基準面もしくは前記基準面上に置かれた被測定物の表面に対して前記光ビームを走査する光走査手段と、
走査された前記光ビームの走査周期の基準信号を生成する走査周期基準信号発生手段と、
走査された前記光ビームによる前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面からの反射光を受光しビームスポット光を結像させる結像手段と、
前記光ビームの走査に伴い移動する前記ビームスポット光を順次受光するように配置され、受光した前記ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光電変換手段と、
前記走査周期基準信号発生手段の出力信号及び前記光電変換手段の出力信号から、それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを検出するタイミング検出手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから基準走査周期を算出して記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから測定走査周期を算出し、予め記憶されている前記基準走査周期と前記測定走査周期との比較に基づいて走査周期補正データを算出する走査周期補正手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを基準タイミングデータとして記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを測定タイミングデータとし、予め記憶されている前記基準タイミングデータと前記測定タイミングデータとの比較及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて前記被測定物の表面形状を決定する表面形状決定手段と、
前記タイミング検出手段を介して得られる前記測定タイミングデータ及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて、前記被測定物の端部位置を求める端部位置決定手段と
を備え、
前記走査周期基準信号発生手段は、
基準信号用光ビームを発生する基準信号用光発生手段と、
前記光走査手段により走査された前記基準信号用光ビームを受光し、走査周期の基準信号を生成する複数の基準信号発生手段と
を備えていることを特徴とする形状測定装置。 - 光ビームを発生する光発生手段と、
所定の基準面もしくは前記基準面上に置かれた被測定物の表面に対して前記光ビームを走査する光走査手段と、
走査された前記光ビームの走査周期の基準信号を生成する走査周期基準信号発生手段と、
走査された前記光ビームによる前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面からの反射光を受光しビームスポット光を結像させる結像手段と、
前記光ビームの走査に伴い移動する前記ビームスポット光を順次受光するように配置され、受光した前記ビームスポット光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する光電変換手段と、
前記走査周期基準信号発生手段の出力信号及び前記光電変換手段の出力信号から、それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを検出するタイミング検出手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから基準走査周期を算出して記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記走査周期基準信号発生手段の出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータから測定走査周期を算出し、予め記憶されている前記基準走査周期と前記測定走査周期との比較に基づいて走査周期補正データを算出する走査周期補正手段と、
予め前記基準面上を走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを基準タイミングデータとして記憶しておき、前記基準面上に前記被測定物が置かれた状態で光ビームを走査することにより、前記タイミング検出手段を介して得られる前記それぞれの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングデータを測定タイミングデータとし、予め記憶されている前記基準タイミングデータと前記測定タイミングデータとの比較及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて前記被測定物の表面形状を決定する表面形状決定手段と、
前記タイミング検出手段を介して得られる前記測定タイミングデータ及び前記走査周期補正手段を介して得られる走査周期補正データに基づいて、前記被測定物の端部位置を求める端部位置決定手段と
を備え、
前記走査周期基準信号発生手段は、
基準信号用光ビームを発生する基準信号用光発生手段と、
前記光走査手段によって走査される前記基準信号用光ビームの走査経路に配置され、前記基準信号用光ビームの走査方向と垂直方向に複数のスリットを有する走査周期基準面と、
前記走査された前記基準信号用光ビームによる前記走査周期基準面の表面からの反射光を集光する基準信号集光手段と、
前記基準信号集光手段により集光された光を受光し電気信号に変換する基準信号光電変換手段と
を備えていることを特徴とする形状測定装置。 - 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記タイミング検出手段と前記表面形状決定手段との間に配置され、前記タイミング検出手段を介して得られる前記基準タイミングデータ及び前記測定タイミングデータに対し、立ち上がり及び立ち下がりのデータを用いて補正をかけた新たなタイミングデータを算出し、前記補正をかけた新たなタイミングデータを前記表面形状決定手段に出力するタイミング補正手段をさらに備えたことを特徴とする形状測定装置。 - 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記走査周期基準信号発生手段から得られる走査基準信号をもとに、前記光発生手段から発生する光ビームの光強度を走査周期内で変調する光強度変調手段をさらに備えたことを特徴とする形状測定装置。 - 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記光電変換手段と前記タイミング検出手段との間に配置され、前記光電変換手段により変換された電気信号を取り込み、前記走査周期基準信号発生手段を介して得られる基準信号をもとに、前記光電変換手段のそれぞれの光電変換素子に対応して増幅率を変更した出力信号を生成し、前記変更された出力信号を前記タイミング検出手段に出力する光電変換素子個別増幅手段をさらに備えたことを特徴とする形状測定装置。 - 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記光走査手段と前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物との間に配置されるとともに、前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物と前記結像手段との間にも配置され、回転することにより、前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面に前記光走査手段により走査される前記光ビームの方向を走査方向と垂直方向に平行移動させるとともに、平行移動した前記光ビームの反射光を受光し前記結像手段にビームスポット光を結像する２次元光走査手段と、
前記２次元光走査手段が回転することによって前記光ビームが平行移動する際の回転角度を検出する走査回転角度検出手段と
をさらに備えたことを特徴とする形状測定装置。 - 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記光走査手段と前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物との間に配置され、回転することにより、前記基準面もしくは前記基準面上に置かれた前記被測定物の表面に前記光走査手段により走査される前記光ビームの方向を走査方向と垂直方向に平行移動させる２次元光走査手段をさらに備えたことを特徴とする形状測定装置。 - 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記光発生手段と前記光走査手段との間に配置され、前記光発生手段からの光ビームを、前記光走査手段の走査方向と垂直方向にスリット状に整形し、前記スリット上に整形された光ビームを前記光走査手段に与えるスリット光整形手段をさらに備えたことを特徴とする形状測定装置。
Priority Applications (1)
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| JP2003042917A JP4230244B2 (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | 形状測定装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2003042917A JP4230244B2 (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | 形状測定装置 |
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