JP6519860B2

JP6519860B2 - 非接触形状測定装置及び走査レンズ収差補正方法

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Publication number: JP6519860B2
Application number: JP2015069865A
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Inventors: 森井　秀樹; 秀樹森井
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Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2019-05-29
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Description

本発明は、非接触形状測定装置及び走査レンズ収差補正方法に関し、特に、光偏向装置を用いた非接触形状測定装置及び走査レンズ収差補正方法に関する。

従来、光偏向装置（ポリゴンミラー）によって偏向され、走査レンズ（ｆθレンズ）を透過して平行光又は略平行光に変換された後、対象物表面を照射し、対象物表面からの反射光等に基づいて対象物の形状を測定する非接触形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この非接触形状測定装置によれば、走査レンズの作用により、光偏向装置によって偏向される光を対象物に対して垂直に照射することができ、かつ、平らな像面（理想像面）上に集光させることができる。

特開２０１４−０８５２６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の非接触形状測定装置においては、光偏向装置によって偏向される光を対象物に対して垂直に照射し、かつ、平らな像面上に集光させるため、ｆθレンズのような特殊レンズを用いる必要があり、その分、設計が難しく、コストアップするという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、設計難、コストアップの要因となる特殊レンズではなく一般的な走査レンズ（特に、広走査範囲を確保する観点から大口径の走査レンズ）を用いることができ、光偏向装置によって偏向される光を対象物に対して垂直に照射することができ、かつ、平らな像面上に集光させることができる非接触形状測定装置及び走査レンズ収差補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の非接触形状測定装置は、可変焦点レンズと、光偏向装置と、走査レンズと、前記可変焦点レンズを透過して前記光偏向装置に入射し、当該光偏向装置によって偏向され、前記走査レンズを透過して平行光又は略平行光に変換された後、対象物表面を照射する光を出射する光源と、を備え、前記対象物の形状を測定するように構成された非接触形状測定装置において、前記光偏向装置の偏向角を検出する偏向角検出装置と、前記対象物表面上の照射位置と前記走査レンズとの間の距離を検出する距離検出装置と、前記偏向角検出装置によって検出された偏向角及び前記距離検出装置によって検出された距離に基づき、前記走査レンズの収差が補正されるように前記可変焦点レンズの焦点距離を制御する焦点距離制御装置と、を備える。

本発明の非接触形状測定装置の一態様において、複数の偏向角及び複数の距離それぞれに対応する焦点位置補正データを格納した記憶装置をさらに備え、前記焦点距離制御装置は、前記偏向角検出装置によって検出された偏向角及び前記距離検出装置によって検出された距離に対応する焦点位置補正データを前記記憶装置から読み出し、当該読み出した焦点位置補正データに基づき、前記走査レンズの収差が補正されるように前記可変焦点レンズの焦点位置を調整する。

本発明の非接触形状測定装置の一態様において、前記距離検出装置は、前記対象物表面上からの反射光が入射する光検出器を含み、前記光検出器の検出結果及び三角測量法に基づき、前記対象物表面上の照射位置と前記走査レンズとの間の距離を検出する。

本発明の非接触形状測定装置の一態様において、前記距離検出装置は、前記光源からの光の一部が入射する参照面と、前記参照面からの反射光及び前記対象物表面からの反射光が干渉した状態で入射する光検出器と、前記光検出器の検出結果に基づき、前記対象物表面上の照射位置と前記走査レンズとの間の距離を検出する距離計算装置と、を備える。

本発明の非接触形状測定装置の一態様において、前記可変焦点レンズは、前記対象物表面上の照射位置に形成されるスポットが円形又は略円形となるように傾いた状態で配置されている。

本発明の走査レンズ収差補正方法は、可変焦点レンズと、光偏向装置と、走査レンズと、前記可変焦点レンズを透過して前記光偏向装置に入射し、当該光偏向装置によって偏向され、前記走査レンズを透過して平行光又は略平行光に変換された後、対象物表面を照射する光を出射する光源と、を備え、前記対象物の形状を測定するように構成された非接触形状測定装置における走査レンズ収差補正方法において、前記光偏向装置の偏向角を検出する偏向角検出ステップと、前記対象物表面上の照射位置と前記走査レンズとの間の距離を検出する距離検出ステップと、前記偏向角検出ステップによって検出された偏向角及び前記距離検出ステップによって検出された距離に基づき、前記走査レンズの収差が補正されるように前記可変焦点レンズの焦点距離を制御する焦点距離制御ステップと、を備える。

本発明の走査レンズ収差補正方法の一態様において、前記非接触形状測定装置は、複数の偏向角及び複数の距離それぞれに対応する焦点位置補正データを格納した記憶装置をさらに備え、前記焦点距離制御ステップは、前記偏向角検出ステップによって検出された偏向角及び前記距離検出ステップによって検出された距離に対応する焦点位置補正データを前記記憶装置から読み出すステップと、当該読み出した焦点位置補正データに基づき、前記走査レンズの収差が補正されるように前記可変焦点レンズの焦点位置を調整するステップと、を含む。

本発明によれば、設計難、コストアップの要因となる特殊レンズではなく一般的な走査レンズ（特に、広走査範囲を確保する観点から大口径の走査レンズ）を用いることができ、光偏向装置によって偏向される光を対象物に対して垂直に照射することができ、かつ、平らな像面上に集光させることができる非接触形状測定装置及び走査レンズ収差補正方法を提供することができる。

本実施形態の非接触形状測定装置１０の概略図光偏向装置１６によって偏向される光源１２からの光が対象物ＯＢ表面Ａを照射している様子を表す図光偏向装置１６によって偏向される光源１２からの光が理想像面上ではなく理想像面の手前に集光している様子を表す図焦点位置補正データ２８ａの作成手順を説明するための図焦点位置補正データ２８ａを用いて走査レンズ２０の収差（像面湾曲）を補正する動作例を説明するためのフローチャート焦点位置補正データ２８ａを用いて走査レンズ２０の収差（像面湾曲）を補正する場合の効果を説明するための図焦点位置補正データ２８ａを用いて走査レンズ２０の収差（像面湾曲）を補正する場合の効果を説明するための図走査レンズ２０の他の配置例の概略図可変焦点レンズ１４を傾けた状態で配置することの効果を説明するための図一般的なマイケルソン型の干渉系を用いて対象物表面Ａ上の照射位置と走査レンズ２０との間の距離を検出する場合の構成例

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態の非接触形状測定装置１０の概略図である。

図１に示すように、本実施形態の非接触形状測定装置１０は、光源１２と、可変焦点レンズ１４と、光偏向装置１６と、偏向角検出装置１８（光偏向角エンコーダ）と、走査レンズ２０と、結像レンズ２２と、照射距離検出装置２４と、焦点距離制御装置２６と、記憶装置２８と、を備えている。

光源１２は、半導体レーザー素子等のレーザー光源によって構成されている。もちろん、これに限らず、光源１２は他の光源であってもよい。光源１２から出射する光は、可変焦点レンズ１４を透過して光偏向装置１６に入射し、当該光偏向装置１６によって偏向され、走査レンズ２０を透過して平行光又は略平行光に変換された後、対象物表面Ａを照射する。

可変焦点レンズ１４は、焦点距離制御装置２６からの制御に従って焦点距離の調整が可能なレンズで、モータ等のアクチュエータによってレンズ間の距離を変化させることで焦点距離の調整を行うレンズ（群）によって構成されている。もちろん、これに限らず、可変焦点レンズ１４は、ポリマーレンズ又は電気光学結晶レンズ等の他の可変焦点レンズであってもよい。

光偏向装置１６は、可変焦点レンズ１４を透過して当該光偏向装置１６に入射する光源１２からの光を偏向させるための手段で、ガルバノミラーによって構成されている。もちろん、これに限らず、光偏向装置１６は、ポリゴンミラー又はＭＥＭＳミラー等の他の光偏向装置であってもよい。

偏向角検出装置１８は、光偏向装置１６によって偏向される光源１２からの光の偏向角θを検出するための手段で、例えば、エンコーダによって構成されている。

照射距離検出装置２４は、対象物表面Ａ上の照射位置（集光位置）と走査レンズ２０との間の距離Ｄを検出するための手段で、ラインセンサ等の光検出器（図示せず）を含む。

照射距離検出装置２４（光検出器）には、対象物表面Ａ上からの反射光が結像レンズ２２を透過して入射する。その際、対象物表面Ａ上からの反射光は、対象物表面Ａ上の照射位置に応じて異なる方向に反射されて照射距離検出装置２４（光検出器）の異なる位置に入射する。

照射距離検出装置２４は、光検出器の検出結果及び三角測量法に基づき、公知の処理（例えば、特開２００２−１３９３１１号公報参照）を実行することで、対象物表面Ａ上の照射位置と走査レンズ２０との間の距離Ｄを検出する。この照射距離検出装置２４の機能は、例えば、光検出器が電気的に接続されたコントローラ（図示せず）によって実現される。

焦点距離制御装置２６は、偏向角検出装置１８によって検出された偏向角θ及び照射距離検出装置２４によって検出された距離Ｄに基づき、走査レンズ２０の収差（像面湾曲）が補正されるように可変焦点レンズ１４の焦点距離を制御（調整）する。この焦点距離制御装置２６の機能は、例えば、偏向角検出装置１８、照射距離検出装置２４及び記憶装置２８が電気的に接続されたコントローラ（図示せず）によって実現される。

次に、走査レンズ２０の収差（像面湾曲）について説明する。

図２は光偏向装置１６によって偏向される光源１２からの光が対象物ＯＢ表面Ａを照射している様子を表す図、図３は光偏向装置１６によって偏向される光源１２からの光が理想像面上ではなく理想像面の手前に集光している様子を表す図である。

光偏向装置１６によって偏向される光は、斜めに（図２（ａ）参照）ではなく、走査レンズ２０によって平行光又は略平行光に変換されて対象物ＯＢを垂直又は略垂直に照射する（図２（ｂ）参照）。これにより、斜めに対象物ＯＢを照射する場合と比べ、影ＳＨ（図２（ａ）参照）の発生が抑制されるため、対象物ＯＢ表面Ａを精度良く測定することができる。その際、図３に示すように、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ＞０°方向（θ＜０°方向も同様）へ偏向される光は、走査レンズ２０の収差（像面湾曲）に起因して、理想像面上ではなく理想像面の手前に集光（結像）する。この走査レンズ２０の収差（像面湾曲）は、後述のように、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ方向に偏向される光が理想像面上に集光するように可変焦点レンズ１４の焦点距離を調整することで補正される。この補正の際に用いられるのが焦点位置補正データ２８ａ（図１参照）である。

次に、焦点位置補正データ２８ａの作成手順の例について説明する。

図４は、焦点位置補正データ２８ａの作成手順を説明するための図である。

以下、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ方向に偏向される光を、走査レンズ２０の下方に位置する対象物表面Ａ（理想像面）上に集光させるための焦点位置補正データの作成手順の例について説明する。

以下、走査レンズ２０から下方５０ｍｍ（図４（ａ）中Ｄ＝５０ｍｍ）に位置する対象物表面Ａ₅₀（理想像面）上に集光させるための焦点位置補正データの作成手順の例について説明する。

まず、走査レンズ２０と対象物表面Ａ₅₀との間の距離（ここでは５０ｍｍ）を、図１に示すように、偏向角θ（ここではθ＝０°）及び距離Ｄ（ここではＤ＝５０ｍｍ）と対応付けて記憶装置２８に格納する。

次に、図４（ｂ）に示すように、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ（例えば、θ＝＋４°）方向に偏向される光ＲａｙＢが対象物表面Ａ₅₀上に集光するように可変焦点レンズ１４の焦点距離を調整する。次に、このように焦点距離を調整した状態で、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ＝０°方向に偏向される光ＲａｙＡが対象物表面Ａ上に集光するように対象物表面Ａと走査レンズ２０との間の距離を調整する。次に、このように距離を調整した状態で、対象物表面Ａと走査レンズ２０との間の距離Ｄ１（ここでは距離Ｄ１＝５２ｍｍ）を測定し、図１に示すように、偏向角θ（ここではθ＝±４°）及び距離Ｄ（ここではＤ＝５０ｍｍ）と対応付けて記憶装置２８に格納する。走査レンズ２０は回転対称形状であるため、偏向角θ＝＋４°のときと偏向角θ＝−４°のときとで、距離Ｄ１は同一距離となる。

以下、他の偏向角θ（例えば、θ＝±８°）方向に偏向される光ＲａｙＢについても、同様の手順で、距離Ｄ１（例えば、距離Ｄ１＝５５ｍｍ）を測定し、図１に示すように、偏向角θ（例えば、θ＝±８°）及び距離Ｄ（例えば、Ｄ＝５０ｍｍ）と対応付けて記憶装置２８に格納する。走査レンズ２０は回転対称形状であるため、偏向角θ＝＋８°のときと偏向角θ＝−８°のときとで、距離Ｄ１は同一距離となる。なお、偏向角θの角度間隔は±４°、±８°のように４°間隔（図１参照）に限らず、例えば、０．５°間隔、１°間隔のように適宜の角度間隔とすることができる。

そして、走査レンズ２０からの距離によって像面湾曲量が異なるため、さらに、走査レンズ２０の下方に位置する他の対象物表面Ａ（例えば、走査レンズ２０から下方１００ｍｍに位置する対象物表面Ａ₁₀₀）上に集光させるための焦点位置補正データについても、同様の手順で作成し、図１に示すように、偏向角θ及び距離Ｄと対応付けて記憶装置２８に格納する。なお、距離Ｄの間隔は５０ｍｍ、１００ｍｍのように５０ｍｍ間隔（図１参照）に限らず、例えば、５ｍｍ間隔、１０ｍｍ間隔のように適宜の間隔とすることができる。

以上のようにして焦点位置補正データ２８ａは距離Ｄごと、偏向角θごとに予め作成されてＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置２８にテーブル等の形態で格納されている（図１参照）。

次に、焦点位置補正データ２８ａを用いて走査レンズ２０の収差（像面湾曲）を補正しながら対象物表面Ａを測定する場合の動作例について説明する。

図５は、焦点位置補正データ２８ａを用いて走査レンズ２０の収差（像面湾曲）を補正する動作例を説明するためのフローチャートである。

まず、光偏向装置１６によって、可変焦点レンズ１４を透過して当該光偏向装置１６に入射する光源１２からの光を、予め定められた角度範囲（例えば、−１５°＜偏向角θ＜＋１５°）において、一次元的に偏向（走査）させる（ステップＳ１０）。

次に、照射距離検出装置２４によって、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ＝０°方向に偏向される光ＲａｙＡによる対象物表面Ａ上の照射位置と走査レンズ２０との間の距離Ｄ（図４（ａ）参照）を検出する（ステップＳ１２）。

次に、偏向角検出装置１８によって、光偏向装置１６によって偏向される光源１２からの光の偏向角θを検出する（ステップＳ１４）。

次に、焦点距離制御装置２６によって、偏向角検出装置１８によって検出された偏向角θ（例えば、θ＝＋４°）及び照射距離検出装置２４によって検出された距離Ｄ（例えば、Ｄ＝５０ｍｍ）に基づき、走査レンズ２０の収差（像面湾曲）が補正されるように可変焦点レンズ１４の焦点距離を制御（調整）する。具体的には、まず、焦点距離制御装置２６によって、偏向角検出装置１８によって検出された偏向角θ（例えば、θ＝＋４°）及び照射距離検出装置２４によって検出された距離Ｄ（例えば、Ｄ＝５０ｍｍ）に対応する焦点位置補正データ（例えば、５２ｍｍ）を記憶装置２８から読み出す（ステップＳ１６）。そして、焦点距離制御装置２６によって、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ＝０°方向に偏向される光ＲａｙＡが、ステップＳ１６で読み出した焦点位置補正データが示す距離Ｄ１（例えば、Ｄ１＝５２ｍｍ）だけ走査レンズ２０から下方に離れた位置（図４（ｂ）参照）に集光するように、可変焦点レンズ１４の焦点距離を制御する（ステップＳ１８）。これにより、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ（例えば、θ＝＋４°）方向に偏向される光が対象物表面Ａ（理想像面）上に集光する（図４（ｂ）参照）。

以上のステップＳ１６及びＳ１８の処理は、予め定められた角度範囲（例えば、−１５°＜偏向角θ＜＋１５°）において、ステップＳ１４で偏向角θが検出されるごとに実施される。

以上のステップＳ１０からＳ１８の処理は、測定が終了するまで繰り返し実行される（ステップＳ２０：Ｎｏ）。

以上のようにして、走査レンズ２０の光軸ＡＸ₂₀に対して偏向角θ方向に偏向される光を理想像面上又理想像面近傍に集光させること、すなわち、走査レンズ２０の収差を補正することができる。

次に、この効果についてさらに詳細に説明する。

図６（ａ）は光偏向装置１６によって偏向される光が対象物表面Ａを照射している様子を表す図（走査レンズ２０の収差の補正なし）、図６（ｂ）は図６（ａ）中の対象物表面Ａ付近の拡大図である。

図６（ｃ）は光偏向装置１６によって偏向される光が対象物表面Ａを照射している様子を表す図（走査レンズ２０の収差の補正あり）、図６（ｄ）は図６（ｃ）中の対象物表面Ａ付近の拡大図である。

図６（ｂ）及び図６（ｄ）を対比すると、走査レンズ２０の収差の補正なしの場合（図６（ｂ）参照）より走査レンズ２０の収差の補正ありの場合（図６（ｄ）参照）の方が、対象物表面Ａ上の照射位置における集光スポットサイズを小さくできること（集光性能が向上すること）が分かる。

次に、金属傾斜面（傾斜角26°、Ra=1.6,SOB）を測定した場合の測定結果を例示する。

図７（ａ）は金属傾斜面（傾斜角26°、Ra=1.6,SOB）を測定した場合の変位(Displacement)とガルバノ角度(Galvano Position)との関係をプロットしたグラフ、図７（ｂ）は金属傾斜面（傾斜角26°、Ra=1.6,SOB）を測定した場合の干渉強度とガルバノ角度(Galvano Position)との関係をプロットしたグラフである（いずれも走査レンズ２０の収差の補正なしの場合）。

図７（ｃ）は金属傾斜面（傾斜角26°、Ra=1.6,SOB）を測定した場合の変位(Displacement)とガルバノ角度(Galvano Position)との関係をプロットしたグラフ、図７（ｄ）は金属傾斜面（傾斜角26°、Ra=1.6,SOB）を測定した場合の干渉強度とガルバノ角度(Galvano Position)との関係をプロットしたグラフである（いずれも走査レンズ２０の収差の補正ありの場合）。

図７（ａ）及び図７（ｃ）中、斜めに傾いた直線（金属傾斜面を表す点群）より上の点は、適切に測長できなかったことを表している。

図７（ａ）及び図７（ｃ）を対比すると、走査レンズ２０の収差の補正なしの場合（図７（ａ）参照）より走査レンズ２０の収差の補正ありの場合（図７（ｃ）参照）の方が、斜めに傾いた直線（点群）より上の点の数が少ないこと、すなわち、精度良く測定できることが分かる。

図７（ｂ）及び図７（ｄ）中、横軸に対して平行な点線（ノイズレベルを表す）より下の点は、測定値としてではなくノイズとして扱われることを表している。

図７（ｂ）及び図７（ｄ）を対比すると、走査レンズ２０の収差の補正なしの場合（図７（ｂ）参照）より走査レンズ２０の収差の補正ありの場合（図７（ｄ）参照）の方が、横軸に対して平行な点線より下の点の数が少ないこと、すなわち、感度よく測定できることが分かる。

以上説明したように、本実施形態によれば、設計難、コストアップの要因となる特殊レンズではなく一般的な走査レンズ２０（特に、広走査範囲を確保する観点から大口径の走査レンズ）を用いることができ、光偏向装置１６によって偏向される光を対象物ＯＢに対して垂直に照射することができ、かつ、平らな像面（理想像面）上に集光させることができる非接触形状測定装置１０を提供することができる。

これは、焦点距離制御装置２６によって、偏向角検出装置１８によって検出された偏向角θ及び照射距離検出装置２４によって検出された距離Ｄに基づき、走査レンズ２０の収差（像面湾曲）が補正されるように可変焦点レンズ１４の焦点距離が制御（調整）されることによるものである。

次に、変形例について説明する。

図８は、走査レンズ２０の他の配置例の概略図である。

本実施形態では、可変焦点レンズ１４を、その光軸ＡＸ₁₄と光源１２の光軸ＡＸ₁₂とが一致した状態で配置した例（図１参照）について説明したが、これに限らず、例えば、図８に示すように、可変焦点レンズ１４を傾けた状態で配置してもよい。具体的には、光偏向装置１６によって偏向角θ（例えば、０°〜１５°等の走査範囲のうち特定の角度）方向に偏向され、対象物表面Ａ上に集光する光源１２からの光のスポット径が円形又は略円形となるように、可変焦点レンズ１４を傾けた状態で配置するのが望ましい。

図９（ａ）はメリディオナル面のスポット径、図９（ｂ）はサジタル面のスポット径を表している（いずれも可変焦点レンズ１４を傾けない場合）。図９（ｃ）はメリディオナル面のスポット径、図９（ｄ）はサジタル面のスポット径を表している（いずれも可変焦点レンズ１４を傾けた場合）。

図９（ａ）及び図９（ｂ）と図９（ｃ）及び図９（ｄ）とを対比すると、可変焦点レンズ１４を傾けることで、可変焦点レンズ１４を傾けない場合と比べ、対象物表面Ａ上に集光する光源１２からの光のスポット径が円形又は略円形に近づくことが分かる。

以上のように、可変焦点レンズ１４を傾けた状態で配置することで、シリンドリカルレンズを用いることなく、対象物表面Ａ上に集光する光源１２からの光のスポット径を円形又は略円形とすることができる。すなわち、非点収差を抑制することができる。

また、本実施形態では、三角測量法に基づき、対象物表面Ａ上の照射位置と走査レンズ２０との間の距離を検出する構成について例示したが、これに限らず、公知の干渉計を用いて対象物表面Ａ上の照射位置と走査レンズ２０との間の距離を検出してもよい。

干渉計は、マイケルソン型の干渉計であってもよいし、フィゾー型(参照面透過型)の干渉計であってもよい。

図１０は、一般的なマイケルソン型の干渉系を用いて対象物表面Ａ上の照射位置と走査レンズ２０との間の距離を検出する場合の構成例である。

図１０に示すように、光源１２からの光はビームスプリッタ３０で二分され、一方は参照面ミラー３２へ、もう一方は可変焦点レンズ１４を透過し、光偏向装置１６によって偏向され、走査レンズ２０を透過して対象物表面Ａへ導かれる。それぞれから戻った光はビームスプリッタ３０で干渉し、光検出器３４に導かれる。距離計算装置３６は、光検出器３４で検出された干渉信号に基づき、対象物表面Ａ上の照射位置と走査レンズ２０との間の距離を検出（計算）する。

干渉計から距離を得る手段としては、通常のレーザー光源を用いた干渉計の他、白色干渉法、波長掃引干渉法等を用いることもできる。

また、本実施形態では、光源１２からの光を一次元的に偏向するように構成された非接触形状測定装置１０において、走査レンズ２０の収差（像面湾曲）を補正する構成について例示したが、これに限らず、光源１２からの光を例えばＭＥＭＳ等の光偏向装置１６によって二次元的に偏向するように構成された非接触形状測定装置においても同様に走査レンズ２０の収差（像面湾曲）を補正することができる。

以上説明したように、焦点距離制御装置によって、偏向角検出装置によって検出された偏向角及び距離検出装置によって検出された距離に基づき、走査レンズの収差（像面湾曲）が補正されるように可変焦点レンズの焦点距離を制御（調整）することで、設計難、コストアップの要因となる特殊レンズではなく一般的な走査レンズ（特に、広走査範囲を確保する観点から大口径の走査レンズ）を用いることができ、光偏向装置によって偏向される光を対象物に対して垂直に照射することができ、かつ、平らな像面上に集光させることができる非接触形状測定装置を提供するという考え方は、上記実施形態の非接触形状測定装置のみならず、光源からの光が、光偏向装置によって偏向され、走査レンズを透過して平行光又は略平行光に変換された後、対象物表面を照射するように構成されたあらゆる種類の非接触形状測定装置に適用することができる。

以上、本発明の非接触形状測定装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…非接触形状測定装置、１２…光源、１４…可変焦点レンズ、１６…光偏向装置、１８…偏向角検出装置、２０…走査レンズ、２２…結像レンズ、２４…距離検出装置、２６…焦点距離制御装置、２８…記憶装置、３０ビームスプリッタ、３２…参照面ミラー、３４…光検出器、３４…距離計算装置

Claims

可変焦点レンズと、光偏向装置と、走査レンズと、前記可変焦点レンズを透過して前記光偏向装置に入射し、当該光偏向装置によって偏向され、前記走査レンズを透過して平行光又は略平行光に変換された後、対象物表面を照射する光を出射する光源と、を備え、前記対象物の形状を測定するように構成された非接触形状測定装置において、
前記光偏向装置の偏向角を検出する偏向角検出装置と、前記対象物表面上の照射位置と前記走査レンズとの間の距離を検出する距離検出装置と、前記偏向角検出装置によって検出された偏向角及び前記距離検出装置によって検出された距離に基づき、前記走査レンズの収差が補正されるように前記可変焦点レンズの焦点距離を制御する焦点距離制御装置と、を備える非接触形状測定装置。
複数の偏向角及び複数の距離それぞれに対応する焦点位置補正データを格納した記憶装置をさらに備え、
前記焦点距離制御装置は、前記偏向角検出装置によって検出された偏向角及び前記距離検出装置によって検出された距離に対応する焦点位置補正データを前記記憶装置から読み出し、当該読み出した焦点位置補正データに基づき、前記走査レンズの収差が補正されるように前記可変焦点レンズの焦点位置を調整する請求項１に記載の非接触形状測定装置。
前記距離検出装置は、前記対象物表面上からの反射光が入射する光検出器を含み、前記光検出器の検出結果及び三角測量法に基づき、前記対象物表面上の照射位置と前記走査レンズとの間の距離を検出する請求項１又は２に記載の非接触形状測定装置。
前記距離検出装置は、前記光源からの光の一部が入射する参照面と、前記参照面からの反射光及び前記対象物表面からの反射光が干渉した状態で入射する光検出器と、前記光検出器の検出結果に基づき、前記対象物表面上の照射位置と前記走査レンズとの間の距離を検出する距離計算装置と、を備える請求項１又は２に記載の非接触形状測定装置。
前記可変焦点レンズは、前記対象物表面上の照射位置に形成されるスポットが円形又は略円形となるように傾いた状態で配置されている請求項１から４のいずれか１項に記載の非接触形状測定装置。
可変焦点レンズと、光偏向装置と、走査レンズと、前記可変焦点レンズを透過して前記光偏向装置に入射し、当該光偏向装置によって偏向され、前記走査レンズを透過して平行光又は略平行光に変換された後、対象物表面を照射する光を出射する光源と、を備え、前記対象物の形状を測定するように構成された非接触形状測定装置における走査レンズ収差補正方法において、
前記光偏向装置の偏向角を検出する偏向角検出ステップと、
前記対象物表面上の照射位置と前記走査レンズとの間の距離を検出する距離検出ステップと、
前記偏向角検出ステップによって検出された偏向角及び前記距離検出ステップによって検出された距離に基づき、前記走査レンズの収差が補正されるように前記可変焦点レンズの焦点距離を制御する焦点距離制御ステップと、を備える走査レンズ収差補正方法。
前記非接触形状測定装置は、複数の偏向角及び複数の距離それぞれに対応する焦点位置補正データを格納した記憶装置をさらに備え、
前記焦点距離制御ステップは、前記偏向角検出ステップによって検出された偏向角及び前記距離検出ステップによって検出された距離に対応する焦点位置補正データを前記記憶装置から読み出すステップと、当該読み出した焦点位置補正データに基づき、前記走査レンズの収差が補正されるように前記可変焦点レンズの焦点位置を調整するステップと、を含む請求項６に記載の走査レンズ収差補正方法。