JP7205781B2 - 光学計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学計測装置に関する。

従来、共焦点光学系を用いて計測対象物の表面形状などを計測可能な光学計測装置が用いられている。

例えば、下記特許文献１に記載の光学計測装置は、点光源から出射した光を計測対象物に照射して、計測対象物で反射した光を絞り孔（ピンホール）を経由して受光素子で受光する光学計測装置である。この光学計測装置は、点光源から出射した光が計測対象物上に焦点が合ったときに絞り孔の位置に焦点が合うよう構成されており、受光素子で受光する受光量は最大となったときに計測対象物が所定の位置にあることを検知することができる。また、このような共焦点光学系に複数の波長を出力する点光源と、色収差光学系と、分光器を組み合わせることにより計測対象物の光軸上の位置を計測する光学計測装置も知られている。さらに点光源を線光源に置き換え、絞り孔をスリットに置き換えることで計測対象物の光による断面の位置を計測する光学計測装置も知られている。

特開２０１０－２１６８７３号公報

光学計測装置は様々な製造現場で用いられている。例えばある光学部品の製造現場では複数の部材を組み立てた後、光学計測装置で計測して、部材同士が所望の位置関係になっていることを検査している。このような製造現場においては、光学計測装置は計測対象物の位置を高い精度で検出することが求められている。

しかしながら、上記のようなスリットを用いる共焦点方式の光学計測装置においては、計測対象物に焦点の合っていない（合焦していない）波長の光がスリットの開口部に入射する現象（以下、「クロストーク」とも称す。）が発生し、計測精度が悪化してしまう。

そこで、本発明は、計測対象物の位置の計測精度がより高められた光学計測装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る光学計測装置は、複数の波長の光を出力する光源と、前記光源からの前記光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、色収差が生じた前記光を計測対象物に照射する対物レンズと、前記計測対象物に照射された光の反射光の少なくとも一部分を通過させる第１開口が形成され、当該反射光の他の部分を通過させない第１遮光部材と、前記第１開口を通過した光を取得し、当該光のスペクトルを計測するための分散素子及び受光素子と、を備え、前記第１遮光部材において合焦していない波長の光が前記受光素子において受光されることを抑制するように、前記反射光の光路上に減光手段が配置される。

この態様によれば、光路分離素子により光源からの光の光路から分離された反射光の少なくとも一部分を通過させる第１開口が形成され、当該反射光の他の部分を通過させない第１遮光部材において合焦していない波長の光が受光素子において受光されることを抑制するように、反射光の光路上に減光手段が配置される。よって、クロストークをより低減させることができるので、計測対象物の位置の計測精度をより高めることができる。

上記光学計測装置において、前記光源からの前記光の少なくとも一部分を通過させる第２開口が形成され、当該光の他の部分を通過させない第２遮光部材を更に備え、前記第２遮光部材は、前記光源からの前記光の光路上において前記光源と前記光路分離素子との間に配置されてもよい。

この態様によれば、光源からの光の光路上において光源と上記光路分離素子との間に遮光部材を配置するので、光源からの光の強度を適切に且つ容易に調整することができる。

上記光学計測装置において、前記減光手段は、前記反射光の光路上において前記対物レンズと前記分散素子との間に配置されてもよい。

この態様によれば、減光手段を、反射光の光路上において対物レンズと、分散素子との間に配置することができるので、減光手段の配置位置に関する自由度が高まる。

上記光学計測装置において、前記減光手段は、前記反射光の光路上において前記対物レンズと前記第１遮光部材との間に配置されてもよい。

この態様によれば、減光手段を、反射光の光路上において対物レンズと、第１遮光部材との間に配置することができるので、減光手段の配置位置に関する自由度が高まる。

上記光学計測装置において、前記光学系は、前記光源からの前記光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための回折パターンが形成された回折面を有し、前記減光手段は、前記光学系において前記回折面の反対側に位置する面上に配置されてもよい。

この態様によれば、減光手段を、光学系において回折面の反対側に位置する面上に配置するので、減光手段を配置するために、光学計測装置本来の構成を大幅に変更する必要がないので、低コストで計測対象物の位置の計測精度をより高めることができる。

上記光学計測装置において、前記減光手段は、前記第１遮光部材における前記第１開口の形状に対応させるように配置されてもよい。

この態様によれば、第１遮光部材における第１開口の形状のパターンに応じて適切に減光手段を配置することができる。

上記光学計測装置において、前記減光手段は、前記第１遮光部材における前記第１開口の配置位置に対応させるように配置されてもよい。

この態様によれば、第１遮光部材における第１開口の配置位置のパターンに応じて適切に減光手段を配置することができる。

上記光学計測装置において、前記減光手段は、ライン形状又は楕円形状に配置されてもよい。

この態様によれば、減光手段の配置手法に関する自由度が高まる。

上記光学計測装置において、前記光は、白色光であってもよい。

上記光学計測装置において、共焦点光学系を利用して前記計測対象物の変位を計測する共焦点計測装置であってもよい。

上記光学計測装置において、前記第１開口の形状は、長方形状もしくは正方形状を含む多角形状、又は、楕円形状であってもよい。

本開示の一態様に係る光学計測装置は、複数の波長の光を出力する光源と、前記光源からの前記光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、色収差が生じた前記光を計測対象物に照射する対物レンズと、前記計測対象物に照射された光の反射光の少なくとも一部分を通過させる開口が形成され、当該反射光の他の部分を通過させない遮光部材と、前記反射光のうち前記開口を通過した光の光路を、前記光源からの前記光の光路から分離する光路分離素子と、分離された前記光を取得し、当該光のスペクトルを計測するための分散素子及び受光素子と、を備え、前記遮光部材において合焦していない波長の光が前記受光素子において受光されることを抑制するように、前記反射光の光路上に減光手段が配置される。

この態様によれば、計測対象物に照射された光の反射光の少なくとも一部分を通過させる開口が形成され、当該反射光の他の部分を通過させない遮光部材において合焦していない波長の光が受光素子において受光されることを抑制するように、反射光の光路上に減光手段が配置される。よって、クロストークをより低減させることができるので、計測対象物の位置の計測精度をより高めることができる。

上記光学計測装置において、前記開口は、前記光源からの前記光の少なくとも一部分を更に通過させてもよい。

この態様によれば、光源からの光の少なくとも一部分及び計測対象物からの反射光の一部分を通過させない単一の遮光部材を備える。よって、遮光部材を複数備える必要がないので、低コストで計測対象物の位置の計測精度をより高めることができる。

上記光学計測装置において、前記開口の形状は、長方形状もしくは正方形状を含む多角形状、又は、楕円形状であってもよい。

本発明によれば、クロストークをより低減させることで、計測対象物の位置の計測精度がより高められた光学計測装置を提供することができる。

本実施形態に係る共焦点計測装置の一例を示す概要図である。 減光手段を備えていない共焦点計測装置のスリット部材において生じるクロストークの一例を示す概念図である。 計測対象物において焦点が合っている波長の光のプロファイル例を示す図である。 減光手段を備えていない共焦点計測装置の計測対象物において合焦していない波長の光のプロファイル例を示す図である。 減光手段を備えていない共焦点計測装置において生じるクロストークの量の結果例を示す図である。 本実施形態に係る回折レンズにおける減光手段の配置例を示す図である。 本実施形態に係る回折レンズにおける減光手段の配置例を示す図である。 本実施形態に係る共焦点計測装置のスリット部材において生じるクロストークが低減されている状況の一例を示す概念図である。 本実施形態に係る計測対象物において合焦していない波長の光が画素列Ｐ２結像エリアに入光することを低減された場合のプロファイル例を示す図である。 本実施形態に係る共焦点計測装置において生じるクロストークを低減できた場合、及び、クロストークを低減できない場合の受光素子における受光プロファイルの一例を示す図である。 本実施形態に係る共焦点計測装置において生じるクロストークの量の結果例を示す図である。 本実施形態に係る共焦点計測装置の他の一例を示す概要図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

図１は、本発明の実施形態に係る共焦点計測装置の一例を示す概要図である。図１に示すように、本実施形態に係る共焦点計測装置１００（光学計測装置）は、計測対象物２０の位置を計測する装置であり、例示的に、光源１、ハーフミラー３、回折レンズ４（光学系）、スリット部材５（第１遮光部材）、対物レンズ６、スリット部材８（第２遮光部材）、及び分光器３０を備える。

各実施形態に係る共焦点計測装置は、共焦点光学系を含んで構成される。各実施形態に係る共焦点光学系では、例えば、後述する、光源１からの光の少なくとも一部分を通過させる開口８ａ（第２開口）と、分光器３０に光を導出するスリット部材５（第１遮光部材）の開口５ａ（第１開口）と、を共役に配置する。「共役に配置する」とは、光源１から照射された照明光が開口８ａの位置で点光源を構成したとすると、計測対象物２０の表面上で焦点が合った（合焦した）ときに、同時にその反射光も開口５ａで焦点が合うように、開口８ａと開口５ａとが配置されるように設計されることを言う。例えばラインスリット形状の開口８ａを通過した光が計測対象物にライン形状で照射され、計測対象物から反射されたピントの合った波長の光のみを開口５ａで通過させ、分光器３０へと導く。

光源１は、複数の波長の光をスリット部材８に出力する。光源１は、不図示の処理部の指令に基づいて、光の光量を調整してもよい。光源１は、ＬＥＤやレーザダイオードであってもよい。当該光は、白色光であってもよい。光源１からの光が図示しない光学部材（例えば、シリンドリカルレンズやトロイダルレンズ等）により開口８ａよりも大きなサイズで開口８ａに照射される。そして光が開口８ａを通過することで開口８ａと同サイズの線光源が生成される。

スリット部材８は、光源１からの光の少なくとも一部分を通過させる開口８ａが形成され、当該光の他の部分を通過させない遮光部材である。例えば、スリット部材８は、光源１とハーフミラー３（光路分離素子）との間の投光の光路上において、開口８ａを光軸が通過するように配置されて、光源１からの光が通過する。この構成によれば、光源１からの光の光路上において光源１とハーフミラー３との間に遮光部材を配置するので、光源１からの光の強度を適切に且つ容易に調整することができる。スリット部材８のラインスリット形状の延びる方向は、後述のハーフミラー３が反射させた光の方向（例えばＸ方向）に対して垂直となることが望ましい。例えば、スリット部材８はラインスリット形状の延びる方向がＹ方向となるように配置される。

ハーフミラー３は、光源１からの光の一部を透過させて回折レンズ４に向かわせる。また、ハーフミラー３は、計測対象物２０からの反射光の一部をＸ方向に反射させてスリット部材５に向かわせる。例えば、ハーフミラー３は該反射させた光が光軸ＡＸに対して９０度の角度になるように配置される。

回折レンズ４は、光源１からの光に対して光軸ＡＸに沿って色収差を生じさせるための回折パターンが形成された回折面ＤＳを有する。対物レンズ６は、回折レンズ４が色収差を生じさせた光を計測対象物２０に集める。なお、回折レンズ４及び対物レンズ６のレンズ群において、光を平行光に変換する変換レンズ（不図示）を更に備えてもよい。

減光手段は、例えば、クロストークを低減するために減光する手段、又は、クロストークを低減するために光を遮蔽することができる部材（遮光物Ｓ）の少なくとも一方を含む。減光手段は、例えば、対物レンズ６から分光器３０へと向かう光の経路上において、（１）光を吸収させる手段、（２）光を偏向（例えば光の伝播方向を変えること等）させる手段、（３）光を反射させる手段、又は、（４）光を散乱させる手段の少なくとも一つの手段を含んでもよい。例えば、遮光物Ｓは、光を透過しない、又は、光を略透過しない材料を含む部材で構成されてもよい。例えば、遮光物Ｓは、墨やインク等であってもよい。なお、遮光物Ｓの配置手法等については、後述する。また、減光手段は、例えば、所定の形状を有する、共焦点計測装置１００が備える各構成要素を含む。減光手段は、例えば、回折レンズ４であって、回折パターンが形成されている表面の中央部分において回折パターンが除外された特定領域（例えば平面状の領域）を有する回折レンズ４であってもよい。なお、減光手段は、共焦点計測装置１００が回折レンズ４に代えて備える、当該回折レンズ４とは異なる回折レンズであって、特定領域を有する回折レンズであってもよい。また、減光手段は、共焦点計測装置１００が回折レンズ４に加えて更に備える、当該回折レンズ４とは異なる回折レンズであって特定領域を有する回折レンズであってもよい。なお、減光手段は、鏡を備えてもよい。例えば、迷光対策の一つとして、鏡筒内壁を黒色に塗装することによって、偏向した先で光を吸収させてもよい。

スリット部材５は、ハーフミラー３により計測対象物２０からの反射光の光路から分離された光の少なくとも一部分を通過させる開口５ａが形成され、当該反射光の他の部分を通過させない遮光部材である。例えば、計測対象物２０の表面で反射した光は、対物レンズ６、回折レンズ４、ハーフミラー３およびスリット部材５に形成された開口５ａに向けて集光されて、開口５ａを通過した光が分光器３０において受光される。本実施形態では、ハーフミラー３は偏光ビームスプリッタで代替されてもよく、これらにより光路分離素子が構成され、分光器３０により受光部が構成される。

分光器３０は、計測対象物２０からの反射光を取得し、反射光のスペクトルを計測する。分光器３０は、反射光を略平行光に変換する第１レンズ３１と、反射光を分散する回折格子３２（分散素子）と、分散された反射光を集める第２レンズ３３と、分散された反射光を受光する受光素子３４と、受光素子３４による受光信号を読み出す読出回路３５と、を含む。分散素子は、分散するための他の手段を備えてもよい。分散素子は、例えばプリズムであってもよい。読出回路３５は、受光素子３４による受光信号に基づいて、受光した光の波長及び光量を読み出す。読み出された光の波長及び光量は、不図示の処理部によって計測対象物２０の位置に読み替えられる。ここで、本実施形態に係る共焦点計測装置１００においては、受光素子３４として、例えば２次元ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｙ ＭＯＳ：相補型ＭＯＳ）センサを採用し、後述するとおり、スリット部材５としてラインスリットを採用する。つまり、本実施形態に係る共焦点計測装置１００は、２次元計測を前提としている。しかしながら、上記は一例であり、他の計測手法を採用してもよい。

共焦点計測装置１００は、例えば数十ｎｍ（ナノメートル）の分解能で計測対象物２０の位置を計測することができる。計測精度をさらに向上させるためには、例えば、スリット板５の開口５ａのサイズをより小さくして、開口５ａに入射する反射光の波長を制限し、分光器３０によってより鋭いピークが検出されるようにする必要がある。

ここで、例えばピンホールを用いる共焦点方式の光学計測装置においては、受光素子において受光する光は測定対象面における特定の一点の高さ情報を有する光である。つまり、ピンホールを用いる共焦点方式の光学計測装置においては、受光素子において光の点計測を実行する。後述するように、本実施形態に係るスリット部材５を用いる共焦点方式の光学計測装置においては、計測対象面においてライン状に連続した複数点の高さ情報を有した光を受光素子上で受光する。つまり、受光素子における光のライン（二次元）計測を実行するので、受光素子において光の点計測を実行するピンホールを用いる共焦点方式の光学計測装置とは異なり、隣接する計測点からの合焦していないノイズ光を受光素子上で受光することで、クロストークが発生する。以下では、減光手段を備えていない場合の、スリット部材５を用いる共焦点方式の光学計測装置において発生するクロストークの発生状況について説明する。

図２～図５を参照して、減光手段を備えていない従来例に係る共焦点計測装置におけるクロストークの発生状況を説明する。図２は、減光手段を備えていない場合の共焦点計測装置のスリット部材において生じるクロストークの一例を示す概念図である。

図２に示すように、スリット部材５の開口５ａは、例えば、Ｙ方向に長く、かつＺ方向に短い略長方形状を有する。スリット部材５の開口５ａは、長方形状の他、例えば正方形状を含む多角形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。スリット部材５においては、図１に示すハーフミラー３により光源１からの光の光路から分離された反射光が入射する。共焦点計測装置においては、上記したとおり、例えば、光源１からの光の少なくとも一部分を通過させる開口８ａと、分光器３０に光を導出するスリット部材５の開口５ａと、が共役に配置されるので、計測対象物２０の表面上で合焦した波長の光は、開口５ａにおいても合焦する（図２の光領域Ｌ１参照）。しかしながら、計測対象物２０の表面上で合焦していない波長の光は、開口５ａにおいても合焦しない（図２の光領域Ｌ３参照）。なお、実際上、光の波長とスリット部材５におけるスポット面積とは連続的に変化するものであるが、説明を簡便にするため、図２においては、計測対象物２０の表面上で合焦した波長の光と、計測対象物２０の表面上で合焦していない波長の光と、を例示した。

図３は、計測対象物において焦点が合っている波長の光のプロファイル例を示す図である。特に、図３（Ａ）は、スリット部材５の開口５ａを通過する波長の光のプロファイル例を示す図である。図３（Ｂ）は、受光素子３４において受光される波長の光のプロファイル例を示す図である。なお、図３においては、複数の波長の光のうち、波長λ１の光と波長λ２の光とを例示して説明する。図３（Ａ）に示すように、計測対象物２０の表面上で合焦した波長λ１の光及び波長λ２の光は、開口５ａにおいても合焦するので、開口５ａを通過する。そして、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、開口５ａにおいて画素列Ｐ１結像エリアＰ１Ａを通過した波長λ１の光は、受光素子３４においては、画素列Ｐ１において結像する。開口５ａにおいて画素列Ｐ２結像エリアＰ２Ａを通過した波長λ２の光は、受光素子３４においては、画素列Ｐ２において結像する。開口５ａにおいて画素列Ｐ３結像エリアＰ３Ａを通過した波長λ１の光は、受光素子３４においては、画素列Ｐ３において結像する。

図４は、減光手段を備えていない共焦点計測装置の計測対象物において合焦していない波長の光のプロファイル例を示す図である。特に、図４（Ａ）は、スリット部材５における画素列Ｐ２結像エリアＰ２Ａにおいて合焦していない波長λ１の光のプロファイル例を示す図である。さらに図４（Ａ）の下部には計測対象物２０の形状の例が示されている。計測対象物２０に照射された光は「λ２で合焦しているがλ１で合焦していない。」で示された面で反射する。当該反射した光のうち、波長λ２の光は計測対象物の「λ２で合焦しているがλ１で合焦していない。」で示された面で合焦するのでスリット部材５上の画素列Ｐ２結像エリアＰ２Ａに照射される。また当該反射した光のうち、波長λ１の光は計測対象物の「λ２で合焦しているがλ１で合焦していない。」で示された面で合焦していないのでスリット部材５上の「合焦していないλ１」の領域に照射される。
図４（Ｂ）は、スリット部材５上の「合焦していないλ１」の領域に照射された波長λ１の光が開口５ａを通過し受光素子３４において受光される場合のプロファイル例を示す図である。なお、図４においては、波長λ１の光の例を示しているが、これらに限らず、波長λ２以外の波長の光についても、同様なプロファイルとなる。

減光手段を備えていない共焦点計測装置において計測対象物２０の「λ２で合焦しているがλ１で合焦していない。」で示された面で合焦していない波長λ１の光は、スリット部材５において合焦せず、開口５ａにおいて長辺方向に広がって通過する。その結果、図４（Ｂ）に示すように、波長λ１の光は、受光素子３４においては、画素列Ｐ２においても照射されてしまう。さらには画素列Ｐ１、画素列Ｐ３、画素列Ｐ１の左の列や画素列Ｐ３の右の列にも照射されてしまう。

このように、スリット部材５を用いる共焦点方式の光学計測装置においては、計測対象物２０において合焦していない波長の光が開口５ａを通過して受光素子３４で受光されてしまうため、光学計測装置の位置計測精度が悪化してしまう。

図５は、従来例に係る共焦点計測装置において生じるクロストークの量を評価した結果例を示す図である。特に図５は、受光素子３４における受光波形を示すプロファイルの一例である。図５の横軸は図３に示される画素列に対応し、数値は画素列中における画素の順序を表す。すなわち開口５ａのある領域を通過した光の波長分布を意味する。ここで縦軸の受光量は最大値を１となるように正規化して表している。図５に示すように、減光手段を備えていない従来例に係る共焦点計測装置においては、クロストークが発生していることが確認できる。

そこで、本実施形態においては、光を遮蔽する減光手段を適切な位置に配置することで、クロストークをより低減させることができ、計測対象物の位置の計測精度がより高められた光学計測装置を提供する。以下では、図６及び図７を用いて減光手段の配置手法の一例の詳細を説明する。

図６及び図７は、本実施形態に係る回折レンズ４において、入射した光に対して光軸ＡＸに沿って色収差を生じさせるための回折パターンが形成された回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳ上に遮光物Ｓが配置される例を示す図である。なお、回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳは、平面であるのが好ましいが、これに制限されない。この構成によれば、遮光物Ｓを、回折レンズ４において回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳ上に配置するので、遮光物Ｓを配置するために、光学計測装置本来の構成を大幅に変更する必要がないので、低コストで計測対象物２０の位置の計測精度をより高めることができる。

遮光物Ｓは、スリット部材５（第１遮光部材）において合焦していない波長の光が受光素子３４において受光されることを抑制するように配置されればよい。したがって、遮光物Ｓは、必ずしも回折レンズ４に配置される必要はない。例えば、遮光物Ｓは、図１に示す計測対象物２０からの反射光の光路上において対物レンズ６と分光器３０に含まれる回折格子３２との間に配置される。具体的には、遮光物Ｓは、対物レンズ６、第１レンズ３１、又は、回折格子３２上に配置されてもよい。なお、遮光物Ｓは、必ずしも、レンズや部材上に配置される必要はなく、別個の部材として、対物レンズ６と回折格子３２との間に配置されてもよい。この構成によれば、遮光物Ｓを、反射光の光路上において対物レンズ６と、回折格子３２との間に配置することができるので、遮光物Ｓの配置位置に関する自由度が高まる。

また、遮光物Ｓは、スリット部材５における開口５ａの形状に対応させるように配置される。この構成によれば、スリット部材５における開口５ａの形状のパターンに応じて適切に遮光物を配置することができる。さらに、遮光物Ｓは、スリット部材５における開口５ａの配置位置に対応させるように配置される。この構成によれば、スリット部材５における開口５ａの配置位置のパターンに応じて適切に遮光物を配置することができる。

具体的に、図６に示すように、遮光物Ｓは、回折レンズ４の面ＢＳ上にライン形状に配置されてもよい。図７に示すように、遮光物Ｓは、回折レンズ４の面ＢＳ上に楕円形状に配置されてもよい。なお、遮光物Ｓの形状は、これらに限られず、クロストークを低減することができる限り、様々な形状を採用し得る。この構成によれば、遮光物Ｓは、面ＢＳ上にライン形状又は楕円形状に配置することができるので、遮光物Ｓの配置手法に関する自由度が高まる。

なお、遮光物Ｓの配置する範囲は、光の強度や広がり等に応じて適宜設定されてもよい。さらに、遮光物Ｓの厚さは、遮光物Ｓに含まれる材料や部材の内容や各レンズの配置状況に応じて適宜設定されてもよい。

図８～図１１を参照して、本実施形態に係る共焦点計測装置におけるクロストークが低減された状況を説明する。図８は、本実施形態に係る共焦点計測装置のスリット部材５において生じるクロストークが低減されている状況の一例を示す概念図である。図８に示すように、スリット部材５の開口５ａは、例えば、Ｙ方向に長く、かつＺ方向に短い略長方形状を有する。スリット部材５においては、図１に示すハーフミラー３により光源１からの光の光路から分離された反射光が入射する。図１に示す共焦点計測装置１００においては、上記したとおり、例えば、光源１からの光の少なくとも一部分を通過させる開口８ａと、分光器３０に光を導出するスリット部材５の開口５ａと、が共役に配置されるので、計測対象物２０の表面上で合焦した波長の光は、開口５ａにおいても合焦する（図８の光領域Ｌ１参照）。しかしながら、計測対象物２０の表面上で合焦していない波長の光は、開口５ａにおいても合焦しない（図８の光領域Ｌ３参照）。そこで、例えば、図６に示すライン形状の遮蔽物Ｓを配置することで、図８の遮光部分ＳＰが遮光され、反射光をライン形状に遮光することができるので、合焦していない波長の光、特に図２において開口５ａに照射された光領域Ｌ３の光、が開口５ａに進入することを低減させることができる。なお、実際上、光の波長とスリット部材５におけるスポット面積とは連続的に変化するものであるが、説明を簡便にするため、図８においては、計測対象物２０の表面上で合焦した波長の光と、計測対象物２０の表面上で合焦していない波長の光と、を例示した。

図９は、例えば図６に示すライン形状の遮蔽物Ｓを配置することにより、計測対象物において合焦していない波長の光が画素列Ｐ２結像エリアＰ２Ａに入光することを低減された場合のプロファイル例を示す図である。特に、図９（Ａ）は、スリット部材５の開口５ａを通過する波長の光のプロファイル例を示す図である。図９（Ｂ）は、受光素子３４において受光される波長の光のプロファイル例を示す図である。なお、図９においては、複数の波長の光のうち、波長λ１の光と波長λ２の光とを例示して説明する。

ここで、遮光物を備えていない共焦点計測装置の計測対象物２０において合焦していない波長λ１の光のプロファイル例を示す図４と比較すると明らかなように、図９（Ａ）に示す例においては、開口５ａにおいても合焦しない波長λ１の光が、開口５ａの画素列Ｐ２結像エリアＰ２Ａに進入することを適切に防止することができる。そして、図９（Ｂ）に示すように、波長λ１の光が、受光素子３４において、画素列Ｐ２において照射されてしまうことを防止することができる。

図１０は、図１に示す受光素子３４における受光プロファイルの一例を示す図である。特に、図１０（Ａ）は、本実施形態に係る共焦点計測装置において遮光物を配置することでクロストークを低減できた場合の受光素子３４における受光プロファイルの一例を示す図である。図１０（Ｂ）は、クロストークを低減できない場合（従来例の場合）の受光素子３４における受光プロファイルの一例を示す図である。なお、図１０に示す例においては、計測対象物は、例えば段差ワークである。図１０（Ａ）及び（Ｂ）を比較すると明らかなように、図１に示す遮光物Ｓを配置することでクロストークを低減できると、図１０（Ａ）に示す受光波形における波長方向の幅の広がりは、図１０（Ｂ）に示す受光波形における波長方向の幅の広がりよりも狭くなる。つまり、遮光物を配置することでクロストークを低減できると、共焦点計測装置の分解能が向上し、計測精度を向上させることが可能となる。なお、計測対象物は、段差ワークに限られず、平面ミラーワークであっても同様な結果が得られる。

図１１は、本実施形態に係る共焦点計測装置において生じるクロストークの量と、従来例に係る共焦点計測装置において生じるクロストークの量と、の比較例を示す図である。特に図１１は、受光素子３４における受光波形を示すプロファイルの一例であり、図１０に示す破線ＤＬにおける受光波形を示すプロファイルである。図１１に示すように、例えば図６に示す遮光物Ｓをライン形状に配置した実施形態に係る共焦点計測装置においては、遮光物Ｓを配置しない共焦点計測装置に比べて、クロストークが低減していることが確認できる。なお、遮光物Ｓを楕円形状に配置した場合であっても同様な良好な結果を得ることができる。

以上のとおり本実施形態によれば、ハーフミラー３により光源１からの光の光路から分離された反射光の少なくとも一部分を通過させる開口５ａが形成され、当該反射光の他の部分を通過させないスリット部材５において合焦していない波長の光が開口５ａへ入光することを抑制するように、反射光の光路上に減光手段が配置される。よって、クロストークをより低減させることができるので、計測対象物２０の位置の計測精度をより高めることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更／改良（例えば、各実施形態を組み合わせること、各実施形態の一部の構成を省略すること）され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

図１２は、本実施形態に係る共焦点計測装置の他の一例を示す概要図である。図１２に示す共焦点計測装置１００においては、図１に示す共焦点計測装置１００のスリット部材８に代替して、例えば、光源１からの光を通過するシリンドリカルレンズ２を備える。また、図１２に示す共焦点計測装置１００においては、図１に示す共焦点計測装置１００のミラーレンズ３と回折レンズ４との間にスリット部材７を更に備える。スリット部材７は、計測対象物２０に照射された光の反射光の少なくとも一部分を通過させる開口７ａが形成され、当該反射光の他の部分を通過させない遮光部材である。また、スリット部材７における当該開口７ａは、光源１からの光の少なくとも一部分を更に通過させる。

この構成によれば、計測対象物２０に照射された光の反射光の少なくとも一部分を通過させる開口７ａが形成され、当該反射光の他の部分を通過させないスリット部材７において合焦していない波長の光が開口７ａへ入光することを抑制するように、反射光の光路上に減光手段が配置される。よって、クロストークをより低減させることができるので、計測対象物２０の位置の計測精度をより高めることができる。

また、開口７ａは、光源１からの光の少なくとも一部分を更に通過させる。この構成によれば、光源１からの光の少なくとも一部分及び計測対象物２０からの反射光の一部分を通過させない単一の遮光部材を備える。よって、遮光部材を複数備える必要がないので、低コストで計測対象物２０の位置の計測精度をより高めることができる。なお、開口７ａの形状は、図１に示すスリット部材５の開口５ａの形状と同様に、例えば、Ｙ方向に長く、かつＸ方向に短い略長方形状を有する。ただし、スリット部材７は図１に示すスリット部材８と同様に光軸ＡＸに垂直に配置される。また、開口７ａの形状は、長方形状の他、例えば正方形状を含む多角形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。

上記各実施形態においては、光学計測装置の一例として図１及び図１２に示す共焦点計測装置１００を例示したが、これに限られず、光学計測装置は、例えば、干渉計等の他の計測装置を含んでもよい。

本実施形態の一部又は全部は、以下の附記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

［附記１］
複数の波長の光を出力する光源（１）と、
前記光源（１）からの前記光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、
色収差が生じた前記光を計測対象物（２０）に照射する対物レンズ（６）と、
前記計測対象物（２０）に照射された光の反射光の光路を、前記光源（１）からの前記光の光路から分離する光路分離素子と、
前記光路分離素子により前記光源（１）からの前記光の光路から分離された前記反射光の少なくとも一部分を通過させる第１開口（５ａ）が形成され、当該反射光の他の部分を通過させない第１遮光部材と、
前記第１開口（５ａ）を通過した光を取得し、当該光のスペクトルを計測するための分散素子及び受光素子（３４）と、を備え、
前記第１遮光部材において合焦していない波長の光が前記受光素子（３４）において受光されることを抑制するように、前記反射光の光路上に減光手段が配置される、
光学計測装置（１００）。

［附記２］
複数の波長の光を出力する光源（１）と、
前記光源（１）からの前記光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、
色収差が生じた前記光を計測対象物に照射する対物レンズ（６）と、
前記計測対象物（２０）に照射された光の反射光の少なくとも一部分を通過させる開口（７ａ）が形成され、当該反射光の他の部分を通過させない遮光部材と、
前記反射光のうち前記開口（７ａ）を通過した光の光路を、前記光源（１）からの前記光の光路から分離する光路分離素子と、
分離された前記光を取得し、当該光のスペクトルを計測するための分散素子及び受光素子（３４）と、を備え、
前記遮光部材において合焦していない波長の光が前記受光素子（３４）において受光されることを抑制するように、前記反射光の光路上に減光手段が配置される、
光学計測装置（１００）。

１…光源、４…回折レンズ、５、７、８…スリット部材、５ａ、７ａ、８ａ…開口、６…対物レンズ、２０…計測対象物、３０…分光器、３１…第１レンズ、３２…回折格子、３３…第２レンズ、３４…受光素子、３５…読出回路、１００…共焦点計測装置、Ｓ…遮光物

Claims (14)

1. 複数の波長の光を出力する光源と、
   前記光源からの前記光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、
   色収差が生じた前記光を計測対象物に照射する対物レンズと、
   前記計測対象物に照射された光の反射光の少なくとも一部分を通過させる第１開口が形成され、当該反射光の他の部分を通過させない第１遮光部材と、
   前記第１開口を通過した光を取得し、当該光のスペクトルを計測するための分散素子及び受光素子と、を備え、
   前記第１遮光部材において合焦していない波長の光が前記受光素子において受光されることを抑制するように、前記反射光の光路上に減光手段が配置され、
   前記第１開口は、前記第１開口を通過した光が前記受光素子の計測対象面においてライン状に連続した複数点の高さ情報を有する光として受光されるような形状を有する、
   光学計測装置。
2. 前記光源からの前記光の少なくとも一部分を通過させる第２開口が形成され、当該光の他の部分を通過させない第２遮光部材を更に備え、
   前記第２遮光部材は、前記光源からの前記光の光路上において前記光源と前記光路分離素子との間に配置される、
   請求項１に記載の光学計測装置。
3. 前記減光手段は、前記反射光の光路上において前記対物レンズと前記分散素子との間に配置される、
   請求項１又は２に記載の光学計測装置。
4. 前記減光手段は、前記反射光の光路上において前記対物レンズと前記第１遮光部材との間に配置される、
   請求項３に記載の光学計測装置。
5. 前記光学系は、前記光源からの前記光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための回折パターンが形成された回折面を有し、
   前記減光手段は、前記光学系において前記回折面の反対側に位置する面上に配置される、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学計測装置。
6. 前記減光手段は、前記第１遮光部材における前記第１開口の形状に対応させるように配置される、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光学計測装置。
7. 前記減光手段は、前記第１遮光部材における前記第１開口の配置位置に対応させるように配置される、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学計測装置。
8. 前記減光手段は、ライン形状又は楕円形状に配置される、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学計測装置。
9. 前記光は、白色光である、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光学計測装置。
10. 共焦点光学系を利用して前記計測対象物の変位を計測する共焦点計測装置である、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光学計測装置。
11. 前記第１開口の形状は、長方形状もしくは正方形状を含む多角形状、又は、楕円形状である、
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光学計測装置。
12. 複数の波長の光を出力する光源と、
    前記光源からの前記光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、
    色収差が生じた前記光を計測対象物に照射する対物レンズと、
    前記計測対象物に照射された光の反射光の少なくとも一部分を通過させる開口が形成され、当該反射光の他の部分を通過させない遮光部材と、
    前記反射光のうち前記開口を通過した光の光路を、前記光源からの前記光の光路から分離する光路分離素子と、
    分離された前記光を取得し、当該光のスペクトルを計測するための分散素子及び受光素子と、を備え、
    前記遮光部材において合焦していない波長の光が前記受光素子において受光されることを抑制するように、前記反射光の光路上に減光手段が配置され、
    前記第１開口は、前記第１開口を通過した光が前記受光素子の計測対象面においてライン状に連続した複数点の高さ情報を有する光として受光されるような形状を有する、
    光学計測装置。
13. 前記開口は、前記光源からの前記光の少なくとも一部分を更に通過させる、
    請求項１２に記載の光学計測装置。
14. 前記開口の形状は、長方形状もしくは正方形状を含む多角形状、又は、楕円形状である、
    請求項１２又は請求項１３に記載の光学計測装置。

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