JPH06137826A - 形状検出方法およびその装置 - Google Patents
形状検出方法およびその装置Info
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- JPH06137826A JPH06137826A JP4289153A JP28915392A JPH06137826A JP H06137826 A JPH06137826 A JP H06137826A JP 4289153 A JP4289153 A JP 4289153A JP 28915392 A JP28915392 A JP 28915392A JP H06137826 A JPH06137826 A JP H06137826A
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
Abstract
(57)【要約】
【目的】２次反射の影響を受けず、且つ高分解能で高精
度な形状検出を可能とする。 【構成】異なるパターンで変調された複数の光ビームを
被検出物体Ｃの同一点に略同一方向から投射する。各々
の投射ビームの被検出物体Ｃによる反射光を位置検出器
１に結像させる。位置検出器１の出力から各投射ビーム
の反射光の強度比を求め、２次反射による位置検出器の
出力成分を相殺して、２次反射の影響を除去する。ま
た、光ビームにパターンを持たせることにより、投射ス
ポット内の位置を求めることを可能とし、高分解能で被
検出物体の形状を検出することを可能とする。さらに、
高分解能での被検出物体の形状の検出及び２次反射の影
響の除去により、高精度の形状検出を可能とする。
度な形状検出を可能とする。 【構成】異なるパターンで変調された複数の光ビームを
被検出物体Ｃの同一点に略同一方向から投射する。各々
の投射ビームの被検出物体Ｃによる反射光を位置検出器
１に結像させる。位置検出器１の出力から各投射ビーム
の反射光の強度比を求め、２次反射による位置検出器の
出力成分を相殺して、２次反射の影響を除去する。ま
た、光ビームにパターンを持たせることにより、投射ス
ポット内の位置を求めることを可能とし、高分解能で被
検出物体の形状を検出することを可能とする。さらに、
高分解能での被検出物体の形状の検出及び２次反射の影
響の除去により、高精度の形状検出を可能とする。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、物体表面の凹凸形状や
高さ変位を検出する形状検出方法およびその装置に関す
るものである。
高さ変位を検出する形状検出方法およびその装置に関す
るものである。
【従来の技術】従来の形状検出装置としては、図２０に
示すように、光ビームを投射する投射装置（プロジェク
タ）Ａと、被検出物体Ｃを撮像する装置（ＣＣＤカメ
ラ）Ｂとを同一平面（ＸＺ平面の場合で以下の説明を行
う）内に設置し、撮像装置Ｂの光軸をＺ軸と一致させ、
Ｘ軸とＺ軸との交点Ｏに投射装置Ａの光軸を向けて設置
する。ここで、Ｏ点と撮像装置Ｂとの距離をＬ1 、撮像
装置Ｂの光軸と投射装置Ａの光ビームの投射点との距離
をＬ2 、Ｘ軸と投射装置Ａの光ビームの投射点との距離
をＬ3 としてある。投射装置Ａからは輝度分布を正弦波
状である格子縞パターンを斜め方向から投射すると、図
２１（ａ），（ｂ）に示すように被検出物体Ｃの高さ
（Ｚ軸方向の変位）に応じた位相変調を受ける。位相の
変位は図２１（ｃ）のｄΦで示す。そこで、被検出物体
Ｃを撮像装置Ｂで撮像し、任意の点における位相変調分
を測定し、その任意の点の高さを求める。しかし、被検
出物体Ｃには通常反射率のむらがあるため、位相変調の
他に反射率に依存した振幅変調も受ける。そこで、上記
形状検出装置では１／４ピッチずらしたスリット光を被
検知物体Ｃに投射し、夫々の画像を撮像装置Ｂで撮像
し、輝度分布の時間的変動を捕らえることにより、振幅
変調分とは無関係に位相変調分のみを求める。なお、任
意の点ｘにおける変位量ｚは、 Ｌ2 ＝（Ｌ1 −ｚ）tan β＋（Ｌ3 −ｚ）tan α tan β＝Ｘ／（Ｌ1 −ｚ） の関係から、 ｚ＝Ｌ3 −Ｌ2 ／tan α＋ｘ／tan α …（１） として求まる。また、任意の点ｘは正弦波状のスリット
光の位相Φから一義的に求まる。図２２は他の形状検出
装置の構成を示し、図示するように構成は図２０のもの
とほぼ同じであり、形状検出方法も図２０とほぼ同じで
あるが、この形状検出装置の場合、Ｘ軸方向において輝
度が連続的に減少する（あるいは増加する）光を被検出
物体Ｃに投射して形状を検出する点が異なる。そして、
投射装置Ａと撮像装置Ｂとの位置は固定的なものである
ので、基準面（高さ変位のない平面）を撮像した場合の
各点における輝度は予め決まっている。従って、特定輝
度の点が変位することにより、被検出物体Ｃの高さ変
位、つまりは被検出物体Ｃの形状を検出できる。さない
他の形状検出装置を図２３に示す。この形状検出装置は
特開平１−５６５０号公報で提案されたもので、被検出
物体Ｃに投射ビームを投射する投射装置Ａと、上記投射
ビームの被検出物体Ｃによる反射光を受光する受光装置
Ｂとを一定距離だけ離して配置し、上記受光装置Ｂに被
検出物体Ｃまでの距離に対応する反射光の入射角変化を
受光スポットの位置変化として検出する位置検出器１を
設け、この位置検出器１の出力に基づいて三角測量方式
で被検出物体Ｃの形状を検出するものである。上記投射
装置Ａは、レーザ光源１０と、レーザ光源１０から出力
される投射ビームのビーム径を広げるビームエキスパン
ダ１１と、光路調整用ミラー１２ａ，１２ｂと、偏向手
段を構成するビーム走査用の振動ミラー１３と、投光用
の収束レンズ１４ａとで構成してある。また、受光装置
Ｂは、受光用の収束レンズ１４ｂと、振動ミラー１３に
同期して駆動され受光スポットをビーム走査に関係なく
位置検出器１上に結像させる偏向手段を構成する振動ミ
ラー１５とで構成してある。この形状検出装置では、基
準面において高さ変位がない場合に位置検出器１の所定
位置に受光スポットが結像されるように設定しておき、
被検出物体Ｃがある場合における投射ビームの投射位置
の高さ変位に応じて変化する受光スポットの結像位置の
変位から被検出物体Ｃの一点の高さ変位を求め、投射ビ
ームを走査することで被検出物体Ｃの外面形状を検出す
る。
示すように、光ビームを投射する投射装置（プロジェク
タ）Ａと、被検出物体Ｃを撮像する装置（ＣＣＤカメ
ラ）Ｂとを同一平面（ＸＺ平面の場合で以下の説明を行
う）内に設置し、撮像装置Ｂの光軸をＺ軸と一致させ、
Ｘ軸とＺ軸との交点Ｏに投射装置Ａの光軸を向けて設置
する。ここで、Ｏ点と撮像装置Ｂとの距離をＬ1 、撮像
装置Ｂの光軸と投射装置Ａの光ビームの投射点との距離
をＬ2 、Ｘ軸と投射装置Ａの光ビームの投射点との距離
をＬ3 としてある。投射装置Ａからは輝度分布を正弦波
状である格子縞パターンを斜め方向から投射すると、図
２１（ａ），（ｂ）に示すように被検出物体Ｃの高さ
（Ｚ軸方向の変位）に応じた位相変調を受ける。位相の
変位は図２１（ｃ）のｄΦで示す。そこで、被検出物体
Ｃを撮像装置Ｂで撮像し、任意の点における位相変調分
を測定し、その任意の点の高さを求める。しかし、被検
出物体Ｃには通常反射率のむらがあるため、位相変調の
他に反射率に依存した振幅変調も受ける。そこで、上記
形状検出装置では１／４ピッチずらしたスリット光を被
検知物体Ｃに投射し、夫々の画像を撮像装置Ｂで撮像
し、輝度分布の時間的変動を捕らえることにより、振幅
変調分とは無関係に位相変調分のみを求める。なお、任
意の点ｘにおける変位量ｚは、 Ｌ2 ＝（Ｌ1 −ｚ）tan β＋（Ｌ3 −ｚ）tan α tan β＝Ｘ／（Ｌ1 −ｚ） の関係から、 ｚ＝Ｌ3 −Ｌ2 ／tan α＋ｘ／tan α …（１） として求まる。また、任意の点ｘは正弦波状のスリット
光の位相Φから一義的に求まる。図２２は他の形状検出
装置の構成を示し、図示するように構成は図２０のもの
とほぼ同じであり、形状検出方法も図２０とほぼ同じで
あるが、この形状検出装置の場合、Ｘ軸方向において輝
度が連続的に減少する（あるいは増加する）光を被検出
物体Ｃに投射して形状を検出する点が異なる。そして、
投射装置Ａと撮像装置Ｂとの位置は固定的なものである
ので、基準面（高さ変位のない平面）を撮像した場合の
各点における輝度は予め決まっている。従って、特定輝
度の点が変位することにより、被検出物体Ｃの高さ変
位、つまりは被検出物体Ｃの形状を検出できる。さない
他の形状検出装置を図２３に示す。この形状検出装置は
特開平１−５６５０号公報で提案されたもので、被検出
物体Ｃに投射ビームを投射する投射装置Ａと、上記投射
ビームの被検出物体Ｃによる反射光を受光する受光装置
Ｂとを一定距離だけ離して配置し、上記受光装置Ｂに被
検出物体Ｃまでの距離に対応する反射光の入射角変化を
受光スポットの位置変化として検出する位置検出器１を
設け、この位置検出器１の出力に基づいて三角測量方式
で被検出物体Ｃの形状を検出するものである。上記投射
装置Ａは、レーザ光源１０と、レーザ光源１０から出力
される投射ビームのビーム径を広げるビームエキスパン
ダ１１と、光路調整用ミラー１２ａ，１２ｂと、偏向手
段を構成するビーム走査用の振動ミラー１３と、投光用
の収束レンズ１４ａとで構成してある。また、受光装置
Ｂは、受光用の収束レンズ１４ｂと、振動ミラー１３に
同期して駆動され受光スポットをビーム走査に関係なく
位置検出器１上に結像させる偏向手段を構成する振動ミ
ラー１５とで構成してある。この形状検出装置では、基
準面において高さ変位がない場合に位置検出器１の所定
位置に受光スポットが結像されるように設定しておき、
被検出物体Ｃがある場合における投射ビームの投射位置
の高さ変位に応じて変化する受光スポットの結像位置の
変位から被検出物体Ｃの一点の高さ変位を求め、投射ビ
ームを走査することで被検出物体Ｃの外面形状を検出す
る。
【発明が解決しようとする課題】ところで、図２０及び
図２２の形状検出装置の場合、面状に光を投射するた
め、隣接する場所の２次反射光の影響を受け、正確な反
射光量を捕らえることができず、このため計測精度が落
ちるという欠点がある。また、図２３の形状検出装置で
は、投射ビームが１つのために位置検出器１上での結像
ビームの移動量がそのまま高さ変位となり、投射ビーム
の径により検出精度が左右され、高分解能化は困難であ
るという欠点がある。そこで、結像ビームの形状から補
間処理を行い、高分解能化を図るものがあるが、この場
合には被検出物体Ｃの表面反射率により結像ビームの微
小部分の光量が変化し、精度の高い検出が困難であっ
た。本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、そ
の目的とするところは、２次反射の影響を受けず、且つ
高分解能で高精度に被検出物体の形状を検出できる形状
検出方法およびその装置を提供することにある。
図２２の形状検出装置の場合、面状に光を投射するた
め、隣接する場所の２次反射光の影響を受け、正確な反
射光量を捕らえることができず、このため計測精度が落
ちるという欠点がある。また、図２３の形状検出装置で
は、投射ビームが１つのために位置検出器１上での結像
ビームの移動量がそのまま高さ変位となり、投射ビーム
の径により検出精度が左右され、高分解能化は困難であ
るという欠点がある。そこで、結像ビームの形状から補
間処理を行い、高分解能化を図るものがあるが、この場
合には被検出物体Ｃの表面反射率により結像ビームの微
小部分の光量が変化し、精度の高い検出が困難であっ
た。本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、そ
の目的とするところは、２次反射の影響を受けず、且つ
高分解能で高精度に被検出物体の形状を検出できる形状
検出方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、光ビームを被検出物体に投射し、その
反射光を投射方向とは異なる方向から観測して物体の立
体形状を検出する形状検出方法において、複数の異なる
パターンの光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向
から投射し、各々の投射ビームの被検出物体による反射
光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の出力から
各投射ビームの反射光の強度比を求め、基準面に対する
強度比との変化分から投射スポット内に位置を求め、こ
の位置と反射光の位置検出器への入射角度から基準面に
対する高さ変位を求めている。
達成するために、光ビームを被検出物体に投射し、その
反射光を投射方向とは異なる方向から観測して物体の立
体形状を検出する形状検出方法において、複数の異なる
パターンの光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向
から投射し、各々の投射ビームの被検出物体による反射
光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の出力から
各投射ビームの反射光の強度比を求め、基準面に対する
強度比との変化分から投射スポット内に位置を求め、こ
の位置と反射光の位置検出器への入射角度から基準面に
対する高さ変位を求めている。
【作用】本発明は、異なるパターンで変調された複数の
光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向から投射
し、各々の投射ビームの被検出物体による反射光を位置
検出器に結像させ、その位置検出器の出力から各投射ビ
ームの反射光の強度比を求めることにより、２次反射に
よる位置検出器の出力成分を相殺して、２次反射の影響
を除去することを可能とする。また、光ビームにパター
ンを持たせることにより、投射スポット内の位置を求め
ることを可能とし、高分解能で被検出物体の形状を検出
することを可能とする。さらに、高分解能での被検出物
体の形状の検出及び２次反射の影響の除去により、高精
度の形状検出を可能とする。
光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向から投射
し、各々の投射ビームの被検出物体による反射光を位置
検出器に結像させ、その位置検出器の出力から各投射ビ
ームの反射光の強度比を求めることにより、２次反射に
よる位置検出器の出力成分を相殺して、２次反射の影響
を除去することを可能とする。また、光ビームにパター
ンを持たせることにより、投射スポット内の位置を求め
ることを可能とし、高分解能で被検出物体の形状を検出
することを可能とする。さらに、高分解能での被検出物
体の形状の検出及び２次反射の影響の除去により、高精
度の形状検出を可能とする。
（実施例１）図１乃至図３に基づいて本発明の一実施例
を説明する。本実施例の構成は、被検出物体Ｃに投射ビ
ームを投射する投射装置（図示せず）と、上記投射ビー
ムの被検出物体Ｃによる反射光を受光する受光装置Ｂと
を一定距離だけ離して配置してある。投射装置は、異な
るパターンの複数の投射ビームを被検出物体Ｃの一点に
略同一方向から投射する。なお、夫々の投射ビームが個
別に被検出物体Ｃの一点に略同一方向から投射される。
本実施例の場合には、投射ビームの投光スポットの径が
ｘ1 〜ｘ2 であるとすると、このｘ1 〜ｘ2 の範囲に重
ねて複数の投射ビームを投射する。一方の投射ビームの
パターンは、図２（ａ）のイに示すように、ｘ 1 側の投
光強度が強く、ｘ2 側で直線的に投光強度が減少してお
り、他方の投射ビームはイと全く対称的に、ｘ2 側の投
光強度が強く、ｘ1 側で直線的に投光強度が減少してい
る。受光装置Ｂには被検出物体Ｃからの反射ビームが受
光レンズ２を通して結像される位置検出器１を備えてい
る。この位置検出器１としては、基準面からの高さ変位
に応じて結像スポットが変位する方向に沿って結像スポ
ットの径より小さい複数の受光素子を配列し、夫々の受
光素子で結像ビームの光量を検出できるものを用いてあ
る。そして、上記位置検出器１の出力から投射ビームの
投射スポットの位置を求める演算処理を行う演算処理部
３と、演算結果に基づく被検出物体Ｃの形状をモニタ５
に映し出すための信号処理を行う画像処理部４とを備え
ている。上記演算処理部３での投光スポットの位置の検
出は、反射ビームの反射角度の変位から三角測量方式に
より求める。次に、演算処理部３では、投光スポット
（ｘ1 〜ｘ2 ）の内部の任意の点における高さ変位を求
める。ここで、投光スポットの内部の任意の点は、投光
ビームの光強度から求める。つまり、ビームの行路長に
対して被検出物体Ｃの高さ変位が十分に小さい場合に
は、投光ビームの光強度は投光スポットの内部の任意の
点を一義的に示すので、投光ビームの光強度から投光ス
ポットの内部の任意の点が求める。但し、この場合に一
方の投射ビームだけで投光スポットの内部の任意の点の
位置を求めると、２次反射などの影響を受けるため、演
算処理部３では２つの投射ビームによる位置検出器１の
各受光素子の出力の比から投光スポットの内部の任意の
点の位置を求める。基準面で投射ビームが反射された場
合の位置検出器１における受光強度を図２（ｂ）に示
し、その比を図２（ｃ）に示す。例えば、受光ンズ２の
光軸が基準面に交わる点をｑとすると、基準面のｑ点に
おける反射ビームの位置検出器１の出力Ｉｃ，Ｉｄの比
（Ｉｃ／Ｉｄ）は予め分かっている。基準面からの高さ
変位があると、受光レンズ２の光軸位置に配置された位
置検出器１の受光素子には、本来はｘ点に照射される光
強度の光が受光される。この光強度からｘ点であること
を求め、そのｐ点とｘ点との位置変位と、基準面に対す
る受光レンズ２の光軸の角度から高さ変位が求まる。な
お、上述の場合には簡単のために受光レンズ２の光軸位
置に配置された位置検出器１の受光素子を例として説明
したが、他の受光素子と受光レンズ２の中心を結ぶ線が
基準面に交わる点は予め分かるので、同一の方法で各受
光素子毎に異なる点での高さ変位を求めることができ
る。上記動作をもとめたフローチャートを図３に示す。 （実施例２）図４に他の実施例を示す。上述の実施例の
場合には投射ビームを個別に投射する必要があったが、
本実施例では同時に投射できるようにしたものである。
投射装置からは夫々波長が異なる２つの光ビームを投射
し、受光装置Ｂに２つの位置検出器１ａ，１ｂを設け、
受光レンズ２を介する反射ビームを波長に応じてビーム
スプラッタ６で分離して、各位置検出器１ａ，１ｂに夫
々結像させる。なお、投射ビームが実施例１の場合と同
様に強度変調をかけてある。本実施例は動作的には実施
例１と同様にして被検出物体Ｃの形状を求める。なお、
２次反射の影響を除去するだけであれば、波長が異なる
光ビームを同時に投射し、各々の投射ビームの被検出物
体による反射光を、各々の波長の光ビームのみを検出可
能な複数の位置検出素子に結像させるようにすればよ
い。 （実施例３）図５にさらに他の実施例を示す。本実施例
も光ビームを同時に投射するもので、本実施例の場合に
は投射ビームの偏光モードを異ならせ、反射ビームを偏
光ビームスプラッタ６’を介して各位置検出器１ａ，１
ｂに結像させる点に特徴がある。 （実施例４）図６はレーザビームのようにガウス分布を
有するビームを投射ビームとして用い、この投射ビーム
強度が図７（ａ）に示すようにＩ0 である場合には、互
いのビームをＩ0 ／ｅ2 だけ離して被検出物体Ｃに投射
する。この場合には、各ブームが重なる部分ｘ1 〜ｘ2
の範囲で、実施例１で説明した方法を用いて、高さ変位
を求める。従って、この場合にも、２次反射の影響を受
けず、且つ高分解能及び高精度で被検出物体Ｃの形状を
検出できる。なお、ビームは実施例２あるいは実施例３
で説明したように波長あるいは偏光モードを異ならせて
同時投射するようにしてもよい。 （実施例５）図８はさらに他の実施例であり、本実施例
では位置検出器１を結像スポットの幅を予め設定された
分割数で割った幅に形成してある点に特徴がある。つま
り、実施例１で説明した受光素子の代わりに、例えばＰ
ＳＤを分割したもの（以下、位置検出素子１１と呼ぶ）
を用い、実施例１の受光素子と同様に機能させるように
したものである。上記位置検出素子１１を高さ変位によ
り結像ビームが移動する幅に対応させて複数設けておけ
ば、実施例１の場合と同様にして被検出物体Ｃの形状を
検出することができる。 （実施例６）図９に示すように受光レンズ２の光軸上に
実施例５における位置検出素子１１を１個設定し、投射
ビームを偏向装置７を用いて所定幅だけ走査し、受光レ
ンズ２の光軸上の高さ変位だけを求めるようにしたもの
である。ここで、位置検出素子１１は要求分解能の領域
を持つ大きさで、位置は固定されている。なお、投射ビ
ームは受光レンズ２の光軸と投射ビームの光軸とを含む
平面内で走査する。この場合にも投光ビームとしては、
光強度を変調した２つのビームを照射し、強度比が予め
設定してある強度比と合致したところで、高さ変位を求
めるようにすれば、投射スポットにビーム径よりも小さ
いポイントでの高さ変位の検出が行える。図１０は受光
レンズ２と位置検出素子１１との間に偏向装置７’を設
け、受光装置Ｂ側で投射ビームの強度比が特定の強度比
となる投射スポット内の位置の高さ変位を求めるように
したものである。なお、偏光装置７’は駆動装置８を用
いて偏光角を変えるようにしてある。図１１は振動装置
９は偏向装置７’の代わりに振動装置９を用い、投射ビ
ームの強度比が特定の強度比となる振動位置から投射ス
ポット内の位置の高さ変位を求める。つまり、振動位置
と高さ変位との関係は予め分かっているからである。な
お、振動装置９は受光レンズ２の光軸と投射ビームの光
軸とを含む平面内で振動させることは言うまでもない。
図１２は、位置検出素子１１として図９の場合よりも幅
広のものを用い、投射ビームを走査した場合に、位置検
出素子１１の幅に応じた所定範囲内の高さ変位も求める
ことができるようにしたものである。なお、図１３に示
すように、投射ビームを走査する代わりに、被検出物体
Ｃを移動させるようにしてもよい。 （実施例７）図１４は図８の複数の位置検出素子１１で
位置検出器２を構成したものにおいて、投射ビームを走
査するようにしたものである。ここで、夫々の位置検出
素子１１は投光ビームの角走査位置に対応して配置して
いるため、被検出物体Ｃ上の角点での反射ビームが被検
出物体Ｃ上のどの点を走査しているかを特定でき、さら
に受光強度比を求めることにより、その点での照射面内
の光ビーム位置を特定でき、広範囲にわたり高精度な形
状検出が可能となる。なお、偏向角度は偏向角度検出回
路１２で検出し、演算処理部３に与えている。図１５
は、投射ビームを被検出物体Ｃ上で走査し、且つ走査ピ
ッチに対応した結像位置とあなるように偏向装置７’を
設定するようにしてある。偏向装置７’は投光側の偏向
装置７と同期して駆動装置８で駆動し、投射ビームが被
検出物体Ｃ上のどの位置にあっても、常に同一の位置検
出素子１１上に反射ビームを結像させている。この場
合、投光側の偏向装置７の偏向角度を記憶させておけ
ば、図１４の場合と同様に、投射ビームの走査位置が求
められる。図１６は図１５の偏向装置７’に代えて振動
装置９を用いたものであり、振動装置９は偏向装置７に
同期させて振動させ、投射ビームが被検出物体Ｃ上のど
の位置にあっても、常に同一の位置検出素子１１上に反
射ビームを結像させるようにしてある。 （実施例８）図１７は、投射ビームを投射ビームの受光
レンズ２の光軸とで形成される平面内で一定距離だけ離
して走査し、その投射ビームの反射光を同一の位置検出
器２上に結像させたものである。本実施例の場合、パタ
ーンのことなる複数のビームを被検出物体Ｃに投射し、
例えば走査方向に対してビーム１個分先行して走査させ
る。仮にビーム（イ）を先行走査させた場合、位置器２
上ではビーム（ロ）に対してビーム（イ）はビーム１個
分先の点を検出していることになる。ビーム（イ）のあ
る点における受光強度を受講強度測定部１４で測定して
受光強度記憶部１５に記憶させて、ビーム（ロ）が同一
の点に来たとき、演算処理部３で受光強度比を求める。
本実施例の場合、被検出物体Ｃの測定対称面が基準面よ
りも低くなれば、角ビームは位置検出器２上で、常に１
スポットだけ先行した位置に結像され、互いに干渉する
ことはない。従って、同一の特性を有するビームを投射
しても問題ないという利点がある。なお、スポットの１
個以上先行させるようにしてもよい。 （実施例９）図１８は上記実施例の考えをさらに進め、
ビーム（イ）とビーム（ロ）とを異なる走査ラインで走
査させ、先行する走査ラインと同一の走査ラインの同一
点に後続のビームが走査されたときに、上記実施例８と
同様に受光強度比を求めるものである。 （実施例１０）図１９は投光装置Ａ側の構成を示すもの
で、実施例１で説明した光ビームを夫々投射する光源１
１ａ，１１ｂを設け、夫々の光源１１ａ，１１ｂをハー
フミラー１０を通して被検出物体Ｃに投射するようにし
てある。
を説明する。本実施例の構成は、被検出物体Ｃに投射ビ
ームを投射する投射装置（図示せず）と、上記投射ビー
ムの被検出物体Ｃによる反射光を受光する受光装置Ｂと
を一定距離だけ離して配置してある。投射装置は、異な
るパターンの複数の投射ビームを被検出物体Ｃの一点に
略同一方向から投射する。なお、夫々の投射ビームが個
別に被検出物体Ｃの一点に略同一方向から投射される。
本実施例の場合には、投射ビームの投光スポットの径が
ｘ1 〜ｘ2 であるとすると、このｘ1 〜ｘ2 の範囲に重
ねて複数の投射ビームを投射する。一方の投射ビームの
パターンは、図２（ａ）のイに示すように、ｘ 1 側の投
光強度が強く、ｘ2 側で直線的に投光強度が減少してお
り、他方の投射ビームはイと全く対称的に、ｘ2 側の投
光強度が強く、ｘ1 側で直線的に投光強度が減少してい
る。受光装置Ｂには被検出物体Ｃからの反射ビームが受
光レンズ２を通して結像される位置検出器１を備えてい
る。この位置検出器１としては、基準面からの高さ変位
に応じて結像スポットが変位する方向に沿って結像スポ
ットの径より小さい複数の受光素子を配列し、夫々の受
光素子で結像ビームの光量を検出できるものを用いてあ
る。そして、上記位置検出器１の出力から投射ビームの
投射スポットの位置を求める演算処理を行う演算処理部
３と、演算結果に基づく被検出物体Ｃの形状をモニタ５
に映し出すための信号処理を行う画像処理部４とを備え
ている。上記演算処理部３での投光スポットの位置の検
出は、反射ビームの反射角度の変位から三角測量方式に
より求める。次に、演算処理部３では、投光スポット
（ｘ1 〜ｘ2 ）の内部の任意の点における高さ変位を求
める。ここで、投光スポットの内部の任意の点は、投光
ビームの光強度から求める。つまり、ビームの行路長に
対して被検出物体Ｃの高さ変位が十分に小さい場合に
は、投光ビームの光強度は投光スポットの内部の任意の
点を一義的に示すので、投光ビームの光強度から投光ス
ポットの内部の任意の点が求める。但し、この場合に一
方の投射ビームだけで投光スポットの内部の任意の点の
位置を求めると、２次反射などの影響を受けるため、演
算処理部３では２つの投射ビームによる位置検出器１の
各受光素子の出力の比から投光スポットの内部の任意の
点の位置を求める。基準面で投射ビームが反射された場
合の位置検出器１における受光強度を図２（ｂ）に示
し、その比を図２（ｃ）に示す。例えば、受光ンズ２の
光軸が基準面に交わる点をｑとすると、基準面のｑ点に
おける反射ビームの位置検出器１の出力Ｉｃ，Ｉｄの比
（Ｉｃ／Ｉｄ）は予め分かっている。基準面からの高さ
変位があると、受光レンズ２の光軸位置に配置された位
置検出器１の受光素子には、本来はｘ点に照射される光
強度の光が受光される。この光強度からｘ点であること
を求め、そのｐ点とｘ点との位置変位と、基準面に対す
る受光レンズ２の光軸の角度から高さ変位が求まる。な
お、上述の場合には簡単のために受光レンズ２の光軸位
置に配置された位置検出器１の受光素子を例として説明
したが、他の受光素子と受光レンズ２の中心を結ぶ線が
基準面に交わる点は予め分かるので、同一の方法で各受
光素子毎に異なる点での高さ変位を求めることができ
る。上記動作をもとめたフローチャートを図３に示す。 （実施例２）図４に他の実施例を示す。上述の実施例の
場合には投射ビームを個別に投射する必要があったが、
本実施例では同時に投射できるようにしたものである。
投射装置からは夫々波長が異なる２つの光ビームを投射
し、受光装置Ｂに２つの位置検出器１ａ，１ｂを設け、
受光レンズ２を介する反射ビームを波長に応じてビーム
スプラッタ６で分離して、各位置検出器１ａ，１ｂに夫
々結像させる。なお、投射ビームが実施例１の場合と同
様に強度変調をかけてある。本実施例は動作的には実施
例１と同様にして被検出物体Ｃの形状を求める。なお、
２次反射の影響を除去するだけであれば、波長が異なる
光ビームを同時に投射し、各々の投射ビームの被検出物
体による反射光を、各々の波長の光ビームのみを検出可
能な複数の位置検出素子に結像させるようにすればよ
い。 （実施例３）図５にさらに他の実施例を示す。本実施例
も光ビームを同時に投射するもので、本実施例の場合に
は投射ビームの偏光モードを異ならせ、反射ビームを偏
光ビームスプラッタ６’を介して各位置検出器１ａ，１
ｂに結像させる点に特徴がある。 （実施例４）図６はレーザビームのようにガウス分布を
有するビームを投射ビームとして用い、この投射ビーム
強度が図７（ａ）に示すようにＩ0 である場合には、互
いのビームをＩ0 ／ｅ2 だけ離して被検出物体Ｃに投射
する。この場合には、各ブームが重なる部分ｘ1 〜ｘ2
の範囲で、実施例１で説明した方法を用いて、高さ変位
を求める。従って、この場合にも、２次反射の影響を受
けず、且つ高分解能及び高精度で被検出物体Ｃの形状を
検出できる。なお、ビームは実施例２あるいは実施例３
で説明したように波長あるいは偏光モードを異ならせて
同時投射するようにしてもよい。 （実施例５）図８はさらに他の実施例であり、本実施例
では位置検出器１を結像スポットの幅を予め設定された
分割数で割った幅に形成してある点に特徴がある。つま
り、実施例１で説明した受光素子の代わりに、例えばＰ
ＳＤを分割したもの（以下、位置検出素子１１と呼ぶ）
を用い、実施例１の受光素子と同様に機能させるように
したものである。上記位置検出素子１１を高さ変位によ
り結像ビームが移動する幅に対応させて複数設けておけ
ば、実施例１の場合と同様にして被検出物体Ｃの形状を
検出することができる。 （実施例６）図９に示すように受光レンズ２の光軸上に
実施例５における位置検出素子１１を１個設定し、投射
ビームを偏向装置７を用いて所定幅だけ走査し、受光レ
ンズ２の光軸上の高さ変位だけを求めるようにしたもの
である。ここで、位置検出素子１１は要求分解能の領域
を持つ大きさで、位置は固定されている。なお、投射ビ
ームは受光レンズ２の光軸と投射ビームの光軸とを含む
平面内で走査する。この場合にも投光ビームとしては、
光強度を変調した２つのビームを照射し、強度比が予め
設定してある強度比と合致したところで、高さ変位を求
めるようにすれば、投射スポットにビーム径よりも小さ
いポイントでの高さ変位の検出が行える。図１０は受光
レンズ２と位置検出素子１１との間に偏向装置７’を設
け、受光装置Ｂ側で投射ビームの強度比が特定の強度比
となる投射スポット内の位置の高さ変位を求めるように
したものである。なお、偏光装置７’は駆動装置８を用
いて偏光角を変えるようにしてある。図１１は振動装置
９は偏向装置７’の代わりに振動装置９を用い、投射ビ
ームの強度比が特定の強度比となる振動位置から投射ス
ポット内の位置の高さ変位を求める。つまり、振動位置
と高さ変位との関係は予め分かっているからである。な
お、振動装置９は受光レンズ２の光軸と投射ビームの光
軸とを含む平面内で振動させることは言うまでもない。
図１２は、位置検出素子１１として図９の場合よりも幅
広のものを用い、投射ビームを走査した場合に、位置検
出素子１１の幅に応じた所定範囲内の高さ変位も求める
ことができるようにしたものである。なお、図１３に示
すように、投射ビームを走査する代わりに、被検出物体
Ｃを移動させるようにしてもよい。 （実施例７）図１４は図８の複数の位置検出素子１１で
位置検出器２を構成したものにおいて、投射ビームを走
査するようにしたものである。ここで、夫々の位置検出
素子１１は投光ビームの角走査位置に対応して配置して
いるため、被検出物体Ｃ上の角点での反射ビームが被検
出物体Ｃ上のどの点を走査しているかを特定でき、さら
に受光強度比を求めることにより、その点での照射面内
の光ビーム位置を特定でき、広範囲にわたり高精度な形
状検出が可能となる。なお、偏向角度は偏向角度検出回
路１２で検出し、演算処理部３に与えている。図１５
は、投射ビームを被検出物体Ｃ上で走査し、且つ走査ピ
ッチに対応した結像位置とあなるように偏向装置７’を
設定するようにしてある。偏向装置７’は投光側の偏向
装置７と同期して駆動装置８で駆動し、投射ビームが被
検出物体Ｃ上のどの位置にあっても、常に同一の位置検
出素子１１上に反射ビームを結像させている。この場
合、投光側の偏向装置７の偏向角度を記憶させておけ
ば、図１４の場合と同様に、投射ビームの走査位置が求
められる。図１６は図１５の偏向装置７’に代えて振動
装置９を用いたものであり、振動装置９は偏向装置７に
同期させて振動させ、投射ビームが被検出物体Ｃ上のど
の位置にあっても、常に同一の位置検出素子１１上に反
射ビームを結像させるようにしてある。 （実施例８）図１７は、投射ビームを投射ビームの受光
レンズ２の光軸とで形成される平面内で一定距離だけ離
して走査し、その投射ビームの反射光を同一の位置検出
器２上に結像させたものである。本実施例の場合、パタ
ーンのことなる複数のビームを被検出物体Ｃに投射し、
例えば走査方向に対してビーム１個分先行して走査させ
る。仮にビーム（イ）を先行走査させた場合、位置器２
上ではビーム（ロ）に対してビーム（イ）はビーム１個
分先の点を検出していることになる。ビーム（イ）のあ
る点における受光強度を受講強度測定部１４で測定して
受光強度記憶部１５に記憶させて、ビーム（ロ）が同一
の点に来たとき、演算処理部３で受光強度比を求める。
本実施例の場合、被検出物体Ｃの測定対称面が基準面よ
りも低くなれば、角ビームは位置検出器２上で、常に１
スポットだけ先行した位置に結像され、互いに干渉する
ことはない。従って、同一の特性を有するビームを投射
しても問題ないという利点がある。なお、スポットの１
個以上先行させるようにしてもよい。 （実施例９）図１８は上記実施例の考えをさらに進め、
ビーム（イ）とビーム（ロ）とを異なる走査ラインで走
査させ、先行する走査ラインと同一の走査ラインの同一
点に後続のビームが走査されたときに、上記実施例８と
同様に受光強度比を求めるものである。 （実施例１０）図１９は投光装置Ａ側の構成を示すもの
で、実施例１で説明した光ビームを夫々投射する光源１
１ａ，１１ｂを設け、夫々の光源１１ａ，１１ｂをハー
フミラー１０を通して被検出物体Ｃに投射するようにし
てある。
【発明の効果】本発明は上述のように、異なるパターン
で変調された複数の光ビームを被検出物体の同一点に略
同一方向から投射し、各々の投射ビームの被検出物体に
よる反射光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の
出力から各投射ビームの反射光の強度比を求めているの
で、２次反射による位置検出器の出力成分を相殺して、
２次反射の影響を除去することができ、また光ビームに
パターンを持たせてあるので、投射スポット内の位置を
求めることができ、高分解能で被検出物体の形状を検出
することができ、さらに高分解能での被検出物体の形状
の検出及び２次反射の影響の除去しているので、高精度
の形状検出が可能となる。
で変調された複数の光ビームを被検出物体の同一点に略
同一方向から投射し、各々の投射ビームの被検出物体に
よる反射光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の
出力から各投射ビームの反射光の強度比を求めているの
で、２次反射による位置検出器の出力成分を相殺して、
２次反射の影響を除去することができ、また光ビームに
パターンを持たせてあるので、投射スポット内の位置を
求めることができ、高分解能で被検出物体の形状を検出
することができ、さらに高分解能での被検出物体の形状
の検出及び２次反射の影響の除去しているので、高精度
の形状検出が可能となる。
【図１】本発明の一実施例の形状検出装置の構成図であ
る。
る。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作を示すフローチャートである。
【図４】他の実施例の構成図である。
【図５】さらに他の実施例の構成図である。
【図６】さらに別の実施例の構成図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】さらに別の実施例の構成図である。
【図９】さらに他の実施例の構成図である。
【図１０】他の実施例の構成図である。
【図１１】さらに他の実施例の構成図である。
【図１２】別の実施例の構成図である。
【図１３】他の実施例の構成図である。
【図１４】さらに他の実施例の構成図である。
【図１５】さらに別の実施例の構成図である。
【図１６】他の実施例の構成図である。
【図１７】さらに他の実施例の構成図である。
【図１８】別の実施例の構成図である。
【図１９】さらに別の実施例の構成図である。
【図２０】従来例の構成図である。
【図２１】同上の動作説明図である。
【図２２】他の従来例の構成図である。
【図２３】さらに他の従来例の構成図である。
Ｂ 受光装置 Ｃ 被検出物体 １ 位置検出器 ３ 演算処理部 １１ 位置検出素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年４月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体表面の凹凸形状や
高さ変位を検出する形状検出方法およびその装置に関す
るものである。
高さ変位を検出する形状検出方法およびその装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の形状検出装置としては、図２０に
示すように、光ビームを投射する投射装置（プロジェク
タ）Ａと、被検出物体Ｃを撮像する装置（ＣＣＤカメ
ラ）Ｂとを同一平面（ＸＺ平面の場合で以下の説明を行
う）内に設置し、撮像装置Ｂの光軸をＺ軸と一致させ、
Ｘ軸とＺ軸との交点Ｏに投射装置Ａの光軸を向けて設置
する。ここで、Ｏ点と撮像装置Ｂとの距離をＬ1 、撮像
装置Ｂの光軸と投射装置Ａの光ビームの投射点との距離
をＬ2 、Ｘ軸と投射装置Ａの光ビームの投射点との距離
をＬ3 としてある。
示すように、光ビームを投射する投射装置（プロジェク
タ）Ａと、被検出物体Ｃを撮像する装置（ＣＣＤカメ
ラ）Ｂとを同一平面（ＸＺ平面の場合で以下の説明を行
う）内に設置し、撮像装置Ｂの光軸をＺ軸と一致させ、
Ｘ軸とＺ軸との交点Ｏに投射装置Ａの光軸を向けて設置
する。ここで、Ｏ点と撮像装置Ｂとの距離をＬ1 、撮像
装置Ｂの光軸と投射装置Ａの光ビームの投射点との距離
をＬ2 、Ｘ軸と投射装置Ａの光ビームの投射点との距離
をＬ3 としてある。
【０００３】投射装置Ａからは輝度分布を正弦波状であ
る格子縞パターンを斜め方向から投射すると、図２１
（ａ），（ｂ）に示すように被検出物体Ｃの高さ（Ｚ軸
方向の変位）に応じた位相変調を受ける。位相の変位は
図２１（ｃ）のｄΦで示す。そこで、被検出物体Ｃを撮
像装置Ｂで撮像し、任意の点における位相変調分を測定
し、その任意の点の高さを求める。
る格子縞パターンを斜め方向から投射すると、図２１
（ａ），（ｂ）に示すように被検出物体Ｃの高さ（Ｚ軸
方向の変位）に応じた位相変調を受ける。位相の変位は
図２１（ｃ）のｄΦで示す。そこで、被検出物体Ｃを撮
像装置Ｂで撮像し、任意の点における位相変調分を測定
し、その任意の点の高さを求める。
【０００４】しかし、被検出物体Ｃには通常反射率のむ
らがあるため、位相変調の他に反射率に依存した振幅変
調も受ける。そこで、上記形状検出装置では１／４ピッ
チずらしたスリット光を被検知物体Ｃに投射し、夫々の
画像を撮像装置Ｂで撮像し、輝度分布の時間的変動を捕
らえることにより、振幅変調分とは無関係に位相変調分
のみを求める。
らがあるため、位相変調の他に反射率に依存した振幅変
調も受ける。そこで、上記形状検出装置では１／４ピッ
チずらしたスリット光を被検知物体Ｃに投射し、夫々の
画像を撮像装置Ｂで撮像し、輝度分布の時間的変動を捕
らえることにより、振幅変調分とは無関係に位相変調分
のみを求める。
【０００５】なお、任意の点ｘにおける変位量ｚは、 Ｌ2 ＝（Ｌ1 −ｚ）tan β＋（Ｌ3 −ｚ）tan α tan β＝Ｘ／（Ｌ1 −ｚ） の関係から、 ｚ＝Ｌ3 −Ｌ2 ／tan α＋ｘ／tan α …（１） として求まる。また、任意の点ｘは正弦波状のスリット
光の位相Φから一義的に求まる。
光の位相Φから一義的に求まる。
【０００６】図２２は他の形状検出装置の構成を示し、
図示するように構成は図２０のものとほぼ同じであり、
形状検出方法も図２０とほぼ同じであるが、この形状検
出装置の場合、Ｘ軸方向において輝度が連続的に減少す
る（あるいは増加する）光を被検出物体Ｃに投射して形
状を検出する点が異なる。そして、投射装置Ａと撮像装
置Ｂとの位置は固定的なものであるので、基準面（高さ
変位のない平面）を撮像した場合の各点における輝度は
予め決まっている。従って、特定輝度の点が変位するこ
とにより、被検出物体Ｃの高さ変位、つまりは被検出物
体Ｃの形状を検出できる。
図示するように構成は図２０のものとほぼ同じであり、
形状検出方法も図２０とほぼ同じであるが、この形状検
出装置の場合、Ｘ軸方向において輝度が連続的に減少す
る（あるいは増加する）光を被検出物体Ｃに投射して形
状を検出する点が異なる。そして、投射装置Ａと撮像装
置Ｂとの位置は固定的なものであるので、基準面（高さ
変位のない平面）を撮像した場合の各点における輝度は
予め決まっている。従って、特定輝度の点が変位するこ
とにより、被検出物体Ｃの高さ変位、つまりは被検出物
体Ｃの形状を検出できる。
【０００７】さない他の形状検出装置を図２３に示す。
この形状検出装置は特開平１−５６５０号公報で提案さ
れたもので、被検出物体Ｃに投射ビームを投射する投射
装置Ａと、上記投射ビームの被検出物体Ｃによる反射光
を受光する受光装置Ｂとを一定距離だけ離して配置し、
上記受光装置Ｂに被検出物体Ｃまでの距離に対応する反
射光の入射角変化を受光スポットの位置変化として検出
する位置検出器１を設け、この位置検出器１の出力に基
づいて三角測量方式で被検出物体Ｃの形状を検出するも
のである。
この形状検出装置は特開平１−５６５０号公報で提案さ
れたもので、被検出物体Ｃに投射ビームを投射する投射
装置Ａと、上記投射ビームの被検出物体Ｃによる反射光
を受光する受光装置Ｂとを一定距離だけ離して配置し、
上記受光装置Ｂに被検出物体Ｃまでの距離に対応する反
射光の入射角変化を受光スポットの位置変化として検出
する位置検出器１を設け、この位置検出器１の出力に基
づいて三角測量方式で被検出物体Ｃの形状を検出するも
のである。
【０００８】上記投射装置Ａは、レーザ光源１０と、レ
ーザ光源１０から出力される投射ビームのビーム径を広
げるビームエキスパンダ１１と、光路調整用ミラー１２
ａ，１２ｂと、偏向手段を構成するビーム走査用の振動
ミラー１３と、投光用の収束レンズ１４ａとで構成して
ある。また、受光装置Ｂは、受光用の収束レンズ１４ｂ
と、振動ミラー１３に同期して駆動され受光スポットを
ビーム走査に関係なく位置検出器１上に結像させる偏向
手段を構成する振動ミラー１５とで構成してある。
ーザ光源１０から出力される投射ビームのビーム径を広
げるビームエキスパンダ１１と、光路調整用ミラー１２
ａ，１２ｂと、偏向手段を構成するビーム走査用の振動
ミラー１３と、投光用の収束レンズ１４ａとで構成して
ある。また、受光装置Ｂは、受光用の収束レンズ１４ｂ
と、振動ミラー１３に同期して駆動され受光スポットを
ビーム走査に関係なく位置検出器１上に結像させる偏向
手段を構成する振動ミラー１５とで構成してある。
【０００９】この形状検出装置では、基準面において高
さ変位がない場合に位置検出器１の所定位置に受光スポ
ットが結像されるように設定しておき、被検出物体Ｃが
ある場合における投射ビームの投射位置の高さ変位に応
じて変化する受光スポットの結像位置の変位から被検出
物体Ｃの一点の高さ変位を求め、投射ビームを走査する
ことで被検出物体Ｃの外面形状を検出する。
さ変位がない場合に位置検出器１の所定位置に受光スポ
ットが結像されるように設定しておき、被検出物体Ｃが
ある場合における投射ビームの投射位置の高さ変位に応
じて変化する受光スポットの結像位置の変位から被検出
物体Ｃの一点の高さ変位を求め、投射ビームを走査する
ことで被検出物体Ｃの外面形状を検出する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図２０及び
図２２の形状検出装置の場合、面状に光を投射するた
め、隣接する場所の２次反射光の影響を受け、正確な反
射光量を捕らえることができず、このため計測精度が落
ちるという欠点がある。また、図２３の形状検出装置で
は、投射ビームが１つのために位置検出器１上での結像
ビームの移動量がそのまま高さ変位となり、投射ビーム
の径により検出精度が左右され、高分解能化は困難であ
るという欠点がある。そこで、結像ビームの形状から補
間処理を行い、高分解能化を図るものがあるが、この場
合には被検出物体Ｃの表面反射率により結像ビームの微
小部分の光量が変化し、精度の高い検出が困難であっ
た。
図２２の形状検出装置の場合、面状に光を投射するた
め、隣接する場所の２次反射光の影響を受け、正確な反
射光量を捕らえることができず、このため計測精度が落
ちるという欠点がある。また、図２３の形状検出装置で
は、投射ビームが１つのために位置検出器１上での結像
ビームの移動量がそのまま高さ変位となり、投射ビーム
の径により検出精度が左右され、高分解能化は困難であ
るという欠点がある。そこで、結像ビームの形状から補
間処理を行い、高分解能化を図るものがあるが、この場
合には被検出物体Ｃの表面反射率により結像ビームの微
小部分の光量が変化し、精度の高い検出が困難であっ
た。
【００１１】本発明は上述の点に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、２次反射の影響を受け
ず、且つ高分解能で高精度に被検出物体の形状を検出で
きる形状検出方法およびその装置を提供することにあ
る。
あり、その目的とするところは、２次反射の影響を受け
ず、且つ高分解能で高精度に被検出物体の形状を検出で
きる形状検出方法およびその装置を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、光ビームを被検出物体に投射し、その
反射光を投射方向とは異なる方向から観測して物体の立
体形状を検出する形状検出方法において、複数の異なる
パターンの光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向
から投射し、各々の投射ビームの被検出物体による反射
光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の出力から
各投射ビームの反射光の強度比を求め、基準面に対する
強度比との変化分から投射スポット内に位置を求め、こ
の位置と反射光の位置検出器への入射角度から基準面に
対する高さ変位を求めている。
達成するために、光ビームを被検出物体に投射し、その
反射光を投射方向とは異なる方向から観測して物体の立
体形状を検出する形状検出方法において、複数の異なる
パターンの光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向
から投射し、各々の投射ビームの被検出物体による反射
光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の出力から
各投射ビームの反射光の強度比を求め、基準面に対する
強度比との変化分から投射スポット内に位置を求め、こ
の位置と反射光の位置検出器への入射角度から基準面に
対する高さ変位を求めている。
【００１３】
【作用】本発明は、異なるパターンで変調された複数の
光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向から投射
し、各々の投射ビームの被検出物体による反射光を位置
検出器に結像させ、その位置検出器の出力から各投射ビ
ームの反射光の強度比を求めることにより、２次反射に
よる位置検出器の出力成分を相殺して、２次反射の影響
を除去することを可能とする。また、光ビームにパター
ンを持たせることにより、投射スポット内の位置を求め
ることを可能とし、高分解能で被検出物体の形状を検出
することを可能とする。さらに、高分解能での被検出物
体の形状の検出及び２次反射の影響の除去により、高精
度の形状検出を可能とする。
光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向から投射
し、各々の投射ビームの被検出物体による反射光を位置
検出器に結像させ、その位置検出器の出力から各投射ビ
ームの反射光の強度比を求めることにより、２次反射に
よる位置検出器の出力成分を相殺して、２次反射の影響
を除去することを可能とする。また、光ビームにパター
ンを持たせることにより、投射スポット内の位置を求め
ることを可能とし、高分解能で被検出物体の形状を検出
することを可能とする。さらに、高分解能での被検出物
体の形状の検出及び２次反射の影響の除去により、高精
度の形状検出を可能とする。
【００１４】
【実施例】 （実施例１）図１乃至図３に基づいて本発明の一実施例
を説明する。本実施例の構成は、被検出物体Ｃに投射ビ
ームを投射する投射装置（図示せず）と、上記投射ビー
ムの被検出物体Ｃによる反射光を受光する受光装置Ｂと
を一定距離だけ離して配置してある。
を説明する。本実施例の構成は、被検出物体Ｃに投射ビ
ームを投射する投射装置（図示せず）と、上記投射ビー
ムの被検出物体Ｃによる反射光を受光する受光装置Ｂと
を一定距離だけ離して配置してある。
【００１５】投射装置は、異なるパターンの複数の投射
ビームを被検出物体Ｃの一点に略同一方向から投射す
る。なお、夫々の投射ビームが個別に被検出物体Ｃの一
点に略同一方向から投射される。本実施例の場合には、
投射ビームの投光スポットの径がｘ1 〜ｘ2 であるとす
ると、このｘ1 〜ｘ2 の範囲に重ねて複数の投射ビーム
を投射する。一方の投射ビームのパターンは、図２
（ａ）のイに示すように、ｘ 1 側の投光強度が強く、ｘ
2 側で直線的に投光強度が減少しており、他方の投射ビ
ームはイと全く対称的に、ｘ2 側の投光強度が強く、ｘ
1 側で直線的に投光強度が減少している。
ビームを被検出物体Ｃの一点に略同一方向から投射す
る。なお、夫々の投射ビームが個別に被検出物体Ｃの一
点に略同一方向から投射される。本実施例の場合には、
投射ビームの投光スポットの径がｘ1 〜ｘ2 であるとす
ると、このｘ1 〜ｘ2 の範囲に重ねて複数の投射ビーム
を投射する。一方の投射ビームのパターンは、図２
（ａ）のイに示すように、ｘ 1 側の投光強度が強く、ｘ
2 側で直線的に投光強度が減少しており、他方の投射ビ
ームはイと全く対称的に、ｘ2 側の投光強度が強く、ｘ
1 側で直線的に投光強度が減少している。
【００１６】受光装置Ｂには被検出物体Ｃからの反射ビ
ームが受光レンズ２を通して結像される位置検出器１を
備えている。この位置検出器１としては、基準面からの
高さ変位に応じて結像スポットが変位する方向に沿って
結像スポットの径より小さい複数の受光素子を配列し、
夫々の受光素子で結像ビームの光量を検出できるものを
用いてある。そして、上記位置検出器１の出力から投射
ビームの投射スポットの位置を求める演算処理を行う演
算処理部３と、演算結果に基づく被検出物体Ｃの形状を
モニタ５に映し出すための信号処理を行う画像処理部４
とを備えている。
ームが受光レンズ２を通して結像される位置検出器１を
備えている。この位置検出器１としては、基準面からの
高さ変位に応じて結像スポットが変位する方向に沿って
結像スポットの径より小さい複数の受光素子を配列し、
夫々の受光素子で結像ビームの光量を検出できるものを
用いてある。そして、上記位置検出器１の出力から投射
ビームの投射スポットの位置を求める演算処理を行う演
算処理部３と、演算結果に基づく被検出物体Ｃの形状を
モニタ５に映し出すための信号処理を行う画像処理部４
とを備えている。
【００１７】上記演算処理部３での投光スポットの位置
の検出は、反射ビームの反射角度の変位から三角測量方
式により求める。次に、演算処理部３では、投光スポッ
ト（ｘ1 〜ｘ2 ）の内部の任意の点における高さ変位を
求める。ここで、投光スポットの内部の任意の点は、投
光ビームの光強度から求める。つまり、ビームの行路長
に対して被検出物体Ｃの高さ変位が十分に小さい場合に
は、投光ビームの光強度は投光スポットの内部の任意の
点を一義的に示すので、投光ビームの光強度から投光ス
ポットの内部の任意の点が求める。
の検出は、反射ビームの反射角度の変位から三角測量方
式により求める。次に、演算処理部３では、投光スポッ
ト（ｘ1 〜ｘ2 ）の内部の任意の点における高さ変位を
求める。ここで、投光スポットの内部の任意の点は、投
光ビームの光強度から求める。つまり、ビームの行路長
に対して被検出物体Ｃの高さ変位が十分に小さい場合に
は、投光ビームの光強度は投光スポットの内部の任意の
点を一義的に示すので、投光ビームの光強度から投光ス
ポットの内部の任意の点が求める。
【００１８】但し、この場合に一方の投射ビームだけで
投光スポットの内部の任意の点の位置を求めると、２次
反射などの影響を受けるため、演算処理部３では２つの
投射ビームによる位置検出器１の各受光素子の出力の比
から投光スポットの内部の任意の点の位置を求める。基
準面で投射ビームが反射された場合の位置検出器１にお
ける受光強度を図２（ｂ）に示し、その比を図２（ｃ）
に示す。例えば、受光ンズ２の光軸が基準面に交わる点
をｑとすると、基準面のｑ点における反射ビームの位置
検出器１の出力Ｉｃ，Ｉｄの比（Ｉｃ／Ｉｄ）は予め分
かっている。
投光スポットの内部の任意の点の位置を求めると、２次
反射などの影響を受けるため、演算処理部３では２つの
投射ビームによる位置検出器１の各受光素子の出力の比
から投光スポットの内部の任意の点の位置を求める。基
準面で投射ビームが反射された場合の位置検出器１にお
ける受光強度を図２（ｂ）に示し、その比を図２（ｃ）
に示す。例えば、受光ンズ２の光軸が基準面に交わる点
をｑとすると、基準面のｑ点における反射ビームの位置
検出器１の出力Ｉｃ，Ｉｄの比（Ｉｃ／Ｉｄ）は予め分
かっている。
【００１９】基準面からの高さ変位があると、受光レン
ズ２の光軸位置に配置された位置検出器１の受光素子に
は、本来はｘ点に照射される光強度の光が受光される。
この光強度からｘ点であることを求め、そのｐ点とｘ点
との位置変位と、基準面に対する受光レンズ２の光軸の
角度から高さ変位が求まる。なお、上述の場合には簡単
のために受光レンズ２の光軸位置に配置された位置検出
器１の受光素子を例として説明したが、他の受光素子と
受光レンズ２の中心を結ぶ線が基準面に交わる点は予め
分かるので、同一の方法で各受光素子毎に異なる点での
高さ変位を求めることができる。上記動作をもとめたフ
ローチャートを図３に示す。
ズ２の光軸位置に配置された位置検出器１の受光素子に
は、本来はｘ点に照射される光強度の光が受光される。
この光強度からｘ点であることを求め、そのｐ点とｘ点
との位置変位と、基準面に対する受光レンズ２の光軸の
角度から高さ変位が求まる。なお、上述の場合には簡単
のために受光レンズ２の光軸位置に配置された位置検出
器１の受光素子を例として説明したが、他の受光素子と
受光レンズ２の中心を結ぶ線が基準面に交わる点は予め
分かるので、同一の方法で各受光素子毎に異なる点での
高さ変位を求めることができる。上記動作をもとめたフ
ローチャートを図３に示す。
【００２０】（実施例２）図４に他の実施例を示す。上
述の実施例の場合には投射ビームを個別に投射する必要
があったが、本実施例では同時に投射できるようにした
ものである。投射装置からは夫々波長が異なる２つの光
ビームを投射し、受光装置Ｂに２つの位置検出器１ａ，
１ｂを設け、受光レンズ２を介する反射ビームを波長に
応じてビームスプラッタ６で分離して、各位置検出器１
ａ，１ｂに夫々結像させる。なお、投射ビームが実施例
１の場合と同様に強度変調をかけてある。本実施例は動
作的には実施例１と同様にして被検出物体Ｃの形状を求
める。
述の実施例の場合には投射ビームを個別に投射する必要
があったが、本実施例では同時に投射できるようにした
ものである。投射装置からは夫々波長が異なる２つの光
ビームを投射し、受光装置Ｂに２つの位置検出器１ａ，
１ｂを設け、受光レンズ２を介する反射ビームを波長に
応じてビームスプラッタ６で分離して、各位置検出器１
ａ，１ｂに夫々結像させる。なお、投射ビームが実施例
１の場合と同様に強度変調をかけてある。本実施例は動
作的には実施例１と同様にして被検出物体Ｃの形状を求
める。
【００２１】なお、２次反射の影響を除去するだけであ
れば、波長が異なる光ビームを同時に投射し、各々の投
射ビームの被検出物体による反射光を、各々の波長の光
ビームのみを検出可能な複数の位置検出素子に結像させ
るようにすればよい。 （実施例３）図５にさらに他の実施例を示す。本実施例
も光ビームを同時に投射するもので、本実施例の場合に
は投射ビームの偏光モードを異ならせ、反射ビームを偏
光ビームスプラッタ６’を介して各位置検出器１ａ，１
ｂに結像させる点に特徴がある。
れば、波長が異なる光ビームを同時に投射し、各々の投
射ビームの被検出物体による反射光を、各々の波長の光
ビームのみを検出可能な複数の位置検出素子に結像させ
るようにすればよい。 （実施例３）図５にさらに他の実施例を示す。本実施例
も光ビームを同時に投射するもので、本実施例の場合に
は投射ビームの偏光モードを異ならせ、反射ビームを偏
光ビームスプラッタ６’を介して各位置検出器１ａ，１
ｂに結像させる点に特徴がある。
【００２２】（実施例４）図６はレーザビームのように
ガウス分布を有するビームを投射ビームとして用い、こ
の投射ビーム強度が図７（ａ）に示すようにＩ0 である
場合には、互いのビームをＩ0 ／ｅ2 だけ離して被検出
物体Ｃに投射する。この場合には、各ブームが重なる部
分ｘ1 〜ｘ2 の範囲で、実施例１で説明した方法を用い
て、高さ変位を求める。従って、この場合にも、２次反
射の影響を受けず、且つ高分解能及び高精度で被検出物
体Ｃの形状を検出できる。なお、ビームは実施例２ある
いは実施例３で説明したように波長あるいは偏光モード
を異ならせて同時投射するようにしてもよい。
ガウス分布を有するビームを投射ビームとして用い、こ
の投射ビーム強度が図７（ａ）に示すようにＩ0 である
場合には、互いのビームをＩ0 ／ｅ2 だけ離して被検出
物体Ｃに投射する。この場合には、各ブームが重なる部
分ｘ1 〜ｘ2 の範囲で、実施例１で説明した方法を用い
て、高さ変位を求める。従って、この場合にも、２次反
射の影響を受けず、且つ高分解能及び高精度で被検出物
体Ｃの形状を検出できる。なお、ビームは実施例２ある
いは実施例３で説明したように波長あるいは偏光モード
を異ならせて同時投射するようにしてもよい。
【００２３】（実施例５）図８はさらに他の実施例であ
り、本実施例では位置検出器１を結像スポットの幅を予
め設定された分割数で割った幅に形成してある点に特徴
がある。つまり、実施例１で説明した受光素子の代わり
に、例えばＰＳＤを分割したもの（以下、位置検出素子
１１と呼ぶ）を用い、実施例１の受光素子と同様に機能
させるようにしたものである。上記位置検出素子１１を
高さ変位により結像ビームが移動する幅に対応させて複
数設けておけば、実施例１の場合と同様にして被検出物
体Ｃの形状を検出することができる。
り、本実施例では位置検出器１を結像スポットの幅を予
め設定された分割数で割った幅に形成してある点に特徴
がある。つまり、実施例１で説明した受光素子の代わり
に、例えばＰＳＤを分割したもの（以下、位置検出素子
１１と呼ぶ）を用い、実施例１の受光素子と同様に機能
させるようにしたものである。上記位置検出素子１１を
高さ変位により結像ビームが移動する幅に対応させて複
数設けておけば、実施例１の場合と同様にして被検出物
体Ｃの形状を検出することができる。
【００２４】（実施例６）図９に示すように受光レンズ
２の光軸上に実施例５における位置検出素子１１を１個
設定し、投射ビームを偏向装置７を用いて所定幅だけ走
査し、受光レンズ２の光軸上の高さ変位だけを求めるよ
うにしたものである。ここで、位置検出素子１１は要求
分解能の領域を持つ大きさで、位置は固定されている。
なお、投射ビームは受光レンズ２の光軸と投射ビームの
光軸とを含む平面内で走査する。この場合にも投光ビー
ムとしては、光強度を変調した２つのビームを照射し、
強度比が予め設定してある強度比と合致したところで、
高さ変位を求めるようにすれば、投射スポットにビーム
径よりも小さいポイントでの高さ変位の検出が行える。
２の光軸上に実施例５における位置検出素子１１を１個
設定し、投射ビームを偏向装置７を用いて所定幅だけ走
査し、受光レンズ２の光軸上の高さ変位だけを求めるよ
うにしたものである。ここで、位置検出素子１１は要求
分解能の領域を持つ大きさで、位置は固定されている。
なお、投射ビームは受光レンズ２の光軸と投射ビームの
光軸とを含む平面内で走査する。この場合にも投光ビー
ムとしては、光強度を変調した２つのビームを照射し、
強度比が予め設定してある強度比と合致したところで、
高さ変位を求めるようにすれば、投射スポットにビーム
径よりも小さいポイントでの高さ変位の検出が行える。
【００２５】図１０は受光レンズ２と位置検出素子１１
との間に偏向装置７’を設け、受光装置Ｂ側で投射ビー
ムの強度比が特定の強度比となる投射スポット内の位置
の高さ変位を求めるようにしたものである。なお、偏光
装置７’は駆動装置８を用いて偏光角を変えるようにし
てある。図１１は振動装置９は偏向装置７’の代わりに
振動装置９を用い、投射ビームの強度比が特定の強度比
となる振動位置から投射スポット内の位置の高さ変位を
求める。つまり、振動位置と高さ変位との関係は予め分
かっているからである。なお、振動装置９は受光レンズ
２の光軸と投射ビームの光軸とを含む平面内で振動させ
ることは言うまでもない。
との間に偏向装置７’を設け、受光装置Ｂ側で投射ビー
ムの強度比が特定の強度比となる投射スポット内の位置
の高さ変位を求めるようにしたものである。なお、偏光
装置７’は駆動装置８を用いて偏光角を変えるようにし
てある。図１１は振動装置９は偏向装置７’の代わりに
振動装置９を用い、投射ビームの強度比が特定の強度比
となる振動位置から投射スポット内の位置の高さ変位を
求める。つまり、振動位置と高さ変位との関係は予め分
かっているからである。なお、振動装置９は受光レンズ
２の光軸と投射ビームの光軸とを含む平面内で振動させ
ることは言うまでもない。
【００２６】図１２は、位置検出素子１１として図９の
場合よりも幅広のものを用い、投射ビームを走査した場
合に、位置検出素子１１の幅に応じた所定範囲内の高さ
変位も求めることができるようにしたものである。な
お、図１３に示すように、投射ビームを走査する代わり
に、被検出物体Ｃを移動させるようにしてもよい。 （実施例７）図１４は図８の複数の位置検出素子１１で
位置検出器２を構成したものにおいて、投射ビームを走
査するようにしたものである。ここで、夫々の位置検出
素子１１は投光ビームの角走査位置に対応して配置して
いるため、被検出物体Ｃ上の角点での反射ビームが被検
出物体Ｃ上のどの点を走査しているかを特定でき、さら
に受光強度比を求めることにより、その点での照射面内
の光ビーム位置を特定でき、広範囲にわたり高精度な形
状検出が可能となる。なお、偏向角度は偏向角度検出回
路１２で検出し、演算処理部３に与えている。
場合よりも幅広のものを用い、投射ビームを走査した場
合に、位置検出素子１１の幅に応じた所定範囲内の高さ
変位も求めることができるようにしたものである。な
お、図１３に示すように、投射ビームを走査する代わり
に、被検出物体Ｃを移動させるようにしてもよい。 （実施例７）図１４は図８の複数の位置検出素子１１で
位置検出器２を構成したものにおいて、投射ビームを走
査するようにしたものである。ここで、夫々の位置検出
素子１１は投光ビームの角走査位置に対応して配置して
いるため、被検出物体Ｃ上の角点での反射ビームが被検
出物体Ｃ上のどの点を走査しているかを特定でき、さら
に受光強度比を求めることにより、その点での照射面内
の光ビーム位置を特定でき、広範囲にわたり高精度な形
状検出が可能となる。なお、偏向角度は偏向角度検出回
路１２で検出し、演算処理部３に与えている。
【００２７】図１５は、投射ビームを被検出物体Ｃ上で
走査し、且つ走査ピッチに対応した結像位置とあなるよ
うに偏向装置７’を設定するようにしてある。偏向装置
７’は投光側の偏向装置７と同期して駆動装置８で駆動
し、投射ビームが被検出物体Ｃ上のどの位置にあって
も、常に同一の位置検出素子１１上に反射ビームを結像
させている。この場合、投光側の偏向装置７の偏向角度
を記憶させておけば、図１４の場合と同様に、投射ビー
ムの走査位置が求められる。
走査し、且つ走査ピッチに対応した結像位置とあなるよ
うに偏向装置７’を設定するようにしてある。偏向装置
７’は投光側の偏向装置７と同期して駆動装置８で駆動
し、投射ビームが被検出物体Ｃ上のどの位置にあって
も、常に同一の位置検出素子１１上に反射ビームを結像
させている。この場合、投光側の偏向装置７の偏向角度
を記憶させておけば、図１４の場合と同様に、投射ビー
ムの走査位置が求められる。
【００２８】図１６は図１５の偏向装置７’に代えて振
動装置９を用いたものであり、振動装置９は偏向装置７
に同期させて振動させ、投射ビームが被検出物体Ｃ上の
どの位置にあっても、常に同一の位置検出素子１１上に
反射ビームを結像させるようにしてある。 （実施例８）図１７は、投射ビームを投射ビームの受光
レンズ２の光軸とで形成される平面内で一定距離だけ離
して走査し、その投射ビームの反射光を同一の位置検出
器２上に結像させたものである。本実施例の場合、パタ
ーンのことなる複数のビームを被検出物体Ｃに投射し、
例えば走査方向に対してビーム１個分先行して走査させ
る。仮にビーム（イ）を先行走査させた場合、位置器２
上ではビーム（ロ）に対してビーム（イ）はビーム１個
分先の点を検出していることになる。ビーム（イ）のあ
る点における受光強度を受講強度測定部１４で測定して
受光強度記憶部１５に記憶させて、ビーム（ロ）が同一
の点に来たとき、演算処理部３で受光強度比を求める。
動装置９を用いたものであり、振動装置９は偏向装置７
に同期させて振動させ、投射ビームが被検出物体Ｃ上の
どの位置にあっても、常に同一の位置検出素子１１上に
反射ビームを結像させるようにしてある。 （実施例８）図１７は、投射ビームを投射ビームの受光
レンズ２の光軸とで形成される平面内で一定距離だけ離
して走査し、その投射ビームの反射光を同一の位置検出
器２上に結像させたものである。本実施例の場合、パタ
ーンのことなる複数のビームを被検出物体Ｃに投射し、
例えば走査方向に対してビーム１個分先行して走査させ
る。仮にビーム（イ）を先行走査させた場合、位置器２
上ではビーム（ロ）に対してビーム（イ）はビーム１個
分先の点を検出していることになる。ビーム（イ）のあ
る点における受光強度を受講強度測定部１４で測定して
受光強度記憶部１５に記憶させて、ビーム（ロ）が同一
の点に来たとき、演算処理部３で受光強度比を求める。
【００２９】本実施例の場合、被検出物体Ｃの測定対称
面が基準面よりも低くなれば、角ビームは位置検出器２
上で、常に１スポットだけ先行した位置に結像され、互
いに干渉することはない。従って、同一の特性を有する
ビームを投射しても問題ないという利点がある。なお、
スポットの１個以上先行させるようにしてもよい。 （実施例９）図１８は上記実施例の考えをさらに進め、
ビーム（イ）とビーム（ロ）とを異なる走査ラインで走
査させ、先行する走査ラインと同一の走査ラインの同一
点に後続のビームが走査されたときに、上記実施例８と
同様に受光強度比を求めるものである。
面が基準面よりも低くなれば、角ビームは位置検出器２
上で、常に１スポットだけ先行した位置に結像され、互
いに干渉することはない。従って、同一の特性を有する
ビームを投射しても問題ないという利点がある。なお、
スポットの１個以上先行させるようにしてもよい。 （実施例９）図１８は上記実施例の考えをさらに進め、
ビーム（イ）とビーム（ロ）とを異なる走査ラインで走
査させ、先行する走査ラインと同一の走査ラインの同一
点に後続のビームが走査されたときに、上記実施例８と
同様に受光強度比を求めるものである。
【００３０】（実施例１０）図１９は投光装置Ａ側の構
成を示すもので、実施例１で説明した光ビームを夫々投
射する光源１１ａ，１１ｂを設け、夫々の光源１１ａ，
１１ｂをハーフミラー１０を通して被検出物体Ｃに投射
するようにしてある。
成を示すもので、実施例１で説明した光ビームを夫々投
射する光源１１ａ，１１ｂを設け、夫々の光源１１ａ，
１１ｂをハーフミラー１０を通して被検出物体Ｃに投射
するようにしてある。
【００３１】
【発明の効果】本発明は上述のように、異なるパターン
で変調された複数の光ビームを被検出物体の同一点に略
同一方向から投射し、各々の投射ビームの被検出物体に
よる反射光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の
出力から各投射ビームの反射光の強度比を求めているの
で、２次反射による位置検出器の出力成分を相殺して、
２次反射の影響を除去することができ、また光ビームに
パターンを持たせてあるので、投射スポット内の位置を
求めることができ、高分解能で被検出物体の形状を検出
することができ、さらに高分解能での被検出物体の形状
の検出及び２次反射の影響の除去しているので、高精度
の形状検出が可能となる。 ─────────────────────────────────────────────────────
で変調された複数の光ビームを被検出物体の同一点に略
同一方向から投射し、各々の投射ビームの被検出物体に
よる反射光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の
出力から各投射ビームの反射光の強度比を求めているの
で、２次反射による位置検出器の出力成分を相殺して、
２次反射の影響を除去することができ、また光ビームに
パターンを持たせてあるので、投射スポット内の位置を
求めることができ、高分解能で被検出物体の形状を検出
することができ、さらに高分解能での被検出物体の形状
の検出及び２次反射の影響の除去しているので、高精度
の形状検出が可能となる。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】さらに他の形状検出装置を図２３に示す。
この形状検出装置は特開平２−１８６２１３号公報で提
案されたもので、被検出物体Ｃに投射ビームを投射する
投射装置Ａと、上記投射ビームの被検出物体Ｃによる反
射光を受光する受光装置Ｂとを一定距離だけ離して配置
し、上記受光装置Ｂに被検出物体Ｃまでの距離に対応す
る反射光の入射角変化を受光スポットの位置変化として
検出する位置検出器１を設け、この位置検出器１の出力
に基づいて三角測量方式で被検出物体Ｃの形状を検出す
るものである。
この形状検出装置は特開平２−１８６２１３号公報で提
案されたもので、被検出物体Ｃに投射ビームを投射する
投射装置Ａと、上記投射ビームの被検出物体Ｃによる反
射光を受光する受光装置Ｂとを一定距離だけ離して配置
し、上記受光装置Ｂに被検出物体Ｃまでの距離に対応す
る反射光の入射角変化を受光スポットの位置変化として
検出する位置検出器１を設け、この位置検出器１の出力
に基づいて三角測量方式で被検出物体Ｃの形状を検出す
るものである。
【手続補正書】
【提出日】平成５年１０月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】なお、任意の点ｘ1 における変位量ｚは、 Ｌ2 ＝（Ｌ1 −ｚ）tan β＋（Ｌ3 −ｚ）tan α tan β＝ｘ／（Ｌ1 −ｚ） の関係から、 ｚ＝Ｌ3 −Ｌ2 ／tan α＋ｘ／tan α …（１） として求まる。また、任意の点ｘ1 は正弦波状のスリッ
ト光の位相Φから一義的に求まる。
ト光の位相Φから一義的に求まる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】
【作用】本発明は、異なるパターンで変調された複数の
光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向から投射
し、各々の投射ビームの被検出物体による反射光を位置
検出器に結像させ、その位置検出器の出力から各投射ビ
ームの反射光の強度比を求めることにより、被検出物体
の微小部分のみ照射して、隣接する部分の２次反射の影
響を除去することを可能とする。また、光ビームにパタ
ーンを持たせることにより、投射スポット内の位置を求
めることを可能とし、高分解能で被検出物体の形状を検
出することを可能とする。さらに、高分解能での被検出
物体の形状の検出及び２次反射の影響の除去により、高
精度の形状検出を可能とする。
光ビームを被検出物体の同一点に略同一方向から投射
し、各々の投射ビームの被検出物体による反射光を位置
検出器に結像させ、その位置検出器の出力から各投射ビ
ームの反射光の強度比を求めることにより、被検出物体
の微小部分のみ照射して、隣接する部分の２次反射の影
響を除去することを可能とする。また、光ビームにパタ
ーンを持たせることにより、投射スポット内の位置を求
めることを可能とし、高分解能で被検出物体の形状を検
出することを可能とする。さらに、高分解能での被検出
物体の形状の検出及び２次反射の影響の除去により、高
精度の形状検出を可能とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】
【実施例】 （実施例１）図１乃至図３に基づいて本発明の一実施例
を説明する。本実施例の構成は、被検出物体Ｃに投射ビ
ームを投射する投射装置（図示せず）と、上記投射ビー
ムの被検出物体Ｃによる反射光を受光する受光装置Ｂと
を所定距離だけ離して配置してある。
を説明する。本実施例の構成は、被検出物体Ｃに投射ビ
ームを投射する投射装置（図示せず）と、上記投射ビー
ムの被検出物体Ｃによる反射光を受光する受光装置Ｂと
を所定距離だけ離して配置してある。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】投射装置は、異なるパターンとして光強度
が異なる複数の投射ビームを被検出物体Ｃの一点に高さ
方向（Ｚ軸方向）で且つ略同一方向から投射する。な
お、夫々の投射ビームが個別に被検出物体Ｃの一点に略
同一方向から互いに時間差を持たせて投射される。本実
施例の場合には、投射ビームの投光スポットの径がｘ1
〜ｘ2 であるとすると、このｘ1 〜ｘ2 の範囲に重ねて
複数の投射ビームを投射する。一方の投射ビームのパタ
ーンは、図２（ａ）のイに示すように、ｘ1 側の投光強
度が強く、ｘ2 側で投光強度が減少しており、他方の投
射ビームはイと全く対称的に、ｘ2 側の投光強度が強
く、ｘ1 側で投光強度が減少している。
が異なる複数の投射ビームを被検出物体Ｃの一点に高さ
方向（Ｚ軸方向）で且つ略同一方向から投射する。な
お、夫々の投射ビームが個別に被検出物体Ｃの一点に略
同一方向から互いに時間差を持たせて投射される。本実
施例の場合には、投射ビームの投光スポットの径がｘ1
〜ｘ2 であるとすると、このｘ1 〜ｘ2 の範囲に重ねて
複数の投射ビームを投射する。一方の投射ビームのパタ
ーンは、図２（ａ）のイに示すように、ｘ1 側の投光強
度が強く、ｘ2 側で投光強度が減少しており、他方の投
射ビームはイと全く対称的に、ｘ2 側の投光強度が強
く、ｘ1 側で投光強度が減少している。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】受光装置Ｂには被検出物体Ｃからの反射ビ
ームが受光レンズ２を通して結像される位置検出器１を
備えている。なお、図中において反射ビームは光軸上の
もののみを表記している。この位置検出器１としては、
高さ方向の基準面（ｚ0 ）からの高さ変位に応じて結像
スポットが変位する方向に沿って結像スポットの径より
小さい受光素子を配置するだけでよいので、複数の投射
ビームに対して共通の受光素子を用いることができる。
そして、上記位置検出器１の出力から投射ビームの投射
スポットの位置を求める演算処理を行う演算処理部３
と、演算結果に基づく被検出物体Ｃの形状をモニタ５に
映し出すための信号処理を行う画像処理部４とを備えて
いる。
ームが受光レンズ２を通して結像される位置検出器１を
備えている。なお、図中において反射ビームは光軸上の
もののみを表記している。この位置検出器１としては、
高さ方向の基準面（ｚ0 ）からの高さ変位に応じて結像
スポットが変位する方向に沿って結像スポットの径より
小さい受光素子を配置するだけでよいので、複数の投射
ビームに対して共通の受光素子を用いることができる。
そして、上記位置検出器１の出力から投射ビームの投射
スポットの位置を求める演算処理を行う演算処理部３
と、演算結果に基づく被検出物体Ｃの形状をモニタ５に
映し出すための信号処理を行う画像処理部４とを備えて
いる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】上記演算処理部３での投光スポットの位置
の検出は、反射ビームの反射角度の変位から三角測量方
式により求める。次に、演算処理部３では、投光スポッ
ト（ｘ1 〜ｘ2 ）の内部の任意の点における高さ変位を
求める。ここで、投光スポットの内部の任意の点は、投
光ビームの光強度から求める。つまり、ビームの光路長
に対して被検出物体Ｃの高さ変位が十分に小さい場合に
は、投光ビームの光強度は投光スポットの内部の任意の
点を一義的に示すので、投光ビームの光強度から投光ス
ポットの内部の任意の点が求める。
の検出は、反射ビームの反射角度の変位から三角測量方
式により求める。次に、演算処理部３では、投光スポッ
ト（ｘ1 〜ｘ2 ）の内部の任意の点における高さ変位を
求める。ここで、投光スポットの内部の任意の点は、投
光ビームの光強度から求める。つまり、ビームの光路長
に対して被検出物体Ｃの高さ変位が十分に小さい場合に
は、投光ビームの光強度は投光スポットの内部の任意の
点を一義的に示すので、投光ビームの光強度から投光ス
ポットの内部の任意の点が求める。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】但し、この場合に一方の投射ビームだけで
投光スポットの内部の任意の点の位置を求めると、被検
出物体の表面反射率や表面角度などの影響を受けるた
め、演算処理部３では２つの投射ビームによる位置検出
器１の各受光素子の出力の比から投光スポットの内部の
任意の点の位置を求める。基準面で投射ビームが反射さ
れた場合の位置検出器１における受光強度を図２（ｂ）
に示し、その比を図２（ｃ）に示す。例えば、受光レン
ズ２の光軸が基準面に交わる点をｑとすると、基準面の
ｑ点における反射ビームの位置検出器１の出力Ｉｃ，Ｉ
ｄの光強度比（Ｉｃ／Ｉｄ）は予め分かっている。
投光スポットの内部の任意の点の位置を求めると、被検
出物体の表面反射率や表面角度などの影響を受けるた
め、演算処理部３では２つの投射ビームによる位置検出
器１の各受光素子の出力の比から投光スポットの内部の
任意の点の位置を求める。基準面で投射ビームが反射さ
れた場合の位置検出器１における受光強度を図２（ｂ）
に示し、その比を図２（ｃ）に示す。例えば、受光レン
ズ２の光軸が基準面に交わる点をｑとすると、基準面の
ｑ点における反射ビームの位置検出器１の出力Ｉｃ，Ｉ
ｄの光強度比（Ｉｃ／Ｉｄ）は予め分かっている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】基準面からの高さ変位ｐがあると、受光レ
ンズ２の光軸位置に配置された位置検出器１の受光素子
には、本来はｘ点に照射される光強度の光が受光され
る。この光強度から光強度比を求めｘ点であることを求
め、そのｑ点とｘ点との位置変位と、基準面に対する受
光レンズ２の光軸のなす角度θから高さ変位ｘｐがｘｐ
＝ｘｑtan θとして求まる。なお、上述の場合には簡単
のために受光レンズ２の光軸位置に配置された位置検出
器１の受光素子を例として説明したが、他の受光素子と
受光レンズ２の中心を結ぶ線が基準面に交わる点は予め
分かるので、同一の方法で各受光素子毎に異なる点での
高さ変位を求めることができる。上記動作をもとめたフ
ローチャートを図３に示す。
ンズ２の光軸位置に配置された位置検出器１の受光素子
には、本来はｘ点に照射される光強度の光が受光され
る。この光強度から光強度比を求めｘ点であることを求
め、そのｑ点とｘ点との位置変位と、基準面に対する受
光レンズ２の光軸のなす角度θから高さ変位ｘｐがｘｐ
＝ｘｑtan θとして求まる。なお、上述の場合には簡単
のために受光レンズ２の光軸位置に配置された位置検出
器１の受光素子を例として説明したが、他の受光素子と
受光レンズ２の中心を結ぶ線が基準面に交わる点は予め
分かるので、同一の方法で各受光素子毎に異なる点での
高さ変位を求めることができる。上記動作をもとめたフ
ローチャートを図３に示す。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】（実施例２）図４に他の実施例を示す。上
述の実施例の場合には投射ビームを個別に投射する必要
があったが、本実施例では同時に投射できるようにした
ものである。投射装置からは夫々波長が異なる２つの光
ビームを投射し、受光装置Ｂに２つの位置検出器１ａ，
１ｂを設け、受光レンズ２を介する反射ビームを波長に
応じてビームスプリッタ６で分離して、各位置検出器１
ａ，１ｂに夫々結像させる。なお、投射ビームが実施例
１の場合と同様に強度変調をかけてある。本実施例は動
作的には実施例１と同様にして被検出物体Ｃの形状を求
める。
述の実施例の場合には投射ビームを個別に投射する必要
があったが、本実施例では同時に投射できるようにした
ものである。投射装置からは夫々波長が異なる２つの光
ビームを投射し、受光装置Ｂに２つの位置検出器１ａ，
１ｂを設け、受光レンズ２を介する反射ビームを波長に
応じてビームスプリッタ６で分離して、各位置検出器１
ａ，１ｂに夫々結像させる。なお、投射ビームが実施例
１の場合と同様に強度変調をかけてある。本実施例は動
作的には実施例１と同様にして被検出物体Ｃの形状を求
める。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】（実施例３）図５にさらに他の実施例を示
す。本実施例も光ビームを同時に投射するもので、本実
施例の場合には投射ビームの偏光モードを異ならせ、反
射ビームを偏光ビームスプリッタ６’を介して各位置検
出器１ａ，１ｂに結像させる点に特徴がある。
す。本実施例も光ビームを同時に投射するもので、本実
施例の場合には投射ビームの偏光モードを異ならせ、反
射ビームを偏光ビームスプリッタ６’を介して各位置検
出器１ａ，１ｂに結像させる点に特徴がある。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】（実施例４）図６はレーザビームのように
ガウス分布を有するビームを投射ビームとして用い、こ
の投射ビーム強度が図７（ａ）に示すようにＩ0 である
場合には、互いのビームを光強度Ｉ0 ／ｅ 2 に相当する
ビーム間の距離（ｘ2 ｘ1 ）だけ離して被検出物体Ｃに
投射する。この場合には、各ビームが重なる部分ｘ1 〜
ｘ2 の範囲で、実施例１で説明した方法を用いて、高さ
変位を求める。従って、この場合にも、２次反射の影響
を受けず、且つ高分解能及び高精度で被検出物体Ｃの形
状を検出できる。なお、ビームは実施例２あるいは実施
例３で説明したように波長あるいは偏光モードを異なら
せて同時投射するようにしてもよい。
ガウス分布を有するビームを投射ビームとして用い、こ
の投射ビーム強度が図７（ａ）に示すようにＩ0 である
場合には、互いのビームを光強度Ｉ0 ／ｅ 2 に相当する
ビーム間の距離（ｘ2 ｘ1 ）だけ離して被検出物体Ｃに
投射する。この場合には、各ビームが重なる部分ｘ1 〜
ｘ2 の範囲で、実施例１で説明した方法を用いて、高さ
変位を求める。従って、この場合にも、２次反射の影響
を受けず、且つ高分解能及び高精度で被検出物体Ｃの形
状を検出できる。なお、ビームは実施例２あるいは実施
例３で説明したように波長あるいは偏光モードを異なら
せて同時投射するようにしてもよい。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】（実施例５）図８はさらに他の実施例であ
り、本実施例では位置検出器１を結像スポットの幅より
小さい幅に形成され、且つ所定のピッチで配列された位
置検出素子１１で構成し、位置検出器１の分解能を向上
させている。上記位置検出素子１１を高さ変位により結
像ビームが移動する幅に対応させて複数設けておけば、
１つの位置検出素子の場合より高さ方向により広いダイ
ナミックレンジ（検出幅）で被検出物体Ｃの形状を検出
することができる。
り、本実施例では位置検出器１を結像スポットの幅より
小さい幅に形成され、且つ所定のピッチで配列された位
置検出素子１１で構成し、位置検出器１の分解能を向上
させている。上記位置検出素子１１を高さ変位により結
像ビームが移動する幅に対応させて複数設けておけば、
１つの位置検出素子の場合より高さ方向により広いダイ
ナミックレンジ（検出幅）で被検出物体Ｃの形状を検出
することができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】図１０は受光レンズ２と位置検出素子１１
との間に偏向装置７’を設け、受光装置Ｂ側で投射ビー
ムの強度比が特定の強度比となる投射スポット内の位置
の高さ変位を求めるようにしたものである。なお、偏向
装置７’は駆動装置８を用いて偏向角を変えるようにし
てある。図１１は振動装置９は偏向装置７’の代わりに
振動装置９を用い、投射ビームの強度比が特定の強度比
となる振動位置から投射スポット内の位置の高さ変位を
求める。つまり、振動位置と高さ変位との関係は予め分
かっているからである。なお、振動装置９は受光レンズ
２の光軸と投射ビームの光軸とを含む平面内で振動させ
ることは言うまでもない。
との間に偏向装置７’を設け、受光装置Ｂ側で投射ビー
ムの強度比が特定の強度比となる投射スポット内の位置
の高さ変位を求めるようにしたものである。なお、偏向
装置７’は駆動装置８を用いて偏向角を変えるようにし
てある。図１１は振動装置９は偏向装置７’の代わりに
振動装置９を用い、投射ビームの強度比が特定の強度比
となる振動位置から投射スポット内の位置の高さ変位を
求める。つまり、振動位置と高さ変位との関係は予め分
かっているからである。なお、振動装置９は受光レンズ
２の光軸と投射ビームの光軸とを含む平面内で振動させ
ることは言うまでもない。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】図１２は、位置検出素子１１として図９の
場合よりも幅広のものを用い、投射ビームを走査した場
合に、位置検出素子１１の幅に応じた所定範囲内の高さ
変位も求めることができるようにしたものである。な
お、図１３に示すように、投射ビームを走査する代わり
に、被検出物体Ｃを移動させるようにしてもよい。 （実施例７）図１４は図８の複数の位置検出素子１１で
位置検出器２を構成したものにおいて、投射ビームを走
査するようにしたものである。ここで、夫々の位置検出
素子１１は投光ビームの各走査位置に対応して配置して
いるため、被検出物体Ｃ上の各点での反射ビームが被検
出物体Ｃ上のどの点を走査しているかを特定でき、さら
に受光強度比を求めることにより、その点での照射面内
の光ビーム位置を特定でき、広範囲にわたり高精度な形
状検出が可能となる。なお、偏向角度は偏向角度検出回
路１２で検出し、演算処理部３に与えている。
場合よりも幅広のものを用い、投射ビームを走査した場
合に、位置検出素子１１の幅に応じた所定範囲内の高さ
変位も求めることができるようにしたものである。な
お、図１３に示すように、投射ビームを走査する代わり
に、被検出物体Ｃを移動させるようにしてもよい。 （実施例７）図１４は図８の複数の位置検出素子１１で
位置検出器２を構成したものにおいて、投射ビームを走
査するようにしたものである。ここで、夫々の位置検出
素子１１は投光ビームの各走査位置に対応して配置して
いるため、被検出物体Ｃ上の各点での反射ビームが被検
出物体Ｃ上のどの点を走査しているかを特定でき、さら
に受光強度比を求めることにより、その点での照射面内
の光ビーム位置を特定でき、広範囲にわたり高精度な形
状検出が可能となる。なお、偏向角度は偏向角度検出回
路１２で検出し、演算処理部３に与えている。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】本実施例の場合、被検出物体Ｃの測定対称
面が基準面よりも低くなれば、角ビームは位置検出器２
上で、常に１スポットだけ先行した位置に結像され、互
いに干渉することはない。従って、同一の特性を有する
ビームを投射しても問題ないという利点がある。なお、
スポットの１個分以上先行させるようにしてもよい。 （実施例９）図１８は上記実施例の考えをさらに進め、
ビーム（イ）とビーム（ロ）とを異なる走査ラインで走
査させ、先行する走査ラインと同一の走査ラインの同一
点に後続のビームが走査されたときに、上記実施例８と
同様に受光強度比を求めるものである。
面が基準面よりも低くなれば、角ビームは位置検出器２
上で、常に１スポットだけ先行した位置に結像され、互
いに干渉することはない。従って、同一の特性を有する
ビームを投射しても問題ないという利点がある。なお、
スポットの１個分以上先行させるようにしてもよい。 （実施例９）図１８は上記実施例の考えをさらに進め、
ビーム（イ）とビーム（ロ）とを異なる走査ラインで走
査させ、先行する走査ラインと同一の走査ラインの同一
点に後続のビームが走査されたときに、上記実施例８と
同様に受光強度比を求めるものである。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】
【発明の効果】本発明は上述のように、異なるパターン
で変調された複数の光ビームを被検出物体の同一点に略
同一方向から投射し、各々の投射ビームの被検出物体に
よる反射光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の
出力から各投射ビームの反射光の強度比を求めているの
で、隣接する部分の２次反射の影響を除去することがで
き、また光ビームにパターンを持たせてあるので、表面
反射率や表面角度に影響されずに、投射スポット内の位
置を高精度に求めることができ、さらに高分解能での被
検出物体の形状の検出が可能となる。
で変調された複数の光ビームを被検出物体の同一点に略
同一方向から投射し、各々の投射ビームの被検出物体に
よる反射光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の
出力から各投射ビームの反射光の強度比を求めているの
で、隣接する部分の２次反射の影響を除去することがで
き、また光ビームにパターンを持たせてあるので、表面
反射率や表面角度に影響されずに、投射スポット内の位
置を高精度に求めることができ、さらに高分解能での被
検出物体の形状の検出が可能となる。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正２６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正２７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
【手続補正２８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正２９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
【手続補正３０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
【手続補正３１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】
【手続補正３２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】
【手続補正３３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】
【手続補正３４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１５】
【手続補正３５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１６】
【手続補正３６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１７】
【手続補正３７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１８】
【手続補正３８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１９】
【手続補正３９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２０】
Claims (19)
- 【請求項１】 光ビームを被検出物体に投射し、その反
射光を投射方向とは異なる方向から観測して物体の立体
形状を検出する形状検出方法において、異なるパターン
で変調された複数の光ビームを被検出物体の同一点に略
同一方向から投射し、各々の投射ビームの被検出物体に
よる反射光を位置検出器に結像させ、その位置検出器の
出力から各投射ビームの反射光の強度比を求め、基準面
に対する強度比との変化分から投射スポット内に位置を
求め、この位置と反射光の位置検出器への入射角度から
基準面に対する高さ変位を求めて成ることを特徴とする
形状検出方法。 - 【請求項２】 光強度が異なるパターンで変調された光
ビームを投射し、各々の投射ビームの被検出物体による
反射光を同一の位置検出素器に結像させて成ることを特
徴とする請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項３】 波長が異なると共に、光強度が異なるパ
ターンで変調された光ビームを同時に投射し、各々の投
射ビームの被検出物体による反射光を、各々の波長の光
ビームのみを検出可能な複数の位置検出素子に結像させ
て成ることを特徴とする請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項４】 波長が異なる光ビームを同時に投射し、
各々の投射ビームの被検出物体による反射光を、各々の
波長の光ビームのみを検出可能な複数の位置検出素子に
結像させて成ることを特徴とする請求項１記載の形状検
出方法。 - 【請求項５】 複数の光ビームを時間をずらして投射
し、各々の投射ビームの被検出物体による反射光を、同
一の位置検出素子に結像させて成ることを特徴とする請
求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項６】 偏光モードの異なる複数の光ビームを同
時に投射し、各々の投射ビームの被検出物体による反射
光を、各々の偏光モードの光ビームのみを検出可能な複
数の位置検出素子に結像させて成ることを特徴とする請
求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項７】 内部位置により光強度にガウス分布を持
たせた複数の光ビームを、投射位置を所定距離だけ異な
らせて投射して成ることを特徴とする請求項１記載の形
状検出方法。 - 【請求項８】 位置検出器を、結像スポットの幅を予め
設定した分割数で割った幅の複数の位置検出素子を用い
て構成し、投射ビームの反射光を位置検出器に結像させ
て成ることを特徴とする請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項９】 投射ビームと光軸と位置検出器の光軸と
を含む平面内で所定幅だけ走査させ、受光強度比が予め
設定した受光強度比と合致した走査位置で、被検出物体
の形状を検出して成ることを特徴とする請求項１記載の
形状検出方法。 - 【請求項１０】 投射ビームの反射光を、投射ビームと
光軸と位置検出器の光軸とを含む平面内で所定幅だけ偏
向させ、受光強度比が予め設定した受光強度比と合致し
た走査位置で、被検出物体の形状を検出して成ることを
特徴とする請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項１１】 位置検出器を、投射ビームと光軸と位
置検出器の光軸とを含む平面内で所定幅だけ振動させ、
受光強度比が予め設定した受光強度比と合致した走査位
置で、被検出物体の形状を検出して成ることを特徴とす
る請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項１２】 投射ビームを被検出物体上を走査させ
て成ることを特徴とする請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項１３】 被検出物体を移動させて投射ビームを
被検出物体上を走査させて成ることを特徴とする請求項
１記載の形状検出方法。 - 【請求項１４】 投射ビームを走査させ、走査ピッチに
対応した結像位置に位置検出器を配置して成ることを特
徴とする請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項１５】 投射ビームを走査させ、投光ビームの
反射光を位置検出器の位置に偏向して成ることを特徴と
する請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項１６】 投射ビームを走査させ、走査ピッチに
対応した結像位置になるように位置検出器を振動させて
成ることを特徴とする請求項１記載の形状検出方法。 - 【請求項１７】 各投射ビームを投射ビームと光軸と位
置検出器の光軸とを含む平面内において一定距離だけ離
して走査し、各投射ビームを同一の位置検出器に結像さ
せて成ることを特徴とする請求項１記載の形状検出方
法。 - 【請求項１８】 各投射ビームを投射ビームと光軸と位
置検出器の光軸とを含む平面内に直交する方向で一定距
離だけ離して走査し、各投射ビームの反射光を、反射ビ
ームの変位方向に沿って平行に配置した個別の位置検出
器に結像させて成ることを特徴とする請求項１記載の形
状検出方法。 - 【請求項１９】 異なるパターンで変調された複数の光
ビームを被検出物体の同一点に略同一方向から投射する
投射装置と、各々の投射ビームの被検出物体による反射
光が結像される位置検出器と、この位置検出器の出力か
ら各投射ビームの反射光の強度比を求め、基準面に対す
る強度比との変化分から投射スポット内に位置を求め、
この位置と反射光の位置検出器への入射角度から基準面
に対する高さ変位を求める演算処理部とを備えて成るこ
とを特徴とする形状検出装置。
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