JPH07103729A - Apparatus for measuring surface shape - Google Patents

Apparatus for measuring surface shape

Info

Publication number
JPH07103729A
JPH07103729A JP34452591A JP34452591A JPH07103729A JP H07103729 A JPH07103729 A JP H07103729A JP 34452591 A JP34452591 A JP 34452591A JP 34452591 A JP34452591 A JP 34452591A JP H07103729 A JPH07103729 A JP H07103729A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
light
lens
scanning
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34452591A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Takahashi
悟 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Akita Electronics Systems Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Akita Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Akita Electronics Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP34452591A priority Critical patent/JPH07103729A/en
Publication of JPH07103729A publication Critical patent/JPH07103729A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a system for measuring a surface shape at high velocity with high accuracy. CONSTITUTION:A laser beam 7 passing a collimator lens 3 is cast at right angles to a surface of a target 16 sequentially through a rotary mirror 6 for scanning in an X direction, collimator lenses 10, 11, a rotary mirror 9 for scanning in a Y direction and a principal lens 15. A cast light 17 is scanned in the X and Y directions by the rotary mirrors 6 and 9. A reflected light 20 at the target 16 is condensed by the principal lens 15 and returned back in an optical path of the cast light IT to a mirror 4 with a pin hole. A returned light 21 is reflected by the mirror 4 to advance to a mirror 22 of a quadrangular pyramid. An image is surely detected by any one of PSDs 23-26 of the mirror 22 set corresponding to each mirror. This optical scanning enables high-speed measurements. The alignment of lenses becomes unnecessary because of the use of the principal lens both for projection and for receipt of light. Highly accurate measurements are achieved also because of the use of the PSDs 23-26.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は三次元測定も可能な二次
元走査型表面形状測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-dimensional scanning type surface profile measuring device capable of three-dimensional measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】表面変位を測定する方法としては、接触
式と非接触式に大別され、接触式では差動トランスを用
いた触針式が一般的である。非接触式では、レーザービ
ームを用いた三角測量方式、金属面間の容量変化を応用
した静電容量方式、光ファイバーから投下された光の反
射光の光量変化を応用した光ファイバー方式、高周波磁
界によって磁性体表面に渦電流を発生させその磁界変化
を応用した渦電法方法等が一般的である。そして、これ
らの測定方式はいずれもスポット的に表面変位を測定す
ることから、三次元的な表面変位を測定する場合、ター
ゲットまたはセンサヘッドをメカニカルに二次元的に移
動させる構造となっている。また、一次元的な表面形状
を測定するためには、スリット状の光をターゲット表面
に投下し、それを二次元CCD上に結像させる方式(光
切断方式)も考案されている。この方式においても三次
元的な形状を測定する場合は、やはりメカニカルに一次
元的な移動を必要とする。なお、測定技術については、
たとえば、日経BP社発行「日経メカニカル」1979
年8月6日号、P73〜P80「レーザ光で表面粗さを
加工中に測定」に、また、オーム社発行「東芝レビュ
ー」1989年5月号、平成元年5月1日発行、P41
3〜P416に記載されている。
2. Description of the Related Art Methods for measuring surface displacement are roughly classified into a contact type and a non-contact type, and the contact type is generally a stylus type using a differential transformer. In the non-contact type, a triangulation method using a laser beam, an electrostatic capacity method that applies a capacitance change between metal surfaces, an optical fiber method that uses a change in the amount of reflected light emitted from an optical fiber, and a magnetic field with a high-frequency magnetic field The eddy current method in which an eddy current is generated on the body surface and the change in the magnetic field is applied is common. Since all of these measurement methods measure the surface displacement in spots, when measuring the three-dimensional surface displacement, the target or the sensor head is mechanically moved two-dimensionally. Further, in order to measure a one-dimensional surface shape, a method (light cutting method) has been devised in which slit-shaped light is projected onto a target surface and an image is formed on the two-dimensional CCD. In this method as well, when measuring a three-dimensional shape, mechanical one-dimensional movement is still required. Regarding the measurement technology,
For example, “Nikkei Mechanical” 1979 issued by Nikkei BP
Aug. 6, issue P73 to P80 "Measure surface roughness with laser light during processing", and also "TOSHIBA REVIEW" issued by Ohmsha, May 1989, May 1, 1989, P41
3 to P416.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】メカニカルな移動機構
をもつ三次元形状測定システムは、移動機構がメカニカ
ル故に測定に時間が掛り、また装置が大型化してしま
う。また、CCDイメージセンサを用いた光切断方式
は、CCDイメージセンサの分解能が、たとえば700
ドット程度であることから、精密な測定ができ難い。ま
た、従来の光学的測定方式では、反射光を一方向から集
光する構造となっていることから、被測定物であるター
ゲットの表面の形状によっては、いわゆる死角が発生す
ることがあると言うことが本発明者によってあきらかに
された。
In the three-dimensional shape measuring system having a mechanical moving mechanism, the moving mechanism is mechanical, so that it takes a long time for measurement and the size of the apparatus becomes large. Further, in the light cutting method using the CCD image sensor, the resolution of the CCD image sensor is, for example, 700
Since it is about dots, it is difficult to make precise measurements. Further, since the conventional optical measurement method has a structure that collects reflected light from one direction, it is said that a so-called blind spot may occur depending on the shape of the surface of the target that is the object to be measured. It was made clear by the present inventor.

【0004】本発明の目的は、高精度測定が達成できる
表面形状測定装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a surface profile measuring device which can achieve highly accurate measurement.

【0005】本発明の他の目的は、高速測定が達成でき
る表面形状測定装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a surface profile measuring apparatus capable of achieving high speed measurement.

【0006】本発明の他の目的は、測定における死角発
生に起因する測定不良を起こさない表面形状測定装置を
提供することにある。本発明の前記ならびにそのほかの
目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面か
らあきらかになるであろう。
Another object of the present invention is to provide a surface profile measuring apparatus which does not cause measurement failure due to occurrence of blind spots in measurement. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の表面形状測定装
置は、半導体レーザから発光されたレーザ光をコリメー
トレンズで所望のレーザビームとなし、このレーザビー
ムをピンホールを有するミラーのピンホールを通過さ
せ,X方向走査用回転鏡,リレーレンズ,リレーレン
ズ,Y方向走査用回転鏡,主レンズと配置される光学系
による光路を通過させてターゲット表面に投下するとと
もに、この投下光のターゲット表面での反射光を前記主
レンズで集光させて前記投下光の光路を逆に戻させかつ
前記ピンホールを有するミラーで光路を変えさせ、この
戻り光を四角錐ミラーで受けて、戻り光を四方向に分散
させてそれぞれの分散光を位置検出素子で検出する構造
となっている。また、前記2つのリレーレンズの焦点位
置にそれぞれX方向走査用回転鏡およびY方向走査用回
転鏡の反射点が位置するとともに、前記主レンズの焦点
にY方向走査用回転鏡の反射点が位置し、かつ主レンズ
からターゲット表面に向かう投下光は平行光となってタ
ーゲット表面に垂直に投下される構造となっている。
According to the surface shape measuring apparatus of the present invention, a laser beam emitted from a semiconductor laser is made into a desired laser beam by a collimating lens, and this laser beam is made into a pinhole of a mirror having a pinhole. It passes through the optical path of the optical system arranged with the rotating mirror for X-direction scanning, the relay lens, the relay lens, the rotating mirror for Y-direction scanning, and the main lens, and drops the light onto the target surface. The reflected light at is condensed by the main lens to reverse the optical path of the projected light and the optical path is changed by the mirror having the pinhole, and the return light is received by the quadrangular pyramid mirror, and the return light is The structure is such that the light is dispersed in four directions and each of the dispersed lights is detected by the position detection element. The reflection points of the X-direction scanning rotary mirror and the Y-direction scanning rotary mirror are located at the focal points of the two relay lenses, and the Y-direction scanning rotary mirror is located at the focal point of the main lens. In addition, the light emitted from the main lens toward the target surface becomes parallel light and is emitted vertically to the target surface.

【0008】[0008]

【作用】本発明の表面形状測定装置は、X・Y方向走査
用回転鏡の回転制御によって二次元走査がなされ、主レ
ンズに対するターゲットの相対的な移動等のメカニカル
な移動機構を採用せず光学的な走査機構となっているこ
とから、高速測定が可能となる。
The surface shape measuring apparatus of the present invention performs two-dimensional scanning by controlling the rotation of the rotary mirror for scanning in the X and Y directions, and does not employ a mechanical moving mechanism such as relative movement of the target with respect to the main lens. Since it has a conventional scanning mechanism, high-speed measurement is possible.

【0009】本発明の表面形状測定装置は、同一の主レ
ンズを投光・受光レンズとして使用し2つのレンズを使
用しない構造となっていることから、従来のように2つ
のレンズ間のアライメントが不要となり、測定精度が高
くなる。
Since the surface shape measuring apparatus of the present invention has a structure in which the same main lens is used as the light projecting / receiving lens and two lenses are not used, the alignment between the two lenses is different from the conventional one. It is not necessary and the measurement accuracy is high.

【0010】本発明の表面形状測定装置は、二次元的走
査が反射鏡の回転制御による光学的に行われることと、
投光レンズが集光レンズとしても用いられていることに
よって、装置全体が小型化される。
In the surface profile measuring apparatus of the present invention, the two-dimensional scanning is optically performed by the rotation control of the reflecting mirror,
Since the light projecting lens is also used as the condenser lens, the size of the entire apparatus is reduced.

【0011】本発明の表面形状測定装置は、四角錐ミラ
ーを使用して戻り光を四方向に分散し、その分散光をそ
れぞれ位置検出素子で検出することから、像の検出にお
いて死角が発生しなくなり、確実な表面形状測定が可能
となる。
In the surface profile measuring apparatus of the present invention, the returning light is dispersed in four directions by using the quadrangular pyramid mirror, and the respective scattered light is detected by the position detecting elements, so that a blind spot occurs in the detection of the image. It becomes possible to measure the surface shape reliably.

【0012】本発明の表面形状測定装置は、像点の移動
検出に解像度が4万ドットにも及ぶ位置検出素子(PS
D)を用いることから、像の高分解能が可能になり、高
精度測定が可能となる。
The surface shape measuring apparatus of the present invention is a position detecting element (PS) having a resolution of 40,000 dots for detecting the movement of an image point.
Since D) is used, high resolution of the image becomes possible and highly accurate measurement becomes possible.

【0013】[0013]

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図1は本発明の一実施例による二次元走査
型表面形状測定装置の光学系の要部を示す模式的斜視
図、図2は同じく測定点の位置ベクトルの計算例を示す
説明図である。本発明の二次元走査型表面形状測定装置
は、図1に示すように、光源としての半導体レーザ1か
らレーザ光2が発光され、そのレーザ光2はコリメート
レンズ3,ピンホール付ミラー4の図示しないピンホー
ルを通って回転鏡(X方向走査用回転鏡)6に到達する
ようになっている。前記コリメートレンズ3によって半
導体レーザ1はレーザビーム7となり、ピンホールを通
過する。前記X方向走査用回転鏡6はモーター8によっ
て回転制御され、後述するターゲットのX方向走査を行
うようになっている。前記X方向走査用回転鏡6で方向
を変えられたレーザビーム7は、もう一つの回転鏡(Y
方向走査用回転鏡)9に向かうようになっている。そし
て、このX方向走査用回転鏡6とY方向走査用回転鏡9
間には2つのリレーレンズ10,11が配設されてい
る。前記X方向走査用回転鏡6側のリレーレンズ10
は、リレーレンズ10の焦点位置にX方向走査用回転鏡
6の反射点が一致するように設定されている。また、前
記Y方向走査用回転鏡9に対面するリレーレンズ11
は、リレーレンズ11の焦点位置にY方向走査用回転鏡
9の反射点が位置するように設定されている。前記Y方
向走査用回転鏡9はターゲットに対してレーザビーム7
をY方向に走査するようになっている。このY方向走査
用回転鏡9はモーター12の回転制御によって駆動す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a main part of an optical system of a two-dimensional scanning surface profile measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing a calculation example of a position vector of a measuring point. In the two-dimensional scanning surface profile measuring apparatus of the present invention, as shown in FIG. 1, a semiconductor laser 1 as a light source emits a laser beam 2, and the laser beam 2 shows a collimating lens 3 and a pinhole-equipped mirror 4. It reaches the rotating mirror (rotating mirror for X-direction scanning) 6 through a pinhole that does not exist. The semiconductor laser 1 becomes a laser beam 7 by the collimator lens 3 and passes through the pinhole. The rotation mirror 6 for X-direction scanning is rotationally controlled by a motor 8 to scan a target in the X-direction, which will be described later. The laser beam 7 whose direction is changed by the rotating mirror 6 for scanning in the X direction is transmitted to another rotating mirror (Y
It is directed toward the direction scanning rotary mirror) 9. Then, the X-direction scanning rotary mirror 6 and the Y-direction scanning rotary mirror 9
Two relay lenses 10 and 11 are arranged between them. The relay lens 10 on the side of the X-direction scanning rotating mirror 6
Is set such that the reflection point of the X-direction scanning rotary mirror 6 coincides with the focal position of the relay lens 10. Further, a relay lens 11 facing the rotating mirror 9 for scanning in the Y direction.
Are set so that the reflection point of the Y-direction scanning rotary mirror 9 is located at the focal position of the relay lens 11. The Y-direction scanning rotary mirror 9 is used for the laser beam 7 to the target.
Are scanned in the Y direction. The Y-direction scanning rotary mirror 9 is driven by the rotation control of the motor 12.

【0014】一方、前記リレーレンズ11を通り、Y方
向走査用回転鏡9で反射されたレーザビーム7は、主レ
ンズ15に送られるようになっている。この主レンズ1
5は、ターゲット16に対面するとともに、主レンズ1
5の焦点位置がY方向走査用回転鏡9の反射点となるよ
うに設定されている。したがって、この主レンズ15か
らターゲット16に投下されるレーザビーム7、すなわ
ち投下光17は、相互に平行光となるとともに、ターゲ
ット16の表面に対して垂直に投下される。このような
機構においては、前記X方向走査用回転鏡6およびY方
向走査用回転鏡9を回転制御することによって、ターゲ
ット16の表面に対して投下光17を2次元的に走査す
ることができる。
On the other hand, the laser beam 7 that has passed through the relay lens 11 and reflected by the Y-direction scanning rotary mirror 9 is sent to the main lens 15. This main lens 1
5 faces the target 16 and the main lens 1
The focal position of No. 5 is set to be the reflection point of the Y-direction scanning rotary mirror 9. Therefore, the laser beam 7, which is dropped from the main lens 15 to the target 16, that is, the projected light 17 is parallel to each other and is projected perpendicularly to the surface of the target 16. In such a mechanism, the projected light 17 can be two-dimensionally scanned on the surface of the target 16 by controlling the rotation of the X-direction scanning rotary mirror 6 and the Y-direction scanning rotary mirror 9. .

【0015】他方、この表面形状測定装置は、前記投下
光17がターゲット16の表面に対して垂直に投下され
ることから、ターゲット16の表面における反射光20
は、主レンズ15によって集光され、その後はY方向走
査用回転鏡9,リレーレンズ11,リレーレンズ10,
X方向走査用回転鏡6,ピンホール付ミラー4と順次前
記投下光17の光路に沿って逆に戻るようになってい
る。そして、この戻り光21は、ピンホール付ミラー4
に至った後は、ピンホール付ミラー4のミラーで反射さ
れて四角錐ミラー22に進む。この四角錐ミラー22の
各面に対応してそれぞれ位置検出素子(PSD)23,
24,25,26が配設されている。前記PSD23,
24,25,26はそれぞれ4万ドットの解像度となっ
ている。また、前記PSD23は0°の方向に設定さ
れ、PSD24は90°の方向に設定され、PSD25
は180°の方向に設定され、PSD26は270°の
方向に設定されている。したがって、前記四角錐ミラー
22の頂点部分に至った前記戻り光21は、上下左右に
ずれても、四角錐ミラー22の4枚のミラーのいずれか
に到達して反射(分散)するため、これら4枚のミラー
に対面して設定されたPSD23,24,25,26の
いずれかに検出されることになり、死角は発生せず、確
実な検出が可能となる。また、前記四角錐ミラー22の
頂点に進んだずれの少ない戻り光21は、4つのミラー
に分散され、それぞれの分散光30は、4つのPSD2
3,24,25,26にそれぞれ検出されることにな
る。前記ターゲット16の表面変位によって、前記PS
D23,24,25,26上の像点が移動するため、タ
ーゲット16の各位置に投下されたレーザビーム7のX
Y座標をあらかじめ検知しておけば、ターゲット表面の
三次元的な表面形状を測定することができる。
On the other hand, in this surface shape measuring apparatus, since the projected light 17 is projected perpendicularly to the surface of the target 16, the reflected light 20 on the surface of the target 16 is reflected.
Is condensed by the main lens 15, and thereafter, the Y direction scanning rotary mirror 9, the relay lens 11, the relay lens 10,
The X-direction scanning rotary mirror 6 and the pinhole-equipped mirror 4 are sequentially returned in the reverse order along the optical path of the projected light 17. Then, this return light 21 is reflected by the pinhole-equipped mirror 4
After reaching, the light is reflected by the mirror of the pinhole-equipped mirror 4 and proceeds to the quadrangular pyramid mirror 22. A position detecting element (PSD) 23, corresponding to each surface of the quadrangular pyramid mirror 22,
24, 25, 26 are provided. The PSD 23,
Each of 24, 25, and 26 has a resolution of 40,000 dots. Further, the PSD 23 is set in the direction of 0 °, the PSD 24 is set in the direction of 90 °, and the PSD 25 is set.
Is set in the direction of 180 °, and the PSD 26 is set in the direction of 270 °. Therefore, the return light 21 reaching the apex portion of the quadrangular pyramid mirror 22 reaches any one of the four mirrors of the quadrangular pyramid mirror 22 and is reflected (dispersed) even if the return light 21 shifts vertically and horizontally. Any of the PSDs 23, 24, 25, and 26 set to face the four mirrors will detect it, so that no dead angle occurs and reliable detection is possible. Further, the return light 21 that has traveled to the apex of the quadrangular pyramid mirror 22 and has a small displacement is dispersed into four mirrors, and the respective dispersed light 30 is four PSD2.
3, 24, 25 and 26 will be detected respectively. Due to the surface displacement of the target 16, the PS
Since the image points on D23, 24, 25 and 26 move, X of the laser beam 7 dropped at each position of the target 16 is moved.
If the Y coordinate is detected in advance, the three-dimensional surface shape of the target surface can be measured.

【0016】ターゲット表面の三次元的表面形状測定
は、測定点の位置ベクトルの計算から求められる。図2
はターゲット16の表面の測定点Pに投下された投下光
17および反射光20等の関係を示した説明図である。
このような図において、レーザビーム7の照射口(主レ
ンズ15の中心)と測定点Pとの距離dは、下記(1)
式で与えられる。
The three-dimensional surface shape measurement of the target surface can be obtained by calculating the position vector of the measurement point. Figure 2
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the projected light 17 and the reflected light 20 that are projected onto the measurement point P on the surface of the target 16.
In such a figure, the distance d between the irradiation point of the laser beam 7 (center of the main lens 15) and the measurement point P is as shown in (1) below.
Given by the formula.

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】また、レーザビームの三次元単位ベクトル
をAV (Ax ,Ay ,Az )とすると、測定点Pの位置
ベクトルPV は下記(2)式で与えられる。
If the three-dimensional unit vector of the laser beam is A V (A x , A y , A z ), the position vector P V of the measurement point P is given by the following equation (2).

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】これらの式および図2において、Aはレー
ザビームの照射口(主レンズの中心)、Bは集光レン
ズ、すなわち主レンズ15の中心、Cは位置検出素子上
の像点、γV (a,b)はレーザビームの二次元単位ベ
クトル、Lはレーザビームの照射口と集光レンズの中心
との距離、mは集光レンズの中心と位置検出素子の受光
面との距離、Δxは位置検出素子上の像点の変位であ
る。
In these equations and FIG. 2, A is the laser beam irradiation opening (center of the main lens), B is the condenser lens, that is, the center of the main lens 15, C is the image point on the position detecting element, and γ V (A, b) is a two-dimensional unit vector of the laser beam, L is the distance between the irradiation opening of the laser beam and the center of the condenser lens, m is the distance between the center of the condenser lens and the light receiving surface of the position detection element, and Δx Is the displacement of the image point on the position detecting element.

【0021】これらの式から、位置検出素子(PSD)
における像点の移動量から、ターゲット16の表面の三
次元的表面形状測定が行なえることになる。
From these equations, the position detecting element (PSD)
It is possible to measure the three-dimensional surface shape of the surface of the target 16 from the moving amount of the image point at.

【0022】このような表面形状測定装置にあっては、
図示しない試料台上にターゲット16を載置固定する。
その後、半導体レーザ1からレーザ光2を発光させ、こ
のレーザ光をコリメートレンズ3で所望のレーザビーム
7となす。このレーザビーム7はピンホール付ミラー4
のピンホールを通ってX方向走査用回転鏡6に至り反射
される。反射されたレーザビーム7はリレーレンズ1
0,11を通ってY方向走査用回転鏡9に至り、このY
方向走査用回転鏡9で再び反射されて投下光17とな
り、主レンズ15を通過してターゲット16の表面に投
下される。また、ターゲット16の表面で反射した反射
光20は、前記投下光17の光路を逆に戻り光、主レン
ズ15,Y方向走査用回転鏡9,リレーレンズ11,リ
レーレンズ10,X方向走査用回転鏡6と順次進みピン
ホール付ミラー4に到達する、そして、ピンホール付ミ
ラー4で反射された戻り光21は四角錐ミラー22によ
って反射されて4つの内の少なくとも1つ以上の位置検
出素子(PSD:23,24,25,26)によって検
出される。
In such a surface profile measuring device,
The target 16 is placed and fixed on a sample table (not shown).
After that, the laser light 2 is emitted from the semiconductor laser 1, and this laser light is made into a desired laser beam 7 by the collimator lens 3. This laser beam 7 is a pinhole mirror 4
Through the pinhole to reach the X-direction scanning rotary mirror 6 and is reflected. The reflected laser beam 7 is a relay lens 1
It reaches the rotary mirror 9 for Y-direction scanning through 0 and 11,
It is reflected again by the directional scanning rotary mirror 9 to become the projected light 17, which passes through the main lens 15 and is projected onto the surface of the target 16. Further, the reflected light 20 reflected on the surface of the target 16 is a returning light which reverses the optical path of the projected light 17, the main lens 15, the Y direction scanning rotary mirror 9, the relay lens 11, the relay lens 10, and the X direction scanning. The return light 21 that travels sequentially with the rotating mirror 6 and reaches the mirror with pinhole 4 and is reflected by the mirror with pinhole 4 is reflected by the quadrangular pyramid mirror 22 and at least one or more position detecting elements among the four. (PSD: 23, 24, 25, 26).

【0023】[0023]

【発明の効果】【The invention's effect】

(1)本発明の表面形状測定装置は、X・Y方向走査用
回転鏡の回転制御によって2次元走査がなされ、主レン
ズに対するターゲットの相対的な移動等のメカニカルな
移動機構を採用せず光学的な走査機構となっていること
から、高速測定が可能となるという効果が得られる。た
とえば、縦横5cmの正方形のターゲット表面の形状を
測定する場合、従来のメカニカルXYステージを用いた
場合は、数分の測定時間を要したが、本発明によると、
数百ミリ秒で測定することができ、測定時間が600分
の1程度となる。
(1) The surface profile measuring apparatus of the present invention performs two-dimensional scanning by controlling the rotation of the rotary mirror for scanning in the X and Y directions, and does not employ a mechanical movement mechanism such as relative movement of the target with respect to the main lens. Since such a scanning mechanism is used, it is possible to obtain the effect of enabling high-speed measurement. For example, when measuring the shape of a square target surface of 5 cm in length and width, it took several minutes to measure when using the conventional mechanical XY stage, but according to the present invention,
It can be measured in several hundreds of milliseconds, and the measurement time is about 1/600.

【0024】(2)本発明の表面形状測定装置は、同一
の主レンズを投光・受光レンズとして使用し2つのレン
ズを使用しない構造となっていることから、従来のよう
に2つのレンズ間のアライメントが不要となり、測定精
度が高くなるという効果が得られる。
(2) Since the surface profile measuring apparatus of the present invention has a structure in which the same main lens is used as a light projecting / receiving lens and two lenses are not used, there is a gap between the two lenses as in the conventional case. The effect that the alignment becomes unnecessary and the measurement accuracy increases can be obtained.

【0025】(3)上記(2)により、本発明の表面形
状測定装置は、同一の主レンズを投光・受光レンズとし
て使用していることから、レンズ共用化によって装置の
小型化も達成できるという効果が得られる。
(3) According to the above (2), since the surface profile measuring apparatus of the present invention uses the same main lens as the light projecting / receiving lens, the size of the apparatus can be reduced by sharing the lens. The effect is obtained.

【0026】(4)上記(1)および(3)により、本
発明の表面形状測定装置は、2次元的走査が反射鏡の回
転制御による光学的に行われることと、投光レンズが集
光レンズとしても用いられていることによって、装置全
体が小型化されるという効果が得られる。たとえば、本
発明の表面形状測定装置は、縦10cm,横10cm,
高さ50cm程度の外形寸法となり、従来のものに比較
して10分の1程度に小型化できる。
(4) According to the above (1) and (3), in the surface profile measuring apparatus of the present invention, the two-dimensional scanning is optically performed by the rotation control of the reflecting mirror, and the light projecting lens condenses. Since it is also used as a lens, the effect of downsizing the entire device can be obtained. For example, the surface profile measuring device of the present invention is 10 cm long, 10 cm wide,
The external dimensions are about 50 cm in height, and the size can be reduced to about 1/10 of the conventional one.

【0027】(5)本発明の表面形状測定装置は、回転
鏡を用いた光学系でレーザー光を走査する構造となると
ともに、投光レンズと集光レンズを共用する構造となっ
ていることから、装置が小型化し製作コストの低減が達
成できる。たとえば、コスト的には、従来製品の約2分
の1程度にコストダウンできる。
(5) Since the surface profile measuring apparatus of the present invention has a structure for scanning the laser beam with an optical system using a rotating mirror, and has a structure for sharing a light projecting lens and a condensing lens. The device can be downsized and the manufacturing cost can be reduced. For example, in terms of cost, the cost can be reduced to about half that of conventional products.

【0028】(6)本発明の表面形状測定装置は、四角
錐ミラーを使用して戻り光を四方向に反射(分散)し、
その反射光をそれぞれ位置検出素子で検出することか
ら、像の検出において死角が発生しなくなり、確実な表
面形状測定が可能となるという効果が得られる。
(6) The surface profile measuring apparatus of the present invention uses a quadrangular pyramid mirror to reflect (disperse) the returned light in four directions,
Since each of the reflected lights is detected by the position detection element, a dead angle does not occur in the detection of the image, and the effect that the reliable surface shape measurement can be performed is obtained.

【0029】(7)本発明の表面形状測定装置は、像点
の移動検出に解像度が4万ドットにも及ぶ位置検出素子
(PSD)を用いることから、像の高分解能が可能にな
り、高精度測定が可能となるという効果が得られる。
(7) Since the surface profile measuring apparatus of the present invention uses the position detecting element (PSD) whose resolution reaches 40,000 dots for detecting the movement of the image point, high resolution of the image becomes possible and high. The effect that accuracy measurement can be obtained is obtained.

【0030】(8)上記(1)〜(7)により、本発明
によれば、高速走査が可能となるとともに、高精度測定
が達成できる小型で安価な二次元走査型表面形状測定装
置を提供することができるという相乗効果が得られる。
(8) Due to the above (1) to (7), according to the present invention, it is possible to provide a small-sized and inexpensive two-dimensional scanning surface profile measuring apparatus that enables high-speed scanning and achieves highly accurate measurement. The synergistic effect of being able to do is obtained.

【0031】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、
前記実施例では光源として半導体レーザを使用したが、
他のレーザ発生装置、たとえば気体レーザでもよい。ま
た、回転鏡は多面鏡でもよい。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say, for example,
Although a semiconductor laser was used as the light source in the above embodiment,
Other laser generators, such as gas lasers, may be used. Further, the rotating mirror may be a polygon mirror.

【0032】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である表面形
状測定技術に適用した場合について説明したが、それに
限定されるものではなく、高分解能の位置検出素子(P
SD)を用いていることから、たとえば、表面粗さ測定
技術などに適用できる。本発明は少なくとも三次元的表
面測定技術には適用できる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the surface shape measuring technique which is the field of application which is the background of the invention has been described. Detection element (P
Since SD) is used, it can be applied to, for example, a surface roughness measuring technique. The present invention is applicable to at least three-dimensional surface measurement technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による二次元走査型表面形状
測定装置の光学系の要部を示す模式的斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a main part of an optical system of a two-dimensional scanning surface profile measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明による二次元走査型表面形状測定装置に
おける測定点の位置ベクトルの計算例を示す説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a calculation example of a position vector of a measurement point in the two-dimensional scanning surface profile measuring apparatus according to the present invention.

【符号の説明】 1…半導体レーザ、2…レーザ光、3…コリメートレン
ズ、4…ピンホール付ミラー、6…X方向走査用回転
鏡、7…レーザビーム、8…モーター、9…Y方向走査
用回転鏡、10,11…リレーレンズ、12…モータ
ー、15…主レンズ、16…ターゲット、17…投下
光、20…反射光、21…戻り光、22…四角錐ミラ
ー、23,24,25,26…位置検出素子(PS
D)、30…分散光。
[Description of Reference Signs] 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Laser light, 3 ... Collimating lens, 4 ... Pinhole mirror, 6 ... X-direction scanning mirror, 7 ... Laser beam, 8 ... Motor, 9 ... Y-direction scanning Rotating mirror, 10, 11 ... Relay lens, 12 ... Motor, 15 ... Main lens, 16 ... Target, 17 ... Projected light, 20 ... Reflected light, 21 ... Return light, 22 ... Square pyramid mirror, 23, 24, 25 , 26 ... Position detection element (PS
D), 30 ... dispersed light.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザービームを光路の途中にそれぞれ
設けたX方向走査用回転鏡およびY方向走査用回転鏡で
二次元的に走査するとともに、主レンズでレーザビーム
を平行な投下光となしてターゲット表面に投下し、この
ターゲット表面での反射光を前記主レンズで集光させて
前記投下光の光路に沿って逆に戻らせ、前記光路の途中
に設けた反射鏡で光路を変えさせて多角錐状の反射鏡に
導き、多角錐状の反射鏡によって分散された各戻り光を
検出素子で検出するように構成してなることを特徴とす
る表面形状測定装置。
1. A laser beam is two-dimensionally scanned by an X-direction scanning rotary mirror and a Y-direction scanning rotary mirror respectively provided in the optical path, and the laser beam is made into parallel projected light by a main lens. The light is projected onto the target surface, the reflected light on the target surface is condensed by the main lens and returned in the opposite direction along the optical path of the projected light, and the optical path is changed by a reflecting mirror provided in the middle of the optical path. A surface shape measuring apparatus characterized in that it is configured so that it is guided to a polygonal pyramidal reflecting mirror and each return light dispersed by the polygonal pyramidal reflecting mirror is detected by a detecting element.
【請求項2】 前記X方向走査用回転鏡とY方向走査用
回転鏡との間の光路には、2枚のリレーレンズが配設さ
れているとともに、前記X方向走査用回転鏡の反射点お
よびY方向走査用回転鏡の反射点が対面するリレーレン
ズの焦点となっていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の表面形状測定装置。
2. A relay lens is provided in an optical path between the X-direction scanning rotary mirror and the Y-direction scanning rotary mirror, and a reflection point of the X-direction scanning rotary mirror is provided. The surface shape measuring device according to claim 1, wherein a reflection point of the rotating mirror for scanning in the Y direction serves as a focal point of the relay lens facing.
【請求項3】 前記検出素子は位置検出素子で構成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の表
面形状測定装置。
3. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the detection element is a position detection element.
JP34452591A 1991-12-26 1991-12-26 Apparatus for measuring surface shape Pending JPH07103729A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34452591A JPH07103729A (en) 1991-12-26 1991-12-26 Apparatus for measuring surface shape

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34452591A JPH07103729A (en) 1991-12-26 1991-12-26 Apparatus for measuring surface shape

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07103729A true JPH07103729A (en) 1995-04-18

Family

ID=18369953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34452591A Pending JPH07103729A (en) 1991-12-26 1991-12-26 Apparatus for measuring surface shape

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07103729A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020064127A (en) * 2018-10-16 2020-04-23 レーザーテック株式会社 Measurement method and measurement device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020064127A (en) * 2018-10-16 2020-04-23 レーザーテック株式会社 Measurement method and measurement device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6094269A (en) Apparatus and method for optically measuring an object surface contour
JPH11257917A (en) Reflection type optical sensor
EP1102087B1 (en) Baseline length variable surface geometry measuring apparatus and range finder
EP0290237A2 (en) Synchronous optical scanning apparatus
JPH07103729A (en) Apparatus for measuring surface shape
CN109443210A (en) Optical position detection device and method
JPH05164519A (en) Measuring instrument for three-dimensional shape of structure surrounding railroad track
US4973152A (en) Method and device for the noncontact optical measurement of paths, especially in the triangulation method
JPH10267624A (en) Measuring apparatus for three-dimensional shape
JP4545580B2 (en) In-plane displacement meter
JP3607821B2 (en) Inclination angle measuring machine
JPH05215526A (en) Surface-shape measuring apparatus
JPH0626842A (en) One-dimensional scanning type surface displacement meter
JPH05322529A (en) Surface shape measuring device
JPH06258040A (en) Laser displacement meter
JP2004028792A (en) Non-contact sectional shape measurement method and measurement device
JPS5855804A (en) Body detecting device
JP2001317922A (en) Optical shape measuring device
JPH0334563B2 (en)
JPH0626841A (en) One-dimensional scanning type surface displacement meter
JP2943498B2 (en) Scanning laser displacement meter
JPH02272308A (en) Non-contact type shape measuring instrument
KR19990051522A (en) 3D measuring device using cylindrical lens and laser scanner
JP2584630B2 (en) Configuration of optical stylus for side profile measurement
JPH0642929A (en) Surface displacement sensor