JPH0652168B2 - ３次元形状測定装置 - Google Patents
３次元形状測定装置Info
- Publication number
- JPH0652168B2 JPH0652168B2 JP13790284A JP13790284A JPH0652168B2 JP H0652168 B2 JPH0652168 B2 JP H0652168B2 JP 13790284 A JP13790284 A JP 13790284A JP 13790284 A JP13790284 A JP 13790284A JP H0652168 B2 JPH0652168 B2 JP H0652168B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- light
- focused
- state determination
- objective lens
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は３次元形状測定装置に関し、特に非接触にて高
速に形状測定を行ない得る３次元形状測定装置に関す
る。
速に形状測定を行ない得る３次元形状測定装置に関す
る。
従来、物体の３次元形状即ち立体的形状を非接触にて測
定するための種々の方法が用いられている。この様な測
定方法としては、コヒーレント光を利用した干渉計測法
や、スリット光による光切断像を読取る方法等が用いら
れている。しかしながら、干渉計測法は被測定物の表面
全体を同時に精度良く測定できるという利点を有する反
面、被測定物表面の凹凸が光の波長に対してかなり大き
い場合には測定が困難であるという欠点がある。また、
光切断像を読取る方法は光の波長のオーダーの凹凸形状
の測定は困難であり従って高精度は望めないという欠点
がある。
定するための種々の方法が用いられている。この様な測
定方法としては、コヒーレント光を利用した干渉計測法
や、スリット光による光切断像を読取る方法等が用いら
れている。しかしながら、干渉計測法は被測定物の表面
全体を同時に精度良く測定できるという利点を有する反
面、被測定物表面の凹凸が光の波長に対してかなり大き
い場合には測定が困難であるという欠点がある。また、
光切断像を読取る方法は光の波長のオーダーの凹凸形状
の測定は困難であり従って高精度は望めないという欠点
がある。
そこで、内部光源を有する合焦状態判別光学系を移動台
上に載置し、該光学系を被測定物表面にフォーカシング
せしめるべく移動台を移動せしめることにより、該移動
台の移動量から３次元形状を測定する方式が提案されて
いる（特公昭４６−４０２３１号公報）。これによれ
ば、被測定物表面の凹凸の程度によらず、かなりの精度
で形状測定を行なうことができる。
上に載置し、該光学系を被測定物表面にフォーカシング
せしめるべく移動台を移動せしめることにより、該移動
台の移動量から３次元形状を測定する方式が提案されて
いる（特公昭４６−４０２３１号公報）。これによれ
ば、被測定物表面の凹凸の程度によらず、かなりの精度
で形状測定を行なうことができる。
ところが、被測定物表面に微細な凹凸（即ち、うねり）
がある場合には、該凹凸の形状の高さの差即ち距離のみ
の測定により表現するよりは、傾斜角をも同時に測定し
て表現した方がより正確な情報となるが、上記の如き従
来の測定方式においてはこの様な正確な情報を得ること
はできない。
がある場合には、該凹凸の形状の高さの差即ち距離のみ
の測定により表現するよりは、傾斜角をも同時に測定し
て表現した方がより正確な情報となるが、上記の如き従
来の測定方式においてはこの様な正確な情報を得ること
はできない。
本発明は、上記の如き従来技術に鑑み、高精度，高スト
ローク且つスポート計測にて極めて微細な３次元形状を
正確に測定し得る３次元形状測定装置を提供することを
目的とする。
ローク且つスポート計測にて極めて微細な３次元形状を
正確に測定し得る３次元形状測定装置を提供することを
目的とする。
本発明は、特に、合焦状態判別と傾斜角測定とを概略同
一スポットで行い得る様にして、同一特定位置における
両方の微細なデータが得られる様にした３次元形状測定
装置を提供することを目的とする。
一スポットで行い得る様にして、同一特定位置における
両方の微細なデータが得られる様にした３次元形状測定
装置を提供することを目的とする。
［発明の要旨］ 本発明によれば、上記の如き目的は、集光光を対象物方
向に照射して該集光光の集光位置と対象物との相対位置
関係を判別する合焦状態判別光学系と、該合焦状態判別
光学系と少なくとも対物レンズ近傍における光路を共有
し且つ前記合焦状態判別光学系と概略同じ集光位置に集
光する集光光を対象物方向に照射して該集光位置におけ
る対象物の傾斜角を測定する傾斜角測定光学系と、前記
合焦状態判別光学系と傾斜角測定光学系から出射する光
束の集光位置が移動させるための可動部と、該可動部の
移動量を測定するための手段とが設けられていることを
特徴とする、３次元形状測定装置により達成される。
向に照射して該集光光の集光位置と対象物との相対位置
関係を判別する合焦状態判別光学系と、該合焦状態判別
光学系と少なくとも対物レンズ近傍における光路を共有
し且つ前記合焦状態判別光学系と概略同じ集光位置に集
光する集光光を対象物方向に照射して該集光位置におけ
る対象物の傾斜角を測定する傾斜角測定光学系と、前記
合焦状態判別光学系と傾斜角測定光学系から出射する光
束の集光位置が移動させるための可動部と、該可動部の
移動量を測定するための手段とが設けられていることを
特徴とする、３次元形状測定装置により達成される。
以下、図面を参照しつつ本発明測定装置の具体的実施例
を説明する。
を説明する。
第１図は本発明の３次元形状測定装置の第１の実施例を
示す概略構成図である。第１図において、２は合焦状態
判別光学系であり、４は傾斜角測定光学系である。光学
系２及び４はケーシング６に組込まれている。
示す概略構成図である。第１図において、２は合焦状態
判別光学系であり、４は傾斜角測定光学系である。光学
系２及び４はケーシング６に組込まれている。
合焦状態判別光学系２において、８は光源であり、１０
はコリメーターレンズであり、１２はナイフエッジであ
り、１４は偏光ビームスプリッターであり、１６はハー
フミラーであり、１８は1/4波長板であり、２０は対物
レンズであり、２２はバンドパスフィルターであり、２
４はレンズであり、２６は光学的センサーである。
はコリメーターレンズであり、１２はナイフエッジであ
り、１４は偏光ビームスプリッターであり、１６はハー
フミラーであり、１８は1/4波長板であり、２０は対物
レンズであり、２２はバンドパスフィルターであり、２
４はレンズであり、２６は光学的センサーである。
傾斜角測定光学系４において、２８は光源であり、３０
及び３２はレンズであり、３４は偏光ビームスプリッタ
ーであり、３６はバンドパスフィルターであり、３８は
光学的センサーである。尚、この光学系４においてはハ
ーフミラー１６、1/4波長板１８及び対物レンズ２０は
光学系２と共用されている。
及び３２はレンズであり、３４は偏光ビームスプリッタ
ーであり、３６はバンドパスフィルターであり、３８は
光学的センサーである。尚、この光学系４においてはハ
ーフミラー１６、1/4波長板１８及び対物レンズ２０は
光学系２と共用されている。
ケーシング６は外部に固設されたアクチュエーター４０
に接続されている。該アクチュエーター４０を駆動せし
めることにより、ケーシング６は対物レンズ２０の光軸
Ｘに沿って移動することができる。アクチュエーター４
０としては高精度な移動量コントロールを実現すべく流
体移動軸受スライド機構を備えたもの等を用いるのが好
ましい。
に接続されている。該アクチュエーター４０を駆動せし
めることにより、ケーシング６は対物レンズ２０の光軸
Ｘに沿って移動することができる。アクチュエーター４
０としては高精度な移動量コントロールを実現すべく流
体移動軸受スライド機構を備えたもの等を用いるのが好
ましい。
ケーシング６にはまたその移動量を測定するための測長
手段４２が付設されている。測長手段４２としてはたと
えば格子干渉測長方式によるもの（Ｏplus E,１９８１
年４月号ｐ８４〜）が用いられ、この場合、第１図にお
ける４４はケーシング６に固定された基準格子であり、
４６は外部に固設された格子ピッチ読取装置である。
手段４２が付設されている。測長手段４２としてはたと
えば格子干渉測長方式によるもの（Ｏplus E,１９８１
年４月号ｐ８４〜）が用いられ、この場合、第１図にお
ける４４はケーシング６に固定された基準格子であり、
４６は外部に固設された格子ピッチ読取装置である。
５０は形状を測定されるべき被測定物である。
本実施例における合焦状態判別光学系２の合焦状態判別
法につき以下説明する 光源８から発せられた光はコリメーターレンズ１０によ
り平行光束とされ、該平行光束は偏光ビームスプリッタ
ー１４を透過してハーフミラー１６により反射されて、
1/4波長板１８を透過し対物レンズ２０に入射する。
尚、コリメーターレンズ１０を出た平行光束はナイフエ
ッジ１２により一部遮光され、対物レンズ２０にはその
光軸Ｘを通る境界面により２分される２つのゾーンのう
ちの一方（図においては上半分のゾーン）にのみ入射す
る。かくして、対物レンズ２０により集束せしめられた
光は被測定物５０の表面上にスポットを結ぶ。該スポッ
トから反射された光は、再び対物レンズ２０を透過し、
1/4波長板１８を経てハーフミラー１６により反射せし
められ、ビームスプリッター１４により反射せしめら
れ、バンドパスフィルター２２及びレンズ２４を透過し
た後、センサー２６に到達する。
法につき以下説明する 光源８から発せられた光はコリメーターレンズ１０によ
り平行光束とされ、該平行光束は偏光ビームスプリッタ
ー１４を透過してハーフミラー１６により反射されて、
1/4波長板１８を透過し対物レンズ２０に入射する。
尚、コリメーターレンズ１０を出た平行光束はナイフエ
ッジ１２により一部遮光され、対物レンズ２０にはその
光軸Ｘを通る境界面により２分される２つのゾーンのう
ちの一方（図においては上半分のゾーン）にのみ入射す
る。かくして、対物レンズ２０により集束せしめられた
光は被測定物５０の表面上にスポットを結ぶ。該スポッ
トから反射された光は、再び対物レンズ２０を透過し、
1/4波長板１８を経てハーフミラー１６により反射せし
められ、ビームスプリッター１４により反射せしめら
れ、バンドパスフィルター２２及びレンズ２４を透過し
た後、センサー２６に到達する。
しかして、この際、被測定物５０の表面と対物レンズ２
０との距離によりセンサー２６に到達する光に差が生ず
る。即ち、第２図に示される様に、被測定物５０の表面
がちょうど対物レンズ２０の焦点位置に存在する場合
（図中のイの位置）には、被測定物５０の表面における
スポットはちょうど光軸Ｘ上にその中心が位置するた
め、反射光はセンサー２６において光軸Ｙ上に中心をも
って位置することになる。また、被測定物５０の表面が
対物レンズ２０の焦点位置よりも遠くに位置する場合
（図中のロの位置）には、被測定物５０の表面における
スポットは光軸Ｘからずれた図におけるＡゾーン内に中
心をもって位置する様になるため、その反射光はセンサ
ー２６において光軸Ｙからずれた図におけるＡ′ゾーン
に中心をもって位置することになる。一方、被測定物５
０の表面が対物レンズ２０の焦点位置よりも近くに位置
する場合（図中のハの位置）には、被測定物５０の表面
におけるスポットは光軸Ｘからずれた図におけるＢゾー
ンに中心をもって位置する様になるため、その反射光は
センサー２６において光軸Ｙからずれた図におけるＢ′
ゾーンに中心をもって位置することになる。
０との距離によりセンサー２６に到達する光に差が生ず
る。即ち、第２図に示される様に、被測定物５０の表面
がちょうど対物レンズ２０の焦点位置に存在する場合
（図中のイの位置）には、被測定物５０の表面における
スポットはちょうど光軸Ｘ上にその中心が位置するた
め、反射光はセンサー２６において光軸Ｙ上に中心をも
って位置することになる。また、被測定物５０の表面が
対物レンズ２０の焦点位置よりも遠くに位置する場合
（図中のロの位置）には、被測定物５０の表面における
スポットは光軸Ｘからずれた図におけるＡゾーン内に中
心をもって位置する様になるため、その反射光はセンサ
ー２６において光軸Ｙからずれた図におけるＡ′ゾーン
に中心をもって位置することになる。一方、被測定物５
０の表面が対物レンズ２０の焦点位置よりも近くに位置
する場合（図中のハの位置）には、被測定物５０の表面
におけるスポットは光軸Ｘからずれた図におけるＢゾー
ンに中心をもって位置する様になるため、その反射光は
センサー２６において光軸Ｙからずれた図におけるＢ′
ゾーンに中心をもって位置することになる。
センサー２６としてはCCD（Charge Coupled Device）等
のアレイセンサーが用いられる。第３図はこの様なセン
サー２６の平面図である。この図は第２図におけるセン
サー２６を左方から見たものである。図中、斜線を付し
た部分はセンサーセグメント間を分離しているチャンネ
ルストッパー部を示す。第３図のセンサー２６には、被
測定物５０の表面位置が第２図のイ，ロ又はハである場
合のスポット位置及びその光量分布のグラフが記されて
いる。
のアレイセンサーが用いられる。第３図はこの様なセン
サー２６の平面図である。この図は第２図におけるセン
サー２６を左方から見たものである。図中、斜線を付し
た部分はセンサーセグメント間を分離しているチャンネ
ルストッパー部を示す。第３図のセンサー２６には、被
測定物５０の表面位置が第２図のイ，ロ又はハである場
合のスポット位置及びその光量分布のグラフが記されて
いる。
センサー２６において、Ａ′ゾーンにおける全センサー
セグメントの出力の和をIA′とし、Ｂ′ゾーンにおける
全センサーセグメントの出力の和をIB′とすると、光学
系２の被測定物５０に対する合焦状態に応じてΔI＝
AA′−IB′が変化する。その関係を第４図に示す。第４
図から分る様に、フォーカシングが完全になされている
場合（上記イの状態）の近傍においてはΔIはほぼリニ
アに変化する。この特性を利用することによって光学系
２が前ピント外れ状態であるか、完全にフォーカシング
状態であるか、後ピント外れ状態であるかが判別でき
る。
セグメントの出力の和をIA′とし、Ｂ′ゾーンにおける
全センサーセグメントの出力の和をIB′とすると、光学
系２の被測定物５０に対する合焦状態に応じてΔI＝
AA′−IB′が変化する。その関係を第４図に示す。第４
図から分る様に、フォーカシングが完全になされている
場合（上記イの状態）の近傍においてはΔIはほぼリニ
アに変化する。この特性を利用することによって光学系
２が前ピント外れ状態であるか、完全にフォーカシング
状態であるか、後ピント外れ状態であるかが判別でき
る。
従って、この出力ΔIに基づきΔIをＯにするべくアクチ
ュエーター４０をサーボ駆動せしめることにより、自動
フォーカシングが実現できる。この際のケーシング６の
移動量を測長手段４２で測定することにより被測定物５
０の表面の光軸Ｘと交わる部分の位置が測定される。こ
の位置測定を被測定物表面の全体について行なうことに
より３次元形状が測定できる。
ュエーター４０をサーボ駆動せしめることにより、自動
フォーカシングが実現できる。この際のケーシング６の
移動量を測長手段４２で測定することにより被測定物５
０の表面の光軸Ｘと交わる部分の位置が測定される。こ
の位置測定を被測定物表面の全体について行なうことに
より３次元形状が測定できる。
次に、本実施例における傾斜角測定光学系４の傾斜角測
定法につき以下説明する。
定法につき以下説明する。
光源２８から発せられた光はレンズ３０及び３２を透過
した後、平行光束となって偏光ビームスプリッター３４
に入射して反射せしめられ、ハーフミラー１６及び1/4
波長板１８を透過して、対物レンズ２０により集束せし
められる。尚、この光学系４においては対物レンズ２０
に入射する光束が光軸Ｘ上に中心を有し且つ該光軸Ｘに
平行に入射する様になっている。かくして対物レンズ２
０により集束せしめられた光は被測定物５０の表面上に
おいてＸ軸上に中心を有するスポットを結ぶ。該スポッ
トから反射された光束は再び対物レンズ２０を透過し、
1/4波長板１８、ハーフミラー１６、偏光ビームスプリ
ッター３４及びバンドパスフィルター３６を透過した
後、センサー３８に到達する。
した後、平行光束となって偏光ビームスプリッター３４
に入射して反射せしめられ、ハーフミラー１６及び1/4
波長板１８を透過して、対物レンズ２０により集束せし
められる。尚、この光学系４においては対物レンズ２０
に入射する光束が光軸Ｘ上に中心を有し且つ該光軸Ｘに
平行に入射する様になっている。かくして対物レンズ２
０により集束せしめられた光は被測定物５０の表面上に
おいてＸ軸上に中心を有するスポットを結ぶ。該スポッ
トから反射された光束は再び対物レンズ２０を透過し、
1/4波長板１８、ハーフミラー１６、偏光ビームスプリ
ッター３４及びバンドパスフィルター３６を透過した
後、センサー３８に到達する。
しかして、この際、被測定物５０の表面の傾斜角により
センサー３８に到達する光に差が生ずる。即ち、第５図
に示される様に、被測定物５０の表面が光軸Ｘ上の位置
において光軸Ｘと垂直の面に対し角度αだけ傾いている
とすると、投光スポットからの反射光束は光軸Ｘに対し
角度２αをなす方向に中心を有して対物レンズ２０に入
射する。かくして、対物レンズ２０に入射した光束は光
軸Ｘと平行に進行し、その光速中心は光軸Ｘからh≒ｆs
in２α（ここで、ｆは対物レンズ２０の焦点距離をあら
わす）だけ隔てられている。
センサー３８に到達する光に差が生ずる。即ち、第５図
に示される様に、被測定物５０の表面が光軸Ｘ上の位置
において光軸Ｘと垂直の面に対し角度αだけ傾いている
とすると、投光スポットからの反射光束は光軸Ｘに対し
角度２αをなす方向に中心を有して対物レンズ２０に入
射する。かくして、対物レンズ２０に入射した光束は光
軸Ｘと平行に進行し、その光速中心は光軸Ｘからh≒ｆs
in２α（ここで、ｆは対物レンズ２０の焦点距離をあら
わす）だけ隔てられている。
センサー３８としては光束の重心位置検知センサーいわ
ゆるポジションセンサーなどが用いられ、これにより上
記のｈを測定することによって上記αを求めることがで
きる。
ゆるポジションセンサーなどが用いられ、これにより上
記のｈを測定することによって上記αを求めることがで
きる。
以上の説明から分る様に、傾斜角測定に際しては被測定
物５０の表面が対物レンズ２０の焦点位置にあることが
必要であるが、上記光学系２とアクチュエーター４０と
の作用により常にフォーカシングがなされているのでこ
の条件は常に満たされている。
物５０の表面が対物レンズ２０の焦点位置にあることが
必要であるが、上記光学系２とアクチュエーター４０と
の作用により常にフォーカシングがなされているのでこ
の条件は常に満たされている。
また、合焦状態判別光学系２と傾斜角測定光学系４とは
一部共通部分を有するので、各光学系において用いる光
源の波長帯域を異ならせたり、偏光状態を異ならせたり
して、クロストークが生じない様にする。このため、バ
ンドパスフィルター２２及び３６、更には偏光ビームス
プリッター１４及び３４及び1/4波長板１８が用いられ
ている。
一部共通部分を有するので、各光学系において用いる光
源の波長帯域を異ならせたり、偏光状態を異ならせたり
して、クロストークが生じない様にする。このため、バ
ンドパスフィルター２２及び３６、更には偏光ビームス
プリッター１４及び３４及び1/4波長板１８が用いられ
ている。
以上の如き実施例の３次元形状測定装置の性能につき以
下に評価を試みる。
下に評価を試みる。
先ず、位置測定の精度は光学系２の合焦状態判別分解能
と測長手段４２の測定精度とにより定まる。たとえば、
対物レンズ２０として焦点距離ｆ＝２．１mm，NA＝０．
９のものを、レンズ１０として焦点距離ｆ1＝６．６mm
のものを、レンズ２４として焦点距離ｆ2＝８５mmのも
のを用い、センサー２６としてCCDセンサーアレイを用
いた場合には、第４図のグラフにおけるリニア部分の傾
きとして２００〜１０００mV/μｍが得られ、更にこの
時のΔIの出力のノイズとして１〜２mV以下が達成され
る。これにより、光学系２の合焦状態判別分解能として
０．０１〜０．０２μｍが得られる。また、測長手段４
２として格子干渉測長方式によるものを用いれば０．１
〜０．０１μｍの精度が達成される。尚、測長手段４２
としては、その他光ヘテロダインの干渉方式によるもの
（たとえば、Hewlett Packard社のレーザー測長機、Ｏp
lus E,１９８２年１２月号ｐ８６〜）や、レーザー干渉
計の波数読取り方式によるもの等を用いることもでき、
これらによっても同様な精度が達成される。
と測長手段４２の測定精度とにより定まる。たとえば、
対物レンズ２０として焦点距離ｆ＝２．１mm，NA＝０．
９のものを、レンズ１０として焦点距離ｆ1＝６．６mm
のものを、レンズ２４として焦点距離ｆ2＝８５mmのも
のを用い、センサー２６としてCCDセンサーアレイを用
いた場合には、第４図のグラフにおけるリニア部分の傾
きとして２００〜１０００mV/μｍが得られ、更にこの
時のΔIの出力のノイズとして１〜２mV以下が達成され
る。これにより、光学系２の合焦状態判別分解能として
０．０１〜０．０２μｍが得られる。また、測長手段４
２として格子干渉測長方式によるものを用いれば０．１
〜０．０１μｍの精度が達成される。尚、測長手段４２
としては、その他光ヘテロダインの干渉方式によるもの
（たとえば、Hewlett Packard社のレーザー測長機、Ｏp
lus E,１９８２年１２月号ｐ８６〜）や、レーザー干渉
計の波数読取り方式によるもの等を用いることもでき、
これらによっても同様な精度が達成される。
次に、位置測定のストロークはアクチュエーター４０の
ストローク及び測長手段４２のストロークにより決ま
る。上記の如き格子干渉測長方式、光ヘテロダイン干渉
方式、レーザー干渉計の波数読取り方式等はいづれも１
００mm以上の高ストロークを実現することができ、また
アクチュエーターも同様なストロークを実現できる。
ストローク及び測長手段４２のストロークにより決ま
る。上記の如き格子干渉測長方式、光ヘテロダイン干渉
方式、レーザー干渉計の波数読取り方式等はいづれも１
００mm以上の高ストロークを実現することができ、また
アクチュエーターも同様なストロークを実現できる。
更に、投光スポット径は対物レンズ２０のＮＡにより定
まる。たとえば、対物レンズ２０としてＮＡ＝０．８の
ものを用いれば光学系２の投光スポット径φはφ＝２．
４４Ｆλ≒２．３８μｍ（ここで、 λ＝０．７８μｍとした）となり、２μｍ程度のスポッ
ト計測が可能となる。尚、スポット径を大きくしたい場
合には光学系２の投光有効光束径を小さくして実効的な
光束のＮＡを小さくすればよい。
まる。たとえば、対物レンズ２０としてＮＡ＝０．８の
ものを用いれば光学系２の投光スポット径φはφ＝２．
４４Ｆλ≒２．３８μｍ（ここで、 λ＝０．７８μｍとした）となり、２μｍ程度のスポッ
ト計測が可能となる。尚、スポット径を大きくしたい場
合には光学系２の投光有効光束径を小さくして実効的な
光束のＮＡを小さくすればよい。
また、傾斜角測定精度はセンサー３８の位置検出精度に
より定まる。たとえば、センサー３８の検出精度０．３
μｍで、対物レンズ２０の焦点距離ｆ＝３．３mmの場合
には約９″の傾斜角測定精度が実現できる。更に、傾斜
角の測定範囲としては、対物レンズ２０としてＮＡ＝
０．５〜０．９のものを用いれば１０〜３０゜位まで測
定が可能となる。
より定まる。たとえば、センサー３８の検出精度０．３
μｍで、対物レンズ２０の焦点距離ｆ＝３．３mmの場合
には約９″の傾斜角測定精度が実現できる。更に、傾斜
角の測定範囲としては、対物レンズ２０としてＮＡ＝
０．５〜０．９のものを用いれば１０〜３０゜位まで測
定が可能となる。
第６図は本発明の３次元形状測定装置の第２の実施例を
示す概略構成図である。本実施例装置においては傾斜角
測定光学系４の構成のみ上記第１の実施例と異なる。本
実施例の光学系４において、６０は光源であり、６２は
コリメーターレンズであり、６４アパーチャーであり、
６６はハーフミラーであり、６７はバンドパスフィルタ
ーであり、６８はレンズであり、７０はミラーであり、
７２及び７４はレンズであり、７６及び７８は光学的セ
ンサーである。本光学系において、ミラー７０は光軸Ｘ
を通る境界面により２分される２つのゾーンのうちの一
方（図においては下半分のゾーン）にのみ位置する。ま
た、アパーチャー６４とミラー７０とは対物レンズ２０
及びレンズ６８に関し共役に配置されている。即ち、ア
パーチャー６４は対物レンズ２０の焦点位置に配置され
ている。
示す概略構成図である。本実施例装置においては傾斜角
測定光学系４の構成のみ上記第１の実施例と異なる。本
実施例の光学系４において、６０は光源であり、６２は
コリメーターレンズであり、６４アパーチャーであり、
６６はハーフミラーであり、６７はバンドパスフィルタ
ーであり、６８はレンズであり、７０はミラーであり、
７２及び７４はレンズであり、７６及び７８は光学的セ
ンサーである。本光学系において、ミラー７０は光軸Ｘ
を通る境界面により２分される２つのゾーンのうちの一
方（図においては下半分のゾーン）にのみ位置する。ま
た、アパーチャー６４とミラー７０とは対物レンズ２０
及びレンズ６８に関し共役に配置されている。即ち、ア
パーチャー６４は対物レンズ２０の焦点位置に配置され
ている。
本実施例の光学系４においては、被測定物５０の表面が
光軸Ｘに垂直な面に対し傾斜を有していない場合には、
被測定物５０の表面に当たって反射した光は対物レンズ
２０の瞳位置で光軸Ｘと平行ずれなしにレンズ６８に到
達する。この状態では、ミラー７０により反射され、レ
ンズ７２を経てセンサー７６に到達する光量と、ミラー
７０に入射しないでレンズ７４を経てセンサー７８に到
達する光量とは等しく、この際のセンサー７６の出力と
センサー７８の出力とを等しくしておく。被測定物５０
の表面が光軸Ｘに垂直な面に対し傾斜を有している場合
には、被測定物５０の表面に当たって反射した光は対物
レンズ２０の瞳位置で光軸Ｘに対して平行ずれを生じレ
ンズ６８に入射する。この状態ではミラー７０で反射さ
れレンズ７２を経てセンサー７６に到達する光量とミラ
ー７０に入射しないでレンズ７４を経てセンサー７８に
到達する光量とが異なり、センサー７６と７８との差動
出力を求めれば、その値から傾斜角を求めることができ
る。
光軸Ｘに垂直な面に対し傾斜を有していない場合には、
被測定物５０の表面に当たって反射した光は対物レンズ
２０の瞳位置で光軸Ｘと平行ずれなしにレンズ６８に到
達する。この状態では、ミラー７０により反射され、レ
ンズ７２を経てセンサー７６に到達する光量と、ミラー
７０に入射しないでレンズ７４を経てセンサー７８に到
達する光量とは等しく、この際のセンサー７６の出力と
センサー７８の出力とを等しくしておく。被測定物５０
の表面が光軸Ｘに垂直な面に対し傾斜を有している場合
には、被測定物５０の表面に当たって反射した光は対物
レンズ２０の瞳位置で光軸Ｘに対して平行ずれを生じレ
ンズ６８に入射する。この状態ではミラー７０で反射さ
れレンズ７２を経てセンサー７６に到達する光量とミラ
ー７０に入射しないでレンズ７４を経てセンサー７８に
到達する光量とが異なり、センサー７６と７８との差動
出力を求めれば、その値から傾斜角を求めることができ
る。
尚、以上の実施例においては、合焦状態判別光学系２は
合焦のため全体が移動する様になっている例を示した
が、光学系２はその一部のみが移動する様になっていて
もよい。第７図及び第８図はその様な光学系の一部を示
すものである。
合焦のため全体が移動する様になっている例を示した
が、光学系２はその一部のみが移動する様になっていて
もよい。第７図及び第８図はその様な光学系の一部を示
すものである。
第７図の光学系２においては、対物レンズ２０のみが光
軸Ｘに沿って移動可能である。そして測長手段の一部を
構成するコーナーキューブ８０が該対物レンズ２０に固
定されており、測長手段本体から発せられたレーザー光
が該コーナーキューブ８０により反射されて測長手段本
体へと進行する。
軸Ｘに沿って移動可能である。そして測長手段の一部を
構成するコーナーキューブ８０が該対物レンズ２０に固
定されており、測長手段本体から発せられたレーザー光
が該コーナーキューブ８０により反射されて測長手段本
体へと進行する。
第８図の光学系２においては、光源８のみがレンズ１０
の光軸に沿って移動可能である。そして測長手段の一部
を構成するコーナーキューブ８０が光源８に固定されて
いる。尚、この場合には光源８の移動量を対物レンズ２
０から投光される光束のフォーカシング位置の移動量に
換算する必要がある。
の光軸に沿って移動可能である。そして測長手段の一部
を構成するコーナーキューブ８０が光源８に固定されて
いる。尚、この場合には光源８の移動量を対物レンズ２
０から投光される光束のフォーカシング位置の移動量に
換算する必要がある。
尚、第７図及び第８図の実施例においては可動部のみを
移動させるアクチュエーターが備えられているが、これ
は図示を省略した。
移動させるアクチュエーターが備えられているが、これ
は図示を省略した。
この様にして可動部を小さくすると、アクチュエーター
を小型化することができる。
を小型化することができる。
以上の実施例においては自動合焦の方式としていわゆる
TTL-A2F（Through the Taking Lens Active Auto Focu
s）方式（テレビジョン学会誌，第３５巻第８号，１９
８１年，ｐ６３７〜）を用いた例を示したが自動合焦の
方式としては他の方式たとえばビデオのピックアップに
用いられている方式やカメラのオートフォーカスで使用
されている方式等を用いることもできる。
TTL-A2F（Through the Taking Lens Active Auto Focu
s）方式（テレビジョン学会誌，第３５巻第８号，１９
８１年，ｐ６３７〜）を用いた例を示したが自動合焦の
方式としては他の方式たとえばビデオのピックアップに
用いられている方式やカメラのオートフォーカスで使用
されている方式等を用いることもできる。
以上の如き本発明の３次元形状測定装置によれば、高精
度，高ストロークにて微小スポットによる３次元形状測
定を高速にて行なうことができ、同時に同一特定位置の
被測定物表面の傾斜角測定をも行なうことができるの
で、３次元形状に関する正確な情報を短時間のうちに得
ることができる。
度，高ストロークにて微小スポットによる３次元形状測
定を高速にて行なうことができ、同時に同一特定位置の
被測定物表面の傾斜角測定をも行なうことができるの
で、３次元形状に関する正確な情報を短時間のうちに得
ることができる。
第１図は本発明装置の構成図であり、第２図及び第５図
はその部分図であり、第３図はセンサーの平面図であ
り、第４図はセンサーの出力のグラフであり、第６図は
本発明装置の構成図であり、第７図及び第８図は本発明
装置の部分構成図である。 ２：合焦状態判別光学系、４：傾斜角測定光学系、６：
ケーシング、８，２８，６０：光源、２０：対物レン
ズ、２６，３８，７６，７８：センサー、４０：アクチ
ュエーター、４２：測長手段、５０：被測定物。
はその部分図であり、第３図はセンサーの平面図であ
り、第４図はセンサーの出力のグラフであり、第６図は
本発明装置の構成図であり、第７図及び第８図は本発明
装置の部分構成図である。 ２：合焦状態判別光学系、４：傾斜角測定光学系、６：
ケーシング、８，２８，６０：光源、２０：対物レン
ズ、２６，３８，７６，７８：センサー、４０：アクチ
ュエーター、４２：測長手段、５０：被測定物。
Claims (3)
- 【請求項１】集光光を対象物方向に照射して該集光光の
集光位置と対象物との相対位置関係を判別する合焦状態
判別光学系と、該合焦状態判別光学系と少なくとも対物
レンズ近傍における光路を共有し且つ前記合焦状態判別
光学系と概略同じ集光位置に集光する集光光を対象物方
向に照射して該集光位置における対象物の傾斜角を測定
する傾斜角測定光学系と、前記合焦状態判別光学系と傾
斜角測定光学系から出射する光束の集光位置が移動させ
るための可動部と、該可動部の移動量を測定するための
手段とが設けられていることを特徴とする、３次元形状
測定装置。 - 【請求項２】更に前記合焦状態判別光学系を用いて判別
された合焦状態に基づき前記集光位置を対象物上に一致
させる様に前記可動部を駆動せしめるための制御手段が
設けられている、第１項の３次元形状測定装置。 - 【請求項３】２つの光学系が異なる波長帯域の光源を有
し、且つ各光学系が該光学系の光源の発する波長帯域の
光を透過せしめ他の光学系の光源の発する波長帯域の光
を透過せしめないバンドパスフィルターを有する、第１
項の３次元形状測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13790284A JPH0652168B2 (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | ３次元形状測定装置 |
| US07/517,514 US5033856A (en) | 1984-07-05 | 1990-04-30 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13790284A JPH0652168B2 (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | ３次元形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6117907A JPS6117907A (ja) | 1986-01-25 |
| JPH0652168B2 true JPH0652168B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=15209346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13790284A Expired - Fee Related JPH0652168B2 (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | ３次元形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652168B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0619244B2 (ja) * | 1985-09-30 | 1994-03-16 | 横河電機株式会社 | 変位変換器 |
| JPH07122570B2 (ja) * | 1987-03-13 | 1995-12-25 | キヤノン株式会社 | 面形状測定装置 |
| JPS63223510A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Canon Inc | 面形状測定装置 |
-
1984
- 1984-07-05 JP JP13790284A patent/JPH0652168B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6117907A (ja) | 1986-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5033856A (en) | Three-dimensional shape measuring apparatus | |
| US5929983A (en) | Optical apparatus for determining the height and tilt of a sample surface | |
| US5991034A (en) | Interferometer which varies a position to be detected based on inclination of surface to be measured | |
| US4874246A (en) | Arrangement for optically measuring a distance between a surface and a reference plane | |
| NL192406C (nl) | Inrichting voor het detecteren van een focusseringsfoutsignaal voor een objectieflens bij het aftasten van een informatiedrager. | |
| JPH0582658B2 (ja) | ||
| JP2002039724A (ja) | 孔内面検査装置 | |
| JPH0812046B2 (ja) | 二段検出式非接触位置決め装置 | |
| JPS6117905A (ja) | 厚さ測定装置 | |
| JPS5979104A (ja) | 光学装置 | |
| JPS6161178B2 (ja) | ||
| JPH0652168B2 (ja) | ３次元形状測定装置 | |
| JPS6117908A (ja) | ３次元形状測定装置 | |
| JPS59231736A (ja) | フォーカスおよびトラッキング誤差検出装置 | |
| JPS63241407A (ja) | 微細凹部の深さ測定方法及びその装置 | |
| JPS60211306A (ja) | 縞走査シエアリング干渉測定装置における光学系調整方法 | |
| JPS63223510A (ja) | 面形状測定装置 | |
| JP2949179B2 (ja) | 非接触式形状測定装置及び形状測定法 | |
| JP2005147703A (ja) | 面間隔測定装置および面間隔測定方法 | |
| JP2005274550A (ja) | レーザー測長器及び光ディスク原盤露光装置 | |
| JPH0629714B2 (ja) | 三次元形状測定装置 | |
| JPS63229314A (ja) | 形状測定装置 | |
| JP2686323B2 (ja) | フォーカス誤差検出装置 | |
| JPS63223509A (ja) | 面形状測定装置 | |
| JPS61105408A (ja) | 光学測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |