JPH0652168B2 - 3次元形状測定装置 - Google Patents
3次元形状測定装置Info
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- 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
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- JP
- Japan
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- optical system
- light
- focused
- state determination
- objective lens
- Prior art date
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-
- 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 |
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