JPH10281743A - 共焦点光学装置及び該装置の合焦位置算定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】必要となるメモリ容量を低減しつつ、被計測物
体の高さを迅速かつ正確に計測することができる共焦点
光学装置及び該装置におけるピーク検出方法を提供する
こと。 【解決手段】理想的なＶ−Ｚ曲線のピーク部分を示すモ
デルデータをあらかじめモデルデータ記憶部１４に格納
しておき、検出データ記憶部１３に記憶する局所的な検
出データを更新する都度、ピーク算定処理部１２がモデ
ルデータと検出データを用いてピーク度数を算定し、こ
のピーク度数に基づいてピーク領域をなす局所的な検出
データを特定し、特定した検出データを用いた曲線近似
を行って被計測物体の高さを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体からの反射光
を検出器で検出し、該検出器による検出データの分布に
基づいて物体の高さを示す合焦位置を算定する共焦点光
学装置に関し、特に、必要となるメモリ容量を低減しつ
つ、被計測物体の高さを迅速かつ正確に計測する共焦点
光学装置、該装置の合焦位置算定方法及び記録媒体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被計測物体の表面形状を測定する
際に、該被計測物体に対して光を照射しつつ光軸方向に
順次移動し、その反射光の強度に基づいて被計測物体の
表面の高さを求める共焦点光学装置が知られている。

【０００３】図９は、従来の共焦点光学装置の基本構成
を示す図である。

【０００４】図９に示すように、この共焦点光学装置で
は、光源から発する光をコンデンサレンズで平行光とし
た後に投光ピンホールに入射し、該投光ピンホールを通
過した出射光をビームスプリッタ、レンズ群１及びレン
ズ群２を介して被計測物体に照射する。

【０００５】そして、この被計測物体の表面で反射し、
ビームスプリッタで分波された反射光の結像が投光ピン
ホールと共役な位置に設けた受光ピンホールを通過する
光量を検出器で検出する。

【０００６】かかる場合に、投光ピンホールから出射さ
れた出射光が被計測物体の表面で合焦したならば、検出
器が検出する検出信号が極大となるため、レンズ群２又
は被計測物体を光軸方向（以下「Ｚ方向」と言う。）に
移動させることにより、被計測物体の高さを検出でき
る。

【０００７】図１０は、図９に示す検出器の検出信号と
レンズ群２のＺ軸方向の移動量との関係（以下「Ｚ−Ｖ
特性」と言う。）を示す図である。

【０００８】同図に示すように、レンズ群２をＺ軸方向
に移動すると、検出信号の強度が徐々に増え、Ｚｐの時
点で検出器の出力Ｖｐが最大となり、その後徐々に検出
信号の強度が低下する。

【０００９】すなわち、このＺｐの地点が被計測物体表
面における出射光の合焦位置であり、該Ｚｐが被計測物
体表面の真の高さとなる。

【００１０】したがって、被計測物体の表面に凹凸が存
在する場合には、該被計測物体を光軸に垂直な方向に走
査するか、又は投光ピンホール、受光ピンホール及び検
出器を２次元的に配置することにより、被計測物体の表
面形状を精密に測定することができる。

【００１１】例えば、特開平６−３０８３９０号公報に
は、ピークサーチと呼ばれるかかる従来の共焦点光学装
置が開示されており、具体的には図示しないパルスモー
タを用いてレンズ群２又は被計測物体をＺ方向に移動し
ながら、検出器の検出データを取り込み、最も大きなＶ
ｍに対応するＺｍを求めて被計測物体の高さとしてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来技術のように、Ｚ−Ｖ曲線の最大値Ｖｍを持つＺｍ
を求めることとすると、レンズ群２又は被計測物体を一
通り移動して検出信号を取得した後でなければ、被計測
物体の高さＺｍを求めることができない。

【００１３】単に移動前後の検出信号を比較して被計測
物体の高さを求めることとすると、図１１（ａ）に示す
ように、Ｚ−Ｖ曲線の極大値が複数存在するような場合
には、被計測物体の本来の高さが最大値Ｚ２であるにも
係わらず、誤って極大値Ｖ１に対応する高さＺ１を被計
測物体の高さと判断してしまい、また図１１（ｂ）に示
すように、Ｚ−Ｖ曲線にノイズＡが存在する場合には、
このノイズに対応する高さＺ１を被計測物体の高さと判
断してしまうためである。

【００１４】このため、上記従来技術を用いて被計測物
体の高さを求めるためには、該被計測物体を一通り移動
して検出信号を所得する時間と、かかる検出信号を全て
格納するためのメモリとが最低限必要となる。

【００１５】特に、検出器による検出信号の所得時間間
隔を短くして、計測精度を高めようとすればするほど、
検出信号取得時間と必要となるメモリ容量とが増大する
こととなる。

【００１６】また、たとえ検出器による検出信号の取得
時間間隔を短くしたとしても、取得した検出信号は離散
値であるため、検出信号の最大値Ｖｍを持つＺｍが被計
測物体の本来の高さＺｐと一致するとは限らない。

【００１７】このように、かかる共焦点光学装置の分野
においては、必要となるメモリ容量を低減しつつ、被計
測物体の高さをいかに迅速かつ精度良く計測するかが極
めて重要な課題であった。

【００１８】そこで、本発明では、上記課題を解決すべ
く、必要となるメモリ容量を低減しつつ、被計測物体の
高さを迅速かつ正確に計測することができる共焦点光学
装置及び該装置におけるピーク検出方法を提供すること
を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段及び効果】上記目的を達成
するため、第１の発明は、物体からの反射光を検出器で
検出し、該検出器による検出データの分布に基づいて前
記物体の高さを示す合焦位置を算定する共焦点光学装置
において、前記検出データの基準分布のピーク部分を示
すｎ個の基準データを記憶する第１の記憶手段と、前記
検出器が連続して検出したｎ個の検出データを記憶する
第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段に記憶したｎ個
の基準データと前記第２の記憶手段に記憶したｎ個の検
出データに基づいて、該ｎ個の検出データが前記分布の
ピーク部分となる蓋然性を示すピーク度数を算出する算
出手段と、前記算出手段が算出したピーク度数に基づい
て前記物体の高さを示す合焦位置を特定する特定手段と
を具備するよう構成したので、下記に示す効果が得られ
る。

【００２０】１）共焦点光学装置で合焦位置を特定する
際に必要となるメモリ容量を低減することが可能とな
る。

【００２１】２）物体の高さを迅速かつ正確に計測する
ことが可能となる。

【００２２】また、第２の発明は、最大のピーク度数を
持つｎ個の検出データを記憶する第３の記憶手段と、新
たな検出データを検出する都度、該新たな検出データに
対応するピーク度数が最大であるか否かを判断し、最大
のピーク度数である場合には前記第３の記憶手段に記憶
したｎ個の検出データを更新する更新手段とをさらに具
備するよう構成したので、最大のピーク度数を有するｎ
個の検出データを容易に管理することが可能となる。

【００２３】また、第３の発明は、前記第２の記憶手段
は、ｎ個のレジスタを有するシフトレジスタからなり、
前記検出器が新たな検出データを取得する都度、すでに
記憶した検出データを順次シフトしつつ前記新たな検出
データを記憶するよう構成したので、検出器が検出した
検出データに基づいて迅速かつ効率的に合焦位置を算出
することが可能となる。

【００２４】また、第４の発明は、前記算出手段は、前
記第１の記憶手段に記憶したｎ個の基準データと前記第
２の記憶手段に記憶したｎ個の検出データとの相関係数
を算定し、該相関係数を前記ピーク度数とするよう構成
したので、ピーク度数を簡易かつ迅速に算定することが
可能となる。

【００２５】また、第５の発明は、前記特定手段は、前
記算出手段が算出したピーク度数のうちの最大のピーク
度数を有するｎ個の基準データに基づいて前記物体の高
さを示す合焦位置を特定するよう構成したので、合焦位
置を特定する際に考慮すべきデータ量を低減し、もって
迅速に合焦位置を特定することが可能となる。

【００２６】また、第６の発明は、前記特定手段は、前
記算出手段が算出した最大のピーク度数を有するｎ個の
検出データを曲線近似し、近似した曲線の極大値を持つ
移動量に基づいて前記物体の高さを示す合焦位置を特定
するよう構成したので、より正確に物体の高さを示す合
焦位置を算定することが可能となる。

【００２７】また、第７の発明は、物体からの反射光を
検出器で検出し、該検出器による検出データの分布に基
づいて前記物体の高さを示す合焦位置を算定する共焦点
光学装置の合焦位置算定方法において、検出データの基
準分布のピーク部分を示すｎ個の基準データを取得し、
前記検出器が検出データを検出した際に、該検出データ
を含む連続したｎ個の検出データと前記ｎ個の基準デー
タとに基づいて、該ｎ個の検出データが前記分布のピー
ク部分となる蓋然性を示すピーク度数を算出し、算出し
たピーク度数に基づいて前記物体の高さを示す合焦位置
を特定するよう構成したので、物体の高さを迅速かつ正
確に計測することが可能となる。

【００２８】また、第８の発明は、物体からの反射光を
検出器で検出し、該検出器による検出データの分布に基
づいて前記物体の高さを示す合焦位置を算定する共焦点
光学装置の合焦位置算定方法において、検出データの基
準分布のピーク部分を示すｎ個の基準データを取得し、
前記検出器が検出データを検出した際に、該検出データ
を含む連続したｎ個の検出データと前記ｎ個の基準デー
タとから算定した相関係数を、該ｎ個の検出データの前
記分布のピーク部分となる蓋然性を示すピーク度数と
し、算出した最大のピーク度数を有するｎ個の検出デー
タを曲線近似して、近似した曲線の極大値を持つ移動量
に基づいて物体の高さを示す合焦位置を特定するよう構
成したので、物体の高さをさらに迅速に計測することが
可能となる。

【００２９】また、第９の発明は、物体からの反射光を
検出器で検出し、該検出器による検出データの分布に基
づいて前記物体の高さを示す合焦位置を算定する共焦点
光学装置に用いる記録媒体において、検出データの基準
分布のピーク部分を示すｎ個の基準データと、前記検出
器が検出データを検出した際に、該検出データを含む連
続したｎ個の検出データと前記ｎ個の基準データとから
算定した相関係数を、該局所データの前記分布のピーク
部分となる蓋然性を示すピーク度数とし、算出した最大
のピーク度数を有するｎ個の検出データを曲線近似し
て、近似した曲線の極大値を持つ移動量に基づいて物体
の高さを示す合焦位置を特定するソフトウエアとを記録
するよう構成したので、汎用のコンピュータを用いて、
物体の高さを示す合焦位置を迅速かつ正確に計測するこ
とが可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００３１】図１は、本実施の形態で用いる共焦点光学
装置１０の全体構成を示す機能ブロック図である。

【００３２】図１に示す共焦点光学装置１０は、モデル
データのＺ−Ｖ特性のピーク部分をなすｎ個の基準デー
タをあらかじめモデルデータ記憶部１４に記憶してお
き、検出データ記憶部１３に記憶したＺ−Ｖ曲線のｎ個
の検出データ（以下「局所データ」と言う。）とモデル
データ記憶部１４に記憶したｎ個の基準データとの相互
関係からピーク領域をなす局所データを特定してピーク
データ記憶部１２ａに記憶する。

【００３３】そして、このピークデータ記憶部１２ａに
記憶した局所データを曲線近似処理部１５を用いて曲線
近似し、近似曲線の極大値を被計測物体表面の高さとし
て出力する。

【００３４】このように、この共焦点光学装置１０は、
ｎ個の基準データと局所データとの相互関係を指標とし
て導入し、該指標に基づいてピーク領域をなす局所デー
タを特定するよう構成したものである。

【００３５】図１に示すように、この共焦点光学装置１
０は、共焦点光学部１１と、ピーク算定処理部１２と、
検出データ記憶部１３と、モデルデータ記憶部１４と、
曲線近似処理部１５とからなる。

【００３６】共焦点光学部１１は、図９に示す従来の共
焦点光学装置と同様に、レンズ群２を移動しながら被計
測物体に平行光を照射し、該被計測物体の表面で反射し
た反射光の結像を投光ピンホールアレイと共役な位置に
設けた検出器アレイ１１ａで検出する処理部である。す
なわち、本実施の形態では、被計測物体自体を移動する
のではなく、レンズ群を移動する場合を示している。

【００３７】ここで、この共焦点光学部１１は、被計測
物体の複数の表面位置を一度に測定するために、複数の
投光ピンホールを有する投光ピンホールアレイと、複数
の反射信号を検知する検出器アレイ１１ａを内在してい
る。

【００３８】ピーク算定処理部１２は、共焦点光学部１
１から取得した検出データに基づいて、被計測物体の位
置座標ごとにＶ−Ｚ曲線のピークすなわち被計測物体表
面の高さを算定する処理部である。

【００３９】具体的には、このピーク算定処理部１２は
２つの処理過程からなり、まず最初に第１の処理過程に
おいては、検出データ記憶部１３に記憶した局所データ
とモデルデータ記憶部１４に記憶したｎ個の基準データ
との相関係数をレンズ群を移動する都度算出し、最も大
きな相関係数を有する局所データをピークデータ記憶部
１２ａに記憶する。

【００４０】そして、第２の処理過程では、第１の処理
過程でピークデータ記憶部１２ａに記憶した局所データ
を用いて曲線近似を行い、近似曲線の極大点におけるＺ
を被計測物体の高さとして出力する。なお、かかる算出
処理は、投光ピンホールアレイのピンホール数だけ並列
処理することになる。

【００４１】検出データ記憶部１４は、検出器アレイ１
１ａで検出した検出データを記憶するシフトレジスタで
あり、検出器アレイ１１ａが新たな検出データを取得す
る都度、該検出データ記憶部１４の記憶内容をシフトし
つつ新たな検出データをシフトレジスタに追加記憶す
る。

【００４２】ここで、この検出データ記憶部１４は、レ
ンズ群をＺ方向に５回移動した際の検出データのみを記
憶し、新たなデータを獲得した時点で最も古いデータを
破棄することとしている。すなわち、ここではｎが５で
ある場合を示している。

【００４３】このように、この検出データ記憶部１４で
は、検出器アレイ１１ａが検出した全てのデータを記憶
するわけではなく、連続して取得する５回分の検出デー
タのみを記憶しており、また、この５回分の検出データ
は、Ｖ−Ｚ曲線の一部分にすぎないため、ここでは局所
データと呼んでいる。

【００４４】なお、本実施の形態では、検出器アレイ１
１ａが複数の座標位置の検出データを一括して取り込む
こととしているため、この検出データ記憶部１４につい
てはＸＹ平面の２次元データをＺ方向にシフトする３次
元シフトレジスタを用いて構成している。

【００４５】モデルデータ記憶部１４は、あらかじめ鏡
面などを複数回測定したデータの平均をとって生成した
理想的なＶ−Ｚ曲線の５つのサンプルをモデルデータと
して記憶する記憶部である。

【００４６】ここで、このモデルデータとしては、理想
的なＶ−Ｚ曲線のピーク部分をなす５つのサンプル点を
抽出することとする。

【００４７】なお、レンズの収差による各座標位置での
Ｖ−Ｚ曲線の相違を考慮して、本実施の形態では、この
モデルデータ記憶部１４についてはＸＹＺの３次元レジ
スタを用いて構成している。

【００４８】また、本実施の形態では、鏡面を使った実
測データをモデルデータをして用いることとしたが、文
献データや光学的な理論値に基づいてモデルデータを算
出することもできる。

【００４９】曲線近似処理部１７は、ピークデータ記憶
部１２ａに記憶した局所データを用いて曲線近似を行
い、近似曲線の極大点を算出してピーク算定処理部１２
に出力する処理部である。

【００５０】上記構成を有する共焦点光学装置１０を用
いることにより、検出データ記憶部１３に順次記憶する
局所データと、モデルデータ記憶部１４に記憶する５個
の基準データとから算出したピーク度数に基づいてピー
ク付近の局所データを特定し、特定した局所データを曲
線近似して被計測物体の高さを算出することができる。

【００５１】次に、図１に示すピーク算定処理部１２の
処理概念について具体的に説明する。

【００５２】図２は、図１に示すピーク算定処理部１２
の処理概念を示す図である。

【００５３】図２（ａ）は、図１に示すモデルデータ記
憶部１４に記憶するモデルデータを示しており、ここで
はＭ0〜Ｍ4の５つのサンプルをモデルデータとして採用
している。なお、同図に示すＭ0〜Ｍ4は、Ｖ−Ｚ曲線の
ピーク部分から抽出したものである。

【００５４】図２（ｂ）は、図１に示す検出器アレイ１
１ａが取得する検出データを示しており、かかる検出デ
ータのうちの５つの検出データが検出データ記憶部１３
に記憶されることとなる。

【００５５】図２（ｃ）は、モデルデータ記憶部１４に
記憶したモデルデータと検出器アレイ１１ａが取得した
検出データとから生成したピーク度数（Ｏ）とＺ位置と
の対応関係を示す図である。

【００５６】ここで、このピーク度数とは、モデルデー
タＭ0〜Ｍ4と、検出データ記憶部１３に記憶した５つの
検出データＶj-4、Ｖj-3、Ｖj-2、Ｖj-1、Ｖj との相関
係数であり、 Ｏj ＝ Σi Ｍi×Ｖj-i ただし、ｉ＝０〜４ として算定される。

【００５７】このため、このピーク度数が最も高くなる
５つの検出データを特定し、特定した５つの検出データ
を曲線近似して、その極大値を求めることにより、被計
測物体の高さすなわちＺ位置を特定することができる。

【００５８】このように、本実施の形態に係わる共焦点
光学装置１０では、局所データと５つのモデルデータの
相関係数をピーク度数としている。

【００５９】次に、図１に示す共焦点光学部１１の構成
について具体的に説明する。

【００６０】図３は、図１に示す共焦点光学部１１の構
成を示す図である。

【００６１】図３に示すように、この共焦点光学部１１
は、光源３０から発した光３１をレンズ３２によって平
行光にし、該平行光を複数のピンホールを有する投光ピ
ンホールアレイ３３を介して出射光３４にし、この出射
光３４をビームスプリッタ３５、レンズ群３６及びレン
ズ群３７を介して被計測物体３８の複数の位置に照射す
る。

【００６２】そして、被計測物体３８の複数の位置で反
射する反射光は、レンズ群３７と、レンズ群３６と、ビ
ームスプリッタ３５と、投光ピンホールアレイ３３と共
役な位置に配設された受光ピンホールアレイ３９とを介
して、検出器アレイ１１ａで検出される。

【００６３】この際、被計測物体３８に出射光が照射さ
れる各位置での高さを求めるためには、レンズ群３７又
は被計測物体３８をＺ方向に移動させる必要があるが、
本実施の形態では、レンズ群３７を移動させることとし
ている。

【００６４】このように、この共焦点光学部１１では、
複数のピンホールを有する投光ピンホールアレイ３３及
び受光ピンホールアレイ３９と、検出器アレイ１１ａと
を用いることにより、被計測物体３８の複数の位置の高
さを一度に計測することとしている。

【００６５】次に、図１に示す検出データ記憶部１３及
びモデルデータ記憶部１４について具体的に説明する。

【００６６】図４は、図１に示す検出データ記憶部１３
及びモデルデータ記憶部１４の構造を示す図である。

【００６７】同図（ａ）は、図１に示すモデルデータ記
憶部１４の構造を示しており、該モデルデータ記憶部１
４は、ｍ×ｎのサイズを有する５つの２次元メモリＭ0
、Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ3 及びＭ4 からなる。

【００６８】例えば、図２（ａ）に示すＭ0 は、２次元
メモリＭ0 に記憶するモデルデータに対応し、図２
（ａ）に示すＭ1 は、２次元メモリＭ1 に記憶するモデ
ルデータに対応し、図２（ａ）に示すＭ2 は、２次元メ
モリＭ2 に記憶するモデルデータに対応し、図２（ａ）
に示すＭ3 は、２次元メモリＭ3 に記憶するモデルデー
タに対応し、図２（ａ）に示すＭ4 は、２次元メモリＭ
4 に記憶するモデルデータに対応する。

【００６９】ここで、各モデルデータをそれぞれ２次元
メモリに記憶した理由は、共焦点光学部１１が複数の座
標位置における検出を一度に行うためである。

【００７０】このため、例えば、被計測物体の座標
（ｋ，ｌ）の高さを求める場合には、Ｍ0（ｋ，ｌ）、
Ｍ1（ｋ，ｌ）、Ｍ2（ｋ，ｌ）、Ｍ3（ｋ，ｌ）、Ｍ4
（ｋ，ｌ）の５つのモデルデータが使用されることにな
る。

【００７１】図４（ｂ）は、図１に示す検出データ記憶
部１３の構造を示しており、該検出データ記憶部１３
は、ｍ×ｎのサイズを有する５つの２次元メモリＶj 、
Ｖj-1、Ｖj-2 、Ｖj-3 及びＶj-4 からなる。

【００７２】そして、この２次元メモリＶj には、Ｚ方
向の移動量Ｚj での検出データが記憶され、２次元メモ
リＶj-1 には、Ｚ方向の移動量Ｚjー1 での検出データが
記憶され、この２次元メモリＶj-2 には、Ｚ方向の移動
量Ｚjー2 での検出データが記憶され、２次元メモリＶj-
3 には、Ｚ方向の移動量Ｚjー3 での検出データが記憶さ
れ、２次元メモリＶj-4 には、Ｚ方向の移動量Ｚjー4 で
の検出データが記憶される。

【００７３】このため、被計測物体の座標（ｋ，ｌ）の
移動量Ｚj でのピーク度数すなわち相関係数を求める場
合には、Ｖj（ｋ，ｌ） 、Ｖj-1（ｋ，ｌ） 、Ｖj-2
（ｋ，ｌ） 、Ｖj-3（ｋ，ｌ） 及びＶj-4（ｋ，ｌ）
の５つの検出データが使用されることになる。

【００７４】ただし、上記モデルデータ記憶部１４とは
異なり、かかる２次元メモリＶj 〜Ｖj-4 は、それぞれ
シフトレジスタをなし、例えば、次の検出データを取得
した時点で、Ｖjー3（ｋ，ｌ） に記憶した検出データを
Ｖjー4（ｋ，ｌ）にシフトし、Ｖjー2（ｋ，ｌ） に記憶
した検出データをＶjー3（ｋ，ｌ）にシフトし、Ｖjー1
（ｋ，ｌ） に記憶した検出データをＶjー2（ｋ，ｌ）に
シフトし、Ｖj（ｋ，ｌ）に記憶した検出データをＶjー1
（ｋ，ｌ）にシフトし、新たに取得した検出データをＶ
j（ｋ，ｌ）に格納することになる。

【００７５】このように、本実施の形態に係わる共焦点
光学装置１０では、検出器アレイ１１ａが取得した検出
データを全て検出データ記憶部１３に記憶するのではな
く、該検出データ記憶部１３に記憶する検出データを逐
次更新して、必要になるメモリ容量を低減している。

【００７６】次に、図１に示すピーク算定処理部１２が
行うピーク度数の算定処理について説明する。

【００７７】すでに説明したように、このピーク度数算
定処理部１２では、モデルデータＭ0〜Ｍ4と、検出デー
タ記憶部１３に記憶した５つの検出データＶj-4、Ｖj-
3、Ｖj-2、Ｖj-1、Ｖj との相関係数Ｏj Ｏj ＝ Σi Ｍi×Ｖj-i ただし、ｉ＝０〜４ を求めている。

【００７８】このように、かかるピーク度数については
ソフトウエアで実現することができるが、図５に示すよ
うに、乗算回路、遅延回路及び加算回路を用いてハード
ウエアで実現することもできる。

【００７９】次に、図１に示す曲線近似処理部１５が行
う曲線近似処理について説明する。

【００８０】この曲線近似処理部１５は、ピークデータ
記憶部１２ａに記憶したピークデータに基づいて２次曲
線近似を行い、その極大値をピーク算定処理部１２に出
力する。

【００８１】すなわち、ピークデータ記憶部１２ａに
は、Ｖ−Ｚ曲線のピーク領域をなす局所データが記憶さ
れるわけであるが、図６に示すように、かかる局所デー
タのうち最も大きな値Ｖｍを持つＺｍと、本来の最大値
Ｖｋを持つＺｋとが一致しない場合には、算定した被計
測物体の高さにＺｋ−Ｚｍの誤差が生じる。

【００８２】このため、この曲線近似処理部１５では、
５つの局所データのうち最も大きな検出データＶm と、
該検出データＶm の前後の検出データＶm+1 及びＶm-1
とを特定し、かかる３つの検出データを次式に代入して
Ｚkを算定する。

【００８３】 これにより、Ｚ−Ｖ特性は２次曲線によって近似され、
被計測物体の真の高さＺk と誤差の少ない高さを求める
ことができる。

【００８４】なお、本実施の形態では、ソフトウエア的
にピークＶk を求める場合について示したが、デジタル
シグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を用いて、内部プログ
ラムを組むこともできる。また、計測スピードを向上さ
せるために専用のハードウエア回路を構成することもで
きる。

【００８５】また、本実施の形態では、２次曲線近似を
行う場合を示したが、さらに高次曲線近似を行うことも
できる。

【００８６】次に、図１に示す共焦点光学装置１０の処
理手順について説明する。

【００８７】図７は、図１に示す共焦点光学装置１０の
処理手順を示すフローチャートである。なお、モデルデ
ータ記憶部１４には、あらかじめモデルデータが格納さ
れているものとする。

【００８８】図７に示すように、この共焦点光学装置１
０は、まず最初にレンズ群３７をＺ方向に移動し（ステ
ップ７０１）、検出器アレイ１１ａで２次元データを計
測し（ステップ７０２）、検出データ記憶部１３に格納
済みの検出データをシフトした後に、新たに取得した検
出データを検出データ記憶部１３に追加する（ステップ
７０３）。

【００８９】次に、ピーク算定処理部１２は、検出デー
タ記憶部１３に記憶した検出データと、モデルデータ記
憶部１４に記憶したモデルデータとの相関係数を算定
し、該相関係数をピーク度数とする（ステップ７０
４）。

【００９０】そして、算定したピーク度数をこれまでに
最大のピーク度数と比較し（ステップ７０５）、算定し
たピーク度数の方が大きければ、検出データ記憶部１３
の内容をピークデータ記憶部１２ａに複写して、ピーク
データ記憶部１２ａの内容を更新する（ステップ７０６
〜７０７）。

【００９１】かかる処理を、Ｚ方向にレンズ群３７を移
動する都度繰り返し（ステップ７０８）、移動が終了し
たならば、かかるピークデータ記憶部１２ａの内容に基
づいて曲線近似処理を行い（ステップ７０９）、被計測
物体のＺ位置を算出する（ステップ７１０）。

【００９２】このように、本実施の形態では、検出器ア
レイ１１ａが検出したデータを全て記憶するのではな
く、かかる検出器アレイ１１ａをシフトレジスタで構成
して繰り返しピーク度数を算定する。

【００９３】上述してきたように、本実施の形態では、
理想的なＶ−Ｚ曲線のピーク部分を示すモデルデータを
あらかじめモデルデータ記憶部１４に格納しておき、検
出データ記憶部１３に記憶する局所的な検出データを更
新する都度ピーク度数を算定し、このピーク度数に基づ
いてピーク領域をなす局所的な検出データを特定するよ
う構成したので、下記に示す効果が得られる。

【００９４】１）計測データを記憶するメモリのメモリ
容量を低減することができる。

【００９５】２）被計測物体の高さを迅速かつ正確に計
測することができる。

【００９６】また、本実施の形態では、ピーク領域をな
す局所的な検出データを特定した後に、該検出データを
用いた曲線近似を行って極大をなす高さを求めるよう構
成したので、被計測物体の高さの誤差を低減することが
できる。

【００９７】ところで、本実施の形態では、図１に示す
機能ブロック図にしたがって本発明を説明したが、共焦
点光学装置と該共焦点光学装置を制御するコンピュータ
とからなるシステム構成を用いることもできる。

【００９８】具体的には、図８に示すように、図３に示
す共焦点光学部１１と同様の構成を有する共焦点光学装
置８０と、コンピュータ８１とを用いて本発明に係わる
共焦点光学システムを構成できる。

【００９９】この場合には、フロッピーディスク８２内
に本発明に係わるプログラム及びデータをあらかじめ格
納しておき、コンピュータ８１がディスク装置８１ｄで
該フロッピーディスク８２に記憶したプログラム及びデ
ータを読み取る。

【０１００】そして、ＣＰＵ８１ａが、フロッピーディ
スク８２に記憶したプログラムを実行して、検出器アレ
イ８０ａからＩ／Ｆ部８１ｂが受信したデータに基づい
て被計測物体の高さを算定することになる。

【０１０１】したがって、図１に示すピーク算定処理部
１２及び曲線近似処理部１５に対応するプログラムと、
モデルデータ記憶部１４に記憶するモデルデータとをフ
ロッピーディスク８２内に格納しておくことにより、か
かるシステム構成を用いたピーク算定処理を行うことが
できる。

【０１０２】なお、本実施の形態では、上記相関係数を
ピーク度数として用いる場合を示したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、正規化相関等をピーク度数
として用いることもできる。

【０１０３】具体的には、 を用いて、正規化相関Ｒj を算定することになる。

【０１０４】また、本実施の形態では、ピークデータ記
憶部１２ａに局所データを格納した後に、該局所データ
に基づいて曲線近似を行って被計測物体の高さを求める
こととしたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、ピークデータ記憶部１２ａに記憶した局所データの
最大値を、被計測物体の高さとすることも可能である。

【０１０５】さらに、本実施の形態では、検出データ記
憶部１３に５回分の検出データを記憶することとした
が、本発明はこれに限定されるものではなく、ｎ回の検
出データを記憶することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態で用いる共焦点光学装置の全体構
成を示す機能ブロック図。

【図２】図１に示すピーク算定処理部の処理概念を示す
図。

【図３】図１に示す共焦点光学部の構成を示す図。

【図４】図１に示す検出データ記憶部及びモデルデータ
記憶部の構造を示す図である。

【図５】図１に示すピーク算定処理部のピーク算定処理
回路を示す図。

【図６】図１に示す曲線近似処理部が行う曲線近似処理
の概念を示す図。

【図７】図１に示す共焦点光学装置の処理手順を示すフ
ローチャート。

【図８】共焦点光学装置とコンピュータからなる共焦点
光学システムの構成を示す図。

【図９】従来の共焦点光学装置の基本構成を示す図。

【図１０】図９に示す検出器の検出信号とレンズ群２の
Ｚ軸方向の移動量との関係を示す図。

【図１１】Ｖ−Ｚ曲線の一例を示す図。

【符号の説明】

１０…共焦点光学装置、 １１…共焦点光学部、 １１
ａ…検出器アレイ、１２…ピーク算定処理部、 １２ａ
…ピークデータ記憶部、１３…検出データ、 １４…モ
デルデータ記憶部、１５…曲線近似処理部、 ３０…光
源、 ３１…光、 ３２…レンズ、３３…投光ピンホー
ルアレイ、 ３４…出射光、３５…ビームスプリッタ、
３６，３７…レンズ群、３８…被計測物体、 ３９…
受光ピンホールアレイ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体からの反射光を検出器で検出し、該
   検出器による検出データの分布に基づいて前記物体の高
   さを示す合焦位置を算定する共焦点光学装置において、 前記検出データの基準分布のピーク部分を示すｎ個の基
   準データを記憶する第１の記憶手段と、 前記検出器が連続して検出したｎ個の検出データを記憶
   する第２の記憶手段と、 前記第１の記憶手段に記憶したｎ個の基準データと前記
   第２の記憶手段に記憶したｎ個の検出データに基づい
   て、該ｎ個の検出データが前記分布のピーク部分となる
   蓋然性を示すピーク度数を算出する算出手段と、 前記算出手段が算出したピーク度数に基づいて前記物体
   の高さを示す合焦位置を特定する特定手段とを具備する
   ことを特徴とする共焦点光学装置。
2. 【請求項２】 最大のピーク度数を持つｎ個の検出デー
   タを記憶する第３の記憶手段と、 新たな検出データを検出する都度、該新たな検出データ
   に対応するピーク度数が最大であるか否かを判断し、最
   大のピーク度数である場合には前記第３の記憶手段に記
   憶したｎ個の検出データを更新する更新手段とをさらに
   具備することを特徴とする請求項１記載の共焦点光学装
   置。
3. 【請求項３】 前記第２の記憶手段は、 ｎ個のレジスタを有するシフトレジスタからなり、 前記検出器が新たな検出データを取得する都度、すでに
   記憶した検出データを順次シフトしつつ前記新たな検出
   データを記憶することを特徴とする請求項２記載の共焦
   点光学装置。
4. 【請求項４】 前記算出手段は、 前記第１の記憶手段に記憶したｎ個の基準データと前記
   第２の記憶手段に記憶したｎ個の検出データとの相関係
   数を算定し、該相関係数を前記ピーク度数とすることを
   特徴とする請求項３記載の共焦点光学装置。
5. 【請求項５】 前記特定手段は、 前記算出手段が算出したピーク度数のうちの最大のピー
   ク度数を有するｎ個の検出データに基づいて前記物体の
   高さを示す合焦位置を特定することを特徴とする請求項
   ３記載の共焦点光学装置。
6. 【請求項６】 前記特定手段は、 前記算出手段が算出した最大のピーク度数を有するｎ個
   の検出データを曲線近似し、近似した曲線の極大値を持
   つ移動量に基づいて前記物体の高さを示す合焦位置を特
   定することを特徴とする請求項３記載の共焦点光学装
   置。
7. 【請求項７】 物体からの反射光を検出器で検出し、該
   検出器による検出データの分布に基づいて前記物体の高
   さを示す合焦位置を算定する共焦点光学装置の合焦位置
   算定方法において、 検出データの基準分布のピーク部分を示すｎ個の基準デ
   ータを取得し、 前記検出器が検出データを検出した際に、該検出データ
   を含む連続したｎ個の検出データと前記ｎ個の基準デー
   タとに基づいて、該ｎ個の検出データが前記分布のピー
   ク部分となる蓋然性を示すピーク度数を算出し、 算出したピーク度数に基づいて前記物体の高さを示す合
   焦位置を特定することを特徴とする共焦点光学装置の合
   焦位置算定方法。
8. 【請求項８】 物体からの反射光を検出器で検出し、該
   検出器による検出データの分布に基づいて前記物体の高
   さを示す合焦位置を算定する共焦点光学装置の合焦位置
   算定方法において、 検出データの基準分布のピーク部分を示すｎ個の基準デ
   ータを取得し、 前記検出器が検出データを検出した際に、該検出データ
   を含む連続したｎ個の検出データと前記ｎ個の基準デー
   タとから算定した相関係数を、該ｎ個の検出データの前
   記分布のピーク部分となる蓋然性を示すピーク度数と
   し、 算出した最大のピーク度数を有するｎ個の検出データを
   曲線近似して、近似した曲線の極大値を持つ移動量に基
   づいて物体の高さを示す合焦位置を特定することを特徴
   とする共焦点光学装置の合焦位置算定方法。
9. 【請求項９】 物体からの反射光を検出器で検出し、該
   検出器による検出データの分布に基づいて前記物体の高
   さを示す合焦位置を算定する共焦点光学装置に用いる記
   録媒体において、 検出データの基準分布のピーク部分を示すｎ個の基準デ
   ータと、 前記検出器が検出データを検出した際に、該検出データ
   を含む連続したｎ個の検出データと前記ｎ個の基準デー
   タとから算定した相関係数を、該局所データの前記分布
   のピーク部分となる蓋然性を示すピーク度数とし、算出
   した最大のピーク度数を有するｎ個の検出データを曲線
   近似して、近似した曲線の極大値を持つ移動量に基づい
   て物体の高さを示す合焦位置を特定するソフトウエアと
   を記録することを特徴とする共焦点光学装置に用いる記
   録媒体。