(57)【要約】      （修正有）【課題】２枚のレンズ及びレンズ間に配置された絞りを有するテレセントリック光学系を介して対象物に照射光を照射し、対象物からの反射光を受光する方式の計測装置において、高さ計測器を別途設ける場合と比較して、簡易な構成で対象物の表面の高さの計測が可能な計測装置を提供する。【解決手段】対象物ＯＢへ照射する照射光Ｍを発光する発光部１２と、照射光Ｍの発散度合いを変える第１のレンズと、第１のレンズから出射された照射光Ｍを絞る絞り部４２と、絞り部４２を通過した照射光Ｍを集光すると共に第１の方向から対象物に照射する第２のレンズ３４と、第２のレンズ３４の焦点面内に設けられると共に照射光が対象物ＯＢに照射されて反射し第２のレンズを透過した反射光を透過する透過部６２と、透過部６２を透過した反射光を受光する受光面を有する第１の受光部と、反射光の受光面上の位置を用いて対象物の表面上の高さを計測する計測部と、を含む。【選択図】図７
2018004512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、
前記発光部から発光された前記照射光の発散度合いを変える第１のレンズと、
前記第１のレンズから出射された前記照射光を絞る絞り部と、
前記絞り部を通過した前記照射光を集光すると共に第１の方向から前記対象物に照射する第２のレンズと、
前記第２のレンズの焦点面内に設けられると共に前記照射光が前記対象物に照射されて反射し前記第２のレンズを透過した反射光の一部を透過する透過部と、
前記透過部を透過した前記反射光の一部を受光する受光面を有する第１の受光部と、
前記反射光の一部の前記受光面上の位置を用いて前記対象物の表面上の高さを計測する計測部と、
を含む計測装置。
【請求項２】
前記絞り部は前記第２のレンズの焦点面内に設けられると共に前記照射光を絞る第１の開口部を備え、前記透過部は前記絞り部の一部に設けられた第２の開口部である
請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記発光部は前記第１の方向と交差する第２の方向に配列された複数の発光素子を備え、
前記計測部は、前記複数の発光素子を順次発光させて複数の前記照射光を前記対象物の異なる位置に照射すると共に複数の前記照射光が前記対象物に照射されて反射し前記第２のレンズを透過した複数の前記反射光の前記受光面上の位置を用いて前記対象物の表面の前記第２の方向の高さ分布を計測する
請求項１又は請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記透過部と前記第１の受光部との間に前記反射光の一部を前記第２の方向に集光する集光部をさらに含む
請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記対象物と前記発光部とを前記第１の方向及び前記第２の方向と交差する第３の方向に相対的に移動させる移動部をさらに含み、
前記計測部は、前記対象物が前記第３の方向に移動されるように前記移動部を制御しつつ前記第２の方向の高さ分布を計測する
請求項３又は請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記第１のレンズと前記第２のレンズは共通の光軸を有すると共に共通の焦点面を有し、
前記絞り部は前記共通の焦点面内に配置された
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記絞り部は、前記光軸の位置に設けられると共に前記照射光を絞る第１の開口部を備え、
前記透過部と前記第１の受光部との間に前記反射光の一部を前記第１の開口部から遠ざける方向に折り返す反射鏡をさらに含む
請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記透過部と前記第１の受光部との間に前記照射光と前記反射光とを互いに遮光する遮光部をさらに含む
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記第２のレンズの焦点面内に配置されると共に前記第２のレンズを透過した前記反射光の他の一部を受光する第２の受光部をさらに含み、
前記計測部は、前記第２の受光部の受光結果を用いて前記対象物の表面の状態をさらに計測する
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、特に計測対象物の表面の高さを計測する機能を有する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、照明参照光をホログラム記録媒体の干渉縞に照射することにより生じる回折光を撮像素子に結像してデータを再生するホログラム再生装置であって、照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、目標の記録スポットから発生する回折光のみが撮像素子に結像するように不用光を除去する不要光除去手段を具備する、ホログラム再生装置が開示されている。特許文献１に開示されたホログラム再生装置は焦点面に開口部を備えているが、該開口部はホログラムの不要光を除去するためのアパーチャであり、高さの計測に供するものではない。
【０００３】
特許文献２には、複数の波長の照明光をホログラムに入射させて、このホログラムから複数の波長の再生光を発生させ、これら複数の波長の再生光により三次元像を表示する装置であって、複数の波長それぞれに応じたホログラムを呈示する離散的画素構造を有する空間光変調素子と、複数の波長の照明光それぞれを平行平面波とし互いに異なる入射方位で空間光変調素子に入射させる照明光学系と、空間光変調素子に呈示されたホログラムから発生した複数の波長の再生像それぞれを波面変換して虚像化もしくは実像化する再生像変換光学系と、再生像変換光学系の焦点面に設けられた開口部を有するマスクと、を備え、複数の波長の再生光それぞれの何れかの次数の回折波が再生像変換光学系により波面変換されて開口部において互いに重なるよう、複数の波長の照明光それぞれの空間光変調素子への入射方位が照明光学系により設定されている、ことを特徴とする三次元像表示装置が開示されている。特許文献２に開示された三次元像表示装置は焦点面に開口部を備えているが、該開口部は回折光と再生光を重ねホログラムを再生するためのものであり、高さの計測に供するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９２８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−１０２０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、２枚のレンズ及びレンズ間に配置された絞りを有するテレセントリック光学系を介して対象物に照射光を照射し、対象物からの反射光を受光する方式の計測装置において、高さ計測器を別途設ける場合と比較して、簡易な構成で対象物の表面の高さの計測が可能な計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の計測装置は、対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、  前記発光部から発光された前記照射光の発散度合いを変える第１のレンズと、前記第１のレンズから出射された前記照射光を絞る絞り部と、前記絞り部を通過した前記照射光を集光すると共に第１の方向から前記対象物に照射する第２のレンズと、前記第２のレンズの焦点面内に設けられると共に前記照射光が前記対象物に照射されて反射し前記第２のレンズを透過した反射光の一部を透過する透過部と、前記透過部を透過した前記反射光の一部を受光する受光面を有する第１の受光部と、前記反射光の一部の前記受光面上の位置を用いて前記対象物の表面上の高さを計測する計測部と、を含むものである。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記絞り部は前記第２のレンズの焦点面内に設けられると共に前記照射光を絞る第１の開口部を備え、前記透過部は前記絞り部の一部に設けられた第２の開口部であるものである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記発光部は前記第１の方向と交差する第２の方向に配列された複数の発光素子を備え、前記計測部は、前記複数の発光素子を順次発光させて複数の前記照射光を前記対象物の異なる位置に照射すると共に複数の前記照射光が前記対象物に照射されて反射し前記第２のレンズを透過した複数の前記反射光の前記受光面上の位置を用いて前記対象物の表面の前記第２の方向の高さ分布を計測するものである。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記透過部と前記第１の受光部との間に前記反射光の一部を前記第２の方向に集光する集光部をさらに含むものである。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の発明において、前記対象物と前記発光部とを前記第１の方向及び前記第２の方向と交差する第３の方向に相対的に移動させる移動部をさらに含み、前記計測部は、前記対象物が前記第３の方向に移動されるように前記移動部を制御しつつ前記第２の方向の高さ分布を計測するものである。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記第１のレンズと前記第２のレンズは共通の光軸を有すると共に共通の焦点面を有し、前記絞り部は前記共通の焦点面内に配置されたものである。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記絞り部は、前記光軸の位置に設けられると共に前記照射光を絞る第１の開口部を備え、前記透過部と前記第１の受光部との間に前記反射光の一部を前記第１の開口部から遠ざける方向に折り返す反射鏡をさらに含むものである。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、前記透過部と前記第１の受光部との間に前記照射光と前記反射光とを互いに遮光する遮光部をさらに含むものである。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、前記第２のレンズの焦点面内に配置されると共に前記第２のレンズを透過した前記反射光の他の一部を受光する第２の受光部をさらに含み、前記計測部は、前記第２の受光部の受光結果を用いて前記対象物の表面の状態をさらに計測するものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、２枚のレンズ及びレンズ間に配置された絞りを有するテレセントリック光学系を介して対象物に照射光を照射し、対象物からの反射光を受光する方式の計測装置において、高さ計測器を別途設ける場合と比較して、簡易な構成で対象物の表面の高さの計測が可能な計測装置が提供される、という効果が得られる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、絞りの開口部と透過部の開口部とを別の部材上に設ける場合と比較して、絞りの開口部と透過部の開口部との位置関係が容易に設定される、という効果が得られる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、単一の発光素子を発光させて照射光を対象物に照射すると共に反射光の受光面上の位置を用いて対象物の表面の高さを計測する場合と比較して、第２の方向の高さ分布が計測される、という効果が得られる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、透過部と第１の受光部との間に反射光の一部を第２の方向に集光する集光部を含まない場合と比較して、第１の受光部が小型化される、という効果が得られる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、対象物と発光部とを第３の方向に相対的に移動させる移動部を含まない場合と比較して、対象物の高さ分布が面状に計測される、という効果が得られる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、絞り部が第１のレンズと第２のレンズとの共通の焦点面以外の部分に配置された場合と比較して、対象物の高さがより正確に計測される、という効果が得られる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、透過部と第１の受光部との間に反射光の一部を第１の開口部から遠ざける方向に折り返す反射鏡を含まない場合と比較して、照射光と反射光との干渉が抑制される、という効果が得られる。
【００２２】
請求項８に記載の発明によれば、透過部と第１の受光部との間に照射光と反射光とを互いに遮光する遮光部を含まない場合と比較して、互いが迷光となり相手側に漏れこむことが抑制される、という効果が得られる。
【００２３】
請求項９に記載の発明によれば、第２のレンズの焦点面内に配置されると共に第２のレンズを透過した反射光の他の一部を受光する第２の受光部を含まない場合と比較して、対象物の表面の状態がさらに計測される、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る計測装置の構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る計測装置における反射光を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る受光器の構成の一例を示す平面図である。
【図４】実施の形態に係る制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】実施の形態に係る発光器及び受光器の制御を説明するためのタイムチャートである。
【図６】実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図である。
【図７】実施の形態に係る計測装置の動作原理を説明するための図の一部である。
【図８】実施の形態に係る計測装置の動作原理を説明するための図の一部である。
【図９】実施の形態に係る計測装置の動作原理を説明するための図の一部である。
【図１０】第１の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図の一部である。
【図１１】第１の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図の一部である。
【図１２】第１の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図の一部である。
【図１３】第１の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図の一部である。
【図１４】第１の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図の一部である。
【図１５】第１の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図の一部である。
【図１６】第１の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図の一部である。
【図１７】第１の実施の形態に係る計測装置の第２の受光器、及び受光スポットを説明するための図である。
【図１８】第２の実施の形態に係る計測装置の構成の一例を示す図である。
【図１９】第２の実施の形態に係る受光素子の形状を説明するための図である。
【図２０】第３の実施の形態に係る計測装置の構成の一例を示す図である。
【図２１】第４の実施の形態に係る計測装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について詳細について説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
図１ないし図１７を参照して、本実施の形態に係る計測装置について詳細に説明する。
まず、図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る計測装置１０の構成の一例について説明する。図１および図２は、計測装置１０によって対象物の計測を行う場合の構成を示している。
【００２７】
図１に示すように、計測装置１０は、発光器１４、光学系３０、受光器１８、及び制御部２０を含んで構成されている。計測装置１０は、−Ｘ方向に移動する対象物ＯＢの微細領域にＺ軸方向から順次光を照射し、各照射光に対する反射光の反射角度分布（光量分布の反射角度依存性）を取得する。取得した反射角度分布を用い、対象物ＯＢの形状の変化や表面状態（シボ、エンボス、表面粗さ、表面欠陥、異物付着等）について、対象物ＯＢとの距離や対象物ＯＢの角度の変動に影響されずに計測がなされる。
【００２８】
より詳細には、図１に示すように、発光器１４は、−Ｘ方向に移動する対象物ＯＢが通過する計測領域Ｔに対して、装置上下方向（Ｚ軸方向）の上方に配置されている。また、発光器１４は、基板１４Ａ上Ｙ軸方向に並べて実装され、−Ｚ方向を発光方向とする複数の発光素子１２を備えている。換言すれば、複数の発光素子１２は、対象物ＯＢの移動方向（−Ｘ方向）に対して直交（交差）する方向に並べられている。なお、図１では、基板１４ＡのＹ軸方向の一端部（図中右端）に配置された発光素子１２を発光素子１２Ａと表記し、基板１４ＡのＹ軸方向他端部（図中左端）に配置された発光素子１２を発光素子１２Ｂと表記し、基板１４Ａの中央に配置された発光素子１２を発光素子１２Ｃと表記している。
【００２９】
本実施の形態に係る複数の発光素子１２は、発光素子１２Ａから発光素子１２Ｂまで、時間差を設けて順次発光されるように構成され、各発光素子１２からの光が対象物ＯＢの異なる位置に個別照射される。そして、対象物ＯＢが計測領域Ｔにおいて−Ｘ方向に移動する間に、発光素子１２Ａから発光素子１２Ｂまでの１周期の発光が複数回繰り返されるように構成されている。図１には、発光素子１２Ｃが発光した場合の照射光ＩＦの光束を、図２には、発光素子１２Ｃから出射された照射光ＩＦが対象物ＯＢの表面２００で反射された場合の反射光ＲＦの光束を示している。
【００３０】
発光素子１２としては特に限定されないが、一例として、面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等が用いられる。
【００３１】
光学系３０は、レンズ３２、レンズ３４、及びレンズ３２とレンズ３４との間に配置された絞り４０を含み、いわゆる両側テレセントリックレンズとして構成されている。光学系３０は、発光器１４と対象物ＯＢとの間に配置され、発光素子１２から発光された照射光ＩＦを対象物ＯＢに導くと共に、対象物ＯＢで反射された反射光ＲＦを受光器１８に導く。つまり、受光器１８は、レンズ３４から出射された発光素子１２からの照射光ＩＦが対象物ＯＢで反射し、再度レンズ３４を透過した光束の少なくとも一部を受光するように構成されている。また、本実施の形態では、レンズ３２の光軸とレンズ３４の光軸とが共通の光軸Ｍとされ、この光軸Ｍが、発光器１４の発光素子１２Ｃの中心、および後述する開口部４２の中心を通っている。
【００３２】
レンズ３２は、一例として、平面視で円形状の凸レンズとされ、レンズ３２の直径Ｊは、発光素子１２Ａから発光素子１２ＢまでのＹ軸方向の寸法Ｄより長くされている。そのため、各発光素子１２から発光された光のほぼすべてはレンズ３２を透過し、レンズ３２を透過した光は発散度合を変えられ、平行光とされてレンズ３４に向かう。
【００３３】
レンズ３４は、一例として、平面視で円形状の凸レンズとされ、本実施の形態では、レンズ３４の直径Ｇは、レンズ３２の直径Ｊより長くされている。そして、レンズ３４は、レンズ３２から出射されてレンズ３４を透過する光束を対象物ＯＢの表面２００に向けて集光する。なお、レンズ３４の集光点の位置（焦点）を、必ずしも対象物ＯＢの表面２００の位置とする必要はない。集光点の位置を表面２００の位置からずらし（デフォーカスし）、表面２００上における照射光ＩＦの照射径、つまり、対象物ＯＢの照射領域の大きさを調整するようにしてもよい。なお、本実施の形態に係る照射径は、一例として数１０μｍφである。
【００３４】
絞り４０には、略円形状の開口部４２が形成されており、この開口部４２によって、発光素子１２から発光されレンズ３２を透過してレンズ３４に入射する光束を絞る。より具体的には、絞り４０は、板面をＸ−Ｙ平面に平行とされた板状とされ、絞り４０には、光軸Ｍの周囲でレンズ３４側に屈曲して先細りとされた先端部が形成されている。この先端部が、開口部４２を構成する開口縁４２Ａとされており、開口部４２によって形成される円形状は光軸Ｍを中心軸としている。なお、本実施の形態に係る開口部４２の直径は、一例として約１ｍｍである。
【００３５】
そして、Ｚ軸方向において、この開口縁４２Ａとレンズ３２との距離Ｆ１は、レンズ３２の焦点距離ｆ１と略等しくされ、開口縁４２Ａとレンズ３４との距離Ｆ２は、レンズ３４の焦点距離ｆ２と略等しくされている。
【００３６】
以上のように構成された本実施の形態に係る光学系３０は、順次発光された各発光素子１２からの光束を、発光素子１２の位置によらずに、細く絞られかつ光軸Ｍに平行な照射光ＩＦとして対象物ＯＢに照射する（図６も参照）。換言すれば、各発光素子１２を発光させて走査することにより、細く絞られ互いに平行な略円形の光束（スポット）が対象物ＯＢに個別照射される。さらに、本実施の形態に係る計測装置１０では、照射光ＩＦの光束のレンズ３４による集光点付近に対象物ＯＢを配置することにより、対象物ＯＢにおける各照射光ＩＦの照射領域がほぼ同径の微細な領域とされている。このことにより、計測装置１０では、対象物ＯＢの位置がＺ軸方向で上下変動しても、ほぼ同じ照射径で各照射光が照射されるため、対象物ＯＢの像のボケが極めて小さくされる。
【００３７】
受光器１８は、複数の受光素子１６を含んで構成され、対象物ＯＢで反射され光学系３０のレンズ３４を透過した反射光ＲＦを受光する。本実施の形態に係る受光器１８は、レンズ３２とレンズ３４との間に配置された絞り４０の、Ｚ軸方向下側に配置されている。
受光素子１６としては、特に制限はないが、例えば、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）等が用いられる。
【００３８】
受光器１８がレンズ３２とレンズ３４との間に配置されるため、受光素子１６も同様に、レンズ３２とレンズ３４との間に配置される。ここで、受光素子１６がレンズ３２とレンズ３４との間に配置されるとは、図１に示されるように、レンズ３４の外径端（表面Ｒ（ｒａｄｉｕｓ）と裏面Ｒの仮想接点）を通ってＺ軸方向に延びる線Ｐで構成される円筒面に対し内側に受光素子１６が配置されることをいう。
【００３９】
図３（ａ）に、受光器１８の構成の一例を示す。図３（ａ）は、受光器１８を、Ｚ軸方向から見た平面図である。図１に示す受光器１８は、図３（ａ）のＸ−Ｘ’で切断した断面図を表している。図３（ａ）に示すように、受光器１８は、一例として、中央に略円形の開口部１８Ｂを有する略円形の基板１８Ａの上に、複数の受光素子１６（図３（ａ）では、６０個の例が示されている）が面状（アレイ状）に配置されて構成されている。計測装置１０では、この複数の受光素子１６の全体を受光領域ＲＡとして反射光ＲＦを受光する。受光器１８に基板１８Ａには、反射光ＲＦを透過するための開口部６２が設けられている。開口部６２の詳細については後述する。
【００４０】
なお、図３（ａ）では、基板１８Ａ上の全面に複数の受光素子１６を配置した形態の受光器１８を例示しているが、これに限られず、反射光ＲＦの受光範囲等に応じて受光素子１６を基板１８Ａの一部に配置した形態の受光器１８としてもよい。
【００４１】
受光領域ＲＡで受光される反射光ＲＦの範囲は、一例として、光軸Ｍに平行な軸を中心とした角度０°〜４０°の範囲の反射光ＲＦである。この反射光ＲＦが受光領域ＲＡで受光されると、各受光素子１６の受光光量により立体的な分布が形成される。完全拡散面において反射された場合のように、反射光ＲＦが等方的な場合には、この立体的な分布の、Ｚ軸を含む平面で切断した断面の形状は、図３（ｂ）に示すように略ガウス曲線となる。
なお、図３（ｂ）の横軸の受光素子番号１〜６は、図３（ａ）に示した受光素子１６の番号１〜６に対応している。また、受光領域ＲＡにおける受光素子１６と受光素子１６との間では反射光ＲＦが受光されないので、実際の出力分布は離散的となるが、図３（ｂ）ではこれを省略して図示している。
【００４２】
さらに、計測装置１０では、受光素子１６の受光面と開口縁４２ＡとがＺ軸方向上同じ位置とされているので、受光素子１６の受光面とレンズ３４との距離Ｆ２は、レンズ３４の焦点距離ｆ２と同じ長さとされている。このため、対象物ＯＢの位置がＺ軸方向において上下に変動して、あるいは、Ｙ軸方向において左右に変動して、異なる発光素子１２からの照射光ＩＦが照射されても、対象物ＯＢへの照射位置が同じである限り、受光領域ＲＡにおける出力分布は常に一定となる。
【００４３】
換言すれば、対象物ＯＢとして照射径程度の大きさの微小な領域を仮定すると、この対象物ＯＢがＺ軸方向において上下に、あるいは、Ｙ軸方向において左右に移動した場合、異なる発光素子１２による異なる照射光ＩＦで照射され、異なる反射光ＲＦを反射することになるが、本実施の形態に係る計測装置１０では、受光領域ＲＡに含まれる受光素子１６全体による出力分布は、反射光ＲＦの発生位置によらず常に同じ出力分布となる。
【００４４】
制御部２０は、図４に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１００、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０２、およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０４を含んで構成されている。ＣＰＵ１００は、計測装置１０の全体を統括、制御し、ＲＯＭ１０２は、計測装置１０の制御プログラム等を予め記憶する記憶手段であり、ＲＡＭ１０４は、制御プログラム等のプログラムの実行時のワークエリア等として用いられる記憶手段である。ＣＰＵ１００、ＲＯＭ１０２、及びＲＡＭ１０４は、バスＢＵＳによって相互に接続されている。
【００４５】
バスＢＵＳには、発光器１４、受光器１８、及び対象物ＯＢを移動させるための移動装置（図示省略）を駆動する駆動部５２が接続されており、発光器１４、受光器１８、及び駆動部５２の各々は、バスＢＵＳを介してＣＰＵ１００の制御を受ける。
【００４６】
図５を参照して、制御部２０による発光器１４及び受光器１８の制御について説明する。図５（ａ）は、上述したように発光器１４の発光素子１２を順次発光させる場合において、ある発光素子１２を発光させるための発光パルス信号Ｐ１を、図５（ｂ）は、次の発光素子１２を発光させるための発光パルス信号Ｐ２を各々示している。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発光器１４の制御では、発光パルス信号Ｐ１と発光パルス信号Ｐ２との間に、予め定められた期間の無信号（０レベル）時間が設けられている（図５の時刻ｔ２、ｔ４に対応する部分）。図５（ｃ）は、発光パルス信号Ｐ１、Ｐ２によって発光素子１２から発生した照射光ＩＦによる反射光ＲＦを、受光器１８で受光する際の読取パルスを示している。この読取パルスにより、受光器１８に含まれる全受光素子１６（つまり、受光領域ＲＡ内の受光素子１６）の受光光量が読み取られ、出力分布を示す信号とされる。
【００４７】
まず、発光パルス信号Ｐ１によって発生した照射光ＩＦの反射光ＲＦを、時刻ｔ１において全受光素子１６で読み取る。いま、全受光素子１６の個数をｋ個とすると、各受光素子１６からｋ個の受光信号Ｓｒ（１）、Ｓｒ（２）、・・・、Ｓｒ（ｋ）が得られる。次に、時刻ｔ２において、発光パルス信号Ｐ１と発光パルス信号Ｐ２との間の０レベルの受光光量を全受光素子１６によって読み取る。全受光素子１６で読み取られたｋ個の０レベルの受光信号をＳｒ０（１）、Ｓｒ０（２）、・・・、Ｓｒ０（ｋ）とする。次に、全受光素子１６の反射光ＲＦの受光信号と０レベルの受光信号との差分、すなわち、Ｓｒ（１）−Ｓｒ０（１）、Ｓｒ（２）−Ｓｒ０（２）、・・・、Ｓｒ（ｋ）−Ｓｒ０（ｋ）を算出し、このｋ個の差分値を受光光量の出力分布とする。発光パルス信号Ｐ２以降も同様にして出力分布を算出する。算出された出力分布は、ＲＡＭ１０４等の記憶手段に一時的に記憶させてもよい。
【００４８】
なお、上記のように、反射光ＲＦの受光信号から無信号時の受光信号を減算して反射光ＲＦによる出力分布を示す信号を生成するのは、外乱光による影響を除くためであり、外乱光の影響が無視できる場合には、反射光ＲＦの受光信号をそのまま出力分布を示す信号としてもよい。また、この場合には、連続する発光パルス信号の間を空ける必要もなく、さらには、受光するタイミングは読取パルスで決まるので、一部が重なっていてもよい。
【００４９】
次に、図６を参照して、対象物ＯＢの反射特性（例えば、表面の凹凸度合）を計測する場合の計測装置１０の動作について説明する。図６（ａ）ないし（ｃ）は、発光器１４の発光素子１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｂが順次発光した場合の、照射光ＩＦの光束、及び、照射光ＩＦが対象物ＯＢの表面２００で反射し、受光器１８に導かれる反射光ＲＦの光束を各々示している。
【００５０】
まず、対象物ＯＢが−Ｘ方向に移動して、対象物ＯＢの先端が計測領域Ｔに進入すると、時間差を設けて各発光素子１２が順次発光し、対象物ＯＢに向けて照射光ＩＦが個別照射される。そして、対象物ＯＢの後端が計測領域Ｔを通り抜けるまで、発光素子１２Ａから発光素子１２Ｂまでの１周期の発光が繰り返される。先述したように、この発光素子１２の発光制御は、制御部２０によって実行される。
【００５１】
各発光素子１２で発光された照射光ＩＦの光束は、レンズ３２によって、レンズ３４の方向に向くようにその発散度合が変えられる。レンズ３２によって発散度合が変えられた光束は、絞り４０によって絞られる（制限される）。絞り４０によって絞られた光束はレンズ３４によって集光され、Ｚ軸方向（光軸Ｍに平行な方向）から対象物ＯＢに照射される。換言すれば、対象物ＯＢは、照射光ＩＦのレンズ３４による集光点付近に配置される。本実施の形態に係る照射光は、先述したように、対象物ＯＢの表面２００において、一例として数１０μｍφ程度まで集光される。
【００５２】
対象物ＯＢに照射された照射光ＩＦは、対象物ＯＢの表面２００で反射し、反射光ＲＦ（図６では、矢印付点線で示されている）を生成する。反射光ＲＦの光束は、レンズ３４によって、各受光素子１６の方向に向かうように方向が変えられる。レンズ３４を透過した反射光ＲＦは、各受光素子１６によって受光される。
【００５３】
対象物ＯＢの表面２００の状態に応じ、照射光ＩＦは様々な方向に反射されるが、本実施の形態では、先述したように、照射光のＩＦの表面２００への入射点を通る、光軸Ｍに平行な軸を中心として０°〜４０°の角度の範囲の反射光ＲＦを受光する。従って、１個の発光素子１２から発光される照射光ＩＦに対応する受光器１８の受光領域ＲＡは、略円形となる。図３（ａ）の受光領域ＲＡは、その一例を示したものである。
【００５４】
各受光素子１６で受光された受光信号は、先述したように、制御部２０の制御によって、予め定められたタイミングで読み取られる。読み取られた受光信号はＲＡＭ１０４等の記憶手段に一時的に記憶させてもよい。制御部２０は、各発光素子１２に対応する受光信号（輝度信号）を用いて受光領域ＲＡにおける出力分布（受光プロファイル）を生成する。この出力分布には反射光ＲＦの角度情報が含まれるので、例えば対象物ＯＢの凹凸度合が計測される。
【００５５】
以上詳述したように、本実施の形態に係る計測装置１０によれば、発光素子１２からの光が対象物ＯＢに向けて個別照射され反射した反射光ＲＦを受光素子１６で受光することにより、対象物ＯＢの形状の変化や表面状態等が精密に計測される。
【００５６】
以上のような構成、すなわち、発光部側レンズと対象物側レンズ、及び両レンズの間に設けられた絞りを有するテレセントリック光学系を介して発光部からの照射光を対象物に照射し、対象物からの反射光を受光部で受光する方式の計測装置では、対象物の表面の状態のみならず、対象物の表面の高さを測定する機能へのニーズが高まっている。対象物表面の高さの計測においては、すでに専用の高さ計測器があり、通常はこの高さ計測器を用いて対象物の表面の高さを測定することが考えられる。しかしながら、このような方法では、計測装置の他に高さ計測器を準備すると共に、高さ計測後は取り外す必要もあり、計測作業が煩雑になってしまう。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、計測装置１０における光学系の特徴を生かし、簡易な変更を加えることにより、対象物表面の高さが計測される計測装置を実現した。すなわち、従来の計測装置において焦点面に配置されている、中央に絞りを有する受光器の基板の一部に開口部を設ける。対象物表面で反射した反射光の一部は対象物側レンズを通過した後、さらに該開口部を通過するが、同じ角度で反射した反射光は、反射点の高さの違いに関わらず開口部を通過する。
【００５８】
しかしながら、この開口部を通過した反射光は、高さｈの違いを反映して異なる光路を進行し、開口部より発光部に近い側の仮想面に対する投影を考えると、高さｈに応じて反射光が距離ｄｉｓだけ基準位置から移動する。予め、高さｈの違いと該違いに応じた距離ｄｉｓをテーブル化しておき、仮想面に別の受光器を配置して距離ｄｉｓを測定すれば、高さｈを求めることができる。以上のような考え方に基づいた本実施の形態に係る計測装置によれば、高さ計測器を別途設ける場合と比較して、簡易な構成で対象物の表面の高さの計測が可能な計測装置が提供される。
【００５９】
次に、図７ないし図９を参照して、上述の本実施の形態に係る計測装置１０の計測原理についてより詳細に説明する。上述したように、本実施の形態に係る計測装置１０では、レンズ３２、３４の焦点が位置する面（焦点面）に受光器１８を配置し、また該焦点面に開口部４２を備えている。図７は、図１、２に示す計測装置１０を簡略化した図であり、図７では受光器１８を省略し、受光器１８が配置される位置を、開口部４２及び開口部６２を備えた焦点面ＦＰとして表わしている。なお、図７ないし図９では、レンズ３２の図示を省略している。
【００６０】
図７は、対象物ＯＢの表面の高さｈの違いによる反射光ＲＦの違い、及び該違いに基づく高さの計測原理を示している。上述したように、発光器１４の発光素子１２から照射光ＩＦ（図示省略、図６参照）が対象物ＯＢの表面に照射されると、高さｈの違いに応じて異なる経路の反射光ＲＦが発生する。すなわち、図７に示すように、対象物ＯＢの表面上の高さｈ１の部分において反射して反射光ＲＦ１を発生し、高さｈ２の部分に反射して反射光ＲＦ２を発生する。なお、図７では、高さｈ１における対象物ＯＢと、高さｈ２における対象物ＯＢとを理解のし易さから分けて示しているが両者は同じ対象物ＯＢの高さの違いを表わしている。また、本実施の形態では、高さｈを、Ｚ軸上の予め定められた位置を基準（高さｈ＝０）として＋Ｚ方向に測っている。つまり、高さｈ１のほうが高さｈ２より高い。
【００６１】
本実施の形態に係る計測装置１０では、対象物ＯＢの表面上の高さが異なっても、同一の反射角の反射光ＲＦは、レンズ３４の異なる位置を透過した後焦点面ＦＰの同じ部分に集光する。従って、対象物ＯＢで反射した後開口部６２を通る反射光ＲＦを考えると、対象物ＯＢの高さｈ１の部分で反射した反射角θの反射光ＲＦ１と、高さｈ２の部分で同じく反射角θで反射した反射光ＲＦ２は、共に開口部６２に到達する。
【００６２】
しかしながら、開口部６２より発光器１４に近い側の、光軸Ｍに垂直な仮想面Ｒにおける反射光ＲＦ１とＲＦ２の到達位置は、反射光ＲＦ１とＲＦ２の反射経路の違いを反映して異なる位置となる。換言すえば、対象物ＯＢ上の異なる高さにおいて反射した反射光ＲＦは、開口部６２を透過後に異なる位置として検出される。つまり、仮想面Ｒ上の反射光ＲＦ１の位置と、反射光ＲＦ２の仮想面Ｒ上の位置との距離Δｄは、対象物ＯＢの高さｈ１と、高さｈ２との高さ差Δｈ＝ｈ１−ｈ２を反映している。すなわち距離Δｄと高さ差Δｈとの間には１：１の関係がある。
【００６３】
図８に示すように、計測装置１０では、焦点面の一部であって受光素子１６が存在しない箇所（図３（ａ）も参照）に開口部６２を設け、反射光ＲＦを透過させると共に、仮想面Ｒの位置に第２の受光器６０を配置して反射光ＲＦを受光する。第２の受光器６０としては、ＰＤ等の受光素子の他に、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：光位置センサ）等を用いてもよい。
【００６４】
計測装置１０における上記の特徴を考慮すれば、高さ情報を反映した反射光ＲＦの第２の受光器６０上の相対的な位置を検出することで距離Δｄを測定し、その結果を用いて高さｈが計測される。対象物ＯＢの表面上の高さｈと、第２の受光器６０の受光面上の位置との関係は、例えば予め定められた高さｈを基準として予め測定し、テーブル化して、ＲＯＭ１０２等の記憶手段に記憶させておいてもよい。なお、発光器１４の発光素子１２を順次発光させても、図８の方向から見た反射光ＲＦの光路は、発光させる発光素子１２の如何を問わず同じ光路となる。
【００６５】
一方、図９は、図８を紙面正面視右側から見た場合の計測装置１０を示している。図９では、Ｙ軸方向に並ぶ発光素子１２（図示省略）を順次発光させた場合の各々の反射光ＲＦを示している。なお、図９では発光素子１２が４個の場合を例示しているので、反射光ＲＦはＲＦ１〜ＲＦ４（又は、ＲＦ１’〜ＲＦ４’）の４本である。
【００６６】
図９（ａ）は対象物ＯＢ上の高さｈ１の部分において反射した反射光ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３、ＲＦ４Ｒを、図９（ｂ）は対象物ＯＢ上の高さｈ２の部分において反射した反射光ＲＦ１’、ＲＦ２’、ＲＦ３’、ＲＦ４’を、各々示している。順次発光された発光素子１２による対象物ＯＢ上の照射点、すなわち反射点はＹ軸方向に並ぶが、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、反射点の位置は高さｈ１、ｈ２の違いに関わらず同じである。従って、開口部６２を通過後の光路は高さｈ１、ｈ２の違いに関わらず同じ光路となる。
【００６７】
次に、図１０ないし図１７を参照して、発光素子１２の順次発光と、第２の受光器６０の受光面における反射光ＲＦの受光スポットとの関係について、より詳細に説明する。図１０（ａ）は図８と同じ方向から見た計測装置１０をより簡略化して示した図であり、図１０（ｃ）は図９と同じ方向から見た計測装置１０をより簡略化して示した図である。図１０（ｂ）は、計測装置１０を上方（＋Ｚ方向）から見た平面図であり、レンズ３４、開口部６２、及び第２の受光器６０の相対的な位置関係を模式的に表わしている。図１０（ｂ）のＡ−Ａ’線断面が図１０（ａ）に相当し、図１０（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面が図１０（ｃ）に相当している。
【００６８】
図１１ないし図１６は、６個の発光素子１２を順次発光させた場合の、図１０に示す各方向からみた場合の反射光ＲＦ及び第２の受光器６０上の受光スポットＳを図示している。図１１（ｂ）ないし図１６（ｂ）では、第２の受光器６０受光面Ｖを図示しており、受光面Ｖにおける◎は受光スポットＳを、○仮想スポットを各々示している。図１１ないし図１６では、対象物ＯＢ上の高さとして高さｈ１、ｈ２、ｈ３の３種を仮定しており、仮想スポットはこれらの高さの違いに応じて受光スポットＳが配置される可能性のある第２の受光器６０の受光面Ｖ上の位置を示している。
【００６９】
上述したように、本実施の形態に係る複数の発光素子１２は−Ｙ方向に順次発光する。
図１１（ｂ）は、このうち１番目の発光素子１２が発光し照射光ＩＦ１を照射した状態を図示している。図１１（ａ）、（ｃ）に示すように、このときの対象物ＯＢの表面上の高さはｈ１であり、反射角はθである。対象物ＯＢの表面上で反射した反射光ＲＦ１は開口部６２を通過し、図１１（ｂ）に示すように、第２の受光器６０の受光面Ｖ上に受光スポットＳ１を形成する。
【００７０】
図１２は、対象物ＯＢ上の高さが図１１と同じ高さｈ１である場合に２番目の発光素子１２が発光した状態を示している。すなわち、図１２（ｂ）に示すように２番目の発光素子１２が発光すると、２番目の発光素子１２による照射光ＩＦ２が照射される。照射光ＩＦ２が対象物ＯＢの表面で反射されると、図１２（ａ）、（ｃ）に示すように反射光ＲＦ２は開口部６２を通過し、図１２（ｂ）に示すように、第２の受光器６０の受光面Ｖ上に受光スポットＳ２を形成する。
【００７１】
図１３は、対象物ＯＢ上の高さが高さｈ２（＞ｈ１）に変化した場合に３番目の発光素子１２が発光した状態を示している。すなわち、図１３（ｂ）に示すように３番目の発光素子１２が発光すると、３番目の発光素子１２による照射光ＩＦ３が照射される。照射光ＩＦ３が対象物ＯＢの表面で反射されると、図１３（ａ）、（ｃ）に示すように反射光ＲＦ３は開口部６２を通過し、図１３（ｂ）に示すように、第２の受光器６０の受光面Ｖ上に受光スポットＳ３を形成する。図１３では、対象物ＯＢ上の高さが変わっているので、受光スポットＳ３の形成位置は受光スポットＳ１、Ｓ２の形成位置と異なる。すなわち、図１３では、高さｈ２が高さｈ１より高いので、受光スポットＳ３のＸ軸方向の形成位置は、受光スポットＳ１、Ｓ２に対し＋Ｘ方向にずれる。
【００７２】
図１４は、対象物ＯＢ上の高さが再び図１１と同じ高さｈ１である場合に４番目の発光素子１２が発光した状態を示している。すなわち、図１４（ｂ）に示すように４番目の発光素子１２が発光すると、４番目の発光素子１２による照射光ＩＦ４が照射される。照射光ＩＦ４が対象物ＯＢの表面で反射されると、図１４（ａ）、（ｃ）に示すように反射光ＲＦ４は開口部６２を通過し、図１４（ｂ）に示すように、第２の受光器６０の受光面Ｖ上に受光スポットＳ４を形成する。受光スポットＳ４のＸ軸方向の位置は、受光スポットＳ１、Ｓ２のＸ軸方向の形成位置と同じである。
【００７３】
図１５は、対象物ＯＢ上の高さが高さｈ３（＜ｈ１）に変化した場合に５番目の発光素子１２が発光した状態を示している。すなわち、図１５（ｂ）に示すように５番目の発光素子１２が発光すると、５番目の発光素子１２による照射光ＩＦ５が照射される。照射光ＩＦ５が対象物ＯＢの表面で反射されると、図１５（ａ）、（ｃ）に示すように反射光ＲＦ５は開口部６２を通過し、図１５（ｂ）に示すように、第２の受光器６０の受光面Ｖ上に受光スポットＳ５を形成する。図１５では、対象物ＯＢ上の高さｈ３が図１１、図１２と異なるので、受光スポットＳ５のＸ軸方向における形成位置は受光スポットＳ１、Ｓ２の形成位置と異なる。すなわち、図１５では、高さｈ３が高さｈ１より低いので、受光スポットＳ５のＸ軸方向の形成位置は、受光スポットＳ１、Ｓ２に対し−Ｘ方向にずれる。
【００７４】
図１６は、対象物ＯＢ上の高さが再び図１１と同じ高さｈ１である場合に６番目の発光素子１２が発光した状態を示している。すなわち、図１６（ｂ）に示すように６番目の発光素子１２が発光すると、６番目の発光素子１２による照射光ＩＦ６が照射される。照射光ＩＦ６が対象物ＯＢの表面で反射されると、図１６（ａ）、（ｃ）に示すように反射光ＲＦ６は開口部６２を通過し、図１６（ｂ）に示すように、第２の受光器６０の受光面Ｖ上に受光スポットＳ６を形成する。受光スポットＳ６のＸ軸方向の位置は、受光スポットＳ１、Ｓ２のＸ軸方向の形成位置と同じである。
【００７５】
図１７（ａ）は、図１１ないし図１６に示す計測装置１０の動作の結果取得された第２の受光器６０の受光面Ｖにおける受光スポットＳ１ないしＳ６をまとめて表わした図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）から受光スポットＳ１ないしＳ６を抜き出し、第２の受光器６０と共に示した図である。図１７（ｂ）において、Ｘ座標Ｘ０は高さｈ１に対応し、Ｘ＋は高さｈ２（＞ｈ１）に対応し、Ｘ−は高さｈ３（＜ｈ１）に対応している。つまり、発光素子１２の順次発光によって受光スポットＳが＋Ｙ方向に移動しつつ、高さｈに応じてＸ軸上の位置が変化する。発光素子１２の順次発光の順番が既知であるので、高さｈ１、ｈ２、ｈ３を知るためには第２の受光器６０に３列の受光素子を配置すればよい。以上の原理によって、本実施の形態に係る計測装置１０では高さの計測がなされるように構成されている。
【００７６】
図１７（ｂ）は、対象物ＯＢをＸ軸上のある点で固定し、発光素子１２を１回順次発光させた結果である。対象物ＯＢをＸ軸上で次のステップ位置に移動させ、同様に発光素子１２を順次発光させると、当該ステップ位置における対象物ＯＢの表面の高さｈの状態に応じて、図１７（ｂ）とは異なる、例えば図１７（ｃ）に示すような受光スポットＳ１ないしＳ６が取得される（むろん、図１７（ｂ）と同じ受光スポットＳ１ないしＳ６が取得される場合もある）。従って、第２の受光器６０に配置する受光素子としては、例えばＹ軸方向に長い３個の受光素子を用いればよい。
【００７７】
なお、本実施の形態では、理解のし易さから、対象物ＯＢの表面上の高さがｈ１、ｈ２、ｈ３の３つの場合の離散的な受光スポットＳが取得される場合を例示して説明したが、実際には種々の連続的な高さに応じた受光スポットＳが連続的に取得される場合もある。
この場合は、受光素子として、例えば２次元型のＰＳＤを用いてもよい。
【００７８】
以上の原理によって、本実施の形態に係る計測装置１０では高さの計測がなされるように構成されている。従って、本実施の形態に係る計測装置１０によれば、２枚のレンズ及びレンズ間に配置された絞りを有するテレセントリック光学系を介して対象物に照射光を照射し、対象物からの反射光を受光する方式の計測装置において、高さ計測器を別途設ける場合と比較して、簡易な構成で対象物の表面の高さの計測がなされる計測装置が提供される。
【００７９】
［第２の実施の形態］
図１８及び図１９を参照して、本実施の形態に係る計測装置１０ａについて説明する。本実施の形態は、上記実施の形態に係る計測装置１０において受光スポットＳを集光させる集光レンズ６６、及び集光レンズ６６に対応した第２の受光器６４を用いた形態である。従って、計測装置１０ａは計測装置１０に対し集光レンズ６６を設け、第２の受光器６０を第２の受光器６４に置き換えた点が異なるだけなので、同様の構成には同じ符号を付し詳細な説明を省略する。
【００８０】
図１８（ａ）は対象物ＯＢの表面の高さがｈ１の場合の、図１８（ｂ）は高さがｈ２（＜ｈ１）の場合の、図９と同じ方向から見た計測装置１０ａの側面図を各々示している。
ただし、図１８（ａ）、（ｂ）は発光素子１２が４個の場合を例示しており、従って、反射光ＲＦも４本となっている。また、図１８（ｃ）は対象物ＯＢの表面の高さがｈ１の場合の、図１８（ｄ）は高さがｈ２（＜ｈ１）の場合の、図７と同じ方向から見た計測装置１０ａの側面図を各々示している。図１８（ａ）〜（ｄ）に示すように、計測装置１０ａは反射光ＲＦを第２の受光器６４に向けて集光する集光レンズ６６を備えている。
【００８１】
一方、集光レンズ６６がない場合、第２の受光器６０の受光面Ｖ上の受光スポットＳは、上述したように、対象物ＯＢの表面上の高さに応じて図１９（ａ）、（ｂ）に示すような分布をもつ。図１９（ａ）、（ｂ）では４本の反射光ＲＦに応じて、受光スポットＳも受光スポットＳ１〜Ｓ４の４個となっている。ただし、図１９（ａ）は高さがｈ１の場合の受光スポットＳ１〜Ｓ４を示し、図１９（ｂ）は高さがｈ２の場合の受光スポットＳ１〜Ｓ４を示している。本例ではｈ1＞ｈ２なので、図１９（ａ）に示す受光スポットＳ１〜Ｓ４のＸ軸上の位置は、図１９（ｂ）に示す受光スポットＳ１〜Ｓ４のＸ軸上の位置よりもＸ軸方向プラス側にある。また、図１９（ａ）、（ｂ）では、第２の受光器６０の受光素子として、Ｙ軸方向に長い受光素子を９個設けた例を示している。
【００８２】
ここで、図９を参照すると、発光素子１２による反射光ＲＦはＹ軸方向に広がりをもつので、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の受光器６０にはＹ軸方向に長い受光素子を配置する必要がある。しかしながら、図９に示すように、発光素子１２の順次発光による反射光ＲＦ１〜ＲＦ４の光路は常に同じであり、従って図９の方向から見た第２の受光器６０上の位置も同じである。つまり、図１８（ａ）、（ｂ）に示す方向からみた場合、第２の受光器における受光スポットは高さｈの情報をもっていない。しかも、制御部２０のＣＰＵ１００は、どの発光素子１２を発光させているか認識しているので、各々の発光素子１２の発光と、該発光による第２の受光器６０における受光スポットとの関係は予め認識している。従って、反射光ＲＦ１〜ＲＦ４をＹ軸方向に集光させて第２の受光器６０に入射させてもよい。
【００８３】
図１８（ａ）〜（ｄ）に示すように、計測装置１０ａは、上記点を勘案して集光レンズ６６を設けている。すなわち、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、集光レンズ６６として、Ｙ軸方向にパワー（集光作用）を有し、図１８（ｃ）、（ｄ）示すようにＸ軸方向にはパワーを有しないレンズ、いわゆるかまぼこ型のレンズ（シリンドリカルレンズ）を用いている。
【００８４】
図１９（ｃ）、（ｄ）は、計測装置１０ａにおける第２の受光器６４、及び受光スポットＳ１〜Ｓ４を示している。ただし、図１９（ｃ）は高さがｈ１の場合の受光スポットＳ１〜Ｓ４を示し、図１９（ｄ）は高さがｈ２の場合の受光スポットＳ１〜Ｓ４を示している。従って、図１９（ｃ）に示す受光スポットＳ１〜Ｓ４のＸ軸上の位置は、図１９（ｄ）に示す受光スポットＳ１〜Ｓ４のＸ軸上の位置よりもＸ軸方向プラス側にある。図１９（ｃ）、（ｄ）に示すように、計測装置１０ａでは受光スポットＳ１〜Ｓ４がほぼ１点に集光されているので、第２の受光器６４は、第２の受光器６０に比べてＹ軸方向の長さが短縮されている。つまり、本実施の形態に係る計測装置１０ａは、上記実施の形態に係る計測装置１０と比較して、より小型の第２の受光器ですむ。
【００８５】
［第３の実施の形態］
図２０を参照して、本実施の形態に係る計測装置１０ｂについて説明する。計測装置１０ｂは、上記実施の形態に係る計測装置１０ａに対して第２の受光器６４の位置を変え、第２の受光器６４と照射光ＩＦとの干渉、あるいは照射光ＩＦと反射光ＲＦとの干渉を抑制した形態である。図２０（ａ）、（ｂ）は本実施の形態に係る計測装置１０ｂを、図２０（ｃ）、（ｄ）は計測装置１０ｂとの比較のために計測装置１０ａを示している。なお、図２０（ｃ）は対象物ＯＢの表面の高さがｈ１の場合を示しており、図２０（ｄ）は高さがｈ２の場合を示している。
【００８６】
ここで、反射光ＲＦの進行方向に垂直な断面の形状は、一般に中心軸付近で光強度が強く周囲にいくほど弱くなるというガウシアン分布（図３（ｂ）参照）を示すことが多い。
そのため、反射角θが大きいほど、すなわち開口部６２が光軸Ｍに近づくほど反射光ＲＦの光強度は大きくなる。従って、図２０（ｃ）、（ｄ）に示すように、開口部６２を極力光軸Ｍ（つまり、開口部４２）に近づけたほうが反射光ＲＦの光強度が大きくなり、従ってノイズの影響を受けにくくなる（Ｓ／Ｎ比が高くなる）。
【００８７】
しかしながら、開口部６２を光軸Ｍに近づけると、図２０（ｃ）、（ｄ）に示すように、集光レンズ６６や第２の受光器６４が光軸Ｍやレンズ３２に近づくことになり、第２の受光器６４の端部（図２０（ｃ）、（ｄ）では紙面正面視左側の端部）が光軸Ｍ付近の照射光ＩＦ（図６も参照）に干渉しやすくなる。対象物ＯＢの表面の高さｈでみると、図２０（ｃ）と（ｄ）との比較で明らかなように、高さｈが低いほどこの干渉の影響を受けやすくなる。つまり、反射光ＲＦ２の第２の受光器６４への入射位置の方が、反射光ＲＦ１の第２の受光器６４への入射位置より光軸Ｍに近づく。
【００８８】
そこで、本実施の形態に係る計測装置１０ｂでは、図２０（ａ）に示すように、反射光ＲＦ１を光軸Ｍから遠ざける方向に折り返すミラー６８を設け、第２の受光器６４を光軸Ｍから離間させている。反射光ＲＦ１の光路の変更に伴い、第２の受光器６４の配置方向はＸ軸を長手にした方向からＺ軸方向を長手方向とした方向に変更されている。図２０（ａ）に示す例では、ミラー６８から（図２０（ａ）では、一例としてミラー６８の反射光ＲＦ１の入射点から）第２の受光器６４までの距離をｄ１としている。このことにより、計測装置１０ｂでは反射光ＲＦと照射光ＩＦとの干渉、あるいは第２の受光器６４の端部と照射光ＩＦとの干渉が抑制される。
【００８９】
図２０（ｂ）は、ミラー６８から第２の受光器６４までの距離をｄ２とし、距離ｄ１より長くした計測装置１０ｂを示している。このように、ミラー６８から第２の受光器６４までの距離を長くすることにより、対象物ＯＢの表面の高さｈの計測精度が向上する。ミラー６８から第２の受光器６４までの距離を長くすると、高さｈの違いによる受光スポットＳの間隔が拡大し、受光スポットＳの分解能、すなわち高さｈの分解能が上がるからである。
【００９０】
なお、本実施の形態ではミラー６８を集光レンズ６６の上方に設ける形態を例示して説明したが、これに限られず、開口部６２と集光レンズ６６との間に設ける形態としてもよい。
【００９１】
また、本実施の形態では集光レンズ６６とミラー６８とを別個に設ける形態を例示して説明したが、これに限られず、例えば反射光ＲＦ１を光軸Ｍから遠ざける方向に集光するようなパワーを集光レンズ６６に具備させてもよい。このことにより、部品点数がより削減される。
【００９２】
また、本実施の形態では、上記計測装置１０ａにミラー６８を設ける形態を例示して説明したが、これに限られず、上記計測装置１０にミラー６８を設ける形態としてもよい。
【００９３】
［第４の実施の形態］
図２１を参照して、本実施の形態に係る計測装置１０ｃについて説明する。計測装置１０ｃは、上記実施の形態に係る計測装置１０ｂに遮光部材７０を設けた形態である。従って、遮光部材７０以外の構成は計測装置１０ｂと同様なので、同様の構成には同じ番号を付して詳細な説明を省略する。なお、本実施の形態では遮光部材７０を計測装置１０ｂに設ける形態を例示して説明するが、むろん上記実施の形態に係る計測装置１０あるいは１０ａに用いてもよい。
【００９４】
図２１（ａ）、（ｂ）に示す計測装置１０ｃは、図２０（ａ）、（ｂ）に示す計測装置１０ｂに遮光部材７０を設けたものである。図２０（ａ）、（ｂ）に示す計測装置１０ｂでは、開口部６２の位置によっては照射光ＩＦ（図６参照）と反射光ＲＦ１とが互いに迷光となり、相手側に漏れ込む可能性も想定される。そこで、計測装置１０ｃでは照射光ＩＦによる迷光、あるいは反射光ＲＦによる迷光が懸念される箇所に遮光部材７０を設けている。図２１（ａ）、（ｂ）に示す計測装置１０ｃでは、集光レンズ６６に遮光部材７０を設ける形態を例示しているが、これに限られず、例えば、集光レンズ６６及びミラー６８で構成される光学系を覆うように遮光部材７０を設けてもよい。
【００９５】
なお、上記各実施の形態では受光器１８による対象物ＯＢの表面の状態の計測と、第２の受光器６０、６４による高さの計測との両方を具備する計測装置の形態を例示して説明したが、これに限られず、例えば高さの計測だけを具備する計測装置の形態としてもよい。この場合は、受光器１８を設けず第２の受光器６０、６４のみを設けた計測装置としてもよい。
【００９６】
また、上記各実施の形態では、対象物ＯＢの全体の、あるいは部分の計測に際し対象物ＯＢを移動する形態を例示して説明したが、これに限られない。対象物ＯＢの全体の、あるいは部分の計測に際しては発光器１４と対象物ＯＢとが相対的に移動すればよいので、対象物ＯＢを固定し、発光器１４を移動させる形態としてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  計測装置
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ  発光素子
１４      発光器
１４Ａ    基板
１６      受光素子
１８      受光器
１８Ａ    基板
１８Ｂ    開口部
２０      制御部
３０      光学系
３２      レンズ
３４      レンズ
４０      絞り
４２      開口部
４２Ａ    開口縁
５２      駆動部
６０      第２の受光器
６２      開口部
６４      第２の受光器
６６      集光レンズ
６８      ミラー
７０      遮光部材
１００    ＣＰＵ
１０２    ＲＯＭ
１０４    ＲＡＭ
２００    表面
ＢＵＳ    バス
ＦＰ      焦点面
ｈ、ｈ１、ｈ２、ｈ３  高さ
Δｈ      高さ差
ＩＦ      照射光
Ｍ        光軸
ＲＦ、ＲＦ１〜ＲＦ６、ＲＦ１’〜ＲＦ４’  反射光
ＯＢ      対象物
Ｐ１、Ｐ２  発光パルス信号
Ｒ        仮想面
ＲＡ      受光領域
Ｓ、Ｓ１〜Ｓ６  スポット
Ｔ        計測領域
Ｖ        受光面
θ        反射角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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