(57)【要約】【課題】光強度分布の補正手段を備えない場合と比較して、照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度分布の変化が抑制された計測装置および計測方法を提供すること。【解決手段】対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、発光部から発光された照射光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を絞る絞り部と、絞り部を通過した照射光を対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第２のレンズと、絞り部と第２のレンズとの間に配置されるとともに照射光が対象物に照射されて反射した反射光を受光する受光部と、照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度のばらつきが予め定められた範囲となるように補正する補正部と、を含む。【選択図】図１
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【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前記対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第２のレンズと、
前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置されるとともに前記照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を受光する受光部と、
前記照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度のばらつきが予め定められた範囲となるように補正する補正部と、
を含む計測装置。
【請求項２】
前記補正部がレンズ、ＮＤフィルタ、および干渉フィルタのいずれかである
請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記発光部は、予め定められた方向に配列された複数の発光素子を備え、
前記補正部が前記発光部と前記第１のレンズとの間に配置された干渉フィルタであり、  前記ばらつきの原因が前記発光部の光軸の傾き、前記発光部の前記予め定められた方向の平行移動、および前記複数の発光素子の発光位置のいずれかである
請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記干渉フィルタの前記予め定められた方向と交差する方向を回転軸として前記干渉フィルタを回転させて補正する
請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記干渉フィルタが複数枚の干渉フィルタからなる
請求項３または請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記発光部は、予め定められた方向に配列された複数の発光素子を備え、
前記補正部が前記発光部と前記第１のレンズとの間に配置されたＮＤフィルタであり、  前記ばらつきの原因が前記発光部の光軸の傾き、および前記発光部の前記予め定められた方向の平行移動のいずれかである
請求項２に記載の計測装置。
【請求項７】
前記ＮＤフィルタは、透過率が前記予め定められた方向に沿って変化するように構成された
請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記発光部は、予め定められた方向に配列された複数の発光素子を備え、
前記補正部が前記発光部と前記第１のレンズとの間に前記第１のレンズの光軸と光軸を共有して配置された第３のレンズであり、
前記ばらつきの原因が前記発光部の光軸の傾きである
請求項２に記載の計測装置。
【請求項９】
前記第３のレンズは、曲率が前記予め定められた方向に沿って変化するように配置された請求項８に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記第１のレンズと前記絞り部との間に前記予め定められた照射角度範囲の照射光を受光して監視する監視部をさらに備え、
前記補正部は、前記監視部による受光量に応じて前記補正を行う
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記監視部は複数の受光素子を備え、
前記絞り部は前記照射光を絞る開口部を備え、
前記複数の受光素子は前記開口部の周囲に配置された
請求項１０に記載の計測装置。
【請求項１２】
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前記対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第２のレンズと、前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置されるとともに前記照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を受光する受光部と、を含む計測装置を用いた計測方法であって、
補正部により、前記照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度のばらつきが予め定められた範囲となるように補正する
計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置および計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、デマルチプレクサおよび受信機装置を含み、デマルチプレクサおよび受信機装置は、回転可能干渉フィルタを含み、所望の波長が到来光ビームに関する干渉フィルタの角度を調整することにより選択されるように構成された自由空間波長分割多重システムが開示されている。特許文献１に開示された自由空間波長分割多重システムは、干渉フィルタの角度を調整する構成を用いているが、前提とする入力光は波長多重化された光であり、目的とする出力光は逆多重化されチャネル（波長）ごとに分割された光である。すなわち、特許文献１に係る自由空間波長分割多重システムでは干渉フィルタの波長依存性を用いている。
【０００３】
特許文献２には、スペクトルが複数の輝線を有している光の光量を調整する装置であって、光のスペクトルの複数の輝線に対応する波長成分を選択的に透過または吸収可能なように透過特性が設定された光量調整用干渉フィルタと、この干渉フィルタの光軸に対する傾き角を任意に調整するフィルタ角度調整手段とを備え、干渉フィルタの傾きを調整することにより光の光量を調整するようにした調光装置が開示されている。特許文献２に開示された調光装置は干渉フィルタの角度を調整する構成を用いているが、前提とする入力光は複数の輝線、すなわち波長を有する光であり、複数の波長域の光に対してフィルタを交換することなく、かつ光量損失も少なく、連続調光を可能にすることを目的としている。
すなわち、特許文献２に係る調光装置では干渉フィルタの波長依存性を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２７１２９号公報
【特許文献２】特開平０９−２２２５６６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、光強度分布の補正手段を備えない場合と比較して、照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度分布の変化が抑制された計測装置および計測方法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前記対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第２のレンズと、前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置されるとともに前記照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を受光する受光部と、前記照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度のばらつきが予め定められた範囲となるように補正する補正部と、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、前記補正部がレンズ、ＮＤフィルタ、および干渉フィルタのいずれかであるものである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記発光部は、予め定められた方向に配列された複数の発光素子を備え、前記補正部が前記発光部と前記第１のレンズとの間に配置された干渉フィルタであり、前記ばらつきの原因が前記発光部の光軸の傾き、前記発光部の前記予め定められた方向の平行移動、および前記複数の発光素子の発光位置のいずれかであるものである。
【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、前記補正部は、前記干渉フィルタの前記予め定められた方向と交差する方向を回転軸として前記干渉フィルタを回転させて補正するものである。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の発明において、前記干渉フィルタが複数枚の干渉フィルタからなるものである。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記発光部は、予め定められた方向に配列された複数の発光素子を備え、前記補正部が前記発光部と前記第１のレンズとの間に配置されたＮＤフィルタであり、前記ばらつきの原因が前記発光部の光軸の傾き、および前記発光部の前記予め定められた方向の平行移動のいずれかであるものである。
【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ＮＤフィルタは、透過率が前記予め定められた方向に沿って変化するように構成されたものである。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記発光部は、予め定められた方向に配列された複数の発光素子を備え、前記補正部が前記発光部と前記第１のレンズとの間に前記第１のレンズの光軸と光軸を共有して配置された第３のレンズであり、前記ばらつきの原因が前記発光部の光軸の傾きであるものである。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記第３のレンズは、曲率が前記予め定められた方向に沿って変化するように配置されたものである。
【００１５】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の発明において、前記第１のレンズと前記絞り部との間に前記予め定められた照射角度範囲の照射光を受光して監視する監視部をさらに備え、前記補正部は、前記監視部による受光量に応じて前記補正を行うものである。
【００１６】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記監視部は複数の受光素子を備え、前記絞り部は前記照射光を絞る開口部を備え、前記複数の受光素子は前記開口部の周囲に配置されたものである。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項１２に記載の計測方法は、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前記対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第２のレンズと、前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置されるとともに前記照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を受光する受光部と、を含む計測装置を用いた計測方法であって、補正部により、前記照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度のばらつきが予め定められた範囲となるように補正するものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１および請求項１２に記載の発明によれば、光強度分布の補正手段を備えない場合と比較して、照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度分布の変化が抑制された計測装置および計測方法が提供される、という効果が得られる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、補正部をレンズ、ＮＤフィルタ、および干渉フィルタ以外のものとする場合と比較して、発光部が傾いた場合に照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度分布の変化が抑制される、という効果が得られる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、補正部をレンズ、ＮＤフィルタとする場合と比較して、ばらつきの原因が発光部の光軸の傾き、発光部の予め定められた方向の平行移動、および複数の発光素子の発光位置のいずれに対しても、照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度分布の変化が抑制される、という効果が得られる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、補正部が、予め定められた方向と交差する方向を回転軸として干渉フィルタを回転させないで補正する場合と比較して、干渉フィルタに対する光の入射角が容易に設定される、という効果が得られる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、干渉フィルタを１枚の干渉フィルタからなるものとする場合と比較して、透過率の設定がより精密に行われる、という効果が得られる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、補正部がレンズである場合と比較して、発光部が予め定められた方向へ平行移動した場合にも、照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度分布の変化が抑制される、という効果が得られる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、ＮＤフィルタの透過率が予め定められた方向に沿って変化しないように構成された場合と比較して、透過率の設定が容易に行われる、という効果が得られる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、補正部を干渉フィルタあるいはＮＤフィルタとする場合と比較して、補正部通過による損失を抑制しつつ、照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度分布の変化が抑制される、という効果が得られる。
【００２６】
請求項９に記載の発明によれば、第３のレンズはの曲率が前記予め定められた方向以外の方向に沿って変化するように配置された場合と比較して、透過率の設定が容易に行われる、という効果が得られる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、補正部が監視部による受光量に応じて補正を行わない場合と比較して、補正がより簡易に行われる、という効果が得られる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明によれば、複数の受光素子が絞り部の開口部の一部に配置された場合と比較して、補正がより精密に行われる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施の形態に係る計測装置の対象物の計測を行う場合の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る計測装置の対象物の計測を行う場合の反射光を示す図である。
【図３】第１の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４】（ａ）は発光器から照射光が連続して照射される状態を示す図、（ｂ）は補正部（干渉フィルタ）の入射角依存を示す図、（ｃ）は、発光器の発光角が大きい場合の補正部（干渉フィルタ）の作用を示す図、である。
【図５】第１の実施の形態に係る計測装置の、（ａ）は補正部（干渉フィルタ）の位置が固定された状態を示す図、（ｂ）は補正部（干渉フィルタ）の可動範囲を示す図である。
【図６】（ａ）発光器が傾斜した場合の補正部（干渉フィルタ）の作用を示す図、（ｂ）は発光素子の位置の違いによる作用を示す図、（ｃ）は上下位置が変化した場合の補正部（干渉フィルタ）の作用を示す図、（ｄ）は複数枚使用した場合の補正部（干渉フィルタ）の作用を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態に係る補正部（ＮＤフィルタ）の作用を示す図であり、（ｃ）は、第２の実施の形態に係る補正部（レンズ）の作用を示す図である。
【図８】（ａ）は第３の実施の形態に係る計測装置の一例を示す図、（ｂ）は第３の実施の形態の変形例に係る計測装置の一例を示す図である。
【図９】（ａ）は発光器が正常な場合の照射光を示した図、（ｂ）は発光器が傾いた場合の照射光を示した図、（ｃ）は、拡散板の作用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
図１から図６を参照して、本実施の形態に係る計測装置、および計測方法について詳細に説明する。まず、図１および図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が対象物の計測を行う場合の構成を示している。
【００３１】
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、制御部２０、および補正部６０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）、あるいは内部状態について、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の異なる位置に順次照射される。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。
【００３４】
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。
【００３５】
光学系３０は、レンズ３２、レンズ３４、およびレンズ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に導くとともに、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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の直径は、レンズ３２の直径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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。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が対象物ＯＢに順次照射される。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。
【００４１】
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（図２参照）。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。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。
【００４２】
複数の受光素子１６は、受光器１８の基板１８Ａ上に配置されている。本実施の形態に係る受光器１８では、基板１８Ａ上に、発光素子１２の配列方向と交差する方向（直交する方向）に複数の受光素子１６を配列させた形態としているが、これに限られない。例えば、基板１８Ａ上に面状に（アレイ状に）複数の受光素子１６を配置させる形態としてもよい。基板１８Ａには開口部４２に対応する位置に開口部が設けられ、照射光ＩＦが透過されるように構成されている。計測装置１０では、この複数の受光素子１６の全体を受光領域として反射光ＲＦを受光する。
【００４３】
受光領域で受光される反射光ＲＦの範囲は、一例として、反射点を通り光軸Ｍに平行な軸を中心とした角度０°〜４０°の範囲の略円形に分布する反射光ＲＦの少なくとも一部である。この反射光ＲＦが受光領域で受光されると、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、略ガウス曲線となる。
【００４４】
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、受光領域における出力分布は常に一定となる。
【００４５】
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。
【００４６】
補正部６０は、照射光ＩＦの光強度分布を補正する光学素子であり、回転軸６２を中心に回転されるように構成されている。本実施の形態に係る補正部６０は、一例として干渉フィルタで構成されている。補正部６０の詳細については後述する。
【００４７】
制御部２０は、図３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、およびＲＡＭ１０４は、バスＢＵＳによって相互に接続されている。
【００４８】
バスＢＵＳには、さらに発光器１４、受光器１８、および補正部６０を駆動するモータ５２が接続されており、発光器１４、受光器１８、およびモータ５２の各々は、バスＢＵＳを介してＣＰＵ１００の制御を受ける。
【００４９】
ここで、図４（ａ）を参照して、発光素子１２から出射される照射光ＩＦの分布について説明する。図４（ａ）に示すように、本実施の形態に係る発光器１４に配置された発光素子１２の各々から、ある角度φ（以下、「発光角φ」）の範囲の照射光ＩＦが出射される。図４（ａ）では、１１個の発光素子１２からの照射光ＩＦを重ねて描いているが、実際には各発光素子１２からは順次照射光ＩＦが照射される。発光素子１２の種類によっても異なるが、発光素子１２から発光される光の強度（光量）の空間分布にはある範囲のばらつきがあり、一般に発光光の光束の周辺部になるほど光の強度が小さくなる。
【００５０】
一方、反射光ＲＦの生成条件を均一にする上でも、計測装置１０から出射される照射光ＩＦは、予め定められた照射角の範囲で光強度の均一性が高いことが望ましい。ここでいう予め定められた照射角とは、絞り４０で絞られた後の光束の照射角をさし、以下、この絞り４０で絞られた後の光束の照射角を「照射角ω」という。すなわち、照射角ωは発光角φの一部であり、ω＜φである。つまり、照射光ＩＦは照射角ωの範囲で光強度の均一性が高いことが望ましい。なお、理解の容易化のため、以下では発光素子１２から発光される光の発光角φに基づいて説明するが、照射角ωについても同様の議論が成り立つ。
【００５１】
しかしながら、さまざまな要因によって照射光ＩＦの光強度が不均一になる場合がある。光強度が不均一になる要因のうち、計測装置１０の発光器１４に関連する要因としては、主に以下の３つの要因（不均一要因）が挙げられる。
（１）光源（発光器１４）の傾き
（２）光源（発光器１４）の平行移動
（３）光源（発光器１４）が備える発光素子１２の発光位置の違い
【００５２】
図９を参照して、上記不均一要因の各々について説明する。図９（ａ）は不均一要因が発生していない、正常な場合の照射光ＩＦを示している。図９（ａ）に示すように、発光器１４の特定の発光素子１２からは、一定の発光角φを有する照射光ＩＦが出射される。
照射光ＩＦは、上述したように発光素子１２の特性に応じた光強度の分布を有しているが、以下ではこの分布を便宜的に「大」、「中」、「小」と表記する。すなわち、図９（ａ）の例では、発光角φの照射光ＩＦは、発光素子１２から引いた垂線ｈを対称軸として、両側に各々「大」、「中」の光強度が分布している。図９（ａ）に示す点「Ｐ」は垂線ｈ上の１点である。図９（ａ）に示す例では、実際に対象物ＯＢに照射される照射光ＩＦは、発光角φの照射光ＩＦのうちの照射角ωの部分とされている。すなわち、発光角φの照射光ＩＦのうちの光強度が「大」である部分を選択することにより、つまり、照射角を照射角ωとすることにより照射光ＩＦの全体の光強度を「大」とし、光強度の均一性が高くなるようにしている。
【００５３】
図９（ａ）に示す正常な状態に対して、まず、発光器１４が傾いた場合について考える。ここでいう発光器１４が傾いた場合には、発光器１４の角度はそのままで発光素子１２の発光角度が傾いた場合を含む。図９（ｂ）は、発光器１４が、正常な状態からＸ軸方向を回転中心として傾いた状態を示している。この場合、図９（ｂ）から明らかなように、照射角ωの範囲には主として光強度「大」と「中」の照射光ＩＦが含まれるように変化する。つまり、対象物ＯＢに照射される照射光ＩＦの光強度が均一でなくなる。
【００５４】
次に、発光器１４が平行移動した場合を考える。本実施の形態において「平行移動」とは、図９（ａ）において、発光器１４と点Ｐとの相対的な位置関係がＹ軸方向にずれることをいう。この場合、発光角φに含まれる光強度の分布は変化しないが、光強度分布のＹ軸方向の位置が変化する。その結果、例えば照射光ＩＦの光強度分布の補正を考えた場合、補正すべき対象が相対的に変化する。
【００５５】
次に、発光器１４が備える発光素子１２の発光位置の違いについて説明する。本実施の形態において「発光位置の違い」とは、例えば図１に示す、発光素子１２Ａの位置と発光素子１２Ｂの位置の違いをいう。特に、発光器１４の寸法Ｄが大きい場合の要因である。
発光位置の違いは、発光器１４と点Ｐとの相対的な位置の変化という点では上記の平行移動と同様であるが、発光位置が異なる場合では両方の発光素子１２の光強度を同じように補正する必要があるという点で、平行移動とは異なる。
【００５６】
以上のような要因で光強度の不均一化が発生している発光器１４からの光の均一性を高くする補正方法として、まず考えられるのは拡散板による拡散作用を用いる方法である。
図９（ｃ）は、発光器１４からの照射光ＩＦの途中に拡散板６８を配置した構成を示している。一見拡散作用によって照射光ＩＦ全体の光強度が均一化されるようにも考えられるが、拡散板６８による損失が妥当な範囲を考えた場合、やはり光強度「大」、「中」が光強度「中」、「小」となるにすぎない。つまり、照射光ＩＦの損失が増加しただけで、照射光ＩＦ全体の不均一性は維持されると考えられる。一方、拡散板６８による拡散の程度を完全拡散に近いレベルまで上げれば照射光ＩＦの光強度の均一性は高くなるとも考えられるが、この場合照射光ＩＦの光強度が極端に小さくなると考えられ、現実的ではない。
【００５７】
一方、計測装置の使用中に光強度が不均一となる原因を特定し、調整しなおす（例えば、発光器１４の照射角度を調整する）ことは煩雑である。従って、計測装置において、照射光の不均一を簡便に補正することができる構成を備えれば至便である。そこで、本発明では発光部と発光部側レンズとの間に光強度の補正部を配置した。特に、本実施の形態では、干渉フィルタを用いた補正部６０（干渉フィルタ）を採用した。これは以下で説明するように、干渉フィルタによれば、上記３つの不均一要因のいずれの場合であっても補正されるからである。このことにより、光強度分布の補正手段を備えない場合と比較して、照射光の予め定められた照射角度範囲の光強度分布の変化が抑制される。
【００５８】
図５を参照して、本実施の形態に係る計測装置１０の動作について説明する。図５は図１を簡略化した図であるが、受光器１８の図示を省略している。図５（ａ）に示すように、発光器１４は、搭載している各発光素子１２を符号「Ｄ１」で示す方向に順次発光させて照射光ＩＦを生成する。一方、絞り４０を通過して絞られた照射光ＩＦは、符号「Ｄ２」で示す方向に沿って対象物ＯＢ上に照射される。本実施の形態に係る補正部６０（干渉フィルタ）は、図５（ａ）に示すように発光器１４とレンズ３２との間に配置され、必要な場合に照射光ＩＦの光強度の均一性が高くなるように補正する。補正部６０（干渉フィルタ）は、図５（ｂ）に示す予め定められた角度αの範囲で、回転軸６２を中心に回転されるように構成されており、この回転によって補正の態様を変化させている、つまり、照射光ＩＦに対する透過率を変化させている。
【００５９】
ここで、補正部６０（干渉フィルタ）を構成する干渉フィルタについて説明する。本実施の形態に係る干渉フィルタは、屈折率の異なる誘電体が積層された誘電体多層膜であり、一般的に、特定の波長に対する反射防止または完全反射を目的としてレンズ等の表面に形成される光学薄膜である。干渉フィルタの透過率は、入射される光の入射角に依存するという特性を有している。図４（ｂ）は、予め定められた波長の光を透過するバンドパスフィルタの特性を備えた干渉フィルタ（補正部６０）の、入射光Ｌの入射角θに対する透過率特性の一例を示している。図４（ｂ）に示すように、この場合の干渉フィルタは入射角θ＝０ではほぼ１００％の透過率を示すが、入射角θが大きくなるにつれて透過率が減少する。本実施の形態に係る補正部６０（干渉フィルタ）は、この入射角θの違いによる透過率の違いを用いて、対象物ＯＢに照射される照射光ＩＦの光強度の均一性が極力高くなるように補正している。
【００６０】
図４（ｃ）は、補正部６０（干渉フィルタ）の作用について概念的に説明する図である。図４（ｃ）では、発光角φの範囲で光強度が「大」である照射光ＩＦを水平に配置された補正部６０（干渉フィルタ）に入射させた場合の照射光ＩＦの光強度の変化を示している。図４（ｃ）に示すように、照射光ＩＦに含まれる光線のうち、補正部６０（干渉フィルタ）に対して垂直に近い角度で入射する光線に対しては、光強度「大」が維持される。
一方、補正部６０（干渉フィルタ）に対する入射角θが大きくなるにつれて（光線の方向が垂線ｈ（図９（ａ）参照）から離間するにつれて）、補正部６０（干渉フィルタ）の透過率が低下するので、補正部６０（干渉フィルタ）を通過後の光強度は「中」、「小」と変化する。
【００６１】
次に、図６を参照して、本実施の形態に係る補正部６０（干渉フィルタ）の作用について説明する。計測装置１０では、発光角φの照射光ＩＦの補正部６０（干渉フィルタ）への入射角が、照射光ＩＦに含まれる光線によって異なることに着目している。つまり、補正部６０（干渉フィルタ）を回転軸６２を中心に回転させて各々の光線に対する入射角を変えることによって透過率を異ならせ、照射光ＩＦの照射角ωに含まれる光の強度の均一性を高くしている。換言すると、照射光ＩＦの光強度を変えたくない部分に対する入射角θを小さくし（垂直に近い状態とし）、光強度を小さくしたい部分に対する入射角θを大きくするようにして、照射光ＩＦの照射角ωに含まれる光の強度の均一性を高くしている。
【００６２】
図６（ａ）は、Ｘ軸方向を中心として発光器１４が傾いた場合の補正部６０（干渉フィルタ）の作用を示している。図６（ａ）では補正部６０（干渉フィルタ）を回転させ、回転角をβとすることによって照射光ＩＦの光強度の均一性が最も高くなるように設定された状態を示している。図６（ａ）に示すように光強度「大」は「中」に、光強度「中」が「中」に補正され、照射光ＩＦの全体の均一性が高くされている。つまり、補正部６０（干渉フィルタ）を透過する前の光強度「大」の光線の補正部６０（干渉フィルタ）に対する入射角θは大きく、強度「中」の光線の補正部６０（干渉フィルタ）に対する入射角θは小さくなるように設定されている。ここで、補正部６０（干渉フィルタ）の透過率は現実的には１００％となることはなく、ある程度の損失が発生するので、厳密には光強度「中」が「中」に維持されることはないが、本実施の形態では、入射角θ≒０で透過率１００％に近い状態では便宜的に光強度が維持されるものとしている。なお、図６（ａ）では補正部６０（干渉フィルタ）の右側を上げるように回転させる場合を例示しているが、この回転方向は発光器１４の傾斜方向等に応じて左右いずれにもなり得る。
【００６３】
次に、図６（ｂ）を参照して、発光器１４に配置された発光素子１２の位置の違いによる補正部６０（干渉フィルタ）の作用について説明する。図６（ｂ）は、発光器１４に発光素子１２−１、および１２−２が含まれ、各々の発光素子が発光している状態を示している。発光器１４の傾斜角、補正部６０（干渉フィルタ）の回転角は図６（ａ）と同じである。この場合、発光素子１２−１からの照射光ＩＦも、発光素子１２−２からの照射光ＩＦも、補正部６０（干渉フィルタ）を通過する前の光強度「大」、「中」が、補正部６０（干渉フィルタ）を通過した後はともに「中」、「中」となっている。すなわち、補正部６０（干渉フィルタ）は、発光素子１２−１からの照射光ＩＦの均一性と、発光素子１２−２からの照射光ＩＦの均一性との両方を同時に高くしている。つまり、補正部６０（干渉フィルタ）は発光器１４に配置された発光素子１２の位置が違っても、各々の照射光ＩＦの均一性が高くされる。これは、補正部６０（干渉フィルタ）の透過特性の、光の入射面内でのばらつきが小さい（均一性が高い）ため、入射面内のいずれの位置を光が透過しても効果がほぼ同じあることによる。なお、上述したように発光器１４の平行移動は、図６（ｂ）における発光素子１２−１と１２−２が同じものである場合と考えられるので、発光器１４が平行移動しても、補正部６０（干渉フィルタ）により照射光ＩＦの光強度の均一性が高くされる。
【００６４】
ここで、補正部６０（干渉フィルタ）自体の位置の許容度について考える。上述した内容から、補正部６０（干渉フィルタ）のＸ軸方向を中心とする回転角は予め定められた範囲の許容度で設定する必要がある一方、Ｙ軸方向に移動しても補正部６０（干渉フィルタ）の機能は維持される。さらに、図６（ｃ）に示すように、補正部６０（干渉フィルタ）の位置がＺ軸方向に変化した場合を考える。図６（ｃ）は、図６（ｂ）において補正部がＺ軸方向に移動した状態を示している。例えば補正部６０（干渉フィルタ）が−Ｚ方向に移動した場合、各々の照射光ＩＦの補正部６０（干渉フィルタ）に対する通過面積は変わるが、やはり光強度の均一性を高めるという機能は維持される。これは、上述したように、補正部６０（干渉フィルタ）の透過特性の、光の入射面内でのばらつきが小さい（均一性が高い）ため、入射面内のいずれの位置を光が透過しても効果がほぼ同じあることによる。
【００６５】
なお、上記実施の形態では、１枚の補正部６０（干渉フィルタ）によって光強度の均一性を高める補正を行う形態を例示して説明したが、例えば図６（ｄ）に示すように、補正部６０−１、６０−２の２枚（あるいは一般に複数枚）を使用して補正を行う形態としてもよい。補正部を複数枚用いることによって、補正特性の設定がより容易となり、またより精度の高い補正特性が得られる。
【００６６】
［第２の実施の形態］
図７を参照して、本実施の形態に係る計測装置について説明する。本実施の形態は、上記実施の形態に対して補正部の構成を変えた形態である。従って計測装置自体の構成は上記の計測装置１０と同様なので、必要な場合は図１、２等を参照することとし、詳細な説明を省略する。
【００６７】
図７（ａ）、（ｂ）は、補正部として、ＮＤ（Ｎａｔｕｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタである補正部６４（ＮＤフィルタ）を用いた形態である。本実施の形態でいうＮＤフィルタとは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、光の入射面上の位置に応じて光の透過率が異なる（透過率がグラデーションを設けて、漸次変化するように設定されている）光学素子をいう（図７（ａ）、（ｂ）では、黒色の濃い方が透過率が低いことを意味している）。
【００６８】
図７（ａ）に示すように、補正部６４（ＮＤフィルタ）によれば発光器１４が傾いた場合に補正が可能である。これは、補正部６４（ＮＤフィルタ）のＹ軸方向の位置を調整することによって、補正部６４（ＮＤフィルタ）の透過前に「大」、「中」の光強度の分布をもっていた照射光ＩＦを、各々光強度「中」、「中」に変えることによって光強度の均一性が高められるからである。つまり、光強度の大きい光線に対しては大きな損失、光強度の小さい光線に対しては小さな損失を与えることによって、照射光ＩＦの全体の光強度分布の均一性が高くなるように補正される。
【００６９】
図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態からさらに発光器１４が−Ｙ方向に移動した場合を図示している。この場合は補正部６４（ＮＤフィルタ）の損失が大きい側への移動であるが、この部分でも補正部６４（ＮＤフィルタ）の透過率は漸次変化するようにされているので、補正部６４（ＮＤフィルタ）の透過前に「大」、「中」の光強度の分布をもっていた照射光ＩＦを、各々光強度「小」、「小」に変えることによって光強度の均一性が高められる。すなわち、照射光ＩＦ全体に対する損失は増加するが、依然として光強度の均一性を高めるという機能は維持されている。ここで、図７（ｂ）の場合において、補正部６４（ＮＤフィルタ）をＹ軸方向に移動させる機構を設けておけば、図７（ａ）と同様に、補正後の光強度分布を「中」、「中」とする補正も可能である。
【００７０】
ここで、補正部６４（ＮＤフィルタ）では、発光器１４に搭載された発光素子１２の発光位置が違う場合に光強度の補正を行うことは難しい。補正部６４（ＮＤフィルタ）の場合の、発光素子１２の発光位置が違う場合とは、具体的には、図７（ａ）と（ｂ）とを合成し、２つの発光素子が発光している状態を意味する。この場合、一方の発光素子からの照射光ＩＦは補正部６４（ＮＤフィルタ）を通過後光強度「中」、「中」で補正され、他方の発光素子からの照射光ＩＦは補正部６４（ＮＤフィルタ）を通過後光強度「小」、「小」で補正されることになり、補正された後の照射光ＩＦの光強度分布が異なるからである。
【００７１】
図７（ｃ）は、補正部としてレンズを用いた形態の補正部６６（レンズ）を示している。補正部６６（レンズ）は、レンズでは光の入射面の位置に応じて屈折機能（集光力）が変化するという特性を用いている。図７（ｃ）に示すように、補正部６６（レンズ）によっても、補正部６６（レンズ）を通過する前の照射光ＩＦの光強度が「大」、「中」であった光強度分布が「大」、「大」となっており、光強度の均一性が高められていることがわかる。これは、補正部６６（レンズ）によって、光強度分布の全体がシフト（図７（ｃ）では＋Ｙ方向にシフト）されたからである。このように、補正部６６（レンズ）は、損失を抑制しつつ補正が行われるという特徴がある。
【００７２】
ただし、補正部６６（レンズ）では、発光器１４が平行移動した場合に光強度の補正を行うことは困難である。これは、発光器１４と補正部６６（レンズ）の相対的な位置が変わると、照射光ＩＦが入射する補正部６６（レンズ）の入射領域が変化するので、補正部６６（レンズ）を通過した後の光強度分布が変わってしまうからである。つまり、発光器１４と補正部６６（レンズ）の相対的な位置が変化すると、発光角φの分布をもつ照射光ＩＦは補正部６６（レンズ）の異なる位置を通過する。レンズでは入射位置が異なると曲率が異なるので、補正部６６（レンズ）透過後の光線の角度が異なる。その結果、目標である透過後の照射角ωの範囲に異なる光線が含まれることになるからである。
【００７３】
つまり、例えば、補正部６６（レンズ）を通過する前の照射光ＩＦの光強度が「大」、「中」であった光強度分布が「大」、「中」のままで変化しない状態になってしまうことがあるからである。ただしこの場合でも、レンズをＹ軸方向に移動させる機構を設けておけば、さらに適切な位置にして光強度の均一性を高める補正を行うようにしてもよい。
【００７４】
［第３の実施の形態］
図８を参照して、本実施の形態に係る計測装置について説明する。本実施の形態は、計測装置１０に照射光ＩＦの光強度分布のモニタ（監視）機能を配置した形態である。
【００７５】
図８（ａ）は、本実施の形態に係る計測装置１０Ａの構成の一例を示している。図８に示すように、計測装置１０Ａは、計測装置１０にフォトダイオード７０を配置している。
フォトダイオード７０は、補正部６０（干渉フィルタ）を透過後の照射光ＩＦの光束の外周部分（つまり、光強度が相対的に小さいと予測される部分、具体的には開口部４２の周囲）の光量をモニタしている。フォトダイオード７０は、例えば計測装置１０Ａにおける補正部６０（干渉フィルタ）の調整用に用いられる。
【００７６】
すなわち、計測装置１０Ａの運用中に、照射光ＩＦの光強度が照射角ωの範囲で経時的に不均一になることも想定される。この場合は、図８（ａ）に示すようにフォトダイオード７０を配置して照射光ＩＦの周辺部の光強度を測定し、光強度分布が不均一である場合には補正部６０（干渉フィルタ）の回転角を変えて光強度の均一性が高くなるように補正する。
【００７７】
なお、フォトダイオード７０は１個であっても、開口部４２を囲むように円周方向に複数個配置しても、さらに半径方向に複数個配置してもよい。いずれにしろ、フォトダイオードは最低２個配置することが好ましい。また、本実施の形態では、フォトダイオード７０を必要に応じ配置させる形態を例示したが、これに限られず計測装置１０Ａとして標準的に搭載する形態としてもよい。
【００７８】
また、本実施の形態では、計測装置１０Ａの発光器１４の照射角が経時的に変化する場合を例示して説明したが、これに限られず、例えば計測装置１０Ａの製造工程における発光器１４の調整工程にフォトダイオード７０を用いてもよい。発光器１４に配置された発光素子１２の製造ばらつき等に起因して光強度分布が不均一になる場合も想定されるためである。この場合、調整工程で発光器１４の光強度分布をフォトダイオード７０で測定し、発光器１４の光強度分布が適切な分布となるように（光強度の均一性が高くなるように）補正部６０（干渉フィルタ）の傾斜角度を調整する。
【００７９】
また、製造工程上の不具合や、発光素子１２の実装（マウント）ずれなどの系統的な原因によって、あるロットの発光器１４の光強度分布に同じような不均一性が発生した場合には、発光器１４をサンプリングしてフォトダイオード７０による測定で補正部６０（干渉フィルタ）の回転角βを求めておき、該回転角βを当該ロットの発光器１４に適用してもよい。
【００８０】
なお、本実施の形態では、計測装置１０Ａに補正部６０（干渉フィルタ）を用いる形態を例示して説明したが、これに限られず、補正部６４（ＮＤフィルタ）、補正部６６（レンズ）を用いる形態としてもよい。
【００８１】
ここで、上記実施の形態では、フォトダイオード７０で光強度を測定し、人手を介して補正部６０（干渉フィルタ）を回転させる形態を例示して説明したが、これに限られず、自動的に補正部６０（干渉フィルタ）を回転させる自動調整（負帰還制御）の形態としてもよい。図８（ｂ）は、係る自動調整機構を搭載した計測装置１０Ｂを示している。図８（ｂ）に示すように、計測装置１０Ｂのフォトダイオード７０は制御部２０に接続されるとともに、補正部６０（干渉フィルタ）の図示しないモータ５２も制御部２０に接続されている。制御部２０は、フォトダイオード７０で測定された光強度を用いて補正部６０（干渉フィルタ）の回転角βを算出し、モータ５２により補正部６０（干渉フィルタ）を回転角βだけ回転させて補正部６０（干渉フィルタ）の回転角を適切な回転角に設定する。
計測装置１０Ｂによれば、発光器１４の光強度の均一性を高める補正が自動的に行われる。
【符号の説明】
【００８２】
１０、１０Ａ、１０Ｂ  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
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      モータ
６０、６０−１、６０−２  補正部（干渉フィルタ）
６２      回転軸
６４      補正部（ＮＤフィルタ）
６６      補正部（レンズ）
６８      拡散板
７０      フォトダイオード
１００    ＣＰＵ
１０２    ＲＯＭ
１０４    ＲＡＭ
２００    表面
ＢＵＳ    バス
Ｄ        寸法
Ｄ１、Ｄ２  方向
Ｆ１、Ｆ２  距離
ｆ１、ｆ２  焦点距離
ＩＦ      照射光
Ｌ        入射光
ＲＦ      反射光
Ｍ        光軸
ＯＢ      対象物
Ｔ        計測領域
θ        入射角
φ        発光角
ω        照射角
α        角度範囲
β        回転角
【図１】
2019132799.tif 000003
【図２】
2019132799.tif 000004
【図３】
2019132799.tif 000005
【図４】
2019132799.tif 000006
【図５】
2019132799.tif 000007
【図６】
2019132799.tif 000008
【図７】
2019132799.tif 000009
【図８】
2019132799.tif 000010
【図９】
2019132799.tif 000011