(57)【要約】【課題】３次元形状をもつ被測定物の表面高さを高速かつ高精度に、信頼性高く測定する。【解決手段】互いに波長の異なる第１の光束と第２の光束とが対象物に関して異なる集光位置をもつように生成し、両光束を合成して対象物を照射する。その反射光を第１の光束の一部を成す第１の反射光と、第２の光束の一部を成す第２の反射光とに分離して検出し、両反射光の画像強度の比率に基づいて対象物の高さを求める。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出波長範囲で連続する波長をもつ光束を、対象物高さ測定範囲を含み、前記波長に応じて光軸上で連続した集光位置をもつように照射する光学系と、
前記対象物から反射した光を受光して、検出波長によらず光軸上のほぼ同一点に結像するようにする光学系と、
前記の反射光が結像する位置で前記反射光を、２種類以上の分光感度波長帯域別に撮像する画像撮像手段と、
前記画像撮像手段と接続され、前記反射光の波長を、２種類以上の分光感度波長帯域別の撮像画像画素受光強度の比率に基づいて検出し、前記対象物の高さを求める画像処理手段とを有することを特徴とする高さ測定装置。
【請求項２】
前記画像撮像手段は、カラー撮像装置であることを特徴とする請求項１記載の高さ測定装置。
【請求項３】
互いに波長の異なる第１の光束と第２の光束とを、対象物高さ測定範囲に関し、前記波長に応じて光軸上で異なる集光位置をもつように合成し照射する光学系と、
前記対象物から反射した前記第１の光束の一部を成す第１の反射光と、前記第２の光束の一部を成す第２の反射光とを受光して、前記波長によらず光軸上のほぼ同一点に結像するようにする光学系と、
前記第１の反射光と前記第２の反射光がともに集光する位置で、前記第１の反射光および前記第２の反射光を波長別に選択撮像する画像撮像手段と、
前記画像撮像手段と接続され、入力される前記第１の反射光波長の画像の画素受光強度と前記第２の反射光波長の画像の画素受光強度の比率に基づいて前記対象物の高さを求める画像処理手段とを有することを特徴とする高さ測定装置。
【請求項４】
前記画像撮像手段は、カラー撮像装置であることを特徴とする請求項３記載の高さ測定装置。
【請求項５】
前記画像撮像手段の受光素子は、ライン受光素子又はエリア受光素子であり、前記対象物の複数箇所に対応して前記反射光を絞る手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の高さ測定装置。
【請求項６】
前記絞る手段は、ピンホールがリング状に形成されたものであることを特徴とする請求項５記載の高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、被測定物の表面部分の高さを測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  被測定物の表面の凹凸や高さを測定するために、従来、接触式変位計が広く用いられてきたが、接触子としてダイヤモンドなどの硬い材料を使用するので測定対象物の表面にキズをつける危険があること、測定速度が非常に遅いこと、スポット測定なので広い範囲を測定するには走査しなければならないなどの欠点があった。【０００３】  レーザビームを測定対象面に斜め方向から照射し、反射してくる光を受光素子で検出し、三角測量の原理で高さを測定するレーザ変位計は、測定速度が接触式に比べて向上するが、レーザビームのスポット測定なので、広い測定対象物の表面を測定するには走査しなければならず、測定時間がかかりすぎる。【０００４】  共焦点方式は、高さ側定に向いているものの、焦点位置に光学系を合わせるので、測定時間が長くなってしまう。【０００５】  高速測定のできる方法として、ＢＧＡやＣＳＰの半田ボールやバンプの高さなどを画像撮像によって測定する方法がある。例えば波長と照射角度を変えた２式の光源とカメラを用いて三角測量の原理により測定物の表面高さを測定する方法がある。この方法は、高速測定が可能になるが、測定対象物にキズが付いていたり、マークの無いフラットな部分の測定が難しい。【０００６】  なおこの種の技術として関連するものには、例えば特許文献１に記載される技術などがある。【０００７】
【特許文献１】特開平６−１３７８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  従来の画像撮像による測定装置は、不規則なキズやマークの無いフラット表面をもつ対象物の表面高さの測定が困難である。本発明は、３次元形状をもつ対象物表面の広い範囲について高速かつ高精度に高さを測定することを課題とする。【０００９】  また本発明は、数１０ｎｍから数１００ｎｍの超微細な範囲から数ｍｍから数１０ｍｍの範囲での広い範囲での対象物の高さを測定することを課題とする。【００１０】  また本発明は、測定結果に死角が生じないような測定方式を用いることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  検出波長範囲で連続する波長をもつ光束を、その波長に応じて被測定物の異なる高さに集光し照射すると、集光光線は高さ方向にその波長が異なった光となる。この光がある高さの被測定物に当たり反射すると、その反射高さに応じた波長の反射光となる。本発明は、この反射光を受光してその波長を検出することにより、反射面の高さを求めるものである。
また、互いに波長の異なる複数の光から成る光束を、その波長に応じて被測定物の異なる高さに集光し、かつ測定高さ範囲で各々の光が集光高さを中心に光の拡がり分布をもつように照射すると、照射光線は高さ方向にその波長に応じて混合割合が異なった光となる。この波長光の混合された光がある高さの被測定物に当たり反射すると、その反射高さに応じた波長光の混合割合をもつ。本発明は、この反射光を受光してその波長光の混合割合を検出することにより、反射面の高さを求めるものである。【００１２】  本発明の実施例によれば、白色光源のように連続する波長をもつ光束を用いる場合に、その反射光は波長により反射位置が異なるので受光光学系は波長により物側距離が異なるから、波長依存性のあるレンズを使用してほぼ同一位置に結像することが出来る。その位置に反射光を検出する波長識別が出来る撮像装置を設けてもよいし、１台のカラー撮像装置を設けてもよいし、反射光を赤緑青等の波長帯域成分に分離し、波長帯域成分が集光する位置にそれぞれ配置された波長帯域成分検出センサによって検出してもよい。また互いに波長の異なる光を発射する複数の光源を用いる場合には、これら複数の光束を合成してから被測定物を照射し、各光束の反射光が結像する少なくとも１つの位置で反射光を検出することができる。【００１３】  また他の実施例によれば、画像撮像装置の受光素子として、ライン受光素子又はエリア受光素子を用い、被測定物の複数箇所の反射光を同時に検出し、高さ測定を高速化する。【００１４】  さらに他の実施例によれば、光源側の複数箇所に照射光を絞る手段を供えると共に、ライン受光素子又はエリア受光素子に対して被測定物の複数箇所に対応して反射光を絞る手段を供え、これらの受光素子を用いるときの分解能の向上と焦点深度を深くする。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、３次元形状をもつ被測定物の高さを高速かつ高精度に、また信頼性高く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  図１に示すように、光軸上のｚ１で集光する光束とｚ２で集光する光束とが同じ角度をもってそれぞれの位置で集光する場合、両者の中間位置にあるｚでの各光束の光強度は、各々ｚ１、ｚ２との距離の差が大きくなるほど減衰する関数とみなすことができ、ｚの位置により一義的に両者の混合比率が変わると考えられる。【００１７】  レンズで集光（結像）された光束は、各種の収差によって光の拡がりをもつが、円形の絞りの無収差レンズの点像の強度分布断面は、図２に示すように、１次のベッセル関数で表され、その半径は、ｒａ＝１．２２λＦ＝０．６１λ／ＮＡであることが知られている。ここでλは波長、ＦはＦ値、ＮＡは開口数である。【００１８】  例えば、λ＝０．６３５μｍ，ＮＡ＝０．５の場合、ｒａ＝０．７７４μｍとなる。分解能がε＝０．７７４μｍの場合、像の焦点深度δはδ＝ｋε／ＮＡと表され、ｋは評価定数であり、いまｋ＝１とすると、δ＝１．５４８μｍとなる。【００１９】  実際の光学系では、各種の収差と製作精度により光の強度分布は異なり、事前に測定可能であり、光学系で一義的に決まる値である。【００２０】  図３は、横軸を高さ方向にとり、第１光強度分布３１と第２光強度分布３２の例を示すものである。第１光は高さｚ１で集光するものとし、第２光は高さｚ２で集光するものとする。第１光と第２光とは、互いに特性の異なる光とする。従って被測定物（対象物）の高さによって照射される第１光と第２光との強度比が異なるので、両者の合成光を受光して各光の特性の違いにより両者を分離し、その強度比を知れば照射された被測定物の反射高さを知ることができる。図示するように、高さ測定可能範囲は、第１光と第２光の反射光をともに検出可能な範囲となる。【００２１】  光束が連続する波長をもつ光から成る場合には、被測定物の高さ方向に光の波長に応じて連続した集光位置を持たせる。高さ測定可能範囲は、検出波長範囲に依存し、検出波長範囲は光源の発光スペクトルおよび受光素子の波長による感度に依存する。
【実施例１】
【００２２】  実施例１は、波長の異なる２つのレーザ光源にそれぞれ別々の集光位置をもたせ、両方の光を合成して被測定物を照射し、その反射光を波長フィルタで２種類の波長の反射光に分離するものである。【００２３】  図４は、実施例１の高さ測定装置の構成図である。レーザ光源４１は波長λ１をもつレーザ光を発射する光源、レーザ光源４２はλ１とは異なる波長λ２をもつ光源である。絞り１０１，１０２は、光源から発射された光を絞るためのピンホールを備える。詳細は実施例７で説明する。レーザ光源４１とレーザ光源４２とは異なる結像位置をもつ。ビームスプリッタ４３は、透過率５０％、反射率５０％をもつスプリッタであり、レーザ光源４１からの光とレーザ光源４２からの光とを合成する。ビームスプリッタ４３を通過した合成光は、ハーフミラー４４を通過して被測定物９に照射される。
尚ビームスプリッター４３は波長λ１を透過し、波長λ２を反射するビームスプリッターを使用することも出来る。以上が照射光学系の構成である。【００２４】  波長λ１をもつ光は第２集光位置４６となる面に結像し、波長λ２をもつ光は第１集光位置４５となる面に結像する。これらの光の高さ方向に沿ったλ１波とλ２波との強度比率および図面に垂直なｘｙ面における両波の強度比率はあらかじめ測定される必要がある。【００２５】  被測定物９の表面では、ある混合比率をもったλ１波とλ２波の合成光が反射する。反射光は、ハーフミラー４４で反射し、ミラー４７で更に反射して対物レンズ４８によってコリメータレンズ４９の位置に結像する。反射光は、コリメータレンズ４９によって平行光線に変えられる。平行光線は、ビームスプリッタ５０により、５０％の透過光と５０％の反射光とに分けられる。透過光は、波長λ１をもつ光を通過させる波長フィルタ５１と結像レンズ５２を通過して一方の画像撮像装置の撮像素子５３に結像する。反射光は、波長λ２をもつ光を通過させる波長フィルタ５４と結像レンズ５５を通過して他方の画像撮像装置の撮像素子５６に結像する。絞り１０３，１０４は、各々撮像素子５３，５６に集光する光を絞るためのピンホールを備える。詳細は実施例７で説明する。
尚ビームスプリッター５０は波長λ１を透過し、波長λ２を反射するビームスプリッターを使用することも出来る。その場合波長フィルタ５１と波長フィルタ５４とは不要になる。【００２６】  画像処理装置２０は、これらの画像撮像装置と接続するインタフェース・ボードを備えたコンピュータである。画像処理装置２０は、撮像素子５３および撮像素子５６が検出した画像データを入力してバッファメモリに一時記憶し、各画素について波長λ１反射光の画像強度と波長λ２反射光の画像強度との比率を求める。画像処理装置２０は、メモリに格納された強度比率と高さとの対応を示すテーブルを参照して算出された強度比率から被測定物９の高さを求め、表示装置上に表示する。【００２７】  実施例１によれば、被測定物９の表面高さが高さ測定可能範囲に入っていれば、その表面からの反射光を検出して被測定物９の表面高さを知ることができ、その際に画像撮像装置又は被測定物９を高さ方向に移動して被測定物９の表面に焦点を合わせる必要がないため、高速の高さ測定が可能となる。この効果は、全ての実施例に共通の効果である。【００２８】  ２種の偏光波を用いる実施例５の場合には、被測定物９に対して斜めに照射された入射光がその偏光角を変えることがあるが、実施例１の方式ではその心配がなく、被測定物９のフラットな頂点の高さだけでなく、斜めのプロファイルも測定可能である。【００２９】  なお実施例１の受光光学系および撮像素子５３，５６の代わりに、適当なレンズ系を介して波長λ１反射光と波長λ２反射光とがほぼ同じ位置に結像するように構成されカラーＣＣＤを備えた１台の画像撮像装置を設け、波長λ１反射光の画像強度と波長λ２反射光の画像強度との比率、あるいは赤緑青の各色の画像強度比率から被測定物９の高さを求めてもよい。
この場合の結像用レンズとして、第１集光位置４５が短い方の波長、第２集光位置４６が長い方の波長の場合には、カラーＣＣＤ上に両波長の反射光が結像する様に、いわゆる色消し補正過剰なレンズを使用する。
【実施例２】
【００３０】  実施例１のレーザ光源４１，４２の代わりに、検出波長範囲で連続した波長帯をもつ光を発射する光源、例えばメタルハライド光源、ハロゲンランプなどの白色光源を用いる実施例２について説明する。【００３１】  図５は、実施例２の高さ測定装置の構成図である。白色光源６１は、連続する波長帯をもつ光を発射する光源である。絞り１０５については、実施例７で説明する。集光レンズ６２は、絞り１０５を介して発射された光束を被測定物９に関して集光するためのレンズで、短い波長光と長い波長光とで焦点距離が異なる色収差をもつレンズである。【００３２】  薄肉単一レンズの焦点距離は近軸領域で１／ｆ＝（ｎ−１）（１／ｒ１−１／ｒ２）で表わされる。ここでｆは焦点距離、ｎは屈折率、ｒ１、ｒ２はレンズ両面の曲率半径である。形状が決まったレンズではｆは（ｎ−１）に反比例して変る。通常のガラス材料ではｎの屈折率は波長が小さいほど大きくなり、波長が大きくなるほど小さくなる。従って波長によって焦点距離が変る。
通常のレンズは球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲や歪曲の収差があり、これらは補正される。これらの補正をしても色収差を補正していない色収差を持つレンズでは上記に示すように焦点位置は波長により変化する。
被測定物９に照射される光束のうち、集光レンズ６２が色収差を持ち、短い波長では長い波長よりも屈折率が大きくなって焦点位置が短くなるので、ある短い波長をもつ光は、短波長集光位置６４となる面に集光し、ある長い波長をもつ光は長波長集光位置６５となる面に集光するというように、波長に応じて連続した集光位置をもつように照射される。これら光の高さ方向に沿った波長分布は波長検出機能を持つ受光素子であらかじめ測定される必要がある。本例では波長検出用受光素子としてカラーＣＣＤ７０を用いている。【００３３】  被測定物９の表面では、その高さに応じた波長光の光束が反射する。このとき、その高さに焦点が合った波長λの光が強く反射する。反射光は、ハーフミラー６３とミラー６６で反射し、対物レンズ６７を通過し、結像レンズ６８で集光され、絞り１０６を介してカラーＣＣＤ７０に結像する。結像レンズ６８は短い方の波長で長い焦点距離となり、長い方の波長で短い焦点距離となるいわゆる色消し補正過剰なレンズであり、被測定物９の短い方の波長光の集光位置６４からの反射光、長い方の波長光の集光位置６５からの反射光及びその他の波長成分の反射光は、光の成分波長によらずカラーＣＣＤ７０のほぼ同じ位置で結像する。
色収差補正は屈折率の異なる２種類の材料を使用し、凸レンズでは屈折率の異なる凹レンズを組み合わせて設計・製作される。材料とレンズ形状との組み合わせにより色消し補正過剰なレンズを製作することが出来、この場合短波長側で焦点距離が長くなり、長波長側で焦点距離が短くすることが出来る。
なお本例では照射光束の短い方の波長をもつ光は短い波長集光位置６４に、長い方の波長の光は長い波長集光位置６５に集光させているが、前記の色消し補正過剰なレンズを集光レンズ６２に用いて、長い方の波長の光を短い方の波長光集光位置に集光し、短い方の波長光を長い方の波長集光位置に集光させることも出来る。この場合結像レンズ６８は短い方の波長で短い焦点距離、長い方の波長で長い焦点距離となる色収差を持つレンズを使用し、反射光の成分波長によらずカラーＣＣＤ７０のほぼ同じ位置に結像する。
また本例では対物レンズ６７は色収差補正のレンズを用いているが、これを色消し過剰な対物レンズとし、結像レンズ６８は色収差補正レンズに替えることも出来る。【００３４】  画像処理装置２０は、カラーＣＣＤ７０が検出した赤緑青成分をもつ画像データを入力してバッファメモリに一時記憶し、各画素について反射光の全体強度に対する赤緑青（ＲＧＢ）の各色の画像強度の比率から反射光の波長を求め、被測定物９の表面高さを求める。
カラーＣＣＤ７０が検出する赤、緑、青の各色別強度をＲ，Ｇ，Ｂとし、
Ｉ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ、ｒ＝Ｒ／Ｉ、ｇ＝Ｇ／Ｉ、ｂ＝Ｂ／Ｉとし、更に
Ａ×Ａ＝（６×（（ｒ−１／３）×（ｒ−１／３）＋（ｇ−１／３）×（ｇ−１／３）
＋（ｂ−１／３）×（ｂ−１／３））とし、
ｃｏｓ  Ｔ１＝（２×ｒ−ｇ−ｂ）／Ａとした時、
ｇ＞＝ｂの時Ｔ＝Ｔ１、ｇ＜ｂの時Ｔ＝２×π−Ｔ１とするＴを色相といい、光の波長と対応することが知られている。
画像処理装置２０は、メモリに格納された各色のＲ，Ｇ，Ｂ強度とその強度比率Ｔと高さとの対応を示すテーブルを参照して算出された強度比率から被測定物９の色相を知り高さを求める。この色相は装置ごとにデータを検証しておく。【００３５】  実施例２は、反射光を各ＲＧＢ成分にカメラ内部で分離している。ＲＧＢ分解能のよいカラー撮像装置を用いることにより、白色光利用の測定装置としては構造が簡単になる。
【実施例３】
【００３６】  実施例３は、実施例２における被測定物９で反射した反射光を２種類の波長成分に分離し、対応するセンサで検出する実施例である。【００３７】  図６は、実施例３の高さ測定装置の構成図である。照射光学系は、実施例２と同じである。【００３８】  色温度変換光フィルタ等はある波長領域で波長に対して単調に透過率が増加する（タイプＡと呼ぶ）ものや、逆に単調に透過率が減少する（タイプＢと呼ぶ）ものがある。これらのフィルタを通過した光はタイプＡ透過光の強度ａ、タイプＢ透過光の強度ｂとすると強度比ａ／（ａ＋ｂ）又はｂ／（ａ＋ｂ）又は（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）は波長毎に一義的に決まるから、これらタイプＡとタイプＢのフィルタを別々に備えた２台のカメラで撮像された画像の画素別のこれら強度比を計算すれば検出された波長が決まり、対象物から反射された波長がわかり、高さを知ることが出来る。実施例３はこれらのフィルターを用いた例である。
被測定物９からの反射光は、ハーフミラー６３で反射し、ミラー６６で反射し、対物レンズ７１で集光しハーフミラー７６表面近辺で結像する。ハーフミラー７６で反射した１／２の反射光はタイプＡのフィルタ（１）７７と実施例２で述べた結像レンズ７８を通過し、絞り（１）１０８を介して検出センサ（１）７９に結像する。ハーフミラー７６を通過した１／２の光は、タイプＢのフィルタ（２）８０と実施例２で述べた結像レンズ（２）８１を通過し、絞り（２）１０９を介して検出センサ（２）８２に結像する。これらで検出された画像の対応する画素の検出光強度からその比率を求めれば、検出波長を知ることが出来、高さを検出することが出来る。但し、あらかじめ検出比率と高さデータを取得しておく。
なお本例ではハーフミラー７６は検査波長範囲で５０％の透過率と５０％の反射率を持つハーフミラーを用いているが、特定波長域を透過し、特定波長域を反射するビームスプリッターを使用することが出来、その場合フィルタ（１）７７、フィルタ（２）８０は不要となる。【００３９】  画像処理装置２０の構成および動作は、実施例２と同様である。
【実施例４】
【００４０】  ３種類のカラーフィルターを別々に使用した３台のＣＣＤカメラを用いた例を図１１にて説明する。ハーフミラー７２、７６を用い、カラーＢフィルター７３，カラーＧフィルター７７，カラーＲフィルタ８０を用い、結像レンズ７４、７８、８１を用い、絞り１０７，１０８、１０９を用い、Ｂ検出センサ７５、Ｇ検出センサ７９、Ｒ検出センサ８２を用いている。動作は実施例２及び実施例３とほぼ同じである。
【実施例５】
【００４１】  偏光角の異なる２種類の光を用い、ラインＣＣＤを受光素子として用いる実施例５について説明する。【００４２】  図７は、実施例５の高さ測定装置の構成図である。レーザ光源１は、レーザラインジェネレータモジュールであり、ほぼ均一なライン状の光を発射することができる。この光は直線偏光しているので、絞り１１０を介し、１／４波長板２を介して円偏光に変え、これを偏光ビームスプリッタ３によりｐ偏光波とｓ偏光波に分離し、ｐ偏光波はミラー４によって９０度進路を変える。偏光ビームスプリッタ３でその進路を変えられたｓ偏光波は、ミラー５でさらに反射し、レンズ６を通り、その結像位置が変更される。このようにしてｐ偏光波とｓ偏光波とは、被測定物９に関して異なる集光位置をもつように生成される。偏光ビームスプリッタ７によってミラー４から反射したｐ偏光波とレンズ６を通過したｓ偏光波とが合成され、ハーフミラー８を通過して被測定物９に照射される。以上が照射光学系の構成である。【００４３】  ｐ偏光波は第２集光位置１１となる面に結像し、ｓ偏光波は第１集光位置１０となる面に結像する。これらの光の高さ方向に沿ったｐ偏光波とｓ偏光波との混合割合、すなわち強度比率はあらかじめ測定しておく必要がある。また図面に垂直なｘｙ平面における両波の強度比率もあらかじめ測定しておく必要がある。【００４４】  被測定物９の表面では、ある混合比率をもったｐ偏光波とｓ偏光波の合成光が反射する。反射光は、ハーフミラー８で反射し、ミラー１２でさらに反射して対物レンズ１３によってコリメータレンズ１４の位置で結像する。反射光は、コリメータレンズ１４によって平行光線に変えられる。平行光線は、偏光ビームスプリッタ１５により、ｐ偏光反射光とｓ偏光反射光とに分離され、ｐ偏光反射光は結像レンズ１６を通過し、ｓ偏光反射光は結像レンズ１８を通過する。以上が受光光学系の構成である。【００４５】  結像レンズ１６と絞り１１１を通過したｐ偏光反射光は一方の画像撮像装置のラインＣＣＤ１７に結像し、結像レンズ１８と絞り１１２を通過したｓ偏光反射光は他方の画像撮像装置のラインＣＣＤ１９に結像する。【００４６】  画像処理装置２０の構成および動作は、ｐ偏光反射光とｓ偏光反射光の強度比から高さを求めるが、その他は実施例１と同様である。
【実施例６】
【００４７】  実施例１〜５の受光素子あるいは検出センサとして、ラインＣＣＤ、フォトダイオードや撮像管などのスポット受光素子、あるいはラインＣＭＯＳ素子、エリアＣＣＤ、エリアＣＭＯＳなどの受光素子を用いてもよい。【００４８】  ライン状光束又はエリア状光束によって被測定物９を照射し、その反射光をそれぞれライン受光素子又はエリア受光素子で受光すると、被測定物９の複数箇所の反射光を同時に検出することができ、スポット状光束で被測定物９をスキャンしながらスポットごとに反射光を検出する方式に比べてより高速の高さ測定が可能である。
【実施例７】
【００４９】  図８（ａ）は、ライン状光束およびライン受光素子に適用される絞り１０１〜１１２の形状を示す図である。これらの絞りは、被測定物９の複数箇所に対応して複数のピンホールが設けられており、ピンホール外に拡がった光を遮る。これらのピンホールは、光源光を小さなスポットに絞り、分解能を向上させ、焦点深度を大きくする効果をもつ。またライン受光素子については、ライン方向に光の拡がりが大きくなって分解能が低下するのを防ぐ働きをする。【００５０】  図８（ｂ）は、エリア状光束およびエリア受光素子に適用される絞りの形状を示す図である。ピンホールの配置およびその効果は、ライン状光束の場合と同様である。【００５１】  図８（ｃ）は、ライン状光束およびライン受光素子に適用され、ピンホールが円環状（リング状）の形状をなす絞りを示す図である。この形状の絞りは、分解能の向上に貢献し、焦点深度も深くなる。エリア状光束およびエリア受光素子についても同様のものを適用できる。【００５２】  図９は、光源側の絞り、被測定物９、受光素子側の絞りおよび受光素子の対応関係を説明する断面図である。光源側の絞りのピンホールは、被測定物９の測定箇所のピッチに合わせ、光束が各測定箇所に集光するように配置される。受光素子側の絞りの各ピンホールは、被測定物９の測定箇所のピッチに合わせるとともに受光素子の１つの画素に対応するように配置される。従ってライン受光素子又はエリア受光素子を構成する複数の画素のうち、画像データを検出するために有効な画素は、ピンホールに対応する飛び飛びの画素となる。
【実施例８】
【００５３】  実施例１〜６では、被測定物９への照射光の光軸と反射光の光軸とが同軸に配置する例を示したが、測定高さ又は距離が大きい場合には、図１０に示すようにほぼ平行に配置することができる。１２１は照射光学系、１２２は受光光学系を示す。図示するように、反射光は平行光線である必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】光の集光高さと拡がりについて説明する図である。
【図２】光の点像の強度分布の例を示す図である。
【図３】集光位置の異なる２種類の光の強度分布の例を示す図である。
【図４】実施例１の高さ測定装置の構成図である。
【図５】実施例２の高さ測定装置の構成図である。
【図６】実施例３の高さ測定装置の構成図である。
【図７】実施例５の高さ測定装置の構成図である。
【図８】絞りの形状例を示す図である。
【図９】絞り、被測定物および受光素子の対応関係を説明する図である。
【図１０】照射光の光軸と反射光の光軸を平行に配置する例を示す図である。
【図１１】実施例４の高さ測定装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５５】  ２０：画像処理装置、４１：レーザ光源、４２：レーザ光源、４３：ビームスプリッタ、４５：第１集光位置、４６：第２集光位置、５０：ビームスプリッタ、５１：波長フィルタ、５３：撮像素子、５４：波長フィルタ、５６：撮像素子、６１：白色光源、６２：集光レンズ、６４：短波長集光位置、６５：長波長集光位置、１０１〜１１２：絞り
【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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