(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面形状と高さを測定する物体を載置する取り付け台を、物体の表面方向、及び高さ方向に移動させる移動機構と、
測定用レーザ光源と、
該測定用レーザ光源からの光束を平行光束とするコリメータレンズと、
該コリメータレンズで平行光束にされて第１ビームスプリッタを通過した測定用レーザ光を、回転２面鏡で構成され、前記移動機構による物体の表面方向への移動方向と直角な方向の走査を行うレーザスキャン部内の回転ミラーに向けて反射するミラーと、
前記レーザスキャン部内に設けられ、回転ミラーにより反射された走査レーザ光を、前記取り付け台上に設置される物体の表面に結像させる対物レンズと、
前記物体の表面で反射し、前記レーザスキャン部から送られる反射光を一部反射する第２ビームスプリッタと、
該第２ビームスプリッタを介して送られた反射光をピンホール板のピンホール上に結像させ、受光部により画像データとして出力させる結像レンズとからなる走査投影光学系と、
結像レンズ、シリンドリカルレンズ、４分割フォトダイオードからなる第２の受光部とで構成され、前記第２ビームスプリッタを通過して走査投影光学系から分岐した反射光を前記第２の受光部で検出する形状測定光学系と、
前記走査投影光学系の受光部が受光した物体表面の反射光を画像データとして記憶し、制御演算部内に設けられた表示用画像メモリと、
前記形状測定光学系の第２受光部が受光した反射光をレーザスキャン部内の対物レンズの焦点位置と物体表面間の距離として算出し、それを物体表面形状高さ（Ｚ）方向変位量として検出する変位量演算部と、
この変位量演算部が検出した変位量を測定値データとして順次前記制御演算部内に設けられた表示用画像メモリと同じ記憶番地体系で記憶していく測定値メモリと、
前記表示用画像メモリ、測定値メモリに記憶された内容を表示する表示部と、
原点検出用レーザ光源と、
該原点検出用レーザ光源からの光束を平行光束とするコリメータレンズと、
該コリメータレンズからの平行光束を前記測定用レーザ光と同一光路に送り出すよう設けられた第３ビームスプリッタと、
前記原点検出用レーザ光源から出て前記第３ビームスプリッタを介し、前記第１ビームスプリッタで反射されて前記回転ミラーで反射された原点検出用レーザ光を、固定ミラーから受けて原点信号を生成する原点検出用受光部と、
前記取り付け台の移動機構を制御して回転ミラーから送られる測定用レーザ光で物体の全表面が走査されるようにすると共に、前記原点検出用受光部からの信号で前記測定用レーザ光による走査の機械原点を検出し、受光部から出力される画像データを表示用画像メモリに記憶させる制御、前記変位量演算部に、受光部からの出力を用いて前記物体の表面の光軸方向高さを算出させて測定値メモリに記憶させると共に、前記表示用画像メモリと測定値メモリの内容を表示部に表示させる制御、前記表示部に表示された物体画像上に物体表面形状測定開始点と終了点が設定されたとき、その物体表面測定部位に相当する測定値データを前記測定値メモリから読み出し、前記表示部に表示する制御、とを行う制御部と、を有する事を特徴とする物体の表面形状を観察測定する装置。
【請求項２】
表面形状と高さを測定する物体を載置する取り付け台を、物体の表面方向、及び高さ方向に移動させる移動機構と、
測定用レーザ光源と、
該測定用レーザ光源からの光束を平行光束とするコリメータレンズと、
該コリメータレンズで平行光束にされて第１ビームスプリッタを通過した測定用レーザ光を、回転２面鏡で構成され、前記移動機構による物体の表面方向への移動方向と直角な方向の走査を行うレーザスキャン部内の回転ミラーに向けて反射するミラーと、
前記レーザスキャン部内に設けられ、回転ミラーにより反射された走査レーザ光を、前記取り付け台上に設置される物体の表面に結像させる対物レンズと、
前記物体の表面で反射し、前記レーザスキャン部から送られる反射光を一部反射する第２ビームスプリッタと、
該第２ビームスプリッタを介して送られた反射光をピンホール板のピンホール上に結像させ、受光部により画像データとして出力させる結像レンズとからなる走査投影光学系と、
結像レンズ、シリンドリカルレンズ、４分割フォトダイオードからなる第２の受光部とで構成され、前記第２ビームスプリッタを通過して走査投影光学系から分岐した反射光を前記第２の受光部で検出する形状測定光学系と、
前記走査投影光学系の受光部が受光した物体表面の反射光を画像データとして記憶し、制御演算部内に設けられた表示用画像メモリと、
前記形状測定光学系の第２受光部が受光した反射光をレーザスキャン部内の対物レンズの焦点位置と物体表面間の距離として算出し、それを物体表面形状高さ（Ｚ）方向変位量として検出する変位量演算部と、
この変位量演算部が検出した変位量を測定値データとして順次前記制御演算部内に設けられた表示用画像メモリと同じ記憶番地体系で記憶していく測定値メモリと、
前記表示用画像メモリ、測定値メモリに記憶された内容を表示する表示部と、
原点検出用レーザ光源と、
該原点検出用レーザ光源からの光束を平行光束とするコリメータレンズと、
該コリメータレンズからの平行光束を前記測定用レーザ光と同一光路に送り出すよう設けられた第３ビームスプリッタと、
前記原点検出用レーザ光源から出て前記第３ビームスプリッタを介し、前記第１ビームスプリッタで反射されて前記回転ミラーで反射された原点検出用レーザ光を、固定ミラーから受けて原点信号を生成する原点検出用受光部と、
前記取り付け台の移動機構を制御して回転ミラーから送られる測定用レーザ光で物体の全表面が走査されるようにすると共に、前記原点検出用受光部からの信号で前記測定用レーザ光による走査の機械原点を検出し、受光部から出力される画像データを表示用画像メモリに記憶させる制御、前記変位量演算部に、受光部からの出力を用いて前記物体の表面の光軸方向高さを算出させて測定値メモリに記憶させると共に、前記表示用画像メモリと測定値メモリの内容を表示部に表示させる制御、前記表示部に表示された物体画像上に物体表面形状高さ方向変位量再測定を必要とする測定部位が測定開始点と終了点として設定されたとき、前記レーザスキャン部による走査位置が前記再測定開始点となるよう前記移動機構に指令する制御、前記設定された測定部位をレーザスキャン部で再走査するよう指令する制御、この再走査による反射光を走査投影光学系の受光部から受けて分割画像データとして分割画像メモリに記憶させると共に、前記変位量演算部が検出した変位量を、前記分割画像メモリの記憶番地に基づいて分割測定値メモリに記憶する制御、この分割測定値メモリに記憶した変位量測定値を表示用測定値データとして表示用測定値メモリに記憶する制御、この表示用測定値メモリに記憶した測定値を前記表示部に表示させる制御、を行う制御部と、を有する事を特徴とする物体の表面形状を観察測定する装置。 
【請求項３】
物体表面形状高さ（Ｚ）方向変位量が形状測定光学系の検出可能範囲を超えるとき、レーザスキャン部内の対物レンズ位置と物体表面間の距離を物体表面形状高さ（Ｚ）方向に移動して、その移動量に前記形状測定光学系が検出する物体表面形状高さ方向変位量を加算して記憶するようにした表示用測定値メモリとしたことを特徴とする前記請求項２記載の物体の表面形状を観察測定する装置。
【請求項４】
前記第３ビームスプリッタに向かう走査投影光学系用光源からの光束か、原点用光学系光源からの光束かどちらか一方の光路中に１／２波長板を設置し、この波長板と第３ビームスプリッタを通過する一方の光源からの光束光量と、波長板を通過せず第３ビームスプリッタで反射する他方の光源からの光束光量がほぼ同じになるようにした共通光学系としたことを特徴とする前記請求項１または２に記載の物体の表面形状を観察測定する装置。
【請求項５】
前記走査投影光学系のレーザ光源からの光束と、原点用光学系のレーザ光源からの光束を受けて、楕円成分を補正した円形状光束としてレーザスキャン部に向かわせるシリンドリカルレンズを設置した共通光学系としたことを特徴とする前記請求項１または２に記載の物体の表面形状を観察測定する装置。
【請求項６】
前記物体は透明材質であり、該透明材質の物体表面をレーザスキャン部を介してレーザ光源により走査し、その反射光を前記レーザスキャン部からピンホールに向かわせ、それを受光部に投影する走査投影光学系を収容した光学系ユニットと、前記光学系ユニットと対向する位置に前記物体を介在して設置され、内部に前記光学系ユニットが走査した透明物体の透過光を受光する光学系を収容した受光ユニットと、前記透明物体と受光ユニット間に設置した１／２波長板と、この１／２波長板を介して前記受光ユニットが受光した透過光束を前記制御演算部から画像データとして受け取り、前記光学系ユニットからの画像データとともに表示する表示部とで構成され、透明物体の表面形状と透明物体中の偏向異常部を表示して物体の表面形状を観察測定することを特徴とする前記請求項１または２に記載の物体の表面形状を観察測定する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体の表面形状を観察測定する装置に関するもので、走査投影光学系で物体表面の広範囲部を高速に走査し、その画像を表示部に送り出して画面上でその画像を観察できるようにしたもので、それも表示された画像中に測定部位を設定し、その設定された測定部位に相当する物体表面形状の高さ（Ｚ）方向変位量を測定して、その測定結果を前記表示部に送り出して画像と一緒に表示できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡のように光学系を用いて物体表面形状を観察測定する機器は各種の分野で使用されている。このような機器で問題となることの１つに観察測定する物体上の範囲が顕微鏡の様な光学機器の視野によって限定されてしまうということが上げられる。そのため１つの視野に隣接している周辺部の広範囲に渡る物体表面を観察し測定しようとすると顕微鏡か物体を１視野毎に移動して、得られた画像を接合するなどの方策が必要となる。例えば顕微鏡にデジタルカメラを連結して１視野毎の物体表面像を画像として取り込み、その画像同志を出来るだけ接近させて１つの画像のようにしてパソコンなどに表示すれば、その表示像を広範囲像と見なして観察することが出来る。しかし顕微鏡の１視野として取り込める範囲は倍率にもよるが物体上のせいぜい０．５×０．５ｍｍ程度であるから、例えば１０×１０ｍｍ程度の範囲を取り込もうとすると、１視野毎の画像接合部の接合精度が要求される。この接合精度が不満足な場合やバラツキなどが発生すれば、全体画像として扱うとき画像に乱れが生じ、装置全体の精度向上について配慮しなければならない。更に顕微鏡や物体を１視野毎に移動するとき移動に伴って発生する振動などについても考慮しなければならない。
また観察測定する物体表面形状の高さ方向（Ｚ方向）変位量を顕微鏡のような機器で測定しようとすると、例えばオートフォーカス機能のような測定手段を設置することで、その組み込まれた光学系による視野内での測定を実施することが出来る。しかし光学系の焦点深度を超えるような測定となるときは測定手段を設置しただけでは対処することが出来ない。そのため焦点深度を浅くした共焦点光学系を採用して精度を維持するようにしていた。更に前述した接合部の問題をクリアしたとしても、１視野毎に生じる接合部では高さ方向の測定を実施することが出来ないから広範囲の形状測定を行うことが出来ない。
一方、物体表面の広範囲部を画像として取り込み、それを表示部に表示するものとしてスキャナが知られている。これは物体表面を例えばレーザビームで走査し、その反射光を画像データとして取り込むようにしているが、それによって高速走査が可能となり画像データを高速に得ることが出来る。しかし一般的にスキャナは物体の表面を走査するだけで、表面形状の高さ方向変位量を測定することは出来ない。形状を測定出来きるような手段を付加したとしても、任意に設定される測定部位の測定結果を表示するための手段が必要となる。それもこの表示手段を物体表面の高速走査に追従したものとして観察できるようにするためには相当の困難がある。
オートフォーカスを実施するための手段としては、物体面からの戻り光をフォトダイオードに導いて焦点ズレの方向とずれ量を求めるようにしたものが知られている（特許文献１）。しかしこの文献１には次測定点が対物レンズの焦点深度を超えてしまうような場合については開示されていない。また物体が透明体のような時でもオートフォーカスを実施出来るようにしたものも知られている（特許文献２）。しかしこの特許文献２によるものにも次測定点がオートフォーカス可能範囲を超えてしまうような場合については開示されていない。
また物体表面が樹脂などでコーティングされているような場合、スキャナなどでその表面を走査したとしても走査する光源が持つ波長が樹脂層によって反射されてしまい、樹脂層内部の物体面を走査できないという問題も指摘されている。さらに物体が透明材質の時、その物体内部に形成された泡や押圧などによって生じた歪み跡のような異常部は、スキャナのようなこれまでの光学機器では対処することが出来ない。
【特許文献１】特開２００１−３１１８６６号公報
【特許文献２】特開２００２−２５８１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の主たる課題は上記問題を解決し、物体表面を高速に走査してその反射光による画像データを表示部に送りだし、物体の広範囲部を画面上に投影して観察できるような装置を求めることである。そして表示部への画像表示と併行して同じ反射光（画像データ）を用いて物体表面形状高さ方向（Ｚ）変位量を測定できるようにする事である。そして前記表示部の表示画像中に物体表面形状の高さ方向変位量を必要とする測定部位が設定されたとき、その設定された測定部位に相当する表面形状測定値を別途記憶したメモリから読み出して前記表示部に表示出来るようにすることである。しかもこの測定部位の測定値表示は、物体表面の画像表示に追従して表示できるようにすることである。そしてさらに測定部位の高さ方向変位量がオートフォーカス可能範囲を超えるような場合があっても、安定して正確な形状測定ができるようにすることである。
そして観察測定する物体の表面が樹脂などによってコーティングされているような場合でも、支障無く樹脂層内側の物体表面を走査し、その形状を測定できるようにすることである。また物体が透明材質の場合、その内部に形成された歪み跡や泡などの異常部を検出して表示できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため本発明は、
表面形状と高さを測定する物体を載置する取り付け台を、物体の表面方向、及び高さ方向に移動させる移動機構と、測定用レーザ光源と、該測定用レーザ光源からの光束を平行光束とするコリメータレンズと、該コリメータレンズで平行光束にされて第１ビームスプリッタを通過した測定用レーザ光を、回転２面鏡で構成され、前記移動機構による物体の表面方向への移動方向と直角な方向の走査を行うレーザスキャン部内の回転ミラーに向けて反射するミラーと、前記レーザスキャン部内に設けられ、回転ミラーにより反射された走査レーザ光を、前記取り付け台上に設置される物体の表面に結像させる対物レンズと、前記物体の表面で反射し、前記レーザスキャン部から送られる反射光を一部反射する第２ビームスプリッタと、該第２ビームスプリッタを介して送られた反射光をピンホール板のピンホール上に結像させ、受光部により画像データとして出力させる結像レンズとからなる走査投影光学系と、結像レンズ、シリンドリカルレンズ、４分割フォトダイオードからなる第２の受光部とで構成され、前記第２ビームスプリッタを通過して走査投影光学系から分岐した反射光を前記第２の受光部で検出する形状測定光学系と、前記走査投影光学系の受光部が受光した物体表面の反射光を画像データとして記憶し、制御演算部内に設けられた表示用画像メモリと、前記形状測定光学系の第２受光部が受光した反射光をレーザスキャン部内の対物レンズの焦点位置と物体表面間の距離として算出し、それを物体表面形状高さ（Ｚ）方向変位量として検出する変位量演算部と、この変位量演算部が検出した変位量を測定値データとして順次前記制御演算部内に設けられた表示用画像メモリと同じ記憶番地体系で記憶していく測定値メモリと、前記表示用画像メモリ、測定値メモリに記憶された内容を表示する表示部と、原点検出用レーザ光源と、該原点検出用レーザ光源からの光束を平行光束とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光束を前記測定用レーザ光と同一光路に送り出すよう設けられた第３ビームスプリッタと、前記原点検出用レーザ光源から出て前記第３ビームスプリッタを介し、前記第１ビームスプリッタで反射されて前記回転ミラーで反射された原点検出用レーザ光を、固定ミラーから受けて原点信号を生成する原点検出用受光部と、前記取り付け台の移動機構を制御して回転ミラーから送られる測定用レーザ光で物体の全表面が走査されるようにすると共に、前記原点検出用受光部からの信号で前記測定用レーザ光による走査の機械原点を検出し、受光部から出力される画像データを表示用画像メモリに記憶させる制御、前記変位量演算部に、受光部からの出力を用いて前記物体の表面の光軸方向高さを算出させて測定値メモリに記憶させると共に、前記表示用画像メモリと測定値メモリの内容を表示部に表示させる制御、前記表示部に表示された物体画像上に物体表面形状測定開始点と終了点が設定されたとき、その物体表面測定部位に相当する測定値データを前記測定値メモリから読み出し、前記表示部に表示する制御、とを行う制御部と、を有する事を特徴とする。
請求項２の発明によるものは、
表面形状と高さを測定する物体を載置する取り付け台を、物体の表面方向、及び高さ方向に移動させる移動機構と、測定用レーザ光源と、該測定用レーザ光源からの光束を平行光束とするコリメータレンズと、該コリメータレンズで平行光束にされて第１ビームスプリッタを通過した測定用レーザ光を、回転２面鏡で構成され、前記移動機構による物体の表面方向への移動方向と直角な方向の走査を行うレーザスキャン部内の回転ミラーに向けて反射するミラーと、前記レーザスキャン部内に設けられ、回転ミラーにより反射された走査レーザ光を、前記取り付け台上に設置される物体の表面に結像させる対物レンズと、前記物体の表面で反射し、前記レーザスキャン部から送られる反射光を一部反射する第２ビームスプリッタと、該第２ビームスプリッタを介して送られた反射光をピンホール板のピンホール上に結像させ、受光部により画像データとして出力させる結像レンズとからなる走査投影光学系と、結像レンズ、シリンドリカルレンズ、４分割フォトダイオードからなる第２の受光部とで構成され、前記第２ビームスプリッタを通過して走査投影光学系から分岐した反射光を前記第２の受光部で検出する形状測定光学系と、前記走査投影光学系の受光部が受光した物体表面の反射光を画像データとして記憶し、制御演算部内に設けられた表示用画像メモリと、前記形状測定光学系の第２受光部が受光した反射光をレーザスキャン部内の対物レンズの焦点位置と物体表面間の距離として算出し、それを物体表面形状高さ（Ｚ）方向変位量として検出する変位量演算部と、この変位量演算部が検出した変位量を測定値データとして順次前記制御演算部内に設けられた表示用画像メモリと同じ記憶番地体系で記憶していく測定値メモリと、前記表示用画像メモリ、測定値メモリに記憶された内容を表示する表示部と、原点検出用レーザ光源と、該原点検出用レーザ光源からの光束を平行光束とするコリメータレンズと、該コリメータレンズからの平行光束を前記測定用レーザ光と同一光路に送り出すよう設けられた第３ビームスプリッタと、前記原点検出用レーザ光源から出て前記第３ビームスプリッタを介し、前記第１ビームスプリッタで反射されて前記回転ミラーで反射された原点検出用レーザ光を、固定ミラーから受けて原点信号を生成する原点検出用受光部と、前記取り付け台の移動機構を制御して回転ミラーから送られる測定用レーザ光で物体の全表面が走査されるようにすると共に、前記原点検出用受光部からの信号で前記測定用レーザ光による走査の機械原点を検出し、受光部から出力される画像データを表示用画像メモリに記憶させる制御、前記変位量演算部に、受光部からの出力を用いて前記物体の表面の光軸方向高さを算出させて測定値メモリに記憶させると共に、前記表示用画像メモリと測定値メモリの内容を表示部に表示させる制御、前記表示部に表示された物体画像上に物体表面形状高さ方向変位量再測定を必要とする測定部位が測定開始点と終了点として設定されたとき、前記レーザスキャン部による走査位置が前記再測定開始点となるよう前記移動機構に指令する制御、前記設定された測定部位をレーザスキャン部で再走査するよう指令する制御、この再走査による反射光を走査投影光学系の受光部から受けて分割画像データとして分割画像メモリに記憶させると共に、前記変位量演算部が検出した変位量を、前記分割画像メモリの記憶番地に基づいて分割測定値メモリに記憶する制御、この分割測定値メモリに記憶した変位量測定値を表示用測定値データとして表示用測定値メモリに記憶する制御、この表示用測定値メモリに記憶した測定値を前記表示部に表示させる制御、を行う制御部と、を有する事を特徴とする。
請求項３の発明によるものは、前記請求項２記載の物体の表面形状を観察測定する装置において、
物体表面形状高さ（Ｚ）方向変位量が形状測定光学系の検出可能範囲を超えるとき、レーザスキャン部内の対物レンズ位置と物体表面間の距離を物体表面形状高さ（Ｚ）方向に移動して、その移動量に前記形状測定光学系が検出する物体表面形状高さ方向変位量を加算して記憶するようにした表示用測定値メモリとしたことを特徴とする。
請求項４の発明によるものは前記請求項１、２記載の物体の表面形状を観察測定する装置において、
前記第３ビームスプリッタに向かう走査投影光学系用光源からの光束か、原点用光学系光源からの光束かどちらか一方の光路中に１／２波長板を設置し、この波長板と第３ビームスプリッタを通過する一方の光源からの光束光量と、波長板を通過せず第３ビームスプリッタで反射する他方の光源からの光束光量がほぼ同じになるようにした共通光学系としたことを特徴とする。
請求項５の発明によるものは、前記請求項１、２記載の物体の表面形状を観察測定する装置において、
前記走査投影光学系のレーザ光源からの光束と、原点用光学系のレーザ光源からの光束を受けて、楕円成分を補正した円形状光束としてレーザスキャン部に向かわせるシリンドリカルレンズを設置した共通光学系としたことを特徴とする。
請求項６の発明によるものは前記請求項１、２記載の物体の表面形状を観察測定する装置において、
前記物体は透明材質であり、該透明材質の物体表面をレーザスキャン部を介してレーザ光源により走査し、その反射光を前記レーザスキャン部からピンホールに向かわせ、それを受光部に投影する走査投影光学系を収容した光学系ユニットと、前記光学系ユニットと対向する位置に前記物体を介在して設置され、内部に前記光学系ユニットが走査した透明物体の透過光を受光する光学系を収容した受光ユニットと、前記透明物体と受光ユニット間に設置した１／２波長板と、この１／２波長板を介して前記受光ユニットが受光した透過光束を前記制御演算部から画像データとして受け取り、前記光学系ユニットからの画像データとともに表示する表示部とで構成され、透明物体の表面形状と透明物体中の偏向異常部を表示して物体の表面形状を観察測定することを特徴とする前記請求項１または２に記載の物体の表面形状を観察測定する装置。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は物体表面の広範囲部を走査投影光学系で高速に走査し、その反射光を走査投影光学系の受光部に投影して画像データを作成し、それを表示部に送って表示出来るようにした。それによって表示画面上の広範囲二次元画像を高速に表示することが出来、表面形状の状況を迅速に観察することが出来る。そしてこの二次元画像を表示しているとき、同じ反射光（画像データ）を用いて形状測定光学系で物体表面形状高さ方向（Ｚ）変位量を測定出来るようにした。そして前記表示部に表示された画像中に物体表面形状の高さ方向変位量を必要とする測定部位が設定されたとき、その設定された測定部位に相当する表面形状測定値を別途記憶したメモリから読み出してその値を表示できるようにした。それによって測定部位の表面形状測定結果の表示を物体表面の画像表示に追従して前記表示部に三次元情報として表示することが出来る。
また測定部位の高さ方向変位量がオートフォーカス可能範囲を超えるようなときは、装置全体を精密モードに変更し、画面上に設定した測定部位に相当する物体表面上の位置だけを前記走査投影光学系でその高速性を維持したまま再走査して物体表面形状を再測定し、その結果を表示部に表示できるようにした。それもオートフォーカス可能範囲を超える部分についてはオートフォーカス可能範囲を超えるたびにその移動値を加算して測定値とするようにした。このような再測定による測定結果を表示部に表示することでオートフォーカス可能範囲を超える部分についても三次元情報として確認することが出来る。しかもこの場合の測定値は測定部位に対する位置情報の精度を保証したものとして求める事が出来る。
さらに形状測定光学系を導入したことによってこれまで焦点深度を浅くした共焦点光学系を使用して測定せざるを得なかった光学機器に、焦点深度を深くした光学系を採用することが出来るようになり、焦点深度を浅くしたときの正確さを維持したままで測定速度を大きく向上することが出来る。また前記走査投影光学系で画像データを作成する際には、受光部前面にピンホール板を設置してフレア光をカットするようにしたので、深い焦点深度の光学系であってもコントラストの高い画像を表示部に表示することが出来る。これらによって物体自身が持つ高さ方向変位量の大きさに煩わされることなく物体表面形状の測定と表示を、再走査速度に追従して安定して実施していくことができる。
また走査投影光学系と原点用光学系が共通の光学系部分を形成するようにし、両光学系光源の発光色を異ならせて使用できるようにしたので、観察測定する１つの物体に対し２種の異なる発光色を持った光源を使用することが出来る。これによってこれまで相当の困難が伴っていた樹脂で表面が覆われているような物体、例えばプリント基板のような物体の測定であっても、走査投影光学系と原点用光学系を反転して使用することで光源発光色を交換したようになり、その測定を支障無く進めることが出来る。
さらに走査投影光学系が物体表面を走査するとき、物体自身が透明材質なものであれば前記走査に同期して物体の透過光を受光できるようにして、しかも１／２波長板を介在させることによって透明物体内部に形成された押圧などによる歪み跡などを偏向異常部として検出することが出来る。この偏向異常部を表示部に表示するようにしたので物体表面形状の変位量と物体内部の異常部の両方を確認することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
まず図１を用いて本発明の目的などについて明らかにする。図の光学系は光源Ｒからの光束をビームスプリッタＢ、レンズＬを経て物体Ｍ表面を照明し、その反射光を受光部Ｑに投影するものとなっている。物体Ｍは図に対して垂直方向（Ｙ）に移動できるようになっていて、光学系は１つのユニットＵ内に収められ矢印Ｘ方向に高速移動する。レンズＬの開口数はＮＡとなっていて、その値が小であればレンズＬの焦点深度は深く、大であれば焦点深度は浅くなる。図示のように凹凸の変位がある物体Ｍ表面の変位量をこの光学系で測定しようとすると、ＮＡを小としたときの焦点深度をＺ１とすれば、このＺ１を移動範囲とするオートフォーカス機能を光学系中に組み込んで物体表面を高速走査すれば目的を果たすことが出来る。あとは測定結果を物体Ｍの表面変位量の高速測定に追従して表示してやればよい。勿論、Ｚ１を超えるＺ２、Ｚ３（Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ３）のような変位量の時はユニットＵ、若しくは物体Ｍを矢印Ｚ方向に移動することになるが、焦点深度の浅い光学系での測定に比べれば、その移動回数ははるかに有利である。
従って本発明では、上記説明のように物体Ｍ表面の広範囲部をＸ、Ｙ方向に高速走査し、その反射光を受けて表示用の全体画像データとするような光学系を構成して、その画像データを表示部に送って物体表面画像として表示する。次いでこの画像データを表示部に送り出して表示しているとき、同じ画像データを用いて物体表面形状高さ方向変位量を測定してその結果を記憶する。そして前記表示部に表示された画像中に物体表面形状の高さ（Ｚ）方向変位量を必要とする測定部位が設定されたとき、前記記憶内容から設定された測定部位に相当する表面形状測定値を読み出して表示できるような全体構成とした。以下実施例について説明する。
【実施例１】
【０００７】
図２は本発明装置の全体概略をブロック図として示した説明図である。図において１は走査投影光学系で、半導体レーザ光源からのレーザ光束をレーザスキャン部を介して物体２に向かわせ、その表面をＸ方向に高速走査する。このＸ方向走査と物体２のＹ方向移動によって得られる反射光を、前記レーザスキャン部から走査投影光学系１の受光部に投影し、画像データとして制御演算部３内の表示用画像メモリに記憶する。この画像メモリに記憶されるデータは表示部４に送られて表示され、物体表面の二次元投影像として観察される。表示部４に表示された投影画像は制御演算部３と接続している出力部５に伝えられ、各種プリンタから出力したり、データ保存装置に貯えられる。６はキーボードやマウスなどの入力部で、制御演算部３に通常モード、精密モードの指令やその他の各種指令を伝達する。形状測定光学系７は走査投影光学系１から分岐された光学系で、走査投影光学系１による物体２表面からの同じ反射光を受けて物体表面形状の高さ（Ｚ）方向変位量を検出し、制御演算部３内の測定値メモリに記憶する。この測定値メモリに記憶されたデータは表示部４の測定値表示エリアに送られ、例えばグラフとして表示される。このグラフによって物体表面形状を三次元の情報として観察し把握することが出来る。
このように本発明装置では、まず走査投影光学系１のレーザスキャン部によるＸ方向走査と物体２のＹ方向移動で物体表面を高速走査し、その反射光を物体表面の画像データとして表示用画像メモリに記憶する。そして記憶した画像データを表示部に送って二次元情報として表示する。この二次元情報は物体表面を広範囲に高速走査したものであるから、全体像として迅速に表示され、それを観察することが出来る。そして前記画像データを表示用画像メモリに送り出しているとき、同じ画像データを用いて物体表面形状を測定し、その結果を測定値メモリに記憶する。次いで前記表示部の観察画像中に物体表面形状高さ方向変位量を必要とする測定部位が設定されたとき、前記測定値メモリから測定部位と対応する測定値を読み出して表示部４に送り出すようにした。それによって物体表面形状を三次元情報として観察することが出来る。
【０００８】
図３は走査投影光学系１、形状測定光学系７、制御演算部３を説明する図である。先ず通常モードについて説明する。図Ａにおいて半導体レーザ光源１０からの光束はレンズ１１を経て平行光束となり、第１ビームスプリッタ１２を経てミラー１３で反射され、レーザスキャン部１４内の回転ミラー１５に向かって反射される。そして対物レンズ１６によって取り付け台１７上に設置される物体２の表面に達する。対物レンズ１６は焦点深度の深いものが用意されており、回転ミラー１５が図の矢印１８方向に高速回転すると、その反射面角度が変化することで物体２の表面がレーザ光束によってＸ方向に走査される。以後この回転ミラー１５の回転による走査をレーザスキャン部１４のＸ方向走査と表現するが、本発明ではこの回転ミラー１５を高速回転することで物体表面を広範囲に高速走査するようにしている。回転ミラー１５の回転でレーザスキャン部１４が物体上をＸ方向に高速走査をすると、物体表面で反射した光束は光路を逆進し、対物レンズ１６を通過して回転ミラー１５、第１ビームスプリッタ１２を通過して直進し第２ビームスプリッタ１９に向かう。そして一方はそこで反射されて結像レンズ２０で集光され、ピンホール板２１のピンホール２２上に結像し、ホトマル等の受光部２３がそれを受けて物体表面の画像データとして出力する。従って画像データは回転ミラー１５の回転速度に応じて作成されていく。第２ビームスプリッタ１９で反射されず通過して光束は形状測定光学系７に向かうが、その詳細については後述する。
レーザ光源１０からの光束が第１ビームスプリッタ１２を通過しミラー１３に向かうとき、第１ビームスプリッタ１２で反射する光束も発生して回転ミラー１５に向かう。しかしこの光束は後に図６、７を用いて詳しく説明するが、回転ミラー１５の回転角が未だ必要角に至らないため物体２に向かうことが出来ない。従って物体２を走査することは出来ず、その反射光束を得ることが出来ない。
受光部２３で受光した物体表面からの反射光は表示用画像データとして制御演算部３内の制御部２４を経て表示用画像メモリ２５に記憶される。この表示用画像データとなる物体表面からの反射光は前記のようにピンホール２２上に結像するが、その光束は回転ミラー１５が物体表面２を走査したとき、その走査した位置が対物レンズ１６の焦点位置と一致するときだけであり、焦点位置が合わないときはピンホール２２上に結像することが出来ない。そのためピンホール２２に投影され受光部２３で受ける光束は、物体表面が凸凹などによって対物レンズ１６の焦点位置から外れている時の光束と、物体表面と焦点位置が一致している時の光束となる。焦点位置から外れているときに受光部２３が受ける光束は、光量不足で暗く不明瞭で画像を形成できない程度の信号となり、対物レンズ１６の焦点位置と一致しているときの受光部２３が受ける光束は明るく明瞭で画像を形成する信号となる。従って表示用画像メモリ２５に記憶される信号は明暗のはっきりとしたものとなる。
【０００９】
レーザスキャン部１４は、回転ミラー１５と対物レンズ１６がステージ２６に取り付けられて構成され、ステージ２６には回転ミラー１５のＸ方向１８回転用モータが組み付けられている。また物体２の取り付け台１７には矢印２７で示したＺ方向移動用のモータが組み付けられていて、物体２と対物レンズ１６間の距離を変更する。この矢印２７方向の移動を以後物体２のＺ方向移動というが、対物レンズ１６のピント位置と物体表面の凸凹による変位量を調整するための移動となる。取り付け台１７のＺ方向移動２７と回転ミラー１５のＸ方向移動（回転）は、制御演算部３内のモータ駆動コントロール部２８からの指令によって行われる。モータ駆動コントロール部２８からの指令は取り付け台１７に組み付けられているもう１つのＹ方向駆動モータにも伝えられ、取り付け台１７を矢印２９で示したＹ方向に移動する。モータ駆動コントロール部２８は装置全体を制御する制御部２４と接続していて、レーザスキャン部１４と取り付け台１７をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動するだけでなく、Ｙ、Ｚ方向の現在位置も検出して制御部２４に伝達する機能も有している。
回転ミラー１５は図３Ｂに示すように中心回転軸１５１に対し２つのミラー１５２、１５３が平行に固着され、Ｘ軸モータ１５４が回転すると２面鏡として作用する。そのため物体２の表面走査はモータ１５４の１回転で２回実施されるが、ポリゴンミラーなどに比して面倒れ補正などが必要でなく、安価な構成とすることが出来る。
レーザ光源１０は制御演算部３内の光源コントロール部３０と接続していて、光源コントロール部３０は制御部２４と接続している。光源１０からのレーザ光束はこれらによってオン・オフが管理され、物体２表面をＸ方向に走査して画像データとなる反射光をピンホール板２１を介して受光部２３に投影する。受光部２３はこの光束を受けて制御部２４から表示用画像メモリ２５に送り出し、画像メモリ２５は記憶した画像データを表示部４に送って表示する。表示部４に表示される画像は物体表面上でレーザスキャン部１４からの走査光束が焦点を結んでいるときの明るい明瞭像と、物体表面の凹凸によってレーザスキャン部１４からの光束が焦点を結べなかった暗い不明瞭な像がＸ方向の同一走査線中で混じり合った状態となる。この様なＸ方向走査線の集合で表示部４に表示される再現像を観察することになる。つまり明瞭画像部分と不明瞭画像部分を確認することで物体表面の形状を観察し把握することになる。この不明瞭画像部分を含む表面形状を測定し、その変位量を測定するために設置されるのが形状測定光学系７である。尚、図中に示した９はレーザスキャン部１４から物体２に向かう走査光束の光軸を示している。
【００１０】
次に形状測定光学系７について説明する。図３Ａにおいて回転ミラー１５からの反射光は第２ビームスプリッタ１９を通過して走査投影光学系１から分岐し、結像レンズ３１で集束されて形状測定光学系７用の第２受光部３２に達する。３３はシリンドリカルレンズで第２受光部３２に向かう光束を変形する。前記第２受光部３２は例えば４分割フォトダイオードａ〜ｄで構成され、各フォトダイオードａ〜ｄからの出力は制御演算部３内の変位量演算部３４に送られ各出力値が比較される。その結果は制御部２４より測定値メモリ３５に伝えられ、物体表面Ｚ方向変位量の測定値として記憶される。この測定値を求める光束は、前記のように第２ビームスプリッタ１９で走査投影光学系１から分岐したものであるから、第２受光部３２による測定値算出のための受光と、受光部２３による画像データ作成のための受光は同じ物体２からの反射光をほぼ同時に受けることになる。このことが表面形状の測定を高速走査に追従させることになる。
【００１１】
図４は図３で説明した形状測定光学系７の第２受光部３２に投影された像と、この受光部３２からの信号を受けて変位量を演算する変位量演算部３４の関係を示した説明図である。図３において物体２の表面任意点が光学系１の対物レンズ１６焦点位置に位置しているとき、物体２表面からの反射光束はレーザスキャン部１４、第１ビームスプリッタ１２、第２ビームスプリッタ１９を経て形状測定光学系７に向かい、結像レンズ３１、シリンドリカルレンズ３３を経て第２受光部３２に達する。この受光部３２は図４のＡ１のように４つのフォトダイオードａ〜ｄによって構成され、その中心部に光束３６が投影される。このような状態にあるとき受光部３２が検出した測定光束を受ける変位量演算部３４は、各フォトダイオードａ〜ｄの出力に基づいて、
（（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ））／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）・・・・・・・１式
の除算を実施する。測定光束３６は前記のように受光部３２の中心部に投影されているから除算の結果は「０」となり、この「０」を出力して図３の制御部２４に送り出す。制御部２４はその結果、対物レンズ１６の焦点位置と測定する物体２表面間の距離が「０」であると認識する。
図４Ｃはこの変位量演算部３４からの出力状態を説明するもので、横軸は対物レンズ１６の焦点位置変化量を表し、縦軸は変位量演算部３４からの出力電圧を示している。受光部３２の光束３６投影状態が図４のＡ１状態にあれば、変位量演算部３４の演算結果は「０」であるから横軸と縦軸の交点位置３７が出力電圧となる。物体２の表面に凹みがあり、それによって対物レンズ１６の焦点位置が走査投影光学系光軸９上、回転ミラー１５側に移動したのと同様な状態となったと仮定したとき、形状測定光学系７の受光部３２に投影される光束３６は焦点誤差を生じ、シリンドリカルレンズ３３の作用を受けて図４のＡ２のような右肩上がりの斜体光束３８となる。そのため受光部３２を構成するフォトダイオードからの出力は（ａ＋ｃ）＜（ｂ＋ｄ）となる。従って変位量演算部３４が実施する１式の演算結果はマイナスとなり、図４Ｃ上で縦軸を中心として左側での判定となる。仮に１式の結果を−４ｖとしたとき、その時の対物レンズ１６の位置３９を測定すると横軸のように−０．４ｍｍが得られる。そのため図上、交点３７位置と対物レンズ１６の位置３９間のずれが図３の物体２表面と対物レンズ１６の焦点位置のずれとなる。こうして得られた−４ｖの信号が変位量演算部３４から制御部２４に伝えられると、制御部２４は物体表面が−０．４ｍｍ凹んでいると判断し、その信号を制御演算部３内の測定値メモリ３５に送って記憶する。
【００１２】
一方、物体２の表面に凸部があり、対物レンズ１６の焦点位置が物体２側に移動したのと同様な状態となってしまって焦点誤差を起こす場合もある。そのときは形状測定光学系７の第２受光部３２に導かれる物体表面からの反射光束３６は、シリンドリカルレンズ３３の作用を受けて図４のＡ３の様に左肩上がりの斜体光束４０となる。そのため受光部３２で光電変換された出力は（ａ＋ｃ）＞（ｂ＋ｄ）となって、１式の演算結果はプラスとなり図４Ｃの縦軸を中心として右側での判定となる。仮に１式の演算結果が＋４ｖであったとすれば、その時の対物レンズ１６の位置４１を測定すると横軸のように＋０．４ｍｍが得られる。そのため図上、交点３７位置と対物レンズ１６の位置４１間のずれが図３の物体２表面と対物レンズ焦点位置のずれとなる。こうして得られた＋４ｖの信号が変位量演算部３４から制御部２４に伝えられると、制御部２４は物体表面が＋０．４ｍｍ離れていると判断し、その信号を測定値メモリ３５に伝えて記憶する。
このように対物レンズ１６の焦点位置は物体２表面との距離に応じて図４Ｃの様に位置３９、交点３７、位置４１を結ぶフォーカスライン４２上を移動する。従ってこのフォーカスライン４２での対物レンズ焦点位置を検出すれば物体２表面間とのズレ、つまり物体表面のＺ方向変位量を測定することができる。物体表面形状の凹凸変位量をこのフォーカスライン４２に沿って正確に検出するためには物体表面からの反射光束が受光部３２上に測定光として投影されたとき、光束３６、３８、４０のそれぞれをピントの合った状態で明瞭に区別し識別できることが重要となる。
【００１３】
フォーカスライン４２は対物レンズ１６の焦点深度、結像レンズ３１、シリンドリカルレンズ３３などの性能や倍率、光学系１、７全体の設計仕様などによってそのカーブ度合いが変化する。また物体２表面の粗さ程度や光沢の度合い、光源１０の波長等によっても変化する。物体２が着色されていたり固有の色を持っているようなときにも変化する。このようにフォーカスライン４２は多くの要素によって変化するが、ここでは便宜上まとめて以下、対物レンズ１６の焦点深度によって変化するという表現とする。この変化したフォーカスラインの例として図４Ｃに２つのフォーカスライン４２ａ、４２ｂを点線で示した。
従って対物レンズ１６の焦点深度などを考慮して、事前に図３の入力部６から制御部２４を介して変位量演算部３４に、使用するフォーカスライン４２、４２ａ、４２ｂを選択使用できるようにしておけば、受光部３２で検出される測定値（光束３６の形状若しくは光量）に応じて演算されたフォーカスライン４２、４２ａ、４２ｂの出力電圧を得ることが出来る。例えばライン４２ａを使用すれば受光部３２の出力電圧が高くても物体表面のＺ方向変位量は少ない値となり、逆にライン４２ｂを使用すれば出力電圧は低くても物体表面のＺ方向変位量値は大きくなる。いずれにしても図４Ｃのレンズ位置３９から４１までの２点間の距離４３が図１に示した対物レンズＬの焦点深度Ｚ１に相当するから、この距離４３の範囲内であれば物体表面上に発生している凸凹変位量を対物レンズフォーカスライン４２に沿って検出し、物体表面形状の測定値として出力することができる。このことは逆に図４Ｃのレンズ位置４１より右方での測定はレンズ位置を識別することが出来ず、測定不可である事を示す。同様にレンズ位置３９より左方での測定もレンズ位置を識別することが出来ず測定不可となる。この測定不可の状態にあるとき受光部３２上に投影される測定光束はシリンドリカルレンズ３３の影響を受けにくい状態となるから、図４のＡ４とＡ５に示した点線光束４４、４５のように受光部３２の受光範囲から大きく逸脱してピンボケの光束となる。
【００１４】
図４Ｂは受光部３２に投影される測定光束の光量分布曲線４６を示したものである。同図において光量がピーク値となる光束は図４のＡ１に示した光束３６のときで、受光部３２の４つのフォトダイオードａ〜ｄの中心部にピントの合った状態で投影された時となっている。これに対し図４のＡ２とＡ３で示した斜体光束３８、４０ではピントの合った状態で受光部３２に投影されてはいるが、光量は半分以下になった例となっている。また図のＡ４、Ａ５として示した光束４４、４５の時は、ピンボケの状態で受光部３２に投影されるため光量は更に低下した状態となっている。
上記のように変位量演算部３４は、受光部３２で検出する光量、或いは投影される光束の形状に応じて対物レンズ１６のフォーカスライン４２上での焦点位置を検出することが出来、その検出位置を表面形状Ｚ方向の測定値として制御部２８に伝えていく。但しこの段階での形状測定値は１つのフォーカスライン４２によって規定される焦点深度４３内での測定値であり、１つのフォーカスライン４２によって規定される焦点深度４３を超えてしまうような表面形状を持つ物体、即ち対物レンズ１６のオートフォーカス可能範囲４３を超えてしまうような表面形状である場合には測定作業を実施することが出来ない。この時の処理については後に順次説明していく。
【００１５】
図５は走査投影光学系１の一部を形成する原点用光学系についての説明図である。図において半導体レーザ光源５０は光源コントロール部３０によって発光のオン・オフが管理される原点検出用で、前記走査投影光学系用の半導体レーザ光源１０からの光束を例えば青色としたとき、この光源５０からの光束は例えば赤色の光を発光し、レンズ１１を経て光源１０からの光路中に設置された第３ビームスプリッタ５１で反射し走査投影光学系１中に導かれる。そして第１のビームスプリッタ１２で反射しレーザスキャン部１４内の回転ミラー１５に向かう。回転ミラー１５に向かった光束はそこで反射され、固定ミラー５３を経て原点検出用の受光部５４に達する。以後この光学系を原点用光学系５５というが第３ビームスプリッタ５１から回転ミラー１５までは走査投影光学系１と共通の光学系となる。第１ビームスプリッタ１２で反射せずミラー１３に向かう光束も発生するが、この説明は後に図６Ａで行う。
受光部５４で受けた光束は原点検出信号となって制御部２４に伝えられるが、受光部５４が原点信号として受けとる光束は、回転ミラー１５が物体２を走査する以前の回転角にあるときで、この光束を受光部５４が受光してから物体２の走査が開始される。それによって受光部５４に投影された光束が原点検出用の信号として機能する。上記の説明では２つの光源１０、５０を青色、赤色とし、１つの光源コントロール部３０によって管理するようにしてあるが、物体２の表面が樹脂などでコーティングされているような場合、或いは着色や部分メッキが施されているような場合など、各種の表面処理に応じて発光色の異なる光源を使い分けることが出来る。
【００１６】
上記した回転ミラー１５の回転角を説明するのが図６と７である。両図は図５などと同じように走査投影光学系１と原点用光学系５５の光路を平面図として表した説明図で、図６Ａは図５と同じ状態の原点用光学系５５を示している。同図において原点用光源５０からの光束はレンズ１１、第３、第１ビームスプリッタ５１、１２で反射され、回転ミラー１５から固定ミラー５３を経て受光部５４に投影される。つまり回転ミラー１５がこの図６Ａのように第１ビームスプリッタ１２で反射して直進してきた光束に対し１５ａの回転角にあるとき、受光部５４は原点用の信号として光源５０からの光束を受光する。第１ビームスプリッタ１２を通過してミラー１３で反射し、回転ミラー１５に向かう光束も発生するが、それは回転ミラー１５の回転角１５ａによって不用光５２ａとなる。この時もう一方の光源１０は光源コントロール部３０によって発光がオフとなっている。
【００１７】
図６Ｂは図６Ａの回転ミラー１５が矢印１８方向に回転し、第１ビームスプリッタ１２で反射してきた光束に対して１５ｂの回転角になった時を示している。この角度にあるとき光源５０はオンのままで他方の光源１０はオフとなっている。そのため光源５０からの光束は原点用光学系５５のレンズ１１、第３ビームスプリッタ５１、第１ビームスプリッタ１２を経て回転ミラー１５に向かい、そこで反射される。しかし回転ミラー１５は既に１５ｂの回転角となっているので反射された光束は固定ミラー５３に向かうことが出来ず、そのまま往路を通って第２ビームスプリッタ１２方向に戻る。そのため受光部５４は受光することが出来ず、原点信号を発生することが出来ない。上記の第１ビームスプリッタ１２方向に戻った光束は図５の第２ビームスプリッタ１９方向に進み、一方はそこで反射して受光部２３に向かう。他方の第２ビームスプリッタ１９を通過した光束は第２受光部３２に向かう。しかし両受光部２３、３２に投影される光束は原点用光源５０からのものであり、それは表示用画像データとはならない信号なので意味のない不用データとして処理される。
前記第１ビームスプリッタ１２で反射されずに直進してミラー１３に向かった光源５０からの光束はそこで反射され回転ミラー１５に向かう。しかしこの回転ミラー１５はすでに回転角が変化して１５ｂとなっているので、そこでの反射光は不用光５２ｂとなる。従って図６Ａで原点信号を受光部５４が検出したら、光源５０の発光をオフとするようにしてもよい。
図６Ｃは図６Ｂの回転ミラー１５が矢印１８方向にさらに回転し、その回転角が１５ｃになった時を示している。この角度１５ｃに回転ミラー１５がなったら原点検出用の光源５０をオフとし、走査投影光学系１用の光源１０をオンとする。すると光源１０からの光束はレンズ１１を経て原点用光学系５５と共通の第３ビームスプリッタ５１、第１ビームスプリッタ１２を通過して直進し、ミラー１３で反射して回転ミラー１５に向かう。この回転ミラー１５で反射した光束は第１ビームスプリッタ１２に向かってこれを通過し、第２ビームスプリッタ１９で反射されて結像レンズ２０によりピンホール２２に結像し受光部２３に達する。この受光部２３が受光した光束は第２の原点用信号となって機能するが、その詳細については後述する。第２ビームスプリッタ１９を通過した回転ミラー１５からの光束は形状測定光学系７を経て第２受光部３２に向かい、制御演算部３内の測定値メモリ３５に記憶されるが、その詳細は後述する。光源１０からの光束が第１ビームスプリッタ１２を通過せずに反射した光束は、回転ミラー１５に向かいそこで反射されミラー１３方向に進んで不用光５２ｃとなる。この不用光５２ｃを図６Ｃではミラー１３から回転ミラー１５に向かう光束とは別にして点線で示してある。
【００１８】
回転ミラー１５がさらに矢印１８方向に回転して図７のようになると、その回転角は１５ｄとなる。すると光源１０からの光束は走査投影光学系１のレンズ１１、第３ビームスプリッタ５１を経て第１ビームスプリッタ１２で反射し回転ミラー１５に向かう。この回転ミラー１５で反射した光束は物体２に向かってその表面に達する。この物体２に達した光束の反射光は回転ミラー１５、第１ビームスプリッタ１２、第２ビームスプリッタ１９を経てピンホール２２に投影され受光部２３に達する。回転ミラー１５が回転するにつれて物体表面がＸ走査され、その反射光が受光部２３に投影されると画像データとなって図５の表示用画像メモリ２５に記憶されていく。従って受光部２３は図６Ｃの状態の時、先ず２番目となる原点検出信号を発生し、次いで図７の状態となって画像データを発生する。第１ビームスプリッタ１２を通過してミラー１３に直進した光束は回転ミラー１５方向に進むが、その光束は不用光５２ｄとなる。第２ビームスプリッタ１９で反射せず直進した光は測定光学系７を経て第２受光部３２に向かう。そして図４で説明したようにして物体表面形状が測定され、制御演算部３内の測定値メモリ３５に記憶されていく。この測定メモリ３５については後に説明するが、前記した表示用画像メモリ２５に記憶される画像データと同じ反射光を第２受光部３２で受けることで測定値が算出され、それが表示用画像メモリ２５と同じ記憶番地体系で記憶されていく。
以上のようにこの走査投影光学系１と原点検出用光学系５５は、光源１０、５０の発光タイミングと回転ミラー１５の回転角などによって、原点用受光部５４が検出する第１の原点ともう１つの受光部２３が検出する信号を第２原点として発生し、その後、受光部２３が表示用画像データを作成し、第２受光部３２が測定値データを作成していく。従って原点用受光部５４からの信号を機械原点として制御部２４内で先ず立ち上げ、次いで回転ミラー１５が回転し、その角度が変化することで物体２上をＸ走査するとき、２番目となる画像原点信号を発生して制御部２４内で立ち上げる事になる。それによって２つの原点、即ち機械原点信号と画像原点信号で画像データと測定値データが管理されることになる。
【００１９】
図８は上記の機械原点信号と画像原点信号の説明図である。図のＬＤ１信号５６は、図５、６、７で説明した原点用受光部５４からの機械原点信号を示している。またＬＤ２ａ信号５７は受光部２３からの出力信号で、２番目となる画像原点のパルスを図６Ｃの状態で立ち上げ、そのパルスの後に図７の状態で発生した画像データ５８が続いている。ＬＤ２ｂ信号５９は図５の第２受光部３２からの測定値信号を示し、図６Ｂ、Ｃや図７の状態で第２ビームスプリッタ１９を通過した光束が受光部３２に投影されたときの信号がパルス状に立ち上がった状態を示している。このＬＤ２ｂ信号５９を作る光束は、いずれも形状測定光学系７のシリンドリカルレンズ３３などを経由するものであるから、図４Ａに示した光束３６、３８、４０、４４、４５のような光束が受光部３２に投影されることになる。光束３６が投影されるときは図４Ｃで説明したように交点３７上の信号となって「０」となるから、ＬＤ２ｂ信号５９も「０」となってしまう。このようにＬＤ２ｂ信号５９は不安定で発生タイミングや立ち上がり量も微弱になって保証されない場合もあるから、図ではこれを小さな点線パルスとして示してある。ＬＤ２ｂ信号５９の点線パルスに続く信号は、変位量演算部３４を経て物体表面形状を測定した信号で、図では便宜上ＬＤ２ａ信号５８と同じ波形として示してある。
以上のようにして回転ミラー１５を回転し、ＬＤ１信号５６、ＬＤ２ａ信号５７、ＬＤ２ｂ信号５９を発生しながら物体２表面を高速走査し、受光部２３、３２から画像データ５８と測定値データを出力して表示用画像メモリ２５、測定値メモリ３５に記憶していく。
【００２０】
図９は物体２のＸ方向走査１８とＹ方向の移動２９について説明する図である。同図Ａにおいて物体２には高さ方向に最大Ｚｈの変位があり、このＺｈは図４Ｃの距離４３と（Ｚｈ＞４３）となっている。回転ミラー１５によるＸ方向の走査は画像開始点Ｘ０となる以前の番地から画像終了点Ｘｐの後方番地まで行われ、Ｘ０〜Ｘｐ間を含む全走査領域が図３などの制御部２４から発せられるクロック信号によって管理される。またＹ方向についてはＹ０〜Ｙ５まで６回のＹ移動が行われるよう指令された例となっていて、図の例ではＹ２列目のＸ走査を行っているときとなっている。この６回のＹ方向移動指令やＸ方向走査領域の指令などは予めキーボードやマウスなどの入力部６によって指令され、制御部２４はこの指令を受けてモータ駆動コントロール部２８と光源コントロール部３０から取り付け台１７のＹ方向移動範囲と光源１０、５０の発光タイミングなどを制御する。入力部６からの指令は上記のＸ、Ｙ方向走査領域の設定だけでなく、Ｙ方向の移動回数（走査線数）なども指令するが、物体２の高さ方向変位量Ｚｈはこの段階ではまだ検知できていない。
今、Ｙ２列目のＸ方向走査がスタートしたとすると、図８の様なＬＤ１信号５６、ＬＤ２ａ信号５７が受光部５４、２３で検出され、その後に画像データ５８が受光部２３から表示用画像メモリ２５に送り出されて記憶される。図９Ｂはこの表示用画像メモリ２５に記憶される画像データ５８をイメージとして示したものである。この図９Ｂで走査開始されたＹ２列目の画像データは、画像開始点Ｘ０から８００番地までは変位量が図４Ｃの距離４３内に有るが、８００番地になると物体２の変位量は距離４３を超えたものとなる。そのため図ではこの８００番地からの画像データを不明瞭なものとして点線として示してある。１３６０番地を過ぎると図４Ｃの距離４３内に再び戻り明瞭な画像データとなり、１６００〜２１６０番地ではまた距離４３を超えた画像データとなって点線の不明瞭となる。そして画像の終了点Ｘｐを過ぎて終了している。図中のＸｓ、Ｘｅについては図１０で説明する。
【００２１】
上記の画像データはＹ２列目だけのものであるが、同様な走査をＹ０〜Ｙ５まで行い、その結果を表示用画像メモリ２５に記憶していく。このような走査と記憶作業が終わったら記憶した内容を読み出して表示部４に表示して観察すると、前記のように８００〜１３６０番地、１６００〜２１６０番地に不明瞭画像が表示され、大きな変位量が物体２上にあることを観察できる。
図９で説明した走査作業を実施して表示部４に画像を表示しているとき、形状測定光学系７の受光部３２にも物体２からの反射光は投影される。しかし前記したようにこの画像表示を行っているときは第２受光部３２からの信号を不用データとして処理するようにしてあるので、形状測定作業は実行されないままでいる。
【００２２】
図１０は表示部４に表示された画像の説明図で、図Ａには表示用画像メモリ２５から読み出した画像データ５８が画像Ｇとして表示されている。この表示画像Ｇは図８の機械原点５６、画像原点５７を基準として記憶された図９のＸ０〜Ｘｐまでの画像である。図中のＧａ部はＸ８００〜１３６０番地の不明瞭画像部分を、Ｇｂ部はＸ１６００〜２１６０番地の不明瞭画像部分を表している。この表示された物体画像Ｇ中に入力部６からカーソル等を操作して形状測定を必要とする測定部位を設定する。この設定は後に説明する図１４の工程６５で測定開始点Ｘｓと終了点Ｘｅ設定することで行われる。表示部４に表示されるカーソルは、制御部２４内の図示してないカーソルコントロール部などによって管理されるが、それらは一般周知の技術であるので、ここではその説明を省略する。こうして図１０のように測定部位Ｘｓ、Ｘｅを設定すると、その間のライン６０が同一Ｘ方向走査線上の測定長となる。
図Ｂは機械原点５６を基準として表示用画像メモリ２５に記憶される画像データ５８を示している。この例ではＹ０からＹ５のそれぞれにＸモータのジッタが発生していて、機械原点ＬＤ１信号５６から画像原点ＬＤ２ａ信号５７までにバラツキが生じている。図Ｃはこのような画像データ５８を表示部４に表示した時を示していて、画像原点ＬＤ２ａ信号５７位置はタイミングが統一されたものとなっている。この働きは制御部２４によって行われるが、画像原点５７を基準として表示されることになるからジッタのない画像品質となる。
表示用画像メモリ２５に記憶される画像データは、図１４の工程６４で画像メモリ２５から画像データを読み出して表示部４に表示するとき、制御部２４で倍率変換のデータ処理をすることで画像の倍率を変えて表示する事が出来る。それによって測定開始点Ｘｓと終了点Ｘｅを設定するときは、任意倍率での画像を表示部４上で観察しながら設定することが出来る。こうして測定部位が設定されたら形状測定光学系７によって形状の測定を開始する。
【００２３】
図１１、１２、１３は参考図で、図１１は化粧ねじを３倍にして写真撮影したもの。図１２はこの化粧ねじを物体２としてその頭部表面をＸ走査し、作成された画像データを表示用画像メモリ２５に記憶し、それを２０倍にして表示部４に表示したときの画像の一部を示したものである。図１３は図１２と同じデータを画像メモリ２５から読み出し、それを２００倍にして表示したときの画像の一部を示したものである。
【００２４】
通常モードによる実際の測定作業について図１４のフロー図を用いて説明する。先ず図の工程６３で画像データ５８と測定値データをそれぞれのメモリ２５、３５に記憶する。これは回転ミラー１５を回転し、物体表面を走査してその反射光を走査投影光学系１、形状測定光学系７を経て受光部２３、３２から表示用画像メモリ２５、測定値メモリ３５に送り出すことによって行われる。次に工程６４で画像データ５８を表示用画像メモリ２５から読み出し表示部４に表示する。この画像メモリ２５には図９Ｂにイメージとして示したような画像データ５８が記憶されているから、記憶されている図９ＡのＹ０〜Ｙ５までの全画像データを表示部４に送り出すことによって、図１０のような画像Ｇが表示される。この画像Ｇを観察すると前記したように８００〜１３６０番地、及び１６００〜２１６０番地に相当するＧａ、Ｇｂ部に不明瞭な画像が存在することが確認できる。
次に工程６５で測定開始点Ｘｓと終了点Ｘｅをカーソルで設定し測定する部位を設定すると、工程６６で測定開始点ＸｓのＹ座標位置が求められる。これは開始点Ｘｓと表示用画像メモリ２５中に記憶した各走査線（画像データ）の位置を比較することによって行われるが、表示用画像メモリ２５中の各走査線位置は画像データの作成時に設定された物体上のＹ方向走査領域とＸ方向走査線数によって算出される。こうして得られた開始点ＸｓのＹ座標をｙ１とすると、工程６７で測定値メモリ３５からｙ１に相当する測定値データを読み出し、それをグラフなどとして表示部４に表示する。これで表示部４の表示画像Ｇ中に設定した測定部位の表面形状高さ方向変位量が表示される。表示部４には図１０のような画像Ｇを表示するエリアと、測定値をグラフなどとして表示するエリアが設けられているので、画像Ｇと測定値の両方を同一画面上で確認することが出来る。表示される測定値のグラフは図９Ｂのイメージ図と同様になるが、このグラフと画像Ｇが表示されている状態を出力部５から出力すれば、ハードコピー等として得ることが出来る。
【００２５】
上記のようにこの通常モードでは、走査投影光学系１の受光部２３が受光した物体表面の反射光を画像データ５８として表示用画像メモリ２５に記憶する作業と、形状測定光学系７の第２受光部３２が受光した反射光を測定値データとして測定値メモリ３５に記憶する作業がほぼ同時的に実施される。そして測定値メモリ３５の記憶番地体系は表示用画像メモリ２５のそれと同じにしてあるので、両メモリ２５、３５に記憶されたデータは同じ条件で読み出すことが出来る。従って表示画像Ｇ中に設定した測定部位から対応する測定値データを測定値メモリ３５から容易に読み出すことが出来る。しかしこの通常モードでは物体２の表面形状変位量が図４で述べた距離４３を超える場合、その超えた部分についての測定は出来ず、その結果を表示することもできない。即ち、図９Ｂで説明したように画像開始点Ｘ０から８００番地までは距離４３内にある変位量なので測定結果をグラフとして表示することが出来る。ところが８００番地から１３６０番地までは変位量が距離４３を超えてしまうので測定は不能となり表示することもできない。そのため例えば点線などとして表示されることになる。仮にこの図９Ｂの様なグラフ表示になったとしてもグラフ自身は測定部位を画面中に設定することで直ちに応答されるから、迅速表示が実行される。逆に物体表面形状に大きな変位量が存在しないような場合にはその効果は大きい。
【００２６】
次に変位量が距離４３を超えてしまうような場合でも測定と表示が出来るようにした精密モードについて説明する。この精密モードへの変更は図１５の入力部６より制御部２４にモード変更指令を与えることによって行う。この指令を受けると制御部２４は測定値メモリ３５を閉じ、分割画像メモリ６９、分割測定値メモリ７０、表示用測定値メモリ７１を開く。このような準備が出来たら実際の測定作業を開始する。これを図１６のフロー図を用いて説明する。
図の工程６４から６６までは図１４の場合と同じであるが、先ず図１４の工程６３で画像データ５８と測定値データをそれぞれのメモリ２５、３５に記憶する。これは回転ミラー１５を回転し、物体表面を走査してその反射光を走査投影光学系１、形状測定光学系７を経て受光部２３、３２から表示用画像メモリ２５、測定値メモリ３５に送り出すことによって行われる。次に図１６の工程６４で画像データ５８を表示用画像メモリ２５から読み出し表示部４に表示する。この画像メモリ２５には図９Ｂにイメージとして示したような画像データ５８が記憶されているから、記憶されている図９ＡのＹ０〜Ｙ５までの全画像データを表示部４に送り出すことによって、図１０のような画像Ｇが表示される。この画像Ｇを観察すると前記したように８００〜１３６０番地、及び１６００〜２１６０番地に相当するＧａ、Ｇｂ部に不明瞭な画像の存在することが観察できる。
次に工程６５で測定開始点Ｘｓと終了点Ｘｅをカーソル等で設定し測定する部位を設定すると、工程６６で測定開始点ＸｓのＹ座標位置が求められる。これは開始点Ｘｓと表示用画像メモリ２５中に記憶した各走査線（画像データ）の位置を比較することによって行われるが、表示用画像メモリ２５中の各走査線位置は画像データの作成時に設定された物体上のＹ方向走査領域とＸ方向走査線数によって算出される。こうして得られた開始点ＸｓのＹ座標をｙ１とすると、工程６８でこのｙ１と走査投影光学系１の光軸９を一致させる。具体的には回転ミラー１５からの走査光束光軸９が物体上のｙ１座標となるよう取り付け台１７のＹ軸モータにモータ駆動コントロール部２８から指令を送り、それをＹ方向に移動して一致させる。こうして光学系１の光軸９とｙ１座標が一致したら制御部２４は光源コントロール部３０に指令を送って光源１０、５０の発光を管理すると共に、工程７２で回転ミラー１５を回転し、設定された測定ライン６０上の再走査を開始し測定終了点Ｘｅに向けて走査していく。
すると走査に先立ってまず図８のＬＤ１信号５６を受光部５４が発生して機械原点信号として制御部２４に伝え、次いでＬＤ２ａ信号５７とそれに続く物体２表面の走査信号５８を受光部２３が発生して制御部２４に伝える。制御部２４は両受光部５４、２３からの信号を受けると、工程７３で受光部２３からの信号を表示用画像メモリ２５とは別に用意された図１５の分割画像メモリ６９だけに送り出し分割画像データとして記憶する。この分割画像メモリ６９について図１５を用いて説明する。
【００２７】
図１５は制御演算部３内の分割画像メモリ６９、分割測定値メモリ７０、表示用測定値メモリ７１について説明するものである。光源１０からの光束が走査投影光学系１を経て物体２表面を再走査したとき、物体２はレーザスキャン部１４から距離Ｚ１の位置にある。このＺ１位置にある物体２の位置はモータ駆動コントロール部２８より制御部２４を経て位置メモリ７４に伝えられ記憶される。物体２表面を走査した光束の反射光はレーザスキャン部１４、ビームスプリッタ１２、１９、結像レンズ２０、ピンホール２２を経て受光部２３に順次投影される。投影された光束は画像原点５７と再走査による分割画像データ５８を発生し、図１６の工程７３で分割画像メモリ６９に送り出して記憶する。こうして設定されたライン６０上を画像終了点Ｘｐに向けて走査を進め、その間の分割画像データを分割画像メモリ６９に記憶していく。この記憶される分割画像データは再走査によるものではあるが、既に記憶されている表示用画像メモリ２５の画像データと同じ品質になるはずである。
工程７３による分割画像メモリ６９への分割画像データ記憶作業が進行しているとき、形状測定光学系７は同じ分割画像データを第２ビームスプリッタ１９から受けて、受光部３２がその投影された光束を変位量演算部３４に伝えていく。変位量演算部３４は図４で説明したような比較演算を行ってその結果を制御部２４に伝える。このとき図１６の工程７５，７６で図４Ｃで説明したフォーカスライン４２の範囲４３と比較される。フォーカスライン４２の範囲４３内であれば、つまり物体表面形状の変位量が一定の範囲４３内にあれば、受光部３２に投影された光束は前記のように変位量演算部３４で比較演算され、通常の形状測定値として制御部２４から図１５の分割測定値メモリ７０に記憶されていく（工程７７）。この時の記憶番地は分割画像メモリ６９の記憶番地に基づいて記憶されるが、詳しくは後に図１９などで説明する。工程７６でフォーカスライン４２の範囲４３外と判定されると、つまりレーザスキャン部１４の走査が図９Ｂの８００番地まで進み図１０で示した画像Ｇａ部になると測定不能となる。すると制御部２４は工程７８でＺモータを回転し、取り付け台１７を図４Ｃの範囲４３分だけＺ方向に移動する。これで取り付け台１７は図１５のＺ１からＺ２位置に移動したことになる。この時のＺ２位置が位置メモリ７４に記憶される。
【００２８】
図１７は分割測定値メモリ７０に記憶される分割測定値をイメージとして示したもので、横軸は画像開始点Ｘ０から測定終了点Ｘｅまでの番地を示し、縦軸は図１５のＺ１、Ｚ２、Ｚ３物体位置を表し、各Ｚ間のピッチは図４Ｃの４３となっている。
図１６の工程６５で測定部位が設定され、工程７２でレーザスキャン部１４が再走査を開始すると、図１５の第２受光部３２は受光した光束を変位量演算部３４から制御部２４に伝えて、その測定結果を前記のように分割測定値メモリ７０に記憶していく。図１７では記憶した測定値を「・」点７９として示してあるが、測定点が８００番地になると前記したように受光部３２からの信号を受ける変位量演算部３４は工程７６でフォーカスライン４２の範囲４３外と判定して測定不能となる。そのため制御部２４は工程７８でモータ駆動コントロール部２８に指令を送って図１５の物体２をＺ方向に移動し、レーザスキャン部１４との位置関係をＺ１からＺ２とする。この間、回転ミラー１５によるＸ走査は進行し画像終了点Ｘｐに向かってしまうから、物体がＺ２位置となったらレーザスキャン部１４による再走査を原点側から再び始め、受光部３２に投影される光束を分割測定値信号として変位量演算部３４に送り出し、制御部２４から分割測定値メモリ７０に送ってそのＺ２領域に記憶していく。
測定作業が進行し画像Ｇａの９６０番地になると、受光部３２は再度フォーカスライン４２の範囲４３外と図１６の工程７６で判定する。すると変位量演算部３４は判定不能となるから、制御部２４が取り付け台１７に指令を送ってＺ方向に移動し、レーザスキャン部１４との位置関係をＺ３とする。このＺ３への移動も図４Ｃの距離４３に相当するが、Ｚ３位置を位置メモリ７４に記憶する。物体２がＺ３位置に移動するのを待ってレーザスキャン部１４による再走査を原点側からはじめ、その測定値７９を分割測定値メモリ７０のＺ３領域に記憶していく。その後１２００番地になると変位量演算部３４は測定不能となり、物体２をＺ３位置からＺ２位置に移動するよう指令する。このとき取り付け台１７は位置メモリ７４の内容と比較され当初の位置と一致するよう調整される。Ｚ２位置に戻されたらレーザスキャン部１４で再走査と測定を進め、測定値７９を分割測定値メモリ７０のＺ２領域に記憶していく。そして１３６０番地に隣接する１３６１番地になるとＧａ部の走査が終了し、物体２はＺ１位置に移動して最初の位置に戻り、そこでの再走査を行ってＺ１領域に測定値７９を記憶していく。このＺ１位置での再走査のとき、取り付け台１７は位置メモリ６１の内容と現在位置とが制御部２４で比較され、当初の取り付け台１７原点位置と一致するよう調整される。そして１６００番地になると再びフォーカスラインの範囲４３外と判定され、物体２は２１６０番地までＺ２位置に移動し測定作業が進められる。そして２１６１〜Ｘｅ番地まではＺ１位置に復帰しての測定作業が進められる。
上記説明は説明を単純化するため分割測定値メモリ７０を、図１７のようにＺ１、Ｚ２、Ｚ３の領域に分けてそれぞれ記憶するようにしている。しかし実際には次の図１８でも説明するようにＺ１、Ｚ２、Ｚ３の位置信号があれば区別できるから、例えば図１７のＺ１に相当する領域の容量があればよい。
【００２９】
上記のようにして画像終了点Ｘｐ近辺までの分割画像データを分割画像メモリ６９に記憶していく作業と、分割測定値メモリ７０への測定値記憶作業を進めて行き、図１６の工程８０で分割測定値メモリ７０の内容を表示用測定値メモリ７１に記憶し、工程８１でそれをグラフなどとして表示部４に表示する。表示用測定値メモリ７１については次の図１８で説明する。表示される測定値のグラフは図１７に示した分割測定値メモリ７０のイメージ図と同様になるが、図１６の工程８２でグラフ表示後の状態を出力部５から出力すれば、物体画像Ｇとグラフをハードコピー等として得ることが出来る。
【００３０】
図１０に示した測定ライン６０の測定作業終了後に、２番目に測定したい個所が発生したとすれば、図１６の工程６５からの作業を再度実施していけばよい。また図１７にイメージとして示した分割測定値メモリ７０の内容は、図９Ａ、Ｂに合わせたものとしてあるので物体形状の変化する方向がプラス側（凸部）だけとなっている。しかし物体表面には傷などのようにマイナス側（凹部）も存在するから、図１７のＺ２、Ｚ３位置はマイナス側にも発生する場合がある。図４Ｃの距離４３を１０μｍ程度とすれば、図１７の例ではプラス方向にＺ１〜Ｚ３相当分の３０μｍほどの凸部変位量が測定されることになる。
また上記の説明は図９Ａの物体２を図１７のＺ１位置から順にＺ２、Ｚ３方向に測定するようになっている。しかし最初に測定開始する位置がＺ２位置であったとすればＺ１位置での測定はマイナス側に、Ｚ３位置での測定はプラス側となる。更に上記してきた説明は原点側から画像終了点Ｘｐに向けて番地順に測定していくようになっている。そのためＺ１位置からＺ２位置、Ｚ２位置からＺ３位置に物体２がＺ方向に移動しているときには、その移動が終了するまで測定を進めることが出来ない。図１７の例ではＸ８００、９６０、１２００、１３６１、１６００、２１６０の各番地でＺ方向移動が必要となるから、その回数分だけ回転ミラー１５による再走査を行わなければならない。
【００３１】
この再走査回数を減少するには原点側から順に測定していくのではなく、同じＺ位置にある表面形状は同じ走査時に測定してしまうという方法を採用すればよい。例えば図１７の場合、Ｚ１に位置しているＸ０〜７９９、１３６１〜１５９９、２１６１〜Ｘｅ番地間を１回目の回転ミラー１５走査で測定して、その値を分割測定値メモリ７０に送って記憶する。そして２回目の回転ミラー１５の走査ではＺ２に位置している８００〜９５９、１２００〜１３６０、１６００〜２１６０番地間の測定値を求めて分割測定値メモリ７０に記憶する。３回目の回転ミラー１５走査でＺ３に位置している９６０〜１１９９番地間を測定して分割測定値メモリ７０に送って記憶するようにすれば、再走査の回数を大きく減少することが出来る。図１４の工程６５で設定する測定部位は、図１０ＡのようにＸ走査線上にある場合だけでなく斜めに設定したいときも生じる。その時は物体２を取り付け台１７上で斜めに設置し直して測定するのが最も単純に実施できる。もう１つは測定部位として設定される斜めのライン６０と接することになる各走査線をｙ０〜ｙ５中から抽出してその走査線だけを再走査し、斜めライン６０と接する交点位置を測定点としてその変位量を求めていけばよい。勿論、必要に応じてＺ方向への移動も繰り返し行ってＺ１、Ｚ２、Ｚ３位置での変位量を求めることになる。通常モードの時は測定値メモリ３５から測定部位として設定されたライン６０と対応する位置の測定値データを読み出して表示部４に送り出すことになる。
以上のようにこの精密モードでは先ず物体の全面画像を表示部４に表示して、その画像中に測定部位を設定する。そして設定された測定部位に相当する走査線上を再走査し、その再走査によって得られた画像データを分割画像データとして分割画像メモリ７０に記憶する。同時に同じ分割画像データを利用して物体表面形状を測定し、その測定値を分割測定値メモリ７０に記憶するようにした。このようにしたことによって再走査は回転ミラー１５の高速走査を維持したまま実施することが出来、しかも形状測定の結果は図１９で述べるように分割画像メモリ６９の記憶番地に基づいて分割測定値メモリ７０に記憶されるようにした。それによって分割画像メモリ６９と同じ精度の位置情報に基づく測定値を、三次元情報として表示部４に表示することが出来る。
【００３２】
図１８は、図１６の工程８０に示した表示用測定値メモリ７１の具体的な説明図で、この測定値メモリ７１に基づいて制御部２４が表示部４にグラフを表示していく。図において縦軸方向は図１７のＸ方向測定番地を、横軸方向がＺ方向の物体位置Ｚ１〜Ｚ３を表している。そして対物レンズ１６の焦点深度と対応させてあるＺ方向毎に、表面形状に応じた測定値７９が書き込まれている。図では便宜上縦軸番地の一部を省略して「８」の倍数で表現しているが、実際に表示部４に測定結果を表示するときは分割測定値メモリ７０の記憶内容を間引きして表示するのが一般的であろう。図において例えば８００番地の測定値７９ａは、「１．０」となっているが、この値が書き込まれる領域は「Ｚ２」位置であるから８００番地の最終値は「Ｚ２＋１．０」となる。このような値が表示用測定値メモリ７１に記憶され、それが表示部４にグラフとして表示される。
【００３３】
図１９は分割画像メモリ６９と分割測定値メモリ７０の説明図である。分割測定値メモリ７０に記憶される内容は、図１６の工程７７で分割画像メモリ６９に記憶される画像データの記憶番地を基準として記憶される。そして工程８０でその内容が読み出されて図１８のように表示用測定値メモリ７１に記憶される。この状態を図１９で説明すると、先ず図５などの受光部５４が再走査による機械原点を検出して図８のようなＬＤ１信号５６を発生する（図１９Ａ）。次いで図１５の受光部２３がＬＤ２ａ信号５７を発生する（図１９Ｂ）。このＬＤ２ａ信号５７は画像原点信号と、それに続く分割画像データ５８であるから、分割画像メモリ６９にはＬＤ１信号５６とＬＤ２ａ信号５７のタイミングによって管理された分割画像データ５８が記憶される（図１９Ｄ）。具体的にはＬＤ１信号５６の機械原点が検出されてからＬＤ２ａ信号５７の画像原点が立ち上がるまでの時間を、例えば２００クロックとしたとき、そこから３８０クロック経過後の５８０クロックになったとき、設定された測定開始点Ｘｓとなったとする。勿論、２００クロックという値は図１０で説明したようにジッタなどによって変動する恐れがある。しかし画像原点５７から測定開始点Ｘｓまでの３８０クロックは固定データとして扱うことが出来る。
こうして機械原点５６からのデータが分割画像メモリ６９に書き込まれていき、５８０クロックのＸｓを過ぎて２１９クロックをカウントした７９９番地までは明瞭な分割画像データとして記憶されていく。そして８００番地から９５９番地まではＺ２位置での走査となるから表面形状は不明瞭な分割画像データとして分割画像メモリ６９に記憶されていく。同じように９６０〜１１９９番地まではＺ３位置での走査となって不明瞭な分割画像データが記憶される。以下同様にして測定終了点Ｘｅまでの分割画像データが分割画像メモリ６９に記憶されていく。
この分割画像データが記憶されているとき、第２受光部３２はＬＤ２ｂ信号５９を発生して（図１９Ｃ）、図８に示したＬＤ２ｂ信号５９のように不鮮明な点線パルスとそれに続く分割測定値のデータを分割測定値メモリ７０に送り出し記憶していく。そして測定開始点Ｘｓになると、その番地はＬＤ２ｂ信号５９の立ち上がりパルスが微弱で不安定なものであったとしても、また機械原点信号５６から画像原点信号５７までの２００クロックという値がジッタによって変動するものであったとしても、分割画像データが記憶された開始点Ｘｓの番地「２００＋３８０」を基準としてその分割測定値メモリ７０の記憶番地を求めることで両者を確実に一致させることが出来る。この開始点Ｘｓの番地が得られれば、分割画像データ５８の記憶番地を基準として２１９クロック経過後の７９９番地になるまで形状測定を進めてその結果を分割測定値メモリ７０に記憶していく事が出来る。そして８００番地になると変位量演算部３４は測定不能と判定して物体２をＺ２位置に移動する。８００番地でＺ２位値を確保できたら９５９番地まで形状測定を進めてその結果を分割測定値メモリ７０に記憶していく。以後同じようにして測定終了点Ｘｅまでの分割測定値を求めて記憶していく。
このように分割測定値メモリ７０の値は分割画像メモリ６９の記憶番地を基準として記憶していくから、分割画像データと分割測定値は正確に番地を合わせたものとしてそれぞれのメモリに記憶することが出来る。こうして記憶された分割測定値メモリ７０から設定されたＸｓ〜Ｘｅまでの測定値を有効データとして読み出し、図１６の工程８０で表示用測定値メモリ７１に送り出して記憶すれば、その内容を工程８１で表示部４にグラフなどとして表示することが出来る。尚、機械原点信号５６発生時から測定開始点Ｘｓまでに記憶された分割測定値メモリ７０の各種信号やデータは全て不用データとして処理される。
【００３４】
以上精密モードについて説明してきたが、図１５に示した測定値メモリ３５はこのモードの時は不用である。従って精密モードを入力部６から指令したとき、この測定値メモリ３５を表示用測定値メモリ７１として使用するよう切り替えることもできる。同様に図１５では各種メモリ２５、６９、７０、７１、３５を別個の独立したものとして示してあるが、１つの大容量メモリを用意して、その領域を区分けして使用するようにしても良い。
【実施例２】
【００３５】
図２０は実施例２を説明するための光学系概略図で、その殆どの構成は図５などと同じになっている。青色を発光する半導体レーザ光源１０からの光束は走査投影光学系１を通ってレーザスキャン部１４内の対物レンズ１６ａを通過し、物体２ａ表面を走査する。その反射光束はレーザスキャン部１４を経て第２ビームスプリッタ１９で反射し、受光部２３から制御部２４を経て表示用画像メモリ２５に表示用画像データとして記憶される。そして形状測定時には第２ビームスプリッタ１９を通過した光束が形状測定光学系７を通って第２受光部３２に投影され、変位量演算部３４、制御部２４を経て物体表面形状測定値として測定値メモリ３５に記憶される。一方、赤色を発光する原点検出用半導体レーザ光源５０からの光束は、原点用光学系５５を通ってレーザスキャン部１４に向かい、その回転ミラー１５で反射されて原点検出用の受光部５４に達する。受光部５４はそれを原点検出信号として制御部２４に伝える。
このように図５などの実施例１と殆ど同じ構成の光学系で物体表面を走査し、その形状を測定して行くが、物体２ａの例を図２１に示す。また第１と第３のビームスプリッタ１２、５１間に設置した８４はシリンドリカルレンズで、詳しくは後に図２３を用いて説明する。
【００３６】
図２１は物体２ａを示す説明用の断面図で、プリント基板の例となっている。図において基板層８５上にはメッキ層８６があり、その上部を樹脂層８７が覆って物体２ａとなっている。このような物体２ａを図２の取り付け台１７上に設置し、光源１０を発光してレーザスキャン部１４でＸ走査すると、図２１のように光源１０からの青色光束８８は樹脂層８７の表面で反射し、内部の基板層８５面上にまで達することが出来ない。これは青色光８８と樹脂層８７の性質によるためで、そのためメッキ層８６の厚みを測定することが出来ない。
このようなことに対処するためこの実施例２では、まず図２０の入力部６から制御部２４に反転指令８９を伝える。すると制御部２４は２つの光源１０、５０の機能が反転するよう光源コントロール部３０に指令する。この指令を受けると赤色を発光する光源５０は走査投影光学系１用の光源となり、青色を発光する光源１０が原点用光学系５５の光源となる。そのため原点用光学系５５と走査投影光学系１が反転し、光源１０からの青色光束がレンズ１１、第３ビームスプリッタ５１、シリンドリカルレンズ８４、第１ビームスプリッタ１２、回転ミラー１５を経て受光部５４に向かい、原点用光学系５５を形成する。そして赤色光源５０からの光束がレンズ１１、第３ビームスプリッタ５１、シリンドリカルレンズ８４、第１ビームスプリッタ１２を経て回転ミラー１５に向かい、物体２ａを走査するための走査投影光学系１を形成する。
このように両光学系１、５５の接合点となる第３ビームスプリッタ５１から回転ミラー１５間は、共通光学系９０となって反転自在となり、原点用受光部５４は青色光源１０からの光束を受けて原点信号を発生し、画像データ用の受光部２３と測定用の第２受光部３２は赤色光源５０からの光束を受けて画像データと測定値信号を発生する。従ってレーザスキャン部１４内の対物レンズ１６ａは図５などの対物レンズ１６に比して色収差を補正したものとなっている。また前記の反転指令８９は制御部２４から変位量演算部３４に伝えられ、内部に予め設定されているフォーカスライン４２を青色光源１０用のものから赤色光源５０用のものに切り替える。そしてその切り替えた赤色用フォーカスラインによる出力を変位量演算部３４から制御部２４が受けたとき、青色光源１０の時の出力値と差が生じないよう演算して分割測定値メモリ７０に送り出す。これで測定作業を円滑に実施することが出来る。
【００３７】
上記のように２つの光学系１、５５を反転すると、図２１の物体２ａは赤色光源５０からの光束９１でその表面が走査される。すると赤色光束９１は樹脂層８７を通過して基板層８５の表面とメッキ層８６の表面を走査する。つまりこの場合、樹脂層８７の表面と基板層８５の表面とメッキ層８６の表面が、物体の表面形状として測定されることになる。そしてその反射光を受光部２３、３２に向かわせれば、反転指令８９を出す前と同じ動作を行わせることが出来る。それによってメッキ層８６の厚みが形状変位量として測定されるから、必要値を持ったメッキ層８６となっているかという事や、その品質状態などを判定することが出来る。
このように原点用光学系５５と走査投影光学系１を共通光学系９０として構成し、その光源５０、１０を発光色の異なるものとする事によって、両光学系を相互に反転した光学系として使用することが出来る。それによってこれまで困難とされていた樹脂層８７で表面が覆われた物体であっても、支障無く形状測定を実施することが出来る。そしてメッキや塗装のような皮膜層が指定値になっているかというような判定も出来るようになって、適用分野を拡げることが出来る。さらに青色光源１０、赤色光源５０の一方を、例えば赤外線を出す光源とし、受光部もそれに対応できるものとすれば、物体２として扱える範囲を更に拡大することが出来る。例えば赤外線の光束であればシリコン層を通過するので、シリコンチップ内に埋め込んだ電子部品の配線状態などを画像として表示部４に表示できるようになる。この場合、シリコンチップ自身が図２１の樹脂層２１に相当することになる。
【００３８】
図２２は前記の共通光学系９０の説明図である。図Ａにおいて１／２波長板９２は走査投影光学系用レーザ光源１０と第３ビームスプリッタ５１間に設置される。この波長板９２の設置目的について図Ｂを用いて説明する。２つの発光色の異なるレーザ光源１０、５０からの光束は第３ビームスプリッタ５１に向かう。この第３ビームスプリッタ５１を通常の偏向ビームスプリッタとすれば、走査投影光学系用光源１０からの光束はビームスプリッタ５１によって反射される光束と通過する光束に分けられる。図ではこの半導体レーザ光源１０からの光束を説明の簡明化のため点線横線入りの楕円光束９３として示したが、その光量を１００％とすると第３ビームスプリッタ５１で反射した点線横線入りの楕円光束９４は光量が９９％となる。これに対しビームスプリッタ５１を通過した点線横線入りの楕円光束９５はその光量が１％となる。
一方、原点用光学系５５の半導体レーザ光源５０からの光束もビームスプリッタ５１で反射するものと通過するものに分けられる。図では光源５０からの光束を実線の横線入り楕円光束９６として示したが、その光量を１００％とするとビームスプリッタ５１で反射した実線横線入り楕円光束９７の光量は９９％となる。そしてビームスプリッタ５１を通過した実線横線入り楕円光束９８は１％の光量となる。ビームスプリッタ５１で反射した光源１０からの点線横線入り楕円光束９４とビームスプリッタ５１を通過した光源５０からの実線横線入り楕円光束９８は使用しない不用光束であるから、その光量が９９％と１％であったとしても支障はない。しかし共通光学系９０に向かった２つの光束９５、９７の光量が１％と９９％では問題が生じる。特に図２０で説明したように両光学系１、５５を反転して使用するような場合は、受光部２３、５４に光量差が生じることになって大きな障害となる。
【００３９】
このような問題を解決するためこの実施例では１／２波長板９２をどちらか一方の光束光路中に設置する。図Ｃでは図Ａと同じように光源１０の光束側に設置したものとなっているが、光源１０からの点線横線入り楕円光束９３がこの波長板９２を通過して第３ビームスプリッタ５１に向かうと、一方は反射して点線縦線入り楕円光束９４ａとなる。この光束９４ａは波長板９２を通過したものであるから光束の偏向成分は横から縦になり、その光量は１％となる。第３ビームスプリッタ５１を通過した光束も波長板９２を通過しているので、点線縦線入り楕円光束９５ａとなってその光量は９９％となる。もう１つの光源５０からの光束は波長板９２を通過していないから変化せず、共通光学系９０に向かった光束は図Ｂの場合と同じように実線横線入り楕円光束のままで９９％の光量となっている。
これで共通光学系９０を通過する光束は共に楕円形状ではあるが、その光量は同じ９９％となる。光量が同じで有れば走査投影光学系１と原点用光学系５５を反転して使用しても、相手方光学系の機能を果たす事が出来、図２０で説明した機能を発揮することが出来る。１／２波長板９２をどちらの光源１０、５０側に設置するかということは両光学系１、５５の配置構成によって決められる。また波長板９２は共通光学系９０を用いて両光学系１、５５を反転して使用する場合にその機能を発揮するが、反転使用しないときでも設置しておけば前記した光量差を補正する働きをする。
【００４０】
次に図２３を用いて共通光学系９０中に設置されるシリンドリカルレンズ８４について説明する。図２０で説明したように走査投影光学系１の光源１０からの光束と、原点用光学系５５の光源５０からの光束は第３ビームスプリッタ５１を通過することで共通光学系９０を形成する。両光源１０、５０は半導体レーザ光源を使用するため、その光束断面は図２２に示したように楕円状となる。図２３ではビームスプリッタ５１を通過した両光源１０、５０からの光束を図２２にならって点線縦線入り楕円光束９５ａ、実線横線入り楕円光束９７として示してある。この両光束９５ａ、９７はシリンドリカルレンズ８４を通過して図２０などに示した第１ビームスプリッタ１２、レーザスキャン部１４に向かうが、その際、光束の楕円成分が補正されて真円状の光束となる。これはシリンドリカルレンズ８４を両光源１０、５０からの楕円光束９５ａ、９７に対し、その楕円成分を圧縮する方向に作用するようにして設置することで行われる。
このようなシリンドリカルレンズ８４を通過した円形状光束を図２３では９５ｂ、９７ｂとして示した。またこのシリンドリカルレンズ８４は両光学系１、５５を反転して使用するときのために色補正したものとしてあるが、円形状光束９５ｂ、９７ｂを使用出来るようにしたことで物体表面の走査や原点検出の品質を高めることが出来る。
【実施例３】
【００４１】
図２４は実施例３を説明する図である。図において実施例１で説明した原点用光学系５５、走査投影光学系１、形状測定光学系７は１つの光学系ユニット１００内に収容され、制御演算部３は光学系ユニット１００外に設置されている。この光学系ユニット１００には図示してはないが図３のステージ２６と同様なステージが取り付けられ、この図示してないステージにはＺ方向移動用のモータが取り付けられ、Ｚ方向にユニット１００全体が移動できるようになっている。実施例１、２ではレーザスキャン部１４が固定したままで物体２をＺ方向に移動するようになっているが、物体２とレーザスキャン部１４の位置関係は相対的なものであるから、この実施例３では物体２をＹ方向だけの移動としておき、光学系ユニット１００をＺ方向に移動するようにしてある。
このような光学系ユニット１００にアダプタ光学系１０１を着脱自在に取り付ける。この光学系１０１の内部にはコリメータレンズ１０２、ＣＣＤ１０３が収容され、ＣＣＤ１０３に投影される像は表示部１０４に表示される。アダプタ光学系１０１が取り付けられるユニット１００の側面には穴１０５が設けられ、走査投影光学系１による回転ミラー１５からの反射光がピンホール２２上に投影された状態をアダプタ光学系１０１に接続した表示部１０４で確認できるようになっている。もし物体２表面からの反射光が正しくピンホール２２上に投影されていたとすれば、表示部１０４上にはピントの合ったコントラストの高い点１０６が表示される。ピンホール２２上に正しく投影されていなければピンボケ状態や一部の欠けた点１０６となるからピンホール板２１の位置を調整する。従ってこのアダプタ光学系１０１を使用するときは、ピンホール２２自身とそこに投影される反射光の像を良く確認出来るようにするため、ピンホール板２１近辺に照明用の光源を設置することは有効である。
このように実施例３では、物体表面からの反射光がピンホール２２を確実に通過して第２受光部２３に到達しているという確証を表示部１０４で得ることが出来る。尚、ピンホール板２１の設置は、いずれの実施例の時もフレア光をカットするからコントラストの高い画像を得ることが出来る。また図に示した１０７はユニット１００の側面に設けた穴で、回転ミラー１５からの光束が物体面を走査し、その反射光が戻るためのものである。
【実施例４】
【００４２】
図２５は実施例４を説明する図で、透明材質の物体内部に出来た偏向異常部を表示部４に表示できるようにしたものである。図において光学系ユニット１１０には図２４の光学系ユニット１００と同様に図５などで示したような各種部材が収容されている。この部材には走査投影光学系１、原点用光学系５５、共通光学系９０、形状測定光学系７の他、制御演算部３なども含まれている。物体２ｂは透明材質で、例えばフイルムやガラス、樹脂板などであり、取り付け台１７上に設置されてＹ方向２９に移動できるようになっている。この物体２ｂの表面には図２６に例示したように傷１１１やゴミ１１２が付着しており、内部には偏向異常部１１３が存在している。この偏向異常部１１３とは物体内部に形成された歪みや押圧などによる変形の跡で、物体の表面形状には痕跡はないが内部に跡が残ってしまったようなものを指している。
このような物体２ｂを光学系ユニット１１０の走査投影光学系１で走査すると、その反射光がレーザスキャン部１４から第２ビームスプリッタ１９を経て２つの受光部２３、３２に投影される。前者の受光部２３からの画像データは制御演算部３より全体制御部１１４に伝えられ、表示部４ａの画像表示エリア４ａａに表示される。後者の受光部３２からの測定値データも制御演算部３より全体制御部１１４に伝えられ、表示部４ａの測定値表示エリア４ａｂに表示される。両エリア４ａａ、４ａｂに表示されるデータは物体２ｂの表面形状に関するものであり、傷１１１やゴミ１１２などは物体の高さ方向変位量と共に表示される。もし高さ方向変位量が図４Ｃの距離４３を超えるようなときは、光学系ユニット１１０の下面に取り付けた図３のステージ２６と同様のステージ２６ａをＺ方向２７に移動して対処する。
このように実施例４でも実施例１と同じようにＹ方向２９に移動する透明材質の物体２ｂ表面をレーザスキャン部１４を介してレーザ光源からの光束でＸ方向に走査し、その反射光を前記レーザスキャン部１４から第２ビームスプリッタ１９を経てピンホール２２に向かわせて受光部２３に投影する。そして第２ビームスプリッタ１９から第２受光部３２に投影された光束を受けて表面形状の測定値を求め、この測定値と前記受光部２３からの画像データを同じ表示部４ａに表示するようにしている。
【００４３】
一方、光学系ユニット１１０と対向する位置には透明物体２ｂを介在して受光ユニット１１５が設置される。この受光ユニット１１５には光学系ユニット１１０の回転ミラー１５と同期して回転する回転ミラー１１６、回転ミラー１１６からの光束を受光する受光部１１７が収容されている。この同期して回転する両回転ミラー１５、１１６はモータ駆動コントロール部２８ａによって管理され、モータ駆動コントロール部２８ａは全体制御部１１４からの指令を受ける。受光部１１７が回転ミラー１１６からの光束を受けると全体制御部１１４にその信号を伝え、全体制御部１１４はそれを表示部４ａの表示エリア４ａｃに送り出す。物体２ｂの取り付け台１７上受光ユニット１１５側には図２３の波長板９２と同様な１／２波長板１１８が設置される。光学系ユニット１１０の回転ミラー１５が物体２ｂ面を走査すると、透明物体表面で反射する光束と通過する光束が発生する。反射した光束は前記のように光学系ユニット１１０内の制御演算部３と全体制御部１１４を経て表示部４ａの表示エリア４ａａ、４ａｂに表示される。物体２ｂを通過した光束は波長板１１８を経て受光ユニット１１５に向かい、その側面に設けた穴１１９を通って回転ミラー１１６で反射され受光部１１７で受光される。全体制御部１１４はこれを受けて表示部４ａの表示エリア４ａｃに表示する。このように表示部４ａには同期して回転する回転ミラー１５、１１６からの反射光と通過光による像が表示される。
【００４４】
図２６は透明物体２ａを通過した光束が波長板１１８を経て表示部４ａのエリア４ａｃに表示された状態を示している。物体２ｂ表面には前記したように傷１１１やゴミ１１２が付着し、内部には点線の円形として示した歪み跡１１３が生じている。この歪み跡１１３を通過した光束は波長板１１８を通過し、そこで偏向成分が変えられて実線縦線入りの偏向異常部１１３ａとなって表示エリア４ａｃに表示される。つまり物体内部に存在している歪み跡１１３は回転ミラー１５による表面走査では反射光として捉えることが出来ず、物体を通過した光束によって捉えられた歪み跡１１３が波長板１１８によって偏向成分が変えられ、偏向異常部１１３ａとして表示される。逆に物体表面の傷１１１やゴミ１１２は波長板１１８によっても偏向異常部とはならず、そのため表示部のエリア４ａｃには表示されない。
以上のようにこの実施例４では物体中に生じた歪み跡１１３を偏向異常部１１３ａとして表示エリア４ａｃに表示し、物体表面に生じている傷１１１、ゴミ１１２、高さ方向変位量を表示エリア４ａａ、４ａｂに表示することが出来る。それらによってフイルム製品やガラス製品など、透明材質物体の内部品質確認に機能を発揮し、用途を拡大することが出来る。
【００４５】
以上、図の実施例に基づいて説明してきたが、走査投影光学系１、形状測定光学系７、原点用光学系５５は最も単純な形を例として示してあり、用途に応じて種々変換できることは明らかである。また第２受光部３２は４分割フォトダイオードだけでなく、２分割のフォトダイオードなどを選択することが出来る。この場合変位量演算部３４で行われる前記した１式の演算は分割数に応じたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の目的を説明するための光学系図。
【図２】本発明装置の概要をブロック図として示した説明図。
【図３】走査投影光学系、形状測定光学系、制御演算部を説明する略図。
【図４】形状測定光学系の受光部投影像と変位量演算部の関係を示した説明図。
【図５】走査投影光学系の一部を形成する原点用光学系の説明図。
【図６】走査投影光学系と原点用光学系の光路を説明する図。
【図７】走査投影光学系と原点用光学系の光路を説明する図。
【図８】原点信号、画像データ、測定値データの関係を説明する図。
【図９】物体のＸ方向走査とＹ方向移動についての説明図
【図１０】表示部に表示される画像の説明図。
【図１１】物体の一例を示した参考図。
【図１２】図１１の一部を拡大して示した表示画像の参考図。
【図１３】図１２をさらに拡大して示した表示画像の参考図。
【図１４】通常モード時の測定作業を説明するフロー図。
【図１５】制御演算部内の各種メモリについて説明する図。
【図１６】精密モード時の測定作業を説明するフロー図。
【図１７】分割測定値メモリに記憶される測定値をイメージとして示した説明図。
【図１８】表示用測定値メモリの説明図。
【図１９】分割画像メモリと分割測定値メモリの記憶内容について説明する図。
【図２０】実施例２を説明するための光学系概略図。
【図２１】物体の一例を示した説明用の断面図。
【図２２】共通光学系と１／２波長板の説明図。
【図２３】共通光学系中に設置するシリンドリカルレンズの説明図。
【図２４】実施例３を説明するための光学系概略図。
【図２５】実施例４の説明図。
【図２６】透明物体の通過光束と表示部の表示像を説明する図。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・走査投影光学系      ２・・・物体      ３・・・制御演算部      ４・・・表示部      ５・・・出力部      ６・・・入力部      ７・・・形状測定光学系      ９・・・光軸      １０・・・レーザ光源      １２・・・第１ビームスプリッタ      １４・・・レーザスキャン部      １５・・・回転ミラー      １６・・・対物レンズ      １７・・・取り付け台      １９・・・第２ビームスプリッタ      ２０・・・結像レンズ      ２１・・・ピンホール板      ２２・・・ピンホール      ２３・・・受光部      ２４・・・制御部      ２５・・・表示用画像メモリ      ２６・・・ステージ      ２８・・・モータ駆動コントロール部      ３０・・・光源コントロール部      ３１・・・結像レンズ      ３２・・・第２受光部      ３３・・・シリンドリカルレンズ      ３４・・・変位量演算部      ３５・・・測定値メモリ      ３６・・・測定光束      ４２・・・フォーカスライン      ４３・・・寸法      ４６・・・光量分布曲線      ５０・・・原点用光源      ５１・・・第３ビームスプリッタ      ５２・・・不用光束      ５４・・・原点用受光部      ５５・・・原点用光学系      ５６・・・ＬＤ１信号      ５７・・・ＬＤ２信号      ５８・・・画像データ      ６９・・・分割画像メモリ      ７０・・・分割測定値メモリ      ７１・・・表示用測定値メモリ      ７４・・・位置メモリ      ８４・・・シリンドリカルレンズ      ８５・・・基板層      ８６・・・メッキ層      ８７・・・樹脂層      ８８・・・青色光束      ９０・・・共通光学系      ９１・・・赤色光束      ９２・・・１／２波長板      １００・・・光学系ユニット      １０１・・・アダプタ光学系      １０４・・・表示部      １１０・・・光学系ユニット      １１３・・・偏向異常部      １１４・・・全体制御部      １１５・・・受光ユニット      １１６・・・回転ミラー      １１７・・・受光部      １１８・・・１／２波長板
【図１１】
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【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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