(57)【要約】【課題】被測定物に対する面方向の分解能や測定位置の変更を容易に行うことができる形状測定装置を提供する。【解決手段】光源１０と、光源１０からの光を２つの光束に分割して、一方の光束を被測定物Ｔに照射し、他方の光束を参照ミラー４０に照射させると共に、これらから反射された光を合波させるスプリッタ２０と、スプリッタ２０によって合波された光により得られる画像を撮像するＣＣＤ５０と、２つの傾き状態に制御される複数の微小ミラーを有するＤＭＤと、複数の微小ミラーを制御して被測定物Ｔや参照ミラー４０への照射光等を絞り込み、その状態で撮像された画像に基づき、測定点の高さを測定する制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2013104672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段と、
該発光手段からの光を２つの光束に分割して、一方の光束を被測定物に照射し、他方の光束を参照ミラーに照射させる分割手段と、
照射された前記被測定物から反射された光と、照射された前記参照ミラーから反射された光とを合波させる合波手段と、
該合波手段によって合波された光により得られる画像を撮像する撮像手段と、
２つの傾き状態に制御されることにより、入射された光の反射光の向きを２方向に切り替え可能な複数の微小ミラーを有し、かつ各微小ミラーは、一方の傾き状態の場合には前記発光手段から前記撮像手段に至る光路を形成し、他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すように構成されている光路切り替え手段と、
前記複数の微小ミラーの一部を前記一方の傾き状態となるように制御することで、前記撮像手段に至る光束を絞り込み、その状態で撮像された画像に基づき、測定点の高さを測定する制御手段を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記発光手段から前記分割手段への入射光を平行光とする第１光学手段と、
前記被測定物への入射光を集光させ、かつその反射光を平行光とする第２光学手段と、
前記撮像手段への入射光を集光させる第３光学手段と、が設けられており、
前記光路切り替え手段は平行光が通る光路上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記被測定物における面方向に対する高さ方向の変化が大きな部位ほど前記撮像手段に至る光束を絞る絞り制御モードを有することを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記被測定物における所定領域全体の干渉縞を測定する予備測定を行った後に、該測定結果に基づいて、前記所定領域内の各部位を、隣り合う干渉縞の間隔が狭いほど前記撮像手段に至る光束を絞りながら測定する予備測定後絞り制御モードを有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記撮像手段に至る光束を複数に分けて絞ることで複数個所を同時に測定する複数個所測定制御モードを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の形状測定装置。
【請求項６】
発光手段と、
該発光手段からの光を２つの光束に分割して、一方の光束を被測定物に照射し、他方の光束を参照ミラーに照射させる分割手段と、
照射された前記被測定物から反射された光と、照射された前記参照ミラーから反射された光とを合波させる合波手段と、
該合波手段によって合波された光により得られる画像を撮像する撮像手段と、
２つの傾き状態に制御されることにより、入射された光の反射光の向きを２方向に切り替え可能な複数の微小ミラーを有し、かつ各微小ミラーは、一方の傾き状態の場合には前記発光手段から前記撮像手段に至る光路を形成し、他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すように構成されている光路切り替え手段と、
を備え
る形状測定装置を用いて、
前記複数の微小ミラーの一部を前記一方の傾き状態となるように制御することで、前記撮像手段に至る光束を絞り込み、その状態で撮像された画像に基づき、測定点の高さを測定することを特徴とする形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二光束干渉計の原理を用いた形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、二光束干渉計の原理を用いた形状測定装置が知られている（特許文献１参照）。かかる装置では、撮像素子の受光面に結像した干渉縞を撮像し、得られた画像を解析して、被測定物の立体形状を算出する。
【０００３】
このような装置においては、被測定物への照射光を絞る（スポット径を小さくする）ほど、高さの測定精度が高くなる。すなわち、被測定物への照射光を絞って、被測定物に対する面方向の分解能を高めるほど、高さの測定精度が高くなる。特に、被測定物において面方向に対する高さ方向の変化が大きな部位では、照射光を十分に絞らないと測定誤差が大きくなってしまう。
【０００４】
一方、照射光を絞れば絞るほど、測定個所が増えてしまい、被測定物全体の３次元形状を測定するのに要する時間が長くなってしまう。従って、測定精度を高めつつ、測定効率を高くするためには、被測定物の形状に応じて、測定点毎に照射光の絞り（面方向の分解能）を変える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０８６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の形状測定装置においては、被測定物に対する面方向の分解能を変えるのに、手作業や機械的な動作などが必要となり、測定作業が面倒であったり、測定時間が長時間になったりしていた。
【０００７】
本発明の目的は、被測定物に対する面方向の分解能の変更を容易に行うことができる形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【０００９】
すなわち、本発明の形状測定装置は、
発光手段と、
該発光手段からの光を２つの光束に分割して、一方の光束を被測定物に照射し、他方の光束を参照ミラーに照射させる分割手段と、
照射された前記被測定物から反射された光と、照射された前記参照ミラーから反射された光とを合波させる合波手段と、
該合波手段によって合波された光により得られる画像を撮像する撮像手段と、
２つの傾き状態に制御されることにより、入射された光の反射光の向きを２方向に切り替え可能な複数の微小ミラーを有し、かつ各微小ミラーは、一方の傾き状態の場合には前記発光手段から前記撮像手段に至る光路を形成し、他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すように構成されている光路切り替え手段と、
前記複数の微小ミラーの一部を前記一方の傾き状態となるように制御することで、前記
撮像手段に至る光束を絞り込み、その状態で撮像された画像に基づき、測定点の高さを測定する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、制御手段によって、複数の微小ミラーの一部を前記一方の傾き状態となるように制御することで、被測定物や参照ミラーや撮像手段に至る光束の絞りや位置を変更することができる。これにより、被測定物に対する面方向の分解能や測定位置の変更を容易に行うことができる。
【００１１】
ここで、前記発光手段から前記分割手段への入射光を平行光とする第１光学手段と、
前記被測定物への入射光を集光させ、かつその反射光を平行光とする第２光学手段と、
前記撮像手段への入射光を集光させる第３光学手段と、が設けられており、
前記光路切り替え手段は平行光が通る光路上に設けられているとよい。
【００１２】
この構成を採用すれば、光路切り替え手段によって、集光されていない平行光中の光を複数の微小ミラーの一部で光路を切り替えて、光束の絞りを行うことができるため、光束全体に対する絞りを非常に小さくすることができ、上記分解能を極めて高くすることができる。
【００１３】
前記制御手段は、前記被測定物における面方向に対する高さ方向の変化が大きな部位ほど前記撮像手段に至る光束を絞る絞り制御モードを有するとよい。
【００１４】
これにより、測定精度を高めつつ、測定効率を高めることができる。
【００１５】
前記制御手段は、前記被測定物における所定領域全体の干渉縞を測定する予備測定を行った後に、該測定結果に基づいて、前記所定領域内の各部位を、隣り合う干渉縞の間隔が狭いほど前記撮像手段に至る光束を絞りながら測定する予備測定後絞り制御モードを有するとよい。
【００１６】
これにより、被測定物が未知の形状であっても、予備測定によって、高低差の大きな部位と小さな部位を大雑把に測定できる。そして、その後、当該測定結果に基づいて、測定位置に応じて、光束の絞りが変更されるので、測定精度を高めつつ、測定効率を高めることができる。
【００１７】
更に、前記制御手段は、前記撮像手段に至る光束を複数に分けて絞ることで複数個所を同時に測定する複数個所測定制御モードを有するとよい。
【００１８】
これにより、測定効率をより一層高めることができる。
【００１９】
また、本発明の形状測定方法は、
発光手段と、
該発光手段からの光を２つの光束に分割して、一方の光束を被測定物に照射し、他方の光束を参照ミラーに照射させる分割手段と、
照射された前記被測定物から反射された光と、照射された前記参照ミラーから反射された光とを合波させる合波手段と、
該合波手段によって合波された光により得られる画像を撮像する撮像手段と、
２つの傾き状態に制御されることにより、入射された光の反射光の向きを２方向に切り替え可能な複数の微小ミラーを有し、かつ各微小ミラーは、一方の傾き状態の場合には前記発光手段から前記撮像手段に至る光路を形成し、他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すように構成されている光路切り替え手段と、
を備える形状測定装置を用いて、
前記複数の微小ミラーの一部を前記一方の傾き状態となるように制御することで、前記撮像手段に至る光束を絞り込み、その状態で撮像された画像に基づき、測定点の高さを測定することを特徴とする。
【００２０】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、被測定物に対する面方向の分解能や測定位置の変更を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成図である。
【図２】ＣＣＤにおけるある画素の信号強度の変化を示したグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る形状測定装置の構成の一部を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る形状測定装置における光束の絞り方を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係る形状測定装置における絞り制御モードの説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る形状測定装置における予備測定後絞り制御モードの説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る形状測定装置において大きな測定対象を測定する場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２４】
（実施形態）
図１〜図７を参照して、本発明の実施形態に係る形状測定装置について説明する。なお、以下の説明において、適宜、被測定物Ｔへの照射光の光軸に直交する面内の所定方向（図１中上下方向）をＸ方向とし、同一面内のＸ方向に直交する方向（図１中、紙面に垂直な方向）をＹ方向とし、被測定物Ｔへの照射光の光軸方向（図１中左右方向）をＺ方向とする。
【００２５】
＜形状測定装置の基本的な構成＞
図１を参照して、本発明の実施形態に係る形状測定装置１００の基本的な構成を説明する。本実施形態に係る形状測定装置１００は、二光束干渉計の原理を用いた３次元形状測定装置である。この形状測定装置１００は、発光手段としての光源１０と、分割手段かつ合波手段としてのスプリッタ２０と、被測定物Ｔを設置する設置台３０と、参照ミラー４０と、撮像手段としてのＣＣＤ５０とを備えている。
【００２６】
光源１０としては、ハロゲンランプやＬＥＤなどの白色光源を採用してもよいし、レーザ光源を用いても良い。白色光源の場合には、レーザ光源に比して集光しにくいため、Ｘ，Ｙ方向の分解能が低いものの可干渉長さが短く、Ｚ方向の分解能は高くなる。これに対して、レーザ光源の場合には、白色光源に比して可干渉長さが長いため、Ｚ方向の分解能が低いものの、集光し易くＸ，Ｙ方向の分解能が高くなる。従って、性能要求に応じて、適宜、白色光源かレーザ光源を選択すればよい。
【００２７】
スプリッタ２０は、ハーフミラーなどにより構成される。そして、このスプリッタ２０は、入射された光を２つの光束に分割して、一方の光束を被測定物Ｔに照射し、他方の光束を参照ミラー４０に照射させる分割手段としての機能を備えている。また、スプリッタ２０は、照射された被測定物Ｔから反射された光と、照射された参照ミラー４０から反射された光とを合波させる合波手段としての機能を備えている。このスプリッタ２０によって合波された光は、ＣＣＤ５０に導かれ、被測定物Ｔからの光と参照ミラー４０からの光とが合波し干渉した光の強度が検出される。
【００２８】
設置台３０では、その設置面に被測定物Ｔが固定される。また、この設置台３０は、Ｘ方向に伸びる第１軸３１，Ｙ方向に伸びる第２軸３２及びＺ方向に伸びる第３軸３３に沿って移動可能に構成されている。すなわち、設置台３０は、面方向（光軸に垂直な方向）と高さ方向（光軸方向）に３次元的に移動可能に構成されている。また、参照ミラー４０は、伸縮機構４１によって、光軸方向に移動可能に構成されている。なお、後述のように、被測定物Ｔの高さ（Ｚ方向の高さ）を測定するためには、スプリッタ２０により分割後、合波されるまでの被測定物Ｔ側の光路長と参照ミラー４０側の光路長とを相対的に変化させることができればよい。すなわち、被測定物Ｔ又は参照ミラー４０を光軸に沿って移動させることができればよい。従って、参照ミラー４０のみ光軸方向に移動可能に構成して、設置台３０については光軸方向（Ｚ方向）には移動できない構成を採用してもよいし、設置台３０について上記の通り３次元的に移動可能に構成し、参照ミラー４０は固定させてしまってもよい。ただし、測定精度を高めるためには、被測定物Ｔを固定させたまま、参照ミラー４０のみを移動させたほうがよい。
【００２９】
＜形状測定方法＞
以上のように構成された形状測定装置１００による形状測定方法について、図１及び図２を参照して説明する。光源１０からの光は、第１光学手段としての第１レンズ（コリメータレンズ）６１によって平行光とされた状態でスプリッタ２０に入射する。そして、スプリッタ２０によって分割された一方の光束は被測定物Ｔに向かい、他方の光束は参照ミラー４０に向かう。一方の光束は、第２光学手段としての第２レンズ６２によって集光された状態で被測定物Ｔに照射され、その反射光が第２レンズ６２によって、再び平行光となった状態でスプリッタ２０に入射する。他方の光束は、参照ミラー４０によって反射されて、スプリッタ２０に入射する。このように、被測定物Ｔからの反射光と参照ミラー４０からの反射光がスプリッタ２０で合波され、第３光学手段としての第３レンズ（集光レンズ）６３により集光されてＣＣＤ５０に導かれ、被測定物Ｔからの光と参照ミラー４０からの光とが合波し干渉した光の強度が検出される。
【００３０】
次に、被測定物Ｔの高さの求め方を説明する。スプリッタ２０から被測定物Ｔに照射され、その反射光がスプリッタ２０に至るまでの光路長と、スプリッタ２０から参照ミラー４０に照射され、その反射光がスプリッタ２０に至るまでの光路長とを相対的に変化させた場合、スプリッタ２０によって合波された光の強度は変化する。そして、これらの光路長が等しいときに、光の強度が最大となる。従って、光の強度が最大となったときの被測定物Ｔの位置（設置台３０の位置）及び参照ミラー４０の位置（光軸方向の位置）から、被測定物Ｔの高さ（Ｚ方向の高さ）を求めることができる。なお、被測定物Ｔのみを光軸方向に移動させる場合には、被測定物Ｔの位置（設置台３０の位置）のみで被測定物Ｔの高さを求めることができ、参照ミラー４０のみを光軸方向に移動させる場合には、参照ミラー４０の位置のみで被測定物Ｔの高さを求めることができる。
【００３１】
ところで、本実施例においては、後述する光路切り替え手段によって光源１０からＣＣＤ５０に至る間で光束の一部についての光路を切り替えることによって、ＣＣＤ５０に至る光束を絞り込んでいる。また、この光路切り替え手段によって切り替え対象とする光束の一部を他部に変えることで絞りの位置を変え、被測定物Ｔにおける測定点を変えること
ができる。ここで、測定点とは、面方向（光軸に垂直な方向）における測定位置をいう。この測定点を移動させながら、順次、被測定物Ｔにおける測定点での高さを求めていくことで、被測定物Ｔにおける面方向の全領域の高さを測定し、３次元形状を測定することができる。具体的には、上記の通り、面方向に測定点を移動させながらＣＣＤ５０によって、上述した合波し干渉した光の強度を検出する。そして、画像処理手段５５は、被測定物Ｔの各測定点におけるＣＣＤ５０により得られた画像を解析し、被測定物Ｔの立体形状を算出する。また、算出された測定結果は、制御手段としてのコンピュータ７５によって、形状データや寸法データとして出力される。
【００３２】
ここで、本実施形態においては、面方向（Ｘ，Ｙ方向）への測定点の移動は、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤ７０と称する）をコンピュータ７５によって制御することにより行う。この詳細については、後述する。そして、上記の通り、被測定物Ｔ側の光路長と参照ミラー４０側の光路長とを相対的に変化させることによって、被測定物Ｔの測定点における高さ（Ｚ方向の高さ）を測定する。図２は参照ミラー４０を静止させたまま、設置台３０をＺ方向に移動させた場合におけるＣＣＤ５０におけるある画素の信号強度の変化を示したグラフである。このグラフにおいては、距離Ｚのときに、信号強度が最も高くなり、当該位置において干渉縞が現われている。これにより、この画素に対応する被測定物Ｔの測定点の表面の高さがＺであることが分かる。
【００３３】
そして、各測定点について被測定物Ｔの表面の高さを順次求めることによって、被測定物Ｔの形状を測定することができる。すなわち、コンピュータ７５内の不図示の記憶媒体に測定用のフローを実行するプログラムを記憶させておくことで、被測定物Ｔの形状を測定することが可能となる。以下、測定フローの一例を説明する。ここでは、参照ミラー４０を静止させたまま設置台３０をＺ方向に移動させることによって、被測定物Ｔ側の光路長と参照ミラー４０側の光路長とを相対的に変化させる場合を示す。
【００３４】
まず、設置台３０を初期位置にセットする。そして、設置台３０を一定間隔でＺ方向にステップ送りさせながら、ステップ毎に所望の測定点の画像を取り込み、当該測定点に対応する画素のデータを画像処理手段５５に設けられた不図示のメモリに蓄える。この画像の取り込み動作を、各測定点について行う。その後、画像処理手段５５は、メモリに蓄えられた画像のデータから、各測定点における被測定物Ｔの表面の高さをそれぞれ算出する。このようにして、被測定物Ｔの形状を測定することができる。例えば、横軸を画素、縦軸を高さとするグラフによって、被測定物Ｔのある断面の形状をグラフ化することができる。
【００３５】
＜本実施形態に係る形状測定装置の特徴的な構成＞
特に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る形状測定装置１００における特徴的な構成である、デジタルマイクロミラーデバイスを配置した点について説明する。
【００３６】
本実施形態に係る形状測定装置１００においては、光源１０からスプリッタ２０に至るまでの第１光路Ｒ１、スプリッタ２０から被測定物Ｔに至る第２光路Ｒ２、スプリッタ２０から参照ミラー４０に至る第３光路Ｒ３、またはスプリッタ２０からＣＣＤ５０に至る第４光路Ｒ４上の少なくとも１つの途中に、光路切り替え手段としてのＤＭＤ７０を配置している。または、参照ミラー４０を、ＤＭＤ７０で構成することもできる。
【００３７】
ＤＭＤ７０自体の構成については、公知技術であるので、概略構成のみを簡単に説明する。ＤＭＤ７０は、制御手段としてのコンピュータ７５からのオンオフ制御によって、２つの傾き状態に制御される多数の微小ミラー７１を備えている。これらの微小ミラー７１のそれぞれをオンオフ制御することによって、個々の微小ミラー７１に入射される光を、それぞれ２方向に反射させることができる。これにより、それぞれの微小ミラー７１毎に
、光路を切り替えることができる。
【００３８】
図３はＤＭＤ７０を、第１光路Ｒ１のうち、第１レンズ６１よりも光の進行方向の下流側に配置する場合を示している。ＤＭＤ７０を、当該位置に配置する場合には、光源１０からの光軸と、スプリッタ２０に向かう光軸とが、例えば、９０°で交わるように、光源１０と第１レンズ６１とスプリッタ２０とをそれぞれ配置する。そして、ＤＭＤ７０に設けられた微小ミラー７１を、例えばオンにしたときには、光源１０からの光が微小ミラー７１で反射されることで９０°向きを変えて、スプリッタ２０に向かう光路Ｌ１を形成するようにする。一方、微小ミラー７１をオフにしたときには、微小ミラー７１からの反射光が、スプリッタ２０に向かわないようにする。図３中、点線で示す微小ミラー７１、及び点線で示す光路Ｌ２は微小ミラー７１をオフにした場合を示している。
【００３９】
このように、ＤＭＤ７０における各々の微小ミラー７１は、一方の傾き状態の場合には光源１０からスプリッタ２０（最終的にはＣＣＤ５０）に至る光路Ｌ１を形成し、他方の傾き状態の場合には反射光を光路Ｌ１から外すように構成される。
【００４０】
図３においては、ＤＭＤ７０を第１光路Ｒ１に配置する場合を示したが、ＤＭＤ７０は、第２光路Ｒ２，第３光路Ｒ３、または第４光路Ｒ４のいずれの位置に配置してもよい。これらの光路上に配置する場合には、第１光路Ｒ１に配置する場合と同様に、ＤＭＤ７０（微小ミラー７１）に対して両側の光軸が交差する（例えば、９０°で交わる）ように、各部材を配置する必要がある。これに対して、参照ミラー４０をＤＭＤ７０で構成する場合には、例えば、微小ミラー７１が一方の傾き状態の場合には、入射光をそのまま１８０°反射させてスプリッタ２０に向かうようにし、他方の傾き状態の場合にはスプリッタ２０に向かわないようにすればよいので、図１に示す配置構成を採用できる。
【００４１】
ここで、ＤＭＤ７０を第１光路Ｒ１に配置する場合には、微小ミラー７１毎に、微小ミラー７１が一方の傾き状態の場合には光源１０からスプリッタ２０に光を入射させる光路を形成し、他方の傾き状態には反射光を当該光路から外す（つまりスプリッタ２０に入射させない）ようにすることが可能である。すなわち、微小ミラー７１毎に、被測定物Ｔ及び参照ミラー４０への光の入射の有無を選択することが可能である。また、ＤＭＤ７０を第２光路Ｒ２に配置する場合には、微小ミラー７１毎に、微小ミラー７１が一方の傾き状態の場合にはスプリッタ２０から被測定物Ｔに光を入射させる光路を形成し、かつ他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すようにすることが可能である。すなわち、微小ミラー７１毎に、被測定物Ｔへの光の入射の有無を選択することが可能である。また、ＤＭＤ７０を第３光路Ｒ３に配置する場合には、微小ミラー７１毎に、微小ミラー７１が一方の傾き状態の場合にはスプリッタ２０から参照ミラー４０に光を入射させる光路を形成し、かつ他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すようにすることが可能である。すなわち、微小ミラー７１毎に、参照ミラー４０への光の入射の有無を選択することが可能である。また、参照ミラー４０をＤＭＤ７０で構成する場合には、微小ミラー７１毎に、微小ミラー７１が一方の傾き状態の場合には反射光がスプリッタ２０に至る光路を形成し、かつ他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すようにすることが可能である。すなわち、微小ミラー７１毎に、スプリッタ２０への反射光の有無を選択することが可能である。更に、ＤＭＤ７０を第４光路Ｒ４に配置する場合には、微小ミラー７１毎に、微小ミラー７１が一方の傾き状態の場合にはスプリッタ２０からＣＣＤ５０に至る光路を形成し、かつ他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すようにすることが可能である。すなわち、微小ミラー７１毎に、ＣＣＤ５０への光の入射の有無を選択することが可能である。以上のように、ＤＭＤ７０をいずれかの光路上に配置することによって、各微小ミラー７１が一方の傾き状態の場合には光源１０からＣＣＤ５０に至る光路を形成し、他方の傾き状態の場合には反射光を当該光路から外すようにすることが可能となる。
【００４２】
本実施形態に係る形状測定装置１００によれば、光路上にＤＭＤ７０を配置する構成を採用し、各微小ミラー７１をオンオフ制御することによって、光束の絞りや位置を変更することが可能となる。なお、第１光路Ｒ１にＤＭＤ７０が配置された場合には被測定物Ｔ及び参照ミラー４０への照射光が絞られ、第２光路Ｒ２にＤＭＤ７０が配置された場合には被測定物Ｔへの照射光が絞られ、第３光路Ｒ３にＤＭＤ７０が配置された場合には参照ミラー４０への照射光が絞られ、参照ミラー４０がＤＭＤ７０で構成される場合には参照ミラー４０からの反射光が絞られ、第４光路Ｒ４にＤＭＤ７０が配置された場合にはＣＣＤ５０への入射光が絞られることによって、それぞれ合波される光の光束が絞られる。図４は合波される光を絞った場合の一例を示したものである。
【００４３】
図４（ａ）は、ＤＭＤ７０において、複数配列された微小ミラー７１を模式的に示したものである。図中、Ｓで囲った範囲に微小ミラー７１が配列されており、光はこの範囲Ｓに照射されるように構成されている。図中、白抜きの微小ミラー７１ａはオン状態（一方の傾き状態）のものを示し、斜線の入った微小ミラー７１ｂはオフ状態（他方の傾き状態）のものを示している。この図示の例においては、範囲Ｓ１内の隣り合う１６か所（４×４か所）の微小ミラー７１ａ（ミラー群）をオンにした場合を示している。
【００４４】
上記の通り、オンにした微小ミラー７１ａに入射される光のみがＣＣＤ５０まで導かれるため、ＤＭＤ７０に入射された光のうち、範囲Ｓ１に絞られた光束のみが、ＣＣＤ５０まで導かれる。
【００４５】
図４（ｂ）は、ＣＣＤ５０に導かれる光束を模式的に示したものである。図４（ｂ）において、ＳＸで囲った範囲は、ＤＭＤ７０における全ての微小ミラー７１がオンの状態で、ＤＭＤ７０に入射された光のうち、全ての光束が導かれた場合の光束の範囲を示している。また、図中白抜きの枠は、合波された光が導かれている光電変換素子５１ａを示し、斜線の入った枠は、合波された光が導かれていない光電変換素子５１ｂを示している。図４（ｂ）中、範囲ＳＸ１は、上記の範囲Ｓ１に絞られた光束が入射する範囲である。そして、ＣＣＤ５０に導かれた範囲ＳＸ１内の光電変換素子５１ａから送られる各データに基づいて、所望の測定点の高さが求められる。そして、オンにする微小ミラー７１を、例えば、図４に示す矢印方向にずらしていくことで、測定点の位置をずらしていくことができる。なお、この図４に示す例においては、ＤＭＤ７０における微小ミラー７１と、ＣＣＤ５０における画素とを、１対１で対応するようにしているが、必ずしも、１対１にする必要はない。
【００４６】
形状測定装置１００においては、上記の通り、ＣＣＤ５０に導かれる合波された光の強度から被測定物Ｔの高さ（測定点の高さ）を求めることになるが、合波された光の強度は光束全体の平均値で求めるため、光束の面積が小さいほど（つまり、光束を絞るほど）、測定精度が高くなる。従って、ｎ×ｎか所の隣り合うｎ２の微小ミラー７１をオンにする場合において、ｎを小さくするほど測定精度を高くすることができる。
【００４７】
＜形状測定制御＞
特に、図５〜図７を参照して、本発明の実施形態に係る形状測定装置１００による形状測定制御について説明する。
【００４８】
＜＜絞り制御モード＞＞
上記の通り、合波された光の強度は光束全体の平均値で求めるため、扁平な部位（面方向に対する高さ方向の変化が小さな部位）の高さを求める場合には、光束の面積は広くても良い。一方、急こう配な部位（面方向に対する高さ方向の変化が大きな部位）の高さを求める場合には、光束の面積を狭くしないと測定精度が低くなってしまう。この点につい
て、図５を参照して、より詳しく説明する。図５は被測定物Ｔが凸レンズＴ１の場合を示している。凸レンズＴ１の場合、その中心付近は扁平であるのに対して、端の付近は急こう配となる形状をしている。
【００４９】
図５において、図中、Ｓ３，Ｓ４はＣＣＤ５０に導かれる合波された光に対応する範囲を示している。凸レンズＴ１の中央の扁平な付近においては、比較的大きな範囲Ｓ３の光束に基づいて高さを測定しても、範囲Ｓ３内における凸レンズＴ１の表面の高さの変化が少ないため、高精度に高さを測定できる。これは、合波された光の強度のバラツキが範囲Ｓ３内において少ないからである。これに対して、仮に、同じ範囲Ｓ３で凸レンズＴ１の端の付近を測定した場合、図５（ａ）中、左側に示すように、範囲Ｓ３内における凸レンズＴ１の表面の高低差ｄＨが大きいため、高さの測定精度が低くなってしまう。これは、合波された光の強度のバラツキが範囲Ｓ３内において大きくなってしまうからである。従って、図５（ａ）（ｂ）に示すように、凸レンズＴ１の端の付近を測定する場合には、比較的小さな範囲Ｓ４の光束に基づいて高さを測定するのが望ましい。
【００５０】
しかしながら、高さを測定する部位の光束を小さくすればするほど、測定精度は高くなるものの、測定箇所が増えてしまい、測定効率が低下してしまう。そこで、被測定物Ｔにおける面方向に対する高さ方向の変化が大きな部位ほどＣＣＤ５０に至る合波された光の光束を絞るようにすることで、測定精度を高めつつ、測定効率を高めることができる。
【００５１】
本実施形態に係るコンピュータ７５においては、そのような制御モード（絞り制御モード）を備えている。この制御モードは、被測定物Ｔのおおよその形状が予め分かっている場合には、当該制御モードのみによる測定が可能である。例えば、上記のような凸レンズＴ１を量産する場合において、製造された凸レンズＴ１の形状を検査する場合などに効果的に用いることができる。
【００５２】
このような場合には、凸レンズＴ１の面方向（Ｘ方向，Ｙ方向）を順次走査しながら高さを測定する際に、凸レンズＴ１の端の付近ほど、小さな範囲の光束に基づき高さを測定し、中央付近ほど大きな範囲の光束に基づき高さを測定する制御を行うことができる。なお、凸レンズＴ１の全体を測定する必要がなく、予め定められた複数の箇所を測定すれば良いような場合には、各箇所について予め定められた範囲の光束に基づいて測定を行えばよい。
【００５３】
ここで、ＤＭＤ７０における全ての微小ミラー７１がオンの場合の合波された光の光束の範囲内に被測定物Ｔが納まる場合には、設置台３０をＸ，Ｙ方向に移動させることなく、微小ミラー７１のオンオフ制御だけで、被測定物Ｔ全体の形状を測定することができる。
【００５４】
＜＜複数個所測定制御モード＞＞
上記のように、被測定物Ｔのおおよその形状が予め分かっている場合には、複数個所を同時に測定することにより、測定効率をより高めることができる。すなわち、例えば、図５（ｂ）に示すように、範囲Ｓ４だけでなく、範囲Ｓ４１，Ｓ４２，Ｓ４３を同時に測定することで、測定効率を高めることができる。勿論、範囲Ｓ３も同時に測定してもよい。なお、凸レンズＴ１の全体を測定する必要がなく、予め定められた複数の箇所を測定すれば良いような場合には、一度に必要な個所の全てを測定することも可能である。
【００５５】
＜＜予備測定後絞り制御モード＞＞
上記のように、被測定物Ｔのおおよその形状が予め分かっている場合には、測定する部位の形状に応じた光束の範囲を個々に予め定めることができる。しかし、被測定物Ｔの形状が未知の場合には、測定する部位の形状に応じて、光束の範囲を個々に予め定めること
ができない。ここでは、そのような場合において、予備測定を行うことで、被測定物Ｔのおおよその形状を測定した後に、上述した「絞り制御」や「複数個所測定制御」を行う場合について、特に図６を参照して説明する。なお、図６は測定対象の一例を示しており、同図（ａ）は側面図を示し、同図（ｂ）は平面図を示したものである。
【００５６】
この図６に示す被測定物Ｔ２は、全ての微小ミラー７１をオンにした場合に、被測定物Ｔ２の全体を同時に観測できる程度の大きさのものである。また、この被測定物Ｔ２は、上方から見た形状が楕円形で、かつ、図中右側に偏った位置に最高点を有する山形状の物体である。
【００５７】
ＤＭＤ７０における全ての微小ミラー７１をオンにした状態で被測定物Ｔ２を観測する。すると、図６（ｂ）に示すように、干渉縞Ｕを観測することができる。この干渉縞Ｕは、合波された光における光の強度が大きな位置に現われるもので、等高線に沿うような縞模様となる。なお、上記の通り、スプリッタ２０と被測定物Ｔ２との間の往復の光路長と、スプリッタ２０と参照ミラー４０との間の往復の光路長とが等しいときに合波された光の強度が大きくなるが、これらの光路長の差が、光の波長の整数倍ずれた位置においても光の強度が大きくなり干渉縞Ｕが形成される。ただし、光路長の差が大きくなると、光の波長の整数倍ずれた位置でも干渉縞Ｕは形成され難い。このような場合には、被測定物Ｔ２または参照ミラー４０のうちの少なくともいずれか一方を光軸方向に移動させることによって、被測定物Ｔ２全体に亘って、少なくともある時点においては干渉縞Ｕが観測されるようにするとよい。従って、図６（ｂ）においては、６本の干渉縞Ｕを示しているが、これらは同時に現われる干渉縞Ｕである必要はない。例えば、これらの干渉縞Ｕは、被測定物Ｔ２または参照ミラー４０のうちの少なくともいずれか一方を一定の速度で移動させた際において、あるタイミング毎に現われた干渉縞Ｕであってもよい。
【００５８】
いずれにしても、図６（ｂ）に示す干渉縞Ｕにおいて、干渉縞Ｕ同士の間隔が広い箇所（例えば図中Ｖ１）では、被測定物Ｔ２における面方向に対する高さ方向の変化が小さく、間隔が狭い箇所（例えば図中Ｖ２）では、被測定物Ｔ２における面方向に対する高さ方向の変化が大きい。従って、前者の場合には、ＣＣＤ５０に至る合波された光の光束の範囲は広くても良く、後者の場合には、その範囲を狭くする必要がある。
【００５９】
以上のように、被測定物Ｔ２に形成される干渉縞を観測（測定）することで、干渉縞同士の間隔から被測定物Ｔ２のおおよその形状を認識することができる。従って、このような予備測定を行った後に、上述した「絞り制御」や「複数個所測定制御」を行うことによって、測定精度を高めつつ、測定効率を高めることができる。なお、被測定物Ｔ２全体を順次走査しながら各々の測定点の高さを順次測定する場合には、測定点の位置を変更する度に、上記予備測定結果に基づいて、測定点の面積（つまりオンにする隣り合う微小ミラー７１の数）を変更させるように制御すればよい。
【００６０】
なお、上記においては、説明の便宜上、縞模様を実際に観測する必要があるかのごとく説明したが、実際の装置においては、コンピュータ７５によって、縞模様が形成される箇所を認識できればよく、画像として縞模様を観測する必要はない。
【００６１】
＜＜設置台移動制御モード＞＞
被測定物Ｔが、全ての微小ミラー７１をオンにした場合に、被測定物Ｔの全体を同時に観測できる程度の大きさの場合には、上記の「絞り制御」、「複数個所測定制御」及び「予備測定後絞り制御」は、いずれも微小ミラー７１のオンオフ制御だけで実行することができる。しかしながら、被測定物Ｔが上記の場合よりも大きな場合には、設置台３０を面方向に移動させることによって、被測定物Ｔを面方向に移動させる必要がある。そのような場合について、図７を参照して説明する。
【００６２】
被測定物Ｔ３は、全ての微小ミラー７１をオンにしても、観測できない箇所ができてしまうような大きな物体である。このように大きな被測定物Ｔ３を測定する場合には、図示のように、範囲Ｗ１（実線の囲み）分だけ測定した後に、設置台３０の移動により被測定物Ｔ３を移動させて範囲Ｗ２（一点鎖線の囲み）分を測定し、その後範囲Ｗ３（点線の囲み）分を測定するというように測定範囲を順次移動させる必要がある。なお、図中、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、いずれも全ての微小ミラー７１をオンにした場合におけるＣＣＤ５０に導かれる合波された光の光束の範囲を示している。
【００６３】
ここで、測定範囲を移動させる場合には、図示のように、既に測定した範囲と次に測定する範囲の一部が重なるようにすることで、より高精度に測定することができる。
【００６４】
以上のように、本実施形態においては、コンピュータ７５は複数の制御モードを有している。そして、被測定物Ｔが既知の形状の場合には、「絞り制御モード」、「複数個所測定制御モード」及び「設置台移動制御モード」を適宜組み合わせた制御を行わせればよい。また、被測定物Ｔが未知の形状の場合には、「予備測定後絞り制御モード」の他、被測定物Ｔが大きな場合には、「設置台移動制御モード」を組み合わせればよい。
【００６５】
＜本実施形態に係る形状測定装置の優れた点＞
本実施形態に係る形状測定装置１００によれば、コンピュータ７５によって、ＤＭＤ７０における複数の微小ミラー７１のうちの一部の傾きを制御することで、ＣＣＤ５０に至る合波される光の光束の絞りや位置を変更することができる。これにより、被測定物に対する面方向の分解能や測定位置の変更を容易に行うことができる。なお、ＤＭＤ７０における複数の微小ミラー７１の傾きを変更する制御は、μｓｅｃオーダーで変更可能なため、測定時間を非常に短くすることができる。
【００６６】
また、複数の微小ミラー７１の傾きを制御するだけで、光束を絞ることができ、上記分解能を容易に高めることができる。すなわち、従来、対物レンズ等によってのみ光束を絞ることができたのに対して、本実施形態の場合には、上記図４を参照して説明したように、所定の範囲内の微小ミラー７１のみをオンにすることにより、ＣＣＤ５０まで導かれる合波される光の光束を絞ることができる。そして、オンにする微小ミラー７１の数を少なくするほど、当該光束を絞ることが可能となる。ここで、光束を絞ることによって分解能を高めることができる理由について簡単に説明する。例えば、参照ミラー４０をＤＭＤ７０で構成した場合、上記の通り、参照ミラー４０からの反射光に絞りを入れることが可能となる。この場合、被測定物Ｔからの反射光のうち干渉に寄与するのは参照ミラー４０によって絞られた光束と重なる領域の光のみである。このため、上記の絞りがない場合に比べて、被測定物Ｔからの反射光の広がりを抑制することができる。これにより、ＣＣＤ５０により得られる画像のノイズを減らすことができ、その結果、当該画像の解像度を高めることができる。なお、第１光路Ｒ１〜第４光路Ｒ４のいずれかにＤＭＤ７０を配置した場合でも、同様の作用効果を得ることができる。以上のことから、ＤＭＤ７０によって光束を絞ることにより、干渉が生じる範囲が狭くなる一方で、ＣＣＤ５０により得られる画像の解像度を高めることが可能となる。
【００６７】
ここで、ＤＭＤ７０は、上記の通り、様々な位置に配置可能であるが、例えば、上記図３に示すように、平行光となる光路上に配置することで、集光部等に配置する場合に比して、合波される光の光束を、より絞ることが可能となる。つまり、一定の領域内に配置できる微小ミラー７１の個数は制限されるので、平行光となる光路上に微小ミラー７１を配置した方が、集光されるような光路上に配置するよりも、より多くの微小ミラー７１を配置できる。従って、ＣＣＤ５０に導き得る合波される光の光全体のうち、微小ミラー７１によって選択可能な光路数をより多くすることができ、ＣＣＤ５０まで導かれる合波され
る光の光束を、より絞ることが可能となる。つまり、Ｘ，Ｙ方向の分解能をより高めることができる。
【００６８】
また、本実施形態においては、上記の通り各種の制御モードを有しており、被測定物Ｔが既知の場合、未知の場合、大きな物体の場合、それぞれに対応して、最適な制御を行わせることで、測定精度を高めつつ、測定効率を高めることができる。
【００６９】
＜その他＞
本実施形態においても、対物レンズ（第２レンズ６２）を交換可能に構成することで、対物レンズの倍率を変更させて、測定エリアを変更できるようにしてもよい。また、本実施形態において、被測定物Ｔが透明の場合には、被測定物Ｔの裏面側についても合波される光の強度を測定可能であるので、被測定物Ｔの厚みを測定することもできる。なお、上記実施形態では、分割手段の機能と合波手段の機能とを兼ね備えているスプリッタ２０を用いる場合を示したが、分割手段と合波手段をそれぞれ設ける構成を採用してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０・・・光源，２０・・・スプリッタ，４０・・・参照ミラー，５０・・・ＣＣＤ，７０・・・ＤＭＤ，７１・・・微小ミラー，７５・・・コンピュータ，１００・・・形状測定装置，Ｔ・・・測定対象
【図１】
2013104672.tif 000003
【図２】
2013104672.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013104672.tif 000008
【図７】
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