JP2007155472A - 形状測定装置，形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形状測定対象の試料の大きさにかかわらず，高い分解能での形状測定を行うことが可能な形状測定装置，及び形状測定方法を提供すること
【解決手段】所定の基準平面Ｃに沿って試料１１に対向配置された第１の集光レンズ１３，前記基準平面からの距離が各々異なる複数の出射位置から複数の測定光を前記第１の集光レンズ１３に向けて出射するＬＥＤアレイ１２，前記試料１１により反射された反射光を集光する第２の集光レンズ１３，前記第２の集光レンズ１３に集光される前記反射光の強度を検出する受光素子アレイ９の相互の位置関係を保持して光学系βとして形成し，前記光学系βと前記試料１１との前記基準平面Ｃに略平行な方向（走査方向）に相対位置を変位させる。
【選択図】図３

Description

本発明は，共焦点法を用いて被測定物の試料に照射された反射光を線状の受光部で検出することにより，前記試料の形状を測定する形状測定装置，及び形状測定方法に関するものである。

試料の形状を測定する方法として，例えば特許文献１に記載のような共焦点法が知られている。共焦点法とは，測定光が通過するレンズによる焦点付近に試料を設置し，試料の表面と前記焦点の位置とが一致した場合に，前記試料の表面で反射される反射光の強度が大きくなることを利用した形状測定の方法である。
共焦点法を用いて前記試料の２次元的形状を測定するための構成として，例えば非特許文献１に記載の構成が知られている。図３は，非特許文献１に記載の，共焦点法が用いられた形状測定装置の概略構成図である。以下，図３を参照しつつ，従来例における形状測定装置の概略構成について説明する。

図３に示されるように，従来例における形状測定装置Ｂは，光源１，レンズ２，ビームスプリッタ３，ピンホールアレイ４，レンズ５，走査ミラー６，結像レンズ７，集光レンズ８，受光素子アレイ９等を有して概略構成される。
Ｘｅランプ等からなる前記光源１より形状測定用の光（以下，測定光Ｍという）が出力される。前記測定光Ｍは前記レンズ２により偏向されつつ，前記ビームスプリッタ３を通過して前記ピンホールアレイ４に入射する。
前記ピンホールアレイ４は等間隔でピンホールが形成された板状部材である。前記測定光Ｍは，前記ピンホールアレイ４における前記ピンホールを通過する際に光線列化（以下，前記ピンホールを通過した前記測定光Ｍを測定光線ＭＬという）される（尚，前記測定光線ＭＬは図３には１つしか描かれていないが，実際には各ピンホールから照射される）。前記ピンホール各々で光線列化された前記測定光線ＭＬ各々は回折により径を拡大しつつ前記レンズ５に入射して偏向される。更に前記測定光線ＭＬは，所定の角度で往復回動される前記走査ミラー６により走査光に変換され，前記形状測定装置Ｂ内において予め定められた平面である基準平面Ｃに沿って配置された前記結像レンズ７に入射される。
前記測定光線ＭＬ各々は，前記ピンホール各々と前記基準変面Ｃとの光学距離，及び前記測定光線ＭＬの波長により定められる焦点位置において，前記結像レンズ７により結像される。前記ピンホールアレイ４は前記測定光線ＭＬ各々の光路において前記基準平面Ｃから傾けられて配置されており，従って前記ピンホール各々から前記基準平面Ｃへの光学距離は異なっている。これにより，前記検出光線ＤＬ各々の焦点位置（ピンホールの像Ｉが形成される位置）も，前記基準平面Ｃに対して傾いた線状に形成される。
以下，前記基準平面Ｃに直交する方向を深さ方向という。また，前記深さ方向における前記基準平面との距離を深さと表現する。更に，前記深さ方向に直交する方向を走査方向という。上述のように，前記測定光線ＭＬ各々では前記焦点位置の深さが異なっている。これにより，前記測定光線ＭＬと深さとは一対一に対応し，前記走査ミラー６の往復回動に伴って前記測定光線ＭＬ各々の焦点位置（ピンホールの像Ｉ）はそれに対応する深さにおいて前記走査方向に走査する。

一方，前記測定光線ＭＬ各々の焦点位置付近には試料設置台１０が設けられており，前記試料設置台１０上には形状測定対象の試料１１（被測定物）が設置されている。前記試料１１により前記測定光線ＭＬ各々は反射され，前記測定光線ＭＬの入射時の光路を逆行する。以下，前記試料１１により反射された光を反射光という。また，前記反射光各々は前記ピンホールアレイ４設けられた前記ピンホールを通過する。更に，前記反射光各々は前記ビームスプリッタ３により反射され，前記集光レンズ８により集光される。
前記受光素子アレイ９は複数の受光素子（ＣＣＤ）からなるものである。前記受光素子各々は，前記集光レンズ８を通過した前記反射光各々の（即ち，複数の）焦点位置に設けられたものであり，前記測定光線ＭＬ及び前記深さと一対一の対応関係を有する。
記受光素子アレイ９は，自身に入射された前記反射光をその強度に応じた信号レベルの電気信号に変換し，これにより前記反射光の強度を検出する機能を有している。

図４は，前記形状測定装置Ｂで用いられている，共焦点法による形状測定の方法を説明するための概念図である。以下，図４を参照しつつ，共焦点法による形状測定の方法について説明する。
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は前記走査ミラー６により前記測定光線ＭＬの焦点位置（前記ピンホールの像Ｉ）が前記基準平面Ｃに沿って前記走査方向に走査される様子を表している。以下，前記ピンホール各々の像Ｉのうちの特定の像Ｉ１に着目する。
図４（ａ）の時点では，前記試料１１の表面における特定箇所αは前記像Ｉのいずれとも一致していない。図４（ｂ）の時点では，前記像Ｉのうちの特定の像Ｉ１と前記特定箇所αとが一致している。図４（ｃ）の時点では，前記特定の像Ｉ１は前記特定箇所αから再び離れている。
このような場合，前記特定の像Ｉ１を形成する前記測定光線ＭＬが前記試料１１により反射され，その反射光が前記受光素子アレイ９の有する複数の受光素子のうちの当該測定光線ＭＬに対応する受光素子に入射されたときの光量は，前記測定光線ＭＬの（前記結像レンズ７による）焦点位置において前記試料１１により反射される図４（ｂ）のときに際立って大きくなる。
従って，前記受光素子による反射光の強度の検出結果が大きくなったときに，それらの受光素子に対応する前記測定光線ＭＬが，その焦点位置において前記試料１１に反射されたと判別することが可能である。これは，その前記受光素子に対応する深さの位置に前記試料１１の表面があるとの判別に相当する。
前記測定光線ＭＬの走査中において，前記受光素子個々による前記検出強度の時間変化の観測は，前記走査方向において前記表面と前記深さとが一致した位置をピックアップする意味を持つ。前述の如く，受光素子各々は深さ毎における前記検出強度の時間変化を観測するものであり，それらの検出結果の集計は，前記走査方向と前記深さ方向とに沿う平面内における前記表面の軌跡，言い換えると，前記走査方向の変化に対して前記表面が前記深さ方向に変位する様子の観測と等価な意味を持つ。
特開平１０−９８２７号公報 宮崎大介ほか，「傾斜面走査による共焦点三次元形状計測」，Ｏｐｔｉｃｓ Ｊａｐａｎ’９９ 講演予稿集，ｐ．２５９−２６０（１９９９）

しかしながら，上述の非特許文献１に記載の技術では，形状測定対象の試料の大きさは，走査ミラー６による像Ｉの走査範囲若しくは結像レンズ７が測定光線ＭＬを集光可能な範囲内に限られてしまい，測定対象がその大きさによる制限を受けるという問題点がある。
このような問題点は，前記結像レンズ７の径を大きくすることで解決されるが，前記結像レンズ７の径が大きくなると，開口率ＮＡが小さくなり，以下の式（１）に従って測定光線ＭＬの焦点位置が基準平面Ｃから離れた位置に形成される（いわゆる，焦点深度ｄが深くなる状態）。
ｄ＝ｎλ／２（ＮＡ）² …（１）
前記焦点深度ｄが深くなると，ピンホールアレイ４における前記ピンホールの像Ｉ各々の（焦点位置の），深さ方向における間隔が広くなり，形状測定の分解能が低下する。
以上のように，従来例に示される技術では，形状測定対象の試料の大きさによる制限を緩和することと，形状測定の分解能を高めることとの両立は不可能であった。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，形状測定対象の試料の大きさにかかわらず，高い分解能での形状測定を行うことが可能な形状測定装置，及び形状測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は，被測定物（以下，試料という）に測定光を照射し，その反射光に基づいて前記試料の形状を測定する際に用いられる形状測定装置であって，所定の基準平面に沿って前記試料に対向配置された第一の集光レンズ，前記基準平面からの距離が各々異なる複数の出射位置から複数の測定光を前記第１の集光レンズに向けて出射する測定光出射部，前記試料により反射された反射光を集光する第２の集光レンズ及び前記第２の集光レンズに集光される前記反射光の強度を検出する光検出部各々の相互の位置関係を保持して光学系として形成し，前記光学系と前記試料との前記基準平面に略平行な方向（図１，図３における走査方向）に相対位置を変位させることが可能な形状測定装置として構成される。
このような構成により，形状の測定は前記試料若しくは前記光学系を変位させつつ行うことが可能であるため，前記試料の大きさが前記測定光を集光する前記第１の集光レンズの幅に限定されない。従って，前記第１の集光レンズとして径の小さいものも用いることが可能であるため，十分大きな開口率を得ることが可能であり，前記基準平面に直交する深さ方向の高い分可能を得ることが可能である。
尚，前記光検出部は前記第２の集光レンズの焦点付近において前記反射光を検出するのが望ましい。
ここで，前記第１の集光レンズと前記第２の集光レンズとを，同一のレンズにより兼用させることが可能であり，この場合には構成の部品数及び装置のコストを低下させることが可能である。

実際に形状測定を行う際には，例えばアクチュエータにより前記試料，若しくは前記光学系を一定速度で走査し，前記光検出部の検出結果を所定の取得周期で取得することが考えられる。その場合，前記試料の測定方向に対して特定のピッチの間隔を有する読み取り箇所毎に前記反射光の光強度が取得される。
このとき，前記第１の集光レンズにより集光される前記測定光の焦点位置の前記走査方向における間隔と前記ピッチとが，一方が他方の自然数倍となる関係であることが望ましい。このようにすることで，前記試料の前記走査方向における読み取り箇所を前記受光素子毎（言い換えると，深さ毎）に統一することが可能であるため，データの補完等の作業を行う必要が無く，データ処理，集計が簡易になる。
また，前記試料若しくは前記光学系を走査する場合には，走査の真直度誤差（厳密な理想直線に対する略直線状の走査路の形状誤差）により検出結果に誤差が生じる可能性がある。このような場合には，既知の形状を有する所定の試料に対する前記反射光の強度を検出して，その検出結果と既知の形状との差分を誤差成分とみなし，測定対象の試料についての形状測定結果を補正することが考えられる。これにより，前記真直度誤差による誤差成分が除去され，形状測定の精度が向上される。
尚，本発明は形状測定装置における形状測定方法として捉えることも可能である。

本発明によれば，試料若しくは光学系が走査されるため，前記試料の大きさが，それに対向配置され測定光を集光する第１の集光レンズの径の大きさに限定されない。従って，前記第１の集光レンズとして径の小さいものを用いることが可能であり，これにより十分高い開口率を得ることが出来るため，形状測定の分解能が向上される。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成図，図２は本発明の実施形態に係る形状測定装置による形状測定の原理を詳細に説明するための概念図，図３は従来例における形状測定装置の概略構成図，図４は共焦点法による形状測定の原理を説明するための概念図である。尚，従来例と同様の構成については同様の符号を用いるものとする。

以下，図１を参照しつつ，本発明の実施形態に係る形状測定装置Ａについて説明する。図１に示されるように，本発明の実施形態に係る形状測定装置Ａは，被測定物である試料１１に測定光線ＭＬを照射してその反射光に基づいて前記試料１１の形状を測定する装置であり，光学系β，ＰＣ１４，アクチュエータ１５等を有する。
前記ＰＣ１４は当該形状測定装置Ａの統括的な制御を行うものであり，演算部であるＣＰＵ，メモリ１４ａ等からなるものである。前記ＰＣ１４はアクチュエータ１５と接続されており，前記ＰＣ１４は前記アクチュエータ１５の駆動制御を行うことが可能である。前記アクチュエータ１５の駆動軸は前記試料１１が設置された試料設置台１０に接続されており，前記アクチュエータ１５の駆動に伴って，前記試料設置台１０は走査方向（図１参照）に変位する。より詳しくは，前記資料１１の形状測定時には，前記アクチュエータ１５は前記走査方向のうち，予め定められた上流側から下流側へと前記試料設置台１０を走査する。
また，前記ＰＣ１４は，前記光学系βに前記試料１１の形状測定を行わせる制御を行うことが可能である。

前記光学系βは，ＬＥＤアレイ１２，ビームスプリッタ３，集光レンズ１３，受光素子アレイ９等からなるものである。詳しくは，前記集光レンズ１３（第１の集光レンズ，第２の集光レンズの一例），前記ＬＥＤアレイ１２（測定光出射手段の一例），前記ビームスプリッタ３，前記受光素子アレイ９（光検出手段の一例）は，その相対的な位置関係が保持されつつ一体形成された光学系支持部に組み込まれて支持されている。
前記受光素子アレイ９は，合計ｎ個の受光素子が，予め定められたｘ軸（図１）方向に沿って等間隔かつ線状に設けられたものである。また，前記ＬＥＤアレイ１２（測定光出射手段の一例）は，前記受光素子各々と一対一の対応関係を有する計ｎ個のＬＥＤ素子が等間隔かつ線状に設けられたものである。前記ＬＥＤ素子各々からは測定光線ＭＬが前記集光レンズ１３に向けて出射される。
前記集光レンズ１３（第１の集光レンズの一例）は，当該形状測定装置Ａに対して定められた平面である基準平面Ｃに沿って設けられており，前記試料１１（被測定物の一例）に対向配置されている。前記集光レンズ１３の集光作用により，前記ＬＥＤ素子からの測定光線ＭＬ各々は，前記試料１１の近傍で結像し，言い換えると前記ＬＥＤ素子の像Ｉを形成する。
ここで，前記測定光線ＭＬ各々の出射位置（前記ＬＥＤ素子各々の位置）は前記基準平面Ｃに沿う方向及び直交方向に等間隔で分布している。従ってその焦点位置，即ち前記像Ｉの位置は，前記深さ方向及び前記走査方向に対して等間隔で分布する。
以下，前記像Ｉ各々を，前記走査方向の上流側に位置するものから像Ｉ１，Ｉ２…Ｉｎのように呼ぶことにする。また，前記像Ｉ１，Ｉ２…Ｉｎの前記深さ方向の位置をｈ１，ｈ２…ｈｎとする。更に，前記像Ｉ各々の前記走査方向に対する間隔をＬ１とする。
上述の如く，前記ＬＥＤ素子と前記受光素子とは一対一の対応関係を有することから，前記像Ｉ１，Ｉ２…Ｉｎと前記受光素子とも一対一の対応関係を有する。以下，前記像Ｉ１に対応する受光素子を受光素子Ｊ１，前記像Ｉ２に対応する受光素子を受光素子Ｊ２…のように呼ぶ。
尚，像Ｉ１，Ｉ２…Ｉｎを出来るだけ絞り込むように，前記ＬＥＤアレイ１２におけるＬＥＤ素子は極力小さいもの，即ち点光源とみなせるサイズのものを用いるのが望ましい。

前記ＰＣ１４に接続された操作部より，前記試料１１の形状測定を要求する所定の操作入力がなされた際には，前記ＰＣ１４は前記光学系βに前記試料１１の形状測定を行わせるとともに，前記アクチュエータ１５を制御して前記試料設置台１０を前記基準平面Ｃに沿う（つまり，前記基準平面Ｃと略平行な）走査方向に駆動し，つまり前記光学系β（前記光学系支持部を含む）と前記試料１１（被測定物の一例）との相対位置を変位させる。前記ＰＣ１４及び前記アクチュエータ１５が変位手段の一例である。尚，前記試料設置台１０の駆動速度Ｖ１（所定速度の一例）は前記ＰＣ１４に予め設定されている。
以下，前記光学系βの機能について説明する。
前記ＰＣ１４の制御により，前記光学系βの有する前記ＬＥＤアレイ１２は，前記ＬＥＤ素子各々から測定光線ＭＬを出力する。前記測定光線ＭＬは，前記集光レンズ１３（第１の集光レンズの一例）により集光されつつ前記試料１１に照射される。前記測定光線ＭＬ各々は前記試料１１により反射され（以下，反射された測定光を反射光という），再び前記集光レンズ１３（第２の集光レンズの一例）を通過する際に集光される。また，前記反射光各々は前記ビームスプリッタ３に反射され，前記受光素子アレイ９に入射される。
前記受光素子アレイ９（光検出手段の一例）の有する前記受光素子Ｊ１，Ｊ２…Ｊｎの位置は，前記反射光各々の（複数の）前記集光レンズ１３（第２の集光レンズの一例）の焦点位置若しくはその略近傍に定められている。言い換えると，前記受光素子各々の位置と前記像Ｉ１，Ｉ２…Ｉｎの位置とは前記集光レンズ１３により共役関係に定められており，前記受光素子は前記集光レンズ１３を通過してかつ前記ビームスプリッタ３に反射された前記反射光各々を受光し，その強度を検出する。
尚，本構成において前記集光レンズ１３が第１の集光レンズの役割と前記第２の集光レンズとの役割を兼ねている。

前記受光素子アレイ９（光検出手段）の有する受光素子（ＣＣＤ）各々による前記反射光の強度の検出結果は，前記ＰＣ１４により設定される取得周期に基づいて電気信号に変換され，該電気信号は前記ＰＣ１４に入力される。また，前記ＰＣ１４はその電気信号から前記反射光の強度の測定情報（以下，強度測定情報という）を読み取り，前記受光素子毎の識別情報，読取られた時刻，前記強度測定情報の各々を対応付けて前記メモリ１４ａに記憶する。前記ＰＣ１４が光強度取得手段の一例である。
もちろん，前記アクチュエータ１５による前記試料設置台１０の走査は，前記前記受光素子アレイ９が前記反射光の強度を検出する際に継続して行われる。
前記ＰＣ１４は，以上のような前記光学系β，前記アクチュエータ１５に対する制御を，予め定められた前記試料１１の形状測定対象領域の全域に対する前記反射光の強度測定情報が前記メモリ１４ａに蓄積されるまで継続する。その後前記ＰＣ１４は，前記メモリ１４ａに蓄積記憶されている前記強度測定情報に集計処理を施し，前記試料１１の形状に換算する。つまり，前記強度測定情報，それに対応付けられた前記受光素子の識別情報，前記時刻情報各々に基づいて，前記走査方向及び該走査方向に直交する深さ方向に沿った平面における前記試料１１の表面の軌跡をプロットする。このようなプロットが可能である原理については後述する。これを前記試料１１の形状測定結果として，例えば前記ＰＣ１４に接続されたディスプレイ等に表示させる。

尚，前記ＰＣ１４（光強度取得手段の一例）より設定され前記受光素子アレイ９が前記反射光を電気信号に変換する取得周期Δｔ，前記アクチュエータ１５（変位手段の一部）による前記試料設置台１０の駆動速度（変位速度）Ｖ１，及び前記集光レンズ１３（第１の集光レンズの一例）により集光される複数の前記測定光線ＭＬの焦点位置（若しくは，像Ｉの位置）各々の前記走査方向における間隔Ｌ１は，以下の式（２）を満たすように前記ＰＣ１４により設定されている。
Δｔ×Ｖ１=Ｌ１ …（２）
尚，左辺は前記試料１１における読み取り箇所の間隔（ピッチ）である。このように，前記ピッチを前記間隔Ｌ１に相当させることで，前記受光素子各々は前記試料１１の同一箇所からの反射光を受光する。
このようにすることで，前記ＰＣ１４が前記メモリ１４ａに蓄積記憶された前記強度測定情報の集計処理が，前記受光素子毎の前記強度測定情報を前記読み取りピッチ分だけ変位させるという簡単な処理になり，例えばデータの補完等の余計な作業を行う必要が無い。
尚，上記の式（２）において，右辺が左辺の自然数倍，もしくは自然数分の１である場合にも同様のメリットを発揮する。

図２は，本発明の実施形態に係る形状測定装置Ａによる前記試料１１の形状測定原理及び方法を詳細に説明するための概念図である。以下，図１を適宜参照しつつ，図２を用いて当該形状測定装置Ａによる前記試料１１の形状測定原理及び方法について詳述する。
以下，前記試料１１のうち特定箇所αに着目する。前記特定箇所αは，ある基準時刻ｔ０において，前記走査方向の位置が前記像Ｉのうち前記走査方向最上流の像Ｉ１と一致しているものとする。言い換えると，前記基準時刻ｔ０において，前記特定点αにおける輝度は前記受光素子のうち前記像Ｉ１に対応する前記受光素子Ｊ１により検出される状態である。
前記基準時刻ｔ０において前記特定点αの輝度が前記受光素子Ｊ１により検出された以降，前記上述の（２）式の成立条件下では，図２（ａ）に示されるように，前記試料設置台１０の走査に伴って，時刻ｔ０＋Δｔには前記受光素子Ｊ２により輝度が検出され，時刻ｔ０＋２Δｔには受光素子Ｊ３に輝度が検出される。このような各受光素子による前記特定点αにおける輝度は前記ＰＣ１４により集計され，この結果，図２（ｂ）のように単一のピークを有する輝度のグラフが得られる。そのグラフからピークとなった輝度を得た受光素子及び前記像Ｉのうち対応する像が前記ＰＣ１４により直ちに判別され，またその像Ｉに対応する深さも判別される。その深さの判別結果が前記特定点αの深さの測定結果である。
以上のような深さの測定結果を，前記試料１１における前記走査方向の任意の箇所について得ることにより，深さの測定結果を前記走査方向にプロットすることが可能となり，これにより前記試料１１の断面形状を測定することが可能である。

以上のように，前記試料１１の形状測定の際には，前記試料１１が前記走査方向に沿って前記測定光線ＭＬの結像位置を通過しつつ駆動されるため，従来例のように前記試料１１の大きさは前記集光レンズ１３の幅（径）に限定されない。また，前記集光レンズ１３として径が小さく，十分大きな開口率のレンズを用いることが可能であり，前記深さ方向の高い分可能を得ることが可能である。

上述の実施形態では，複数のＬＥＤ素子からなるＬＥＤアレイ１２を用いたが，これに限られるものではなく，従来例のように単一の光源とピンホールアレイを用いて複数の点光源を擬似的に構成しても良い。また，受光素子アレイ９で用いる受光素子はＣＣＤに限られるものではなく，ＣＭＯＳラインセンサ等を用いることも可能である。また，受光素子として前記反射光の強度のピーク位置及びを判別可能なＰＳＤ素子を使用することも可能である。
また，上述の実施例では，前記試料１１が設置された試料設置台１０が走査されるものとしたが，アクチュエータ１５の駆動軸を光学系βに接続し，前記光学系βを前記走査方向に駆動することも考えられる。

前記試料設置台１０（図１参照）若しくは前記光学系βを駆動する際に，その際の走査路を厳密な直線に保つことは困難であるため（所謂，真直度誤差が生じる），反射光の強度の検出結果に誤差が生じることが考えられる。このような場合に対応するものとして，以下のように前記光学系βを２つ並列に設ける（以下，光学系β１，光学系β２と呼び区別する）実施例も考えられる。
片方の前記光学系β１は，形状測定対象の試料１１の形状を測定するための光学系である。もう片方の光学系β２（基準光検出手段の一例である受光素子アレイを含む）は，前記光学系β１（光検出手段である受光素子アレイ９を含む）による形状の測定結果の補正に用いられる補正情報を得るための光学系である。
前記光学系β１で形状測定対象の試料１１からの反射光の強度情報を得るのと同時に，前記光学系β２の有する受光素子アレイ（基準光検出手段の一例）により，既知の形状を有する基準試料に対する前記反射光の強度を検出する。また，ＰＣ１４の有するメモリ１４ａには，前記基準試料の形状が予め入力されている。前記ＰＣ１４は，前記反射光の検出結果から求められた前記基準試料の形状と，予め記憶されている形状との差分を計算し，その結果を誤差成分とする。
また，前記ＰＣ１４（検出結果補正手段の一例）は，前記光学系β１により得られた反射光の強度情報に基づく前記試料１１の形状測定結果は前記誤差成分を含むものとして，前記形状測定結果から前記誤差成分を除去する（補正の一例）演算を行う。これにより，前記真直度誤差による誤差成分が除去され，形状測定の精度が向上される。

本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成図。 本発明の実施形態に係る形状測定装置による形状測定の原理を詳細に説明するための概念図。 従来例における形状測定装置の概略構成図。 共焦点法による形状測定の原理を説明するための概念図。

符号の説明

１…光源
２…レンズ
３…ビームスプリッタ
４…ピンホールアレイ
５…レンズ
６…走査ミラー
７…結像レンズ
８…集光レンズ
９…受光素子アレイ（光検出手段の一例）
１０…試料設置台
１１…試料（被測定物）
１２…ＬＥＤアレイ
１３…集光レンズ（第１の集光レンズ，第２の集光レンズの一例）
１４…ＰＣ
１５…アクチュエータ

Claims (6)

1. 被測定物に測定光を照射し，その反射光に基づいて前記被測定物の形状を測定する際に用いられる形状測定装置であって，
   所定の基準平面に沿って前記被測定物に対向配置された第１の集光レンズと，
   前記基準平面からの距離が各々異なる複数の出射位置から複数の前記測定光を前記第１の集光レンズに向けて出射する測定光出射手段と，
   前記第１の集光レンズを通過して前記被測定物に照射された前記複数の測定光の反射光を集光する第２の集光レンズと，
   前記第２の集光レンズを通過して集光される前記反射光の強度を検出する光検出手段と，
   前記第１の集光レンズ，前記第２の集光レンズ，前記測定光出射手段及び前記光検出手段をそれら相互の位置関係を保持して支持する光学系支持手段と，
   前記光学系支持手段と前記被測定物との前記基準平面に略平行な方向における相対位置を変位させる変位手段と，
   を具備してなることを特徴とする形状測定装置。
2. 前記光検出手段が，前記第２の集光レンズによる焦点付近において前記反射光の強度を検出するものである請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記第１の集光レンズと前記第２の集光レンズとが同一のレンズからなるものである請求項１又は２のいずれかに記載の形状測定装置。
4. 前記変位手段により前記光学系支持手段と前記被測定物との相対位置が所定速度で変位中に前記光検出手段の検出結果を所定の取得周期で取得する光強度取得手段を具備し，
   前記第１の集光レンズにより集光される複数の前記測定光の焦点位置各々の前記相対位置の変位方向における間隔と，前記変位手段による変位速度及び前記光強度取得手段の前記取得周期の積とが，その一方が他方の自然数倍となる関係である請求項１〜３のいずれかに記載の形状測定装置。
5. 既知の形状を有する所定の試料に対する前記反射光の強度を検出する基準光検出手段と，
   前記基準光検出手段による検出結果に基づいて前記光検出手段による検出結果を補正する検出結果補正手段と，
   を具備してなる請求項１〜４のいずれかに記載の形状測定装置。
6. 被測定物に測定光を照射し，その反射光に基づいて前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって，
   所定の基準平面からの距離が各々異なる複数の出射位置から複数の前記測定光を，前記基準平面に沿って前記被測定物に対向配置された第１の集光レンズに向けて出射する測定光出射工程と，
   前記第１の集光レンズを通過して前記被測定物に照射された前記複数の測定光の反射光を集光するレンズである第２の集光レンズを通過して集光される前記反射光の強度を検出する光検出工程と，
   を有し，
   前記測定光出射工程及び前記光検出工程の際に，
   前記第１の集光レンズ，前記第２の集光レンズ，前記測定光出射工程において前記測定光を出射する測定光出射手段及び前記光検出工程において前記反射光の強度を検出する光検出手段を有してかつそれらの相対位置関係が保持された光学系と，前記被測定物と，の前記基準平面に略平行な方向における相対位置を変位させることを特徴とする形状測定方法。

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