高さ測定装置

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【発明の名称】	高さ測定装置
【発明者】	【氏名】神谷浩太郎
【要約】	【課題】測定対象物の表面における任意の点の高さを簡単かつ短時間に測定することができる高さ測定装置を提供する。【解決手段】対物レンズ８と、この対物レンズ８を介して測定対象物４の表面の任意に指定された測定点４５に向かってレーザー光線５を照射可能なピンホール２６を有する発光手段６と、対物レンズ８とピンホール２６との間の光路途中に配設されたハーフミラー７と、レーザー光線５が測定点４５で反射されたときの反射光９の強度を検出する反射光強度検出手段１０と、ピンホール２６を対物レンズ８に対して相対移動させる移動手段と、この移動手段の作動によって移動する発光手段６の、対物レンズ８に対するその光軸１１方向の移動位置を検出する位置検出手段３６とを備え、移動位置に基づいて測定点４５の測定対象物４における光軸１１方向の高さを測定する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】対物レンズと、この対物レンズを介して測定対象物の表面の任意に指定された測定点に向かって光線を照射可能な光源を有する発光手段と、前記対物レンズと前記光源との間の光路途中に配設された反射手段と、前記光線が前記測定点で反射されたときの反射光の強度を検出する反射光強度検出手段と、前記光源または反射手段のうち少なくとも光源を前記対物レンズに対して相対移動させる移動手段と、この移動手段の作動によって移動する前記発光手段または反射手段の、前記対物レンズに対するその光軸方向の移動位置を検出する位置検出手段とを備えた高さ測定装置であって、少なくとも前記反射光の強度を前記反射光強度検出手段によって検出するときには、前記光線のうち前記対物レンズの中心点を通る主光線の線上に前記測定点が位置するよう前記光源から前記中心点までの光路長を前記移動手段により変更し、前記位置検出手段が検出した前記移動位置と当該移動位置に対応して前記反射光強度検出手段が検出した前記反射光の強度との関係から前記測定点の前記対物レンズに対する結像位置と前記光源の位置とが一致するときの前記移動位置を求め、この移動位置に基づいて前記測定点の前記測定対象物における前記光軸方向の高さを測定する構成とした高さ測定装置。
【請求項２】請求項１の高さ測定装置において、前記移動手段は、前記光軸に平行な方向に前記発光手段を移動させる第１の移動手段と前記光軸に直交する仮想平面に沿う任意の方向に前記光源を移動させる第２の移動手段とを備え、これらの移動手段をそれぞれ独立に作動させる構成とした高さ測定装置。
【請求項３】請求項２の高さ測定装置において、前記第２の移動手段は、光線が透過可能な極細のスリットがそれぞれ形成された一対のピンホール板を備え、これらのピンホール板を重合すると共に前記各スリットを交差させることによってピンホールを形成し、このピンホールを介して光線を照射することによって点光源に近似できる前記光源を形成し、前記各ピンホール板の板面に直交する一つの軸芯回りに前記各ピンホール板を相対回転させることによって前記ピンホールの位置を前記仮想平面に沿う任意の方向に移動可能とした高さ測定装置。
【請求項４】請求項１の高さ測定装置において、前記移動手段は、前記光軸に平行な方向に前記反射手段を移動させる第３の移動手段と前記光軸に直交する仮想平面に沿う任意の方向に前記光源を移動させる第４の移動手段とを備え、これらの移動手段をそれぞれ独立に作動させる構成とした高さ測定装置。
【請求項５】請求項１の高さ測定装置において、前記反射光強度検出手段の受光点を前記光源の位置とは異なる位置に設けると共に、この位置において前記反射光を他の反射手段を介して受光し、少なくとも前記反射光強度検出手段が前記反射光の強度を検出するときには、前記測定点に対して、前記光源の位置と光学的に等価な位置に前記受光点を位置付ける構成とした高さ測定装置。
【請求項６】請求項５の高さ測定装置において、光線が透過可能な一対の極細のスリットがそれぞれ形成された一対のピンホール板を重合すると共に前記各スリットを交差させることによって一対のピンホールを形成し、これら一対のピンホールのうち何れか一方のピンホールを介して光線を照射することによって点光源に近似できる前記光源を形成し、他方のピンホールを前記受光点となし、前記各ピンホール板の板面に直交する一つの軸芯回りに前記各ピンホール板を相対回転させることによって前記一対のピンホールの互いの位置関係を前記軸芯を中心に点対称となるように変更させ、前記測定点に対して、前記光源の位置と光学的に等価な位置に前記受光点を位置付ける構成とした高さ測定装置。
【請求項７】請求項１乃至６の高さ測定装置において、撮像手段によって撮像された前記測定対象物の画像を表示手段の画面上に写し出し、この表示手段の画面上の画面側二次元座標系と前記測定点が位置する部位の測定点側二次元座標系とを予め設定された拡大率で対応させ、前記画面側二次元座標系において前記測定点に対応する画面側測定点を指定し、この指定した画面側測定点に対応する前記測定点側二次元座標系の座標点に向かって前記光源から光線を照射すると共に前記座標点からの反射光の強度を検出する構成とした高さ測定装置。
【請求項８】請求項７の高さ測定装置において、前記撮像手段は所定の配列で並設された複数の受光素子を備え、これら複数の受光素子から出力された受光信号を前記表示手段に送信することによって前記測定対象物の画像を前記表示手段の画面上に写し出すようにし、さらに前記複数の受光素子のうち、前記画面上において指定した前記画面側測定点に対応する受光素子から出力された受光信号を検出することによって前記撮像手段を前記反射光強度検出手段として兼用させる構成とした高さ測定装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高さ測定装置に関し、特に、測定対象物（例えばコネクタピン，ビデオチップ，セラミックシート等）の表面（顕微鏡等でしか視認することのできない微細な部分）に対物レンズを介して光線を照射し、その照射された光線が前記測定対象物の表面で反射されたときの反射光の強度に基づいて前記任意の点の前記測定対象物における光軸方向の高さを測定するようにした高さ測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の高さ測定装置としては、実開平５－７５６０７号公報に開示されたものがある。この装置は、以下のような構成になっている。光源からの照射光を載置台に載置された測定対象物の表面上において直線状の焦点を結ぶように集光し、この集光した照射光を前記直線状の焦点と直交する方向に走査し、前記測定対象物からの反射光の強度に基づいて測定対象物のいわば等高線のような点の集合を求めるようにしている。
【０００３】ついで鏡筒を対物レンズの光軸方向にスライドさせて再度、照射光を前記直線状の焦点と直交する方向に走査し、測定対象物からの反射光の強度に基づいて測定対象物の他の等高線を求める。このような手順を何度か繰り返して測定対象物の立体形状を求め、測定対象物の表面における任意の点の高さを求めることができる。尚、前記従来の装置では、前記載置台および測定対象物は移動させず測定対象物の一定範囲をカバーするように光源側を走査して測定したい部位を必ず含むようにするので、光源に対する測定対象物の位置（前記照射光の照射の方向に直交する方向の位置）は精度を必要としない。
【０００４】このため、測定対象物が一定の方向・タイミングで移動している工場の搬送ライン上に載置された部品（例えば半導体等）である場合でも、測定対象物の測定したい部位を含む一定範囲に亘って光源側が走査されるので、前記測定対象物の搬送ライン上における載置位置の精度の悪さに何ら影響されることなく測定対象物の高さを測定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来の装置は、測定対象物の表面における測定点の高さを含むように一定の範囲に亘って鏡筒を対物レンズの光軸方向にスライドさせながら照射光を走査することにより、測定対象物の等高線を幾つか求めて測定対象物の立体形状を求めた後でないと、測定対象物の表面における前記測定点の高さを求めることができない。このため、測定対象物の表面における任意の点の高さを求める場合に長時間を要していた。
【０００６】本発明は前記従来の事情に鑑みてなされたもので、測定対象物の表面における任意の点の高さを簡単かつ短時間に測定することができる高さ測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を達成するための本発明の高さ測定装置は次の如くである。
【０００８】請求項１の発明に係る高さ測定装置１は、対物レンズ８と、この対物レンズ８を介して測定対象物４の表面の任意に指定された測定点４５に向かってレーザー光線５（光線）を照射可能なピンホール２６（光源）を有する発光手段６と、前記対物レンズ８と前記ピンホール２６（光源）との間の光路途中に配設された反射手段と、前記レーザー光線５（光線）が前記測定点４５で反射されたときの反射光９の強度を検出する反射光強度検出手段１０と、前記ピンホール２６（光源）または反射手段のうち少なくともピンホール２６（光源）を前記対物レンズ８に対して相対移動させる移動手段と、この移動手段の作動によって移動する前記発光手段６または反射手段の、前記対物レンズ８に対するその光軸１１方向の移動位置を検出する位置検出手段３６とを備えた高さ測定装置であって、少なくとも前記反射光９の強度を前記反射光強度検出手段１０によって検出するときには、前記レーザー光線５（光線）のうち前記対物レンズ８の中心点８ａを通る主光線５０の線上に前記測定点４５が位置するよう前記ピンホール２６（光源）から前記中心点８ａまでの光路長を前記移動手段により変更し、前記位置検出手段３６が検出した前記移動位置と当該移動位置に対応して前記反射光強度検出手段１０が検出した前記反射光９の強度との関係から前記測定点４５の前記対物レンズ８に対する結像位置と前記ピンホール２６（光源）の位置とが一致するときの前記移動位置を求め、この移動位置に基づいて前記測定点４５の前記測定対象物４における前記光軸１１方向の高さを測定する構成としたことを特徴としている。
【０００９】また、請求項２の発明に係る高さ測定装置１は、請求項１において、前記移動手段は、前記光軸１１に平行な方向に前記発光手段６を移動させる第１の移動手段と前記光軸１１に直交する仮想平面に沿う任意の方向に前記ピンホール２６（光源）を移動させる第２の移動手段とを備え、これらの移動手段をそれぞれ独立に作動させ得る構成としたことを特徴としている。
【００１０】また、請求項３の発明に係る高さ測定装置１は、請求項２において、前記第２の移動手段は、レーザー光線５（光線）が透過可能な極細のスリット２４，２５がそれぞれ形成された一対のピンホール板１４ａ，１４ｂを備え、これらのピンホール板１４ａ，１４ｂを重合すると共に前記各スリット２４，２５を交差させることによってピンホール２６，２６ａを形成し、このピンホール２６，２６ａを介してレーザー光線５（光線）を照射することによって点光源に近似できる前記光源を形成し、前記各ピンホール板１４ａ，１４ｂの板面に直交する一つの軸芯７３回りに前記各ピンホール板１４ａ，１４ｂを相対回転させることによって前記ピンホール２６，２６ａの位置を前記仮想平面に沿う任意の方向に移動可能としたことを特徴としている。
【００１１】また、請求項４の発明に係る高さ測定装置１は、請求項１において、前記移動手段は、前記光軸１１に平行な方向に反射鏡体６７（反射手段）を移動させる第３の移動手段と前記光軸１１に直交する仮想平面に沿う任意の方向に前記ピンホール２６，２６ａ（光源）を移動させる第４の移動手段とを備え、これらの移動手段をそれぞれ独立に作動させ得る構成としたことを特徴としている。
【００１２】また、請求項５の発明に係る高さ測定装置１は、請求項１において、前記反射光強度検出手段１０の受光側ピンホール２６ｂ（受光点）を発光側ピンホール２６ａ（光源）の位置とは異なる位置に設けると共に、この位置において前記反射光９を第４，第５反射鏡７０，７４（他の反射手段）を介して受光し、少なくとも前記反射光強度検出手段１０が前記反射光９の強度を検出するときには、前記測定点４５に対して、前記発光側ピンホール２６ａ（光源）の位置と光学的に等価な位置に前記受光側ピンホール２６ｂ（受光点）を位置付ける構成としたことを特徴としている。
【００１３】また、請求項６の発明に係る高さ測定装置１は、請求項５において、レーザー光線５（光線）が透過可能な一対の極細のスリット２４，２５がそれぞれ形成された一対のピンホール板１４ａ，１４ｂを重合すると共に前記各スリット２４，２５を交差させることによって一対のピンホール２６ａ，２６ｂを形成し、これら一対のピンホール２６ａ，２６ｂのうち何れか一方のピンホール２６ａを介してレーザー光線５（光線）を照射することによって点光源に近似できる前記光源を形成し、他方のピンホール２６ｂを前記受光点となし、前記各ピンホール板１４ａ，１４ｂの板面に直交する一つの軸芯７３回りに前記各ピンホール板１４ａ，１４ｂを相対回転させることによって前記一対のピンホール２６ａ，２６ｂの互いの位置関係を前記軸芯７３を中心に点対称となるように変更させ、前記測定点４５に対して、前記ピンホール２６ａ（光源）の位置と光学的に等価な位置に前記ピンホール２６ｂ（受光点）を位置付ける構成としたことを特徴としている。
【００１４】また、請求項７の発明に係る高さ測定装置１は、請求項１乃至６において、撮像手段によって撮像された前記測定対象物４の画像４３をディスプレイ４２（表示手段）の画面上に写し出し、このディスプレイ４２（表示手段）の画面上の画面側二次元座標系（Ｘ，Ｙ）と前記測定点４５が位置する部位の測定点側二次元座標系（ｘ，ｙ）とを予め設定された拡大率で対応させ、前記画面側二次元座標系（Ｘ，Ｙ）において前記測定点４５に対応する画面側測定点４６を指定し、この指定した画面側測定点４６に対応する前記測定点側二次元座標系（ｘ，ｙ）の座標点（ｘ１，ｙ１）に向かって前記光源からレーザー光線５（光線）を照射すると共に前記座標点（ｘ１，ｙ１）からの反射光９の強度を検出する構成としたことを特徴としている。
【００１５】また、請求項８の発明に係る高さ測定装置１は、請求項７において、前記撮像手段は所定の配列で並設された複数のＣＣＤ素子３７（受光素子）を備え、こらら複数のＣＣＤ素子３７（受光素子）から出力された受光信号を前記ディスプレイ４２（表示手段）に送信することによって前記測定対象物４の画像４３を前記ディスプレイ４２（表示手段）の画面上に写し出すようにし、さらに前記複数のＣＣＤ素子３７（受光素子）のうち、前記画面上において指定した前記画面側測定点４６に対応するＣＣＤ素子３７ａ（受光素子）から出力された受光信号を検出することによって前記撮像手段を前記反射光強度検出手段１０として兼用させる構成としたことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】（１）第１実施形態以下、本発明の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１乃至６は本発明の第１実施形態を示すものであり、図１において１は高さ測定装置であり、該高さ測定装置１は本体１ａと後述するコントローラ２とを備えている。また、３は高さを測定しようとする測定対象物４が載置された載置台である。高さ測定装置１の本体１ａには測定対象物４に向かってレーザー光線５を照射する発光手段６が設けられ、この発光手段６と載置台３との間には、ハーフミラー７と対物レンズ８が配設されている。ハーフミラー７が本発明（請求項１）に係る反射手段を構成している。また、高さ測定装置１には、照射されたレーザー光線５の測定対象物４からの反射光９の強度を検出するための反射光強度検出手段１０が設けられている。
【００１７】この反射光強度検出手段１０の受光面１０ａには、複数のＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）素子３７・・がマトリクス状に配列されている。ハーフミラー７は対物レンズ８の光軸１１に対して図１に示すように４５度の角度をもって対物レンズ８と発光手段６との間に配設され、一定の透過率（例えば５０パーセント）を有している。その透過率に応じてハーフミラー７はレーザー光線５を透過したり測定対象物４の表面で反射された反射光９を反射する。尚、反射光強度検出手段１０はその受光面１０ａが対物レンズ８の光軸１１と平行になるように位置付けられている。
【００１８】一方、発光手段６は、発光部１２と、この発光部１２から発光されたレーザー光線５を拡散する発光側レンズ１３と、この拡散されたレーザー光線５が照射されるピンホール板１４と、このピンホール板１４を回転させる第１，第２モータ１５，１６とを備えている。ピンホール板１４は、それぞれ厚さ０．１乃至０．２ミリの透明板材からなる表側ピンホール板１４ａと裏側ピンホール板１４ｂとを備え、これらピンホール板１４ａ，１４ｂの面同士が当接するように重合されている。また、第１モータ１５の回転軸１５ａの一端部にはハブ１７が結着され、該ハブ１７の端面に形成された段付部１７ａには、表側ピンホール板１４ａがその中心部の円孔１８が嵌合された状態で接着剤等で固着されている。
【００１９】一方、第１プーリ１９が、第１モータ１５の回転軸１５ａに固定された一対の軸受２０，２０によって回転軸１５ａに相対回転自在に軸支されている。第２モータ１６の回転軸１６ａの一端部に結着された第２プーリ２１と第１プーリ１９とに巻回されたタイミングベルト２２によって第２モータ１６の回転軸１６ａの回転が第１プーリ１９に正確に伝達される。前記ピンホール板１４，第１モータ１５，第２モータ１６，ハブ１７，第１プーリ１９，第２プーリ２１及びタイミングベルト２２等が本発明に係る第２の移動手段を構成している。第１プーリ１９の端面には段付部１９ａが形成され、該段付部１９ａには裏側ピンホール板１４ｂがその中心部の円孔２３が嵌合された状態で接着剤等によって固着されている。両ピンホール板１４ａ，１４ｂの重合された各対向面上には、メッキ又は塗装等の表面処理により形成された不透過性の薄膜１４ｃ，１４ｄにエッチング加工を施すことによって極細のスリットがそれぞれ形成されている。表側ピンホール板１４ａには渦巻状のスリット２４が形成され、裏側ピンホール板１４ｂには直線状のスリット２５が形成されている（図２の（ａ），（ｂ）参照）。両ピンホール板１４ａ，１４ｂを各スリット２４，２５が交差するように重合することによって図３に示すように微小なピンホール２６が形成される。
【００２０】このピンホール２６が光学的には光源となるものであり、ピンホール２６が微小な孔ゆえ点光源に近似できるものである。尚、スリット２４，２５の幅寸法は、図２においては作図の都合上、太く描いているが、実際はピンホール２６にレーザー光線５が照射されたときに回折現象を生じるように数ミクロンに設定されている。第１モータ１５の回転軸１５ａの他端部に結着された第１回転体２７の回転角度位置は、第１回転角度検出センサ２８によって検出される。
【００２１】一方、第２モータ１６の回転軸１６ａの他端部に結着された第２回転体２９の回転角度位置は、第２回転角度検出センサ３０によって検出される。また、発光手段６には従動部材３１の一端部が結着され、他端部の端面３１ａが第３モータ３２の回転軸３２ａに結着された偏芯カム３３によって押圧される。偏芯カム３３は、第３モータ３２の回転軸３２ａに結着された偏芯ハブ３３ａと、その外周に軸受を介して偏芯ハブ３３ａに対して相対回転自在に軸支された外輪３３ｂとを備えている。従動部材３１は、高さ測定装置１の本体１ａに固定されたガイド３４によって摺動自在にガイドされており、このガイド３４と発光手段６との間に一対の引張スプリング３５，３５が架設されている。これによって従動部材３１の端面３１ａが偏芯カム３３の外輪３３ｂの外周面に対して離間したり相対的な滑りを生ずることなく常に押圧されている。前記従動部材３１，第３モータ３２，偏芯カム３３，ガイド３４及び引張スプリング３５等が本発明に係る第１の移動手段を構成している。後述するように、第３モータ３２は間欠的に回転駆動され、発光手段６が偏芯カム３３の偏芯量に応じて図１の矢印Ｒの方向（対物レンズ８の光軸１１に沿う方向）に一定量Ｓずつ間欠的に移動する。また、高さ測定装置１には、従動部材３１が偏芯カム３３によって矢印Ｒ方向に移動したときの移動位置を検出するための位置検出手段３６が配設されている。
【００２２】このように構成された高さ測定装置１の作用を図４に示すブロック図を参照しながら以下に説明する。測定対象物４の表面の高さを測定するには、高さを測定したい測定対象物４を対物レンズ８の前方であって対物レンズ８の中心点８ａに略対応する位置に配置し、測定対象物４に発光手段６からレーザー光線５を照射する。この照射したレーザー光線５が、発光側レンズ１３を透過し、さらにピンホール板１４ａ，１４ｂによって形成されたピンホール２６を通過した後、ハーフミラー７及び対物レンズ８を透過して測定対象物４の表面に向かって照射される。このとき、ピンホール２６の位置は対物レンズ８の光軸１１上に位置付けられている。照射されたレーザー光線５は測定対象物４の表面で反射され、その反射光９が対物レンズ８を透過した後、ハーフミラー７によってその一部が反射され、反射光強度検出手段１０に導かれる。
【００２３】反射光９を受光することによって反射光強度検出手段１０が撮像した測定対象物４の表面の画像信号がコントローラ２のインターフェイス３８を介してＣＰＵ３９内の測定点位置演算処理部４０に入力される。この入力された画像信号はインターフェイス４１を介してディスプレイ４２に入力され、このディスプレイ４２の表示部４２ａを通じて測定者は測定対象物４の表面の拡大された画像４３を肉眼で視認することができる（図５参照）。
【００２４】次に測定者は、ディスプレイ４２の表示部４２ａに写し出された画像４３を見ながら、測定対象物４の表面の高さを測定したい点を、キーボード４４を操作して指定する。即ち、測定対象物４の前記高さを測定したい点（測定点４５）が位置する部位の測定点側二次元座標系（ｘ，ｙ）に対して、ディスプレイ４２の画面上の画面側二次元座標系（Ｘ，Ｙ）が予め設定された拡大率で関連付けられている。測定者は、測定点４５の前記測定点側二次元座標系（ｘ，ｙ）における座標点（ｘ１，ｙ１）に対応するディスプレイ４２の画面上における画面側測定点４６の座標点（Ｘ１，Ｙ１）をキーボード４４を操作して入力する。この操作により測定点４５が指定される。キーボード４４によって入力された座標点（Ｘ１，Ｙ１）の信号値はインターフェイス４７を介して光源位置演算処理部４８に入力される。この光源位置演算処理部４８では、まず、反射光強度検出手段１０の複数のＣＣＤ素子３７…のうち、ディスプレイ４２の画面上で指定された座標点（Ｘ１，Ｙ１）と対応するＣＣＤ素子３７ａを特定する。
【００２５】次に光源位置演算処理部４８では、特定された前記ＣＣＤ素子３７ａに照射された測定対象物４からの反射光９のうち、対物レンズ８の中心点８ａを通過して照射された主光線５０を特定する。さらに光源位置演算処理部４８では、該主光線５０のうち対物レンズ８の中心点８ａを通過してハーフミラー７に至るまでの主光線５０の線上を通る直線５１の式が演算によって求められる。
【００２６】また光源位置演算処理部４８には、位置検出手段３６の検出信号がインターフェイス５２を介して入力され、現時点における両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆと前記直線５１との交点の二次元座標（前記接合面Ｆにおける二次元座標）が演算により求められる。この演算結果が光源位置演算処理部４８から第１モータ指令値演算処理部５３及び第２モータ指令値演算処理部５４にそれぞれ送信される。この送信された各信号に基づいてピンホール２６の位置を前記接合面Ｆにおける二次元座標に一致させるべく、第１モータ１５の回転軸１５ａ及び第２モータ１６の回転軸１６ａの回転すべき角度の指令値が演算によりそれぞれ求められる。ここで演算された各指令値が第１，第２モータ制御処理部５５，５６を介して第１，第２モータドライバ５７，５８にそれぞれ入力され、これら入力された指令値に基づいて第１，第２モータドライバ５７，５８は電源（図示せず）から第１，第２モータ１５，１６にそれぞれ電流を流す。
【００２７】これによって第１，第２モータ１５，１６の回転軸１５ａ，１６ａがそれぞれ回転する。一方、各回転軸１５ａ，１６ａの回転角度はそれぞれ第１，第２回転角度検出センサ２８，３０によって検出され、これらの検出信号がインターフェイス５９，６０を介して第１，第２モータ指令値演算処理部５３，５４にフィードバックされ、各回転軸１５ａ，１６ａは指令値の通り正確に回転させられる。これによってピンホール２６の位置が前記接合面Ｆにおける二次元座標に一致させられる。反射光強度検出手段１０の複数のＣＣＤ素子３７…は、一定の順序で走査されて反射光９の受光強度に応じた受光信号を出力する。
【００２８】尚、反射光強度検出手段１０の全てのＣＣＤ素子３７…を１回だけ走査するのに要する時間（１サイクル当たりに要する時間）は数十分の１秒である。複数のＣＣＤ素子３７…が全て走査されて、各ＣＣＤ素子３７…による出力信号はインターフェイス３８を介して測定点位置演算処理部４０に送信され、そのうち光源位置演算処理部４８で特定されたＣＣＤ素子３７ａから送信された受光信号の値Ｂ１（図６参照）が測定点位置演算処理部４０内のメモリ部に記憶される。また、この演算処理部４０には位置検出手段３６によって検出された発光手段６の位置Ｐ１の信号値がインターフェイス５２を介して入力され、この信号値が測定点位置演算処理部４０内の前記メモリ部に記憶される。
【００２９】尚、この段階では第３モータ３２の回転角度は初期位置（発光手段６が対物レンズ８に対して最も離間した位置）に予め位置付けられている。この時、両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆとハーフミラー７の中心点７ａとの最短距離Ｌ１は、対物レンズ８の光軸１１と反射光強度検出手段１０の受光面１０ａとの最短距離Ｌ２と略等しくなるように設定されている。これによって、測定対象物４の測定点４５に対する、ピンホール２６の位置（光学的には光源の位置）と反射光強度検出手段１０のＣＣＤ素子（光源位置演算処理部４８によって特定されたＣＣＤ素子３７ａ）の位置とが光学的に略等価な関係となる。
【００３０】このため、前記ＣＣＤ素子３７ａに照射される測定対象物４からの反射光９が強くなり、反射光強度検出手段１０の感度を向上させることができる。上述したＣＣＤ素子３７ａによる受光信号の値Ｂ１及び位置検出手段３６による発光手段６の位置Ｐ１の信号値が測定点位置演算処理部４０内の前記メモリ部にそれぞれ記憶された後、測定点位置演算処理部４０から第３モータ指令値演算処理部６１にトリガ信号６２が入力される。トリガ信号６２が入力されると、第３モータ指令値演算処理部６１から第３モータ制御処理部６３を介して第３モータドライバ６４に第３モータ３２を駆動するための指令値が入力され、この指令値に基づいて第３モータドライバ６４は前記電源から第３モータ３２に電流を流す。これによって第３モータ３２の回転軸３２ａが回転駆動されると偏芯カム３３の偏芯ハブ３３ａが回転し、発光手段６が偏芯カム３３の偏芯量に応じて矢印Ｒの方向に移動して発光手段６が対物レンズ８に対して接近する。尚、測定点位置演算処理部４０から第３モータ指令値演算処理部６１にトリガ信号６２を入力する代わりに、プログラムにより予め設定された時間が経過した後、第３モータ３２を再度駆動して発光手段６を矢印Ｒの方向に移動させるようにしてもよい。
【００３１】発光手段６の矢印Ｒ方向の移動位置は、位置検出手段３６によって検出され、この検出信号がインターフェイス５２を介して第３モータ指令値演算処理部６１に入力され、発光手段６が一定量Ｓだけ移動した時点で第３モータ３２の回転は中断される。そして現在における両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆと前記直線５１との交点の二次元座標（前記接合面Ｆにおける二次元座標）が光源位置演算処理部４８において演算により求められる。この演算結果が第１，第２モータ指令値演算処理部５３，５４に入力される。この入力信号に基づいてピンホール２６の位置を前記接合面Ｆにおける二次元座標に一致させるべく、第１，第２モータ１５，１６の回転軸１５ａ，１６ａの回転すべき角度の指令値がそれぞれ演算により求められる。ここで演算された各指令値が第１，第２モータ制御処理部５５，５６を介して第１，第２モータドライバ５７，５８にそれぞれ入力され、これら入力された指令値に基づいて第１，第２モータドライバ５７，５８は前記電源から第１，第２モータ１５，１６にそれぞれ電流を流す。
【００３２】これによって第１，第２モータ１５，１６の回転軸１５ａ，１６ａがそれぞれ回転し、両ピンホール板１４ａ，１４ｂが軸芯７３回りに相対回転する。一方、回転軸１５ａ，１６ａの回転角度はそれぞれ第１，第２回転角度検出センサ２８，３０によって検出され、これらの検出信号がインターフェイス５９，６０を介して第１，第２モータ指令値演算処理部５３，５４にフィードバックされ、第１，第２モータの各回転軸１５ａ，１６ａは常に指令値の通り正確に回転制御される。これによってピンホール２６の位置が前記接合面Ｆにおける二次元座標に一致させられる。ピンホール２６を介して発光部１２から照射されたレーザー光線５は測定対象物４の表面で反射され、その反射光９の一部がハーフミラー７によって反射され、反射光強度検出手段１０に導かれる。反射光強度検出手段１０の複数のＣＣＤ素子３７…は一定の順序で走査され、反射光９の受光強度に応じた受光信号を出力する。
【００３３】ＣＣＤ素子３７…による出力信号はインターフェイス３８を介して測定点位置演算処理部４０に送信され、光源位置演算処理部４８で特定されたＣＣＤ素子３７ａから送信された受光信号の値Ｂ２（図６参照）が測定点位置演算処理部４０内のメモリ部に記憶される。
【００３４】また、この演算処理部４０には位置検出手段３６によって検出された発光手段６の位置Ｐ２の信号値がインターフェイス５２を介して入力され、この信号値が測定点位置演算処理部４０内の前記メモリ部に記憶される。上述したＣＣＤ素子３７ａによる受光信号の値Ｂ２及び位置検出手段３６による発光手段６の位置Ｐ２の信号値が測定点位置演算処理部４０内の前記メモリ部にそれぞれ記憶された後、測定点位置演算処理部４０から第３モータ指令値演算処理部６１にトリガ信号６２が入力される。トリガ信号６２が入力されると、第３モータ指令値演算処理部６１から第３モータ制御処理部６３を介して第３モータドライバ６４に第３モータ３２を駆動するための指令値が入力され、この指令値に基づいて第３モータドライバ６４は前記電源から第３モータ３２に電流を流す。これによって第３モータ３２の回転軸３２ａが回転駆動されると偏芯カム３３の偏芯ハブ３３ａが回転し、発光手段６が偏芯カム３３の偏芯量に応じて矢印Ｒの方向に移動して発光手段６が対物レンズ８に対してさらに接近する。
【００３５】上述した行程が繰り返されることによって、ピンホール２６が、光源位置演算処理部４８で求めた前記直線５１に沿って正確に移動することになる。このようにして、ピンホール２６から対物レンズ８の中心点８ａに向かう主光線５０の光路長が変更される。そして、ＣＣＤ素子３７ａによる受光信号の値Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…，Ｂｎ－１，Ｂｎ及び位置検出手段３６による発光手段６の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐｎ－１，Ｐｎの各信号値が測定点位置演算処理部４０内の前記メモリ部にそれぞれ記憶される。そして発光手段６が図１の矢印Ｒの方向に一定量Ｓずつ移動して、発光手段６が対物レンズ８に対して最も接近した位置まで移動して上述した行程が終了すると、発光手段６は対物レンズ８に対して最も離間した位置まで自動的に移動し、次の測定作業に備えられる。
【００３６】尚、発光手段６が図１の矢印Ｒの方向に移動すると、その分、ピンホール２６の位置と反射光強度検出手段１０のＣＣＤ素子３７ａの位置とが光学的に等価な関係にならなくなり、反射光強度検出手段１０の感度が低下することになるが、発光手段６の最大移動量は数ミリメートルに設定されているので、その範囲内で発光手段６が移動しても受光強度の変化は十分検出することができるため実用上問題にならない。
【００３７】測定点位置演算処理部４０内の前記メモリ部にそれぞれ記憶された受光信号の値Ｂ１，…，Ｂｎ及び発光手段６の位置Ｐ１，…，Ｐｎの各信号値がグラフ化された図６を見ると分かるように、受光強度の最大値は曲線で表された受光強度の特性線図Ｔの極大値Ｂｍであり、そのときの発光手段６の位置はＰｍである。この発光手段６の位置Ｐｍは、測定点位置演算処理部４０において受光信号の値Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ及び発光手段６の位置Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎの各信号値に基づいて最小二乗法等の周知の演算方法によって算出される。尚、この発光手段６の位置Ｐｍにおけるピンホール２６の位置が、光学的には対物レンズ８に対して測定点４５が像を結ぶ位置、即ち結像位置である。
【００３８】一方、載置台３からの高さ位置Ｈと発光手段６の位置Ｐとの相関関係は測定点位置演算処理部４０内のメモリ部に記憶されており、発光手段６の位置Ｐｍが算出されると、前記相関関係から測定対象物４の測定点４５の載置台３からの光軸１１方向の高さＨ１が測定点位置演算処理部４０で算出される。この算出された測定点４５の高さＨ１の値はインターフェイス４１を介してディスプレイ４２の表示部４２ａに表示される。
【００３９】尚、本実施形態では位置検出手段３６によって発光手段６の移動位置を検出するようにしたが、これに代えて第３モータ３２の回転軸３２ａの回転角度を回転角度検出センサ２８，３０と同様のセンサで検出し、その検出値と偏芯カム３３の偏芯量との関係から発光手段６の移動位置を検出するようにしてもよい。また、本実施形態では発光手段６を矢印Ｒ方向に一定量Ｓだけ移動させた後、両ピンホール板１４ａ，１４ｂを相対回転させることによってピンホール２６を前記接合面Ｆにおける二次元座標に一致させるようにした。即ちピンホール２６を、最初矢印Ｒ方向に一定量Ｓだけ移動させ、その後、対物レンズ８の光軸１１に直交する方向に移動させるようにしたが、これに代えて前記一定量Ｓを微小寸法に設定する等してピンホール２６を常に前記直線５１上に沿って移動させるようにしてもよい。また上述した測定方法では、発光手段６を対物レンズ８に対して最も離間した位置から最も接近した位置まで移動させて測定対象物４の測定点４５における高さＨ１を求めるようにしたが、逆に発光手段６を対物レンズ８に対して最も接近した位置から最も離間した位置まで移動させて高さＨ１を求めるようにするか、又は発光手段６の最大移動量の中間位置を発光手段６の初期位置として該位置から発光手段６を対物レンズ８に対して離間もしくは接近させて前記最大移動量に亘って１往復移動させ、測定対象物４の測定点４５における高さＨ１を求めるようにしてもよい。また、発光手段６を前記最大移動量に亘って１回だけ移動させるのではなく、数回移動させてその回数ごとに測定点４５における高さＨ１を求め、その回数分の測定点４５における高さＨ１の平均値を求めてその値を測定点４５における高さとするようにしてもよい。
【００４０】さらにまた、測定対象物４の測定点４５における高さＨ１としては、載置台３からの高さ位置Ｈを求めるようにしたが、この測定方法に限らず測定対象物４の表面における任意の点（測定点４５以外の点）を基準点として該基準点と測定点４５との高低差を求めて、この高低差をもって該基準点に対する測定点４５の高さとするようにしてもよい。
【００４１】以上のような本実施形態による高さ測定装置によれば、表側ピンホール板１４ａに極細の渦巻状のスリット２４を設けると共に裏側ピンホール板１４ｂに同じく極細の直線状のスリット２５を設け、両ピンホール板１４ａ，１４ｂを両面同士が当接するように重合させることによって、各スリット２４，２５を交差させ微小なピンホール２６を形成し、さらに第１，第２モータ１５，１６を独立的に駆動させて両ピンホール板１４ａ，１４ｂを同一軸芯７３回りに相対的に回転させるようにしたので、ピンホール２６を二次元座標における任意の点に位置させることが簡単な構造で達成できると共にコンパクトに構成することができる。また、表側ピンホール板１４ａのスリット２４は渦巻状としたので、表側ピンホール板１４ａに対する裏側ピンホール板１４ｂの相対回転角を略３６０度に亘って選定することができ、前記二次元座標におけるピンホール２６の位置を精度よく位置付けることができる。
【００４２】そして、この構成と第３モータ３２を駆動させて発光手段６を対物レンズ８の光軸１１方向に移動させる構成とを複合させることにより、光学的な光源となるピンホール２６の三次元的位置を任意かつ正確に移動させることができる。このため、測定対象物４を移動させることなく測定対象物４の表面の任意に指定された測定点に向かってレーザー光線５を照射することができると共にピンホール２６を介して照射されたレーザー光線５のうち対物レンズ８の中心点８ａを通る主光線５０（発光手段６の初期位置における主光線）の線上に沿ってピンホール２６の三次元的位置を正確に、かつ、簡単な構造で変更することができる。この結果、測定対象物４の表面の任意に指定された測定点における対物レンズ８の光軸１１方向の高さを容易に、かつ、短時間に測定することができる。この測定方法を適宜応用することによって、コネクタピンの反り量，ビデオチップの平行度，セラミックシートの厚さを初め、さらには工作機械のスライドテーブルや産業用ロボットアームの移動量，パソコンのハードディスクヘッドの振動振幅等を測定することができる。
【００４３】また、測定対象物４の拡大された画像４３が写し出されたディスプレイ４２の表示部４２ａを見ながら、その画面上で測定者は測定点を指定することができるので、測定点の指定が容易であり、かつ、測定対象物４における測定点の位置を正確に指定できる。また、ディスプレイ４２の画面上で指定された画面側測定点４６に基づいて光学的に光源となるピンホール２６を位置付けることができると共に、光学的に受光点となるＣＣＤ素子３７ａを特定することができるので、光学的な光源および受光点の位置付けが容易かつ正確にできる。また、本実施形態では、反射光強度検出手段１０がＣＣＤ素子３７…を備えているため、反射光強度検出手段１０を、測定対象物４の拡大された画像４３をディスプレイ４２に写し出すための撮像手段として兼用させることができるので、その分、部品点数が少なくなる。また、上述の測定方法を繰り返すことにより測定対象物４の表面における複数の測定点の三次元座標を求め、それらの座標を演算処理して測定対象物４の立体形状を求めることもできる。
【００４４】（２）第２実施形態図７は、本発明の第２実施形態に係る高さ測定装置１を模式図的に示すものであり、前記第１実施形態の図１に相当するものである。この第２実施形態に係る高さ測定装置１は第１実施形態のものと対比すると、基本的には反射鏡６５を追加した点と、発光手段６は固定したまま移動させずにハーフミラー７及び反射鏡６５を移動させるようにした点が異なるだけで、それ以外は第１実施形態のものと実質的に同じ構成である。尚、図７において、前記第１実施形態で説明したものと同一若しくは同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００４５】図７において、ハーフミラー７及び反射鏡６５は連結具６６を介して一体化されている。この一体化されて構成された反射鏡体６７は、図で明示していないが第１実施形態の第３モータ３２及び偏芯カム３３等（本発明に係る第１の移動手段）に相当する構成部材（本発明に係る第３の移動手段）によって矢印Ｒの方向（対物レンズ８の光軸１１に沿う方向）に移動させられると共に第１実施形態の第１，２モータ１５，１６等（本発明に係る第２の移動手段）に相当する構成部材（本発明に係る第４の移動手段）によってピンホール２６の二次元座標（両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆ上における二次元座標）が適宜変更させられる。尚、ハーフミラー７及び反射鏡６５の反射面の傾斜角度は、対物レンズ８の光軸１１に対して４５度に設定されている。
【００４６】尚、両ピンホール板１４ａ，１４ｂは作図の都合上、図７において若干隙間を空けて図示しているが、実際には、第１実施形態と同様、両ピンホール板１４ａ，１４ｂは互いに当接させている。而して、反射鏡体６７が矢印Ｒの方向に移動したとき、ピンホール２６を介して照射されたレーザー光線５のうち対物レンズ８の中心点８ａを通る主光線５０（反射鏡体６７の初期位置における主光線）の線上を、ピンホール２６を介して照射されたレーザー光線５であって反射鏡体６７によって反射されたレーザー光線が通過する。而して、ピンホール２６から対物レンズ８の中心点８ａまでの光路長が変更される。
【００４７】尚、両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆと反射鏡６５の中心点６５ａとの最短距離Ｌ１に、該中心点６５ａとハーフミラー７の中心点７ａとの最短距離Ｌ２を加えた距離（Ｌ１＋Ｌ２）は、ハーフミラー７の中心点７ａと反射光強度検出手段１０の受光面１０ａとの最短距離Ｌ３と略等しくなるように設定されている。これによって、測定対象物４の測定点４５に対する、ピンホール２６の位置（光学的には光源の位置）と反射光強度検出手段１０におけるＣＣＤ素子３７ａの位置とが光学的に略等価な関係となる。
【００４８】以上のような本実施形態による高さ測定装置によれば、前記第１実施形態のものと実質的に同じ構成部分については前記第１実施形態において述べたと同様の効果を奏することができる。また、反射鏡体６７は矢印Ｒの方向に移動させられるものの光学的な光源となるピンホール２６は、両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆ上における二次元座標の位置が変更させられるだけで、対物レンズ８の光軸１１に沿う方向には移動させないので、矢印Ｒの方向に移動させる対象が反射鏡体６７だけになる。このため第１実施形態の第３モータ３２，従動部材３１，ガイド３４及びスプリング３５に相当する各構成部材（図示せず）を小型化することができる結果、第２実施形態に係る高さ測定装置１は第１実施形態のものと比べてコンパクト化することができる。
【００４９】（３）第３実施形態図８は、本発明の第３実施形態に係る高さ測定装置１を示すものであり、前記第１実施形態の図１の相当するものである。この第３実施形態に係る高さ測定装置１は、第２実施形態のものに対して、基本的には第２実施形態の反射鏡６５に相当するものを２つの反射鏡（第１，第２反射鏡６５Ａ，６５Ｂ）で構成した点及びハーフミラー７は固定したまま移動させずに前記第１，第２反射鏡６５Ａ，６５Ｂを移動させるようにした点が異なるだけで、それ以外は第２実施形態のものと実質的に同じ構成である。尚、図８において、前記第１及び第２実施形態で説明したものと同一若しくは同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５０】図８において、ピンホール板１４，第１モータ１５，第２モータ１６，ハブ１７，第１プーリ１９，第２プーリ２１及びタイミングベルト２２等が本発明に係る第４の移動手段を構成している。また、従動部材３１，第３モータ３２，偏芯カム３３，ガイド３４及び引張スプリング３５等が本発明に係る第３の移動手段を構成している。第１，第２反射鏡６５Ａ，６５Ｂを備える反射鏡体６７には従動部材３１の一端部が結着され、他端部の端面３１ａが第３モータ３２の回転軸３２ａに固定された偏芯カム３３によって押圧される。従動部材３１及び反射鏡体６７は偏芯カム３３によって矢印Ｒの方向（対物レンズ８の光軸１１に沿う方向）に移動させられるようになっており、それ以外の部材は高さ測定装置１の本体１ａに固定されている。発光部１２から照射されたレーザー光線５は、発光側レンズ１３を通過した後、第３反射鏡６９によって方向を９０度屈折させられ、ピンホール２６を介して反射鏡体６７に入射される。その後、反射鏡体６７の第１，第２反射鏡６５Ａ，６５Ｂによって方向を１８０度逆向きに屈折させられたレーザー光線５は、ハーフミラー７及び対物レンズ８を透過して測定対象物４の表面に向かって照射される。
【００５１】照射されたレーザー光線５は測定対象物４の表面で反射され、その反射光９の一部がハーフミラー７によって反射され、その反射光９が第４反射鏡７０によって方向を９０度屈折させられ、受光側レンズ７１を介して反射光強度検出手段１０に導かれる。第１，第２，第３，第４反射鏡６５Ａ，６５Ｂ，６９，７０及びハーフミラー７の反射面の角度は対物レンズ８の光軸１１に対して４５度に設定されている。尚、本実施形態では反射光強度検出手段１０の受光感度を向上させるべく受光側レンズ７１によって反射光９を集光させて反射光強度検出手段１０に導くように構成したが、受光側レンズ７１を設けずにハーフミラー７によって反射された反射光９を反射光強度検出手段１０に直接導くようにしてもよい。
【００５２】而して反射鏡体６７が矢印Ｒの方向に移動したとき、ピンホール２６を介して照射されたレーザー光線５のうち対物レンズ８の中心点８ａを通る主光線５０（反射鏡体６７の初期位置における主光線）の線上を、ピンホール２６を介して照射されたレーザー光線５であって反射鏡体６７によって反射されたレーザー光線が通過する。而して、ピンホール２６から対物レンズ８の中心点８ａまでの光路長が変更される。
【００５３】尚、両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆと反射鏡６５Ａの中心点６５ａとの最短距離Ｌ１，該中心点６５ａから第２反射鏡６５Ｂの中心点６５ｂまでの距離Ｌ２及び該中心点６５ｂからハーフミラー７の中心点７ａまでの距離Ｌ３を加えた距離（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）は、ハーフミラー７の中心点７ａから第４反射鏡７０の中心点７０ａまでの距離Ｌ４に該中心点７０ａから受光側レンズ７１の中心点７１ａまでの距離Ｌ５を加えた距離（Ｌ４＋Ｌ５）と略等しくなるように設定されている。これによって、測定対象物４の測定点４５に対する、ピンホール２６の位置（光学的には光源の位置）と受光側レンズ７１の位置とが光学的に略等価な関係となる。
【００５４】以上のような本実施形態による高さ測定装置によれば、前記第１及び第２実施形態のものと実質的に同じ構成部分については前記第１及び第２実施形態において述べたと同様の効果を奏することができる。また、矢印Ｒの方向に移動させる対象が反射鏡体６７だけであるので（ハーフミラー７は移動しない。）、反射鏡体６７の第１，第２反射鏡６５Ａ，６５Ｂの裏面側（反射面と反対側）を不透過性の部材で支持することができる。このため設計する際の自由度が大きくなるので、一般的に受けやすい移動部材の支持構造上の制約を軽減することができる。
【００５５】（４）第４実施形態図９乃至１１は、本発明の第４実施形態に係る高さ測定装置１を示すものであり、前記第１実施形態の図１乃至３にそれぞれ相当するものである。この第４実施形態に係る高さ測定装置１は、第３実施形態のものに対して、基本的には、発光側ピンホール２６ａの位置（光学的には光源の位置）と実質的に受光強度を検出する位置（受光側ピンホール２６ｂ）とが、測定対象物４の測定点４５に対して常に光学的に等価な位置関係となるように構成した点及びレーザー光線５の光路上における反射鏡体６７，ハーフミラー７をこれらの順に対物レンズ８に対して配設した点が異なるだけで、それ以外は第３実施形態のものと実質的に同じ構成である。尚、図９乃至１１において、前記第１，第２及び第３実施形態で説明したものと同一若しくは同等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５６】図９において、ピンホール板１４，第１モータ１５，第２モータ１６，ハブ１７，第１プーリ１９，第２プーリ２１及びタイミングベルト２２等が本発明に係る第４の移動手段を構成している。また、従動部材３１，第３モータ３２，偏芯カム３３，ガイド３４及び引張スプリング３５等が本発明に係る第３の移動手段を構成している。第１，第２反射鏡６５Ａ，６５Ｂを備える反射鏡体６７には従動部材３１の一端部が結着され、他端部の端面３１ａが第３モータ３２の回転軸３２ａに固定された偏芯カム３３によって押圧される。従動部材３１及び反射鏡体６７は偏芯カム３３によって矢印Ｒの方向（対物レンズ８の光軸１１に沿う方向）に移動させられるようになっている。ピンホール板１４の表側ピンホール板１４ａには、軸芯７３を中心に点対称になるように極細の円弧状のスリット２４が一対設けられ、裏側ピンホール板１４ｂには、同じく極細の直線状のスリット２５が軸芯７３を中心に点対称になるように一対設けられている（図１０の（ａ），（ｂ）参照）。そして両ピンホール板１４ａ，１４ｂが軸芯７３を中心に重合されると図１１に示すように一対のピンホール（発光側ピンホール２６ａ，受光側ピンホール２６ｂ）が形成される。
【００５７】これら一対のピンホール２６ａ，２６ｂは、両ピンホール板１４ａ，１４ｂが同一の軸芯７３回りに相対的に回転すると、常に軸芯７３を中心に点対称となる位置に形成される。発光部１２から照射されたレーザー光線５は、発光側レンズ１３を通過した後、発光側ピンホール２６ａを介して第３反射鏡６９によって方向を９０度屈折させられ、ハーフミラー７に入射される。その後、レーザー光線５は、その一部がハーフミラー７によって反射されて方向を９０度屈折させられ、反射鏡体６７の第１，第２反射鏡６５Ａ，６５Ｂによってさらに方向を１８０度逆向きに屈折させられる。その後、レーザー光線５は、対物レンズ８を透過して測定対象物４の表面に向かって照射される。
【００５８】照射されたレーザー光線５は測定対象物４の表面で反射され、その反射光９は、反射される前に既に通ってきた光路を、対物レンズ８及び反射鏡体６７を介してハーフミラー７まで逆戻りし、その後、ハーフミラー７を透過して第４，第５反射鏡７０，７４によって方向をそれぞれ９０度屈折させられ、ピンホール板１４の受光側ピンホール２６ｂに向かって入射される。第４，第５反射鏡７０，７４が本発明に係る他の反射手段を構成している。受光側ピンホール２６ｂを通過した反射光９は、受光側レンズ７１を透過して受光強度検出装置７５に導かれる。前記受光側ピンホール２６ｂ，受光側レンズ７１及び受光強度検出装置７５によって反射光強度検出手段１０が構成される。尚、第１，第２，第３，第４，第５反射鏡６５Ａ，６５Ｂ，６９，７０，７４及びハーフミラー７の反射面の角度は対物レンズ８の光軸１１に対して４５度に設定されている。
【００５９】而して、第３モータ３２及び偏芯カム３３にによって矢印Ｒの方向（対物レンズ８の光軸１１に沿う方向）に反射鏡体６７が移動させられると共に第１，２モータ１５，１６によって発光側ピンホール２６ａの二次元座標（両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆ上における二次元座標）が適宜変更させられる。このとき、発光側ピンホール２６ａを介して照射されたレーザー光線５のうち対物レンズ８の中心点８ａを通る主光線５０（反射鏡体６７の初期位置における主光線）の線上を、発光側ピンホール２６ａを介して照射されたレーザー光線５であって反射鏡体６７によって反射されたレーザー光線５が通過する。而して、発光側ピンホール２６ａから対物レンズ８の中心点８ａまでの光路長が変更される。
【００６０】尚、両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆと第３反射鏡６９の中心点６９ａとの最短距離Ｌ１は、ハーフミラー７の中心点７ａから第４反射鏡７０の中心点７０ａまでの距離Ｌ２に第５反射鏡７４の中心点７４ａと両ピンホール板１４ａ，１４ｂの接合面Ｆとの最短距離Ｌ３を加えた距離（Ｌ２＋Ｌ３）と等しくなるように設定されている。一方、第３反射鏡６９の中心点６９ａからハーフミラー７の中心点７ａまでの距離Ｌ４と、第４反射鏡７０の中心点７０ａのから第５反射鏡７４の中心点７４ａまでの距離Ｌ５とが等しくなるように設定されている。このことと上述した一対のピンホール２６ａ，２６ｂが常に軸芯７３を中心に点対称となる位置に形成されるということよって、反射鏡体６７が矢印Ｒの方向に移動しても測定対象物４の測定点４５に対する、発光側ピンホール２６ａ（光学的には光源）の位置と受光側ピンホール２６ｂ（光学的には受光点）の位置とが光学的に常に等価な関係が維持される。ところで、測定対象物４の測定点４５を指定する方法は、第１乃至第３実施形態と同様であり、測定者はディスプレイの表示部に写し出された測定対象物４の画像を見ながらキーボードを操作して測定点を指定する。このため、前記ディスプレイの表示部に測定対象物４の画像を写し出すためのＣＣＤカメラ等の撮像手段を別個に設ける必要がある。
【００６１】以上のような本実施形態による高さ測定装置によれば、前記第１乃至第３実施形態のものと実質的に同じ構成部分については前記第１乃至第３実施形態において述べたと同様の効果を奏することができる。
【００６２】また、本実施形態では上述したように、測定対象物４の測定点４５に対する、発光側ピンホール２６ａ（光学的には光源）の位置と受光側ピンホール２６ｂ（光学的には受光点）の位置とが光学的に常に等価な関係が維持される。このため、本実施形態の受光強度検出装置１０は、受光側ピンホール２６ｂを通過する反射光９の強度を検出するだけで測定点４５の反射光９の強度を測定することができ、第１乃至第３実施形態において採用した受光強度検出方法（受光強度検出装置１０における複数のＣＣＤ素子３７…のうち測定点４５に対応するＣＣＤ素子３７ａを特定し、その特定されたＣＣＤ素子３７ａの受光強度を検出する方法）を採用する必要がなくなる。このため、受光強度検出装置１０は単に受光強度を検出できるセンサで足り、安価な装置を用いることができる。また、第１乃至第３実施形態のものでは、受光強度検出装置１０における全てのＣＣＤ素子３７…の走査が完了しないと測定点４５における反射光９の受光強度を検出することができない。
【００６３】これに対して本実施形態の受光強度検出装置１０は、上述したように複数のＣＣＤ素子を備えるものでなく単に受光強度を検出できるセンサを使用することができるので、測定点４５における反射光９の受光強度をリアルタイムで検出することができる。この結果、受光強度を検出するのに要する時間を短縮できる。また上述のように、測定対象物４の測定点４５に対する、発光側ピンホール２６ａの位置（光学的には光源の位置）と受光側ピンホール２６ｂの位置とが光学的に常に等価な関係が維持されるため、発光側ピンホール２６ａが光学的に測定点４５の結像位置にある時、同時に受光側ピンホール２６ｂも光学的に測定点４５の結像位置（受光強度が最も大きくなる位置）にあるので、受光強度検出装置１０によって受光強度の変化を精度よく検出することができる。
【００６４】また、一対の極細のスリット２４，２５がそれぞれ形成された一対のピンホール板１４ａ，１４ｂを重合すると共に前記各スリット２４，２５を交差させることによって一対のピンホール２６ａ，２６ｂを形成し、各ピンホール板１４ａ，１４ｂを軸芯７３回りに相対回転させるだけで前記一対のピンホール２６ａ，２６ｂが軸芯７３を中心に互いに点対称となる位置関係を維持しつつ移動するので、発光側ピンホール２６ａ（光学的には光源）と受光側ピンホール２６ｂとを光学的に常に等価な関係に位置させることが簡単な構造で達成できると共にコンパクトに構成することができる。
【００６５】
【発明の効果】請求項１の発明に係る高さ測定装置によれば、測定対象物の表面の任意に指定された測定点における対物レンズの光軸方向の高さを容易に、かつ、短時間に測定することができる。
【００６６】請求項２の発明に係る高さ測定装置によれば、光軸に平行な方向と光軸に直交する仮想平面に沿う任意の方向という単純な二つの方向成分に分けて、それらの方向にそれぞれ独立に光源を移動させるようにしたので、光源を精度よく所望の経路に沿って移動させることができる。
【００６７】請求項３の発明に係る高さ測定装置によれば、光学的に光源となるピンホールを二次元座標における任意の点に位置させることが精度よくできると共に、簡単な構造でしかもコンパクトに構成することができる。
【００６８】請求項４の発明に係る高さ測定装置によれば、光軸に平行な方向と光軸に直交する仮想平面に沿う任意の方向という単純な二つの方向成分に分けて、それらの方向にそれぞれ独立に反射手段と光源とを移動させるようにしたので、光源を精度よく所望の位置に合わせつつ、前記光源から前記対物レンズの中心点までの光路長を適宜変更させることができる。また、反射手段を光軸に平行な方向に移動させるようにしたので、その分、光軸に平行な方向への移動対象部材が少なくて済み、装置をコンパクトに構成することができる。
【００６９】請求項５の発明に係る高さ測定装置によれば、測定対象物の測定点に対する、光源の位置と受光点の位置とを光学的に等価な関係に維持するようにしたため、受光強度の変化を精度よく検出することができる。
【００７０】請求項６の発明に係る高さ測定装置によれば、測定対象物の測定点に対する、ピンホールの位置（光学的には光源の位置）とピンホールの位置（光学的には受光点の位置）とを光学的に常に等価な関係に維持するようにしたため、前者のピンホールが光学的に測定点の結像位置にある時、同時に後者のピンホールも光学的に測定点の結像位置（受光強度が最も大きくなる位置）にあるので、反射光の強度の変化を精度よく検出することができる。また、一対のスリットがそれぞれ形成された一対のピンホール板を重合すると共に前記各スリットを交差させることによって一対のピンホールを形成し、各ピンホール板を軸芯回りに相対回転させるだけで前記一対のピンホールが前記軸芯を中心に互いに点対称となる位置関係を維持しつつ移動するようにしたので、点光源に近似できる一方のピンホールと受光点となる他方のピンホールとを光学的に等価な関係に位置させることが簡単な構造で達成できると共にコンパクトに構成することができる。
【００７１】請求項７の発明に係る高さ測定装置によれば、測定対象物の拡大された画像が写し出された表示手段の画面を見ながら、その画面上で測定者は測定点を指定するようにしたので、測定点の指定が容易であり、かつ、測定対象物における測定点の位置を正確に指定できる。また、表示手段の画面上で指定された画面側測定点に対応する測定点側二次元座標系の座標点に向かって光源から光線を照射すると共に前記座標点からの反射光の強度を検出するようにしたしたので、測定点に向かって正確に光線を照射することができると共に測定点からの反射光の強度を正確に検出することができる。
【００７２】請求項８の発明に係る高さ測定装置によれば、撮像手段が複数の受光素子を備えているため、測定対象物の拡大された画像を表示手段に写し出すための撮像手段を反射光強度検出手段として兼用させる構成としたので、その分、部品点数を少なくすることができる。

【出願人】	【識別番号】３９２０３２６０５【氏名又は名称】榎本工業株式会社
【出願日】	平成１１年３月３日（１９９９．３．３）
【代理人】	【識別番号】１０００９５６１４【弁理士】【氏名又は名称】越川隆夫
【公開番号】	特開２０００－２４９５１６（Ｐ２０００－２４９５１６Ａ）
【公開日】	平成１２年９月１４日（２０００．９．１４）
【出願番号】	特願平１１－５５９５２