CN115104002A - 高度测量装置及高度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的高度测量装置具备：光照射部，其将包含多个光束的照射光以相对于样品的高度方向倾斜的角度照射至样品，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同；相机系统，其检测来自被照射有照射光的样品的光，并输出该光的波长信息；及控制装置，其基于波长信息而计算样品的高度；且相机系统具有：倾斜二向色反射镜，其透过率及反射率在特定波长区域内根据波长而变化，通过使来自样品的光透过及反射而将该光分离；光检测器，其从已在倾斜二向色反射镜反射的光检测反射光量；光检测器，其从已透过倾斜二向色反射镜的光检测透过光量；及处理部，其基于反射光量与透过光量的比，计算波长信息并将其输出。

Description

高度测量装置及高度测量方法
技术领域
本发明的一形态涉及高度测量装置及高度测量方法。
背景技术
作为测量测定对象物的高度的方法，已知有如下方法，即，对测定对象物照射光，检测来自该测定对象物的光，由此测量高度(例如参照专利文献1～3)。专利文献1～3所记载的高度测量方法，将包含多个光束的照射光以相对于测定对象物的高度方向倾斜的角度照射至该测定对象物，基于来自该测定对象物的反射光的波长而测量该测定对象物的高度，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-27520号公报
专利文献2：日本特开2007-101399号公报
专利文献3：日本特开2009-145279号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
此处，在上述高度测量方法中，通过彩色摄像元件求出来自测定对象物的光的波长。在以此方式求出光的波长的情形时，导出光的波长时会受到测定对象物自身颜色的影响，因此，有导致最终的测定对象物的高度测量结果的精度降低的担忧。
本发明的一形态鉴于上述实际情况而完成，目的在于提供一种能够更高精度地测量测定对象物的高度的高度测量装置及高度测量方法。
[解决问题的技术手段]
本发明的一形态的高度测量装置具备：光照射部，其将包含多个光束的照射光以相对于测定对象物的高度方向倾斜的角度照射至测定对象物，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同；光检测部，其检测来自被照射有照射光的测定对象物的光，并输出该光的波长信息；及解析部，其基于波长信息而计算测定对象物的高度；且光检测部具有：光学元件，其透过率及反射率在特定波长区域内根据波长而变化，通过使来自测定对象物的光透过及反射而将该光分离；第1光检测器，其从已在光学元件反射的光检测反射光量；第2光检测器，其从已透过光学元件的光检测透过光量；及处理部，其基于反射光量与透过光量的比，计算波长信息并将其输出。
在本发明的一形态的高度测量装置中，将包含多个光束的照射光以相对于测定对象物的高度方向倾斜的角度照射至测定对象物，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同，基于来自测定对象物的光导出波长信息并将其输出，并基于波长信息而计算测定对象物的高度。如此，由于包含在与光轴方向交叉的方向上互不相同的多个光束的照射光相对于测定对象物从斜向(以倾斜的角度)照射，使得照射至测定对象物的光的波长根据测定对象物的高度而变化，因此，通过检测来自测定对象部的光并导出波长信息，可基于该波长信息而恰当地计算测定对象物的高度。此处，在本发明的一形态的高度测量装置中，通过透过率及反射率根据波长而变化的光学元件将光分离，从已在光学元件反射的光检测反射光量，从已透过光学元件的光检测透过光量，基于反射光量与透过光量的比而计算波长信息。例如，在基于由彩色摄像元件获取的光的强度而导出来自测定对象物的光的波长等情形时，由彩色摄像元件获取的光的强度受测定对象部物自身颜色的影响而发生变化，因此，有无法确保光的波长信息的计算精度的担忧。在此情形时，基于波长信息测量测定对象物的高度的精度也会降低。关于该点，在本发明的一形态的高度测量装置中，如上所述，通过透过率及反射率根据波长而变化的光学元件将光分离，基于分离后的反射光量与透过光量的比而计算波长信息，因此不会受到测定对象物自身颜色的影响，能够高精度地计算光的波长信息。根据这样的高度测量装置，能够基于高精度地计算的光的波长信息而高精度地计算测定对象物的高度。
在上述高度测量装置中，第1光检测器及上述第2光检测器可为线传感器(linesensor)。通过使用线传感器，例如一边使测定对象物移动以变更拍摄线，一边高精度地拍摄各拍摄线。由此，能够更高精度地计算测定对象物的高度。
在上述高度测量装置中，光照射部可将包含作为平行光的多个光束的照射光照射至测定对象物。通过照射平行光，能够容易且恰当地导出波长与高度的对应关系，从而能够更高精度地计算测定对象物的高度。
在上述高度测量装置中，光照射部可具有：光源，其输出白色光；及分光元件，其通过将从光源输出的白色光分光而输出包含多个光束的照射光，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上波长互不相同。如此，通过将包含所有可见光线的白色光分光而输出各光束，能够容易且恰当地输出包含波长互不相同的多个光束的照射光。
上述高度测量装置可进一步具备暗箱，该暗箱阻断作为照射至测定对象物的光的由光照射部照射至测定对象物的光以外的光。根据这样的结构，阻断了与高度测量无关的光，从而能够更高精度地计算测定对象物的高度。
上述高度测量装置可进一步具备使测定对象物移动的搬送部。根据这样的结构，能够一边使测定对象物中的照射光的照射点变化，一边导出整个测定对象物的波长信息，从而进行整个测定对象物的高度测量。
本发明的一形态的高度测量方法包含：光照射步骤，其将包含多个光束的照射光以相对于测定对象物的高度方向倾斜的角度照射至测定对象物，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同；波长计算步骤，其基于由光学元件、第1光检测器及第2光检测器获得的反射光量与透过光量的比，而计算来自测定对象物的光的波长信息，该光学元件的透过率及反射率在特定波长区域内根据波长而变化，通过使来自测定对象物的光透过及反射而将该光分离，该第1光检测器从已在光学元件反射的光检测反射光量，该第2光检测器从已透过光学元件的光检测透过光量；及高度计算步骤，其基于波长信息而计算测定对象物的高度。根据此种高度测量方法，能够基于高精度地计算的光的波长信息而高精度地计算测定对象物的高度。
在上述高度测量方法中，也可为，在光照射步骤中，通过使测定对象物移动而使测定对象物中的照射光的照射点连续变化，在高度计算步骤中，可通过计算与测定对象物中各照射点对应的高度而导出测定对象物的形状。在此种高度测量方法中，测定对象物中的照射光的照射点连续变化，从而能够进行整个测定对象物的高度测量，并基于该高度测量的结果，恰当地导出测定对象物的形状。
[发明的效果]
根据本发明的一形态的高度测量装置，能够更高精度地测量测定对象物的高度。
附图说明
图1为示意性地表示本实施方式的高度测量装置的图。
图2为说明测定对象物的高度测量及形状推定处理的图。
图3为表示图1所示的光照射部的构成例的图。
图4为示意性地表示图1所示的相机系统的图。
图5为说明光的光谱及倾斜二向色反射镜的特性的图。
图6为表示本实施方式的高度测量方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照图式对本发明的实施方式详细地进行说明。再者，各图中对相同或相当的部分标注相同的符号，并省略重复的说明。
图1为示意性地表示本实施方式的高度测量装置1的图。高度测量装置1为对样品100照射光，基于来自该样品100的反射光而测量样品100的高度的装置。高度测量装置1可通过使样品100中的光的照射点连续变化而计算样品100的各区域的高度，最终基于该各区域的高度而导出样品100的形状。样品100可为想要测量高度的任何物体，例如食品或各种加工品等。
图2为说明样品100的高度测量及形状推定处理的图。在本实施方式的高度测量装置1所实施的高度测量方法及形状推定方法中，如图2所示，将包含多个波长的光从斜向照射至样品100，且来自该样品100的反射光经由透镜21(下文叙述)在倾斜二向色反射镜22(下文叙述)被分离，分离后的光通过作为线传感器等的光检测器23、24(下文叙述)检测，基于各光检测器23、24中检测出的光的亮度(光量)分布，恢复各照射点处的光的波长信息，基于波长信息计算各照射点处的高度，并基于各照射点的高度而恢复样品100的形状。详情将于下文叙述。
如图1所示，高度测量装置1具备光照射部10、相机系统20(光检测部)、控制装置30(解析部)、暗箱40及带式输送机50(搬送部)。
带式输送机50为使样品100移动的搬送部。带式输送机50通过使样品100朝水平方向的一方向移动而使样品100中的照射光(从光照射部10照射的照射光)的照射点变化。带式输送机50具备载置样品100并且朝上述一方向移动的皮带部52、及使该皮带部52动作的致动器51。致动器51通过控制装置30的控制部31(下文叙述)控制。
暗箱40中收容有上述高度测量装置1的构成中至少光照射部10、相机系统20及带式输送机50的一部分(详细而言为来自光照射部10的照射光照射至带式输送机50所载置的样品100的点)，并且以避免外部光对所收容的各构成造成影响的方式设置。暗箱40阻断作为照射至样品100的光的从光照射部10照射的光以外的光。
光照射部10将包含多个光束的照射光以相对于样品100(测定对象物)的高度方向倾斜的角度照射至样品100，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同。如图1所示，从光照射部10照射至样品100的照射光中，波长互不相同的扁平光束Li1、Li2、…LiX(X为正整数)沿着与光轴方向交叉的方向无间隙地排列。相对于样品100的高度方向倾斜的角度为垂直方向以外的角度，更详细而言为垂直方向及水平方向以外的角度(斜方向的角度)。通过对样品100照射这样的照射光，而在样品100的一点，照射根据高度而不同的颜色(扁平光束Li1、Li2、…LiX中的仅任一个)。因此，通过观察自样品100反射的光，能够导出样品100的被照射的点的高度。光照射部10将包含作为平行光的多个光束的照射光照射至样品100。光照射部10例如具有光源11、及分光元件12、13。如此，光照射部10具有2个分光元件12、13作为与光的分光相关的元件。
光源11例如为输出白色光的白色光源，例如为白色LED(Light Emitting Diode，发光二极管)或电灯(lamp)光源、超连续光谱光源、雷射激发白色光源等。光源11也可为输出白色光以外的光的光源。从光源11出射的光为包含可在样品100反射、散射的波长的光，根据样品100而选择。光源11输出相机系统20具有的倾斜二向色反射镜22(下文叙述)的特定波长区域(倾斜二向色反射镜22的透过率及反射率根据波长而变化的波长区域)内所含的波长的光。图5为说明倾斜二向色反射镜22的特性与从光源11出射的光的波长的关系的图。图5中，横轴表示波长，纵轴表示倾斜二向色反射镜22的透过率。如图5的倾斜二向色反射镜22的特性X4所示，倾斜二向色反射镜22中，在特定波长区域X1，光的透过率(及反射率)根据波长变化而平缓地变化，在该特定波长区域以外的波长区域，光的透过率(及反射率)无关于波长变化而为固定。换言之，在特定波段(波长λ1～λ2的波段)，光的透过率根据波长变化以单调递增(反射率以单调递减)的方式变化。如图5所示，从光源11输出的光X2包含上述特定波长区域X1内所含的波长的光。即，光源11输出包含特定波长区域X1的宽光谱的光。
返回至图1，分光元件12、13通过将从光源11输出的白色光按每一波长分光(分光成彩虹色)，而输出包含多个扁平光束Li1、Li2、…LiX的照射光，该多个扁平光束在与光轴方向交叉的方向上波长互不相同。分光元件12接收从光源11输出的白色光，并朝向分光元件13输出光。分光元件13接收从分光元件12输出的光，并将作为平行光的照射光朝向样品100输出。
图3为表示光照射部10的构成例的图。图3(a)所示的光照射部10具有衍射光栅12a、13a作为分光元件12、13。衍射光栅12a、13a以波长越长越能很好地折曲的方式输出各波长的光束。再者，衍射光栅13a也可为透镜。图3(b)所示的光照射部10具备棱镜12b、13b作为分光元件12、13。棱镜12b、13b取决于每一波长的折射率，以波长越短越能很好地折曲的方式输出各波长的光束。再者，棱镜13b也可为透镜。以下，对分光元件12、13为衍射光栅12a、13a的情形进行说明。
返回至图1，相机系统20检测来自样品100的光，并输出该光的波长信息，该样品100被照射有来自光照射部10的照射光。相机系统20配置于能够检测来自样品100的光的位置。图4为示意性地表示图1所示的相机系统20的图。如图4所示，相机系统20构成为包含透镜21、倾斜二向色反射镜22(光学元件)、光检测器23、24(第1光检测器、第2光检测器)、带通滤波器25、26、及处理部27。
透镜21为将入射的来自样品100的光聚集的透镜。透镜21可配置于倾斜二向色反射镜22的前级(上游)，也可配置于倾斜二向色反射镜22与光检测器23、24之间的区域。透镜21可为有限焦点透镜，也可为无限焦点透镜。当透镜21为有限焦点透镜时，透镜21至光检测器23、24的距离设为规定值。当透镜21为无限焦点透镜时，透镜21为将来自样品100的光转换为平行光的准直透镜，以获得平行光的方式进行像差修正。从透镜21输出的光入射至倾斜二向色反射镜22。
倾斜二向色反射镜22为使用特殊光学素材制成的镜面，且根据波长使来自样品100的光透过及反射而将该光分离的光学元件。倾斜二向色反射镜22以光的透过率及反射率在特定波长区域内根据波长而变化的方式构成。
图5为说明光的光谱及倾斜二向色反射镜22的特性的图。图5中，横轴表示波长，纵轴表示光谱强度(光的光谱时)及透过率(倾斜二向色反射镜22时)。如图5的倾斜二向色反射镜22的特性X4所示，在倾斜二向色反射镜22中，在特定波长区域(波长λ1～λ2的波长区域)内，光的透过率(及反射率)根据波长变化而平缓地变化，在该特定波长区域以外的波长区域(即，较波长λ1低的低波长侧及较波长λ2高的高波长侧)，光的透过率(及反射率)无关于波长变化而为固定。透过率与反射率存在负相关关系，即，一方朝向变大的方向变化，则另一方朝向变小的方向变化，因此，以下有时不记载为「透过率(及反射率)」，而仅记载为「透过率」。再者，所谓「光的透过率无关于波长变化而为固定」，不仅包含完全固定的情形，也包含例如波长变化1nm时透过率变化0.1％以下的情形。在较波长λ1低的低波长侧，不论波长如何变化，光的透过率大致为0％，在较波长λ2高的高波长侧，不论波长如何变化，光的透过率大致为100％。再者，所谓「光的透过率大致为0％」，包含0％+10％左右的透过率，所谓「光的透过率大致为100％」，包含100％－10％左右的透过率。
返回至图4，光检测器23、24检测由倾斜二向色反射镜22分离的光。光检测器23、24例如为一维线传感器。光检测器23从已透过倾斜二向色反射镜22的光检测透过光量。光检测器24检测在倾斜二向色反射镜22反射的光。光检测器23、24具有灵敏度的波长范围与倾斜二向色反射镜22中光的透过率(及反射率)根据波长变化而变化的特定波长区域相对应。
带通滤波器25配置于倾斜二向色反射镜22与光检测器23之间。带通滤波器26配置于倾斜二向色反射镜22与光检测器24之间。带通滤波器25、26例如也可为去除上述特定波长区域(倾斜二向色反射镜22中光的透过率及反射率根据波长而变化的波长区域)以外的波长区域的光的滤波器。
处理部27基于由光检测器23检测出的透过光量与由光检测器24检测出的反射光量的比而计算波长信息，并将其输出至控制装置30。在本高度测量装置1中，照射至利用带式输送机50移动的样品100上的一点的光为单色。即，照射至样品100的一点的光仅为包含波长互不相同的多个光束的照射光中的任一光束的光，且为单色。若将所要照射的光的波长(欲导出的波长)设为λ，将透过光量设为T，将反射光量设为R，则波长偏移参数S由下述(1)式表示。
S＝(T－R)/(T+R) (1)
此处，若将倾斜二向色反射镜22中反射率达到100％的波长设为λ1，将透过率达到100％的波长设为λ2，则根据倾斜二向色反射镜的变化率相对于波长呈直线变化这一特性，可以明确的是，透过率50％的波长λ50％成为(λ1+λ2)/2。此时，波长偏移参数S成为0。因此，波长偏移Δλ时的变化量使用波长偏移参数S由下述(2)式表示。另外，波长λ由下述(3)式表示。
Δλ＝S(λ2－λ1)/2 (2)
λ＝λ50％+Δλ (3)
处理部27将使用这些式子导出的波长(波长信息)输出至控制装置30。
返回至图1，控制装置30为计算机，物理上构成为具备RAM(Random AccessMemory，随机存取内存)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)等存储器、CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)等处理器(运算电路)、通信接口、硬盘等储存部。控制装置30通过利用计算机系统的CPU执行储存于内存的程序而发挥功能。控制装置30也可由微电脑或FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可程序逻辑数组)构成。
控制装置30具有控制部31、计算部32及显示部33。控制部31控制高度测量装置1中的各构成。具体而言，控制部31控制相机系统20，并且控制带式输送机50的致动器51。控制部31通过控制致动器而调整带式输送机50的搬送速度，由此控制相机系统20内的例如作为线传感器的光检测器23、24的线速率(line rate)。
计算部32基于由处理部27导出的波长信息，计算样品100的高度(被照射有照射光的样品100的一点的高度)。计算部32基于衍射光栅的间距D、波长λ、分光元件12、13间的距离L而计算样品100的高度。当前，已通过作为衍射光栅的分光元件12、13使照射光成为平行光，因此，每一波长的高度h由下述(4)式表示，样品100的高度H由下述(5)式表示。再者，θ为光相对于分光元件13的倾斜角度，Φ为照射光从水平方向倾斜的角度。
h＝L*tanθ＝L*λ/√(D2－λ2) (4)
H＝hcosΦ (5)
计算部32也可通过计算与样品100中各照射点对应的高度，而导出样品100的形状。例如，在光检测器23、24为线传感器的情形时，对每1线测量高度，因此，可以通过连续地计算各线的高度，从而导出样品100的三维形状。再者，在将棱镜用作分光元件12、13的情形时，每一波长的折曲差取决于玻璃的折射率，故无法单纯地计计算，因此，并非通过如上所述的数学式而是通过利用预先获取的表进行的换算或者根据近似曲线的近似值，而计算高度。
显示部33显示由计算部32计算的与样品100的高度相关的信息。显示部33例如显示光检测器23、24中的检测结果(拍摄结果)及样品100的高度的信息。另外，关于显示部33，也可将根据与各照射点对应的高度导出的样品100的形状(恢复形状)显示于显示部33。
其次，参照图6对本实施方式的高度测量装置1实施的高度测量方法进行说明。图6为表示本实施方式的高度测量方法的流程图。
在本实施方式的高度测量方法中，如图6所示，一边利用带式输送机50使样品100移动，一边将照射光从斜向照射至样品100(步骤S1：光照射步骤)。照射光包含多个光束，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同。
继而，基于来自样品100的反射光，计算光的波长信息(步骤S2：波长计算步骤)。具体而言，基于由倾斜二向色反射镜22分离的透过光量与反射光量的比，计算波长信息。
继而，基于波长信息，计算样品100的高度(步骤S3：高度计算步骤)。高度计算步骤中，也可通过分别计算与样品100中各照射点对应的高度而恢复(导出)样品100的形状，该照射点因样品100的移动而变化。以上是高度测量装置1实施的高度测量方法。
其次，对本实施方式的高度测量装置1及高度测量方法的作用效果进行说明。
本实施方式的高度测量装置1具备：光照射部10，其将包含多个光束的照射光以相对于样品100的高度方向倾斜的角度照射至样品100，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同；相机系统20，检测来自被照射有照射光的样品100的光，并输出该光的波长信息；及控制装置30，其基于波长信息，计算样品100的高度；且相机系统20具有：倾斜二向色反射镜22，其透过率及反射率在特定波长区域根据波长而变化，通过使来自样品100的光透过及反射而将该光分离；光检测器24，其从已在倾斜二向色反射镜22反射的光检测反射光量；光检测器23，其从已透过倾斜二向色反射镜22的光检测透过光量；及处理部27，其基于反射光量与透过光量的比，计算波长信息并将其输出。
在本实施方式的高度测量装置1中，将包含多个光束的照射光以相对于样品100的高度方向倾斜的角度照射至样品100，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同，基于来自样品100的光导出波长信息并将其输出，基于波长信息而计算样品100的高度。如此，由于包含在与光轴方向交叉的方向上互不相同的多个光束的照射光从斜向(以倾斜的角度)照射至样品100，使得照射至样品100的光的波长根据样品100的高度而变化，因此，通过检测来自样品100的光而导出波长信息，可基于该波长信息而恰当地计算样品100的高度。此处，在本实施方式的高度测量装置1中，通过透过率及反射率根据波长而变化的倾斜二向色反射镜22将光分离，从已在倾斜二向色反射镜22反射的光检测反射光量，从已透过倾斜二向色反射镜22的光检测透过光量，基于反射光量与透过光量的比而计算波长信息。例如，在基于由彩色摄像元件获取的光的强度而导出来自测定对象物的光的波长等情形时，由彩色摄像元件获取的光的强度受测定对象部物自身颜色的影响而变化，因此，有无法确保光的波长信息的计算精度的担忧。在此情形时，基于波长信息测量测定对象物的高度的精度也会降低。关于该点，在本实施方式的高度测量装置1中，如上所述，通过透过率及反射率根据波长而变化的倾斜二向色反射镜22将光分离，基于分离后的反射光量与透过光量的比而计算波长信息，因此，能够不受样品100自身颜色的影响而高精度地计算光的波长信息。根据这样的高度测量装置1，能够基于高精度地计算的光的波长信息而高精度地计算样品100的高度。计算精度例如可通过修正滤波器的特性应变或透镜的透过率等而提高，例如，在将倾斜二向色反射镜22的「特定波长区域」(透过率及反射率根据波长而变化的波长区域)设计为400nm～700nm的情形时，误差可设为1nm左右。
在上述高度测量装置1中，光检测器23、24也可为线传感器。通过使用线传感器，例如一边使样品100移动以变更拍摄线，一边高精度地拍摄各拍摄线。由此，能够更高精度地计算样品100的高度。
在上述高度测量装置1中，光照射部10也可将包含作为平行光的多个光束的照射光照射至样品100。通过照射平行光，能够容易且恰当地导出波长与高度的对应关系，从而能够更高精度地计算样品100的高度。
在上述高度测量装置1中，光照射部10也可具有：光源11，其输出白色光；及分光元件12、13，其等通过将从光源11输出的白色光分光而输出包含多个光束的照射光，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上波长互不相同。如此，通过将包含所有可见光线的白色光分光而输出各光束，能够容易且恰当地输出包含波长互不相同的多个光束的照射光。
上述高度测量装置1进而具备暗箱40，该暗箱40阻断作为照射至样品100的光而由光照射部10照射至样品100的光以外的光。根据此种构成，阻断了与高度测量无关的光，从而能够更高精度地计算样品100的高度。
上述高度测量装置1也可进而具备使样品100移动的带式输送机50。根据此种构成，能够一边使样品100中的照射光的照射点变化，一边导出整个样品100的波长信息，从而进行整个样品100的高度测量。
本实施方式的高度测量方法包含：光照射步骤，其将包含多个光束的照射光以相对于样品100的高度方向倾斜的角度照射至样品100，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同；波长计算步骤，其基于由光检测器24及光检测器23获得的反射光量与透过光量的比，计算来自样品100的光的波长信息，该光检测器24从已在倾斜二向色反射镜22反射的光检测反射光量，该光检测器23从已透过倾斜二向色反射镜22的光检测透过光量，该倾斜二向色反射镜22的透过率及反射率在特定波长区域内根据波长而变化，通过使来自样品100的光透过及反射而将该光分离；及高度计算步骤，其基于波长信息而计算样品100的高度。根据此种高度测量方法，能够基于高精度地计算的光的波长信息而高精度地计算样品100的高度。
在上述高度测量方法中，也可为，在光照射步骤中，通过使样品100移动而使样品100中的照射光的照射点连续变化，在高度计算步骤中，通过计算与样品100中各照射点对应的高度而导出样品100的形状。在此种高度测量方法中，样品100中的照射光的照射点连续变化，从而能够进行整个样品100的高度测量，并基于该高度测量的结果而恰当地导出样品100的形状。
再者，作为测量测定对象物的形状(凹凸)的其他技术，有使用结构光(structuredlight)的方法、及使用TOF(Time Of Flight，飞行时间)传感器的方法等。在使用结构光的方法中，对测定对象物照射直线光，利用相机从斜方向观察，由此测量测定对象物的形状。然而，该方法中必须使用二维传感器，因此，与利用线传感器这样的一维传感器的情形相比，测量速度变慢且处理负荷变高。又，在使用TOF传感器的方法中，对测定对象物照射脉冲光，根据输出脉冲光的时点及从测定对象物回射脉冲光为止所需的时间，测量测定对象物的凹凸。然而，该方法中，因测量极短时间的特性而难以增大像素，从而不适合观察细小形状。关于该方面，本实施方式的高度测量装置1实施的形状测量方法与该等比较例相比，能够加快测量速度并且减轻处理负荷，进而也能够恰当地测量细小形状。
【符号说明】
1:高度测量装置
10:光照射部
11:光源
12,13:分光元件
20:相机系统(光检测部)
22:倾斜二向色反射镜(光学元件)
23,24:光检测器(第1光检测器、第2光检测器)
25,26:带通滤波器
27:处理部
30:控制装置(解析部)
40:暗箱
50:带式输送机(搬送部)
100:样品(测定对象物)。

Claims (8)

1.一种高度测量装置，其具备：
光照射部，其将包含多个光束的照射光以相对于测定对象物的高度方向倾斜的角度照射至所述测定对象物，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同；
光检测部，其检测来自被照射有所述照射光的所述测定对象物的光，并输出该光的波长信息；及
解析部，其基于所述波长信息计算所述测定对象物的高度，
所述光检测部具有：
光学元件，其透过率及反射率在特定波长区域内根据波长而变化，通过使来自所述对象物的光透过及反射而将该光分离；
第1光检测器，其从已在所述光学元件反射的光检测反射光量；
第2光检测器，其从已透过所述光学元件的光检测透过光量；及
处理部，其基于所述反射光量与所述透过光量的比，计算所述波长信息并将其输出。
2.如权利要求1所述的高度测量装置，其中，
所述第1光检测器及所述第2光检测器为线传感器。
3.如权利要求1或2所述的高度测量装置，其中，
所述光照射部将包含作为平行光的所述多个光束的所述照射光照射至所述测定对象物。
4.如权利要求1至3中任一项所述的高度测量装置，其中，
所述光照射部具有：
光源，其输出白色光；及
分光元件，其通过将从所述光源输出的所述白色光分光，而输出包含多个光束的所述照射光，该多个光束在与所述光轴方向交叉的方向上波长互不相同。
5.如权利要求1至4中任一项所述的高度测量装置，其中，
进一步具备暗箱，该暗箱阻断作为照射至所述测定对象物的光的由所述光照射部照射至所述测定对象物的光以外的光。
6.如权利要求1至5中任一项所述的高度测量装置，其中，
进一步具备使所述测定对象物移动的搬送部。
7.一种高度测量方法，其包括：
光照射步骤，其将包含多个光束的照射光以相对于测定对象物的高度方向倾斜的角度照射至所述测定对象物，该多个光束在与光轴方向交叉的方向上排列且波长互不相同；
波长计算步骤，其基于由光学元件、第1光检测器及第2光检测器获得的反射光量与透过光量的比而计算来自所述测定对象物的光的波长信息，该光学元件的透过率及反射率在特定波长区域内根据波长而变化，且通过使来自所述对象物的光透过及反射而将该光分离，该第1光检测器从已在所述光学元件反射的光检测反射光量，该第2光检测器从已透过所述光学元件的光检测透过光量；及
高度计算步骤，其基于所述波长信息而计算所述测定对象物的高度。
8.如权利要求7所述的高度测量方法，其中，
在所述光照射步骤中，通过使所述测定对象物移动，而使所述测定对象物中的所述照射光的照射点连续变化，
在所述高度计算步骤中，通过计算与所述测定对象物中的各所述照射点对应的高度，而导出所述测定对象物的形状。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023088595A (ja) * 2021-12-15 2023-06-27 浜松ホトニクス株式会社 計測装置及び計測方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3400493B2 (ja) 1993-07-14 2003-04-28 協立電機株式会社 プリント基板上の物体の高さ検査装置
JPH1047926A (ja) * 1996-08-07 1998-02-20 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 膜厚測定装置および膜厚測定方法
JP3668466B2 (ja) * 2002-05-10 2005-07-06 松下電器産業株式会社 実時間レンジファインダ
JP2004069651A (ja) * 2002-08-09 2004-03-04 Omron Corp 膜厚測定装置
JP2006276840A (ja) * 2005-03-03 2006-10-12 Olympus Corp 顕微鏡装置、その制御装置、及びプログラム
JP2007101399A (ja) 2005-10-05 2007-04-19 Nikon Corp 高さ測定装置および方法
JP5332192B2 (ja) 2007-12-17 2013-11-06 株式会社ニコン ３次元形状測定装置
US8040513B2 (en) * 2008-06-18 2011-10-18 Till I.D. Gmbh Dual emission microscope
DE102008044375A1 (de) * 2008-12-05 2010-06-10 Robert Bosch Gmbh Optisches Messgerät
US20110071784A1 (en) * 2009-09-21 2011-03-24 Nikon Corporation Goos-Hanchen compensation in autofocus systems
JP2012137394A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Honda Motor Co Ltd 三次元形状測定装置
JP6285112B2 (ja) 2013-06-03 2018-02-28 浜松ホトニクス株式会社 光分割装置
JP6261883B2 (ja) * 2013-06-03 2018-01-17 浜松ホトニクス株式会社 光観察装置、それに用いる撮像装置、及び光観察方法
JP2015211727A (ja) * 2014-05-01 2015-11-26 オリンパス株式会社 内視鏡装置
JP6391345B2 (ja) * 2014-07-29 2018-09-19 オリンパス株式会社 顕微鏡システム
JP6394514B2 (ja) * 2015-06-25 2018-09-26 Ｊｆｅスチール株式会社 表面欠陥検出方法、表面欠陥検出装置、及び鋼材の製造方法
DE102015218720A1 (de) * 2015-09-29 2016-09-15 Carl Zeiss Meditec Ag Beleuchtungsvorrichtung für ein Operationsmikroskop
CN106052871A (zh) * 2016-06-03 2016-10-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 针对led全光谱检测的快速多通道光谱仪
JP2018116032A (ja) * 2017-01-20 2018-07-26 キヤノン株式会社 被計測物の形状を計測する計測装置
JP6285597B1 (ja) 2017-06-05 2018-02-28 大塚電子株式会社 光学測定装置および光学測定方法
JP2019144217A (ja) * 2018-02-20 2019-08-29 国立大学法人千葉大学 膜厚測定装置、これを用いた蒸着装置及び膜特性評価装置

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