JP2009025006A - Optical device, light source device, and optical measuring device - Google Patents

Optical device, light source device, and optical measuring device Download PDF

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謹 長江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical measuring device capable of performing various measurements with a simple constitution. <P>SOLUTION: Measuring light 124 from a light source 126 is reflected by a reflection part 121 of a cone mirror 108 through a lens system 107, and output to the measuring object 150 side through openings of light shielding members 105, 106 as wide radial light 119 for measuring a defect. Measuring light 125 transmitted through a through hole 109 of the cone mirror 108 is reflected by a reflection part 122 on the periphery of the top part 111 of a cone mirror 110, and output to the measuring object 150 side through the openings of the light shielding members 105, 106 as narrow radial light 120 for measuring a length characteristic. The light 119 for measuring a defect and the light 120 for measuring a length characteristic reflected by the measuring object 150 are detected respectively by measuring parts 112, 116, and existence determination, shape calculation or the like of a defect of the measuring object 150 is performed by an operation control part 128. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光の反射等を行う光学装置、光を出力する光源装置及び測定対象を光学的に測定する光学式測定装置に関する。   The present invention relates to an optical device that reflects light, a light source device that outputs light, and an optical measurement device that optically measures a measurement target.

従来から、半導体レーザ等の光源から測定用光を測定対象に照射し、前記測定対象で反射した測定用光を検出し、該検出した測定用光に基づいて前記測定対象の形状や姿勢、所定位置を基準とする前記測定対象上の測定点までの距離や座標等を測定する光学式測定装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, measurement light is irradiated onto a measurement target from a light source such as a semiconductor laser, the measurement light reflected by the measurement target is detected, and the shape and orientation of the measurement target based on the detected measurement light are determined. An optical measurement device has been developed that measures the distance, coordinates, and the like to the measurement point on the measurement object with respect to the position (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載された発明のように、光源がレーザ半導体等の場合には細い線状の平行光線等の一種類の光しか生成できないため、これのみでは多様な測定を行う光源としては適当ではない。また、多数の発光素子を用いて多様な光を生成するように構成すれば多様な形態の光を生成することが可能になるが、構成が複雑になり又、高価になるという問題がある。   As in the invention described in Patent Document 1, when the light source is a laser semiconductor or the like, only one kind of light such as a thin linear parallel light beam can be generated. Therefore, this alone is suitable as a light source for performing various measurements. is not. Further, if it is configured to generate various lights using a large number of light emitting elements, it is possible to generate various forms of light, but there is a problem that the configuration is complicated and expensive.

特開2006−349362号公報JP 2006-349362 A

本発明は、簡単な構成で多様な形態の光生成に供することが可能な光学装置を提供することを課題としている。
本発明は、簡単な構成で多様な形態の光を生成可能な光源装置を提供することを課題としている。
本発明は、簡単な構成で多様な測定が可能な光学式測定装置を提供することを課題としている。
An object of the present invention is to provide an optical device that can be used for light generation in various forms with a simple configuration.
An object of the present invention is to provide a light source device capable of generating various forms of light with a simple configuration.
An object of the present invention is to provide an optical measurement apparatus capable of various measurements with a simple configuration.

本発明によれば、円錐中心軸に沿って貫通穴を有すると共に円錐面に第1反射部が形成された第1コーンミラーと、前記第1コーンミラーの底面側に配設され、頂部を含み円錐面の所定領域に第2反射部が形成された第2コーンミラーとを備え、前記第1、第2コーンミラーは、各円錐中心軸が同軸になるように配設されていることを特徴とする光学装置が提供される。   According to the present invention, the first cone mirror having a through hole along the central axis of the cone and having the first reflecting portion formed on the conical surface, and disposed on the bottom surface side of the first cone mirror, includes the top portion. And a second cone mirror having a second reflecting portion formed in a predetermined region of the conical surface, wherein the first and second cone mirrors are arranged so that the central axes of the cones are coaxial. An optical device is provided.

また、本発明によれば、前記光学装置と、前記光学装置の第1コーンミラーの頂部側から前記第1コーンミラーの円錐中心軸を含む領域に平行光を照射する光源とを備え、前記光源からの光を前記第1反射部によって反射して所定幅の第1出力光として出力すると共に、前記第1コーンミラーの貫通穴を通過した前記光源からの光を前記第2反射部によって反射して前記第1出力光よりも幅狭の第2出力光として出力することを特徴とする光源装置が提供される。   According to the invention, the optical device includes: a light source that emits parallel light from a top side of the first cone mirror of the optical device to a region including a conical central axis of the first cone mirror; Is reflected by the first reflector and output as first output light having a predetermined width, and the light from the light source that has passed through the through hole of the first cone mirror is reflected by the second reflector. Thus, a light source device is provided that outputs the second output light that is narrower than the first output light.

ここで、前記第1、第2出力光は、前記円錐中心軸を中心として放射状に出力されるように構成してもよい。
また、前記光源の光軸と前記第1コーンミラーの円錐中心軸は所定距離離れた平行な軸であり、前記第1出力光は前記円錐中心軸から偏心したプロファイルを有すると共に、前記第2出力光は前記円錐中心軸を中心として放射状に出力されるように構成してもよい。
また、前記第1出力光及び第2出力光の一部を遮蔽する光遮蔽部材を備えて成るように構成してもよい。
Here, the first and second output lights may be configured to be output radially about the conical central axis.
The optical axis of the light source and the conical center axis of the first cone mirror are parallel axes separated by a predetermined distance, and the first output light has a profile decentered from the conical center axis, and the second output You may comprise so that light may be output radially centering | focusing on the said cone central axis.
Moreover, you may comprise so that the light shielding member which shields a part of said 1st output light and 2nd output light may be provided.

また、本発明によれば、前記いずれか一に記載の光源装置と、前記光源装置の第1出力光が測定対象で反射した光を検出する第1測定手段と、第2出力光が測定対象で反射した光を検出する第2測定手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。
ここで、前記第1測定手段は、測定対象で反射した前記第1出力光を偏光する偏光手段と、前記偏光手段によって偏光された第1出力光を検出する検出手段とを備えて成るように構成してもよい。
According to the invention, the light source device according to any one of the above, the first measuring means for detecting the light reflected from the measurement target by the first output light of the light source device, and the second output light being the measurement target. There is provided an optical measuring device comprising: a second measuring means for detecting the light reflected by the light.
Here, the first measurement means includes polarization means for polarizing the first output light reflected by the measurement object, and detection means for detecting the first output light polarized by the polarization means. It may be configured.

また、前記第1、第2出力光は各々、欠陥測定用の欠陥測定用光、長さに関する特性を測定する長さ特性測定用光であり、前記第1測定手段は測定対象で反射した欠陥測定用光に基づいて前記測定対象の欠陥の有無を測定し、前記第2測定手段は測定対象で反射した長さ特性測定用光に基づいて前記測定対象の長さに関する特性を測定するように構成してもよい。
また、前記第1、第2測定手段は、一の測定手段を兼用することによって構成して成るようにしてもよい。
The first and second output lights are a defect measurement light for measuring a defect and a length characteristic measurement light for measuring a characteristic relating to the length, respectively, and the first measurement means is a defect reflected by a measurement object. The presence or absence of a defect in the measurement object is measured based on the measurement light, and the second measurement means measures a characteristic related to the length of the measurement object based on the length characteristic measurement light reflected from the measurement object. It may be configured.
The first and second measuring means may be configured by combining one measuring means.

本発明に係る光学装置によれば、簡単な構成で多様な形態の光生成に供することができる。
また、本発明に係る光源装置によれば、簡単な構成で多様な形態の光を生成することができる。
また、本発明に係る光学式測定装置によれば、簡単な構成で多様な測定が可能である。
The optical device according to the present invention can be used for various forms of light generation with a simple configuration.
Further, according to the light source device of the present invention, various forms of light can be generated with a simple configuration.
In addition, according to the optical measurement apparatus according to the present invention, various measurements can be performed with a simple configuration.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る光学装置、光源装置及び光学式測定装置について説明する。尚、以下の説明で使用する各図において、同一部には同一符号を付している。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置の側断面図である。
図2、図3は、各々、図1におけるA−A断面図、B−B断面図である。
また、図4は、本第1の実施の形態における測定用光のビームプロファイルを示す図である。
Hereinafter, an optical device, a light source device, and an optical measurement device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure used by the following description, the same code | symbol is attached | subjected to the same part.
FIG. 1 is a side sectional view of an optical measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 and 3 are respectively a cross-sectional view taken along line AA and a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a beam profile of measurement light in the first embodiment.

図1〜図4において、光学式測定装置は、光源部101、第1測定部112、第2測定部116、演算制御部128を備えている。第1測定部112及び演算制御部128は第1測定手段を構成し、第2測定部116及び演算制御部128は第2測定手段を構成している。
光学式測定装置は、測定対象150を広範囲に測定するために、測定対象150に対して相対的に移動可能なように設けられている。
1 to 4, the optical measurement apparatus includes a light source unit 101, a first measurement unit 112, a second measurement unit 116, and a calculation control unit 128. The first measurement unit 112 and the calculation control unit 128 constitute a first measurement unit, and the second measurement unit 116 and the calculation control unit 128 constitute a second measurement unit.
The optical measuring device is provided so as to be movable relative to the measuring object 150 in order to measure the measuring object 150 in a wide range.

例えば、光学式測定装置は、直交する三方向に移動走査可能な直線走査機構、回転走査機構、ロボット、CNC制御の工作機械等に装着して使用される。あるいは、光学式測定装置は所定位置に固定され、測定対象150は工作機械のXYZテーブル等の移動機構に取り付けて測定される。
光源部101は、光源126、第1レンズ系107、第1コーンミラー108、第2コーンミラー110、光遮蔽部材105、106を備えている。
光源126は、半導体レーザあるいは発光ダイオード(LED)等の発光素子によって構成されている。
For example, the optical measuring device is used by being mounted on a linear scanning mechanism, a rotational scanning mechanism, a robot, a CNC-controlled machine tool or the like that can move and scan in three orthogonal directions. Alternatively, the optical measurement device is fixed at a predetermined position, and the measurement object 150 is measured by being attached to a moving mechanism such as an XYZ table of a machine tool.
The light source unit 101 includes a light source 126, a first lens system 107, a first cone mirror 108, a second cone mirror 110, and light shielding members 105 and 106.
The light source 126 is configured by a light emitting element such as a semiconductor laser or a light emitting diode (LED).

第1コーンミラー108は、その頂部123から底面まで、その円錐中心軸に沿って貫通穴109を有すると共に、円錐面に第1反射部121が形成されている。第2コーンミラー110は、第1コーンミラー108の底面側に配設されており、その頂部111を含み円錐面の所定領域に第2反射部122が形成されている。また、本実施の形態では、第1、第2コーンミラー108、110の頂部123、111の頂角は、各々90度に形成されている。   The first cone mirror 108 has a through hole 109 from the top 123 to the bottom along the central axis of the cone, and a first reflecting portion 121 is formed on the conical surface. The second cone mirror 110 is disposed on the bottom surface side of the first cone mirror 108, and the second reflecting portion 122 is formed in a predetermined region of the conical surface including the top 111 thereof. In the present embodiment, the apex angles of the apex portions 123 and 111 of the first and second cone mirrors 108 and 110 are each 90 degrees.

光源126の光軸、レンズ系107の光軸、第1コーンミラー108の円錐中心軸、第2コーンミラー110の円錐中心軸は、光軸100と一致するように配設されている。これにより、第1、第2コーンミラー108、110は、各円錐中心軸が同軸になるように配設されている。
光源126は、光軸100に沿って測定用光124を出力する。前記測定用光124は光軸に平行な光でもよく又、平行ではない光でもよい。
The optical axis of the light source 126, the optical axis of the lens system 107, the conical center axis of the first cone mirror 108, and the conical center axis of the second cone mirror 110 are arranged to coincide with the optical axis 100. Thus, the first and second cone mirrors 108 and 110 are arranged so that the respective conical center axes are coaxial.
The light source 126 outputs measurement light 124 along the optical axis 100. The measurement light 124 may be light that is parallel to the optical axis or light that is not parallel.

第1レンズ系107は、光源126の出力光である測定用光124を光軸100に平行な測定用光に変換して出力する。
第1レンズ系107から第1コーンミラー108に照射される測定用光125のプロファイルは、図4に示すように、第1コーンミラー108の頂部123(換言すれば貫通穴109)を中心とする円形状になる。
The first lens system 107 converts measurement light 124, which is output light from the light source 126, into measurement light parallel to the optical axis 100 and outputs the measurement light.
The profile of the measurement light 125 irradiated from the first lens system 107 to the first cone mirror 108 is centered on the top 123 (in other words, the through hole 109) of the first cone mirror 108, as shown in FIG. It becomes a circular shape.

測定用光125のうち、貫通穴109に対応する部分の光は貫通穴109を通過する。一方、測定用光125の第1反射部121に対応する部分(即ち、測定用光125の貫通穴109に対応しない部分)は、第1反射部121によって光軸100と交差する方向(本実施の形態では直交する方向)に反射される。第1反射部121によって反射された光は、所定幅を持つ帯状で円板状の光となる。前記帯状で円板状の光の全部又は一部から成る帯状光(光切断帯)は、例えば測定対象150の表面欠陥を測定するための光(欠陥測定用光)119として使用される。欠陥測定用光119は第1出力光を構成してる。   Of the measurement light 125, the light corresponding to the through hole 109 passes through the through hole 109. On the other hand, the portion of the measurement light 125 corresponding to the first reflection portion 121 (that is, the portion not corresponding to the through hole 109 of the measurement light 125) intersects the optical axis 100 by the first reflection portion 121 (this embodiment). In this form, the light is reflected in the orthogonal direction). The light reflected by the first reflecting part 121 becomes a strip-like light having a predetermined width. The band-shaped light (light cutting band) composed of all or part of the band-shaped and disk-shaped light is used as, for example, light (defect measurement light) 119 for measuring a surface defect of the measurement object 150. The defect measurement light 119 constitutes the first output light.

貫通穴109を通過した測定用光125は光軸100に沿って進行し、第2コーンミラー110の頂部111を含む第2反射部122によって、光軸100と交差する方向(本実施の形態では直交する方向)に反射される。第2反射部122によって反射された光は、前記欠陥測定用光よりも幅狭の円板状の光である。前記円板状の光の全部又は一部から成る線状光(光切断ライン)は、例えば測定対象150の形状や寸法あるいは所定位置から測定対象150上の測定点までの距離等の長さに関する特性を測定する光(長さ特性測定用光)120として使用される。長さ特性測定用光120は第2出力光を構成している。   The measurement light 125 that has passed through the through hole 109 travels along the optical axis 100, and intersects the optical axis 100 by the second reflecting portion 122 including the top 111 of the second cone mirror 110 (in this embodiment, Reflected in the orthogonal direction). The light reflected by the second reflecting portion 122 is disk-shaped light having a narrower width than the defect measurement light. The linear light (light cutting line) made up of all or part of the disk-shaped light is related to, for example, the shape and size of the measurement target 150 or the length of the distance from the predetermined position to the measurement point on the measurement target 150. Used as light 120 for measuring characteristics (length characteristic measuring light) 120. The length characteristic measuring light 120 constitutes the second output light.

不透光性部材によって構成された円筒部102、103及び透光性部材によって形成された円筒部104によって筐体127が構成されている。光源部101の光源126、第1レンズ系107、第1コーンミラー108、第2コーンミラー110、及び、第1測定部112は筐体127内に配設されている。   A casing 127 is constituted by the cylindrical portions 102 and 103 made of a light-transmissive member and the cylindrical portion 104 made of the light-transmissive member. The light source 126, the first lens system 107, the first cone mirror 108, the second cone mirror 110, and the first measurement unit 112 of the light source unit 101 are disposed in the housing 127.

第1光遮蔽部材105は、光軸100に沿って開口201を有し円筒状に形成されている。光遮蔽部材105は、光軸100を中心に、筐体127に対して相対的に、時計方向や反時計方向(図2、図3の矢印方向)に回転可能に構成されている。これにより、開口201の位置を変更できるように構成されている。   The first light shielding member 105 has an opening 201 along the optical axis 100 and is formed in a cylindrical shape. The light shielding member 105 is configured to be rotatable in the clockwise direction or the counterclockwise direction (the arrow direction in FIGS. 2 and 3) relative to the housing 127 around the optical axis 100. Thereby, it is comprised so that the position of the opening 201 can be changed.

また、第1光遮蔽部材105の外側には、第2光遮蔽部材106が同軸に設けられている。第2光遮蔽部材106は、光軸100に沿って開口202を有し円筒状に形成されている。光遮蔽部材106は、光軸100を中心に、筐体127及び第1光遮蔽部材105に対して相対的に、時計方向や反時計方向(図2、図3の矢印方向)に回転可能に構成されている。これにより、開口202の位置を変更できるように構成されている。   A second light shielding member 106 is coaxially provided outside the first light shielding member 105. The second light shielding member 106 has an opening 202 along the optical axis 100 and is formed in a cylindrical shape. The light shielding member 106 is rotatable about the optical axis 100 relative to the casing 127 and the first light shielding member 105 in the clockwise direction or the counterclockwise direction (the arrow direction in FIGS. 2 and 3). It is configured. Thereby, it is comprised so that the position of the opening 202 can be changed.

測定対象150は、光遮蔽部材105、106の開口201、202に共通する開口203を介して、欠陥測定用光119や長さ特性測定用光120によって照射される。
帯状の欠陥測定用光119による照射面はCCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)カメラ等によって構成された第1測定部112によって撮像されて表面欠陥検出に利用される。また、長さ特性測定用光120による光切断ラインは、CCDカメラ等によって構成された第2測定部116によって撮像されて、その特徴抽出像を三角測量の原理で形状計測や寸法計測に利用される。
The measurement target 150 is irradiated with the defect measurement light 119 and the length characteristic measurement light 120 through the opening 203 common to the openings 201 and 202 of the light shielding members 105 and 106.
The irradiation surface of the band-shaped defect measurement light 119 is imaged by a first measurement unit 112 configured by a CCD (Charge Coupled Device) camera or the like and used for detecting surface defects. Further, the light cutting line by the length characteristic measuring light 120 is imaged by the second measuring unit 116 constituted by a CCD camera or the like, and the feature extraction image is used for shape measurement and dimension measurement by the principle of triangulation. The

光遮蔽部材105、106を相対的に回転させることによって開口201、202の共通する開口203の位置や大きさを変更し、測定対象150を照射する欠陥測定用光119や長さ特性測定用光120の位置や光切断ライン長等を変更することができる。
第1測定部112は、測定対象150で反射した欠陥測定用光119に基づいて、測定対象150の表面欠陥を測定する測定部であり、偏光板113、第2レンズ系114、光検出素子115を備えている。第1測定部112として、例えばCCDカメラが使用できる。
By rotating the light shielding members 105 and 106 relatively, the position and size of the opening 203 common to the openings 201 and 202 are changed, and the defect measurement light 119 and the length characteristic measurement light that irradiates the measurement target 150. The position of 120, the length of the light cutting line, etc. can be changed.
The first measurement unit 112 is a measurement unit that measures a surface defect of the measurement target 150 based on the defect measurement light 119 reflected by the measurement target 150, and includes a polarizing plate 113, a second lens system 114, and a light detection element 115. It has. As the first measurement unit 112, for example, a CCD camera can be used.

偏光板113は、測定対象150で反射した欠陥測定用光119を偏光して出力する。第2レンズ系114は、偏光板113からの欠陥測定用光119を受光し収束して出力する。光検出素子115は、第2レンズ系114からの欠陥測定用光119を検出する。
光検出素子115として、CCDをはじめとして、PSD(Position Sensitive Detector)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の光センサアレー(CMOS光センサアレー)等、各種の光検出素子が使用可能である。
尚、偏光板113は、欠陥測定機能を向上させるために設けたものであり、偏光板113を省略しても必要な欠陥測定機能が得られる場合には、偏光板113は省略可能である。
The polarizing plate 113 polarizes and outputs the defect measurement light 119 reflected by the measurement object 150. The second lens system 114 receives and converges the defect measurement light 119 from the polarizing plate 113 and outputs it. The light detection element 115 detects the defect measurement light 119 from the second lens system 114.
As the photodetection element 115, various photodetection elements such as a CCD (Position Sensitive Detector), a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type photosensor array (CMOS photosensor array), and the like can be used.
The polarizing plate 113 is provided in order to improve the defect measuring function. If the necessary defect measuring function can be obtained even if the polarizing plate 113 is omitted, the polarizing plate 113 can be omitted.

第2測定部116は、測定対象150で反射した長さ特性測定用光120に基づいて、測定対象150の欠陥を測定する測定部であり、第1レンズ系117、光検出素子118を備えている。第2測定部116として、第1測定部112と同様に、CCDカメラ等が使用できる。
第1レンズ系117は、測定対象150で反射した長さ特性測定用光を受光し収束して出力する。光検出素子118は、第1レンズ系117からの長さ特性測定用光を検出する。
The second measurement unit 116 is a measurement unit that measures a defect of the measurement target 150 based on the length characteristic measurement light 120 reflected by the measurement target 150, and includes a first lens system 117 and a light detection element 118. Yes. As the second measurement unit 116, a CCD camera or the like can be used similarly to the first measurement unit 112.
The first lens system 117 receives, converges and outputs the length characteristic measurement light reflected by the measurement object 150. The light detection element 118 detects the length characteristic measurement light from the first lens system 117.

光検出素子118として、光検出素子115と同様に、CCD、PSD、CMOS光センサアレー等、各種の光検出素子が使用可能である。
中央処理装置(CPU)等によって構成された演算制御部128は、光検出素子115が検出した欠陥測定用光119に基づいて測定対象150の欠陥の有無を判別する。
As the light detection element 118, various light detection elements such as a CCD, PSD, and CMOS light sensor array can be used in the same manner as the light detection element 115.
The arithmetic control unit 128 configured by a central processing unit (CPU) or the like determines the presence or absence of a defect in the measurement target 150 based on the defect measurement light 119 detected by the light detection element 115.

また、演算制御部128は、光検出素子118が検出した長さ特性測定用光120に基づいて測定対象150の形状等の長さに関する特性を算出する。
また、演算制御部128によって測定対象150を移動制御あるいは筐体127を移動制御する等して、第1、第2コーンミラー108、110と測定対象150を相対的に移動させながら、測定対象150の欠陥や長さに関する特性を測定する。
In addition, the arithmetic control unit 128 calculates characteristics relating to the length such as the shape of the measurement target 150 based on the length characteristic measurement light 120 detected by the light detection element 118.
Further, the measurement target 150 is moved while the first and second cone mirrors 108 and 110 and the measurement target 150 are relatively moved by controlling the movement of the measurement target 150 or the movement of the casing 127 by the arithmetic control unit 128. Measure characteristics of defects and length.

以上のように構成された光学式測定装置においては、光源126からの測定用光124は、レンズ系107を介してコーンミラー108の反射部121によって光軸100と交差する方向に反射され、光遮蔽部材105、106に共通する開口203を介して、幅広(幅L1)扇形で放射状の欠陥測定用光119として測定対象150側に出力される。   In the optical measurement apparatus configured as described above, the measurement light 124 from the light source 126 is reflected in the direction intersecting the optical axis 100 by the reflection unit 121 of the cone mirror 108 via the lens system 107, and the light. A wide (width L1) fan-shaped and radial defect measurement light 119 is output to the measurement object 150 side through the opening 203 common to the shielding members 105 and 106.

コーンミラー108の貫通穴109を通過した測定用光125は、コーンミラー110の頂部111周辺の反射部122によって反射され、光遮蔽部材105、106に共通する開口203を介して、幅狭(幅L2)扇形で放射状の長さ特性測定用光120として測定対象150側に出力される。
これにより、測定対象150は、幅広い帯状の所定領域が欠陥測定用光119によって照射されると共に、幅狭い線状の所定領域が線状光(光切断ライン)である長さ特性測定用光120によって照射される。
The measurement light 125 that has passed through the through-hole 109 of the cone mirror 108 is reflected by the reflection portion 122 around the top 111 of the cone mirror 110, and is narrow (width) via the opening 203 common to the light shielding members 105 and 106. L2) It is output to the measuring object 150 side as fan-shaped and radial length characteristic measuring light 120.
As a result, the measurement target 150 is irradiated with the defect measuring light 119 over a wide band-shaped predetermined region, and the length characteristic measuring light 120 in which the narrow linear predetermined region is linear light (light cutting line). Irradiated by.

測定対象150で反射した欠陥測定用光119は、測定部112の偏光板113及びレンズ系114を介して光検出素子115によって幅m1の光として検出され、演算制御部128によって測定対象150の表面欠陥の有無判別が行われる。
演算制御部128は、測定部112によって測定した測定対象150の像に対して、像のひずみ処理を行い、表面欠陥が存在すると判断した場合には、その大きさと位置を算出する。
The defect measurement light 119 reflected by the measurement target 150 is detected as light of width m1 by the light detection element 115 via the polarizing plate 113 and the lens system 114 of the measurement unit 112, and the surface of the measurement target 150 is calculated by the arithmetic control unit 128. Whether or not there is a defect is determined.
The arithmetic control unit 128 performs image distortion processing on the image of the measurement target 150 measured by the measurement unit 112, and calculates the size and position when it is determined that a surface defect exists.

また、測定対象150で反射した長さ特性測定用光120は、測定部116のレンズ系117を介して光検出素子118によって検出され(光検出素子115の中心からm2の位置)、演算制御部128によって測定対象150の形状算出等が行われる。
このようにして、測定対象150の光切断ライン上の凹凸は測定部116によって撮像され、演算制御部138によって三角測量の原理で寸法や形状として検出される。
Further, the length characteristic measurement light 120 reflected by the measurement object 150 is detected by the light detection element 118 via the lens system 117 of the measurement unit 116 (position m2 from the center of the light detection element 115), and the calculation control unit. 128 calculates the shape of the measurement object 150 and the like.
In this manner, the unevenness on the optical cutting line of the measurement object 150 is imaged by the measurement unit 116 and detected as a size or shape by the arithmetic control unit 138 on the principle of triangulation.

演算制御部128の制御の下で、光学式測定装置と測定対象150の相対的な移動動作(直交する三方向についての直線走査あるいは回転走査)を、前記測定動作に同期させながら行うことにより、測定対象150の欠陥や三次元形状等を広範囲に測定することができる。この場合、演算制御部128は制御手段を構成している。   By performing a relative movement operation (linear scanning or rotational scanning in three orthogonal directions) between the optical measurement device and the measurement object 150 under the control of the arithmetic control unit 128, Defects, three-dimensional shapes, etc. of the measuring object 150 can be measured over a wide range. In this case, the arithmetic control unit 128 constitutes a control means.

図5は、本発明の第2の実施の形態に係る光学式測定装置の側断面図である。
前記第1の実施の形態では、コーンミラー108、110に共用する光遮蔽部材105、106を使用したが、本第2の実施の形態では、光遮蔽部材105、106を、コーンミラー108、110に対応する領域に分割した構成とすることにより、コーンミラー108、110の各々について異なる光遮蔽部材を使用するように構成している。
FIG. 5 is a side sectional view of an optical measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, the light shielding members 105 and 106 shared by the cone mirrors 108 and 110 are used. However, in the second embodiment, the light shielding members 105 and 106 are replaced with the cone mirrors 108 and 110. The cone mirrors 108 and 110 are configured to use different light shielding members.

即ち図5において、コーンミラー108に対応して、欠陥測定用光119通過用の開口を有する円筒状の第1光遮蔽部材501と、第1光遮蔽部材501の外側に欠陥測定用光119通過用の開口を有する第2光遮蔽部材502とが同軸に配設されている。第1光遮蔽部材501と第2光遮蔽部材502は相互に相対的に回転可能であると共に、筐体127に対しても相対的に回転可能である。   That is, in FIG. 5, corresponding to the cone mirror 108, a cylindrical first light shielding member 501 having an opening for passing the defect measuring light 119 and the defect measuring light 119 passing outside the first light shielding member 501. A second light shielding member 502 having an opening is disposed coaxially. The first light shielding member 501 and the second light shielding member 502 can rotate relative to each other and can also rotate relative to the housing 127.

また、コーンミラー110に対応して、長さ特性測定用光120通過用の開口を有する円筒状の第3光遮蔽部材503と、第3光遮蔽部材503の外側に長さ特性測定用光120通過用の開口を有する第4光遮蔽部材504とが同軸に配設されている。第3光遮蔽部材503と第4光遮蔽部材504は相互に相対的に回転可能であると共に、筐体127に対しても相対的に回転可能である。   Further, a cylindrical third light shielding member 503 having an opening for passing the length characteristic measuring light 120 corresponding to the cone mirror 110, and the length characteristic measuring light 120 outside the third light shielding member 503. A fourth light shielding member 504 having a passage opening is disposed coaxially. The third light shielding member 503 and the fourth light shielding member 504 can rotate relative to each other and can also rotate relative to the casing 127.

光遮蔽部材501〜504は以上のように構成されているため、第1光遮蔽部材501と第2光遮蔽部材502、第3光遮蔽部材503と第4光遮蔽部材504を各々独立に回転させることによって、欠陥測定用光119を出力する領域と長さ特性測定用光120を出力する領域を、各領域を独立して変更することが可能である。これにより、測定対象150を照射する欠陥測定用光119や長さ特性測定用光120の位置や長さを、各々独立して変更することが可能になり、多様な測定が可能になる。   Since the light shielding members 501 to 504 are configured as described above, the first light shielding member 501 and the second light shielding member 502, and the third light shielding member 503 and the fourth light shielding member 504 are independently rotated. As a result, it is possible to independently change the region for outputting the defect measurement light 119 and the region for outputting the length characteristic measurement light 120. As a result, the positions and lengths of the defect measurement light 119 and the length characteristic measurement light 120 that irradiate the measurement object 150 can be changed independently, and various measurements can be performed.

図6は、本発明の他の実施の形態に係る光学式測定装置において、第1レンズ系107から第1コーンミラー108に照射する測定用光のプロファイルを示す図である。
前記各実施の形態では、第1レンズ系107の光軸(第1レンズ系の中心を通る軸)と第1コーンミラー108の光軸とを一致させると共に、第1レンズ系107の光軸に沿った平行な測定用光125を第1コーンミラー108に照射するように構成している。したがって、第1レンズ系107から第1コーンミラー108に照射される測定用光125のプロファイルは、図4に示すように、第1コーンミラー108の頂部123を中心とする円形状になる。
FIG. 6 is a diagram showing a profile of measurement light emitted from the first lens system 107 to the first cone mirror 108 in the optical measurement apparatus according to another embodiment of the present invention.
In each of the embodiments described above, the optical axis of the first lens system 107 (the axis passing through the center of the first lens system) and the optical axis of the first cone mirror 108 are matched, and the optical axis of the first lens system 107 is aligned. The parallel measuring light 125 is applied to the first cone mirror 108. Therefore, the profile of the measurement light 125 irradiated from the first lens system 107 to the first cone mirror 108 has a circular shape with the top 123 of the first cone mirror 108 as the center, as shown in FIG.

しかしながら、第2コーンミラー110から測定用光120を出力させるためには、第1レンズ系107から出力される測定用光125が貫通穴109を含むようなプロファイルであると共に、第1レンズ系107から第1コーンミラー108の貫通穴109に対して平行に測定用光125を照射できればよい。即ち、測定用光125は、貫通穴109を含み光軸100に平行な光軸を有する光であればよい。図6(a)、(b)はこれを実現した例である。   However, in order to output the measurement light 120 from the second cone mirror 110, the measurement light 125 output from the first lens system 107 has a profile that includes the through hole 109 and the first lens system 107. As long as the measurement light 125 can be irradiated in parallel to the through hole 109 of the first cone mirror 108. In other words, the measurement light 125 may be light that includes the through hole 109 and has an optical axis parallel to the optical axis 100. FIGS. 6A and 6B show an example in which this is realized.

即ち、図6(a)では、測定用光125は貫通穴109を含み中心が偏心した円形のプロファイルであり、同図(b)では、測定用光125は貫通穴109を含む半円形のプロファイルである。いずれの場合も、測定用光125は、第1コーンミラー108の反射部121によって反射されて欠陥測定用光として出力され、又、貫通穴109から第2コーンミラー122側に出力され、第2コーンミラー110によって反射されて長さ特性測定用光として出力されることになる。   That is, in FIG. 6A, the measurement light 125 is a circular profile including the through hole 109 and the center is eccentric, and in FIG. 6B, the measurement light 125 is a semicircular profile including the through hole 109. It is. In any case, the measurement light 125 is reflected by the reflecting portion 121 of the first cone mirror 108 and is output as defect measurement light, and is output from the through hole 109 to the second cone mirror 122 side. The light is reflected by the cone mirror 110 and output as length characteristic measurement light.

尚、光反射部108、110は、測定に必要な幅の光を反射できればよいため、光反射部の反射領域は必要に応じて適宜選定可能である。
また、前記実施の形態では、複数の測定部112、116を用いたが、1つの測定部を兼用することによって、測定部112、116を構成するようにしてもよい。
In addition, since the light reflection parts 108 and 110 should just reflect the light of the width | variety required for a measurement, the reflection area | region of a light reflection part can be suitably selected as needed.
In the above-described embodiment, a plurality of measuring units 112 and 116 are used. However, the measuring units 112 and 116 may be configured by using one measuring unit.

即ち、測定部112、116は、一の測定部を検出する光に応じて切り替えることによって構成してもよい。
また、前記実施の形態では、欠陥測定用光と長さ特性測定用光の例で説明したが、用途に応じた多様な光に適用可能である
That is, the measurement units 112 and 116 may be configured by switching according to the light for detecting one measurement unit.
Moreover, in the said embodiment, although demonstrated with the example of the light for defect measurement, and the light for length characteristic measurement, it is applicable to various light according to a use.

多様な形態の光生成に供することが可能な光学装置、多様な形態の光を生成可能な光源装置、多様な光学的測定が可能な光学式測定装置に利用可能である。   The present invention is applicable to optical devices that can be used for generating various forms of light, light source devices that can generate various forms of light, and optical measuring devices that can perform various optical measurements.

本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置の側断面図である。It is a sectional side view of the optical measuring device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the optical measuring device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置のB−B断面図である。It is a BB sectional view of the optical measuring device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置の説明図である。It is explanatory drawing of the optical measuring device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光学式測定装置の側断面である。It is a side cross section of the optical measuring device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態に係る光学式測定装置の説明図である。It is explanatory drawing of the optical measuring device which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・光軸
101・・・光源部
102、103、104・・・円筒部
105、106・・・光遮蔽部材
107、114、117・・・レンズ系
108、110・・・コーンミラー
109・・・貫通穴
111、123・・・頂部
112、116・・・測定部
113・・・偏光板
115、118・・・光検出素子
119・・・欠陥測定用光
120・・・長さ特性測定用光
121、122・・・反射部
124、125・・・測定用光
126・・・光源
127・・・筐体
128・・・演算制御部
150・・・測定対象
201、202、203・・・開口
501、502、503、504・・・光遮蔽部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Optical axis 101 ... Light source part 102, 103, 104 ... Cylindrical part 105, 106 ... Light shielding member 107, 114, 117 ... Lens system 108, 110 ... Cone mirror 109 ... Through holes 111, 123 ... Top 112,116 ... Measurement part 113 ... Polarizing plate 115,118 ... Photodetection element 119 ... Defect measurement light 120 ... Length characteristics Measurement light 121, 122 ... Reflection parts 124, 125 ... Measurement light 126 ... Light source 127 ... Housing 128 ... Calculation control unit 150 ... Measurement object 201, 202, 203 ..Openings 501, 502, 503, 504 ... light shielding members

Claims (9)

円錐中心軸に沿って貫通穴を有すると共に円錐面に第1反射部が形成された第1コーンミラーと、前記第1コーンミラーの底面側に配設され、頂部を含み円錐面の所定領域に第2反射部が形成された第2コーンミラーとを備え、
前記第1、第2コーンミラーは、各円錐中心軸が同軸になるように配設されていることを特徴とする光学装置。
A first cone mirror having a through hole along the central axis of the cone and having a first reflecting portion formed on the conical surface; and disposed on a bottom surface side of the first cone mirror, and including a top portion in a predetermined region of the conical surface. A second cone mirror having a second reflecting portion formed thereon,
The optical device according to claim 1, wherein the first and second cone mirrors are arranged so that central axes of the cones are coaxial.
請求項1記載の光学装置と、前記光学装置の第1コーンミラーの頂部側から前記第1コーンミラーの円錐中心軸を含む領域に平行光を照射する光源とを備え、
前記光源からの光を前記第1反射部によって反射して所定幅の第1出力光として出力すると共に、前記第1コーンミラーの貫通穴を通過した前記光源からの光を前記第2反射部によって反射して前記第1出力光よりも幅狭の第2出力光として出力することを特徴とする光源装置。
An optical device according to claim 1, and a light source that radiates parallel light from a top side of the first cone mirror of the optical device to a region including a conical central axis of the first cone mirror,
The light from the light source is reflected by the first reflector and output as first output light having a predetermined width, and the light from the light source that has passed through the through hole of the first cone mirror is reflected by the second reflector. A light source device that reflects and outputs the light as second output light that is narrower than the first output light.
前記第1、第2出力光は、前記円錐中心軸を中心として放射状に出力されることを特徴とする請求項2記載の光源装置。   The light source device according to claim 2, wherein the first and second output lights are output radially about the conical central axis. 前記光源の光軸と前記第1コーンミラーの円錐中心軸は所定距離離れた平行な軸であり、
前記第1出力光は前記円錐中心軸から偏心したプロファイルを有すると共に、前記第2出力光は前記円錐中心軸を中心として放射状に出力されることを特徴とする請求項2記載の光源装置。
The optical axis of the light source and the conical central axis of the first cone mirror are parallel axes separated by a predetermined distance;
3. The light source device according to claim 2, wherein the first output light has a profile decentered from the conical central axis, and the second output light is output radially about the conical central axis.
前記第1出力光及び第2出力光の一部を遮蔽する光遮蔽部材を備えて成ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載の光源装置。   5. The light source device according to claim 1, further comprising a light shielding member that shields part of the first output light and the second output light. 請求項2乃至5のいずれか一に記載の光源装置と、
前記光源装置の第1出力光が測定対象で反射した光を検出する第1測定手段と、第2出力光が測定対象で反射した光を検出する第2測定手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置。
A light source device according to any one of claims 2 to 5,
The light source device includes first measurement means for detecting light reflected by the measurement target, and second measurement means for detecting light reflected by the measurement target by the second output light. An optical measuring device.
前記第1測定手段は、測定対象で反射した前記第1出力光を偏光する偏光手段と、前記偏光手段によって偏光された第1出力光を検出する検出手段とを備えて成ることを特徴とする請求項6記載の光学式測定装置。   The first measuring unit includes a polarizing unit that polarizes the first output light reflected by the measurement target, and a detecting unit that detects the first output light polarized by the polarizing unit. The optical measuring device according to claim 6. 前記第1、第2出力光は各々、欠陥測定用の欠陥測定用光、長さに関する特性を測定する長さ特性測定用光であり、前記第1測定手段は測定対象で反射した欠陥測定用光に基づいて前記測定対象の欠陥の有無を測定し、前記第2測定手段は測定対象で反射した長さ特性測定用光に基づいて前記測定対象の長さに関する特性を測定することを特徴とする請求項6又は7記載の光学式測定装置。   The first and second output lights are defect measurement light for defect measurement and length characteristic measurement light for measuring characteristics related to length, respectively, and the first measurement means is for defect measurement reflected by a measurement object. Measuring the presence or absence of a defect in the measurement object based on light, and measuring the characteristic relating to the length of the measurement object based on the length characteristic measurement light reflected on the measurement object. The optical measuring device according to claim 6 or 7. 前記第1、第2測定手段は、一の測定手段を兼用することによって構成して成ることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一に記載の光学式測定装置。   9. The optical measuring apparatus according to claim 6, wherein the first and second measuring units are configured by combining one measuring unit.
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