JP2009294011A - 光学式測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軟質の被測定物に対してダメージを与えることを防止でき、かつセンサの検出能力の安定化を図ることができるとともに、作動距離の長い対物レンズを使用できる光学式測定装置を提供すること。
【解決手段】光学式測定装置１は、対物レンズ６１を、被測定物が載置されたテーブル４０に対して移動させて被測定物の画像を撮像し、被測定物の撮像画像から被測定物の寸法等を測定する。この光学式測定装置１は、対物レンズ６１の周囲に設けられて対物レンズ６１への物体の接近を検出する反射型光電センサ６２と、反射型光電センサ６２によって物体への接近を検出した場合に、対物レンズ６１の物体への衝突を回避する衝突回避手段３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学式測定装置に係り、特に、衝突回避用のセンサを備えた光学式測定装置に関する。

画像測定装置や顕微鏡などの光学式測定装置（以下、測定装置）では、測定の際に自動でまたは手動で対物レンズを被測定物に非常に接近させる必要がある。この際、測定装置では、プログラムのミスや操作ミスにより、対物レンズを被測定物に接近させ過ぎてしまい、対物レンズを被測定物に衝突させてしまうおそれがある。このような問題に対し、対物レンズの被測定物への接近を検出するセンサを備え、センサにより対物レンズの被測定物への接近が検出されると、対物レンズの移動を停止させ、対物レンズが被測定物に衝突してしまうことを回避する測定装置が知られている (例えば、特許文献１および特許文献２)。

具体的に、特許文献１に記載の測定装置には、対物レンズの位置より下方に延出する触角と、触角が弾性変形することにより抵抗値が変化する歪みゲージとからなるセンサが設けられている。この特許文献１に記載の測定装置では、対物レンズを被測定物に接近させる際に、触角が被測定物に当接し、歪みゲージの抵抗値が変化することにより対物レンズの被測定物への接近が検出されると、対物レンズの移動を停止させ、対物レンズが被測定物に衝突してしまうことを回避する。

一方、特許文献２に記載の測定装置には、電磁誘導センサとしてのコイルが設けられている。この特許文献２に記載の測定装置では、対物レンズを導体の被測定物に接近させる際に、コイルのインダクタンスが変化することにより対物レンズの被測定物への接近が検出されると、対物レンズの移動を停止させ、対物レンズが被測定物に衝突してしまうことを回避する。

特開２００３−６５７４８号公報 特開２００２−３９７３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の測定装置では、センサによって被測定物の接近を検出する際に、触角が被測定物に当接してしまうため、軟質の被測定物に対してダメージを与えるおそれがある。また、触角が被測定物への衝突により大きく変形した場合、触角を被測定物から離した後にも触角に歪みが残留するおそれがあり、センサの検出能力の安定性という点でも問題がある。

また、特許文献２に記載の測定装置では、対物レンズと被測定物との距離である作動距離が０．２ｍｍ以下の対物レンズを使用することを前提としているため、検出範囲長が非常に短い電磁誘導センサ（コイル）が用いられている。しかしながら、特許文献２に記載の測定装置では、このように検出範囲長が非常に短いセンサが用いられているので、作動距離が２〜１０ｍｍ程度ある対物レンズを使用することができないという問題がある。

本発明の目的は、軟質の被測定物に対してダメージを与えることを防止でき、かつセンサの検出能力の安定化を図ることができるとともに、作動距離の長い対物レンズを使用できる光学式測定装置を提供することにある。

本発明の光学式測定装置は、対物レンズを、被測定物が載置されたテーブルに対して移動させて前記被測定物の画像を撮像し、前記被測定物の撮像画像から前記被測定物の寸法等を測定する光学式測定装置において、前記対物レンズの周囲に設けられ、前記対物レンズに対する物体の接近を検出する反射型光電センサと、前記反射型光電センサによって物体の接近を検出した場合に、前記対物レンズの前記物体への衝突を回避する衝突回避手段とを備えていることを特徴とする。
なお、反射型光電センサによって対物レンズに対する物体の接近を検出した場合、衝突回避手段は、例えば、使用者へ警告を報知したり、対物レンズを減速させたり、対物レンズの移動を停止させたり、対物レンズを物体から離れる方向へ移動させたりすることにより、対物レンズの物体への衝突を回避する。

このような構成によれば、光学式測定装置は、対物レンズに対する物体の接近を検出するセンサ（反射型光電センサ）を備えているので、センサにより物体の対物レンズへの接近を検出した場合、衝突回避手段によって対物レンズの物体への衝突を回避できる。
また、非接触で被測定物の接近を検出できる反射型光電センサを用いるので、軟質の被測定物に対してダメージを与えることなく当該軟質の被測定物の接近を検出できる。また、検出に伴うセンサへのダメージもないので、センサの検出能力の安定化を図ることができる。
さらに、コイルからなる電磁誘導センサに比べて検出距離が長い反射型光電センサを用いるので、作動距離が長い対物レンズを用いる光学式測定装置にも本発明を適用できる。
センサが対物レンズの周囲に設けられているので、対物レンズを容易に交換することができる。

本発明では、前記反射型光電センサは、前記対物レンズからの検出範囲長の異なるものが複数設けられ、前記衝突回避手段は、検出範囲長が長い前記反射型光電センサにより、前記対物レンズに対する物体の接近を検出した場合には、使用者へ警告を報知し、または前記対物レンズを減速させ、検出範囲長の短い前記反射型光電センサにより、前記対物レンズに対する物体の接近を検出した場合には、前記対物レンズの移動を停止または前記対物レンズを前記物体から離れる方向へ移動させることが好ましい。

このような構成によれば、光学式測定装置は、検出範囲長の異なるセンサを複数備え、検出範囲長が長いセンサにより対物レンズに対する物体の接近を検出した場合には、使用者へ警告を報知し、または対物レンズを減速させ、検出範囲長の短いセンサにより対物レンズへの物体の接近を検出した場合には、対物レンズの移動を停止または対物レンズを物体から離れる方向へ移動させるので、段階的に対物レンズの物体との衝突を回避することができ、確実に物体との衝突を回避できる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る本発明の光学式測定装置としての画像測定装置１を示す全体図である。
画像測定装置１は、被測定物を撮像する本体２と、本体２を制御するとともに、本体２により撮像された画像を表示手段であるディスプレイ３１に表示するＰＣ３（Personal Computer）とを備えている。本体２は、被測定物が載置されるテーブル４０が設けられたベース４と、ベース４の後部から上方に延びるコラム５と、コラム５に対して上下方向に移動可能に設けられ、被測定物を撮像するスライダー６とを備えている。

テーブル４０は、ベース４に対して図１の紙面垂直方向（ｙ方向）に移動可能に設けられた第１テーブル４１と、第１テーブル４１に対して図１の左右方向（ｙ方向と直交するｘ方向）に移動可能に設けられるとともに被測定物が載置される第２テーブル４２とを備えている。

スライダー６は、ｘｙ方向に移動可能に設けられたテーブル４０に対し、上下方向（ｘｙ方向と直交するｚ方向）に移動可能、すなわち、テーブル４０上に載置される被測定物に対して、相対的に三次元方向に移動可能に設けられ、後述する対物レンズ６１を被測定物に対して駆動する駆動手段としての役割を果たす。このようなスライダー６は、図示しない照明装置と、照明装置から射出された照明光を被測定物に射出するとともに被測定物からの反射光を集光する対物レンズ６１と、対物レンズ６１により集光された光による被測定物の像が結像するとともに、当該結像する被測定物の像を撮像する撮像手段である図示しないＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラと、対物レンズ６１の被測定物への接近を検出するセンサ６２とを備えている。

図２は、対物レンズ６１およびセンサ６２を示す側面図である。
対物レンズ６１は光軸Ｌを備えている。また、対物レンズ６１は、対物レンズ６１の下端面から焦点Ｆまでの距離である作動距離Ｄを有している。作動距離Ｄは、本実施形態では、１０ｍｍとなっている。

センサ６２は、対物レンズ６１を挟んで対物レンズ６１の周囲に設けられた一対のセンサ６２１，６２２を備えている。これらのセンサ６２１，６２２は、被測定物を非接触で検出することができる反射型光電センサ（光ファイバセンサ）であり、射出部と、受光部と、回路部とを備えている。射出部は、光源であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）と、可撓性を有するとともにＬＥＤから射出された光の方向を変えて被測定物に向けて射出する光ファイバとを備えている。受光部は、射出部から射出されて被測定物で反射した光を受光し、当該受光強度に応じた信号を回路部に出力する。回路部は、受光部から出力される信号に基づいて被測定物を検出する。すなわち回路部は、当該センサ６２１，６２２の検出範囲内に被測定物が入った場合には、被測定物の接近を示す信号をＰＣ３に出力し、被測定物が検出範囲から離脱した場合には、被測定物の離脱を示す信号をＰＣ３に出力する。

各センサ６２１，６２２は、当該センサ６２１，６２２の軸方向において等しい検出範囲長を有している。これらのセンサ６２１，６２２は、下端面の高さが対物レンズ６１の下端面の高さと同一となる高さ位置に設置されるとともに対物レンズ６１の光軸Ｌに対してそれぞれ異なる角度で設置されることにより、対物レンズ６１の光軸Ｌ方向に沿った検出範囲Ｓ１，Ｓ２先端部の位置が、対物レンズ６１の焦点Ｆよりも対物レンズ６１側となるように、かつ、それぞれ異なる高さ位置となるように設置されている。なお、センサ６２２の検出範囲Ｓ２先端部の位置の方が、センサ６２１の検出範囲Ｓ１先端部の位置よりも対物レンズ６１側となるように、各センサ６２１，６２２は設置されている。また、各センサ６２１，６２２は、検出範囲Ｓ１，Ｓ２先端部が対物レンズ６１の光軸Ｌ近傍に位置するように設置されている。

ＰＣ３（図１参照）は、前述したように、テーブル４０およびスライダー６を制御するとともに、スライダー６により撮像された画像をディスプレイ３１に表示する。このＰＣ３は、測定の際には、使用者に操作されることにより、テーブル４０を移動させて被測定物を対物レンズ６１の真下に位置させる。そして、ＰＣ３は、内部のプログラムにより自動で、または使用者に逐次操作されることにより、対物レンズ６１（スライダー６）を降下させ、被測定物に接近させる。

この際、ＰＣ３内部のプログラムミスや使用者の操作ミスにより、ＰＣ３が対物レンズ６１を降下させ過ぎた場合には、ＰＣ３は、対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ１となってセンサ６２１により被測定物が検出された際に、まず、対物レンズ６１の降下速度を減速させ、対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ２となってセンサ６２２により被測定物が検出された際に、対物レンズ６１の降下を停止させる。
なお、ＰＣ３は、対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ２となってセンサ６２２により被測定物が検出された際に、対物レンズ６１を上方に移動させ、その後オートフォーカスを行うように構成されていてもよい。また、本発明の衝突回避手段は、本実施形態では、このＰＣ３を含んで構成されている。

以上のような本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
ＰＣ３は、対物レンズ６１を被測定物に向けて降下させる際に、センサ６２２により対物レンズ６１の被測定物への接近が検出されると、対物レンズ６１の降下を停止させるので、対物レンズ６１が被測定物に衝突してしまうことを回避できる。

画像測定装置１は、対物レンズ６１からの検出範囲Ｓ１，Ｓ２の長さが異なる２つのセンサ６２１，６２２を備えている。そのため、画像測定装置１は、ＰＣ３により、検出範囲長の長いセンサ６２１によって被測定物が検出された際に、まず、対物レンズ６１の降下速度を減速させ、検出範囲長の短いセンサ６２２によって被測定物が検出された際には、対物レンズ６１の降下を停止させることができ、段階的に被測定物との衝突を回避することができるので、確実に被測定物との衝突を回避することができる。

非接触の反射型光電センサ６２１，６２２を用いて被測定物を検出するので、軟質の被測定物に対してダメージを与えることなく当該軟質の被測定物を検出できる。また、検出に伴うセンサ６２１，６２２へのダメージもないので、センサ６２１，６２２の検出能力の安定化を図ることができる。

検出距離が長い反射型光電センサ６２１，６２２を用いるので、作動距離が長い対物レンズ６１を用いる場合にも使用することができる。また、反射型光電センサとして、光源が別体とされた光ファイバセンサ６２１，６２２を用いるので、市販されている非常にコンパクトなものを使用することができ、製造コストを抑制できるとともに省スペース化を図れる。
センサ６２１，６２２が対物レンズ６１の周囲に設けられているので、対物レンズ６１を容易に交換することができる。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態に係る画像測定装置１Ａを示す全体図である。
以下、既に説明した部分と同一機能部位については同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の画像測定装置１Ａは、第１実施形態と同様の構成を備えるが、第１実施形態では、対物レンズ６１は上下方向にのみ移動可能に設けられていたが、本実施形態では、対物レンズ６１は、上下方向かつ左右方向に移動可能に設けられ、かつ、対物レンズ６１の周囲に、対物レンズ６１に対する側方からの物体の接近を検出するセンサ６４（図４参照）が設けられている点が第１実施形態とは異なる点である。

画像測定装置１Ａの本体２は、被測定物が載置されるテーブル４０が上面に形成されたベース４と、ベース４の後部に設けられ、一対の柱部５１および柱部５１間に架橋された梁部５２を有する門型のコラム５と、梁部５２を図３中、左右方向にスライド移動可能に設けられたスライダー６とを備えている。スライダー６は、当該スライダー６内を上下動可能に設けられたＺ軸スピンドル６３と、このＺ軸スピンドル６３の下端に設けられた対物レンズ６１およびセンサ６２，６４（センサ６４については図４参照）とを備えている。

図４は、センサ６２，６４を示す斜視図である。
センサ６２は、対物レンズ６１を挟んで対物レンズ６１の周囲に設けられた第１実施形態と同様の反射型光電センサ６２１，６２２を備えている。これらのセンサ６２１，６２２は、第１実施形態と同様、対物レンズ６１の光軸Ｌに対してそれぞれ異なる角度で設置されることにより、対物レンズ６１の光軸Ｌ方向に沿った検出範囲Ｓ１，Ｓ２（図示略）先端部の位置がそれぞれ異なる位置となるように設置されている。
センサ６４は、反射型光電センサであり、光軸Ｌに対して直交するように、かつ、図４において１点鎖線で示す検出範囲が対物レンズ６１および前述の各センサ６２１，６２２の周囲をカバーするように、対物レンズ６１の周囲に等間隔に４つ設けられている。

本実施形態では、ＰＣ３は、測定の際には、使用者に操作されることにより、被測定物の測定面が対物レンズ６１の真下に来るようにスライダー６を左右方向に移動させる。この際、例えば被測定物が測定面を有する水平な水平部と、水平部から上方に突出する突出部とを有するＬ字状に形成されていることにより、対物レンズ６１に、被測定物の突出部が側方から接近した場合、センサ６４により突出部の接近が検出されると、ＰＣ３はスライダー６の移動を停止させる。
なお、ＰＣ３は、対物レンズ６１に対する被測定物の側方からの接近が検出された場合、スライダー６を、対物レンズ６１が被測定物から離れる側に移動させてもよい。

また、ＰＣ３は、スライダー６を対物レンズ６１の真下に被測定物の測定面が来るように移動させた後は、対物レンズ６１（Ｚ軸スピンドル６３）を降下させ、対物レンズ６１を被測定物に接近させる。この際、ＰＣ３は、第１実施形態と同様、まず、対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ１となり、センサ６２１により被測定物が検出された際には、対物レンズ６１の降下速度を減速させ、対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ２となり、センサ６２２により被測定物が検出された際には、対物レンズ６１の降下を停止させ、被測定物との衝突を段階的に回避する。

このような本実施形態でも、第１実施形態と同様の構成により、同様の効果を奏することができる。そのうえ、本実施形態では、対物レンズ６１の周囲に、対物レンズ６１に対する物体の側方からの接近を検出するセンサ６４が設けられているので、対物レンズ６１を左右方向に移動させる際に、対物レンズ６１に物体が接近した場合、当該物体の接近をセンサ６４により検出することができ、対物レンズ６１の移動を停止させるなどして対物レンズ６１の被測定物との衝突を回避することができる。

〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態に係る画像測定装置１Ｂのセンサ６２Ａを示す側面図である。
本実施形態の画像測定装置１Ｂは、第１実施形態と同様の構成を備えるが、第１実施形態では、反射型光電センサ６２が２つ設けられていたが、本実施形態では、反射型光電センサ６２Ａが３つ設けられ、ＰＣ３は、対物レンズ６１と被測定物との衝突をより段階的に回避する点が第１実施形態と異なる点である。

センサ６２Ａは、対物レンズ６１の周囲に、かつ、対物レンズ６１の光軸Ｌに沿って設置された３つのセンサ６２１Ａ，６２２Ａ，６２３Ａを備えている。これらのセンサ６２１Ａ，６２２Ａ，６２３Ａの検出範囲Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の長さは、それぞれ異なっている。各センサ６２１Ａ，６２２Ａ，６２３Ａは、検出範囲Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３先端部の位置が、検出範囲Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の順に対物レンズ６１から離れた位置となるように設置されている。

本実施形態では、ＰＣ３内部のプログラムミスや使用者の操作ミスにより、ＰＣ３が対物レンズ６１を降下させ過ぎた場合には、ＰＣ３は、センサ６２Ａにより検出される対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ１となった際に、まず、警告音を鳴らしたり警告をディスプレイ３１に表示するなどして使用者に警告を報知する。次に、ＰＣ３は、対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ２となった際に、対物レンズ６１の降下速度を減速させ、対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ３となった際に、対物レンズ６１の降下を停止させる。なお、本実施形態でも、ＰＣ３は、対物レンズ６１と被測定物との距離がＳ３となった際に、対物レンズ６１を上方に移動させ、その後オートフォーカスを行うように構成されていてもよい。

このような本実施形態でも、第１実施形態と同様の構成により、同様の効果を奏することができるうえ、本実施形態では、センサ６２１Ａ，６２２Ａ，６２３Ａを３つ用いたので、より段階的に被測定物との衝突を回避することができ、一層確実に被測定物との衝突を回避することができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、対物レンズ６１への物体の接近を検出するためのセンサ６２，６２Ａ，６４が２〜４つ設けられていたが、センサ６２，６２Ａ，６４は、１つのみ設けられていてもよいし、５つ以上設けられていてもよい。

前記各実施形態では、本発明を、被測定物の上方に設置される対物レンズ６１から被測定物に光を当て、被測定物で反射した光を対物レンズ６１で集光することにより被測定物を観察する反射型の画像測定装置に適用する例を示した。しかしながら、本発明は、対物レンズ６１の下方に設置された光源から被測定物に光を射出し、被測定物を透過した光を対物レンズ６１で集光することにより被測定物を観察する透過型の画像測定装置に適用されていてもよい。
また、本発明は、対物レンズを有する顕微鏡などの他の光学式測定装置にも適用することができる。

本発明は、画像測定装置や顕微鏡などの光学式測定装置に好適に利用できる。

本発明の第１実施形態に係る画像測定装置を示す全体図。 対物レンズおよびセンサを示す側面図。 第２実施形態に係る画像測定装置を示す全体図。 前記実施形態のセンサを示す斜視図。 第３実施形態に係るセンサを示す側面図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…画像測定装置（光学式測定装置）、３…ＰＣ（衝突回避手段）、６１…対物レンズ、６２，６２Ａ，６４…反射型光電センサ。

Claims (2)

1. 対物レンズを、被測定物が載置されたテーブルに対して移動させて前記被測定物の画像を撮像し、前記被測定物の撮像画像から前記被測定物の寸法等を測定する光学式測定装置において、
   前記対物レンズの周囲に設けられ、前記対物レンズに対する物体の接近を検出する反射型光電センサと、
   前記反射型光電センサによって物体の接近を検出した場合に、前記対物レンズの前記物体への衝突を回避する衝突回避手段とを備えている
   ことを特徴とする光学式測定装置。
2. 請求項１に記載の光学式測定装置において、
   前記反射型光電センサは、前記対物レンズからの検出範囲長の異なるものが複数設けられ、
   前記衝突回避手段は、
   検出範囲長が長い前記反射型光電センサにより、前記対物レンズに対する物体の接近を検出した場合には、使用者へ警告を報知し、または前記対物レンズを減速させ、
   検出範囲長の短い前記反射型光電センサにより、前記対物レンズに対する物体の接近を検出した場合には、前記対物レンズの移動を停止または前記対物レンズを前記物体から離れる方向へ移動させる
   ことを特徴とする光学式測定装置。

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