JP2014115144A - Shape measurement apparatus, optical device, method of manufacturing shape measurement apparatus, structure manufacturing system, and structure manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形状測定装置、光学装置、形状測定装置の製造方法、構造物製造システム、及び構造物製造方法に関する。 The present invention relates to a shape measuring device, an optical device, a manufacturing method of a shape measuring device, a structure manufacturing system, and a structure manufacturing method.
被検物の形状を光学的に測定可能な形状測定装置は、例えば穴や溝等の凹部の形状の測定に用いられることがある(例えば、特許文献1参照)。このような形状測定装置は、被検物の表面を照明光で照明しながら撮影し、撮影の結果に基づいて被検物の形状情報を取得する。特許文献1において、光源から出射した照明光は、プローブの内部を通って円錐形状の反射面の先端部で反射し、円錐形状の回転軸に関する放射方向に伝播して、被検物の表面を照明する。
A shape measuring device capable of optically measuring the shape of a test object may be used for measuring the shape of a recess such as a hole or a groove (see, for example, Patent Document 1). Such a shape measuring device captures an image of the surface of the test object while illuminating it with illumination light, and acquires shape information of the test object based on the result of the imaging. In
ところで、形状測定装置は、照明光の照明領域において所望の光強度分布が得られないことがあり、結果として十分な測定精度が得られないことがある。本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、形状測定の精度を向上させることを目的とする。 By the way, the shape measuring apparatus may not obtain a desired light intensity distribution in the illumination area of the illumination light, and as a result, sufficient measurement accuracy may not be obtained. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the accuracy of shape measurement.
本発明の第1の態様に従えば、入射する光束を偏向する回折光学部材と、前記回折光学部材で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像の結果に基づいて、測定対象の形状情報を取得する形状情報取得部と、を備える形状測定装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the diffractive optical member that deflects the incident light beam, the imaging unit that images the measurement region on which the light beam deflected by the diffractive optical member is projected, and the imaging result of the imaging unit And a shape information acquisition unit that acquires shape information of a measurement target.
本発明の第2の態様に従えば、光源からの光束が到達するまでの伝播経路に対して前記光束を前記伝播経路の方向とは異なる偏向する回折光学部材と、前記回折光学部材で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部と、を備える光学装置が提供される。 According to the second aspect of the present invention, a diffractive optical member that deflects the light beam different from the direction of the propagation path with respect to the propagation path until the light beam from the light source arrives, and the diffractive optical member deflects the light beam. An optical device is provided that includes an imaging unit that images a measurement region onto which a light beam is projected.
本発明の第3の態様に従えば、光束の各位置の光量を複数の方向に分割して輪帯状のラインパターンにする光学部材を含み、前記ラインパターンを測定対象に投影する投影部と、前記投影部により投影されたパターンを撮像する撮像部と、を備える光学装置が提供される。 According to the third aspect of the present invention, the optical unit includes an optical member that divides the light amount at each position of the light beam into a plurality of directions to form a ring-shaped line pattern, and projects the line pattern onto a measurement target. An optical device is provided that includes an imaging unit that images a pattern projected by the projection unit.
本発明の第4の態様に従えば、伝播経路に光束を伝播させることと、前記伝播経路を伝播した前記光束が入射する位置に、前記光束を偏向する回折光学部材を配置することと、前記回折光学部材で偏向した前記光束の強度分布を測定することと、前記測定の結果に基づいて、前記強度分布が対称性を有するように、前記伝播経路と前記回折光学部材との相対位置を調整することと、を含む形状測定装置の製造方法が提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, the light beam is propagated in the propagation path, the diffractive optical member that deflects the light beam is disposed at the position where the light beam propagated through the propagation path is incident, Measure the intensity distribution of the light beam deflected by the diffractive optical member, and adjust the relative position of the propagation path and the diffractive optical member based on the measurement result so that the intensity distribution has symmetry And a manufacturing method of the shape measuring device is provided.
本発明の第5の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する第1の態様の形状測定装置と、前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システムが提供される。 According to the fifth aspect of the present invention, a molding apparatus that molds the structure based on design information related to the shape of the structure, and a first aspect that measures the shape of the structure molded by the molding apparatus. There is provided a structure manufacturing system including: a shape measuring device; and a control device that compares the design information with shape information indicating the shape of the structure measured by the shape measuring device.
本発明の第6の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて、前記構造物を成形することと、前記成形された前記構造物の形状を第1の態様の形状測定装置によって測定することと、前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法が提供される。 According to the sixth aspect of the present invention, based on the design information related to the shape of the structure, the structure is formed, and the shape of the formed structure is determined by the shape measuring device according to the first aspect. There is provided a structure manufacturing method including measuring and comparing the design information with shape information indicating the shape of the structure measured by the shape measuring apparatus.
本発明の態様によれば、形状測定の精度を向上させることができる。 According to the aspect of the present invention, the accuracy of shape measurement can be improved.
本実施形態について説明する。以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。Z軸方向は、例えば鉛直方向に設定され、X軸方向及びY軸方向は、例えば、水平方向に平行で互いに直交する方向に設定される。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。 This embodiment will be described. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each part will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The Z-axis direction is set, for example, in the vertical direction, and the X-axis direction and the Y-axis direction are set, for example, in directions that are parallel to the horizontal direction and orthogonal to each other. Further, the rotation (inclination) directions around the X axis, Y axis, and Z axis are the θX, θY, and θZ directions, respectively.
図1は、本実施形態の形状測定装置1の外観を示す図である。図2は、本実施形態の形状測定装置1の概略構成を示す図である。形状測定装置1は、例えば光切断法を利用して、測定対象の物体Mの三次元的な形状を測定できる。
FIG. 1 is a diagram illustrating an appearance of a
形状測定装置1は、走査装置2、光学プローブ3、及び制御装置4を備える。形状測定装置1は、走査装置2が物体Mを保持し、走査装置2に保持されている物体Mを光学プローブ3が撮像する。走査装置2は、光学プローブ3による撮像範囲(視野)が物体M上を走査するように、物体Mと光学プローブ3とを相対的に移動する。制御装置4は、形状測定装置1の各部を制御するとともに、光学プローブ3による撮像結果に基づいて物体Mの形状情報を取得する。
The
本実施形態において、形状情報は、測定対象の物体Mの少なくとも一部に関する形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ、及び測定対象面上の点の位置(座標)、の少なくとも1つを示す情報を含む。形状測定装置1は、例えば、測定対象の物体Mの穴Ma(孔部)に関する形状情報を取得できる。
In the present embodiment, the shape information is information indicating at least one of the shape, size, uneven distribution, surface roughness, and position (coordinates) of a point on the measurement target surface regarding at least a part of the object M to be measured. including. The
走査装置2は、例えば測定対象の物体Mを保持可能なステージ装置である。走査装置2は、物体Mを保持する第1保持部7と、光学プローブ3を保持する第2保持部8とを備える。走査装置2は、物体Mを保持した第1保持部7に対して、光学プローブ3を保持した第2保持部8を相対的に移動させることができる。走査装置2により走査できる方向は、上述のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向にとなる。なお、第2保持部8は、図1に示すX方向と平行な回動軸とY方向と平行な回動軸を有しており、光学プローブ3を図1の姿勢に対して任意の方向に傾斜できるようになっている。
The
本実施形態の第1保持部7は、物体Mを保持してθZ方向に回転可能である。なお、θZ方向とは、図1に示すZ方向と平行な回転軸を中心にXY平面内で回転する回転方向を示す。測定対象の物体Mは、穴Maの内側の測定時に、例えば穴Maの開口を+Z側に向けて第1保持部7に保持される。本実施形態において、穴が物体を貫通している場合に、穴の深さ方向(延在方向)は、穴の内側に沿って穴の一方の開口と他方の開口とを結ぶ方向とする。また、穴Maが物体Mを貫通していない場合に、穴の深さ方向は、穴の内側に沿って穴の開口と底部とを結ぶ方向とする。例えば、物体Mの穴Maの深さ方向は、物体Mが穴Maの開口を+Z側(上方)に向けて第1保持部7に保持されている場合に、Z軸方向とほぼ平行である。
The
本実施形態の第2保持部8は、第1保持部7に対して+Z側(上方)に配置されている。第2保持部8は、光学プローブ3の長手方向とZ軸方向がほぼ一致するように取り付けられている。第2保持部8は、光学プローブ3を保持してX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の各方向に移動可能である。穴Maの測定時に、第2保持部8がZ軸方向に移動すると、光学プローブ3は、物体Mに形成された穴Maの延在方向に対して進退移動する。走査装置2は、第2保持部8に保持されている光学プローブ3の少なくとも一部が第1保持部に保持されている物体Mの穴Maに挿入されるように、第2保持部8を移動できる。
The
走査装置2は、図2に示すように、駆動部10及び位置情報取得部11を備える。駆動部10は、電動モータ等のアクチュエータを含み、第1保持部7及び第2保持部8を駆動する。位置情報取得部11は、例えばエンコーダ等の位置計測用のセンサーを含み、光学プローブ3の位置情報を取得する。
As illustrated in FIG. 2, the
本実施形態において、制御装置4は、形状測定装置1の各部を制御する。例えば、制御装置4は、走査装置2の駆動部10を制御して、光学プローブ3と物体Mの相対位置及び光学プローブ3の姿勢を制御する。また、制御装置4は、光学プローブ3内部にある、例えば、後述する撮像素子18の駆動回路等を制御して、物体M上の測定領域(穴Maの内面)を光学プローブ3に撮像させる。
In the present embodiment, the control device 4 controls each part of the
また、制御装置4は、測定対象の形状情報を取得する形状情報取得部12を備える。形状情報取得部12は、光学プローブ3の位置情報を走査装置2の位置情報取得部11から取得し、測定領域を撮像した画像を示すデータ(撮像画像データ)を光学プローブ3から取得する。形状情報取得部12は、光学プローブ3の位置に応じた撮像画像データから得られる物体Mの表面の位置と光学プローブ3の位置とを対応付けることによって、測定対象の三次元的な形状に関する形状情報を取得する。
In addition, the control device 4 includes a shape
本実施形態の制御装置4は、CPU等を有するコンピュータシステムと、コンピュータシステムの外部の装置との通信を実行可能なインターフェースを含む。制御装置4は、測定結果に関する画像処理、補間処理、統計処理、表示処理等の各種処理の少なくとも1つを実行できる。 The control device 4 of the present embodiment includes an interface capable of executing communication between a computer system having a CPU and the like and a device external to the computer system. The control device 4 can execute at least one of various processes such as image processing, interpolation processing, statistical processing, and display processing related to the measurement result.
なお、制御装置4は、形状測定装置1の各部の制御に要する各種処理を実行するASIC等の論理回路を含んでいてもよく、コンピュータシステムを含んでいなくてもよい。制御装置4は、制御装置4へ信号を入力可能な入力装置が接続されていてもよい。この入力装置は、キーボード、マウス等の入力機器、あるいはコンピュータシステムの外部の装置からのデータを入力可能な通信装置のうちの1種又は2種以上でもよい。制御装置4は、液晶表示ディスプレイ等の表示装置を含んでいてもよいし、表示装置と接続されていてもよい。制御装置4は、形状測定装置1の外部の装置であってもよい。
Note that the control device 4 may include a logic circuit such as an ASIC that performs various processes required for controlling each unit of the
次に、光学プローブ3について詳しく説明する。本実施形態において、光学プローブ3は、形状測定用の光学装置であって、測定対象の物体M上の測定領域(穴Maの内周面)を落射照明しながら撮像する。図2に示す光学プローブ3は、光源14から出射した照明光束L1を伝播させる伝播経路15と、伝播経路15に対して照明光束L1を偏向する回折光学部材16と、回折光学部材16で偏向した照明光束L1が投影された測定領域を撮像する撮像部17とを備える。
Next, the
本実施形態において、光源14は、レーザーダイオード(固体光源)を含み、照明光束L1としてレーザー光を射出する。光源14は、例えば発光ダイオード(LED)等の固体光源を含んでいてもよいし、高圧水銀ランプ等のランプ光源を含んでいてもよい。光源14自体の光強度分布が理想的な分布とは異なる場合には、光源14の他に例えばピンホールを配置して、ピンホールを含む光源ユニットとしてもよい。この場合、ピンホールで得られた強度分布が、後に説明する測定領域の照明強度分布に反映されるようにすることで、測定精度の向上が可能である。また、ピンホールを用いる手法の他に、強度分布が補正された像をレーザーダイオードからの光により形成できるようにして、この補正された像を測定領域に投影する手法を用いることもできる。また、光源から発せられる照明光束L1の波長スペクトルが広いと、回折光学部材16によって照明光束L1の回折光が様々な方向に広がることがありえるので、波長スペクトルが広い場合は、バンドパスフィルターなどによって狭帯域化してもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態において、撮像部17(撮像装置)は、撮像素子18及び結像光学系19(撮像レンズ)を備える。
In the present embodiment, the imaging unit 17 (imaging device) includes an
撮像素子18は、例えばCCDセンサー又はCMOSセンサーで構成される。撮像素子18は、例えば、複数の画素のそれぞれに配置されて入射光を電力(電荷)に変換するフォトダイオードと、フォトダイオードで発生した電荷を読み出す読出回路とを含む。フォトダイオードは、例えば、撮像素子18の受光面18aに二次元的に配列される。
The
結像光学系19は、撮像素子18の受光面18a(像面)と共役な物体面19aを形成する。本実施形態において、物体面19aは、光学プローブ3の進退方向(Z軸方向)にほぼ直交する平面を含む。物体面19a上の各点から出射した光束(以下、結像光束L2という)は、撮像素子18の受光面18a上の各点に収斂する。なお、結像光学系19は、回折光学部材16を介さずに、物体面19a上の各点から出射した光束を集光することで、像面を形成しており、照明光束L1が通過する光路にある回折光学部材16は、像面に集光される光線の光路上には無い。
The imaging
本実施形態の結像光学系19は、屈折系の光学系であり、複数の光学部材(レンズ)を含む。結像光学系19の光学部材の少なくとも1つは、軸対称な光学部材であり、ここでは、この光学部材の対称軸(中心軸)を結像光学系19の光軸AXという。なお、結像光学系19は、反射系の光学系又は反射屈折系の光学系のいずれでもよい。
The imaging
本実施形態において、光学プローブ3は、光源14から出射した照明光束L1を、結像光学系19及び回折光学部材16を介して物体M上の測定領域に投影(照射)することで、測定領域を落射照明する。光学プローブ3は、光源から出射した照明光束L1を結像光学系19に導く導光部材20を備える。
In the present embodiment, the
導光部材20は、例えばハーフミラーを含み、撮像素子18と結像光学系19との間の光路に配置されている。導光部材20は、光源14から出射した照明光束L1が入射する位置に配置された面20aを有する。この面20aは、結像光学系19の光軸AXに対して傾斜している。面20aと結像光学系19の光軸AXがなす角度は、例えば45°に設定される。
The
光源14から出射した照明光束L1は、導光部材20の面20aに入射し、その少なくとも一部が面20aで反射して結像光学系19に入射する。導光部材20を介して結像光学系19に入射した照明光束L1は、結像光学系19の光軸AXに沿って進行する。本実施形態において、伝播経路15は、結像光学系19における照明光束L1の光路を含む。すなわち、結像光学系19の光軸は、伝播経路15上に設定されている。
The illumination light beam L1 emitted from the
図2に示すように、回折光学部材16は、結像光学系19を通った照明光束L1が入射する位置に配置されている。光学プローブ3は、結像光学系19を通って回折光学部材16に入射して回折した照明光束L1によって、測定領域を照明する。
As shown in FIG. 2, the diffractive
ここで、結像光学系19から測定領域(照明領域)に至る照明光束L1の光路について説明する。図3は、本実施形態の形状測定装置1の照明光束L1の光路を示す斜視図である。図4は、本実施形態の回折光学部材16の第1例を示す側断面図である。
Here, the optical path of the illumination light beam L1 from the imaging
本実施形態において、回折光学部材16は、結像光学系19の物体面19aに対して結像光学系19と反対側に配置されている。回折光学部材16は、板状の部材であり、結像光学系19の光軸AXと直交するように配置されている。回折光学部材16は、結像光学系19から出射した照明光束L1を反射回折する反射面を有している。
In the present embodiment, the diffractive
回折光学部材16は、例えば、表面レリーフ型等の回折光学素子を含む。図3及び図4に示すように、本実施形態の回折光学部材16は、照明光束L1が入射する面に配置された複数の凹凸(レリーフ16a)を有する。レリーフ16aは、結像光学系19の光軸AXに直交する方向(以下、径方向Rという)に、繰り返し配置されている。本実施形態において、径方向Rは、XY平面に平行な方向であり、光軸AXに関する放射方向に相当する。
The diffractive
複数のレリーフ16aは、それぞれ、結像光学系19の光軸AXに関して回転対称な形状である。換言すると、複数のレリーフ16aは、結像光学系19の光軸AXを中心とする同心円状に設けられている。図4に示すように、結像光学系19の光軸AXを含む面における回折光学部材16の断面は、矩形状の凹凸を含む。複数のレリーフ16aのピッチp1(凸部のピッチ又は凹部のピッチ)は、製造誤差を無視するとほぼ同一である。
Each of the plurality of
なお、照明光束L1が回折光学部材16を介して測定領域を照明する際、照明光束L1が照明されることにより測定領域に投影されるパターンの幅が最小となるように、結像光学系19により光源14と測定領域が共役の関係となるように、光源14と結像光学系19を配置しても良い。その場合、結像光学系19から射出した後の光束は僅かながら集束する光束になる。このように集束する光束が回折光学部材16に到達するような場合は、レリーフ16aのピッチを等間隔ではなく、内側から外側つれて僅かに短くしてもよい。なお、本実施の形態では、照明光束L1が平行光束の場合として、以下に説明する。
Note that when the illumination light beam L1 illuminates the measurement region via the diffractive
このような回折光学部材16で回折した照明光束L1は、結像光学系19の光軸AXを回転中心とする円錐面に沿って伝播する。
The illumination light beam L1 diffracted by such a diffractive
なお、回折光学部材16は、照明光束L1の回折を生じさせるものであれば、体積振幅型の回折光学素子を含んでいてもよいし、体積位相型の回折光学素子であってもよい。例えば、回折光学部材16は、ボリュームホログラフィックグレーティング(VGH)であってもよいし、コンピュータジェネレイテッドホログラム(CGH)であってもよく、フォトニック結晶であってもよい。
The diffractive
図2及び図3に示すように、本実施形態の光学プローブ3は、回折光学部材16で回折した照明光束L1が物体面19aに沿って伝播するように、照明光束L1を偏向する偏向部材21を備える。偏向部材21は、偏向部材21を経由した照明光束L1の少なくとも一部が、結像光学系19の物体面19aに沿って物体面19a又はその近傍を通るように、設けられている。物体面19aの近傍の範囲は、例えば、測定領域で反射散乱した光束(図2に示す結像光束L2)による像のピントが撮像素子18の受光面18a上であうように、光学プローブ3の被写体深度に応じて定められる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
偏向部材21は、結像光学系19の光軸AXに関して回転対称な反射面21aを有する。反射面21aは、回折光学部材16で回折した±n次回折光のうち所定の次数の回折光(例えば±1次回折光)が入射するように、配置されている。反射面21aは、回折光学部材16で回折した後に反射面21aで反射した照明光束が光軸AXに直交する方向に伝播するように、配置されている。
The deflecting
図2に示すように、偏向部材21は、例えば、円柱状の第1部分21bと、第1部分21bに対して回折光学部材16と同じ側に配置された円錐台状の第2部分21cとを有する。第2部分21cの回転中心軸と第2部分の回転中心軸は、いずれも結像光学系19の光軸AXとほぼ同軸に設定される。第1部分21b及び第2部分21cは、例えば、照明光束L1が通過(透過)する材質の母材で形成される。第1部分21b及び第2部分21cは、例えば、同じ形成材料で一体的に形成される。反射面21aは、例えば、第2部分21cの円錐面に蒸着法などで形成された反射膜で構成される。結像光学系19から出射した照明光束L1は、第1部分21b及び第2部分21cを通って回折光学部材16に入射して反射回折した後に、第2部分21cの反射面21aに入射する。
As shown in FIG. 2, the deflecting
なお、偏向部材21の構造は、適宜変更できる。例えば、偏向部材21は、第1部分21bを含んでいなくてもよい。また、第1部分21bと第2部分21cの一方又は双方は、回転中心軸の周囲に空隙を有する環状であってもよく、回転中心軸の周囲の空隙を照明光束L1が通過する構造でもよい。この場合に、第1部分21bと第2部分21cのうち環状の部分は、照明光束L1を遮光する材質であってもよい。また、反射面21aは、全反射条件を満たすことにより照明光束L1が反射するように、構成されていてもよい。また、第1部分21bと第2部分21cは、別体の部材であって互いに接合されていてもよい。
The structure of the deflecting
図2に示すように、本実施形態の光学プローブ3は、結像光学系19の光学部材の少なくとも1つを保持する鏡筒25(保持体)を備える。鏡筒25は、結像光学系19の光軸AXと平行な方向(Z軸方向)が長手方向であり、光軸AXと直交する方向(XY方向)が短手方向である。鏡筒25は、伝播経路15を囲むように設けられており、少なくとも伝播経路15の周囲の部分が結像光学系19の光軸AXに関して軸対称な円筒状である。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態において、鏡筒25は、回折光学部材16を保持している。すなわち、結像光学系19と回折光学部材16は、同一の保持体に保持されている。回折光学部材16は、例えば、鏡筒25において、撮像素子18と反対側の端部25a(先端部)に固定される。
In the present embodiment, the
本実施形態において、鏡筒25は、偏向部材21を保持している。すなわち、回折光学部材16と偏向部材21は、同一の保持体に保持されている。偏向部材21は、例えば、円柱状の第1部分21bが円筒状の鏡筒25の内周面に接するように、鏡筒25に固定される。
In the present embodiment, the
本実施形態において、鏡筒25は、照明光束L1が通過(透過)する通過部25bを備える。通過部25bは、例えば、照明光束L1が透過する材質で形成される。通過部25bは、光学プローブ3(鏡筒25)の内部から測定領域に向かう照明光束L1の光路と、測定領域を経由して撮像素子18の受光面18aに像を結ぶ光束(以下、結像光束L2という)の光路とに配置されている。通過部25bは、例えば、結像光学系19の光軸AXに関して軸対称な円筒状である。
In the present embodiment, the
本実施形態において、鏡筒25は、照明光束L1を遮光する遮光部25cを備える。遮光部25cは、迷光の発生を抑制するように配置されている。遮光部25cは、例えば結像光学系19の周囲に配置され、結像光学系19からの迷光の発生と、結像光学系19への迷光の入射の一方または双方を抑制する。遮光部25cは、例えば回折光学部材16の周囲に配置され、回折光学部材16で回折した±n次の回折光のうち所望の回折光(例えば±1次回折光)以外の回折光を遮光する。
In the present embodiment, the
なお、鏡筒25の構造は、適宜変更できる。例えば、鏡筒25は、回折光学部材16と偏向部材21の一方又は双方を支柱等で保持する構造でもよく、この場合に、通過部25bの少なくとも一部は、空隙であってもよい。また、鏡筒25は、回折光学部材16と偏向部材21の一方又は双方を保持しなくてもよい。この場合に、回折光学部材16と偏向部材21の一方又は双方は、鏡筒25とは別の部材に保持されていてもよく、また通過部25bの少なくとも一部は、空隙であってもよい。また、鏡筒25は、遮光部25cを備えていなくてもよい。
The structure of the
図5は、本実施形態の形状測定装置1による照明方法を示す図である。図6は、照明光束L1の光強度分布の一例を示す図である。図6(A)に示す光強度分布は、回折光学部材16に入射する際の照明光束L1の光強度分布の例であり、説明の便宜上、ガウス分布であるとする。図6(B)及び図6(C)に示す光強度分布は、回折光学部材16で回折して異なる方向に進行する照明光束L1の光強度分布の例である。
FIG. 5 is a diagram showing an illumination method by the
本実施形態において、結像光学系19から出射した照明光束L1は、光源14から射出されたレーザー光に由来する光束であり、LEDあるいはランプ光源から射出された光よりも平行光束に近い。ここでは、結像光学系19から出射した照明光束L1は、説明の便宜上、平行光束であるものとする。
In the present embodiment, the illumination light beam L1 emitted from the imaging
図5に示すように、回折光学部材16で回折した照明光束L1の+1次回折光L1aは、結像光学系19の光軸AXを含む面(例えばXZ面)において、光軸AXに対する一方側(+X側)に伝播して偏向部材21の反射面21aで反射する。反射面21aで反射した+1次回折光L1aの少なくとも一部は、物体面19aに沿って進行し、測定領域A1を照明する。図6(B)に示すように、+1次回折光L1aの光強度分布は、回折光学部材16へ入射する際の照明光束L1の光強度分布に対して、各位置の光強度が回折効率等に応じた係数で減少した分布となる。すなわち、例えばXZ面において光軸AXに関する照明光束L1の光強度分布の対称性は、+1次回折光L1aの光強度分布においてほぼ維持される。
As shown in FIG. 5, the + first-order diffracted light L1a of the illumination light beam L1 diffracted by the diffractive
また、回折光学部材16で回折した照明光束L1の−1次回折光L1bは、例えばXZ面において光軸AXに対する他方側(−X側)に伝播して偏向部材21の反射面21aで反射する。反射面21aで反射した−1次回折光L1bの少なくとも一部は、物体面19aに沿って進行し、測定領域A2を照明する。図6(C)に示すように−1次回折光L1bの光強度分布は、図6(B)に示した+1次回折光L1aの光強度分布と同様に、例えばXZ面において光軸AXに関する照明光束L1の光強度分布の対称性がほぼ維持された分布になる。
Further, the −1st order diffracted light L1b of the illumination light beam L1 diffracted by the diffractive
このように、光学プローブ3から出射する照明光束L1は、結像光学系19の光軸AXと回折光学部材16とが交差した位置の強度分布が対称的な強度分布であれば、回折光学部材16により±1次光の両方に強度分布を維持したまま分配される。それゆえ、照明光束L1の強度分布が対称的な強度分布であれば、物体面19aに関して光軸AXと平行な方向における強度分布は、対称的な光強度分布の光束になる。
As described above, the illumination light beam L1 emitted from the
なお、ここでは回折光のXZ面上での伝播について説明したが、+1次回折光L1a及び−1次回折光L1bは、光軸AXを含むいずれの平面においても同様に伝播し、光軸AXに関して軸対称的に伝播する。結果として、光学プローブ3から出射する照明光束は、光軸AXに平行な方向を短手方向、光軸AXの周りの周方向を長手方向とする輪帯状のラインパターンになる。本実施形態において、輪帯状のラインパターンの短手方向の寸法を、スポット幅SBという。
Although the propagation of the diffracted light on the XZ plane has been described here, the + 1st order diffracted light L1a and the −1st order diffracted light L1b are similarly propagated in any plane including the optical axis AX, and the axis is related to the optical axis AX. Propagate symmetrically. As a result, the illumination light beam emitted from the
このように、回折光学部材16は、照明光束L1を複数の方向に進行する部分光束(+1次回折光L1a及び−1次回折光L1b)に分割し、回折光学部材16を含む投影部は、上述のようなラインパターンを測定領域に投影する。
In this way, the diffractive
なお、照明光束L1は、図5において結像光学系19から測定領域A1、A2に至る光路で平行光束であるように図示されているが、結像光学系19から測定領域A1、A2に至る光路の少なくとも一部で収束光束又は発散光束になっていてもよい。
Although the illumination light beam L1 is shown as a parallel light beam in the optical path from the imaging
なお、光学プローブ3は、結像光学系19から照明光束L1を収束光束として射出し、スポット幅SBが物体面19a上のいずれかの位置で極小となるように、構成されていてもよい。例えば、測定対象の内径の大きさに応じて、なるべく極小な点光源像を測定対象の内側面で形成したい場合がありえる。この場合には、本実施形態のように、光源14がレーザー光源であって実質的に点光源像を形成する場合に、光学プローブ3は、光源14と光学的に共役な位置が物体面19a上に配置されるように、光源14の位置が調整されていてもよい。その際は、物体面19aと撮像素子18とがともに共役な位置であってもよい。
The
なお、光源14から物体面19aへ照明光束L1が向かう際、その光路は回折光学部材16を経由している。一方、物体面19aから撮像素子18へ向かう光束がたどる光路のうち、物体面19aから結像光学系19までの光路は、回折光学部材16を経由しない分、照明光束L1の結像光学系21から物体面19aまでの光路と比べて、短くなっている。この短くなった分を相殺するために、光源14から結像光学系17までの照明光束L1の光路長は、結像光学系17から撮像素子18までの結像光束L2の光路長よりも短くなっている。
When the illumination light beam L1 travels from the
また、結像光学系19から回折光学部材16に向かう照明光束L1が実質的に平行光束である場合に、光学プローブ3は、回折光学部材16で回折した照明光束L1を物体面19a上で収斂させるための光学部材を含んでいてもよい。このような光学部材は、例えば、偏向部材21の反射面21aを凹面鏡にすることで実現でき、また、回折光学部材16にレンズ効果を持たせることでも実現できる。
When the illumination light beam L1 directed from the imaging
また、回折光学部材16から物体面へ向かう照明光束L1が集束光束であり、かつ回折光学部材16aの輪帯のピッチを非常に細かくして、回折光学部材16による回折角を大きくした場合、照明光束L1は回折光学部材16aの回折作用により図5の面内方向で集束作用が大きく働き、図5の紙面に対して直交方向では回折光学部材16aの回折作用はほどんど無いままである。そのため、光源14の位置に任意の一点の円形状のパターンがおかれた場合、物体面19aに形成される円形状パターンの像は、楕円状になることがありえる。これは所謂非点収差の一種であるが、このような収差を低減するように、例えば図7に示すように反射面21aの形状を調整することもできる。
Further, when the illumination light beam L1 from the diffractive
図7は、偏向部材21の変形例を示す図である。図7の偏向部材21において、反射面21aの形状は、シリンドリカル形状が円環状になったような自由曲面形状である。言い換えると、反射面21aは、所定軸周りで回転対称な円錐面を外部に向かって凸にした形状である。なお、反射面21aは、Z軸とX軸を含む断面形状が円状の輪郭でなくても良く、物体面側に凸の反射面を有していればよい。
FIG. 7 is a view showing a modification of the
また、偏向部材21の反射面21aの反射領域は、回折光学部材16aの回折作用により生ずる所定の回折次数の光束が到達し、所定の回折次数とは異なる次数の光束が到達しない位置に設けることもできる。例えば、本実施形態の光学プローブ3では、回折光学部材16aで1次の回折光が物体面19aに沿って伝搬するようにしている。このときに、回折光学部材16aには、2次以上の高次の回折光が生じることがありえる。偏向部材21の反射面21aは、2次以上の高次の回折光が入射する位置を避けて、配置されていてもよい。これにより、所定の回折次数とは異なる次数の光束が測定領域に向かうことが抑制される。また、所定の回折次数とは異なる次数の光束を吸収する光吸収部材が配置されていてもよい。この光吸収部材は、例えば偏向部材21に所定の回折次数とは異なる次数の光束が到達する場合には、この光束が偏向部材21に入射する位置に光吸収膜を設けることによっても実現できる。
The reflecting area of the reflecting
次に、撮像素子18が撮像した撮像画像に基づいて、物体Mの表面を検出する検出方法について説明する。図8は、撮像画像Imの例を示す概念図である。
Next, a detection method for detecting the surface of the object M based on a captured image captured by the
図2に示したように、物体面19aに沿って伝播した照明光束L1(輪帯状のラインパターン)は、測定領域で反射散乱する。測定領域で反射散乱した結像光束L2は、鏡筒25の通過部25bを通って結像光学系19に入射する。結像光学系19に入射した結像光束L2は、その少なくとも一部が導光部材20(ハーフミラー)を通って撮像素子18の受光面18aに入射する。
As shown in FIG. 2, the illumination light beam L1 (annular line pattern) propagated along the
ここで、受光面18aと物体面19aとが光学的に共役であるので、物体面19aと物体Mの表面との交線26の像は、受光面18a上でピントが合うことになる。そのため、物体面19aと物体Mの表面との交線26は、図8に示す撮像画像Imにおいて輝線27になる。輝線27上の各点は、交線26上のいずれかの点と1対1で対応し、例えば、交線26が円環状である場合に、輝線27は円環状になる。図2に示した形状情報取得部12は、図8に示したような撮像画像Imにおける輝線27上の各点の位置情報を算出することで、各点に対応する物体M上の点の位置情報を算出する。なお、輝線27の幅Bは、図5に示したスポット幅SBが狭くなるほど、狭くなる。輝線27の幅Bが狭くなるほど、輝線27上の各点の位置を精度よく特定することができる。
Here, since the
図9は、形状情報取得部12による表面の検出方法を説明するための図である。図9には、撮像画像Imにおける径方向R2の明るさの分布が模式的に図示されている。ここで、径方向R2は、図8に示した撮像画像Im上の点Cに関する放射方向である。点Cは、例えば、結像光学系19の光軸AXと物体面19aとの交点と光学的に共役な関係にある撮像素子18の受光面18a上の点に対応する撮像画像Im上の点である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a surface detection method by the shape
撮像画像Im上の各位置の明るさは、撮像素子18の各画素からの出力に応じた値(階調値)であり、図9中に符号28(実線)で示すような離散的な分布で表される。形状情報取得部12は、例えば階調値を用いた補間演算を行うことで、図9中に符号29(破線)で示すような連続的な光強度分布を算出する。本実施形態において、形状情報取得部12は、図6に示したような照明光束L1の光強度分布と同様の対称性を有する分布(例えばガウス分布)となるように、光強度分布29を算出する。形状情報取得部12は、光強度分布29のピーク30の位置情報を、物体M上の点の位置を示す情報として算出する。
The brightness at each position on the captured image Im is a value (tone value) corresponding to the output from each pixel of the
形状情報取得部12は、上述のように撮像画像Imの輝線27上の各点の位置情報を算出することで、物体Mの表面のうち物体面19aと交差する部分(図2に示した交線26)の位置情報を算出する。また、形状情報取得部12は、光学プローブ3が位置を変えながら撮像した複数の撮像画像のそれぞれについても同様に、光学プローブ3の位置に応じた測定領域における物体Mの表面の位置情報を算出する。形状情報取得部12は、光学プローブ3の位置と、この位置で撮像された撮像画像に基づいて算出された物体Mの位置情報とを対応させることで、物体Mの三次元的な形状を示す形状情報を取得する。
The shape
ところで、一般的な形状測定装置において、回折光学部材の代わりに円錐面状のミラーが用いて、輪帯状のラインパターンを形成する場合がある。この場合に、輪帯状のラインパターンの幅方向における光強度分布は、例えば図6(A)に示すガウス分布のうち光軸AXに対して片側の分布となり、ミラーに入射する前の照明光束よりも対称性が低下する。結像光束は、輪帯状のラインパターンに由来する光束であるので、受光面上での光強度分布の対称性が低くなる。その結果、撮像画像に写っている物体の表面における点の位置の検出精度が低くなり、測定精度が低くなることがありえる。 By the way, in a general shape measuring apparatus, a conical surface mirror may be used instead of a diffractive optical member to form a ring-shaped line pattern. In this case, the light intensity distribution in the width direction of the ring-shaped line pattern is, for example, a distribution on one side with respect to the optical axis AX in the Gaussian distribution shown in FIG. The symmetry is also reduced. Since the imaging light beam is a light beam derived from an annular line pattern, the symmetry of the light intensity distribution on the light receiving surface is lowered. As a result, the detection accuracy of the point position on the surface of the object shown in the captured image is lowered, and the measurement accuracy may be lowered.
本実施形態において、光学プローブ3は、照明光束L1(ラインパターン)の幅方向における対称性の低下が抑制され、このような照明光束L1に照らされている測定領域を撮像するので、形状測定の精度を向上させることができる。また、形状測定装置1は、このような光学プローブ3を備えているので、例えば光強度分布29のピーク30の位置情報を精度よく算出することができ、形状測定の精度を向上させることができる。
In the present embodiment, the
次に、形状測定装置1(光学プローブ3)の製造方法について、説明する。上述のような光学プローブ3は、光学プローブ3の各部の位置調整を行いながら各部を組立てること等で製造される。例えば、図2に示した回折光学部材16は、光学プローブ3から出射する照明光束L1の光強度分布がラインパターンの幅方向において対称性を有するように、結像光学系19との相対位置が調整されて結像光学系19に対して固定される。
Next, a manufacturing method of the shape measuring apparatus 1 (optical probe 3) will be described. The
図10は、本実施形態の形状測定装置の製造方法の一例を概略して示す図である。図10に示す例において、回折光学部材16は、結像光学系19に対する位置が可変なように配置されている。また、図10において、図5に示した偏向部材21の反射面21aの位置には、光強度分布を測定可能な光センサー31が配置されている。
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an example of the manufacturing method of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. In the example shown in FIG. 10, the diffractive
本例において、形状測定装置1の製造装置は、例えば図2に示した光源14によって形状の測定時と同様に照明光束L1を射出させ、この照明光束L1を、結像光学系19を介して回折光学部材16に照射する。この製造装置は、XY面に平行な方向に回折光学部材16を移動させながら、回折光学部材16で回折した照明光束L1の光強度分布を光センサー31によって測定する。この製造装置は、光センサー31により測定された光強度分布が対称性を有するように、結像光学系19と回折光学部材16とのXY平面内における相対位置を決定する。回折光学部材16は、このように位置決めされた状態で、結像光学系19との相対位置が固定される。
In this example, the manufacturing apparatus of the
また、結像光学系19と回折光学部材16との間の傾きの調整については、例えば、XZ面(図10の紙面)に対して直交する方向に光センサー31をもう一つ追加する。追加された光センサー31と図10に示す結像光学系19の光軸を中心に左右に配置された光センサー31の光量が所定の光量比となるように配置すれば、結像光学系19と回折光学部材16との傾きの調整が可能となる。
For adjusting the inclination between the imaging
図11は、本実施形態の形状測定装置の製造方法の他の例を概略して示す図である。図11に示す例において、図10に示した例と同様の光センサー31は、回折光学部材16で回折した後に偏向部材21の反射面21aで反射した照明光束L1の光強度分布を測定する。回折光学部材16は、光センサー31により測定された光強度分布が対称性を有するように、結像光学系19との相対位置が決定され、結像光学系19に対して位置決めされた状態で結像光学系19との相対位置が固定される。また、本例においては、図2に示した光源14の位置は、光センサー31によって検出される光強度分布に基づいて、物体面19a上で照明光束L1(ラインパターン)の幅が極小になるように調整される。
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating another example of the manufacturing method of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. In the example shown in FIG. 11, the same
次に、回折光学部材16の変形例について説明する。図12は、本実施形態の回折光学部材16の第2例を示す図である。図13は、本実施形態の回折光学部材16の第2例を示す図である。
Next, a modified example of the diffractive
第2例及び第3例において、回折光学部材16は、図2に示した結像光学系19の光軸AXを含む面における断面形状が三角形状の凹凸を含む。図12に示す第2例において、回折光学部材16の表面における凹凸のそれぞれは、径方向Rに直交する面に関して対称的な二等辺三角形状である。また、図13に示す第3例において、回折光学部材16の表面における凹凸のそれぞれは、径方向Rに直交する面に関して非対称的な三角形状(直角三角形状)である。このような回折光学部材16を用いると、回折光学部材16による回折の配向特性を調整すること等ができる。また、矩形の凹凸よりも回折効率がよいため、測定領域に強度の強い照明光束L1を照射することができる。
In the second example and the third example, the diffractive
次に、上述した形状測定装置を備えた構造物製造システムについて説明する。 Next, a structure manufacturing system including the above-described shape measuring device will be described.
図14は、構造物製造システム200のブロック構成図である。本実施形態の構造物製造システム200は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置と、設計装置110と、成形装置120と、制御装置(検査装置)130と、リペア装置140とを備える。制御装置130は、座標記憶部131及び検査部132を備える。
FIG. 14 is a block configuration diagram of the
設計装置110は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置120に送信する。また、設計装置110は、作成した設計情報を制御装置130の座標記憶部131に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。 The design device 110 creates design information related to the shape of the structure, and transmits the created design information to the molding device 120. In addition, the design device 110 stores the created design information in the coordinate storage unit 131 of the control device 130. The design information includes information indicating the coordinates of each position of the structure.
成形装置120は、設計装置110から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作製する。成形装置120の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置は、作製された構造物(測定対象物)の座標を測定し、測定した座標を示す情報(形状情報)を制御装置130へ送信する。 The forming apparatus 120 produces the above structure based on the design information input from the design apparatus 110. The molding of the molding apparatus 120 includes, for example, casting, forging, cutting, and the like. The shape measuring device measures the coordinates of the manufactured structure (measurement object) and transmits information (shape information) indicating the measured coordinates to the control device 130.
制御装置130の座標記憶部131は、設計情報を記憶する。制御装置130の検査部132は、座標記憶部131から設計情報を読み出す。検査部132は、形状測定装置から受信した座標を示す情報(形状情報)と、座標記憶部131から読み出した設計情報とを比較する。検査部132は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部132は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部132は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部132は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置140に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。 The coordinate storage unit 131 of the control device 130 stores design information. The inspection unit 132 of the control device 130 reads design information from the coordinate storage unit 131. The inspection unit 132 compares information (shape information) indicating coordinates received from the shape measuring apparatus with design information read from the coordinate storage unit 131. The inspection unit 132 determines whether or not the structure has been molded according to the design information based on the comparison result. In other words, the inspection unit 132 determines whether or not the created structure is a non-defective product. The inspection unit 132 determines whether or not the structure can be repaired when the structure is not molded according to the design information. When the structure can be repaired, the inspection unit 132 calculates a defective part and a repair amount based on the comparison result, and transmits information indicating the defective part and information indicating the repair amount to the repair device 140.
リペア装置140は、制御装置130から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。 The repair device 140 processes the defective portion of the structure based on the information indicating the defective portion received from the control device 130 and the information indicating the repair amount.
図15は、構造物製造システム200による処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム200は、まず、設計装置110が構造物の形状に関する設計情報を作製する(ステップS101)。次に、成形装置120は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する(ステップS102)。次に、形状測定装置は、作製された上記構造物の形状を測定する(ステップS103)。次に、制御装置130の検査部132は、形状測定装置で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する(ステップS104)。
FIG. 15 is a flowchart showing the flow of processing by the
次に、制御装置130の検査部132は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する(ステップS105)。構造物製造システム200は、作成された構造物が良品であると検査部132が判定した場合(ステップS105 YES)、その処理を終了する。また、検査部132は、作成された構造物が良品でないと判定した場合(ステップS105 NO)、作成された構造物が修復できるか否か判定する(ステップS106)。
Next, the inspection unit 132 of the control device 130 determines whether or not the created structure is a non-defective product (step S105). When the inspection unit 132 determines that the created structure is a non-defective product (YES in step S105), the
構造物製造システム200は、作成された構造物が修復できると検査部132が判定した場合(ステップS106 YES)、リペア装置140が構造物の再加工を実施し(ステップS107)、ステップS103の処理に戻る。構造物製造システム200は、作成された構造物が修復できないと検査部132が判定した場合(ステップS106 No)、その処理を終了する。以上で、構造物製造システム200は、図15に示すフローチャートの処理を終了する。
In the
本実施形態の構造物製造システム200は、上記の実施形態における形状測定装置が構造物の座標を正確に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム200は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
The
なお、本実施形態におけるリペア装置140が実行するリペア工程は、成形装置120が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置130の検査部132が修復できると判定した場合、成形装置120は、成形工程(鍛造、切削等)を再実行する。具体的には、例えば、成形装置120は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム200は、構造物を正確に作成することができる。
In addition, the repair process which the repair apparatus 140 in this embodiment performs may be replaced with the process in which the shaping | molding apparatus 120 re-executes a shaping | molding process. In that case, when it determines with the test | inspection part 132 of the control apparatus 130 being able to repair, the shaping | molding apparatus 120 re-executes a shaping | molding process (forging, cutting, etc.). Specifically, for example, the molding apparatus 120 cuts a portion that is originally to be cut and is not cut in the structure. Thereby, the
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態あるいは変形例に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態あるいは変形例で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment or modification. For example, one or more of the requirements described in the above embodiments or modifications may be omitted. In addition, the requirements described in the above embodiments or modifications can be combined as appropriate.
なお、形状測定装置1は、穴Maだけに限られず、溝(凹部)の内面(測定領域)を測定することも可能である。形状測定装置1は、所定の方向に延在する溝が形成された物体に対して、溝の内面の測定を行う場合に、溝の延在方向に光学プローブ3を移動させることもできる。溝の延在方向は、例えばXY面に平行な方向でもよいし、XY面に交差する方向でもよい。また、上記の実施形態に係る形状測定装置は、例えば、段差の崖部分を測ることも可能である。また、形状測定装置1による測定方法は、光切断法に限定されず、例えば共焦点法又はSFF法であってもよい。
The
なお、形状測定装置1は、偏向部材21を備えていなくてもよい。この場合に、形状測定装置1は、回折光学部材16で回折した照明光束Aが伝播する円錐面と物体面19aとのずれによるデフォーカスを補正してもよい。例えば、形状情報取得部12は、撮像素子18の撮像結果に基づいて結像光束L2の収差を検出し、収差の検出結果に基づいてデフォーカス量の正負(前ピン又は後ピン)の判定を行って、デフォーカスを補正してもよい。
The
なお、上述の実施形態において、回折光学部材16は、同心円状の繰り返し構造を有しているが、繰り返し構造が同心円状でなくてもよい。例えば、繰り返し構造は、光軸AXと回折光学部材16との交点を中心とする正多角形であってもよい。また、上述の実施形態において、繰り返し構造のレリーフ16aのピッチp1が実質的に均一であるが、ピッチp1は不均一であってもよい。例えば、レリーフ16aのピッチp1を光軸AXに関する放射方向において変化させることで、回折光学部材16で回折した照明光束L1の光強度分布を調整してもよい。また、光軸AXを含む面における回折光学部材16の断面は、矩形状の凹凸および三角形上の凹凸を含んでいてもよいし、矩形状及び三角形状以外の形状の凹凸を含んでいてもよい。
In the above-described embodiment, the diffractive
1 形状測定装置、2 走査装置、3 光学プローブ、4 制御装置、12 形状情報取得部、14 光源、15 伝播経路、16 回折光学部材、16a レリーフ、17 結像光学系、17 撮像部、18 撮像素子、18a 受光面、19 結像光学系、19a 物体面、21 偏向部材、21a 反射面、AX 光軸、L1 照明光束、L2 結像光束
DESCRIPTION OF
Claims (34)
前記回折光学部材で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像の結果に基づいて、測定対象の形状情報を取得する形状情報取得部と、を備える形状測定装置。 A diffractive optical member that deflects an incident light beam;
An imaging unit for imaging a measurement region onto which the light beam deflected by the diffractive optical member is projected;
A shape measurement apparatus comprising: a shape information acquisition unit that acquires shape information of a measurement target based on a result of imaging by the imaging unit.
請求項1に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the diffractive optical member has a concentric repeating structure.
請求項2に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to claim 2, wherein pitches of the repetitive structures are substantially the same.
撮像素子と、
前記光束が投影された測定領域の像を前記撮像素子に形成する結像光学系とを有する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の形状測定装置。 The imaging unit
An image sensor;
The shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: an imaging optical system that forms an image of a measurement region onto which the light beam is projected on the imaging element.
請求項4に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to claim 4, wherein the diffractive optical member has a rotationally symmetric structure with respect to an optical axis of the imaging optical system.
請求項7に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to claim 7, wherein the structure of the diffractive optical member is repeatedly arranged in a direction orthogonal to the optical axis of the imaging optical system.
請求項4〜8のいずれか一項に記載の形状測定装置。 The shape measuring device according to any one of claims 4 to 8, wherein the diffractive optical member has a reflecting surface so as to reflect and diffract the light flux, and a repeating structure is disposed on the reflecting surface.
請求項4〜9のいずれか一項に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to any one of claims 4 to 9, wherein a cross section of the diffractive optical member on a surface including the optical axis of the imaging optical system includes a rectangular unevenness.
請求項4〜9のいずれか一項に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to any one of claims 4 to 9, wherein a cross section of the diffractive optical member on a plane including the optical axis of the imaging optical system includes triangular irregularities.
請求項4〜11のいずれか一項に記載の形状測定装置。 The shape measurement according to any one of claims 4 to 11, further comprising a deflecting member that deflects the light beam emitted from the diffractive optical member so that the light beam propagates along an object plane of the imaging optical system. apparatus.
請求項12に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to claim 12, wherein the deflection member has a reflection surface that is rotationally symmetric with respect to the optical axis of the imaging optical system.
請求項4〜13のいずれか一項に記載の形状測定装置。 The shape measuring device according to any one of claims 4 to 13, wherein the light source that emits the light beam is disposed at a position conjugate with an object plane of the imaging optical system.
請求項14に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to claim 14, wherein the light source emits laser light as the light flux.
請求項14又は15に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to claim 14 or 15, wherein an optical path length from the light source to the imaging optical system is shorter than an optical path length from the imaging optical system to the imaging element.
前記回折光学部材で偏向した光束が投影された測定領域を撮像する撮像部と、
を備える光学装置。 A diffractive optical member that deflects the light flux different from the direction of the propagation path with respect to the propagation path until the light flux from the light source reaches;
An imaging unit for imaging a measurement region onto which the light beam deflected by the diffractive optical member is projected;
An optical device comprising:
請求項18に記載の光学装置。 The optical device according to claim 18, wherein the pitch of the repeating structure of the diffractive optical member is substantially the same.
請求項17〜19のいずれか一項に記載の光学装置。 The imaging unit includes: an imaging element; and an imaging optical system that forms an image of a measurement region in which an optical axis is set on the propagation path and the light beam is projected on the imaging element. The optical device according to any one of the above.
請求項20に記載の光学装置。 The optical device according to claim 20, wherein the diffractive optical member has a rotationally symmetric structure with respect to an optical axis of the imaging optical system.
請求項21に記載の光学装置。 The optical device according to claim 21, wherein the diffractive optical member has the structure repeatedly arranged in a direction orthogonal to an optical axis of the imaging optical system.
請求項20〜22のいずれか一項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 20 to 22, wherein the diffractive optical member has a reflective surface so as to reflect and diffract the light flux, and a repetitive structure is disposed on the reflective surface.
請求項22に記載の光学装置。 The optical device according to claim 22, wherein a cross section of the diffractive optical member on a surface including an optical axis of the imaging optical system includes a rectangular unevenness.
請求項22に記載の光学装置。 The optical device according to claim 22, wherein a cross section of the diffractive optical member in a plane including the optical axis of the imaging optical system includes triangular irregularities.
請求項20〜25のいずれか一項に記載の光学装置。 The optical device according to any one of claims 20 to 25, further comprising a deflecting member that deflects the light beam emitted from the diffractive optical member so that the light beam propagates along an object plane of the imaging optical system. .
請求項26に記載の光学装置。 27. The optical device according to claim 26, wherein the deflection member has a reflection surface that is rotationally symmetric with respect to the optical axis of the imaging optical system.
請求項20〜26のいずれか一項に記載の光学装置。 The optical apparatus according to any one of claims 20 to 26, wherein the light source that emits the light beam is disposed at a position conjugate with an object plane of the imaging optical system.
請求項28に記載の光学装置。 The optical device according to claim 28, wherein the light source emits laser light as the light flux.
請求項28又は29に記載の光学装置。 30. The optical device according to claim 28, wherein an optical path length from the light source to the imaging optical system is shorter than an optical path length from the imaging optical system to the imaging element.
前記投影部により投影されたパターンを撮像する撮像部と、を備える光学装置。 An optical member that divides the light quantity at each position of the light beam into a plurality of directions to form a ring-shaped line pattern, and projects the line pattern onto a measurement target;
And an imaging unit that images the pattern projected by the projection unit.
前記伝播経路を伝播した前記光束が入射する位置に、前記光束を偏向する回折光学部材を配置することと、
前記回折光学部材で偏向した前記光束の強度分布を測定することと、
前記測定の結果に基づいて、前記強度分布が対称性を有するように、前記伝播経路と前記回折光学部材との相対位置を調整することと、を含む形状測定装置の製造方法。 Propagating the light flux in the propagation path;
Disposing a diffractive optical member for deflecting the light beam at a position where the light beam propagated through the propagation path is incident;
Measuring an intensity distribution of the light beam deflected by the diffractive optical member;
Adjusting a relative position between the propagation path and the diffractive optical member so that the intensity distribution has symmetry based on a result of the measurement.
前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項1〜16のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システム。 A molding apparatus for molding the structure based on design information relating to the shape of the structure;
The shape measuring device according to any one of claims 1 to 16, which measures the shape of the structure formed by the forming device,
A structure manufacturing system comprising: a control device that compares shape information indicating the shape of the structure measured by the shape measuring device with the design information.
前記成形された前記構造物の形状を請求項1〜16のいずれか一項に記載の形状測定装置によって測定することと、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法。 Molding the structure based on design information regarding the shape of the structure;
Measuring the shape of the molded structure with the shape measuring device according to any one of claims 1 to 16,
A structure manufacturing method comprising: comparing shape information indicating the shape of the structure measured by the shape measuring apparatus with the design information.
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