JP2017198475A - 距離検出装置及び距離検出装置の校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で距離を計測できる距離検出装置及び距離検出装置の校正方法を提供すること。
【解決手段】対象物１００を一軸方向に移動させる一軸ステージ１１と、対象物１００の一軸方向の変位量を計測する変位計１５と、対象物１００にレーザ光２００を照射する投光器１３と、投光器１３から対象物１００に照射されたレーザ光２００のレーザスポットを撮像する撮像装置１４と、一軸ステージ１１の基準位置からの一軸方向の移動量である複数の移動設定値及び複数の移動設定値のそれぞれにおいて撮像装置１４によりレーザスポットを撮像したときの撮像位置が対応付けされたティーチングテーブルを記憶する記憶部１７と、ティーチングテーブルに基づいて求めた対象物１００の一軸方向の移動量を変位計１５により計測した変位量で補正する演算装置１８と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、距離検出装置及び距離検出装置の校正方法に関する。

非接触、且つ、高精度で距離を測定できることから、被測定対象物の表面形状の測定に三角測量方式を用いる技術が知られている。三角測量方式を用いた距離検出装置は、被測定対象物に対して直交する方向に照射されたレーザスポットを、レーザ光の光軸に対し、所定の角度を持って斜視するカメラで撮像し、ティーチングテーブルに基づいて、レーザスポットの撮像位置から被測定対象物までの距離を算出する。

ティーチングテーブルは、レーザ光の光源からサンプルまでの距離を一定間隔で移動させ、そのときの撮像位置を求め、距離及び撮像位置を対応付けることで求められる。しかし、サンプルを移動させる一軸ステージの精度等により、実際の移動距離とティーチングテーブルの移動量距離とに誤差が生じる。

特開２０００−２０５８２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、高い精度で距離を計測できる距離検出装置及び距離検出装置の校正方法を提供することにある。

実施形態の距離検出装置は、一軸ステージと、変位計と、投光器と、撮像装置と、記憶部と、演算装置と、を備える。一軸ステージは、対象物を一軸方向に移動させる。変位計は、前記対象物の前記一軸方向の変位量を計測する。投光器は、前記対象物にレーザ光を照射する。撮像装置は、前記投光器から前記対象物に照射された前記レーザ光のレーザスポットを撮像する。記憶部は、前記一軸ステージの基準位置からの前記一軸方向の移動量である複数の移動設定値及び前記複数の移動設定値のそれぞれにおいて前記撮像装置により前記レーザスポットを撮像したときの撮像位置が対応付けされたティーチングテーブルを記憶する。演算装置は、前記一軸方向の任意の２箇所において前記レーザスポットを撮像したときの前記撮像位置及び前記ティーチングテーブルに基づいて求めた前記対象物の前記一軸方向の移動量を前記変位計により計測した変位量で補正する。

第１の実施形態に係る距離検出装置の構成を模式的に示す説明図。 同距離検出装置の校正方法の一例を示す流れ図。 第２の実施形態に係る距離検出装置の構成を模式的に示す説明図。 同距離検出装置に用いられる対象物の構成を示す側面図。 同距離検出装置の記憶部に記憶されるテーブルの構成を模式的に示す説明図。 同距離検出装置の校正方法の一例を示す流れ図。 第３の実施形態に係る距離検出装置に用いられる対象物の構成を示す側面図。 第４の実施形態に係る距離検出装置の構成を模式的に示す説明図。 同距離検出装置の構成を模式的に示す説明図。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る距離検出装置１を図１及び図２を用いて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る距離検出装置１の構成を模式的に示す説明図、図２は、距離検出装置１の校正方法の一例を示す流れ図である。

図１に示すように、距離検出装置１は、対象物１００と、一軸ステージ１１と、回転機構１２と、投光器１３と、撮像装置１４と、変位計１５と、記憶部１７と、演算装置１８と、を備えている。距離検出装置１は、三角測量方式によって、非接触により被測定対象物の表面形状を測定可能に構成される。

対象物１００は、距離検出装置１の校正に用いるサンプルである。対象物１００は、円盤状に構成される。対象物１００は、その軸方向に対して直交する主面を有する。対象物１００は、回転機構１２に固定される。

一軸ステージ１１は、移動させる被移動体を一軸方向に移動する。ここで、一軸ステージ１１は、距離検出装置１の校正時においては、被移動体である対象物１００を固定した回転機構１２を一軸方向に移動させる。

例えば、一軸ステージ１１は、ステージと、ステージを一軸方向に移動する移動機構と、を備える。移動機構は、演算装置１８に信号線等を介して電気的に接続される。

回転機構１２は、対象物１００を回転する。回転機構１２は、一軸ステージ１１のステージに固定される。回転機構１２は、ステージに固定される基部２１と、基部２１に設けられ、対象物１００を固定する被回転部２２と、被回転部２２を回転駆動する駆動部２３と、を備えている。回転機構１２は、演算装置１８に信号線等を介して電気的に接続される。被回転部２２は、対象物１００の中心軸が一軸方向に沿った姿勢で、当該中心軸を回転中心として対象物１００を固定する。駆動部２３は、被回転部２２を回転する。回転機構１２は、駆動部２３により被回転部２２を回転させることで、対象物１００を一軸周りに回転する。

投光器１３は、対象物１００にレーザ光２００を照射する。投光器１３は、対象物１００の主面に対して直交する方向で対象物１００にレーザ光２００を照射可能に構成される。投光器１３から対象物１００に照射されるレーザ光２００の照射方向は、一軸方向に沿った方向である。

撮像装置１４は、対象物１００に照射されたレーザ光２００のレーザスポットを撮像する。撮像装置１４は、レーザ光２００の投光軸に対して所定の角度を持ってレーザスポットを斜視する。撮像装置１４は、例えば、受光レンズ３１と、ＣＣＤカメラ３２と、アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）３３と、を備えている。ＣＣＤカメラ３２は、ＡＤＣ３３と、信号線を介して電気的に接続される。ＣＣＤカメラ３２は、撮像したレーザスポットの情報をＡＤＣ３３に送信する。

ＡＤＣ３３は、ＣＣＤカメラ３２から送信された撮像したレーザスポットの情報をディジタル信号に変換する。

変位計１５は、対象物１００の一軸方向の変位量を計測可能に構成される。変位計１５は、接触式の変位計である。例えば、変位計１５は、回転機構１２の一軸方向の変位量を計測することで、対象物１００の変位量を計測する。変位計１５は、例えば、回転機構１２の基部２１に接触し、当該基部２１の移動により基部２１の一軸方向の変位量を計測する。変位計１５は、演算装置１８に信号線を介して電気的に接続される。変位計１５は、計測した変位量を演算装置１８に送信する。

記憶部１７は、演算装置１８に設けられる。記憶部１７は、演算装置１８が被測定対象物を測定するときに用いるテーブルとして、ティーチングテーブルを記憶する。ティーチングテーブルは、一軸ステージ１１の基準位置から一軸方向の対象物１００の移動量である複数の移動設定値と、レーザスポットの撮像位置との対応付けを行うことで予め求められ、記憶部１７に記憶される。

ティーチングテーブルは、例えば、基準位置から一軸ステージ１１の移動量である移動設定値がｄ１であるときのＣＣＤカメラ３２による撮像位置がＸ１、移動設定値がｄ２であるときの撮像位置がＸ２、といったように、基準位置から一軸ステージ１１の複数の移動量に撮像位置が対応付けされることで構成される。

演算装置１８は、一軸ステージ１１の移動量を制御する。演算装置１８は、一軸ステージ１１の移動量を検出する。演算装置１８は、対象物１００等の被測定物に照射され、撮像装置１４で撮像されたレーザ光２００のレーザスポットの情報から、撮像情報を求めるとともに、ティーチングテーブルに基づいて被測定物の距離を計測する。演算装置１８は、一軸方向の任意の２箇所の計測位置の差から、当該２箇所の計測位置の距離、即ち、被測定物の移動量を求める。

また、演算装置１８は、外部から指示があった場合等に、対象物１００の移動量を変位計１５で実測した回転機構１２の基部２１の移動量に基づいてティーチングテーブルの移動設定値を校正する。

次に、具体例として、ティーチングテーブルは、以下の工程により求められる。先ず、演算装置１８は、対象物１００を基準位置から一定間隔で一軸方向に移動する。次いで、レーザ光２００のレーザスポットによる反射光をＣＣＤカメラ３２で受光する。次いで、演算装置１８は、反射光の撮像位置と一軸ステージ１１の移動設定値との対応付けを行う。この対応付けを行った撮像位置及び移動設定値を演算装置１８が記憶部１７に記憶する。これらの工程によりティーチングテーブルが求められる。

次に、距離検出装置１の校正方法について、図２の流れ図を用いて説明する。
先ず、演算装置１８は、回転機構１２に対象物１００が固定された状態で、一軸ステージ１１及び回転機構１２を制御し、第１計測位置に対象物１００を移動する。なお、ここで、第１計測位置は、例えば、基準位置又はティーチングテーブルに記憶されたいずれかの一軸ステージ１１の移動設定値で基準位置から移動させた位置である。

次に、演算装置１８は、対象物１００を第１計測位置に移動する。（ステップＳＴ１）。次に、演算装置１８は、レーザ光２００を対象物１００に照射する。

次に、演算装置１８は、第１計測位置で撮像されたレーザ光２００のレーザスポットから第１撮像位置を求める。次に、演算装置１８は、一軸ステージ１１を制御して対象物１００を所定の移動量だけ移動し、対象物１００を第２計測位置に移動する（ステップＳＴ２）。

次に、演算装置１８は、第１計測位置から第２計測位置に移動したときに、変位計１５で実測した、回転機構１２の基部２１の変位量を求める（ステップＳＴ３）。また、演算装置１８は、第２計測位置で撮像されたレーザ光２００のレーザスポットから第２撮像位置を求める。次に、演算装置１８は、実測により求めた変位量に基づいて、対象物１００の移動量を補正し、ティーチングテーブルを補正する（ステップＳＴ４）。

一例として、演算装置１８は、第１計測位置から第２計測位置に対象物１００を移動させるために一軸ステージ１１へ指令を出した信号から移動量を求める。次いで、演算装置１８は、一軸ステージ１１へ出した指令に基づく移動量と、実測により変位計１５で求められた変位量を比較する。指令に基づく移動量と実測により求めた変位量が同じ場合には、演算装置１８は、校正を行わない。

指令に基づく移動量と実測により求めた変位量が異なる場合には、演算装置１８は、ティーチングテーブルに対応付けされた当該第１計測位置から第２計測位置への移動設定値を実測値の変位量を移動量とする、ティーチングテーブルを補正する。これらのよう、演算装置１８は、実測により求めた変位量に基づいて、ティーチングテーブルの補正を行う。

なお、距離検出装置１の校正は、例えば、距離検出装置１の設置後、季節の変わり目等の外気温の変化が生じる時、及び、距離検出装置１を所定の回数使用した後等に、対象物１００を用いて行われる。

また、距離検出装置１は、ティーチングテーブルを補正するのではなく、実測により求めた変位量に基づいて対象物１００の移動量を補正し、当該補正した移動量に基づいてティーチングテーブルを作成してもよい。

このように構成された距離検出装置１によれば、一軸ステージ１１の移動量に誤差が生じていても、変位計１５で実測した変位量に基づいて、一軸ステージ１１の移動量及びティーチングテーブルを補正することが可能となる。

このように、距離検出装置１は、一軸ステージ１１の目標する移動量と実際の移動量の間に生じる誤差を、変位計１５で実測した対象物１００の変位量により校正することで、高い精度で被測定対象物を測定することが可能となる。

また、距離検出装置１の製造時、設置作業後、所定期間経過後及び季節毎等にティーチングテーブルを補正することで、距離検出装置１は高い精度を維持できる。

上述したように、第１の実施形態に係る距離検出装置１によれば、高い精度で距離を計測できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る距離検出装置１Ａについて、図３乃至図６を用いて説明する。
図３は第２の実施形態に係る距離検出装置１Ａの構成を模式的に示す説明図、図４は距離検出装置１Ａに用いられる対象物１００Ａの構成を示す側面図、図５は距離検出装置１の記憶部１７に記憶されるティーチングテーブルの構成を模式的に示す説明図、図６は距離検出装置１Ａの校正方法の一例を示す流れ図である。なお、第２の実施形態に係る距離検出装置１Ａのうち、上述した第１の実施形態に係る距離検出装置１と同様の構成には同一符号を用い、その詳細な説明は省略する。

図３に示すように、距離検出装置１Ａは、対象物１００Ａと、一軸ステージ１１と、回転機構１２と、投光器１３と、撮像装置１４と、記憶部１７と、演算装置１８と、を備えている。距離検出装置１Ａは、三角測量方式によって、非接触により被測定対象物の表面形状を測定可能に構成される。このような距離検出装置１Ａは、上述した第１の実施形態に係る距離検出装置１と、対象物１００Ａの構成が異なり、また、変位計１５を有さない構成である。

対象物１００Ａは、距離検出装置１の校正に用いるサンプルである。対象物１００Ａは、円盤状に構成される。対象物１００Ａは、一方の主面であって、その軸方向で異なる位置に、その軸方向に対して直交する第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂを有する。対象物１００Ａは、回転機構１２の被回転部２２に固定される。

記憶部１７は、ティーチングテーブルを記憶する。ティーチングテーブルは、一軸ステージ１１の基準位置から一軸方向への対象物１００の移動量である複数の移動設定値と、レーザスポットの撮像位置の対応付けを行うことで予め求められ、記憶部１７に記憶される。

ティーチングテーブルは、例えば、図５の（補正前）に示すように、基準位置から一軸ステージ１１のステージが第１計測位置へ移動する所定の移動量である移動設定値がｄ１であるときの対象物１００Ａの第１計測面１００ａに照射されるレーザ光２００のレーザスポットの撮像位置ＡがＸＡ１、移動設定値がｄ１であるときの対象物１００Ａの第２計測面１００ｂに照射されるレーザ光２００のレーザスポットの撮像位置Ｂが第２撮像位置ＸＢ１として記憶される。

また、例えば、ティーチングテーブルは、基準位置から一軸ステージ１１のステージが第２計測位置へ移動する所定の移動量である移動設定値がｄ２であるときの第１計測面１００ａのレーザスポットの撮像位置ＡがＸＡ２、第２計測面１００ｂのレーザスポットの撮像位置Ｂが第２撮像位置ＸＢ２として記憶される。このようにティーチングテーブルは、基準位置から一軸ステージ１１の複数の移動量に第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂでそれぞれの撮像位置Ａ、Ｂが対応付けされることで構成される。

ここで、移動設定値ｄ１は、第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂ間の距離と同じ値であり、移動設定値ｄ２は、移動設定値ｄ１に第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂ間の距離を加えた値である。即ち、隣合う移動設定値の差、換言すると移動設定値による移動量ｄｘ（ｄｘ＝ｄ２−ｄ１）は、第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂ間の距離と同じに設定される。さらに換言すれば、複数の移動設定値は、ｄｘだけ増加して設定される。

演算装置１８は、一軸ステージ１１の移動量を制御する。演算装置１８は、一軸ステージ１１の移動量を検出する。演算装置１８は、対象物１００等の被測定物に照射され、撮像装置１４で撮像されたレーザ光２００のレーザスポットの情報から、撮像情報を求めるとともに、ティーチングテーブルに基づいて被測定物の距離を計測する。

演算装置１８は、一軸方向の任意の２箇所の計測位置の距離、即ち、被測定物の移動量を求める。演算装置１８は、任意の２箇所の計測位置の一方で計測した対象物１００Ａの一方の撮像位置と、一軸ステージ１１を所定の距離移動させた任意の２箇所の計測位置の他方で計測した対象物１００Ａの他方の撮像位置との差から、移動量の誤差Δｄを求める。また、演算装置１８は、求めた移動量の誤差Δｄから、ティーチングテーブルの移動設定値を校正する。

次に、演算装置１８による距離検出装置１Ａの校正方法について、図６の流れ図を用いて説明する。
先ず、演算装置１８は、回転機構１２に対象物１００Ａが固定された状態で、一軸ステージ１１及び回転機構１２を制御し、第１計測位置に対象物１００Ａを移動する（ステップＳＴ１１）。次に、演算装置１８は、対象物１００Ａの第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂのそれぞれでレーザスポットを撮像し（ステップＳＴ１２）、第１計測位置における第１撮像位置ＸＡ１及び第２撮像位置ＸＢ１を求める。

例えば、演算装置１８は、先ず、駆動部２３を制御し、被回転部２２を回転させて、対象物１００Ａの第１計測面１００ａを投光器１３に対向させる。次に、ＣＣＤカメラ３２で撮像されたレーザスポットから、第１計測位置における第１計測面１００ａの第１撮像位置ＸＡ１を求める。次に、演算装置１８は、駆動部２３を制御し、被回転部２２を回転させて、対象物１００Ａの第２計測面１００ｂを投光器１３に対向させる。次に、ＣＣＤカメラ３２で撮像されたレーザスポットから、第１計測位置における第２計測面１００ｂの第２撮像位置ＸＢ１を求める。

なお、ここで、第１計測位置は、例えば、基準位置又はティーチングテーブルに記憶されたいずれかの一軸ステージ１１の移動設定値で基準位置から移動させた位置である。

次に、演算装置１８は、一軸ステージ１１を制御し、対象物１００Ａを第１計測位置から所定の移動量ｄｘだけ移動させ、第２計測位置に対象物１００Ａを移動する（ステップＳＴ１３）。次に、演算装置１８は、対象物１００Ａの第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂのそれぞれでレーザスポットを撮像し（ステップＳＴ１４）、第２計測位置における第１撮像位置ＸＡ２及び第２撮像位置ＸＢ２を求める。

次に、演算装置１８は、各撮像位置ＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２から一軸ステージ１１の移動量誤差Δｄを検出する（ステップＳＴ１５）。例えば、移動量誤差Δｄ、実際の一軸ステージ１１による対象物１００Ａの移動量Ｄ、及び、移動設定値による移動量ｄｘ（ｄｘ＝ｄ２−ｄ１）とすると、移動量誤差Δｄは、Δｄ＝Ｄ−ｄｘにより求められる。

より具体的に説明すると、移動量ｄｘは、第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂの距離と同じ値であることから、Δｄ＝０の場合には、第１計測位置における第２撮像位置ＸＢ１と第２計測位置における第１撮像位置ＸＡ２の関係は、ＸＢ１＝ＸＡ２となる。このため、実際の移動距離Ｄは、Ｄ＝ｄｘ＋Δｄにより求められる。

次に、演算装置１８は、導出した移動量誤差Δｄにより、ティーチングテーブルを校正する（ステップＳＴ１６）。具体的には、図５の（補正後）に示すように、移動設定値ｄ２にΔｄを加えて新たな移動設定値Ｄ２（Ｄ２＝ｄ２＋Δｄ）とする。これらのように、演算装置１８は、各移動設定値において、ティーチングテーブルを補正することで、距離検出装置１Ａの校正が行われる。

このように構成された距離検出装置１Ａによれば、上述した距離検出装置１と同様に、一軸ステージ１１の移動量に誤差が生じていても、変位計１５で実測した変位量に基づいて、一軸ステージ１１の移動量及びティーチングテーブルを補正することが可能となる。

また、距離検出装置１Ａは、対象物１００Ａに軸方向の位置が異なる第１計測面１００ａ及び第２計測面１００ｂを設け、それぞれで撮像した撮像位置を用いることで、ティーチングテーブルを補正することが可能となる。これにより、距離検出装置１Ａは、対象物１００Ａの移動量を実測する計器を要しないことから、製造コストを低減することが可能となる。

上述したように、第２の実施形態に係る距離検出装置１Ａによれば、高い精度で距離を計測できる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る対象物１００Ｂを用いた距離検出装置１Ａについて、図７を用いて説明する。
図７は第３の実施形態に係る距離検出装置１Ａに用いられる対象物１００Ｂの構成を模式的に示す側面図である。なお、第３の実施形態に係る距離検出装置１Ａは、対象物１００Ｂの構成が、第２の実施形態に係る距離検出装置１Ａの対象物１００Ａと異なるだけであり、このため、対象物１００Ｂの構成以外については、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７に示すように、距離検出装置１Ａに用いられる対象物１００Ｂは、距離検出装置１Ａの校正に用いるサンプルである。対象物１００Ｂは、円盤状に構成される。対象物１００Ｂは、円盤状の基部１０１と、一方の主面の一部に設けられた第１計測部１０２と、他方の主面の一部であって、基部１０１の軸方向に直交する方向で第１計測部１０２と異なる位置に設けられた第２計測部１０３と、を備えている。

基部１０１は、回転機構１２の被回転部２２に固定される。基部１０１は、透過率の高い材料により構成される。例えば、基部１０１は、透明なガラスや樹脂材料により構成される。

第１計測部１０２は、基部１０１の一方の主面に設けられたレーザ光を反射可能な層である。第１計測部１０２は、例えば、一方の主面に半円状に反射塗料が一定の膜圧で塗布されることで構成される。第１計測部１０２は、投光器１３と対向する面が第１計測面を構成する。

第２計測部１０３は、基部１０１の他方の主面に設けられたレーザ光を反射可能な層である。第２計測部１０３は、例えば、他方の主面に半円状に反射塗料が一定の膜圧で塗布されることで構成される。第２計測部１０３の厚さは、第１計測部１０２の厚さと同一に構成される。第２計測部１０３は、第１計測部１０２と、基部１０１の中心軸を軸心として１８０°位相した範囲に設けられる。第２計測部１０３は、投光器１３と対向する面が第２計測面を構成する。

このような対象物１００Ｂは、第１計測部１０２の表面から基部１０１の他方の主面までの距離が、移動設定値による移動量ｄｘと同一に構成される。

このように構成された対象物１００Ｂを用いた距離検出装置１Ａは、上述した第２の実施形態に係る距離検出装置１Ａと同様の工程によりティーチングテーブルを補正することが可能、且つ、同様の効果を奏する。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る距離検出装置１Ｃについて、図８及び図９を用いて説明する。
図８は第４の実施形態に係る距離検出装置１Ｃの構成を模式的に示す説明図、図９は距離検出装置１Ｃの構成を模式的に示す説明図である。なお、第４の実施形態に係る距離検出装置１Ｃのうち、上述した第１の実施形態に係る距離検出装置１及び第２の実施形態に係る距離検出装置１Ａと同様の構成には同一符号を用い、その詳細な説明は省略する。

図８に示すように、距離検出装置１Ｃは、対象物１００と、一軸ステージ１１と、回転機構１２と、投光器１３と、撮像装置１４と、分光器１６と、記憶部１７と、演算装置１８と、を備えている。距離検出装置１Ｃは、三角測量方式によって、非接触により被測定対象物の表面形状を測定可能に構成される。

分光器１６は、投光器１３から対象物１００に照射されたレーザ光２００を分岐するビームスプリッタ４１と、ビームスプリッタ４１で分岐した分岐レーザ光２０１の照射方向を対象物１００に変更するミラー４２と、ミラー４２と対象物１００の間に設けられたシャッター４３と、を備えている。

ミラー４２は、分岐レーザ光２０１を反射させることが可能に構成される。ミラー４２の角度は、レーザ光２００の光軸と平行な光軸とし、且つ、対象物１００に照射することが可能な角度に設定される。

シャッター４３は、ミラー４２で反射された分岐レーザ光２０１を遮光可能に構成される。

このような分光器１６は、投光器１３から対象物１００に照射されたレーザ光２００と平行な分岐レーザ光２０１を生成し、対象物１００上にレーザ光２００のレーザスポットと所定の距離だけ離間した位置に分岐レーザ光２０１を照射する。

記憶部１７は、ティーチングテーブルを記憶する。ティーチングテーブルは、一軸ステージ１１の基準位置から一軸方向への対象物１００の移動量である複数の移動設定値と、レーザスポットの撮像位置の対応付けを行うことで予め求められ、記憶部１７に記憶される。

ティーチングテーブルには、例えば、距離検出装置１Ａのティーチングテーブルと同様に、基準位置から一軸ステージ１１のステージが第１計測位置へ移動する所定の移動量である移動設定値がｄ１であるときの対象物１００に照射されるレーザ光２００のレーザスポットの撮像位置ＡがＸＡ１、移動設定値がｄ１であるときの対象物１００に照射される分岐レーザ光２０１のレーザスポットの撮像位置から求められる仮想撮像位置ＢがＸＢ１として記憶される。

また、例えば、ティーチングテーブルには、基準位置から一軸ステージ１１のステージが第２計測位置へ移動する所定の移動量である移動設定値がｄ２であるときのレーザ光２００のレーザスポットの撮像位置ＡがＸＡ２、分岐レーザ光２０１のレーザスポットの撮像位置から求められる仮想撮像位置Ｂが第２撮像位置ＸＢ２として記憶される。このようにティーチングテーブルは、基準位置から一軸ステージ１１の複数の移動量にレーザ光２００及び分岐レーザ光２０１のレーザスポットのからそれぞれ求められる撮像位置Ａ、Ｂが対応付けされることで構成される。

ここで、移動設定値ｄ１は、レーザ光２００のレーザスポット及び仮想撮像位置Ｂに生じると仮定される仮想レーザスポット間の距離と同じ値である。即ち、隣り合う移動設定値の差、換言すると移動設定値による移動量ｄｘは、図９に示すように、レーザ光２００のレーザスポット及び仮想レーザスポット間の距離と同じに設定される。

なお、仮想撮像位置Ｂ及び仮想撮像位置Ｂに生じると仮定する仮想レーザスポットは、図９に示すように、演算装置１８によって、ＣＣＤカメラ３２で撮像された分岐レーザ光２０１の反射光の延長上とレーザ光２００の投光軸との交わる点から求められる。

演算装置１８は、一軸ステージ１１の移動量を制御する。演算装置１８は、一軸ステージ１１の移動量を検出する。演算装置１８は、対象物１００等の被測定物に照射され、撮像装置１４で撮像されたレーザ光２００のレーザスポットの情報から、撮像情報を求めるとともに、ティーチングテーブルに基づいて被測定物の距離を計測する。演算装置１８は、ティーチングテーブルの補正時に、シャッター４３を制御して、分岐レーザ光２０１を対象物１００上に照射可能に構成される。

演算装置１８は、一軸方向の任意の２箇所の計測位置の距離、即ち、被測定物の移動量を求める。演算装置１８は、任意の２箇所の計測位置の一方で計測した分岐レーザ光２０１の仮想レーザスポットの位置と、一軸ステージ１１を所定の距離移動させた任意の２箇所の計測位置の他方で計測したレーザ光２００のレーザスポットの位置との差から、移動量の誤差Δｄを求める。また、演算装置１８は、求めた移動量の誤差Δｄから、ティーチングテーブルの移動設定値を補正する。

次に、演算装置１８による距離検出装置１Ｃの校正方法について説明する。なお距離検出装置１Ｃの校正方法の流れは、距離検出装置１Ａの校正方法の流れと同様であることから、距離検出装置１Ｃの校正方法について図６を用いて以下説明する。
先ず、演算装置１８は、回転機構１２に対象物１００が固定された状態で、一軸ステージ１１及び回転機構１２を制御し、第１計測位置に対象物１００を移動する（ステップＳＴ１１）。次に、演算装置１８は、レーザ光２００及び分岐レーザ光２０１を対象物１００に照射し、それぞれレーザスポットを撮像し（ステップＳＴ１２）、第１計測位置における第１撮像位置ＸＡ１及び第２撮像位置ＸＢ１を求める。また、併せて、演算装置１８は、分岐レーザ光２０１による仮想レーザスポットを求める。

なお、ここで、第１計測位置は、例えば、基準位置又はティーチングテーブルに記憶されたいずれかの一軸ステージ１１の移動設定値で基準位置から移動させた位置である。

次に、演算装置１８は、一軸ステージ１１を制御し、対象物１００を第１計測位置から所定の移動量ｄｘだけ移動させて、第２計測位置に対象物１００を移動する（ステップＳＴ１３）。次に、演算装置１８は、レーザ光２００及び分岐レーザ光２０１を対象物１００に照射し、それぞれレーザスポットを撮像し（ステップＳＴ１４）、第２計測位置における第１撮像位置ＸＡ２及び第２撮像位置ＸＢ２を求める。また、併せて、演算装置１８は、分岐レーザ光２０１による仮想レーザスポットを求める。

次に、演算装置１８は、各撮像位置ＸＡ１，ＸＡ２，ＸＢ１，ＸＢ２から一軸ステージ１１の移動量誤差Δｄを検出する（ステップＳＴ１５）。例えば、移動量誤差Δｄ、実際の一軸ステージ１１による対象物１００Ａの移動量Ｄ、及び、移動設定値による移動量ｄｘ（ｄｘ＝ｄ２−ｄ１）とすると、移動量誤差Δｄは、Δｄ＝Ｄ−ｄｘにより求められる。

より具体的に説明すると、移動量ｄｘは、レーザ光２００のレーザスポット及び分岐レーザ光２０１による仮想レーザスポットの距離と同じ値であることから、Δｄ＝０の場合には、第１計測位置における第２撮像位置ＸＢ１と第２計測位置における第１撮像位置ＸＡ２の関係は、ＸＢ１＝ＸＡ２となる。このため、移動量誤差Δｄは、Δｄ＝（ＸＡ２−ＸＢ１）に画素分解能を乗じた値から導出することができる。

次に、演算装置１８は、導出した移動量誤差Δｄにより、ティーチングテーブルを補正する（ステップＳＴ１６）。具体的には、移動設定値ｄ２にΔｄを加えて新たな移動設定値Ｄ２（Ｄ２＝ｄ２＋Δｄ）とする。これらのように、演算装置１８は、各移動設定値において、ティーチングテーブルを補正することで、距離検出装置１の校正が行われる。

このように構成された距離検出装置１Ｃによれば、上述した距離検出装置１、１Ａと同様に、一軸ステージ１１の移動量に誤差が生じていても、変位計１５で実測した変位量に基づいて、一軸ステージ１１の移動量及びティーチングテーブルを補正することが可能となる。

上述したように、第４の実施形態に係る距離検出装置１Ｃによれば、高い精度で距離を計測できる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の距離検出装置によれば、ティーチングテーブルの補正を行う機能を有することで、高い精度で距離を計測できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１Ａ、１Ｃ…距離検出装置、１１…一軸ステージ、１２…回転機構、１３…投光器、１４…撮像装置、１５…変位計、１６…分光器、１７…記憶部、１８…演算装置、２１…基部、２２…被回転部、２３…駆動部、３１…受光レンズ、３２…カメラ、３３…アナログディジタルコンバータ、４１…ビームスプリッタ、４２…ミラー、４３…シャッター、１００、１００Ａ、１００Ｂ…対象物、１００ａ…第１計測面、１００ｂ…第２計測面、１０１…基部、１０２…第１計測部、１０３…第２計測部、２００…レーザ光、２０１…分岐レーザ光。

Claims (10)

1. 対象物を一軸方向に移動させる一軸ステージと、
   前記対象物の前記一軸方向の変位量を計測する変位計と、
   前記対象物にレーザ光を照射する投光器と、
   前記投光器から前記対象物に照射された前記レーザ光のレーザスポットを撮像する撮像装置と、
   前記一軸ステージの基準位置からの前記一軸方向の移動量である複数の移動設定値及び前記複数の移動設定値のそれぞれにおいて前記撮像装置により前記レーザスポットを撮像したときの撮像位置が対応付けされたティーチングテーブルが記憶された記憶部と、
   前記一軸方向の任意の２箇所において前記レーザスポットを撮像したときの前記撮像位置及び前記ティーチングテーブルに基づいて求めた前記対象物の前記一軸方向の移動量を前記変位計により計測した変位量で補正する演算装置と、
   を備える、距離検出装置。
2. 一軸方向の異なる位置に設けられた第１計測面及び第２計測面を有する対象物を回転させる回転機構と、
   前記回転機構を一軸方向に移動させる一軸ステージと、
   前記対象物にレーザ光を照射する投光器と、
   前記投光器から前記対象物の前記第１計測面及び前記第２計測面に照射された前記レーザ光のレーザスポットを撮像する撮像装置と、
   前記一軸ステージの基準位置からの前記一軸方向の移動量である複数の移動設定値及び前記複数の移動設定値のそれぞれにおいて前記撮像装置により前記第１計測面又は前記第２計測面で前記レーザスポットを撮像したときの撮像位置が対応付けされたティーチングテーブルが記憶された記憶部と、
   前記撮像装置により前記第１計測面及び前記第２計測面の一方で前記レーザスポットを撮像したときの第１撮像位置並びに前記第１撮像位置で撮像した前記第１計測面及び前記第２計測面の一方を前記一軸方向で前記第１計測面及び前記第２計測面の他方の位置まで移動させて、前記撮像装置により前記第１計測面及び前記第２計測面の他方で前記レーザスポットを撮像したときの第２撮像位置の差から、前記一軸ステージの移動量の誤差を求め、前記誤差に基づいて前記ティーチングテーブルを補正する演算装置と、
   を備える、距離検出装置。
3. 前記対象物は、円盤状に構成され、一方の主面に前記一軸方向の位置が異なる前記第１計測面及び前記第２計測面を有する、請求項２に記載の距離検出装置。
4. 前記対象物は、前記レーザ光を透過可能な円盤状に構成され、一方の主面の一部に設けられ、前記レーザ光を反射する前記第１計測面と、他方の主面の一部であって、前記一軸方向に直交する方向で前記第１計測面と異なる位置に、前記レーザ光を反射する前記第２計測面と、を有する、請求項２に記載の距離検出装置。
5. 対象物を一軸方向に移動させる一軸ステージと、
   前記対象物にレーザ光を照射する投光器と、
   前記対象物及び前記投光器の間に設けられ、前記レーザ光を分岐するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタで分岐された分岐レーザ光を前記対象物に照射するミラーと、
   前記投光器から前記対象物に照射された前記レーザ光及び前記分岐レーザ光のレーザスポットを撮像する撮像装置と、
   前記一軸ステージの基準位置からの前記一軸方向の移動量である複数の移動設定値及び前記移動設定値のそれぞれにおいて前記撮像装置により前記レーザ光で前記レーザスポットを撮像したときの撮像位置に対応するティーチングテーブルが記憶された記憶部と、
   前記撮像装置により前記対象物の前記レーザ光及び前記分岐レーザ光の前記レーザスポットを撮像した前記撮像位置、前記分岐レーザ光の前記レーザスポットから前記レーザ光の投光軸上の仮想レーザスポット並びに前記レーザ光の前記レーザスポット及び前記仮想レーザスポットの距離を求め、求めた前記距離及び前記移動量の差から、前記一軸ステージの移動量の誤差を求め、前記誤差に基づいて前記ティーチングテーブルを補正する演算装置と、
   を備える距離検出装置。
6. 一軸ステージを制御し、前記一軸ステージに固定された対象物を第１計測位置に移動し、
   投光器から前記第１計測位置に移動した前記対象物にレーザ光を照射し、
   撮像装置で、前記第１計測位置に移動した前記対象物に照射された前記レーザ光のレーザスポットを撮像し、
   前記一軸ステージを制御し、前記一軸ステージに固定された前記対象物を前記第１計測位置から一軸方向の第２計測位置に移動し、
   前記第１計測位置から前記第２計測位置に移動したときの前記対象物の前記一軸方向の変位量を変位計により計測し、
   前記投光器から前記第２計測位置に移動した前記対象物に前記レーザ光を照射し、
   前記撮像装置で、前記第２計測位置に移動した前記対象物に照射された前記レーザ光の前記レーザスポットを撮像し、
   前記一軸ステージの基準位置からの前記一軸方向の移動量である複数の移動設定値及び前記複数の移動設定値のそれぞれにおいて前記撮像装置により前記レーザスポットを撮像したときの撮像位置が対応付けされたティーチングテーブル、前記第１計測位置で前記レーザスポットを撮像した第１撮像位置並びに前記第２計測位置で前記レーザスポットを撮像した第２撮像位置に基づいて求めた前記対象物の前記一軸方向の移動量を、前記変位計により計測した前記変位量で補正する、
   距離検出装置の校正方法。
7. 一軸ステージを制御し、前記一軸ステージに固定された一軸方向の異なる位置に設けられた第１計測面及び第２計測面を有する対象物を第１計測位置に移動し、
   投光器から前記第１計測位置に移動した前記対象物の前記第２計測面にレーザ光を照射し、
   撮像装置で、前記第１計測位置に移動した前記対象物の前記第１計測面及び前記第２計測面に照射された前記レーザ光のレーザスポットをそれぞれ撮像し、
   前記一軸ステージを制御し、前記一軸ステージに固定された前記対象物を、前記第１計測位置から前記第１計測面及び前記第２計測面の距離と同じ距離だけ離間した第２計測位置に移動し、
   前記投光器から前記第２計測位置に移動した前記対象物の前記第１計測面及び前記第２計測面に前記レーザ光を照射し、
   前記撮像装置で、前記第２計測位置に移動した前記対象物の前記第１計測面及び前記第２計測面に照射された前記レーザ光の前記レーザスポットを撮像し、
   前記第１計測位置で撮像した前記第２計測面の前記レーザスポットの第１撮像位置並びに前記第２計測位置で撮像した前記第１計測面の前記レーザスポットの第２撮像位置の差から前記一軸ステージの移動量の誤差を求め、
   前記誤差に基づいて前記一軸ステージの基準位置からの前記一軸方向の移動量である複数の移動設定値及び前記複数の移動設定値のそれぞれにおいて前記撮像装置により前記第１計測面又は前記第２計測面で前記レーザスポットを撮像したときの撮像位置が対応付けされたティーチングテーブルを補正する、
   距離検出装置の校正方法。
8. 前記対象物は、円盤状に構成され、一方の主面に前記一軸方向の位置が異なる前記第１計測面及び前記第２計測面を有する、請求項７に記載の距離検出装置の校正方法。
9. 前記対象物は、前記レーザ光を透過可能な円盤状に構成され、一方の主面の一部に設けられ、前記レーザ光を反射する前記第１計測面と、他方の主面の一部であって、前記一軸方向に直交する方向で前記第１計測面と異なる位置に、前記レーザ光を反射する前記第２計測面と、を有する、請求項７に記載の距離検出装置の校正方法。
10. 一軸ステージを制御し、前記一軸ステージに固定された対象物を第１計測位置に移動し、
    投光器から前記第１計測位置に移動した前記対象物にレーザ光を照射し、
    前記第１計測位置に移動した前記対象物に、前記投光器から前記第１計測位置に照射した前記レーザ光を分光器により分光した分岐レーザ光を前記対象物に照射し、
    撮像装置で、前記第１計測位置に移動した前記対象物に照射された前記レーザ光及び前記分岐レーザ光のレーザスポットをそれぞれ撮像し、
    前記分岐レーザ光の前記レーザスポットから前記レーザ光の投光軸上の仮想レーザスポット並びに前記レーザ光の前記レーザスポット及び前記仮想レーザスポットの距離を求め、
    前記一軸ステージを制御し、前記一軸ステージに固定された前記対象物を、前記第１計測位置から前記レーザ光の前記レーザスポット及び前記仮想レーザスポットの距離と同じ距離だけ離間した一軸方向の第２計測位置に移動し、
    前記投光器から前記第２計測位置に移動した前記対象物に前記レーザ光を照射し、
    前記撮像装置で、前記第２計測位置に移動した前記対象物に照射された前記レーザ光の前記レーザスポットを撮像し、
    前記第１計測位置で求めた前記仮想レーザスポットの第１撮像位置並びに前記第２計測位置で撮像した前記レーザ光の前記レーザスポットの第２撮像位置の差から前記一軸ステージの移動量の誤差を求め、
    前記誤差に基づいて前記一軸ステージの基準位置からの前記一軸方向の移動量である複数の移動設定値及び前記複数の移動設定値のそれぞれにおいて前記撮像装置により前記レーザ光の前記レーザスポットを撮像したときの撮像位置が対応付けされたティーチングテーブルを補正する、
    距離検出装置の校正方法。