JP2019060649A - Measuring device and measurement method - Google Patents

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堀田 宏之
Hiroyuki Hotta
宏之 堀田
二朗 松田
Jiro Matsuda
二朗 松田
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Abstract

To provide a measuring device and a measurement method which, by a simple configuration, measure surface reflection and internal reflection separately from each other.SOLUTION: A measuring device comprises: a light emission unit for emitting irradiation light; a first lens for changing divergence of the irradiation light; a diaphragm unit for narrowing down the irradiation light; a second lens for condensing light so that the irradiation light is irradiated from a predetermined direction of an object; a light-receiving unit, arranged between the diaphragm and the second lens, for receiving reflected light of the irradiation light that is reflected by the object after being radiated thereto and outputting a received light quantity distribution relative to a reflection angle; and an arithmetic unit for controlling the light-receiving unit so that a plurality of pieces of irradiation light are emitted, controlling the light-receiving unit so as to receive the reflected light of the plurality of pieces of irradiation light that are reflected by the object after being radiated thereto and output a plurality of received light quantity distributions, and computing an approximate curve that indicates a distribution of the minimum value of a received light quantity width relative to an angle of reflection for each reflection angle calculated from a synthetic received light quantity distribution synthesized from the plurality of received light quantity distributions.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、計測装置および計測方法に関する。   The present invention relates to a measuring device and a measuring method.

特許文献1には、灰色基準濃度を有する基準部材と、読取部と、読取時ライン信号と読取時ライン信号の周期よりも長い周期を有する補正時ライン信号とを出力する出力部と、変換部と、補正部と、制御部と、を備え、制御部は、補正時ライン信号を出力部から出力するとき、補正時ライン信号に基づきライン毎に基準部材を読み取ることによって補正データを取得する補正データ取得処理と、読取時ライン信号を出力部から出力するとき、読取時ライン信号に基づきライン毎に原稿を読み取ることによって取得したデジタルデータを補正データに基づきシェーディング補正することによって階調値を取得する読取処理と、を実行する画像読取装置が開示されている。特許文献1に開示された画像読取装置は、白データの最小値を用いているが、該最小値は基準板の読取値の最小値である。   In Patent Document 1, a reference member having a gray reference density, a reading unit, an output unit that outputs a correction time line signal having a cycle longer than a reading time line signal and a reading time line signal, and a conversion unit A correction unit and a control unit, and when the control unit outputs the line signal at the time of correction from the output unit, the correction unit acquires the correction data by reading the reference member for each line based on the line signal at the time of correction Gradation value is acquired by performing data acquisition processing and shading correction of digital data acquired by reading an original for each line based on the line signal at the time of outputting the line signal at the time of reading based on the correction data. An image reading apparatus is disclosed which performs a reading process. The image reading apparatus disclosed in Patent Document 1 uses the minimum value of white data, but the minimum value is the minimum value of the reading value of the reference plate.

特許文献2には、第1の方向から測定対象を照射して拡散光を測定することで得られる第1の反射率を取得する第1の取得手段と、第1の方向よりも地平に近い方向である第2の方向から測定対象を照射して拡散光を測定することで得られる第2の反射率を取得する第2の取得手段と、取得した第1の反射率と第2の反射率とに基づいて、測定対象が内部散乱の影響を受ける対象であるかを判定する判定手段と、判定手段による判定結果に基づいて測定対象の反射特性を出力する出力手段とを有することを特徴とする測定装置が開示されている。特許文献2に開示された測定装置では、照明部および受光部を移動させて測定対象における内部散乱の影響を測定している。   In Patent Document 2, a first acquisition unit for acquiring a first reflectance obtained by irradiating a measurement target from a first direction and measuring diffused light, and closer to the horizon than the first direction A second acquisition unit for acquiring a second reflectance obtained by irradiating the measurement target from a second direction, which is a direction, and measuring the diffused light; and the acquired first reflectance and second reflection And determining means for determining whether the object to be measured is an object affected by internal scattering based on the ratio and output means for outputting the reflection characteristic of the object to be measured based on the determination result by the determining means. A measuring device is disclosed. In the measuring device disclosed in Patent Document 2, the illumination unit and the light receiving unit are moved to measure the influence of internal scattering in the object to be measured.

特許文献3には、イメージデータ読取部のイメージデータを読取る読取手段、イメージデータ読取部を照明する照明手段、イメージデータ読取部に設けられた濃度基準板、濃度基準板が照明手段で照明されたときの濃度基準板の反射光を読取手段で読取り、その値をオフセットとして保持するオフセット保持手段、濃度基準板が照明手段で照明されないときの濃度基準板の反射光を読取手段で読取り、その値を黒基準値として保持する黒基準値保持手段、濃度基準板が照明手段で照明されたときの濃度基準板の反射光を読取手段で読取り、その値を白基準値として保持する白基準値保持手段、ならびにイメージデータ読取部に位置する原稿を照明手段で照明して読取手段で読取り、得られた原稿のイメージデータに対して、オフセット保持手段に保持されたオフセット、黒基準値保持手段に保持された黒基準値および白基準値保持手段に保持された白基準値を用いる予め定められた式を適用して、読取手段で読取られた原稿のイメージデータを補正する補正手段、を含むことを特徴とするシェーディング補正装置が開示されている。特許文献3に開示されたシェーディング補正装置では、読取手段で読取られた所定ライン分のデータの平均値の最小値を用いて補正を行っている。   In Patent Document 3, a reading unit that reads image data of an image data reading unit, an illumination unit that illuminates the image data reading unit, a density reference plate provided in the image data reading unit, and a density reference plate are illuminated by the illumination unit. The reflected light of the density reference plate is read by the reading means, the offset holding means holds the value as an offset, and the reflected light of the density reference plate is read by the reading means when the density reference plate is not illuminated by the illumination means Means for holding the black reference value as a black reference value, reading light reflected by the density reference board when the density reference board is illuminated by the illumination means, and holding the white reference value for holding the value as a white reference value Means, and an original document located in the image data reading unit is illuminated by the illumination unit and read by the reading unit, and an offset holder for the image data of the obtained document is obtained. The document read by the reading means by applying a predetermined equation using the offset held in the black reference value held in the black reference value holding means and the white reference value held in the white reference value holding means A shading correction apparatus is disclosed, comprising: correction means for correcting image data of the image. In the shading correction device disclosed in Patent Document 3, the correction is performed using the minimum value of the average value of the data of the predetermined line read by the reading unit.

特開2016−163101号公報JP, 2016-163101, A 特開2017−020816号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2017-020816 特開平07−212587号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-212587

本発明の課題は、簡易な構成により、表面反射と内部反射とを区別して計測する計測装置および計測方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a measuring device and a measuring method for measuring surface reflection and internal reflection separately by a simple configuration.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の計測装置は、複数の発光素子を備え対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、前記発光部から発光された前記照射光の発散度合いを変える第1のレンズと、前記第1のレンズから出射された前記照射光を絞る絞り部と、前記絞り部を通過した前記照射光を前記対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第2のレンズと、複数の受光素子を備えるとともに前記絞り部と前記第2のレンズとの間に配置され、前記照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を前記複数の受光素子で受光し反射角度に対する受光光量分布を出力する受光部と、前記複数の発光素子の少なくとも一部を発光させて複数の照射光を発光させるように前記発光部を制御し、前記複数の照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を受光し複数の受光光量分布を出力するように前記受光部を制御し、前記複数の受光光量分布が合成された合成受光光量分布から算出された前記反射角度ごとの受光光量幅の最小値の前記反射角度に対する分布を示す近似曲線を演算する演算部と、を含むものである。   In order to achieve the above object, the measurement apparatus according to claim 1 includes a light emitting unit including a plurality of light emitting elements and emitting light to be irradiated to an object, and a divergence of the irradiation light emitted from the light emitting unit A first lens that changes the degree, a diaphragm unit that narrows the irradiation light emitted from the first lens, and the irradiation light that has passed through the diaphragm unit from a predetermined direction of the object And a plurality of light receiving elements, and are disposed between the diaphragm and the second lens, and the light reflected from the object is reflected by the irradiation light. A light receiving unit that receives light by a plurality of light receiving elements and outputs a received light amount distribution with respect to a reflection angle, and controls the light emitting unit to emit at least a part of the plurality of light emitting elements to emit a plurality of irradiation lights; Multiple radiations The light receiving unit is controlled to receive the reflected light emitted from the object and reflected and to output a plurality of received light amount distributions, and the reflection angle calculated from the combined received light amount distribution obtained by combining the plurality of received light amount distributions And an operation unit for calculating an approximate curve indicating a distribution of the minimum value of the light reception light amount width for each of the light reception angle and the reflection angle.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記演算部は、前記受光光量幅ごとに予め定められた範囲の受光光量を抽出し、前記予め定められた範囲の受光光量を用いて前記近似曲線を演算するものである。   In the second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the calculation unit extracts the amount of received light in a predetermined range for each width of the received light amount, and The approximate curve is calculated using the amount of light received.

また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記演算部は、前記受光光量幅ごとに受光光量の最小値を抽出し、前記最小値を用いて前記近似曲線を演算するものである。   In the third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the calculation unit extracts the minimum value of the received light amount for each of the received light amount widths, and uses the minimum value to calculate the approximate curve. It is an operation.

また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記演算部は、前記最小値を接続して前記近似曲線を演算するものである。   The invention according to a fourth aspect is the invention according to the third aspect, wherein the calculation unit calculates the approximate curve by connecting the minimum values.

また、請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記演算部は、前記最小値を多項式近似して前記近似曲線を演算するものである。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 3, wherein the calculation unit calculates the approximate curve by polynomial approximation of the minimum value.

また、請求項6に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記演算部は、前記受光光量幅ごとに前記最小値から予め定められた範囲の受光光量を抽出し、前記予め定められた範囲の受光光量を用いて前記近似曲線を演算するものである。   In the invention according to a sixth aspect, in the invention according to the second aspect, the calculation unit extracts the light reception light amount in a predetermined range from the minimum value for each light reception light amount width, and determines the predetermined light amount. The approximate curve is calculated using the received light amount in the specified range.

また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記演算部は、前記予め定められた範囲の受光光量の最小値と最大値の平均値を接続して前記近似曲線を演算するものである。   Also, in the invention according to claim 7, in the invention according to claim 6, the calculation unit connects the average value of the minimum value and the maximum value of the received light amount in the predetermined range, and the approximate curve is obtained. Is calculated.

また、請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の発明において、前記予め定められた方向が前記第2のレンズの光軸に平行な方向であるものである。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the predetermined direction is a direction parallel to the optical axis of the second lens. It is a thing.

また、請求項9に記載の発明は、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の発明において、前記予め定められた方向が前記第2のレンズの光軸に平行な方向に対して予め定められた複数の角度をなす複数の方向であり、前記演算部は前記複数の方向ごとに前記近似曲線を演算し、複数の前記近似曲線が合成された合成近似曲線の最小値の反射角度に対する分布をさらに演算するものである。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the predetermined direction is a direction parallel to the optical axis of the second lens. Of the plurality of predetermined angles, and the operation unit calculates the approximate curve for each of the plurality of directions, and reflects the minimum value of the combined approximate curve in which the plurality of approximate curves are combined. The distribution for the angle is further calculated.

また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記照射光の照射方向を設定する設定手段をさらに含み、前記演算部は前記照射光の照射方向が前記複数の方向となるように前記設定手段を制御しつつ前記合成近似曲線の最小値の反射角度に対する分布を演算するものである。   The invention according to claim 10 further includes, in the invention according to claim 9, setting means for setting the irradiation direction of the irradiation light, and the calculation unit is configured to emit the irradiation light in the plurality of directions. The distribution with respect to the reflection angle of the minimum value of the combined approximate curve is calculated while controlling the setting means so that

また、請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の発明において、前記設定手段が、前記対象物に対して垂直な方向に対する傾斜角度が可変とされた、前記発光部、前記第1のレンズ、前記絞り部、前記第2のレンズ、および前記受光部が一体化された光学モジュールであるものである。   The invention according to claim 11 is the light-emitting section according to the invention according to claim 10, wherein the setting means has a variable inclination angle with respect to the direction perpendicular to the object. An optical module in which the lens, the aperture unit, the second lens, and the light receiving unit are integrated.

また、請求項12に記載の発明は、請求項10に記載の発明において、前記設定手段が、前記対象物の傾斜角度を設定可能な前記対象物の搭載部であるものである。   In the invention according to claim 12, in the invention according to claim 10, the setting means is a mounting portion of the object which can set an inclination angle of the object.

また、請求項13に記載の発明は、請求項10に記載の発明において、前記設定手段が、前記絞りの位置を変える位置変更部であるものである。   The invention according to claim 13 is the invention according to claim 10, wherein the setting means is a position change unit for changing the position of the aperture.

上記目的を達成するために、請求項14に記載の計測方法は、複数の発光素子を備え対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、前記発光部から発光された前記照射光の発散度合いを変える第1のレンズと、前記第1のレンズから出射された前記照射光を絞る絞り部と、前記絞り部を通過した前記照射光を前記対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第2のレンズと、複数の受光素子を備えるとともに前記絞り部と前記第2のレンズとの間に配置され、前記照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を前記複数の受光素子で受光し反射角度に対する受光光量分布を出力する受光部と、を含む計測装置を用いた計測方法であって、演算部により、前記複数の発光素子の少なくとも一部を発光させて複数の照射光を発光させるように前記発光部を制御し、前記複数の照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を受光し複数の受光光量分布を出力するように前記受光部を制御し、前記複数の受光光量分布が合成された合成受光光量分布から算出された前記反射角度ごとの受光光量幅の最小値の前記反射角度に対する分布を示す近似曲線を演算するものである。   In order to achieve the above object, the measurement method according to claim 14 includes a light emitting unit including a plurality of light emitting elements and emitting light to be irradiated to an object, and a divergence of the irradiation light emitted from the light emitting unit A first lens that changes the degree, a diaphragm unit that narrows the irradiation light emitted from the first lens, and the irradiation light that has passed through the diaphragm unit from a predetermined direction of the object And a plurality of light receiving elements, and are disposed between the diaphragm and the second lens, and the light reflected from the object is reflected by the irradiation light. A measuring method using a measuring device including a plurality of light receiving elements for receiving light and outputting a received light amount distribution with respect to a reflection angle, wherein at least a part of the plurality of light emitting elements is caused to emit light by an operation unit. Emit multiple illumination lights The light emitting unit is controlled to cause the plurality of irradiation lights to be irradiated to the target object and the reflected light is reflected, and the light receiving unit is controlled to output a plurality of received light amount distributions, An approximate curve indicating the distribution of the minimum value of the light receiving light width for each of the reflection angles calculated from the combined light receiving light distribution obtained by combining the light receiving light distribution is calculated with respect to the reflection angle.

請求項1および請求項14に記載の発明によれば、簡易な構成により、表面反射と内部反射とを区別して計測する計測装置および計測方法が提供される、という効果が得られる。   According to the inventions of claims 1 and 14, it is possible to obtain the effect of providing a measuring device and a measuring method for measuring surface reflection and internal reflection separately with a simple configuration.

請求項2に記載の発明によれば、受光光量幅ごとに予め定められた範囲の受光光量を用いないで近似曲線を演算する場合と比較して、近似曲線の演算が簡略化される、という効果が得られる。   According to the second aspect of the present invention, the calculation of the approximate curve is simplified as compared with the case where the approximate curve is calculated without using the light reception amount in a predetermined range for each light reception light amount width. An effect is obtained.

請求項3に記載の発明によれば、受光光量幅ごとに抽出された受光光量の最小値を用いないで近似曲線を演算する場合と比較して、近似曲線の演算がより簡略化される、という効果が得られる。   According to the invention of claim 3, the calculation of the approximate curve is further simplified as compared with the case of calculating the approximate curve without using the minimum value of the received light amount extracted for each received light amount width. The effect is obtained.

請求項4に記載の発明によれば、多項式近似して近似曲線を演算する場合と比較して、演算部における演算量がより少なくてすむ、という効果が得られる。   According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to obtain the effect that the amount of calculation in the calculation unit can be reduced compared to the case of calculating the approximate curve by polynomial approximation.

請求項5に記載の発明によれば、最小値を接続して近似曲線を演算する場合と比較して、より実際の分布に近い内部反射光量が取得される、という効果が得られる。   According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to obtain the effect of acquiring the amount of internally reflected light closer to the actual distribution as compared with the case where the minimum value is connected to calculate the approximate curve.

請求項6に記載の発明によれば、受光光量幅ごとに抽出された最小値から予め定められた範囲の受光光量を用いないで近似曲線を演算する場合と比較して、より正確に内部反射光量が取得される、という効果が得られる。   According to the invention described in claim 6, the internal reflection is more accurately performed as compared with the case where the approximate curve is calculated without using the light receiving light amount in a predetermined range from the minimum value extracted for each light receiving light amount width. The effect is obtained that the light quantity is obtained.

請求項7に記載の発明によれば、最小値を接続して近似曲線を演算する場合と比較して、より実際の分布に近い内部反射光量が取得される、という効果が得られる。   According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to obtain the effect of acquiring the amount of internally reflected light closer to the actual distribution, as compared with the case where the minimum value is connected to calculate the approximate curve.

請求項8に記載の発明によれば、予め定められた方向が前記第2のレンズの光軸に角度をなす方向である場合と比較して、対象物に対し垂直な方向からの照射光による受光光量分布が取得される、という効果が得られる。   According to the eighth aspect of the present invention, compared with the case where the predetermined direction is the direction forming an angle with the optical axis of the second lens, the irradiation light from the direction perpendicular to the object is used. The effect is obtained that the received light amount distribution is obtained.

請求項9に記載の発明によれば、単一の方向からの照射光を照射する場合と比較して、特定の角度の反射面を多く含む対象物の内部反射光量が取得される、という効果が得られる。   According to the invention as set forth in claim 9, the effect is obtained that the amount of internally reflected light of an object including a large number of reflecting surfaces at a specific angle is obtained as compared with the case of irradiating the irradiation light from a single direction. Is obtained.

請求項10に記載の発明によれば、照射光の照射方向を設定する設定手段を含まない場合と比較して、合成近似曲線の最小値の反射角度に対する分布が容易に演算される、という効果が得られる。   According to the invention as set forth in claim 10, the distribution with respect to the reflection angle of the minimum value of the combined approximate curve is easily calculated, as compared with the case where the setting means for setting the irradiation direction of the irradiation light is not included. Is obtained.

請求項11に記載の発明によれば、設定手段を発光部、第1のレンズ、絞り部、第2のレンズ、および受光部が一体化された光学モジュール以外の構成とする場合と比較して、光学系への傾斜角度の影響が低減される、という効果が得られる。   According to the invention as set forth in claim 11, as compared with the case where the setting means is configured other than the optical module in which the light emitting part, the first lens, the diaphragm part, the second lens and the light receiving part are integrated. The effect of reducing the influence of the tilt angle on the optical system is obtained.

請求項12に記載の発明によれば、設定手段を対象物の傾斜角度を設定可能な対象物の搭載部以外の構成とする場合と比較して、計測装置本体とは無関係に傾斜角度が設定される、という効果が得られる。   According to the invention as set forth in claim 12, the inclination angle is set independently of the measuring apparatus main body as compared with the case where the setting means is configured other than the mounting portion of the object which can set the inclination angle of the object. Can be obtained.

請求項13に記載の発明によれば、設定手段を絞りの位置を変える位置変更部以外の構成とする場合と比較して、照射角度が簡易に設定される、という効果が得られる。   According to the invention as set forth in claim 13, the effect is obtained that the irradiation angle can be easily set as compared with the case where the setting means is configured other than the position changing portion for changing the position of the aperture.

第1の実施の形態に係る計測装置の対象物の計測を行う場合の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure in the case of measuring the target object of the measuring device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る計測装置の対象物の計測を行う場合の反射光を示す図である。It is a figure which shows reflected light in the case of measuring the target object of the measuring device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る受光器の、(a)は構成の一例を示す平面図、(b)は光量出力分布の一例を示すグラフである。(A) of the light receiver which concerns on 1st Embodiment is a top view which shows an example of a structure, (b) is a graph which shows an example of light quantity output distribution. 第1の実施の形態に係る制御部の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the control part which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the measuring device which concerns on 1st Embodiment. (a)は低透明性対象物における反射を説明する図、(b)高透明性対象物における反射を説明する図である。(A) is a figure explaining reflection in a low transparency object, (b) It is a figure explaining reflection in a high transparency object. (a)は高透明性対象物における表面反射と内部反射を説明する図、(b)は低透明性対象物における表面反射と内部反射を説明する図である。(A) is a figure explaining surface reflection and internal reflection in a highly transparent object, (b) is a figure explaining surface reflection and internal reflection in a low transparency object. (a)から(h)は各照射点にからの反射光の受光光量分布の一例を示すグラフ、(i)は合成受光光量分布の一例を示すグラフ、(j)は内部反射演算処理の結果の一例を示すグラフである。(A) to (h) are graphs showing an example of received light amount distribution of reflected light from each irradiation point, (i) is a graph showing an example of combined received light amount distribution, (j) is a result of internal reflection operation processing It is a graph which shows an example. (a)は本実施の形態に係る受光光量幅を説明する図、(b)は第1の実施の形態に係る内部反射演算処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。(A) is a figure explaining the light reception light amount width | variety which concerns on this Embodiment, (b) is a flowchart which shows the flow of a process of the internal reflection arithmetic processing program which concerns on 1st Embodiment. (a)から(c)は、第2の実施の形態に係る複数の角度設定部を示す図、(d)は照射角の定義を示す図である。(A) to (c) is a figure which shows the several angle setting part which concerns on 2nd Embodiment, (d) is a figure which shows the definition of an irradiation angle. 特定角度の反射面の多い対象物の、(a)は照射角0°の照射光に対する反射特性を示す図、(b)は照射角10°の照射光に対する反射特性を示す図である。(A) is a figure which shows the reflective characteristic with respect to the irradiation light of 0 degrees of irradiation angles, and (b) is a figure which shows the reflective characteristic with respect to the irradiation light of 10 degrees of irradiation angles of an object with many reflective surfaces of a specific angle. (a)特定角度の反射面の多い対象物に対し複数の照射角の照射光を入射し、第1の内部反射演算処理を行ったを示す図、(b)は(a)の第1の内部反射演算処理の結果に対しさらに第2の内部反射演算処理行った結果を示す図である。(A) The figure which showed the irradiation light of several irradiation angles having entered into the target object with many reflective surfaces of a specific angle, and performing 1st internal reflection arithmetic processing, (b) is the 1st of (a) It is a figure which shows the result of having further performed 2nd internal reflection arithmetic processing with respect to the result of internal reflection arithmetic processing. 第2の実施の形態に係る第2の内部反射演算処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the 2nd internal reflection operation processing program which concerns on 2nd Embodiment.

[第1の実施の形態]
図1から図9を参照して、本実施の形態に係る計測装置、および計測方法について詳細に説明する。まず、図1および図2を参照して、本実施の形態に係る計測装置10の構成の一例について説明する。図1および図2は、計測装置10が対象物の計測を行う場合の構成を示している。
First Embodiment
The measurement apparatus and measurement method according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, an example of a structure of the measuring device 10 which concerns on this Embodiment is demonstrated. FIG. 1 and FIG. 2 show the configuration when the measuring device 10 measures an object.

図1に示すように、計測装置10は、発光器14、光学系30、受光器18、および制御部20を含んで構成されている。計測装置10は、−X方向に移動する対象物OBの微細領域にZ軸方向から順次光を照射し、各照射光に対する反射光の反射角度分布(光量分布の反射角度依存性)を取得する。取得した反射角度分布を用い、対象物OBの形状の変化や表面状態(シボ、エンボス、表面粗さ、表面欠陥、異物付着等)、あるいは内部状態について、対象物OBとの距離や対象物OBの角度の変動に影響されずに計測がなされる。   As shown in FIG. 1, the measuring device 10 includes a light emitter 14, an optical system 30, a light receiver 18, and a control unit 20. The measuring apparatus 10 sequentially irradiates light from the Z-axis direction to the fine area of the object OB moving in the −X direction, and acquires the reflection angle distribution of reflected light (reflection angle dependency of light quantity distribution) for each irradiation light . Using the acquired reflection angle distribution, the distance to the object OB or the object OB with respect to the change in the shape or surface state (emboss, emboss, surface roughness, surface defect, adhesion of foreign matter, etc.) or internal state of the object OB The measurement is made without being affected by the variation of the angle of.

より詳細には、図1に示すように、発光器14は、−X方向に移動する対象物OBが通過する計測領域Tに対して、装置上下方向(Z軸方向)の上方に配置されている。また、発光器14は、基板14A上Y軸方向に並べて実装され、−Z方向を発光方向とする複数の発光素子12を備えている。換言すれば、複数の発光素子12は、対象物OBの移動方向(−X方向)に対して直交(交差)する方向に並べられている。なお、図1では、基板14AのY軸方向の一端部(図中右端)に配置された発光素子12を発光素子12Aと表記し、基板14AのY軸方向他端部(図中左端)に配置された発光素子12を発光素子12Bと表記し、基板14Aの中央に配置された発光素子12を発光素子12Cと表記している。   More specifically, as shown in FIG. 1, the light emitter 14 is disposed above the apparatus up-down direction (Z-axis direction) with respect to the measurement area T through which the object OB moving in the -X direction passes. There is. In addition, the light emitter 14 includes a plurality of light emitting elements 12 which are mounted side by side in the Y-axis direction on the substrate 14A and whose light emitting direction is the −Z direction. In other words, the plurality of light emitting elements 12 are arranged in a direction orthogonal (intersecting) to the moving direction (−X direction) of the object OB. In FIG. 1, the light emitting element 12 disposed at one end (right end in the figure) of the substrate 14A in the Y axis direction is referred to as the light emitting element 12A, and the other end (left end in the figure) of the substrate 14A in the Y axis direction. The arranged light emitting element 12 is described as a light emitting element 12B, and the light emitting element 12 arranged at the center of the substrate 14A is described as a light emitting element 12C.

本実施の形態に係る複数の発光素子12は、発光素子12Aから発光素子12Bまで、時間差を設けて順次発光されるように構成され、各発光素子12からの光が対象物OBの異なる位置に順次照射される。そして、対象物OBが計測領域Tにおいて−X方向に移動する間に、発光素子12Aから発光素子12Bまでの1周期の発光が複数回繰り返されるように構成されている。図1には、発光素子12Cが発光した場合の照射光IFの光束を、図2には、発光素子12Cから出射された照射光IFが対象物OBの表面200で反射された場合の反射光RFの光束を示している。   The plurality of light emitting elements 12 according to the present embodiment are configured to emit light sequentially from light emitting element 12A to light emitting element 12B with a time difference, and the light from each light emitting element 12 is at different positions of object OB. It is irradiated sequentially. Then, while the object OB moves in the −X direction in the measurement area T, light emission of one cycle from the light emitting element 12A to the light emitting element 12B is repeated a plurality of times. 1 shows the light flux of the irradiation light IF when the light emitting element 12C emits light, and FIG. 2 shows the reflected light when the irradiation light IF emitted from the light emitting element 12C is reflected by the surface 200 of the object OB The luminous flux of RF is shown.

発光素子12としては特に限定されないが、一例として、面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)等が用いられる。   The light emitting element 12 is not particularly limited, but as an example, a surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL), a light emitting diode (Light Emitting Diode: LED) or the like is used.

光学系30は、レンズ32、レンズ34、およびレンズ32とレンズ34との間に配置された絞り40を含み、いわゆる両側テレセントリックレンズとして構成されている。光学系30は、発光器14と対象物OBとの間に配置され、発光素子12から発光された照射光IFを対象物OBに導くと共に、対象物OBで反射された反射光RFを受光器18に導く。つまり、受光器18は、レンズ34から出射された発光素子12からの照射光IFが対象物OBで反射し、再度レンズ34を透過した光束の少なくとも一部を受光するように構成されている。また、本実施の形態では、レンズ32の光軸とレンズ34の光軸とが共通の光軸Mとされ、この光軸Mが、発光器14の発光素子12Cの中心、および後述する開口部42の中心を通っている。   The optical system 30 includes a lens 32, a lens 34, and a stop 40 disposed between the lens 32 and the lens 34, and is configured as a so-called double telecentric lens. The optical system 30 is disposed between the light emitter 14 and the object OB, guides the irradiation light IF emitted from the light emitting element 12 to the object OB, and receives the reflected light RF reflected by the object OB. Lead to 18 That is, the light receiver 18 is configured so that the irradiation light IF from the light emitting element 12 emitted from the lens 34 is reflected by the object OB and receives at least a part of the light flux transmitted through the lens 34 again. Further, in the present embodiment, the optical axis of the lens 32 and the optical axis of the lens 34 are the common optical axis M, and this optical axis M is the center of the light emitting element 12C of the light emitter 14 and an opening described later. It passes through the center of 42.

レンズ32は、一例として、平面視で円形状の凸レンズとされ、レンズ32の直径は、発光素子12Aから発光素子12BまでのY軸方向の寸法Dより長くされている。そのため、各発光素子12から発光された光のほぼすべてはレンズ32を透過し、レンズ32を透過した光は発散度合を変えられ、平行光とされてレンズ34に向かう。   The lens 32 is, for example, a circular convex lens in plan view, and the diameter of the lens 32 is longer than the dimension D in the Y-axis direction from the light emitting element 12A to the light emitting element 12B. Therefore, almost all of the light emitted from each light emitting element 12 is transmitted through the lens 32, and the light transmitted through the lens 32 is changed in the degree of divergence and is collimated to be directed to the lens 34.

レンズ34は、一例として、平面視で円形状の凸レンズとされ、本実施の形態では、レンズ34の直径は、レンズ32の直径より長くされている。そして、レンズ34は、レンズ32から出射されてレンズ34を透過する光束を対象物OBの表面200に向けて集光する。なお、レンズ34の集光点の位置(焦点)を、必ずしも対象物OBの表面200の位置とする必要はない。集光点の位置を表面200の位置からずらし(デフォーカスし)、表面200上における照射光IFの照射径、つまり、対象物OBの照射領域の大きさを調整するようにしてもよい。なお、本実施の形態に係る照射径は、一例として数10μmφである。   The lens 34 is, for example, a circular convex lens in plan view. In the present embodiment, the diameter of the lens 34 is longer than the diameter of the lens 32. Then, the lens 34 condenses the light flux emitted from the lens 32 and transmitted through the lens 34 toward the surface 200 of the object OB. The position (focus) of the light condensing point of the lens 34 does not necessarily have to be the position of the surface 200 of the object OB. The position of the condensing point may be shifted (defocused) from the position of the surface 200, and the irradiation diameter of the irradiation light IF on the surface 200, that is, the size of the irradiation region of the object OB may be adjusted. The irradiation diameter according to the present embodiment is, for example, several tens of μmφ.

絞り40には、略円形状の開口部42が形成されており、この開口部42によって、発光素子12から発光されレンズ32を透過してレンズ34に入射する光束を絞る。より具体的には、絞り40は、板面をX−Y平面に平行とされた板状とされ、絞り40には、光軸Mの周囲でレンズ34側に屈曲して先細りとされた先端部が形成されている。この先端部が、開口部42を構成する開口縁42Aとされており、開口部42によって形成される円形状は光軸Mを中心軸としている。なお、本実施の形態に係る開口部42の直径は、一例として約1mmである。   A substantially circular opening 42 is formed in the stop 40, and the light is emitted from the light emitting element 12, passes through the lens 32, and enters the lens 34 by the opening 42. More specifically, the stop 40 is a plate whose plate surface is made parallel to the X-Y plane, and the stop 40 is a tip that is bent and tapered toward the lens 34 around the optical axis M. The part is formed. The front end portion is an opening edge 42A that constitutes the opening 42, and the circular shape formed by the opening 42 has the optical axis M as a central axis. The diameter of the opening 42 according to the present embodiment is about 1 mm as an example.

そして、Z軸方向において、この開口縁42Aとレンズ32との距離F1は、レンズ32の焦点距離f1と略等しくされ、開口縁42Aとレンズ34との距離F2は、レンズ34の焦点距離f2と略等しくされている。   Then, in the Z-axis direction, the distance F1 between the opening edge 42A and the lens 32 is substantially equal to the focal length f1 of the lens 32, and the distance F2 between the opening edge 42A and the lens 34 is the focal length f2 of the lens 34 It is almost equal.

以上のように構成された本実施の形態に係る光学系30は、順次発光された各発光素子12からの光束を、発光素子12の位置によらずに、細く絞られかつ光軸Mに平行な照射光IFとして対象物OBに照射する(図5参照)。換言すれば、各発光素子12を発光させて走査することにより、細く絞られ互いに平行な略円形の光束が対象物OBに順次照射される。さらに、本実施の形態に係る計測装置10では、照射光IFの光束のレンズ34による集光点付近に対象物OBを配置することにより、対象物OBにおける各照射光IFの照射領域がほぼ同径の微細な領域とされている。このことにより、計測装置10では、対象物OBの位置がZ軸方向で上下変動しても、ほぼ同じ照射径で各照射光が照射されるため、対象物OBの像のボケが極めて小さくされる。   The optical system 30 according to the present embodiment configured as described above narrows the luminous flux from each light emitting element 12 sequentially emitted regardless of the position of the light emitting element 12 and is parallel to the optical axis M. The object OB is illuminated as the illumination light IF (see FIG. 5). In other words, by making each light emitting element 12 emit light and scan, the light beam which is narrowed and parallel to each other is irradiated to the object OB sequentially. Furthermore, in the measuring apparatus 10 according to the present embodiment, by arranging the object OB near the focusing point of the luminous flux of the irradiation light IF by the lens 34, the irradiation areas of the irradiation light IF in the object OB are substantially the same. It is considered as a minute area of diameter. As a result, in the measuring device 10, even if the position of the object OB moves up and down in the Z-axis direction, each irradiation light is irradiated with substantially the same irradiation diameter, so blurring of the image of the object OB is extremely reduced. Ru.

受光器18は、複数の受光素子16を含んで構成され、対象物OBで反射され光学系30のレンズ34を透過した反射光RFを受光する。本実施の形態に係る受光器18は、レンズ32とレンズ34との間に配置された絞り40の、Z軸方向下側に配置されている。
受光素子16としては、特に制限はないが、例えば、フォトダイオード(Photodiode:PD)、電荷結合素子(Charge−Coupled Device:CCD)等が用いられる。受光器18がレンズ32とレンズ34との間に配置されるため、受光素子16も同様に、レンズ32とレンズ34との間に配置される。
The light receiver 18 includes a plurality of light receiving elements 16, and receives the reflected light RF reflected by the object OB and transmitted through the lens 34 of the optical system 30. The light receiver 18 according to the present embodiment is disposed on the lower side in the Z-axis direction of the diaphragm 40 disposed between the lens 32 and the lens 34.
The light receiving element 16 is not particularly limited, but, for example, a photodiode (PD), a charge-coupled device (CCD) or the like is used. Since the light receiver 18 is disposed between the lens 32 and the lens 34, the light receiving element 16 is similarly disposed between the lens 32 and the lens 34.

図3(a)に、受光器18の構成の一例を示す。図3(a)は、受光器18を、Z軸方向から見た平面図である。図1に示す受光器18は、図3(a)のX−X’で切断した断面図を表している。図3(a)に示すように、受光器18は、一例として、中央に略円形の開口部18Bを有する略円形の基板18Aの上に、複数の受光素子16(図3(a)では、60個の例が示されている)が面状(アレイ状)に配置されて構成されている。計測装置10では、この複数の受光素子16の全体を受光領域RAとして反射光RFを受光する。なお、図3(a)では、基板18A上の全面に複数の受光素子16を配置した形態の受光器18を例示しているが、これに限られず、反射光RFの受光範囲等に応じて受光素子16を基板18Aの一部に配置した形態の受光器18としてもよい。   An example of a structure of the light receiver 18 is shown to Fig.3 (a). FIG. 3A is a plan view of the light receiver 18 as viewed in the Z-axis direction. The light receiver 18 shown in FIG. 1 represents a cross-sectional view taken along the line X-X 'in FIG. As shown in FIG. 3A, the light receiver 18 is, for example, a plurality of light receiving elements 16 (in FIG. 3A) on a substantially circular substrate 18A having a substantially circular opening 18B at the center. Sixty examples are shown) arranged in a plane (array). The measuring device 10 receives the reflected light RF with the entire plurality of light receiving elements 16 as a light receiving area RA. Although FIG. 3A exemplifies the light receiver 18 in which the plurality of light receiving elements 16 are disposed on the entire surface of the substrate 18A, the present invention is not limited to this. The light receiving element 16 may be a light receiver 18 in a form disposed on a part of the substrate 18A.

受光領域RAで受光される反射光RFの範囲は、一例として、光軸Mに平行な軸を中心とした角度0°〜40°の範囲の反射光RFである。この反射光RFが受光領域RAで受光されると、各受光素子16の受光光量により立体的な分布が形成される。完全拡散面において反射された場合のように、反射光RFが等方的な場合には、この立体的な分布の、Z軸を含む平面で切断した断面の形状は、図3(b)に示すように略ガウス曲線となる。
なお、図3(b)の横軸の受光素子番号1〜6は、図3(a)に示した受光素子16の番号1〜6に対応している。また、受光領域RAにおける受光素子16と受光素子16との間では反射光RFが受光されないので、実際の出力分布は離散的となるが、図3(b)ではこれを省略して図示している。
The range of the reflected light RF received by the light receiving area RA is, for example, the reflected light RF in the range of 0 ° to 40 ° centered on an axis parallel to the optical axis M. When the reflected light RF is received by the light receiving area RA, a three-dimensional distribution is formed by the amount of light received by each light receiving element 16. In the case where the reflected light RF is isotropic as in the case of reflection at the complete diffusion surface, the shape of the cross section of this three-dimensional distribution cut along a plane including the Z axis is shown in FIG. As shown, it becomes a substantially Gaussian curve.
The light receiving element numbers 1 to 6 on the horizontal axis in FIG. 3B correspond to the numbers 1 to 6 of the light receiving element 16 shown in FIG. 3A. In addition, since the reflected light RF is not received between the light receiving element 16 and the light receiving element 16 in the light receiving area RA, the actual output distribution is discrete, but this is omitted in FIG. There is.

さらに、計測装置10では、受光素子16の受光面と開口縁42AとがZ軸方向上同じ位置とされているので、受光素子16の受光面とレンズ34との距離F2は、レンズ34の焦点距離f2と同じ長さとされている。このため、対象物OBの位置がZ軸方向において上下に変動して、あるいは、Y軸方向において左右に変動して、異なる発光素子12からの照射光IFが照射されても、対象物OBへの照射位置が同じである限り、受光領域RAにおける出力分布は常に一定となる。   Furthermore, in the measuring device 10, the light receiving surface of the light receiving element 16 and the opening edge 42A are at the same position in the Z-axis direction, so the distance F2 between the light receiving surface of the light receiving element 16 and the lens 34 is the focal point of the lens 34. It has the same length as the distance f2. For this reason, even if the position of the object OB fluctuates up and down in the Z-axis direction or fluctuates left and right in the Y-axis direction, the object OB is irradiated with the irradiation light IF from different light emitting elements 12 The output distribution in the light receiving area RA is always constant as long as the irradiation position of the light source is the same.

換言すれば、対象物OBとして照射径程度の大きさの微小な領域を仮定すると、この対象物OBがZ軸方向において上下に、あるいは、Y軸方向において左右に移動した場合、異なる発光素子12による異なる照射光IFで照射され、異なる反射光RFを反射することになるが、本実施の形態に係る計測装置10では、受光領域RAに含まれる受光素子16全体による出力分布は、反射光RFの発生位置によらず常に同じ出力分布となる。   In other words, assuming that the object OB is a minute region having a size about the irradiation diameter, the light emitting element 12 is different when the object OB moves up and down in the Z-axis direction or left and right in the Y-axis direction. In the measuring apparatus 10 according to the present embodiment, the output distribution of the entire light receiving element 16 included in the light receiving area RA is the reflected light RF. The output distribution is always the same regardless of the occurrence position of.

制御部20は、図4に示すように、CPU(Central Processing Unit)100、ROM(Read Only Memory)102、およびRAM(Random Access Memory)104を含んで構成されている。CPU100は、計測装置10の全体を統括、制御し、ROM102は、計測装置10の制御プログラム、あるいは後述する内部反射演算処理プログラム等を予め記憶する記憶手段であり、RAM104は、制御プログラム等のプログラムの実行時のワークエリア等として用いられる記憶手段である。CPU100、ROM102、およびRAM104は、バスBUSによって相互に接続されている。   As shown in FIG. 4, the control unit 20 is configured to include a central processing unit (CPU) 100, a read only memory (ROM) 102, and a random access memory (RAM) 104. The CPU 100 integrally controls the entire measuring apparatus 10, and the ROM 102 is storage means for storing in advance a control program of the measuring apparatus 10 or an internal reflection operation processing program described later, etc. The RAM 104 is a program such as a control program Storage means used as a work area at the time of execution of The CPU 100, the ROM 102, and the RAM 104 are mutually connected by a bus BUS.

バスBUSには、発光器14、受光器18、および後述する角度設定部50(図10参照)を駆動するモータ52が接続されており、発光器14、受光器18、およびモータ52の各々は、バスBUSを介してCPU100の制御を受ける。   Connected to the bus BUS are a motor 52 for driving the light emitter 14, the light receiver 18, and an angle setting unit 50 (see FIG. 10) to be described later, and each of the light emitter 14, the light receiver 18 and the motor 52 , Control of the CPU 100 via the bus BUS.

次に、図5を参照して、対象物OBの反射特性(例えば、表面の凹凸度合)を計測する場合の計測装置10の動作について説明する。図5(a)から(c)は、発光器14の発光素子12A、12C、12Bが順次発光した場合の、照射光IFの光束、および、照射光IFが対象物OBの表面200で反射し、受光器18に導かれる反射光RFの光束を各々示している。   Next, with reference to FIG. 5, an operation of the measuring device 10 in the case of measuring the reflection characteristic (for example, the degree of unevenness of the surface) of the object OB will be described. In FIGS. 5A to 5C, the luminous flux of the irradiation light IF and the irradiation light IF when the light emitting elements 12A, 12C, and 12B of the light emitter 14 sequentially emit light are reflected by the surface 200 of the object OB. The light flux of the reflected light RF guided to the light receiver 18 is shown.

まず、対象物OBが−X方向に移動して、対象物OBの先端が計測領域Tに進入すると、時間差を設けて各発光素子12が順次発光し、対象物OBに向けて照射光IFが順次照射される。そして、対象物OBの後端が計測領域Tを通り抜けるまで、発光素子12Aから発光素子12Bまでの1周期の発光が繰り返される。先述したように、この発光素子12の発光制御は、制御部20によって実行される。   First, when the object OB moves in the −X direction and the tip of the object OB enters the measurement area T, the light emitting elements 12 sequentially emit light with a time difference, and the irradiation light IF is directed to the object OB It is irradiated sequentially. Then, until the rear end of the object OB passes through the measurement area T, light emission of one cycle from the light emitting element 12A to the light emitting element 12B is repeated. As described above, the light emission control of the light emitting element 12 is performed by the control unit 20.

各発光素子12で発光された照射光IFの光束は、レンズ32によって、レンズ34の方向に向くようにその発散度合が変えられる。レンズ32によって発散度合が変えられた光束は、絞り40によって絞られる(制限される)。絞り40によって絞られた光束はレンズ34によって集光され、Z軸方向(光軸Mに平行な方向)から対象物OBに照射される。換言すれば、対象物OBは、照射光IFのレンズ34による集光点付近に配置される。本実施の形態に係る照射光IFは、先述したように、対象物OBの表面200において、一例として数10μmφ程度まで集光される。   The degree of divergence of the luminous flux of the irradiation light IF emitted from each light emitting element 12 is changed by the lens 32 so as to be directed to the lens 34. The luminous flux whose degree of divergence is changed by the lens 32 is narrowed (restricted) by the stop 40. The light flux narrowed by the stop 40 is condensed by the lens 34 and is irradiated onto the object OB from the Z-axis direction (direction parallel to the optical axis M). In other words, the object OB is disposed in the vicinity of a condensing point by the lens 34 of the irradiation light IF. As described above, the irradiation light IF according to the present embodiment is condensed to, for example, about several tens of μmφ on the surface 200 of the object OB.

対象物OBに照射された照射光IFは、対象物OBの表面200で反射し、反射光RF(図5では、矢印付点線で示されている)を生成する。反射光RFの光束は、レンズ34によって、各受光素子16の方向に向かうように方向が変えられる。レンズ34を透過した反射光RFは、各受光素子16によって受光される。   The irradiation light IF irradiated to the object OB is reflected by the surface 200 of the object OB to generate a reflected light RF (indicated by a dotted arrow in FIG. 5). The light flux of the reflected light RF is redirected by the lens 34 so as to be directed to each light receiving element 16. The reflected light RF transmitted through the lens 34 is received by each light receiving element 16.

対象物OBの表面200の状態に応じ、照射光IFは様々な方向に反射されるが、本実施の形態では、先述したように、照射光のIFの表面200への入射点を通る、光軸Mに平行な軸を中心として0°〜40°の角度の範囲の反射光RFを受光する。従って、1個の発光素子12から発光される照射光IFに対応する受光器18の受光領域RAは、略円形となる。図3(a)の受光領域RAは、その一例を示したものである。   According to the state of the surface 200 of the object OB, the irradiation light IF is reflected in various directions, but in the present embodiment, as described above, light passes through the incident point of the irradiation light to the surface 200 of IF. The reflected light RF is received in the range of an angle of 0 ° to 40 ° around an axis parallel to the axis M. Therefore, the light receiving area RA of the light receiver 18 corresponding to the irradiation light IF emitted from one light emitting element 12 is substantially circular. The light receiving area RA in FIG. 3A shows an example thereof.

各受光素子16で受光された受光信号は、制御部20の制御によって、予め定められたタイミングで読み取られる。読み取られた受光信号はRAM104等の記憶手段に一時的に記憶されてもよい。制御部20は、各発光素子12に対応する受光信号(輝度信号)を用いて受光領域RAにおける出力分布(受光プロファイル)を生成する。この出力分布には反射光RFの角度情報が含まれるので、例えば対象物OBの凹凸度合が計測される。   The light reception signal received by each light receiving element 16 is read at a predetermined timing by the control of the control unit 20. The read light reception signal may be temporarily stored in storage means such as the RAM 104 or the like. The control unit 20 generates an output distribution (light reception profile) in the light reception area RA using the light reception signal (luminance signal) corresponding to each light emitting element 12. Since the output distribution includes angle information of the reflected light RF, for example, the degree of unevenness of the object OB is measured.

ところで、照射光を対象物に照射して取得した反射光には、一般に表面で反射された反射光以外に、対象物内部で反射された反射光が含まれる。以下、対象物表面における反射を「表面反射」、対象物表面で反射された光を「表面反射光」、対象物内部における反射を「内部反射」、対象物内部で反射された光を「内部反射光」という。表面反射と内部反射の比率は、金属や黒色樹脂等の透明性の低い対象物(以下、「低透明性対象物」)と、半透明性の樹脂等の透明性の高い対象物(以下、「高透明性対象物」)とで異なっている。   By the way, the reflected light obtained by irradiating the object with the irradiation light generally includes, in addition to the reflected light reflected on the surface, the reflected light reflected inside the object. Hereinafter, reflection on the surface of the object is "surface reflection", light reflected on the surface of the object is "surface reflection light", reflection on the inside of the object is "internal reflection", and light reflected on the inside of the object is "internal It is called "reflected light". The ratio of surface reflection to internal reflection is an object of low transparency such as metal or black resin (hereinafter referred to as “low transparency object”) and an object of high transparency such as translucent resin (hereinafter It differs from "high transparency object").

図6を参照して、内部反射についてより詳細に説明する。図6(a)は低透明性対象物における反射のようすを示し、図6(b)は高透明性対象物における反射のようすを示している。なお、図6では「対象物」を「サンプル」と表記している。   The internal reflection will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 6 (a) shows the reflection on a low transparency object, and FIG. 6 (b) shows the reflection on a high transparency object. In FIG. 6, the "object" is described as "sample".

図6(a)に示すように、照射光を低透明性対象物に照射した場合、大部分の照射光が反射され、反射光は主に表面反射光となる。一方、図6(b)に示すように、照射光を高透明性対象物に照射した場合、表面で反射される光の他にサンプルの内部に侵入する光が存在する。サンプルの内部に侵入した光はサンプルの内部で反射、散乱、屈折、吸収され、一部が透過して透過光となる。透過光のうち照射光の入射方向に出射する光が内部反射光である。   As shown in FIG. 6A, when the low transparency target is irradiated with the irradiation light, most of the irradiation light is reflected, and the reflection light is mainly surface reflection light. On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), when the highly transparent object is irradiated with the irradiation light, in addition to the light reflected on the surface, there is light which penetrates the inside of the sample. The light that has penetrated into the inside of the sample is reflected, scattered, refracted, absorbed in the inside of the sample, and part of it is transmitted to become transmitted light. Of the transmitted light, light emitted in the incident direction of the irradiation light is internally reflected light.

特定の波長の光に対し半透明である物質の表面反射と内部反射とが区別して計測されれば、例えば物品の検査において表面の汚れと材料自体の変質を区別し易くなるので、不良品の原因を特定し易くなる等の優れた効果が期待できる。従来表面反射と内部反射とを区別して計測する計測装置、計測方法等も知られている。しかしながら、従来の手段は多大な手間がかかる上、計測された内部反射も類推にとどまっていた。   If surface reflection and internal reflection of a substance that is translucent to light of a specific wavelength are measured separately, for example, it becomes easy to distinguish the surface contamination from the deterioration of the material itself in the inspection of the article. Excellent effects such as easy identification of the cause can be expected. Conventionally, a measuring device, a measuring method, etc. which distinguish and measure surface reflection and internal reflection are also known. However, the conventional means requires much time and effort, and the measured internal reflection is also analogical.

そこで、本発明では、テレセントリック光学系を用いた計測装置において、複数の照射光に対する複数の受光光量分布の反射角ごとの最小値または最小値に相当する値から内部反射を算出するようにした。このことにより、簡易な構成により、表面反射と内部反射とを区別して計測する計測装置および計測方法が提供される。なお、本実施の形態に係る反射角は光軸Mから計った角度で定義する(図10(d)参照。図10(d)で、照射光IFを反射光RFに、照射角φを反射角θに置き換えて定義される)。   Therefore, in the present invention, in the measurement apparatus using the telecentric optical system, the internal reflection is calculated from the value corresponding to the minimum value or the minimum value for each reflection angle of the plurality of received light amount distributions for the plurality of irradiation lights. This provides a measuring device and a measuring method for measuring surface reflection and internal reflection separately with a simple configuration. Note that the reflection angle according to the present embodiment is defined as an angle measured from the optical axis M (see FIG. 10 (d). In FIG. 10 (d), the irradiation light IF is reflected by the reflection light RF and the irradiation angle φ is reflected). Defined in place of the angle θ).

ここで、本実施の形態では、表面反射と内部反射の反射態様の違いに着目している。すなわち、表面反射は対象物OBの表面の形状に依存した角度で反射するため、対象物OBの場所によって異なる反射特性となる。一方、内部反射は対象物OBの表面の形状にはほとんど依存せず、対象物OBの材質に依存した反射特性となると考えられる。そのため、図5に示すように、対象物OB上のさまざまな照射点に照射光を照射して取得した複数の受光光量分布の反射角ごとの受光光量の最小値または最小値に相当する値は、対象物OBの形状ではなく材質に依存して常に存在する内部反射を反映していると考えられる。つまり、例えば数10から数100程度の異なる照射点からの受光光量分布を重ね合わせた合成受光光量分布において、いずれの反射角においてもほぼ等しい値で存在する最小値または最小値に相当する値は内部反射の大きさを示しているものと考えられる。   Here, in the present embodiment, attention is paid to the difference in reflection mode between surface reflection and internal reflection. That is, since surface reflection is reflected at an angle dependent on the shape of the surface of the object OB, the reflection characteristic varies depending on the location of the object OB. On the other hand, internal reflection hardly depends on the shape of the surface of the object OB, and it is considered that the reflection characteristic depends on the material of the object OB. Therefore, as shown in FIG. 5, the value corresponding to the minimum value or the minimum value of the light reception quantity for each reflection angle of the plurality of light reception quantity distributions acquired by irradiating the irradiation light to various irradiation points on the object OB is It is considered to reflect internal reflection that is always present depending on the material of the object OB, not the shape. That is, for example, in a combined received light amount distribution obtained by superposing received light amount distributions from different irradiation points of several tens to several hundreds, a value corresponding to the minimum value or the minimum value existing at approximately the same value at any reflection angle It is considered to indicate the magnitude of internal reflection.

図7を参照して、本実施の形態に係る計測装置10における内部反射の測定原理について説明する。図7(a)は高透明性対象物の反射態様および受光光量(図7(a)では「出力」と表記。以下同様)の反射角(図7では「角度」と表記。以下同様)依存性、つまり受光光量分布を示している。図7(a)<1>に示すように表面反射と内部反射とが混在する反射光の測定値である受光光量分布を計測した場合、図7(a)<2>に「合計反射」と表記された曲線が取得される。ここで、図7(a)<2>に二重線で示す「合計反射」は、各反射角における複数の受光光量の平均値によって算出したものである。ただし、合計反射としては平均値に限られず、例えば最大値を用いてもよい。また、図7(a)<2>に実線で示す「内部反射」は、各反射角における複数の受光光量の最小値または最小値に相当する値によって算出したものである。   The measurement principle of internal reflection in the measuring device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 (a) shows the reflection mode of the highly transparent object and the reflection angle of the received light amount (in FIG. 7 (a), it is written as “output”. The same applies hereinafter.) Shows the distribution of received light quantity. As shown in FIG. 7 (a) <1>, when the distribution of received light, which is a measurement value of the reflected light in which the surface reflection and the internal reflection are mixed, is measured, “total reflection” is shown in FIG. 7 (a) <2>. The indicated curve is obtained. Here, “total reflection” indicated by a double line in FIG. 7A <2> is calculated by an average value of a plurality of received light amounts at each reflection angle. However, the total reflection is not limited to the average value, and for example, the maximum value may be used. Further, “internal reflection” indicated by a solid line in FIG. 7A <2> is calculated by a value corresponding to the minimum value or the minimum value of the plurality of received light amounts at each reflection angle.

ここで、図6において、反射光RFの総光量は、表面反射光の光量と内部反射光の光量との和と考えられる。従って、図7(a)<2>において合計反射から内部反射を減算すれば、図7(a)<2>に点線で示す「表面反射」が取得される。この「表面反射」の値は、表面反射光の正味の光量を示している。一方、金属等の低透明性対象物の場合は、図7(b)<2>に示すような受光光量分布が得られる。すなわち、内部反射は極端に少なくなるので、表面反射は合計反射に近い値となる。   Here, in FIG. 6, the total light amount of the reflected light RF is considered to be the sum of the light amount of the surface reflected light and the light amount of the internally reflected light. Therefore, if the internal reflection is subtracted from the total reflection in FIG. 7 (a) <2>, “surface reflection” indicated by a dotted line in FIG. 7 (a) <2> is obtained. The value of "surface reflection" indicates the net amount of light of surface reflection. On the other hand, in the case of a low transparency object such as metal, the light receiving light intensity distribution as shown in FIG. 7 (b) <2> is obtained. That is, since the internal reflection is extremely small, the surface reflection has a value close to the total reflection.

図8および図9を参照し、上述した原理により対象物OBの内部反射光量を算出する内部反射演算処理について説明する。   With reference to FIG. 8 and FIG. 9, the internal reflection arithmetic processing for calculating the amount of internal reflection of the object OB based on the above principle will be described.

まず、図5に示すように、発光させる発光素子12を変えて照射した照射光IFの複数の照射点からの反射光RFにより複数の受光光量分布を取得する。図8(a)から(h)は、8個の照射点における反射光RFから取得した複数の受光光量分布の一例を示している。図8(a)から(h)の各々の横軸は反射角θ(度)であり、縦軸は受光光量Iである。図8(a)から(h)に示すように、対象物OBの表面の状態、透明性に応じてさまざまな形状の、反射光RFの反射角θに対する受光光量分布が取得される。   First, as shown in FIG. 5, a plurality of received light amount distributions are acquired by reflected light RF from a plurality of irradiation points of the irradiation light IF which is irradiated by changing the light emitting element 12 to be emitted. FIGS. 8A to 8H show an example of a plurality of received light amount distributions obtained from the reflected light RF at eight irradiation points. The horizontal axis of each of FIGS. 8A to 8H is the reflection angle θ (degrees), and the vertical axis is the light reception amount I. As shown in FIGS. 8 (a) to 8 (h), received light amount distributions with respect to the reflection angle θ of the reflected light RF are acquired in various shapes according to the state of the surface of the object OB and the transparency.

次にこれら複数の受光光量分布を重ね合わせ、図8(i)に示すような合成受光光量分布を求める。さらに、図8(i)に示す受光光量分布の各反射角における受光光量の範囲(以下、「受光光量幅」)の最小値を連結して、図8(j)に示す内部反射光量分布を演算する。図8(j)に示す内部反射光量分布が、すなわち対象物OBの内部反射光量を示している。   Next, the plurality of received light amount distributions are superimposed to obtain a combined received light amount distribution as shown in FIG. 8 (i). Furthermore, the minimum value of the range (hereinafter, “received light amount width”) of the received light amount at each reflection angle of the received light amount distribution shown in FIG. 8 (i) is connected to obtain the internal reflected light amount distribution shown in FIG. Calculate The internally reflected light amount distribution shown in FIG. 8 (j) indicates the internally reflected light amount of the object OB.

図9(a)を参照して、受光光量分布の各反射角θにおける最小値の連結についてより詳細に説明する。図9(a)は、図8(i)に示す合成受光光量分布を元に算出した各反射角θにおける受光光量の値を示している。図9(a)に示す例では、−20°、−5°、5°、20°の4つの反射角θに対する受光光量の値を示しており、本例では8つの照射点について受光光量分布を計測しているので、各反射角θには8個の受光光量がプロットされている。各反射角θにおける8個の受光光量の最小値と最大値の幅が、上述した「受光光量幅ΔI」であり、図9(a)には一例として反射角20°の受光光量幅ΔIが示されている。また、各反射角θにおける最小値が黒丸で示されている。この最小値を連結した曲線が図8(j)に示す内部反射光量分布である。   The connection of the minimum value at each reflection angle θ of the received light amount distribution will be described in more detail with reference to FIG. 9 (a). FIG. 9A shows the value of the light reception amount at each reflection angle θ calculated based on the combined light reception amount distribution shown in FIG. 8I. In the example shown in FIG. 9A, the received light amount values for four reflection angles θ of −20 °, −5 °, 5 °, and 20 ° are shown, and in the present example, the received light amount distributions for eight irradiation points The eight received light amounts are plotted at each reflection angle θ. The width between the minimum value and the maximum value of the eight received light amounts at each reflection angle θ is the “received light amount width ΔI” described above, and FIG. 9A shows an example of the received light amount width ΔI with a reflection angle of 20 °. It is shown. Also, the minimum value at each reflection angle θ is indicated by a black circle. A curve connecting the minimum values is the internally reflected light quantity distribution shown in FIG. 8 (j).

ここで、受光光量幅ΔIの最小値から図8(j)に示す内部光量分布を演算する演算処理についてより詳細に説明する。すなわち、上記例では受光光量幅ΔIの最小値を連結して内部光量分布を演算したが、これに限られず、以下の手法により最小値に相当する値によって内部光量分布を演算してもよい。低透明性対象物のように、そもそも内部反射の光量が微弱な場合もあり、受光光量幅ΔIには、受光素子16の感度による誤差、測定誤差等の誤差が含まれる可能性がある。そこで、誤差の影響をより平均化するために、例えば、受光光量幅ΔIの最小値に対する近似曲線を演算して内部反射光量分布を演算してもよい。   Here, the calculation processing for calculating the internal light amount distribution shown in FIG. 8 (j) from the minimum value of the light reception light amount width ΔI will be described in more detail. That is, although the minimum value of received light amount width ΔI is connected to calculate the internal light amount distribution in the above example, the present invention is not limited thereto, and the internal light amount distribution may be calculated by a value corresponding to the minimum value by the following method. As in the case of a low transparency object, the light amount of internal reflection may be weak originally, and the light reception light amount width ΔI may include an error such as an error due to the sensitivity of the light receiving element 16 or a measurement error. Therefore, in order to further average the influence of the error, for example, the internal reflection light amount distribution may be calculated by calculating an approximate curve for the minimum value of the light reception light amount width ΔI.

近似曲線の演算方法としては、例えば受光光量幅ΔIの最小値に対する多項式近似がある。あるいは、各反射角θにおいて受光光量幅ΔIの最小値から小さい順に予め定められた個数(例えば3個)抽出して、各反射角θにおける3個の受光光量の平均値を接続して近似曲線を演算してもよい。さらに、各反射角θにおける該3個の受光光量について多項式近似を演算してもよい。   As a method of calculating the approximate curve, for example, there is polynomial approximation with respect to the minimum value of the received light amount width ΔI. Alternatively, for each reflection angle θ, a predetermined number (for example, three) are extracted in the ascending order from the smallest value of the received light amount width ΔI, and the average value of the three received light amounts at each reflected angle θ is connected to approximate the curve May be calculated. Furthermore, polynomial approximation may be calculated for the three received light quantities at each reflection angle θ.

次に、図9(b)を参照して、本実施の形態に係る、内部反射光量分布を演算するための内部反射演算処理プログラムについて説明する。図9(b)は、本実施の形態に係る内部反射演算処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。図9(b)に示す処理は、例えば、ユーザにより図示しない計測装置10の入力部を介して実行開始の指示がなされると、制御部20のCPU100がROM102等の記憶手段から本内部反射演算処理プログラムを読み込み、実行する。   Next, with reference to FIG. 9B, an internal reflection calculation processing program for calculating the internal reflection light amount distribution according to the present embodiment will be described. FIG. 9B is a flowchart showing the flow of processing of the internal reflection calculation processing program according to the present embodiment. For example, when an instruction to start execution of the process shown in FIG. 9B is issued by the user via the input unit of the measuring device 10 (not shown), the CPU 100 of the control unit 20 calculates the internal reflection from the storage unit such as the ROM 102. Load and execute the processing program.

図9(b)に示すように、ステップS100で、発光器14の発光素子12を発光させる。本実施の形態では、複数の発光素子12の少なくとも一部を発光させて、複数の照射点からの反射光RFの受光光量分布を取得する。従って、複数の発光素子12を発光させるがこの発光順序については特に制限はない。本実施の形態では、一例として図5に示すように、発光素子12Aから12Bまで順次発光させるものとする。   As shown in FIG. 9B, in step S100, the light emitting element 12 of the light emitting device 14 is caused to emit light. In the present embodiment, at least a part of the plurality of light emitting elements 12 is caused to emit light, and the distribution of received light amounts of the reflected light RF from the plurality of irradiation points is acquired. Therefore, although the plurality of light emitting elements 12 are made to emit light, the order of the light emission is not particularly limited. In this embodiment, as shown in FIG. 5 as an example, light is emitted sequentially from the light emitting elements 12A to 12B.

次のステップS102では、受光領域RAに到達した反射光RFを受光素子16で受光して受光光量分布を取得する。   In the next step S102, the reflected light RF that has reached the light receiving area RA is received by the light receiving element 16 to acquire the received light quantity distribution.

次のステップS104では、予定した全ての発光素子12を発光させたか否かを判定し、当該判定が否定判定となった場合はステップS100に戻り、発光素子12の発光を継続する。   In the next step S104, it is determined whether all the scheduled light emitting elements 12 have been made to emit light, and if the determination is negative, the process returns to step S100, and the light emitting elements 12 continue to emit light.

一方、ステップS104で肯定判定となった場合にはステップS106に移行し、上述した方法により内部反射演算処理を行って内部反射光量分布を取得する。別途合計反射光量を算出し、算出した合計反射光量からステップS106で取得した内部反射光量を減算して、正味の表面反射光量を取得してもよい。その後、本内部反射演算処理プログラムを終了する。   On the other hand, when an affirmative determination is made in step S104, the process proceeds to step S106, and the internal reflection calculation process is performed by the above-described method to acquire the internal reflection light amount distribution. The total surface reflection light amount may be obtained by separately calculating the total reflection light amount and subtracting the internally reflected light amount acquired in step S106 from the calculated total reflection light amount. Thereafter, the internal reflection calculation processing program ends.

[第2の実施の形態]
図10から図13を参照して、本実施の形態に係る計測装置、および計測方法について説明する。上記実施の形態に係る計測装置10では、照射光IFの照射方向をレンズ34の光軸Mと平行な方向、つまり図10(d)で定義される光軸Mから図った照射角φをφ=0°とした方向とていたが、本実施の形態に係る計測装置ではこの照射角φを変える角度設定部50(以下で述べる角度設定部50A、50B、50Cの総称)を備えている。
Second Embodiment
The measurement apparatus and measurement method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 13. In the measurement apparatus 10 according to the above-described embodiment, the irradiation direction of the irradiation light IF is a direction parallel to the optical axis M of the lens 34, that is, the irradiation angle φ is φ from the optical axis M defined in FIG. Although the direction is set to be 0 °, the measurement apparatus according to the present embodiment is provided with an angle setting unit 50 (general name of angle setting units 50A, 50B, and 50C described below) that changes the irradiation angle φ.

図10(a)は、角度設定部50Aを備えた計測装置10Aを示している。角度設定部50Aは、計測装置10Aにおける発光器14、光学系30、および受光器18から構成される計測部本体80が一体的に構成されている。そして、モータ52(図4参照)によって、計測部本体80の傾斜角度が、例えば図10(a)に符号D1で示す方向に変えられるように構成されている。このことによって、例えば照射光L1の照射方向が照射光L2の照射方向に変更される。なお、本実施の形態に係る角度設定部50Aが、本発明に係る「光学モジュール」に相当する。   FIG. 10A shows a measuring device 10A provided with the angle setting unit 50A. The angle setting unit 50A is integrally configured with a measurement unit main body 80 including the light emitter 14, the optical system 30, and the light receiver 18 in the measurement device 10A. Then, the inclination angle of the measurement unit main body 80 is configured to be changed, for example, in a direction indicated by a symbol D1 in FIG. 10A by the motor 52 (see FIG. 4). By this, for example, the irradiation direction of the irradiation light L1 is changed to the irradiation direction of the irradiation light L2. The angle setting unit 50A according to the present embodiment corresponds to the "optical module" according to the present invention.

図10(b)は、角度設定部50Bを備えた計測装置10Bを示している。角度設定部50Bでは、計測装置10Bにおける対象物OBを配置する搭載部(図示省略)の傾斜角度が、モータ52(図4参照)によって、例えば図10(b)に符号D2で示す方向に変えられるように構成されている。このことによって、例えば反射光R1の反射方向が反射光R2の反射方向に変更される。なお、いうまでもなく反射角θの変更は照射角φの変更と等価である。   FIG. 10B shows a measuring device 10B provided with an angle setting unit 50B. In the angle setting unit 50B, the inclination angle of the mounting portion (not shown) for arranging the object OB in the measuring device 10B is changed, for example, in the direction indicated by symbol D2 in FIG. Are configured to be By this, for example, the reflection direction of the reflected light R1 is changed to the reflection direction of the reflected light R2. Needless to say, the change of the reflection angle θ is equivalent to the change of the irradiation angle φ.

図10(c)は、角度設定部50Cを備えた計測装置10Cを示している。角度設定部50Cでは、計測装置10Cにおける絞り40が、モータ52(図4参照)によって、例えば図10(a)に符号D3で示す方向に移動可能なように構成されている。このことによって絞り40の開口部42が移動するので、例えば照射光L3の照射方向が照射光L4の照射方向に変更される。以下、図11、12を参照して、本実施の形態に係る角度設定部の作用について説明する。   FIG. 10C shows a measuring device 10C provided with the angle setting unit 50C. In the angle setting unit 50C, the diaphragm 40 in the measuring device 10C is configured to be movable by a motor 52 (see FIG. 4), for example, in the direction indicated by symbol D3 in FIG. As a result, the opening 42 of the diaphragm 40 moves, so that, for example, the irradiation direction of the irradiation light L3 is changed to the irradiation direction of the irradiation light L4. The operation of the angle setting unit according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS.

ここで、対象物OBによってはその表面に光軸Mに対して特定の角度をなす平面を多く含む場合がある。例えば図11(a)<1>に示す対象物OBでは、その表面に、光軸M(図1参照)に垂直な平面Pが複数含まれている。このような対象物に対し光軸Mに平行な方向からの照射角φ=0°の複数の照射光IFを照射し、上記実施の形態で説明した方法により取得した複数の受光光量分布を重ね合わせ(合成し)、内部反射演算処理を行うと、図11(a)<2>に示すように、反射角θ=0°および0°の近く(図11(a)<2>に示すピーク値PK1の部分)に盛り上がりが発生する場合がある。これは、等しい反射角θで反射された反射光RFは、受光器18の同じ位置(つまり、同じ受光素子16)で受光されるという本実施の形態に係る計測装置の特徴に基づき、異なる平面Pからの反射光RFが受光器18の中央部分に累積されるためである。以下、特定の角度をなす平面における反射を「平面反射」、平面反射した反射光を「平面反射光」という場合がある。この反射光RFには表面反射としての平面反射が含まれるために、内部反射演算処理を行った結果をそのまま内部反射とすることができない。その結果、合計反射の受光光量から内部反射演算処理を行った結果を減じても表面反射の受光光量は得られない。なお、平面反射の程度は照射光IFのビーム径と平面Pの大小関係に依存し、ビーム径が平面Pの面積より小さい場合により顕著になる。   Here, depending on the object OB, the surface may include many planes that form a specific angle with the optical axis M. For example, in the object OB shown in FIG. 11A <1>, a plurality of planes P perpendicular to the optical axis M (see FIG. 1) are included in the surface. A plurality of irradiation lights IF with an irradiation angle φ = 0 ° from a direction parallel to the optical axis M are irradiated to such an object, and a plurality of received light amount distributions acquired by the method described in the above embodiment are overlapped. As shown in FIG. 11 (a) <2>, the reflection angles θ = 0 ° and near 0 ° (peaks shown in FIG. 11 (a) <2>) as shown in FIG. An upswing may occur in the portion of the value PK1). This is based on the feature of the measurement apparatus according to the present embodiment that the reflected light RF reflected at the equal reflection angle θ is received at the same position of the light receiver 18 (that is, the same light receiving element 16). This is because the reflected light RF from P is accumulated in the central portion of the light receiver 18. Hereinafter, the reflection in the plane forming a specific angle may be referred to as “plane reflection”, and the reflected light resulting from the plane reflection may be referred to as “plane reflected light”. Since the reflected light RF includes planar reflection as surface reflection, the result of the internal reflection calculation processing can not be used as internal reflection as it is. As a result, even if the result of the internal reflection calculation processing is subtracted from the total reflection light reception amount, the light reception amount of the surface reflection can not be obtained. The degree of plane reflection depends on the magnitude relationship between the beam diameter of the irradiation light IF and the plane P, and becomes more prominent when the beam diameter is smaller than the area of the plane P.

一方、照射光IFの照射角φを0°からずらすと照射角φの大きさに応じて、内部反射演算処理を行った結果のピーク値が移動する。図11(b)は、図11(a)<1>において0°の照射角φを10°に変更して内部反射演算処理を行った結果を示しており、図11(b)<2>に示すように、内部反射演算処理を行った結果のピーク値はピーク値PK1からピーク値PK2に移動している。この際、上述した内部反射の性質から照射角φを変更しても内部反射の受光光量に大きな変化はないと考えられる。従って、照射角φを変えて複数の内部反射演算処理(以下、「第1の内部反射演算処理」という)を行った結果についてさらに内部反射演算処理(以下、「第2の内部反射演算処理」という)を行うと、平面反射に対応する受光光量が除かれた受光光量分布が取得されると考えられ、この受光光量分布が内部反射を示すものと考えられる。   On the other hand, when the irradiation angle φ of the irradiation light IF is shifted from 0 °, the peak value of the result of the internal reflection calculation processing moves according to the size of the irradiation angle φ. FIG. 11 (b) shows the result of the internal reflection calculation process in which the irradiation angle φ of 0 ° is changed to 10 ° in FIG. 11 (a) <1>, and FIG. 11 (b) <2> As shown in the graph, the peak value as a result of the internal reflection calculation process is shifted from the peak value PK1 to the peak value PK2. At this time, it is considered from the nature of internal reflection described above that there is no significant change in the amount of light received by internal reflection even if the irradiation angle φ is changed. Therefore, the internal reflection operation processing (hereinafter, “second internal reflection operation processing”) is further performed on the result of performing the plurality of internal reflection operation processing (hereinafter, referred to as “first internal reflection operation processing”) by changing the irradiation angle φ. It is considered that the received light amount distribution from which the received light amount corresponding to the plane reflection is removed is acquired, and the received light amount distribution indicates internal reflection.

図12を参照して、第2の内部反射演算処理についてより詳細に説明する。図12(a)の<1>から<5>は5つの異なる照射角φについて第1の内部反射演算処理を実行した結果を示している。図12(a)<1>から<5>に示すように、照射角φに応じてピーク位置が移動した第1の内部反射演算処理の結果が得られる。本実施の形態では、図12(a)の<1>から<5>に示す分布について、さらに第2の内部反射演算処理を行う。第2の内部反射演算処理の内容は図9(b)で説明した内部反射演算処理と同様である。図12(b)は、第2の内部反射演算処理を行った結果を示している。図12(b)に示すように、第2の内部反射演算処理を実行すると図12(a)<1>から<5>に示す平面反射に相当する分布の部分が除かれた分布が取得される。こ第2の内部反射演算処理を実行した結果が図11に示す対象物OBの内部反射を示しているものと考えられる。   The second internal reflection calculation process will be described in more detail with reference to FIG. <1> to <5> in FIG. 12A show the results of execution of the first internal reflection calculation process for five different irradiation angles φ. As shown in FIG. 12 (a) <1> to <5>, the result of the first internal reflection calculation process in which the peak position is moved according to the irradiation angle φ is obtained. In the present embodiment, the second internal reflection calculation process is further performed on the distributions shown in <1> to <5> of FIG. The contents of the second internal reflection calculation process are the same as the internal reflection calculation process described with reference to FIG. FIG. 12B shows the result of performing the second internal reflection calculation process. As shown in FIG. 12 (b), when the second internal reflection calculation process is executed, a distribution from which a portion of the distribution corresponding to planar reflection shown in FIGS. 12 (a) <1> to <5> is removed is obtained. Ru. It is considered that the result of execution of the second internal reflection calculation process indicates the internal reflection of the object OB shown in FIG.

次に図13を参照して、本実施の形態で実行される内部反射光量分布を演算するための第2の内部反射演算処理プログラムについて説明する。図13は、本実施の形態に係る第2の内部反射演算処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。図13に示す処理は、例えば、ユーザにより図示しない計測装置10A(10B、10C)の入力部を介して実行開始の指示がなされると、制御部20のCPU100がROM102等の記憶手段から本第2の内部反射演算処理プログラムを読み込み、実行する。   Next, with reference to FIG. 13, a second internal reflection calculation processing program for calculating the internal reflection light amount distribution executed in the present embodiment will be described. FIG. 13 is a flowchart showing a flow of processing of a second internal reflection calculation processing program according to the present embodiment. For example, when an instruction to start execution of the process shown in FIG. 13 is given by the user via the input unit of the measuring device 10A (10B, 10C) (not shown), the CPU 100 of the control unit 20 Load and execute internal reflection calculation processing program 2

ステップS200で、照射角φを設定(初期設定)する。照射角φの初期設定値に制限はないが、例えば照射角φ=0°に設定する。照射角φの設定は、上述した角度設定部50によって行う。   In step S200, the irradiation angle φ is set (initial setting). Although there is no limitation on the initial setting value of the irradiation angle φ, for example, the irradiation angle φ is set to 0 °. The setting of the irradiation angle φ is performed by the above-described angle setting unit 50.

続くステップS202からS208は、図9(b)で説明したステップS100からS106と同様なので詳細な説明を省略する。ステップS208の第1の内部反射光量演算はステップS106の内部反射光量演算と同様の処理であり、当該処理の結果、図12(a)の<1>から<5>に示す分布の1つ、例えば<1>が取得される。   The subsequent steps S202 to S208 are similar to the steps S100 to S106 described in FIG. The first internally reflected light amount calculation in step S208 is the same process as the internally reflected light amount calculation in step S106, and as a result of the process, one of the distributions shown in <1> to <5> of FIG. For example, <1> is acquired.

次のステップS210では、予め設定した照射角φの全てについて内部反射光量演算を終了したか否かについて判定する。当該判定が否定判定の場合はステップS200に戻り、照射角φの設定から繰り返す。一方、肯定判定の場合はステップS212に移行する。
この時点で、例えば図12(a)の<1>から<5>に示す分布が取得されている。
In the next step S210, it is determined whether or not the internal reflected light amount calculation has been completed for all of the irradiation angles φ set in advance. If the determination is negative, the process returns to step S200, and the process is repeated from the setting of the irradiation angle φ. On the other hand, in the case of a positive determination, the process proceeds to step S212.
At this point, for example, distributions shown in <1> to <5> of FIG. 12A are acquired.

ステップS212では、第2の内部反射光量演算を実行し、その後本第2の内部反射演算処理プログラムを終了する。第2の内部反射光量演算とは、上述した図12(a)の<1>から<5>の分布に対しさらに内部反射演算処理を行って図12(b)に示す分布を取得する処理である。ステップS212で取得した光量分布が、図11で説明した特定の反射角の平面領域を多く含む対象物OBの内部反射光量を示している。必要に応じ、ある照射角φの合計反射の光量分布からステップS212で算出した内部反射の光量分布を減算することにより、その照射角φにおける表面反射の分布が算出される。   In step S212, the second internal reflection light amount calculation is performed, and then the second internal reflection calculation processing program ends. The second internally reflected light amount calculation is a process of acquiring the distribution shown in FIG. 12 (b) by further performing the internal reflection operation on the distributions <1> to <5> in FIG. 12 (a) described above. is there. The light quantity distribution acquired in step S212 indicates the internally reflected light quantity of the object OB including many planar areas of the specific reflection angle described in FIG. If necessary, the distribution of surface reflection at the irradiation angle φ is calculated by subtracting the distribution of light amounts of internal reflection calculated in step S212 from the distribution of light amounts of total reflection at a certain irradiation angle φ.

ここで、本実施の形態に係る角度設定部50によって設定する照射角φの大きさ、方向については、予め設定しておいてもよい。また、これに限られず、例えば予め定められた照射角φの大きさ、方向を基準位置とし、該基準位置の状態において実行した第1の内部反射演算処理の結果に応じて次に設定する照射角φの大きさ、方向を設定するようにしてもよい。基準位置としては、例えば照射角φ=0°に設定すればよい。   Here, the size and direction of the irradiation angle φ set by the angle setting unit 50 according to the present embodiment may be set in advance. Also, the present invention is not limited thereto. For example, with a predetermined irradiation angle φ and a direction as a reference position, the irradiation to be set next according to the result of the first internal reflection calculation process performed in the state of the reference position The size and direction of the angle φ may be set. As the reference position, for example, the irradiation angle φ may be set to 0 °.

なお、上記各実施の形態では、発光器14として、一方向に一列だけ発光素子12を配列させた形態を例示して説明したが、これに限られず、複数列配列させた形態としてもよい。また、その際列ごとに発光素子12の発光波長を異ならせてもよい。列ごとに発光素子12の発光波長を異ならせて発光させることにより、例えば、対象物OBの表面反射、内部反射の波長依存性が計測される。   In each of the above-described embodiments, the light emitters 14 are described by exemplifying a mode in which the light emitting elements 12 are arranged in one line in one direction. However, the present invention is not limited to this. Further, at that time, the emission wavelength of the light emitting element 12 may be made different for each row. By making the light emission wavelength of the light emitting element 12 different for each row and emitting light, for example, the wavelength dependency of surface reflection and internal reflection of the object OB is measured.

また、上記各実施の形態では、レンズ32およびレンズ34を略円形の凸レンズとした形態を例示して説明したが、これに限られず、他の形態のレンズ、例えば非球面レンズ等を用いてもよい。さらに、各レンズにおいて、光束が透過されない不要部分を削除してもよい。これにより、計測装置10がさらに小型化される。   In each of the above-described embodiments, the lens 32 and the lens 34 are illustrated as a substantially circular convex lens. However, the present invention is not limited to this, and lenses of other forms, for example, an aspheric lens may be used. Good. Furthermore, in each lens, unnecessary portions where light flux is not transmitted may be deleted. Thereby, the measuring device 10 is further miniaturized.

10、10A、10B、10C 計測装置
12、12A、12B、12C 発光素子
14 発光器
14A 基板
16 受光素子
18 受光器
18A 基板
18B 開口部
20 制御部
30 光学系
32 レンズ
34 レンズ
40 絞り
42 開口部
42A 開口縁
50、50A、50B、50C 角度設定部
52 モータ
80 計測部本体
100 CPU
102 ROM
104 RAM
200 表面
BUS バス
D 寸法
D1、D2 方向
IF 照射光
RF 反射光
L1、L2、L3、L4 照射光
M 光軸
P 平面
PK1、PK2 ピーク値
RA 受光領域
R1、R2 反射光
T 計測領域
θ 反射角
φ 照射角
10, 10A, 10B, 10C Measuring device 12, 12A, 12B, 12C Light emitting element 14 Light emitter 14A Substrate 16 Light receiving element 18 Light receiving element 18A Substrate 18B Opening 20 Control part 30 Optical system 32 Lens 34 Lens 40 Aperture 42 A 42A Opening edge 50, 50A, 50B, 50C Angle setting unit 52 Motor 80 Measuring unit body 100 CPU
102 ROM
104 RAM
200 Surface BUS Bus D Dimension D1, D2 Direction IF Irradiated light RF Reflected light L1, L2, L3, L4 Irradiated light M Optical axis P Plane PK1, PK2 Peak value RA Light receiving area R1, R2 Reflected light T Measurement area θ Reflection angle φ Irradiation angle

Claims (14)

複数の発光素子を備え対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、
前記発光部から発光された前記照射光の発散度合いを変える第1のレンズと、
前記第1のレンズから出射された前記照射光を絞る絞り部と、
前記絞り部を通過した前記照射光を前記対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第2のレンズと、
複数の受光素子を備えるとともに前記絞り部と前記第2のレンズとの間に配置され、前記照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を前記複数の受光素子で受光し反射角度に対する受光光量分布を出力する受光部と、
前記複数の発光素子の少なくとも一部を発光させて複数の照射光を発光させるように前記発光部を制御し、前記複数の照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を受光し複数の受光光量分布を出力するように前記受光部を制御し、前記複数の受光光量分布が合成された合成受光光量分布から算出された前記反射角度ごとの受光光量幅の最小値の前記反射角度に対する分布を示す近似曲線を演算する演算部と、を含む
計測装置。
A light emitting unit including a plurality of light emitting elements and emitting light to be irradiated to an object;
A first lens that changes the degree of divergence of the irradiation light emitted from the light emitting unit;
A diaphragm unit that narrows the irradiation light emitted from the first lens;
A second lens that condenses the irradiation light that has passed through the diaphragm so as to be irradiated from a predetermined direction of the object;
A plurality of light receiving elements are provided and disposed between the diaphragm unit and the second lens, and the reflected light that is emitted from the object and reflected by the irradiation light is received by the plurality of light receiving elements and the reflection angle with respect to the reflection angle is obtained. A light receiving unit that outputs a received light amount distribution;
The light emitting unit is controlled to emit at least a part of the plurality of light emitting elements to emit a plurality of irradiation lights, and the plurality of irradiation lights are irradiated to the target object to receive reflected light which is reflected and is plurality The light receiving unit is controlled to output the received light amount distribution, and the minimum value of the received light amount width for each reflection angle calculated from the combined received light amount distribution obtained by combining the plurality of received light amount distributions with respect to the reflected angle And a calculation unit that calculates an approximate curve indicating a distribution.
前記演算部は、前記受光光量幅ごとに予め定められた範囲の受光光量を抽出し、前記予め定められた範囲の受光光量を用いて前記近似曲線を演算する
請求項1に記載の計測装置。
The measurement device according to claim 1, wherein the calculation unit extracts a light reception light amount in a predetermined range for each light reception light amount width, and calculates the approximate curve using the light reception light amount in the predetermined range.
前記演算部は、前記受光光量幅ごとに受光光量の最小値を抽出し、前記最小値を用いて前記近似曲線を演算する
請求項2に記載の計測装置。
The measurement device according to claim 2, wherein the calculation unit extracts a minimum value of the light reception amount for each of the light reception light width, and calculates the approximate curve using the minimum value.
前記演算部は、前記最小値を接続して前記近似曲線を演算する
請求項3に記載の計測装置。
The measuring apparatus according to claim 3, wherein the calculation unit connects the minimum values to calculate the approximate curve.
前記演算部は、前記最小値を多項式近似して前記近似曲線を演算する
請求項3に記載の計測装置。
The measuring device according to claim 3, wherein the calculation unit performs polynomial approximation of the minimum value to calculate the approximate curve.
前記演算部は、前記受光光量幅ごとに前記最小値から予め定められた範囲の受光光量を抽出し、前記予め定められた範囲の受光光量を用いて前記近似曲線を演算する
請求項2に記載の計測装置。
The calculation unit extracts the light reception amount in a predetermined range from the minimum value for each light reception light width, and calculates the approximate curve using the light reception amount in the predetermined range. Measuring device.
前記演算部は、前記予め定められた範囲の受光光量の最小値と最大値の平均値を接続して前記近似曲線を演算する
請求項6に記載の計測装置。
The measuring device according to claim 6, wherein the calculation unit calculates the approximate curve by connecting an average value of the minimum value and the maximum value of the light reception amount in the predetermined range.
前記予め定められた方向が前記第2のレンズの光軸に平行な方向である
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の計測装置。
The measurement device according to any one of claims 1 to 7, wherein the predetermined direction is a direction parallel to the optical axis of the second lens.
前記予め定められた方向が前記第2のレンズの光軸に平行な方向に対して予め定められた複数の角度をなす複数の方向であり、
前記演算部は前記複数の方向ごとに前記近似曲線を演算し、複数の前記近似曲線が合成された合成近似曲線の最小値の反射角度に対する分布をさらに演算する
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の計測装置。
The predetermined direction is a plurality of directions forming a plurality of predetermined angles with respect to a direction parallel to the optical axis of the second lens,
9. The calculation unit calculates the approximate curve in each of the plurality of directions, and further calculates a distribution with respect to a reflection angle of a minimum value of a combined approximate curve in which a plurality of the approximate curves are combined. The measuring device according to 1 or 2.
前記照射光の照射方向を設定する設定手段をさらに含み、
前記演算部は前記照射光の照射方向が前記複数の方向となるように前記設定手段を制御しつつ前記合成近似曲線の最小値の反射角度に対する分布を演算する
請求項9に記載の計測装置。
It further includes setting means for setting an irradiation direction of the irradiation light,
The measurement device according to claim 9, wherein the calculation unit calculates a distribution with respect to a reflection angle of the minimum value of the synthetic approximate curve while controlling the setting unit such that the irradiation direction of the irradiation light becomes the plurality of directions.
前記設定手段が、前記対象物に対して垂直な方向に対する傾斜角度が可変とされた、前記発光部、前記第1のレンズ、前記絞り部、前記第2のレンズ、および前記受光部が一体化された光学モジュールである
請求項10に記載の計測装置。
The light emitting unit, the first lens, the diaphragm unit, the second lens, and the light receiving unit are integrated in which the setting means has a variable inclination angle with respect to the direction perpendicular to the object. The measurement apparatus according to claim 10, which is an optical module.
前記設定手段が、前記対象物の傾斜角度を設定可能な前記対象物の搭載部である
請求項10に記載の計測装置。
The measurement apparatus according to claim 10, wherein the setting unit is a mounting portion of the object capable of setting an inclination angle of the object.
前記設定手段が、前記絞りの位置を変える位置変更部である
請求項10に記載の計測装置。
The measurement apparatus according to claim 10, wherein the setting unit is a position change unit that changes a position of the aperture.
複数の発光素子を備え対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、
前記発光部から発光された前記照射光の発散度合いを変える第1のレンズと、
前記第1のレンズから出射された前記照射光を絞る絞り部と、
前記絞り部を通過した前記照射光を前記対象物の予め定められた方向から照射するように集光する第2のレンズと、
複数の受光素子を備えるとともに前記絞り部と前記第2のレンズとの間に配置され、前記照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を前記複数の受光素子で受光し反射角度に対する受光光量分布を出力する受光部と、を含む計測装置を用いた計測方法であって、
演算部により、前記複数の発光素子の少なくとも一部を発光させて複数の照射光を発光させるように前記発光部を制御し、前記複数の照射光が前記対象物に照射されて反射した反射光を受光し複数の受光光量分布を出力するように前記受光部を制御し、前記複数の受光光量分布が合成された合成受光光量分布から算出された前記反射角度ごとの受光光量幅の最小値の前記反射角度に対する分布を示す近似曲線を演算する
計測方法。
A light emitting unit including a plurality of light emitting elements and emitting light to be irradiated to an object;
A first lens that changes the degree of divergence of the irradiation light emitted from the light emitting unit;
A diaphragm unit that narrows the irradiation light emitted from the first lens;
A second lens that condenses the irradiation light that has passed through the diaphragm so as to be irradiated from a predetermined direction of the object;
A plurality of light receiving elements are provided and disposed between the diaphragm unit and the second lens, and the reflected light that is emitted from the object and reflected by the irradiation light is received by the plurality of light receiving elements and the reflection angle with respect to the reflection angle is obtained. A measuring method using a measuring device including a light receiving unit that outputs a light receiving amount distribution,
The light emitting unit is controlled such that at least a part of the plurality of light emitting elements emits light to emit a plurality of irradiation lights by the operation unit, and the plurality of irradiation lights are reflected on the object and reflected light is reflected And control the light receiving unit to output a plurality of received light amount distributions, and the minimum value of the received light amount width for each reflection angle calculated from the combined received light amount distribution obtained by combining the plurality of received light amount distributions A measurement method for calculating an approximate curve indicating a distribution with respect to the reflection angle.
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