JP6156590B2 - 変位測定装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明の実施の形態1による変位測定装置100の構成を示す斜視図である。本実施の形態の変位測定装置100は、駆動ステージ10、上部ヘッド11、固定具12、三角測量光学系20、信号ケーブル51a、51b、51c、制御部201、出力部202を備える。三角測量光学系20と制御部201とは、信号ケーブル51aで接続される。また、駆動ステージ10と制御部201とは、信号ケーブル51bで接続される。また、制御部201と出力部202とは、信号ケーブル51cで接続される。駆動ステージ10の上面には、測定対象となる対象物が配置される。ここで、駆動ステージ10の上面に平行な方向をX方向、Y方向とし、駆動ステージ10の上面に対して垂直な方向をZ方向とする。X方向とY方向とは直交する。また、駆動ステージ10から三角測量光学系20へ向かう方向(図1の上側に向かう方向)を+Z方向、三角測量光学系20から駆動ステージ10へ向かう方向を−Z方向とする。
本実施の形態の変位測定装置100は、実施の形態1の図1に示すものとは三角測量光学系20の構成が異なる。他の構成は、実施の形態1の図1に示すものと同様である。本発明の実施の形態の変位測定装置100は、三角測量光学系20に複数の受光光学系を備え、それぞれの受光光学系で受光される光量の差に基づいて、ワーク13の表面の加工痕の並び方向を判別し、駆動ステージ10の移動方向を決定する。したがって、事前に対象物の表面の加工痕の並び方向を計測する必要は無く、変位測定装置100が自身で並び方向を判別し、駆動ステージの移動方向を決定する。その場合、駆動ステージ10が被照射位置を移動させる方向を、撮像素子の1回の露光時間中に変化させる必要が無く、直線状に動かすことができる利点がある。
実施の形態2における三角測量光学系20は、受光光学系として第1の受光光学系22aと第2の受光光学系22bとを備えていたが、三角測量光学系20は、さらに別の構成を備えても良い。図21は、本実施の形態の変位測定装置100における三角測量光学系20の構成を示す斜視図である。他の構成は、実施の形態1の図1に示すものと同様である。図20に示す三角測量光学系20は、第1の受光光学系22a、第2の受光光学系22bに加え、第3の受光光学系22cと第4の受光光学系22dも備える。第3の受光光学系22cは、投光光学系21を中心として第1の受光光学系22aと対向する位置に備えられる。また、第4の受光光学系22dは、投光光学系21を中心として第2の受光光学系22bと対向する位置に備えられる。したがって、図21の三角測量光学系20は、+X方向、−X方向、+Y方向、−Y方向の4方向からの三角測量を行うことが可能である。
三角測量光学系20は、さらに別の構成とすることもできる。図22は、本実施の形態の変位測定装置100における三角測量光学系20の構成を示す図である。図22において、矢印は、照射光および反射光の光路を示す。なお、図22は、X−Z平面に投影した平面図を示しているが、Y−Z平面に投影した平面図も同様の構成となる。したがって、本実施の形態の三角測量光学系20は、実施の形態3の図21におけるものと同様に、4方向から三角測量を行う。本実施の形態の変位測定装置100における他の構成は、実施の形態1の図1に示すものと同様である。図22に示す三角測量光学系20では、構成の一部を投光光学系と受光光学系とで共用している。
本実施の形態の変位測定装置100は、実施の形態1におけるものと構成は同様であるが、動作が異なる。ただし、イメージセンサ223としては、2次元のイメージセンサが必要となる。本実施の形態の変位測定装置100は、イメージセンサ223を用いて、ワーク13の表面を撮像する。その撮像した画像を元に加工痕の並び方向を画像処理により判別し、駆動ステージの移動方向を決定する。その場合、ワーク13上の凹凸が並ぶ方向が既知となるので、駆動ステージ10が被照射位置を移動させる方向を、撮像素子の1回の露光時間中に変化させる必要が無く、X方向又はY方向に直線状に動かすことができる利点がある。本実施の形態の変位測定装置100における測定の流れは、基本的には実施の形態2におけるものと同様である。ただし、ステップS201において、制御部201は、イメージセンサ223を用いて撮像した画像に基づいて、照射スポットの移動方向を決定する。
Claims (8)
- 対象物の被照射面における被照射位置に集光された照射光を照射して照射スポットを形成する投光光学系と、
前記投光光学系の光軸と斜めに交わる光軸を有しており前記照射光が前記被照射位置で反射された反射光を撮像素子の受光面に集光する受光光学系と、
前記撮像素子の露光時間中は、前記投光光学系と前記対象物とを相対的に移動させて前記被照射位置を静止させることなく移動させる駆動ステージとを備え、
前記受光面における前記反射光の集光位置の変位を計測することで前記被照射面の変位を測定する変位測定装置であって、
前記撮像素子の1回の露光時間中に前記駆動ステージが前記被照射位置を移動させる軌跡は、測定点を中心とする円周となり、
前記駆動ステージは、前記測定点のそれぞれにおいて前記円周を2周以上するように前記被照射位置を移動させ、
前記撮像素子の1回の露光時間は、前記被照射位置が前記円周を1周する時間よりも長い
ことを特徴とする変位測定装置。 - 前記被照射位置の移動が開始された後に、前記撮像素子の露光が開始されることを特徴とする請求項1に記載の変位測定装置。
- 前記円周の直径は、前記被照射面に存在する凹凸の周期よりも大きいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の変位測定装置。
- 前記駆動ステージが前記被照射位置を移動させる速度は、前記撮像素子の1回の露光時間中は一定であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の変位測定装置。
- 対象物の被照射面における被照射位置に集光された照射光を照射する投光光学系と、
前記投光光学系の光軸と斜めに交わる光軸を有しており前記照射光が前記被照射位置で反射された反射光を撮像素子の受光面に集光する第1の受光光学系および第2の受光光学系と、
前記撮像素子の露光時間中は、前記投光光学系と前記対象物とを相対的に移動させて前記被照射位置を静止させることなく移動させる駆動ステージとを備え、
前記第1の受光光学系の光軸と前記投光光学系の光軸とを含む平面は、前記第2の受光光学系の光軸と前記投光光学系の光軸とを含む平面とは異なり、
前記駆動ステージは、前記第1の受光光学系によって受光された光量と前記第2の受光光学系によって受光された光量との違いに基づいて決定された方向に前記被照射位置を移動させ、
前記第1の受光光学系の前記受光面および前記第2の受光光学系の前記受光面の少なくとも一方における前記反射光の集光位置の変位を計測することで前記被照射面の変位を測定する
ことを特徴とする変位測定装置。 - 対象物の被照射面における被照射位置に集光された照射光を照射する投光光学系と、
前記投光光学系の光軸と斜めに交わる光軸を有しており前記照射光が前記被照射位置で反射された反射光を撮像素子の受光面に集光する受光光学系と、
前記撮像素子の露光時間中は、前記投光光学系と前記対象物とを相対的に移動させて前記被照射位置を静止させることなく移動させる駆動ステージとを備え、
前記駆動ステージは、前記撮像素子によって撮影された画像に基づいて決定された方向に前記被照射位置を移動させ、
前記受光面における前記反射光の集光位置の変位を計測することで前記被照射面の変位を測定する
ことを特徴とする変位測定装置。 - 前記撮像素子の1回の露光時間中に前記駆動ステージが前記被照射位置を移動させる量は、前記被照射面に存在する凹凸の周期よりも大きいことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の変位測定装置。
- 前記受光光学系は、透過率が1%以下のフィルターを備えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の変位測定装置。
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