JP6852455B2 - 光学計測装置 - Google Patents

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Description

本発明の一態様は光学計測装置に関する。
計測対象物の表面形状等を非接触で計測する装置として、白色共焦点方式の光学計測装置が知られている（例えば特許文献１）。
共焦点方式において白色光を用いる場合、照射された光の波長成分のうち距離に対応する特定の波長成分のみを利用するという原理上、単色レーザを使用する三角測距方式に比べて光の利用効率が低いという問題がある。この問題に対し、複数のコアを用いることで光量を増やす技術が提案されている。複数のコアから光を計測対象物に照射し、計測対象物で反射した反射光に応じた複数の計測値を取得し、複数の計測値の全てを平均して一つの計測値を取得する技術が提案されている。
特開２０１２−２０８１０２号公報（２０１２年１０月２５日公開）
しかしながら、上述のような従来技術は、一律複数の計測値の全てを平均して一つの計測値を取得している。このため、計測対象物の表面形状が細かく変化する箇所において、計測値がなまってしまい、計測対象物の表面形状を正確に計測できないという問題がある。
本発明の一態様は、計測対象物の表面形状によらず、計測対象物の表面形状を正確に計測することを実現することを目的とする。
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学計測装置は、光源と、前記光源からの照射光に対して配置される、前記照射光を計測対象物に照射し、前記計測対象物の計測面からの反射光を受光する光学系と、前記光学系で受光された前記反射光を各波長成分に分離する少なくとも１つの分光器と、前記分光器による分光方向に対応させて複数の受光素子が配置された受光部と、複数のコアを含み、前記光源および前記光学系、ならびに前記光学系および前記分光器を光学的に接続する導光部と、処理部とを備え、前記処理部は、前記コアの各々に対応する前記反射光の各々について、前記反射光に応じて前記光学系と前記計測対象物との距離を算出し、前記反射光の各々について、前記距離を示す値と閾値とを比較し、全てのコアに対応する前記反射光において、前記距離を示す値が前記閾値以上、または前記距離を示す値が前記閾値未満である場合は、全ての距離を示す値の平均値を算出し、一部のコアに対応する前記反射光において、前記距離を示す値が前記閾値以上であり、前記一部のコア以外のコアに対応する前記反射光において、前記距離を示す値が前記閾値未満である場合は、前記閾値以上の距離を示す値の平均値、または前記閾値未満の距離を示す値の平均値を算出する。
計測対象物として、高さの異なる複数の平面を有しており、各平面の境界部分の高さ変化が急峻であるような形状のものが想定される。このような構成の場合、複数箇所での距離の測定を単純に平均化すると、境界部分の急峻な高さ変化を正確に測定することができないという問題がある。
これに対して、前記の構成によれば、全てのコアに対応する前記反射光において、前記距離を示す値が前記閾値以上、または前記距離を示す値が前記閾値未満である場合は、全ての距離を示す値の平均値を算出している。よって、この場合には、測定点が全て特定の同じ高さの平面上にあることが想定されるので、該平面の高さを正確に測定できる。
また、前記の構成によれば、一部のコアに対応する前記反射光において、前記距離を示す値が前記閾値以上であり、前記一部のコア以外のコアにおいて、前記距離を示す値が前記閾値未満である場合は、前記閾値以上の距離を示す値の平均値、または前記閾値未満の距離を示す値の平均値を算出する。よって、この場合には、測定点が互いに異なる高さの２つの平面上に分布していることが想定されるので、閾値を境にそれぞれ平均値を算出することによって、それぞれの平面の高さを正確に測定できる。
以上より、高さの異なる複数の平面を有する計測対象物の形状をより正確に計測することが可能となる。
本発明の一態様に係る光学計測装置において、前記処理部は、前記閾値を、距離が所定値よりも変化する場合の変化の前後の前記距離を示す値から算出してもよい。
前記の構成によれば、計測対象物の形状に応じて、閾値を定めることができる。
本発明の一態様に係る光学計測装置において、前記受光部が、前記コアに対応する反射光の各々に対応して複数設けられていてもよい。
前記の構成によれば、コアに対応する反射光の各々に対応して受光部が設けられているので、光源は複数のコアに対して照射光を同時に照射できる。したがって、光源を単一にすることができる。
本発明の一態様に係る光学計測装置において、前記複数の受光素子は、前記受光部の受光面上に二次元配置されており、前記コアに対応する反射光の各々に対応して複数の受光素子が設けてもよい。
前記の構成によれば、１つの受光部により、複数のコアから伝播した反射光を受光することができる。
本発明の一態様に係る光学計測装置において、前記光源が複数設けられているとともに、前記光源が発生する照射光の各々が前記計測対象物に照射される位置が異なっており、前記処理部が、前記光源の各々に対して光照射タイミングを異ならせることによって、前記コアの各々に対応する前記反射光の各々について、前記反射光に応じて前記光学系と前記計測対象物との距離を算出してもよい。
前記の構成によれば、光源を複数設けることにより、コアに対応する反射光毎に受光部を設ける必要がない。
本発明の一態様に係る光学計測装置において、前記処理部が、前記コアの各々に関して、前記距離を示す値が前記閾値以上に変化する時間的変化点を抽出するとともに、前記コアの全てに関して前記時間的変化点を揃えた上で、前記閾値以上の距離を示す値の平均値、または前記閾値未満の距離を示す値の平均値を算出してもよい。
前記の構成によれば、時間軸をずらすことにより、計測位置のずれを補正することができる。
本発明の一態様によれば、計測対象物の表面形状を正確に計測できる、という効果を奏する。
本発明の実施形態１に係る光学計測装置の装置構成の一例を示す概念図である。 本発明の実施形態１に係る光学計測装置の装置構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る光学計測装置による計測処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る光学計測装置において、出射光が計測面の面上の複数の位置につくるスポットの個数および位置を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る光学計測装置によって取得される計測値と比較例の計測値を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る光学計測装置による計測処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３に係る光学計測装置において、出射光が計測面の面上の複数の位置につくるスポットの個数および位置を示す模式図である。 本発明の実施形態３に係る光学計測装置によって取得される計測値と比較例の計測値を示すグラフである。 本発明の実施形態３に係る光学計測装置の装置構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態４に係る光学計測装置の装置構成の一例を示す模式図である。
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
（光学計測装置の構成）
本実施形態に係る、光学計測装置１の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る光学計測装置１の一例を示す概要図である。図２は、本実施形態１に係る光学計測装置１の装置構成の一例を示す模式図である。
光学計測装置１は、投光部１０、導光部２０、光分岐部３０、光学系４０、分光器５０、受光部６０、および処理部７０を備えている。
光学計測装置１は、計測対象物８０の計測面の面上の複数の位置（以下、スポットと呼称する）に対して、投光部１０にて発生させた複数の光を投光し、当該複数のスポットからの反射光に応じて、光学系４０と計測対象物８０との間の距離を算出することができる。なお、本実施形態において、光学計測装置１は、白色共焦点方式にて光学系４０と計測対象物８０との間の距離を算出することができる。すなわち、光学計測装置１は、計測対象物８０の計測面の面上に光の焦点を合わせたときの計測値に応じて、光学系４０と計測対象物８０との間の距離を算出することができる。
投光部１０は、複数の光源１２１，１２２，…，１２Ｎ、および複数のドライバ１４１，１４２，…，１４Ｎを備える。
導光部２０は、投光部１０と光分岐部３０とを接続し、光分岐部３０と光学系４０とを接続する。投光部１０と光分岐部３０とを接続する導光部２０は、複数のコア２２１，２２２，…，２２Ｎを有する。また、光分岐部３０と光学系４０とを接続する導光部２０は、複数のコア２４１，２４２，…，２４Ｎを有する。導光部２０は、光源１２１，１２２，…，１２Ｎにて発生した光を、コア２２１，２２２，…，２２Ｎ、光分岐部３０、およびコア２４１，２４２，…，２４Ｎを経由して光学系４０へ伝搬する。
また導光部２０は、光分岐部３０と分光器５０とを接続する。光分岐部３０と分光器５０とを接続する導光部２０は、複数のコア２６１，２６２，…，２６Ｎを有する。導光部２０は、光学系４０にて受光した計測対象物８０の計測面における反射光を、コア２６１，２６２，…，２６Ｎを経由して分光器５０に伝搬する。
光源１２１，１２２，…，１２Ｎは、コア２２１，２２２，…，２２Ｎに光を入射する。光源１２１，１２２，…，１２Ｎは、複数の波長成分を含む光を発生する。例えば、光源１２１，１２２，…，１２Ｎは白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。
ドライバ１４１，１４２，…，１４Ｎは、処理部７０の制御にしたがって光源１２１，１２２，…，１２Ｎを点灯させる。
光分岐部３０は、導光部２０のコアごとに、投光部１０から光学系４０への光の経路を分岐する。また光分岐部３０は、導光部２０のコアごとに、光学系４０から分光器５０への光の経路を分岐する。光分岐部３０は、複数の光カプラ３０１，３０２，…，３０Ｎを備える。
光学系４０は、光源１２１，１２２，…，１２Ｎが発生した光を計測対象物８０の計測面へ出射する。また、光学系４０は、計測対象物８０の計測面の面上で反射した反射光を受光し、導光部２０に伝搬する。より具体的には、光学系４０は、導光部２０が有するコア２４１，２４２，…，２４Ｎを経由した複数の照射光を計測対象物８０に照射し、反射光をコア２４１，２４２，…，２４Ｎ、光分岐部３０、およびコア２６１，２６２，…，２６Ｎを経由して分光器５０へ伝搬する。
光学系４０の計測対象物８０との対向面は、複数のコア２４１，２４２，…，２４Ｎの各々と対応する複数のピンホールを有する。複数の照射光は、対応する複数のピンホールから計測対象物８０に照射される。
分光器５０は回折格子５２１，５２２，…，５２Ｎを含む。回折格子５２１，５２２，…，５２Ｎは、導光部２０が備えるコア２６１，２６２，…，２６Ｎの各々に対応して設けられている。分光器５０は、導光部２０が備えるコア２６１，２６２，…，２６Ｎを経由した複数の反射光を、波長成分ごとに分離する。分光器５０は、分離後の反射光を受光部６０に伝播する。なお、分光器５０は、反射光を波長成分ごとに分離できれば、回折格子以外の任意のデバイスを採用してもよい。
受光部６０は、撮像素子６２１，６２２，…，６２Ｎ、およびアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器６４１，６４２，…，６４Ｎを備える。撮像素子６２１，６２２，…，６２Ｎ、およびアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器６４１，６４２，…，６４Ｎは、導光部２０が備えるコア２６１，２６２，…，２６Ｎの各々に対応して設けられている。撮像素子６２１，６２２，…，６２Ｎは、複数の受光素子が１次元に配列された１次元撮像素子である。複数の受光素子は、分光器５０による分光方向に対応させて配置される。撮像素子６２１，６２２，…，６２Ｎの各受光素子が、反射光の各波長成分を受光する。分光器５０で波長成分ごとに分離された反射光の、波長成分ごとの強度を検出する。Ａ／Ｄ変換器６４１，６４２，…，６４Ｎは、検出結果をＡ／Ｄ変換して、計測値１，２，…，Ｎとして処理部７０へ出力する。
処理部７０は、光学計測装置１の各部を統合して制御する。例えば、処理部７０は、光源１２１，１２２，…，１２Ｎの点灯および消灯を制御する。また処理部７０は、受光部６０から入力した計測値１，２，…，Ｎから、光学系４０と計測対象物８０との間の距離を算出することができる。
（処理部７０における処理例）
続いて、図３のフローチャートを参照して、本実施形態に係る光学計測装置１の処理部７０における処理の一例を説明する。
図３のフローチャートで示す処理に先立ち、処理部７０は、コア２４１，２４２，…，２４Ｎの各々と対応する計測値１，２，…，Ｎの各々から、ピンホールの各々と、該ピンホールと対向する計測対象物８０の計測面との間の距離を算出する。
（ステップＳ１０）
処理部７０は、全てのコアに対応する距離を示す値の各々と閾値とを比較する。処理部７０は、全ての距離を示す値が閾値以上、または全ての距離を示す値が閾値未満であるか否かを判定する。処理部７０が、全てが閾値以上、または閾値未満と判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２に移行する。処理部７０が、一部が閾値以上で残りが閾値未満と判定した場合（ＮＯ）には、ステップＳ１４に移行する。
（ステップＳ１２）
処理部７０は、全ての距離を示す値の平均値を算出する。
（ステップＳ１４）
処理部７０は、閾値以上の距離を示す値の平均値を算出する、または閾値未満の距離を示す値の平均値を算出する。距離を示す値の一部が閾値以上で残りが閾値未満の場合には、測定点が互いに異なる高さの２つの平面上に分布していることが想定されるので、閾値を境にそれぞれ平均値を算出することによって、それぞれの平面の高さを正確に測定できる。処理部７０は、閾値以上の距離を示す値群と閾値未満の距離を示す値群とのうち、多数の値を含む方を平均値の算出に用いてもよい。
（ステップＳ１６）
処理部７０は、ステップＳ１２またはステップＳ１４で算出された平均値をセンサ計測値として出力する。
このように、本実施形態の光学計測装置１ｂは、計測対象物８０の形状が平坦な場合にも、細かく変化する場合にも、正確な計測をすることができる。
続いて、ステップＳ１０で用いる閾値の説明をする。
処理部７０は、光源１２１，１２２，…，１２Ｎの照射毎の、コア２４１，２４２，…，２４Ｎの各々と対応する距離を算出する。処理部７０は、コア２４１，２４２，…，２４Ｎの各々と対応する距離の各々の差が所定値以内である位置を平坦位置として抽出し、該平坦位置の距離を各々の距離を示す値を平均して算出する。所定値とは、計測対象物８０の形状が大きく変化していないとみなしてもよい距離の差と判定される値の限界値である。換言すると、距離の差が、所定値よりも大きければ、計測対象物８０の形状が変化したとみなすことができる。処理部７０は、複数の平坦位置を抽出する。処理部７０は、隣り合う平坦位置の間の箇所においてのセンサ計測値の算出に用いる閾値を、隣り合う平坦位置における各々の距離の間の値に定める。
図４は、光学系４０が、計測対象物８０の形状が変化する箇所に光を照射する場合を示す。
図４に示すように、コア２４１を経由した照射光は、計測対象物８０の計測面の面上のスポット８２１を照射する。同様に、コア２４２を経由した照射光は、計測対象物８０の計測面の面上のスポット８２２を照射し、コア２４３を経由した照射光は、計測対象物８０の計測面の面上のスポット８２３を照射し、コア２４４を経由した照射光は、計測対象物８０の計測面の面上のスポット８２４を照射し、コア２４５を経由した照射光は、計測対象物８０の計測面の面上のスポット８２５を照射する。
光学系４０は、矢印Ｓの方向に移動される。光学系４０は、図４で示す場合の照射よりも前には、矢印Ｓ方向の上流側の領域を照射し、図４で示す場合の照射よりも後には、矢印Ｓ方向の下流側の領域を照射する。
図４で示す場合の照射よりも前の照射において受光した反射光に応じて、スポット８２５，８２４，８２３を含む領域の光学系４０からの距離を１．０ｍｍと算出する。また、図４で示す場合の照射よりも後の照射において受光した反射光に応じて、スポット８２２，８２１を含む領域の光学系４０からの距離を２．０ｍｍと算出する。そして、図４で示す場合の照射時のセンサ計測値の算出に用いる閾値を、１．０ｍｍと２．０ｍｍとの間の１．５ｍｍに定める。
図４で示す場合においては、スポット８２５と対応するピンホールとの距離を示す値、スポット８２４と対応するピンホールとの距離を示す値、およびスポット８２３と対応するピンホールとの距離を示す値が閾値未満である。したがって、処理部７０は、スポット８２５と対応するピンホールとの距離を示す値、スポット８２４と対応するピンホールとの距離を示す値、およびスポット８２３と対応するピンホールとの距離を示す値の平均値がセンサ計測値として出力する。
図５は、本実施形態に係る光学計測装置１で取得したセンサ計測値と、比較例の光学計測装置で取得した計測値とを示す。
比較例の光学計測装置においては、本実施形態と同様の方法で反射光に応じて算出した距離を示す値を、閾値と比較することなく、一律に複数の距離を示す値を平均することにより計測値を算出する。ここで、本実施形態において計測対象物８０は、高さの異なる複数の平面を有しており、各平面の境界部分の高さ変化が急峻であるような形状のものを想定している。このような構成の場合、複数箇所での距離の測定を単純に平均化すると、境界部分の急峻な高さ変化を正確に測定することができない。
これに対し、本実施形態に係る光学計測装置１においては、全ての距離を示す値が閾値以上、または閾値未満でない場合には、閾値以上、または閾値未満の距離を示す値だけを平均してセンサ計測値とする。このため、計測対象物８０の高さの異なる複数の平面の境界部分の急峻な高さ変化を正確に測定することができる。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図６〜８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態に係る光学計測装置１は、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材を備えているので、部材については、その説明を省略する。
（処理部７０における処理例）
図６は、本実施形態に係る光学計測装置１の処理部７０における処理の一例を説明するフローチャートである。
図６のフローチャートで示す処理に先立ち、処理部７０は、コア２４１，２４２，…，２４Ｎの各々と対応する計測値１，２，…，Ｎの各々から、ピンホールの各々と、該ピンホールと対向する計測対象物８０の計測面との間の距離を算出する。
（ステップＳ２０）
処理部７０は、全てのコアに対応する距離を示す値の各々と閾値とを比較する。処理部７０は、全ての距離を示す値が閾値以上、または全ての距離を示す値が閾値未満であるか否かを判定する。処理部７０が、全てが閾値以上、または閾値未満と判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２２に移行する。処理部７０が、一部が閾値以上で残りが閾値未満と判定した場合（ＮＯ）には、ステップＳ２４に移行する。
（ステップＳ２２）
処理部７０は、全ての距離を示す値の平均値を算出する。
（ステップＳ２４）
ステップＳ２４における処理を、図７を参照して説明する。
図７の（ａ）は、光学系４０が、計測対象物８０の形状が変化する箇所に光を照射する場合を示す。
図７の（ａ）に示すように、コア２４１’を経由した照射光は、計測対象物８０の計測面の面上のスポット８２１’を照射する。同様に、コア２４２’を経由した照射光は、計測対象物８０の計測面の面上のスポット８２２’を照射し、コア２４３’を経由した照射光は、計測対象物８０の計測面の面上のスポット８２３’を照射する。
図７の（ｂ）は、各々のコアに対応する距離を示す値の時間変化を示す。図７の（ｂ）において、○でコア２４１’に対応する距離の値の時間変化を示し、△でコア２４２’に対応する距離の値の時間変化を示し、×でコア２４３’に対応する距離の値の時間変化を示す。
時間１において、コア２４１’を経由した照射光に応じて計測された距離を示す値は閾値以上に変化する。この時点を時間的変化点と称する。また時間１において、コア２４２’を経由した照射光に応じて計測された距離を示す値は０ｍｍであり、コア２４３’を経由した照射光に応じて計測された距離を示す値は０ｍｍである。すなわち、図７の（ａ）は、時間１における照射を示す。
時間２において、コア２４２’を経由した照射光に応じて計測された距離を示す値は閾値以上に変化する。すなわち、コア２４２’に対応する距離を示す値の時間的変化点は時間２である。また時間２において、コア２４３’を経由した照射光に応じて計測された距離を示す値は０ｍｍのままである。
時間３において、コア２４３’を経由した照射光に応じて計測された距離を示す値は閾値以上に変化する。すなわち、コア２４３’に対応する距離を示す値の時間的変化点は時間３である。
このような場合において、本実施形態では、最後に変化点が現れるコア（コア２４３’）の距離を示す値の時間的変化点に他のコア（２４１’，２４２’）の距離を示す値の時間的変化点が重なるように、図７の（ｂ）に示す矢印のように、他のコアの時間軸をずらす。すなわち、時間３におけるセンサ計測値の算出において、コア２４１’に対応する距離を示す値は時間１の値を採用し、コア２４２’に対応する距離を示す値は時間２の値を採用し、コア２４３’に対応する距離を示す値は時間３の値を採用する。このように、本実施形態では、計測位置のずれを、時間軸をずらすことで補正することにより、より正確な距離を示す値を得ることができる。
（ステップＳ２６）
処理部７０は、ステップＳ２２またはステップＳ２４で算出された平均値をセンサ計測値として出力する。
このように、本実施形態の光学計測装置１は、計測対象物８０の形状が平坦な場合にも、細かく変化する場合にも、正確な計測をすることができる。
図８は、本実施形態に係る光学計測装置１で取得したセンサ計測値と、比較例の光学計測装置で取得した計測値とを示す。
比較例の光学計測装置においては、本実施形態と同様の方法で反射光に応じて算出した距離を示す値を、閾値と比較することなく、一律に複数の距離を示す値を平均することにより計測値を算出する。複数箇所での距離の測定を単純に平均化しているので、高さの異なる複数の平面の各々の境界部分の急峻な高さ変化を正確に測定することができない。
これに対し、本実施形態に係る光学計測装置１においては、全ての距離を示す値が閾値以上、または閾値未満でない場合には、各々のコアに対応する距離を示す値の変化点を参照して、各々のコアに対応する距離を示す値の時間変化の時間軸をずらす。このため、計測対象物８０の高さの異なる複数の平面の境界部分の急峻な高さ変化を正確に測定することができる。
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図９の（ａ）は、本実施形態に係る光学計測装置１ａの装置構成の一例を示す模式図である。
本実施形態に係る光学計測装置１ａは、単一の分光器５０ａ、および単一の受光部６０ａを備える。すなわち、導光部２０のコア２６１，２６２，…，２６Ｎ毎に分光器、および受光部を備えない。
なお、本実施形態に係る光学計測装置１ａは、分光器５０ａ、および受光部６０ａ以外は、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材を備えているので、これらの部材については、その説明を省略する。
受光部６０ａは、撮像素子６２ａ、およびＡ／Ｄ変換部６４ａを備える。
図９の（ｂ）に示すように、撮像素子６２ａは、複数の受光素子が２次元に配列された２次元撮像素子である。図９の（ｂ）に示す横方向に並ぶ受光素子が、１つのコアに対応する反射光の各波長成分を受光する。図９の（ｂ）に示す縦方向に並ぶ受光素子は、各々のコアに対応する反射光を受光する。
なお、上記実施形態において、処理部７０は、ドライバ１４１，１４２，…，１４Ｎを複数の光源１２１，１２２，…，１２Ｎが同時に照射するように制御している。しかしながら、光源は単一でもよく、単一の光源が複数のコア２２１，２２２，…，２２Ｎに照射光を照射する構成であってもよい。
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図７は、本実施形態に係る光学計測装置１ｂの装置構成の一例を示す模式図である。
本実施形態に係る光学計測装置１ｂは、受光部６０ｂ、および処理部７０ｂ以外は、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材を備えているので、これらの部材については、その説明を省略する。
本実施形態の処理部７０ｂは、ドライバ１４１，１４２，…，１４Ｎを複数の光源１２１，１２２，…，１２Ｎが異なる光照射タイミングで照射するように制御する。したがって、光源１２１，１２２，…，１２Ｎの各々は、対応するコア２２１，２２２，…，２２Ｎの各々に、異なる光照射タイミングで照射光を照射する。また、コア２４１，２４２，…，２４Ｎの各々は、異なるタイミングで計測対象物の計測面からの反射光を受光する。
また、本実施形態の受光部６０ｂは、単一の撮像素子６２ｂ、およびＡ／Ｄ変換器６４ｂを備える。本実施形態の撮像素子６２ｂは、実施形態１と同様の、複数の受光素子が１次元に配列された１次元撮像素子である。撮像素子６２ｂは、コア２４１，２４２，…，２４Ｎ、およびコア２６１，２６２，…，２６Ｎを伝播した反射光を、コア毎に順次受光する。
１，１ａ，１ｂ 光学計測装置
１２１，１２２，…，１２Ｎ 光源
２０ 導光部
２２１，２２２，…，２２Ｎ，２４１，２４２，…，２４Ｎ，２６１，２６２，…，２６Ｎ コア
４０ 光学系
５０ 分光器
６０ 受光部

Claims (5)

  1. 光源と、
    前記光源からの照射光に対して配置される、前記照射光を計測対象物に照射し、前記計測対象物の計測面からの反射光を受光する光学系と、
    前記光学系で受光された前記反射光を各波長成分に分離する少なくとも１つの分光器と、
    前記分光器による分光方向に対応させて複数の受光素子が配置された受光部と、
    複数のコアを含み、前記光源および前記光学系、ならびに前記光学系および前記分光器を光学的に接続する導光部と、
    処理部と
    を備え、
    前記処理部は、
    前記コアの各々に対応する前記反射光の各々について、前記反射光に応じて前記光学系と前記計測対象物との距離を算出し、
    前記反射光の各々について、前記距離を示す値と閾値とを比較し、
    全てのコアに対応する前記反射光において、前記距離を示す値が前記閾値以上、または前記距離を示す値が前記閾値未満である場合は、全ての距離を示す値の平均値を算出し、
    一部のコアに対応する前記反射光において、前記距離を示す値が前記閾値以上であり、前記一部のコア以外のコアに対応する前記反射光において、前記距離を示す値が前記閾値未満である場合は、前記閾値以上の距離を示す値の平均値、または前記閾値未満の距離を示す値の平均値を算出し、
    前記コアの各々に関して、前記距離を示す値が前記閾値以上に変化する時間的変化点を抽出するとともに、前記コアの全てに関して前記時間的変化点を揃えた上で、前記閾値以上の距離を示す値の平均値、または前記閾値未満の距離を示す値の平均値を算出する
    光学計測装置。
  2. 前記処理部は、前記閾値を、距離が所定値よりも変化する場合の変化の前後の前記距離を示す値から算出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光学計測装置。
  3. 前記受光部が、前記コアに対応する反射光の各々に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学計測装置。
  4. 前記複数の受光素子は、前記受光部の受光面上に二次元配置されており、前記コアに対応する反射光の各々に対応して複数の受光素子が設けられている
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学計測装置。
  5. 前記光源が複数設けられているとともに、前記光源が発生する照射光の各々が前記計測対象物に照射される位置が異なっており、
    前記処理部が、前記光源の各々に対して光照射タイミングを異ならせることによって、前記コアの各々に対応する前記反射光の各々について、前記反射光に応じて前記光学系と前記計測対象物との距離を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の光学計測装置。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6969453B2 (ja) * 2018-03-12 2021-11-24 オムロン株式会社 光学計測装置
JP7445201B2 (ja) * 2019-01-11 2024-03-07 オムロン株式会社 光学計測装置及び光学計測方法
CN112254683B (zh) * 2020-10-27 2021-09-03 常州市新创智能科技有限公司 一种复材拉挤件直线度评估方法

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH109815A (ja) 1996-06-19 1998-01-16 Nippon Signal Co Ltd:The 物体位置検出装置
CN2515653Y (zh) 2001-07-11 2002-10-09 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 远离物体微位移测量装置
JP4382315B2 (ja) * 2001-09-28 2009-12-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ ウェーハバンプの外観検査方法及びウェーハバンプの外観検査装置
JP2004340832A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回路基板の外観検査方法及び回路基板の外観検査装置
US7534298B2 (en) 2003-09-19 2009-05-19 Applied Materials, Inc. Apparatus and method of detecting the electroless deposition endpoint
JP4522724B2 (ja) 2004-03-16 2010-08-11 株式会社トプコン 光画像計測装置
US7898524B2 (en) 2005-06-30 2011-03-01 Logitech Europe S.A. Optical displacement detection over varied surfaces
JP4895255B2 (ja) * 2005-09-22 2012-03-14 富士フイルム株式会社 共焦点顕微鏡装置
US7995055B1 (en) * 2007-05-25 2011-08-09 Google Inc. Classifying objects in a scene
CA2697543C (en) * 2007-08-31 2016-01-26 Abb Ltd. Web thickness measurement device
JP5186902B2 (ja) * 2007-11-30 2013-04-24 トヨタ自動車株式会社 塗工膜の粘性評価方法およびその装置
CN101655601B (zh) 2008-08-22 2012-09-26 麦克奥迪实业集团有限公司 一种基于dmd的结构光显微镜成像方法及系统
JP2011017552A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Oputouea Kk 多点変位検出装置
JP5326990B2 (ja) 2009-10-26 2013-10-30 株式会社Ｉｈｉ 塗布状態検査装置及び方法並びにプログラム
JP5289501B2 (ja) 2010-07-07 2013-09-11 三洋電機株式会社 物体検出装置および情報取得装置
JP5679427B2 (ja) * 2010-12-16 2015-03-04 株式会社キーエンス 光学式変位センサ及び該光学式変位センサにおける段差検出方法
JP5790178B2 (ja) 2011-03-14 2015-10-07 オムロン株式会社 共焦点計測装置
JP5516521B2 (ja) 2011-06-29 2014-06-11 株式会社島津製作所 分光光度計
US8797512B2 (en) 2011-09-15 2014-08-05 Advanced Scientific Concepts, Inc. Automatic range corrected flash ladar camera
JP6009753B2 (ja) 2011-10-26 2016-10-19 株式会社トプコン 画像測定装置
CN102591120B (zh) 2012-02-22 2014-10-15 海信集团有限公司 光源装置、光源产生方法及包含光源装置的激光投影机
EP2682776B1 (de) 2012-07-07 2017-06-28 Airbus DS Electronics and Border Security GmbH Verfahren zur Detektion von gepulster Laserstrahlung sowie bildgebender Laserwarner
JP5994504B2 (ja) 2012-09-14 2016-09-21 オムロン株式会社 共焦点計測装置
EP2912405B1 (en) 2012-10-29 2017-10-18 7D Surgical Inc. Integrated illumination and optical surface topology detection system and methods of use thereof
DE102012111008B4 (de) * 2012-11-15 2014-05-22 Precitec Optronik Gmbh Optisches Messverfahren und optische Messvorrichtung zum Erfassen einer Oberflächentopographie
TW201423036A (zh) * 2012-12-06 2014-06-16 Carmar Accuracy Co Ltd 手動白光干涉階高量測方法
JP6044315B2 (ja) 2012-12-12 2016-12-14 オムロン株式会社 変位計測方法および変位計測装置
ES2875952T3 (es) 2013-01-11 2021-11-11 Impossible Foods Inc Métodos y composiciones para productos de consumo
JP5966982B2 (ja) * 2013-03-15 2016-08-10 オムロン株式会社 共焦点計測装置
JP6236216B2 (ja) 2013-04-16 2017-11-22 株式会社ニューフレアテクノロジー 検査装置および検査方法
EP2813809A1 (en) * 2013-06-06 2014-12-17 Canon Kabushiki Kaisha Device and method for measuring the dimensions of an objet and method for producing an item using said device
US20150002852A1 (en) * 2013-06-26 2015-01-01 Zygo Corporation Coherence scanning interferometry using phase shifted interferometrty signals
TWI465683B (zh) * 2013-08-20 2014-12-21 Univ Nat Taiwan 差動濾波式彩色共焦量測系統
CN103434149B (zh) 2013-08-30 2016-02-17 成都精密光学工程研究中心 并行扫描激光预处理装置及方法
JP6189191B2 (ja) * 2013-11-21 2017-08-30 Dmg森精機株式会社 表面形状測定装置および工作機械
DE102014002514B4 (de) * 2014-02-21 2015-10-29 Universität Stuttgart Vorrichtung und Verfahren zur multi- oder hyperspektralen Bildgebung und / oder zur Distanz- und / oder 2-D oder 3-D Profilmessung eines Objekts mittels Spektrometrie

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