JP7087283B2

JP7087283B2 - 計測装置および計測方法

Info

Publication number: JP7087283B2
Application number: JP2017111766A
Authority: JP
Inventors: 二朗松田; 宏之堀田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2037-06-06
Also published as: JP2018205171A

Description

本発明は、計測装置および計測方法に関する。

特許文献１には、第１のレーザ光を出射する第１の発光素子、および該第１の発光素子に隣接する位置で第１のレーザ光と波長の異なる第２のレーザ光を出射する第２の発光素子を備えた光源と、第１のレーザ光が光記録媒体で反射した第１の戻り光を受光する第１の受光素子、および第２のレーザ光が光記録媒体で反射した第２の戻り光を第１の受光素子に隣接する位置で受光する第２の受光素子を備えた受光器と、光源および受光器が搭載された装置フレームとを有する光ヘッド装置において、受光器に対しては、該受光器を光軸周りに回転させるときの回転中心軸線を第１の受光素子および第２の受光素子のうちのいずれか一方の受光素子を通る位置に規定する回転中心位置規定手段が構成されていることを特徴とする光ヘッド装置が開示されている。

特許文献２には、移動経路の周囲に配置された設置位置が既知の２個以上の反射手段と、移動体に搭載されて反射手段に対し光あるいは電波もしくは音波を水平方向に投射して、その反射光あるいは反射波により移動体の進行方向と反射光あるいは反射波の入射角度との間の相対角度を計測する計測手段と、移動体に搭載されて該移動体の進行方向に沿った走行距離を計測する計測手段と、移動体に搭載されて該移動体の進行方向を向きとして計測する計測手段と、反射手段の設置位置、移動体から見た反射手段に対する現在およびそれより一定時間前の相対角度、一定時間前から現在に至るまでの移動体の位置の変位量と向きの変位量とから、移動体の絶対位置および向きを演算する演算手段とを備えたことを特徴とする移動体の位置計測装置が開示されている。特許文献２では、計測手段として、回転可能とされた投光器と受光器とを備えたレーザセンサを用いている。

特許文献３には、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物にて回折したＸ線を受光面で受光して、受光面に形成される回折環の形状や回折環ごとの強度を測定し、この形状や強度から測定対象物の残留応力や測定対象物の構成物質の特定の相の割合など、測定対象物の特性を評価するＸ線回折測定装置が開示されている。特許文献３では、中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブルを備え、該テーブルを、貫通孔の中心軸回りに回転させている。

特開２００４－３４２１８６号公報特開平１１－２７１０４３号公報特開２０１３－０１５４１４号公報

本発明の課題は、光源からの照射光を光学系を介して対象物に照射し、対象物からの反射光を用いて対象物を計測する計測装置において、受光部と対象物との相対的な回転機構を有さない場合と比較して、ライン状の受光部を用いた場合の対象物の計測範囲をより拡大することである。

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、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、複数の受光素子が予め定められた方向に配置されかつ前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置されるとともに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受光する受光部と、前記照射光の前記対象物に対する照射位置を維持したまま前記照射光の照射方向を回転軸として前記受光部の前記対象物に対する相対的な位置を回転させると共に、前記発光部と前記対象物とを一体かつ同心で回転させる回転機構である回転部と、を含むものである。

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、前記回転部は、前記第１のレンズ、前記絞り部、および前記第２のレンズの少なくとも１つを前記受光部と一体かつ同心でさらに回転させる回転機構であるものである。

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、前記回転部は、前記受光部および前記第２のレンズが一体として収納された鏡筒を含むものである。

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、前記鏡筒には前記絞り部がさらに一体として収納されているものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記対象物を前記予め定められた方向と交差する方向に移動させる移動部をさらに含むものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回転部は、前記第１のレンズ、前記絞り部、前記第２のレンズ、前記受光部の各々が一体として収納された鏡筒を含むものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記発光部は、複数の発光素子が前記予め定められた方向と交差する方向に配置されているものである。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記複数の発光素子の各々の発光と、前記複数の受光素子の各々の受光光量の取得とを制御する制御部をさらに含み、前記制御部は前記複数の発光素子の各々を順次発光させ、かつ前記複数の発光素子の発光のつど前記複数の受光素子によって受光光量が取得されるように制御するものである。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記回転部は、前記回転軸を中心として予め定められた角度ステップで回転し、前記制御部は、前記予め定められた角度ステップごとに受光光量が取得されるように制御するものである。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記回転部は、前記回転軸を中心として連続的に回転し、前記制御部は、前記回転部を回転させつつ受光光量が取得されるように制御するものである。

上記目的を達成するために、請求項１１に記載の計測方法は、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、複数の受光素子が予め定められた方向に配置されかつ前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置されるとともに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受光する受光部と、を含む計測装置を用いた計測方法であって、前記照射光の前記対象物に対する照射位置を維持したまま前記照射光の照射方向を回転軸として前記受光部の前記対象物に対する相対的な位置を回転させると共に、前記発光部と前記対象物とを一体かつ同心で回転させつつ前記複数の受光素子によって前記反射光の受光光量を取得するものである。

請求項１および請求項１１に記載の発明によれば、光源からの照射光を光学系を介して対象物に照射し、対象物からの反射光を用いて対象物を計測する計測装置において、受光部と対象物との相対的な回転機構を有さない場合と比較して、ライン状の受光部を用いた場合の対象物の計測範囲がより拡大される、という効果が得られる。

請求項２に記載の発明によれば、回転部が、第１のレンズ、絞り部、および第２のレンズのいずれも受光部と一体かつ同心で回転させない場合と比較して、回転機構の構成がより簡素化される、という効果が得られる。

請求項３に記載の発明によれば、回転部が、受光部および第２のレンズが一体として収納された鏡筒を含まない場合と比較して、回転部の回転がより簡易になる、という効果が得られる。

請求項４に記載の発明によれば、鏡筒に絞り部をさらに一体として収納させない場合と比較して、回転部の回転がさらに簡易になる、という効果が得られる。

請求項５に記載の発明によれば、対象物を予め定められた方向と交差する方向に移動させる移動部をさらに含まない場合と比較して、対象物を走査させつつ計測が行われる、という効果が得られる。

請求項１に記載の発明によれば、発光部と対象物とを一体かつ同心で回転させる回転機構を有さない場合と比較して、設計の自由度が増す、という効果が得られる。

請求項６に記載の発明によれば、回転部が、第１のレンズ、絞り部、第２のレンズ、受光部の各々が一体として収納された鏡筒を含まない場合と比較して、光学系の構成がより簡素化される、という効果が得られる。

請求項７に記載の発明によれば、発光部が、複数の発光素子が面状に配置されている場合と比較して、発光部のコストが低減される、という効果が得られる。

請求項８に記載の発明によれば、すべての回転角で発光素子の発光のつど複数の受光素子によって受光光量が取得されるように制御する場合と比較して、受光光量異常の場合に迅速に計測が停止される、という効果が得られる。

請求項９に記載の発明によれば、回転部が連続的に回転する場合と比較して、回転部の回転の制御が行いやすい、という効果が得られる。

請求項１０に記載の発明によれば、回転部が予め定められた角度ステップで回転する場合と比較して、より精密な計測結果が取得される、という効果が得られる。

第１の実施の形態に係る計測装置の構成の一例を示す断面図である。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、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。（ａ）は実施の形態に係る受光器の構成の一例を示す平面図、（ｂ）は受光器の光量出力特性を示すグラフである。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。第１の実施の形態に係る計測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。第２の実施の形態に係る計測装置の構成の一例を示す、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。第３の実施の形態に係る計測装置の構成の一例を示す平面図である。比較例に係る計測装置の構成を示す、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１から図５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。

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）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。

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。

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の異なる位置に個別照射される。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。

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（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等が用いられる。

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を対象物ＯＢに導くとともに、対象物ＯＢで反射された反射光を受光器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、および後述する絞り４０の開口部４２の中心を通っている。

レンズ３２は、一例として平面視で円形状の平凸レンズとされ、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。

レンズ３４は、一例として平面視で円形状の平凸レンズとされ、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。

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（図２も参照）。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、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。そして、Ｚ軸方向において、この開口部４２とレンズ３２との距離は、レンズ３２の焦点距離と略等しくされ、開口部４２とレンズ３４との距離は、レンズ３４の焦点距離と略等しくされている。

図１に示すように、本実施の形態に係る計測装置１０では、光学系３０および受光器１８を鏡筒６０の内部に収納している。すなわち、図１に示すように、鏡筒６０は下部鏡筒６２、上部鏡筒６４から構成され、受光器１８およびレンズ３４は下部鏡筒６２に、絞り４０およびレンズ３２は上部鏡筒６４に各々収納されている。本実施の形態では上部鏡筒６４は固定され、下部鏡筒６２は、鏡筒回転駆動部５４（図４参照）によって光軸Ｍを中心軸とし固定された上部鏡筒６４に対して相対的に回転可能とされている。後述するように、本実施の形態に係る受光器１８では複数の受光素子１６がＸ軸方向に１列に配置されているので、下部鏡筒６２を光軸Ｍを中心軸として回転させると、発光器１４に対する受光素子１６の位置、すなわち対象物ＯＢに対する受光素子１６の位置が変わることになる。下部鏡筒６２の回転の詳細については後述する。

図２（ａ）を参照して、計測装置１０における発光器１４からの照射光ＩＦによる対象物ＯＢへの光の照射について説明する。なお、図２（ａ）では上部鏡筒６４の図示を省略し、受光器１８の位置を受光素子１６で表している。発光器１４に搭載された発光素子１２は、一例として－Ｙ方向（図２（ａ）において符号Ｄ２で示された方向）に順次発光する。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＋Ｙ方向（図２（ａ）において符号Ｄ３で示された方向）に順次対象物ＯＢに照射する。

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、レンズ３２、絞り４０、レンズ３４を介して細く絞られ互いに平行な略円形の光束（スポット）が対象物ＯＢに個別照射される。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。

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－ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）等が用いられる。

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３（ａ）に示すように、本実施の形態に係る受光器１８は、一例として、中央に略円形の開口部１８Ｂを有する長方形の基板１８Ａの上に、複数の受光素子１６（図３（ａ）では、８個の例が示されている）が線状（ライン状）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、受光器１８における複数の受光素子１６の配置は面状（２次元状）の配置としてもよいが、本実施の形態では、受光信号の信号処理負荷軽減、コスト低減等の理由から受光素子１６の個数を削減するためにライン状としている。

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１～８は、図３（ａ）に示した受光素子１６の番号１～８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。

受光素子１６の受光面とレンズ３４との距離は、レンズ３４の焦点距離と略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。

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。

制御部２０は、図４に示すように、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１００、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）１０２、およびＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）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、あるいは後述する計測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。

バスＢＵＳには、発光器１４、受光器１８、対象物ＯＢを移動させるための移動装置（図示省略）を駆動する移動装置駆動部５２、および下部鏡筒６２を回転させるための回転装置（図示省略）を駆動する鏡筒回転駆動部５４が接続されており、発光器１４、受光器１８、移動装置駆動部５２、および鏡筒回転駆動部５４の各々は、バスＢＵＳを介してＣＰＵ１００の制御を受ける。

ここで、図８を参照して、鏡筒６０を備えていない比較例に係る計測装置９０の作用について説明する。計測装置９０は鏡筒６０を備えていない点以外は計測装置１０と同様なので、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図８（ａ）に示すように、計測装置９０は、発光器１４と、レンズ３２、３４、および絞り４０を備えた光学系３０と、受光器１８と、を含んで構成されている。受光器１８はＸ軸方向に沿ってライン状に配置された複数の受光素子１６を備えている。図８（ａ）に示すように、発光器１４に含まれる発光素子１２の各々からＤ２の方向に順次照射光ＩＦが照射されると、照射光ＩＦはレンズ３２、絞り４０、レンズ３４を通過してＤ３の方向に順次対象物ＯＢに照射される。対象物ＯＢの表面で反射した反射光ＲＦはレンズ３４を通過し、受光素子１６に導かれる。

図８（ｂ）は、Ｚ軸方向上方から見た計測装置９０の平面図を示している。図８（ｂ）に示すように、発光器１４に含まれる発光素子１２はＹ軸方向に配置され、受光器１８に含まれる受光素子１６は、発光素子１２の配列方向と交差する（直交する）Ｘ軸方向に配置されている。対象物ＯＢの表面２００で反射した反射光ＲＦは複数の受光素子１６の各々に入射されるが、この際、受光素子１６がライン状に配置されていることに起因して、対象物ＯＢの表面上において反射光ＲＦが受光素子１６に到達しない領域が存在する。図８（ｂ）には、この領域を非受光領域ＤＡで示している。このような非受光領域ＤＡの存在により、対象物ＯＢの精密な測定に限界があった。

そこで本発明では、照射光ＩＦの対象物ＯＢに対する照射位置を維持したまま照射光ＩＦの照射方向を回転軸として受光器１８の対象物ＯＢに対する相対的な位置を回転させる回転部を設けた。このことにより、ライン状の受光部を用いた場合の対象物の計測範囲がより拡大された。

再び図２を参照して、図２（ｂ）は、Ｚ軸方向上方から見た計測装置１０の平面図を示している。図２（ｂ）に示すように、発光器１４に含まれる発光素子１２はＹ軸方向に配置され、受光器１８に含まれる受光素子１６は、発光素子１２の配列方向と交差する（直行する）Ｘ軸方向に配置されている。さらに本実施の形態に係る計測装置１０では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、下部鏡筒６２はＤ１方向（図２（ｂ）で紙面正面視時計回り）に回転可能とされている。そのため、受光器１８がＤ１方向に回転され、対象物ＯＢとの相対的な位置が変化するように構成されている。

本実施の形態では、一例として、受光器１８が４５°ずつ回転可能とされている。すなわち、受光器１８の回転位置を受光器１８の末端の受光素子１６_１の位置Ｐで表すと、初期位置Ｐ０から、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と４つの位置とすることが可能となっている。そして、位置Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の各々の位置において、照射光ＩＦの順次照射による受光信号を取得する。そのため、比較例に係る計測装置９０において非受光領域ＤＡとなっていた対象物ＯＢの表面２００からの反射光ＲＦの少なくとも一部が受光素子１６で受光されるので、対象物ＯＢの表面状態がより精密に計測される。換言すれば、非受光領域ＤＡの少なくとも一部を埋めることで、より多くの対象物ＯＢからの反射光ＲＦが受光され、対象物ＯＢがより平均的に計測される。

なお、受光器１８の回転機構の具体的な構成においては、位置Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の各位置に凸部を凹部に勘合させて位置を固定させるラッチ機構７０等を設け、４５°ずつ回転位置が定まる構成を採用してもよい。また、計測時においては、下部鏡筒６２の先端を対象物ＯＢに接触させながら回転させることで対象物ＯＢとの距離を一定に保つようにしてもよい。さらに、本実施の形態では、受光器１８を４５°ずつの４つの位置で移動させ半回転させる構成を例示して説明したが、これに限られず、８つの位置で移動させ１回転させる構成としてもよい。

次に、図５を参照して、鏡筒６０を備えた本実施の形態に係る計測装置１０によって計測を行う場合の計測処理プログラムについて説明する。図５は、本実施の形態に係る計測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５に示す処理は、例えば、ユーザにより図示しない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計測処理プログラムを読み込み、実行する。

図５に示すように、まずステップＳ１００で下部鏡筒６２を初期位置に設定し、受光器１８の回転数のカウンタであるｉに０を代入する。本実施の形態では、初期位置を一例として図２（ｂ）に示すＰ０の位置としている。

次のステップＳ１０２では、カウンタｉの値が最大値ｉｍａｘを越えたか否か判定する。ｉｍａｘは、受光器１８の回転位置の数であり、本実施の形態では、図２（ｂ）に示すＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の４つの位置の数であるから、ｉｍａｘ＝４である。なお、受光器１８を１回転させる場合は、ｉｍａｘ＝８である。

ステップＳ１０２で肯定判定となり、カウンタｉの値がｉｍａｘを越えた場合はステップＳ１１０に移行し、エラー処理を実行した後、本計測処理プログラムを終了する。すべての回転位置において受光光量が正常でなかったと判断されたためであり、例えば計測装置１０の図示しない表示部にエラーが発生した旨のメッセージを表示する。

一方、ステップＳ１０２で否定判定となった場合にはステップＳ１０４に移行し、発光器１４により照射光ＩＦを順次照射し、照射光の照射のつど受光器１８により反射光ＲＦの受光光量を取得する。つまり、この照射光順次照射、受光光量順次取得の処理は、発光素子１２の数だけ実行する。

次のステップＳ１０６では、各受光光量の値が正常であるか否か判定する。ステップＳ１０６における判定は、例えば予め受光光量の最小値（受光光量閾値）を設定しておき、受光光量の各々が受光光量閾値以上である場合を正常と判定し、受光光量閾値未満の場合を異常と判定する。

ステップＳ１０６で肯定判定となった場合には、本計測処理プログラムを終了する。一方、ステップＳ１０６で否定判定となった場合にはステップＳ１０８に移行し、下部鏡筒６２の位置を次の位置に回転移動させ、カウンタｉの値を１だけインクリメントし、ステップＳ１０２に戻る。

なお、本実施の形態では対象物ＯＢを固定して計測処理を行う形態を例示して説明したがこれに限られない。例えば、図１に示す計測領域Ｔにおいて対象物ＯＢを予め定められたステップで－Ｘ方向に移動させつつ（走査しつつ）、図５に示す計測処理を行ってもよい。

また、本実施の形態ではステップＳ１０２で肯定判定となった場合、すなわち受光器１８の回転が一巡してしまった場合はステップＳ１１０でエラー処理を行う形態を例示して説明したが、これに限られない。例えば、ステップＳ１０２で肯定判定となった場合には、計測領域Ｔにおいて対象物ＯＢを予め定められたステップで－Ｘ方向に移動させ、確認的な計測を行うようにしてもよい。

また、本実施の形態では受光光量が正常になった時点で下部鏡筒６２の回転を停止させる形態を例示して説明したがこれに限られない。例えば、すべての回転位置で図５に示す計測処理を実行し、その後ステップＳ１０６の受光光量の判定をすべての回転位置の受光光量について行うようにしてもよい。

以上詳述したように、本実施の形態に係る計測装置および計測方法によれば、光源からの照射光を光学系を介して対象物に照射し、対象物からの反射光を用いて対象物を計測する計測装置において、受光部と対象物との相対的な回転機構を有さない場合と比較して、ライン状の受光部を用いた場合の対象物の計測範囲がより拡大される。

［第２の実施の形態］
図６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。本実施の形態は、上記実施の形態に係る計測装置１０の鏡筒部分を変更したものである。従って、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図６（ａ）は本実施の形態に係る計測装置１０Ａを示しているが、図６（ａ）では、鏡筒のうち下部鏡筒６２Ａのみを示し、上部鏡筒の図示を省略している。計測装置１０Ａでは、鏡筒のうち上部鏡筒はレンズ３２を含んで構成され、下部鏡筒６２Ａは、受光器１８（図６（ａ）では受光素子１６で表している）レンズ３４、および絞り４０を含んで構成されている。すなわち、下部鏡筒６２Ａに絞り４０が含まれている点が上記実施の形態の計測装置１０と異なる点である。

図６（ｂ）に、計測装置１０Ａの平面図を示す。計測装置１０Ａも計測装置１０と同様受光器１８（図では受光素子１６_１で示している）がＤ１で示す方向に４５°ステップで回転するように構成されている。図６（ｂ）は図２（ｂ）と基本的に同じ図であり、計測装置１０Ａの動作は計測装置１０の動作と同じであるが、計測装置１０Ａでは受光器１８とともに絞り４０が回転する。なお、計測装置１０Ａにおける計測処理は、図５に示すフローチャートで実行すればよい。

以上のように、本実施の形態に係る計測装置および計測方法によれば、近接して配置される受光器１８と絞り４０とが一体に構成され分離させる必要がないので、機構的な構成が計測装置１０と比較してより簡略化される。また、受光器１８と絞り４０とが一緒に回転することにより、常に絞り４０の同じ部分を通過した反射光ＲＦが同じ受光素子１６に入射されるので、開口部４２の縁部分の違いによる微妙な通過特性の違いの影響が軽減される。

［第３の実施の形態］
図７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。本実施の形態は、上記実施の形態に係る計測装置において、受光器１８の回転方法を変更したものである。従って、計測装置の本体は図２（ａ）に示す計測装置１０、または図６（ａ）に示す計測装置１０Ａとされているので、必要に応じ同図を参照することとし図示を省略する。

図７は本実施の形態に係る計測装置の平面図を示している。本実施の形態に係る計測装置でも受光器１８（図７では受光素子１６_１で示している）がＤ１で示す方向に回転するが、本実施の形態に係る計測装置では回転が予め定められた角度ごとではなく、任意の角度で回転可能なように構成されている。さらに、回転しながら受光器１８による受光光量の取得が可能となっている。すなわち、照射光ＩＦの照射 → 受光光量の取得 →回転の動作を繰り返すように構成されている。回転機構には例えばステッピングモータ等のモータ、あるいは押し込むことによって回転する回転機構等を用いればよい。

本実施の形態に係る計測装置、および計測方法によれば、受光光量を取得する受光器１８の位置が任意に設定されるので、非受光領域ＤＡの面積が計測装置１０と比較してより減少し、より精密な計測が行われる。さらに、回転しながら受光光量を取得するので計測時間の短縮にも資する。

なお、上記各実施の形態では鏡筒として下部鏡筒、上部鏡筒の２つの部分からなる鏡筒を例示して説明したが、これに限られない。例えば回転の必要のない上部鏡筒を省略し、上部鏡筒に含まれる光学素子を計測装置本体に組み込む形態としてもよい。

また、上記各実施の形態では、発光器１４、対象物ＯＢを固定し、受光器１８、レンズ３４を回転させる形態、あるいは加えて絞り４０を回転させる形態を例示して説明したが、これに限られない。対象物ＯＢ上の照射光ＩＦの照射位置が固定され、少なくとも受光器１８と対象物ＯＢとを相対的に回転させればよいので、例えば、受光器１８、レンズ３２、３４、絞り４０を固定し、発光器１４、対象物ＯＢを回転させる形態としてもよい。
この場合、レンズ３２、受光器１８、絞り４０、レンズ３４を一体として鏡筒に収納してもよい。また、上記各実施の形態では受光器１８とレンズ３４とを一体に回転させる形態を例示して説明したが、これに限られず、受光器１８のみを回転させる形態としてもよい。

また、上記実施の形態では計測装置のシェーディング補正について言及しなかったが、必要なシェーディング補正は、各々の計測装置の回転角度ごとに計測前に予め行っておいてもよい。なお、シェーディング補正とは、光学系や撮像系の特性による輝度ムラに対して、一様な明るさの画像になるように補正する処理をいう。

１０、１０Ａ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
５２移動装置駆動部
５４鏡筒回転駆動部
６０鏡筒
６２、６２Ａ下部鏡筒
６４上部鏡筒
７０ラッチ機構
９０計測装置
１００ＣＰＵ
１０２ＲＯＭ
１０４ＲＡＭ
２００表面
ＢＵＳバス
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３方向
ＤＡ非受光領域
ＩＦ照射光
Ｍ光軸
ＲＦ反射光
ＯＢ対象物
ＲＡ受光領域
Ｔ計測領域

Claims

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、
複数の受光素子が予め定められた方向に配置されかつ前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置されるとともに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受光する受光部と、
前記照射光の前記対象物に対する照射位置を維持したまま前記照射光の照射方向を回転軸として前記受光部の前記対象物に対する相対的な位置を回転させると共に、前記発光部と前記対象物とを一体かつ同心で回転させる回転機構である回転部と、
を含む計測装置。
前記回転部は、前記第１のレンズ、前記絞り部、および前記第２のレンズの少なくとも１つを前記受光部と一体かつ同心でさらに回転させる回転機構である
請求項１に記載の計測装置。
前記回転部は、前記受光部および前記第２のレンズが一体として収納された鏡筒を含む請求項２に記載の計測装置。
前記鏡筒には前記絞り部がさらに一体として収納されている
請求項３に記載の計測装置。
前記対象物を前記予め定められた方向と交差する方向に移動させる移動部をさらに含む請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の計測装置。
前記回転部は、前記第１のレンズ、前記絞り部、前記第２のレンズ、前記受光部の各々が一体として収納された鏡筒を含む
請求項１に記載の計測装置。
前記発光部は、複数の発光素子が前記予め定められた方向と交差する方向に配置されている
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の計測装置。
前記複数の発光素子の各々の発光と、前記複数の受光素子の各々の受光光量の取得とを制御する制御部をさらに含み、
前記制御部は前記複数の発光素子の各々を順次発光させ、かつ前記複数の発光素子の発光のつど前記複数の受光素子によって受光光量が取得されるように制御する
請求項７に記載の計測装置。
前記回転部は、前記回転軸を中心として予め定められた角度ステップで回転し、
前記制御部は、前記予め定められた角度ステップごとに受光光量が取得されるように制御する
請求項８に記載の計測装置。
前記回転部は、前記回転軸を中心として連続的に回転し、
前記制御部は、前記回転部を回転させつつ受光光量が取得されるように制御する
請求項８に記載の計測装置。
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、複数の受光素子が予め定められた方向に配置されかつ前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置されるとともに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受光する受光部と、を含む計測装置を用いた計測方法であって、
前記照射光の前記対象物に対する照射位置を維持したまま前記照射光の照射方向を回転軸とし、前記発光部と前記対象物とを一体かつ同心で回転させて前記受光部の前記対象物に対する相対的な位置を回転させつつ前記複数の受光素子によって前記反射光の受光光量を取得する
計測方法。