JP7390790B2 - 画像測定装置および非接触形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像測定装置および非接触形状測定装置に関する。

ワークを撮像した画像データに基づいてその形状や寸法を測定する画像測定装置が用いられている（特許文献１参照）。
画像測定装置には、対物レンズなどの光学装置を通してワークからの画像を検出する画像センサと、画像センサとワークとを光軸方向へ相対移動させる移動機構と、検出画像の処理とともに移動機構の制御を行う制御装置と、を含む撮像装置が用いられる。
このような撮像装置では、制御装置で検出画像を検出しつつ移動機構を移動させて光軸方向のスキャンを行い、得られた複数画像のコントラスト比較などにより合焦位置を検出するオートフォーカス機能（ＡＦ機能）が利用されている。

画像測定装置の一部は、前述した撮像装置とともにワーク表面の変位を検出する非接触変位検出装置を備え、ワーク表面の３Ｄ形状（立体形状）を測定可能な非接触形状測定装置を兼用できるものが知られている。
非接触変位検出装置は、撮像装置と同様な画像センサ、移動機構および制御装置を有し、さらに制御装置は検出画像からワーク表面の高さ位置を検出可能とされる。ワーク表面の高さ検出には、ワークを撮像する際の合焦位置を検出する合焦位置検出方式（ＰＦＦ）や、白色光の干渉縞からワークの表面を検出する白色光干渉方式（ＷＬＩ）などが利用される（特許文献２参照）。
非接触形状測定装置は、前述した非接触変位検出装置によるワーク表面の高さ測定を所定領域内で順次または連続的に行うことで、ワーク表面の３Ｄ形状を測定可能である。
非接触形状測定装置においては、測定動作時のＡＦ機能にレーザ光を用いるレーザ光オートフォーカス方式（ＬＡＦ）や、指定の経路に沿った移動をともなうトラッキングオートフォーカス方式（ＴＡＦ）が用いられる。さらに、より高精度な非接触変位検出装置として、クロマチックポイントセンサ方式（ＣＰＳ）がある（特許文献３参照）。

前述した画像測定装置、撮像装置、非接触変位検出装置、非接触形状測定装置では、基本的に単焦点の光学系を用い、合焦制御に光軸方向の移動を伴うＡＦ機能を用いていた。これに対し、近年、多焦点画像撮影が可能な焦点距離可変レンズとして、透明な液体を高周波振動させる液体レンズシステムが開発されている（特許文献４参照）。
液体レンズシステムは、圧電材料で形成された円筒状の振動部材を、透明な液体に浸漬して形成される。液体レンズシステムにおいて、振動部材の内周面と外周面とに交流電圧を印加すると、振動部材が厚み方向に伸縮し、振動部材の内側の液体を振動させる。液体の固有振動数に応じて印加電圧の周波数を調整すると、液体に同心円状の定在波が形成され、振動部材の中心軸線を中心として屈折率が異なる同心円状の領域が形成される。この状態で、振動部材の中心軸線に沿って光を通すと、この光は同心円状の領域ごとの屈折率に従って発散または収束する経路を辿ることになる。

焦点距離可変レンズは、前述した液体レンズシステムと、焦点を結ぶための対物レンズ（例えば通常の凸レンズあるいはレンズ群）とを、同じ光軸上に配置して液体レンズユニットとしてパッケージ化され、各種装置の光学系に組み込まれる。
通常の対物レンズに平行光を入射させると、レンズを通過した光は所定の焦点距離にある焦点位置に焦点を結ぶ。これに対し、対物レンズと同軸に配置された液体レンズシステムに平行光を入射させると、この光は液体レンズシステムで発散または収束され、対物レンズを通過した光は元の（液体レンズシステムがなかった状態の）焦点位置よりも遠く、または近くにずれた位置に焦点を結ぶ。
従って、焦点距離可変レンズにおいては、液体レンズシステムに入力される駆動信号（明細書内部の液体に定在波を発生させる周波数の交流電圧）を印加し、この駆動信号の振幅を増減させることで、焦点位置を一定の範囲内（対物レンズの焦点距離を基準として液体レンズシステムにより増減できる所定の変化幅）で任意に制御可能である。

焦点距離可変レンズにおいて、液体レンズシステムに入力される駆動信号としては、例えば正弦波状の交流信号が用いられる。このような駆動信号が入力されると、焦点距離可変レンズの焦点距離（焦点位置）は正弦波状に変化する。この際、駆動信号の振幅が０のとき、液体レンズシステムを通る光は屈折されず、焦点距離可変レンズの焦点距離は対物レンズの焦点距離となる。駆動信号の振幅が正負のピークにあるとき、液体レンズシステムを通る光は最も大きく屈折され、焦点距離可変レンズの焦点距離は対物レンズの焦点距離から最も変化した状態となる。
このような焦点距離可変レンズを用いて画像を取得する際には、駆動信号の正弦波の位相に同期して発光信号を出力してパルス照明を行う。これにより、正弦波状に変化する焦点距離のうち、所定の焦点距離に合焦した状態でパルス照明を行うことで、この焦点距離にある対象物の画像が検出される。一周期のうち複数の位相でパルス照明を行い、各位相に対応して画像検出を行えば、同時に複数の焦点距離の画像を得ることもできる。

特許５２０２９６６号公報 特開２０１７－２０７４８１号公報 特許第６００１４４０号公報 特開２０１８－１８９７０２号公報

前述した撮像装置、画像測定装置、非接触変位検出装置、および非接触形状測定装置では、それぞれＡＦ機能として光軸方向にスキャンした複数の検出画像に対し、コントラスト値から合焦位置を判定するなどしており、スキャンを行うために画像センサの機械的な移動機構が必要であった。このため、画像測定装置としての構造が複雑化し、設置スペースが必要であり、動作時間がかかることから作業効率も低下していた。

本発明の目的は、構造が簡素で小型化できるとともに、短時間で効率よく合焦状態が得られる画像測定装置および非接触形状測定装置を提供することにある。

本発明の撮像装置は、ワークの画像を検出する画像センサと、前記ワークから前記画像センサまでの光路上に配置された焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを制御するとともに前記画像センサの検出画像を処理する制御装置と、を有することを特徴とする。
本発明では、撮像装置に焦点距離可変レンズを利用することで、検出画像は多焦点画像を重畳したものとなり、合焦状態の検出画像を選択可能である。従って、画像撮影に際して従来のＡＦ機構を省略でき、動作速度を向上できる。
なお、本発明の撮像装置は、画像測定装置や画像検査装置に組み込んで利用できるほか、微細なワークを対象とする測定用顕微鏡として利用でき、さらに微細なスタイラスを用いる微細形状測定システムの監視装置、硬さ測定機、あるいは製造工程におけるインライン検査などにも利用できる。

本発明の画像測定装置は、前述した本発明の撮像装置と、前記ワークを載置するステージと、前記検出画像を表示する表示装置とを有する。
本発明では、前述した本発明の撮像装置を利用することで、変位検出に際して従来のＡＦ機構を省略でき、動作速度を向上できる。
なお、本発明の画像測定装置は、いわゆる画像検査装置のような大型のワークを対象とするものに限らず、微細なワークを対象とする測定用顕微鏡や、微細なスタイラスを用いる微細形状測定システムの監視装置、硬さ測定機、あるいは製造工程におけるインライン検査などに利用してもよい。

本発明の非接触変位検出装置は、ワークの画像を検出する画像センサと、前記ワークから前記画像センサまでの光路上に配置された焦点距離可変レンズと、前記焦点距離可変レンズを制御するとともに前記画像センサの検出画像から前記ワークの表面位置を検出する制御装置と、を有することを特徴とする。
本発明では、非接触変位検出装置に焦点距離可変レンズを利用することで、検出画像は多焦点画像を重畳したものとなり、各焦点位置の検出画像からコントラスト比較などにより合焦位置を検出することで、ワーク表面の座標を検出可能である。従って、変位検出に際して従来のＡＦ機構を省略でき、動作速度を向上できる。
本発明において、ワークの表面位置を検出する処理は、既存のＰＦＦ方式やＷＬＩ方式を用いることができる。
なお、本発明の非接触変位検出装置は、非接触形状測定装置に組み込んで利用できるほか、ワークの変位検出を目的とする様々な装置などにも利用できる。

本発明の非接触形状測定装置は、前述した本発明の非接触変位検出装置と、前記ワークを載置するステージと、検出結果を表示する表示装置とを有するとともに、前記制御装置は、前記ワークの表面形状を測定可能であることを特徴とする。
本発明において、ワークの形状測定の処理には、既存のＬＡＦ方式、ＴＡＦ方式、およびＣＰＳ方式などを利用できる。
本発明では、前述した本発明の非接触変位検出装置を利用することで、変位検出に際して従来のＡＦ機構を省略でき、動作速度を向上できる。
なお、本発明の非接触変位検出装置は、大型のワークを対象とするものに限らず、微細なワークを対象とするものでもよく、ワークを載置するステージは搬送用のコンベアなどであってもよく、例えば製造工程におけるインライン測定などに適用してもよい。

本発明によれば、構造が簡素で小型化できるとともに、短時間で効率よく合焦状態が得られる画像測定装置および非接触形状測定装置を提供できる。

本発明の画像測定装置の一実施形態の全体構成を示す斜視図。 前記実施形態の制御構成を示すブロック図。 前記実施形態の液体レンズユニットの構成を示す斜視図。 前記実施形態の液体レンズユニットの動作を示す模式図。 前記実施形態の液体レンズユニットの機能を示す模式図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明に基づく画像測定装置１（非接触三次元形状測定機）の全体構成が示されている。

〔画像測定装置１〕
画像測定装置１は、ベース２の上面にワーク９を載置するステージ３を有する。ベース２の上方にはステージ３を跨ぐ門型のコラム４が設置され、その水平ビーム５には昇降ヘッド６が支持されている。昇降ヘッド６の下部には撮像用光学ヘッド１０および変位検出用光学ヘッド２０が設置されている。
画像測定装置１において、ステージ３はベース２およびコラム４に対してＸ軸方向へ移動可能であり、昇降ヘッド６は水平ビーム５に沿ってステージ３に対してＹ軸方向へ移動可能であり、昇降ヘッド６は水平ビーム５およびステージ３に対してＺ軸方向へ昇降可能である。これらの移動および昇降は、それぞれベース２、水平ビーム５、および昇降ヘッド６の内部に設置された図示しない移動機構によって行われる。

図２において、撮像用光学ヘッド１０および変位検出用光学ヘッド２０には、各々を制御するための撮像用レンズ制御部３０および変位検出用レンズ制御部４０が接続され、検出画像の処理および装置全体を操作するためのパーソナルコンピュータ５０が接続されている。
本実施形態においては、撮像用光学ヘッド１０、撮像用レンズ制御部３０、およびパーソナルコンピュータ５０により、本発明の撮像装置が構成される。また、変位検出用光学ヘッド２０、変位検出用レンズ制御部４０、およびパーソナルコンピュータ５０により、本発明の非接触変位検出装置が構成される。

〔撮像用光学ヘッド１０〕
撮像用光学ヘッド１０は、ワーク９を照明する照明ユニット１１と、ワーク９に対向配置される対物レンズ１２と、対物レンズ１２の光軸Ａｉ上に配置された液体レンズユニット１３と、対物レンズ１２および液体レンズユニット１３を通してワーク９の画像を検出する画像センサ１４と、を有する。
照明ユニット１１は、白色ＬＥＤによる透過照明、白色ＬＥＤによる垂直落射照明、および白色ＬＥＤによるプログラム制御リング照明を備え、検査画像およびワーク９に応じていずれかの照明方式を選択可能である。

対物レンズ１２は、既存の光学レンズで構成され、液体レンズユニット１３を通してワーク９の画像を画像センサ１４に結像可能である。
液体レンズユニット１３は、焦点距離が高速に変化する焦点距離可変レンズであり、入力される駆動信号Ｃｆに応じて屈折率が変化する。
画像センサ１４は、既存のＣＣＤイメージセンサ（電荷結合素子）あるいは他の形式のカメラ等で構成され、入射されるワーク９の画像を所定の信号形式の検出画像として出力可能である。

〔液体レンズユニット１３〕
図３において、液体レンズユニット１３は、円筒形のケース１３１を有し、ケース１３１の内部には円筒状の振動部材１３２が設置されている。振動部材１３２は、その外周面１３３とケース１３１の内周面１３４との間に介装されたエラストマ製のスペーサ１３９で支持されている。
振動部材１３２は、圧電材料を円筒状に形成したものであり、外周面１３３と内周面１３４との間に駆動信号Ｃｆの交流電圧が印加されることで、厚み方向に振動する。
ケース１３１の内部には、透過性の高い液体１３５が充填されており、振動部材１３２は全体を液体１３５に浸漬され、円筒状の振動部材１３２の内側は液体１３５で満たされている。駆動信号Ｃｆの交流電圧は、振動部材１３２の内側にある液体１３５に定在波を発生させる周波数に調整されている。

図４に示すように、液体レンズユニット１３においては、振動部材１３２を振動させると、内部の液体１３５に定在波が生じ、屈折率が交替する同心円状の領域が生じる（図４（Ａ）部および図４（Ｂ）部参照）。
このとき、液体レンズユニット１３の中心軸線からの距離（半径）と液体１３５の屈折率との関係は、図４（Ｃ）部に示す屈折率分布Ｗのようになる。

図５において、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であるため、液体レンズユニット１３における液体１３５の屈折率分布Ｗの変動幅もこれに従って変化する。そして、液体１３５に生じる同心円状の領域の屈折率が正弦波状に変化し、これにより焦点位置Ｐｆまでの焦点距離Ｄｆが正弦波状に変動する。
図５（Ａ）の状態では、屈折率分布Ｗの振れ幅が最大となり、液体レンズユニット１３は通過する光を収束させ、焦点位置Ｐｆは近く、焦点距離Ｄｆは最短となっている。
図５（Ｂ）の状態では、屈折率分布Ｗが平坦となり、液体レンズユニット１３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図５（Ｃ）の状態では、屈折率分布Ｗが図５（Ａ）と逆極性で振れ幅が最大となり、液体レンズユニット１３は通過する光を拡散させ、焦点位置Ｐｆは遠く、焦点距離Ｄｆは最大となっている。
図５（Ｄ）の状態では、再び屈折率分布Ｗが平坦となり、液体レンズユニット１３は通過する光をそのまま通過させ、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆは標準的な値となっている。
図５（Ｅ）の状態では、再び図５（Ａ）の状態に戻っており、以下同様の変動を繰り返すことになる。

このように、液体レンズユニット１３においては、駆動信号Ｃｆは正弦波状の交流信号であり、焦点位置Ｐｆおよび焦点距離Ｄｆも図５の焦点変動波形Ｍｆのように正弦波状に変動する。
ここで、画像センサ１４で連続的に撮像しつつ、焦点変動波形Ｍｆの任意の位相で照明ユニット１１にパルス照明させれば、任意の照明時点での焦点距離Ｄｆにある焦点位置Ｐｆにあるワーク９の画像データを得ることができる。
一方、画像センサ１４の撮像および照明ユニット１１による照明を連続的に行えば、焦点距離Ｄｆの全範囲に合焦したワーク９の画像を重畳した画像データを検出可能である。

図２に戻って、変位検出用光学ヘッド２０、撮像用レンズ制御部３０、変位検出用レンズ制御部４０、およびパーソナルコンピュータ５０について説明する。

〔変位検出用光学ヘッド２０〕
変位検出用光学ヘッド２０は、ワーク９を照明する照明ユニット２１と、ワーク９に対向配置される対物レンズ２２と、対物レンズ２２の光軸Ａｄ上に配置された液体レンズユニット２３と、対物レンズ２２および液体レンズユニット２３を通してワーク９の画像を検出する画像センサ２４と、を有する。
これらの照明ユニット２１、対物レンズ２２、液体レンズユニット２３、および画像センサ２４は、それぞれ前述した撮像用光学ヘッド１０の照明ユニット１１、対物レンズ１２、液体レンズユニット１３、および画像センサ１４と同一のものが用いられている。ただし、変位検出という機能の相違に基づいて、一部には異なる構成を用いてもよい。

〔撮像用レンズ制御部３０〕
撮像用レンズ制御部３０は、駆動制御部３１と発光制御部３２とを有する。
駆動制御部３１は、撮像用光学ヘッド１０の液体レンズユニット１３を駆動するものであり、パーソナルコンピュータ５０で指定される条件で駆動信号Ｃｆを発生させ、液体レンズユニット１３に印加する。液体レンズユニット１３からは、有効電力値など動作状態を示す信号がフィードバックされる。
発光制御部３２は、撮像用光学ヘッド１０の照明ユニット１１を制御するものであり、パーソナルコンピュータ５０で指定される条件で照明種別を選択し、照明ユニット１１を連続発光またはパルス発光させる。

〔変位検出用レンズ制御部４０〕
変位検出用レンズ制御部４０は、駆動制御部４１と発光制御部４２とを有する。これらは前述した駆動制御部３１および発光制御部３２と同じものである。
駆動制御部４１は、変位検出用光学ヘッド２０の液体レンズユニット２３を駆動するものであり、パーソナルコンピュータ５０で指定される条件で駆動信号Ｃｆを発生させ、この駆動信号Ｃｆを液体レンズユニット２３に印加する。液体レンズユニット２３からは、有効電力値など動作状態を示す信号がフィードバックされる。
発光制御部４２は、変位検出用光学ヘッド２０の照明ユニット２１を制御するものであり、パーソナルコンピュータ５０で指定される条件で照明種別を選択し、照明ユニット２１を連続発光またはパルス発光させる。

〔パーソナルコンピュータ５０〕
パーソナルコンピュータ５０は、画像測定処理部５１、画像測定用レンズ操作部５２、形状測定処理部５３、形状測定用レンズ操作部５４、および操作インターフェイス５５を有する。さらに、操作インターフェイス５５には、ユーザが目視可能な画面表示を行う表示部５６と、ユーザが操作可能な操作部５７とを有する。

撮像用光学ヘッド１０に関して、ユーザが操作部５７から操作を行うことで、画像測定用レンズ操作部５２により撮像用光学ヘッド１０の動作条件が設定され、設定された条件は撮像用レンズ制御部３０に送られる。その結果、撮像用レンズ制御部３０は、設定された条件で撮像用光学ヘッド１０を動作させる。
撮像用光学ヘッド１０では、画像センサ１４によりワーク９の画像が検出され、検出画像は画像測定処理部５１で処理され、表示部５６に表示される。

変位検出用光学ヘッド２０に関して、ユーザが操作部５７から操作を行うことで、形状測定用レンズ操作部５４により変位検出用光学ヘッド２０の動作条件が設定され、設定された条件は変位検出用レンズ制御部４０に送られる。その結果、変位検出用レンズ制御部４０は、設定された条件で変位検出用光学ヘッド２０を動作させる。
変位検出用光学ヘッド２０では、画像センサ２４によりワーク９の画像が検出され、検出画像は形状測定処理部５３で処理され、合焦位置の検出などによりワーク９の表面形状などが検出される。このような処理としては、例えば合焦位置検出方式（ＰＦＦ）による３Ｄ形状測定などが利用できる。処理経過ないし検出結果は表示部５６に表示される。

〔本実施形態の効果〕
以上説明した本実施形態によれば、次に示すような効果が得られる。
本実施形態においては、画像測定装置１のうち、撮像用光学ヘッド１０、撮像用レンズ制御部３０、およびパーソナルコンピュータ５０により、本発明の撮像装置が構成される。
この撮像装置は、ワーク９の画像を検出する画像センサ１４と、ワーク９から画像センサ１４までの光軸Ａｉ上に配置された焦点距離可変レンズ（液体レンズユニット１３）と、焦点距離可変レンズを制御するとともに画像センサ１４の検出画像を処理する制御装置（駆動制御部３１および画像測定処理部５１）とを有する。
このような撮像装置では、焦点距離可変レンズ（液体レンズユニット１３）を利用することで、検出画像は多焦点画像を重畳したものとなり、合焦状態の検出画像を選択可能である。従って、画像撮影に際して従来のＡＦ機構を省略でき、動作速度を向上できる。

本実施形態においては、画像測定装置１のうち、変位検出用光学ヘッド２０、変位検出用レンズ制御部４０、およびパーソナルコンピュータ５０により、本発明の非接触変位検出装置が構成される。
この非接触変位検出装置は、ワーク９の画像を検出する画像センサ２４と、ワーク９から画像センサ２４までの光軸Ａｄ上に配置された焦点距離可変レンズ（液体レンズユニット２３）と、焦点距離可変レンズを制御するとともに画像センサ２４の検出画像から合焦位置を検出可能な制御装置（駆動制御部４１および形状測定処理部５３）とを有する。
このような非接触変位検出装置では、焦点距離可変レンズ（液体レンズユニット２３）を利用することで、検出画像は多焦点画像を重畳したものとなり、各焦点位置の検出画像からコントラスト比較などにより合焦位置を検出することで、ワーク９の表面の座標を検出可能である。従って、変位検出に際して従来のＡＦ機構を省略でき、動作速度を向上できる。

〔変形例〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態において、変位検出用光学ヘッド２０は、撮像用光学ヘッド１０と同一の構成に限らず、変位検出用として撮像用光学ヘッド１０とは異なる構成を用いることができる。例えば、変位検出用光学ヘッド２０でＰＦＦ測定ではなくＷＬＩ測定を行う場合、対物レンズ２２を干渉対物レンズに変更し、画像センサ２４をＣＣＤカメラと顕微鏡ユニットに変更するなど、ＷＬＩ測定に適した構成とすればよい。

前記実施形態において、パーソナルコンピュータ５０には、撮像用光学ヘッド１０からの検出画像を処理するための画像測定処理部５１を設け、撮像用レンズ制御部３０を操作するために画像測定用レンズ操作部５２を設けたが、画像測定のための機能が必要なく、単に検出画像を表示または記録する場合には、画像測定処理部５１に代えて撮像処理部を設け、画像測定用レンズ操作部５２に代えて撮像用レンズ制御部を設ければよい。

前記実施形態において、パーソナルコンピュータ５０には、変位検出用光学ヘッド２０からの検出画像を処理するための形状測定処理部５３を設け、変位検出用レンズ制御部４０を操作するために形状測定用レンズ操作部５４を設けたが、これらは測定内容に応じて変更すればよく、例えば、形状測定処理部５３に代えて変位検出処理部を設け、形状測定用レンズ操作部５４に代えて変位検出用レンズ制御部を設ければよい。

前記実施形態では、画像測定装置１に、撮像用光学ヘッド１０を含む撮像装置と、変位検出用光学ヘッド２０を含む非接触変位検出装置とを設置し、画像測定装置１を非接触形状測定装置としても機能するようにした。
ただし、画像測定装置１としては、専らワーク９の画像測定あるいは画像検査を行う構成であってもよく、この場合には、撮像用光学ヘッド１０を含む撮像装置としての構成は必要であるが、非接触変位検出装置としての構成は省略してもよい。
また、画像測定装置１は、いわゆる画像検査装置のような大型のワークを対象とするものに限らず、微細なワークを対象とする測定用顕微鏡や、微細なスタイラスを用いる微細形状測定システムの監視装置、硬さ測定機、あるいは製造工程におけるインライン検査などに適用してもよい。

一方、画像測定装置１としては、専らワーク９の表面の位置検出、変位検出、あるいは形状測定を行う構成、つまり非接触形状測定装置であってもよく、この場合には、変位検出用光学ヘッド２０を含む非接触変位検出装置としての構成は必要であるが、撮像装置としての構成は省略してもよい。
非接触形状測定装置における形状測定としては、３Ｄ形状の測定に限らず、線状あるいは点列測定の測定であってもよい。その際、形状測定を行うための光学的構成および画像処理は、既存のＬＡＦ，ＴＡＦ，ＣＰＳ、あるいはＰＦＦ，ＷＬＩなどを利用できる。
また、本発明の非接触形状測定装置としては、大型のワークを対象とするものに限らず、微細なワークを対象とするものでもよい。また、ワークを載置するステージは、限定的な範囲で移動可能なステージ３に限らず、搬送用のコンベアなどであってもよく、例えば製造工程におけるインライン測定などに適用してもよい。

前記実施形態では、撮像用光学ヘッド１０、撮像用レンズ制御部３０、およびパーソナルコンピュータ５０（画像測定処理部５１および画像測定用レンズ操作部５２）により本発明の撮像装置が構成され、ワーク９の画像測定を行っていた。
ただし、本発明の撮像装置は、前記実施形態の画像測定装置１に限らず、画像検査装置に組み込んで利用できるほか、微細なワークを対象とする測定用顕微鏡として利用でき、さらに微細なスタイラスを用いる微細形状測定システムの監視装置、硬さ測定機、あるいは製造工程におけるインライン検査などにも利用できる。

前記実施形態では、変位検出用光学ヘッド２０、変位検出用レンズ制御部４０、およびパーソナルコンピュータ５０（形状測定処理部５３および形状測定用レンズ操作部５４）により、本発明の非接触変位検出装置が構成され、ワーク９の表面の形状測定を行っていた。
ただし、本発明の非接触変位検出装置は、前記実施形態の画像測定装置１に限らず、ワーク表面の位置検出、変位検出あるいは形状測定を目的とする様々な装置などにも利用できる。この際、変位検出を行うための光学的構成および画像処理は、既存のＬＡＦ，ＴＡＦ，ＣＰＳ、あるいはＰＦＦ，ＷＬＩなどを利用できる。

本発明は、画像測定装置および非接触形状測定装置に利用できる。

１…画像測定装置、２…ベース、３…ステージ、４…コラム、５…水平ビーム、６…昇降ヘッド、９…ワーク、１０…撮像用光学ヘッド、１１，２１…照明ユニット、１２，２２…対物レンズ、１３，２３…液体レンズユニット、１３１…ケース、１３２…振動部材、１３３…外周面、１３４…内周面、１３５…液体、１３９…スペーサ、１４，２４…画像センサ、２０…変位検出用光学ヘッド、３０…撮像用レンズ制御部、３１，４１…駆動制御部、３２，４２…発光制御部、４０…変位検出用レンズ制御部、５０…パーソナルコンピュータ、５１…画像測定処理部、５２…画像測定用レンズ操作部、５３…形状測定処理部、５４…形状測定用レンズ操作部、５５…操作インターフェイス、５６…表示部、５７…操作部、Ａｄ，Ａｉ…光軸、Ｃｆ…駆動信号、Ｄｆ…焦点距離、Ｍｆ…焦点変動波形、Ｐｆ…焦点位置、Ｗ…屈折率分布。

Claims (2)

1. ワークの画像を検出する第１の画像センサと、前記ワークから前記第１の画像センサまでの光路上に配置された第１の焦点距離可変レンズと、前記第１の焦点距離可変レンズを制御するとともに前記第１の画像センサの検出画像を処理する第１の制御装置と、
   前記ワークの画像を検出する第２の画像センサと、前記ワークから前記第２の画像センサまでの光路上に配置された第２の焦点距離可変レンズと、前記第２の焦点距離可変レンズを制御するとともに前記第２の画像センサの検出画像から前記ワークの表面位置を検出する第２の制御装置と、
   前記ワークを載置するステージと、前記第１の制御装置で処理された前記検出画像を表示する表示装置と、を有し、
   前記第２の画像センサおよび前記第２の焦点距離可変レンズは、前記第１の画像センサおよび前記第１の焦点距離可変レンズと、それぞれ同一のものが用いられていることを特徴とする画像測定装置。
2. ワークの画像を検出する第１の画像センサと、前記ワークから前記第１の画像センサまでの光路上に配置された第１の焦点距離可変レンズと、前記第１の焦点距離可変レンズを制御するとともに前記第１の画像センサの検出画像を処理する第１の制御装置と、
   前記ワークの画像を検出する第２の画像センサと、前記ワークから前記第２の画像センサまでの光路上に配置された第２の焦点距離可変レンズと、前記第２の焦点距離可変レンズを制御するとともに前記第２の画像センサの検出画像から前記ワークの表面形状を測定する第２の制御装置と、
   前記ワークを載置するステージと、前記第２の制御装置による測定結果を表示する表示装置と、を有し、
   前記第２の画像センサおよび前記第２の焦点距離可変レンズは、前記第１の画像センサおよび前記第１の焦点距離可変レンズと、それぞれ同一のものが用いられていることを特徴とする非接触形状測定装置。

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