JPH05172511A - 走査型検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高分解能で高速な検出を行うことができ、し
かも小型かつ安価である走査型検出装置の提供を目的と
する。 【構成】 発光部からの照射光を直交方向に異なる曲率
で屈折し、検出対象物表面上に直線状に集光する光変換
部と、検出対象物表面の検出線と直交する方向に照射光
を走査する光走査部と、検出線上の焦点と共焦点となる
光学的位置に配され、検出線に対応する方向に一次元的
に配列された複数の受光素子とを有し、照射光の走査方
向と対象物の高さ方向には共焦点系を構成して高分解を
得るとともに、受光素子の配列方向には電気的走査によ
って高速な検出を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査型検出装置に関し、
特に高分解能で高速な検出を行うことができ、しかも小
型かつ安価にすることができる構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は光学顕微鏡における共焦点光学系
の原理を示す概略図である。ここでは透過型のものを例
示する。

【０００３】光源ａの光は投光側レンズｂによって検出
対象物ｃ上で焦点を結ぶ。検出対象物ｃを透過する光
は、受光側レンズｄによって受光部ｅ上に集光される。
このとき、受光側レンズｄの焦点上には、ピンホールｆ
が配置されており、光源ａの光が焦点を結んでいない検
出対象物上の点については、受光部ｅに入射する光量が
少なくなる。この結果、焦点に位置する検出対象物上の
点のみが受光部ｅに受光される。この原理を利用して、
検出対象物ｃ上に結ぶ焦点をＸ方向及びＹ方向に走査さ
せれば、フォーカス面のみが像コントラストをもち、他
の面は見えなくなる。

【０００４】図４で示すような高さを持つ検出対象物２
の立体像は、図５の原理を反射型にした光学系におい
て、ＸＹ方向に照射光を走査させて得た像を積み重ねる
ことにより得られる。即ち載置台３上の検出対象物２に
は照射光１が照射され、この照射光１は一点に集光され
て矢印１０方向へ移動、走査される。この場合、照射光
１の焦点深度はレベルＬ１に設定されており、レベルＬ
１に対応する点が受光部において最大に明るく反応して
認識される。例えば照射光１を矢印１０方向に走査させ
た場合のレベルＬ１に対応する検出対象物２の横断面上
では検出点Ｐ１、Ｐ２が検知されることとなる。この矢
印１０方向の走査を図４ＢにおけるＸ方向とすれば、こ
のＸ方向の走査をＹ方向に順次ずらせて行うことでレベ
ルＬ１上で光源の光が焦点を結んでいる対象物２上の点
がすべて得られる。

【０００５】レベルＬ１での検出後に、照射光１の焦点
深度をレベルＬ２に引上げて走査する。すると、この場
合は図４Ａにおける検出点Ｐ３、Ｐ４を検出することと
なる。同様にして焦点深度をレベルＬ３にして検出点Ｐ
４、Ｐ５を検出し、以後、順次レベルを引上げて走査を
繰り返す。

【０００６】以上のようにして、焦点深度を変更させな
がら高速走査を行い、各検出データを総合して検出対象
物２の形状を認識する。尚、立体物である検出対象物２
の形状を検出するには、三次元測定が必要であり、この
為、一点に集光された照射光１は図４Ｂに示すような往
復走査を行う。すなわち、例えば図４Ａに示すレベルＬ
１について図４ＢのようなＸ軸、Ｙ軸方向への高速走査
を行って各検出点を検出し、次いで焦点深度をＺ軸方向
に引上げてレベルＬ２（図４Ａ）とし同様に図４Ｂに示
す走査を行う。こうして検出対象物２の立体形状を認識
し、例えばモニタへの表示等を行う。

【０００７】走査の方法は、載置台３を移動するステー
ジ走査法と、光学系により照射光を移動させるビーム走
査法が考えられる。

【０００８】このうちビーム走査法の１例として照射光
１のＸ軸、Ｙ軸方向への高速走査を、ガルバノミラー等
を用いて機構的に偏向させるものが挙げられる（図示せ
ず）。例えば、照射光１をＸ軸用ガルバノミラーとＹ軸
用ガルバノミラーを介して検出対象物２に照射し、これ
ら双方の制御を組合わせて図４Ｂに示すような走査を得
る。又、他の方法として光の位置的変調を発生させる音
響光学系素子（ＡＯ）を用いて照射光１をＸ軸、Ｙ軸方
向への高速走査させるものもある。

【０００９】尚、図４Ａの焦点深度の各レベル移動（Ｚ
軸方向）、及び図４ＢのＸ軸、Ｙ軸方向への往復走査
は、実際には極めて細密に行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のような装置にお
いて、載置台３を移動するには装置が大がかりとなり、
また走査速度が遅いという問題点を有している。また、
ビーム走査法では検出対象物２の形状検出を行う為、ガ
ルバノミラーを用いて照射光１を図４Ｂに示すようにＸ
軸、Ｙ軸方向に細密に走査させなければならない。更
に、これらＸ軸、Ｙ軸方向への走査は、各レベルの焦点
深度毎（図４Ａ）に行う必要があり、迅速な検出が困難
であった。しかし、検知した検出対象物２の形状はリア
ルタイムでのモニタ表示の出力が望まれる為、各検出デ
ータはできる限り迅速に収集し、処理しなければならな
い。

【００１１】照射光１を走査させる手段として音響光学
系素子を用いた場合、高速走査が可能であり迅速な検出
を実現することができる。しかし、その反面、照射光に
分散が生じ、受光系等に複雑な手法を必要とする。また
素子自体が高額で検出装置の製品コストが高くなるとい
う問題がある。

【００１２】又、ガルバノミラーやポリゴンミラーの組
合わせによって照射光１を二次元的に走査させると、装
置の構造が大掛かりになり、検出装置が大型化してしま
うという問題もある。

【００１３】そこで本発明では、高速な検出を行うこと
ができ、しかも小型かつ安価である走査型検出装置の提
供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る走査型検出
装置は、点光源に近似できる光源と、該光源からの照射
光を検出対象物上において直線状に集光して検出線を構
成する光変換部と、該光変換部の光路上にあって、検出
対象物上に集光した光を前記検出線と直交する方向に走
査させる光走査部と、検出対象物からの反射光を受光す
る受光部であって、検出線上に結ばれた焦点に対し、共
焦点にあたる光学的位置に配され、検出線に対応する方
向に一次元的に配列された複数の受光素子を有しており
各受光素子の受光に応じて受光信号を出力する受光部
と、該受光部が出力した各受光信号を取り込み所定の検
出動作を行う検出処理部と、を備えたことを特徴として
いる。

【００１５】

【作用】本発明にかかる走査型検出装置は上述のように
してなり、光変換部により照射光が検出対象物上で直線
状に集光し、受光部は検出線に対応する方向に一次元的
に配列された複数の受光素子でなることから、照射光の
走査方向には共焦点系を構成する。このことより走査方
向及び高さ方向には共焦点特有の高分解能を得ることが
でき、また、走査と直交方向には受光部の分解能と光学
系倍率で決まる分解能を得つつ受光部の電気的走査によ
り高速化をはかることができる。

【００１６】

【実施例】本発明に係る走査型検出装置の一実施例を図
面に基づいて説明する。まず、図１に本実施例の概略を
示す。４０は発光部としての半導体レーザであり、スペ
ックルノイズを除去するため高周波変調した照射光７１
を発している。この照射光７１は投光レンズ４１、投光
部シリンドリカルレンズ４２を透過する。投光部シリン
ドリカルレンズ４２は照射光７１を直交方向に異なる焦
点距離で屈折させ、ハーフミラー７、ガルバノミラー９
及び対物レンズ１１を介して載置台３上の検出対象物２
に直線状の検出線を構成する。

【００１７】ガルバノミラー９は、ミラー軸５１を中心
として矢印５０方向に回転可能であり、照射光を所定方
向に走査させるものである。尚、このガルバノミラー９
は、ガルバノミラー駆動回路１２によって制御されてい
る。ガルバノミラー９で反射した光は、対物レンズ１１
を通じて検出対象物２に向けて投射される。この時の載
置台３の平面図を図２Ａに示す。上述のように投光部シ
リンドリカルレンズ４２によって一方向に絞り込まれた
照射光は線状に延びる形で投射されて検出線７２を構成
する。

【００１８】こうして投射された照射光は載置台３にお
いて反射光を生じ、この反射光は図１に示すように再び
ガルバノミラー９で反射してハーフミラー７を透過す
る。そして、反射光は受光部シリンドリカルレンズ４
３、受光レンズ２２を通じて受光部であるＣＣＤライン
センサ６で受光される。

【００１９】この受光部シリンドリカルレンズ４３も、
受けた反射光を直交方向に異なる焦点距離で屈折させ、
受光レンズ２２を介してＣＣＤラインセンサ６上に直線
状の焦点を形成する。尚、ＣＣＤラインセンサ６は、図
２Ｂに示すように複数のＣＣＤ素子が直線状に配置され
て構成されている。

【００２０】次に、この検出装置を用いて検出対象物２
の形状を検出する場合の動作を説明する。まず、検出対
象物２に向けて照射される光の焦点深度を、例えば図４
Ａに示すレベルＬ１に設定する。そして、この焦点深度
を維持した状態でガルバノミラー９を駆動し、照射光を
Ｘ軸方向に走査させる（図１、図２Ａ参照）。尚、ガル
バノミラー９はガルバノミラー駆動回路１２によって駆
動され、このガルバノミラー駆動回路１２は駆動制御回
路１４からの信号を受けて駆動信号を発生するものであ
る。

【００２１】今、図２Ａにおいて検出線７２がＸ方向に
走査し、検出位置８０上に検出線７２が位置していると
する。投光部シリンドリカルレンズ４２、ハーフミラー
７、ガルバノミラー９及び対物レンズ等からなる投光側
と、対物レンズ１１、ガルバノミラー９及び受光レンズ
２２等からなる受光側とは、直交方向に共焦点系を構成
しており、検出線７２から外れた位置からの光はＣＣＤ
ラインセンサ６には入射しない。また、この時の焦点深
度（図４Ａ、レベルＬ１）に位置する検出点Ｐ８、Ｐ９
以外の点についてもＣＣＤラインセンサ６への受光量が
減少して検出されない。

【００２２】この場合、ＣＣＤラインセンサ６の備える
ＣＣＤ素子の中、検出点Ｐ８、Ｐ９（図２Ａ）に対応す
るＣＣＤ素子６８、６９にのみ高い光量が受光されるこ
とになる。そして、このＣＣＤラインセンサ６は端部の
ＣＣＤ素子から順に受光量に応じた受光信号を出力す
る。尚、ＣＣＤラインセンサ６には駆動制御回路１４
（図１）から同期信号が与えられ、照射光の走査タイミ
ングより充分速く受光信号が出力されるようになってい
る。

【００２３】図３は検出処理部８８のブロック図の１例
である。照射光は例えばレベルＬ１（図４Ａ）上で高速
に走査される。これによって検出対象物２のレベルＬ１
における外周が検知される。ここで各受光信号はアンプ
２１を介してフレームメモリ２３に記憶される。画像判
別回路２５はこのフレームメモリ２３に記憶された画像
をパターン判別する。例えば、Ｚ軸断面毎に対象物２と
基準画像とを比較し、所定のしきい値以上のずれがあっ
た場合に不良の出力をすることも可能である。その後、
照射光の焦点深度を例えばレベルＬ２、Ｌ３（図４Ａ）
と順次、引上げ、各レベル毎にＸ軸方向の走査を行う。
そしてこれらの検出データに基づき、各焦点深度での画
像を逐次モニタ出力回路を介して表示させることも可能
であり、また各焦点深度における画像を積み上げて鳥瞰
図としてモニタ表示させることも可能である。

【００２４】以上のように、投光側のレンズ系及び受光
側のレンズ系を走査と直交方向に共焦点とすることによ
り、分解能を高めることができ、またＣＣＤラインセン
サの長さ方向（走査と直交方向）にはＣＣＤの電気的走
査を行うだけであるため高速化が可能となるものであ
り、走査させる為のガルバノミラー等を設ける必要はな
く、検出装置の構造を簡略化することができ装置を小型
にすることができる。更に、音響光学素子を用いて検出
速度を高めるものではない為、分散の影響もなく安価な
費用で検出の高速化を図ることができる。

【００２５】尚、本実施例においては、検出線７２を走
査させる為にガルバノミラー９を用いたが、ポリゴンミ
ラー等によって走査させることもできる。

【００２６】

【発明の効果】本発明に係る走査型検出装置において
は、走査方向及び高さ方向については共焦点系の高分解
による検出を可能とし、しかも、走査と直交する方向に
ついては、一次元に配列された複数の受光素子の電気的
走査となるため、高速な検出を可能とするものである。
また、ガルバノミラー等の大型部品を減少させるため、
走査機構を簡略化することができ、検出装置を小型、安
価にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走査型検出装置の一実施例を示す
概略図である。

【図２】Ａは検出対象物が載置された載置台に照射光が
投射された状態を示す平面図、ＢはＣＣＤラインセンサ
の正面図である。

【図３】図２Ｂに示すＣＣＤラインセンサから出力され
た受光信号を取り込み、検出処理を行う回路のブロック
図である

【図４】Ａは走査型検出装置の検出原理を説明する為の
側面図であり、Ｂは従来の走査型検出装置の走査を示す
平面図である。

【図５】共焦点光学系の原理を示す概略図である

【符号の説明】

６・・・・・ＣＣＤラインセンサ ９・・・・・ガルバノミラー ４０・・・・・半導体レーザ ４２・・・・・投光部シリンドリカルレンズ ８８・・・・・検出処理部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】点光源に近似できる光源と、 該光源からの照射光を検出対象物上において直線状に集
   光して検出線を構成する光変換部と、 該光変換部の光路上にあって、検出対象物上に集光した
   光を前記検出線と直交する方向に走査させる光走査部
   と、 検出対象物からの反射光を受光する受光部であって、検
   出線上に結ばれた焦点に対し、共焦点にあたる光学的位
   置に配され、検出線に対応する方向に一次元的に配列さ
   れた複数の受光素子を有しており各受光素子の受光に応
   じて受光信号を出力する受光部と、 該受光部が出力した各受光信号を取り込み所定の検出動
   作を行う検出処理部と、 を備えたことを特徴とする走査型検出装置。