KR101979699B1 - 광학 계측 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 계측 대상물의 표면 형상에 따르지 않고, 계측 대상물의 표면 형상을 정확하게 계측한다.
[해결 수단] 처리부(70, 70b)는, 코어(241, 242, …, 24 N)의 각각에 대응하는 반사광의 각각에 대해서, 반사광에 따라 광학계(40)와 계측 대상물(80)의 거리를 산출하고, 반사광의 각각에 대해서, 거리를 나타내는 값과 임계값을 비교하여 모든 코어(241, 242, …, 24 N)에 대응하는 반사광에 있어서, 거리를 나타내는 값이 임계값 이상, 또는 거리를 나타내는 값이 임계값 미만인 경우는, 모든 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하고, 일부 코어에 대응하는 반사광에 있어서, 거리를 나타내는 값이 임계값 이상이며, 일부 코어 이외의 코어에 대응하는 반사광에 있어서, 거리를 나타내는 값이 임계값 미만인 경우는, 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 또는 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출한다.

Description

광학 계측 장치 {OPTICAL MEASUREMENT SYSTEM}
본 발명의 일 형태는 광학 계측 장치에 관한 것이다.
계측 대상물의 표면 형상 등을 비접촉으로 계측하는 장치로서, 백색 공초점 방식의 광학 계측 장치가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1).
공초점 방식에 있어서 백색광을 이용하는 경우, 조사된 광의 파장 성분 중 거리에 대응하는 특정 파장 성분만을 이용한다는 원리상, 단색 레이저를 사용하는 삼각 측거 방식에 비해 광의 이용 효율이 낮다는 문제가 있다. 이 문제에 대해, 복수의 코어를 이용함으로써 광량을 늘리는 기술이 제안된다. 복수의 코어로부터 광을 계측 대상물에 조사하고, 계측 대상물에서 반사한 반사광에 따른 복수의 계측값을 취득하고, 복수의 계측값 모두 평균하여 하나의 계측값을 취득하는 기술이 제안된다.
특허문헌 1: 특개 2012-208102호 공보(2012년 10월 25일 공개)
그렇지만, 상술과 같은 종래 기술은, 일률적인 복수의 계측값 모두 평균하여 하나의 계측값을 취득한다. 이 때문에, 계측 대상물의 표면 형상이 미세하게 변화하는 곳에 있어서, 계측값이 무뎌져, 계측 대상물의 표면 형상을 정확하게 계측할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 일 형태는, 계측 대상물의 표면 형상에 따르지 않고, 계측 대상물의 표면 형상을 정확하게 계측하는 것을 실현하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 관한 광학 계측 장치는, 광원과, 상기 광원으로부터의 조사광에 대하여 배치되어, 상기 조사광을 계측 대상물에 조사하고, 상기 계측 대상물의 계측면으로부터의 반사광을 수광하는 광학계와, 상기 광학계로 수광된 상기 반사광을 각 파장 성분으로 분리하는 적어도 1개의 분광기와, 상기 분광기에 의한 분광 방향에 대응시켜 복수의 수광 소자가 배치된 수광부와, 복수의 코어를 포함하고, 상기 광원 및 상기 광학계, 및 상기 광학계 및 상기 분광기를 광학적으로 접속하는 도광부와, 처리부를 구비하고, 상기 처리부는, 상기 코어의 각각에 대응하는 상기 반사광의 각각에 대해서, 상기 반사광에 따라 상기 광학계와 상기 계측 대상물의 거리를 산출하고, 상기 반사광의 각각에 대해서, 상기 거리를 나타내는 값과 임계값을 비교하고, 모든 코어에 대응하는 상기 반사광에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상, 또는 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 미만인 경우는, 모든 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하고, 일부 코어에 대응하는 상기 반사광에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상이며, 상기 일부 코어 이외의 코어에 대응하는 상기 반사광에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 미만인 경우는, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 또는 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출한다.
계측 대상물로서, 높이가 다른 복수의 평면을 가지며, 각 평면의 경계 부분의 높이 변화가 가파른 형상인 것이 상정된다. 이러한 구성의 경우, 복수의 곳에서의 거리의 측정을 단순하게 평균화하면, 경계 부분의 가파른 높이 변화를 정확하게 측정할 수 없다는 문제가 있다.
이것에 대해서, 상기 구성에 따르면, 모든 코어에 대응하는 상기 반사광에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상, 또는 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 미만인 경우는, 모든 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출한다. 따라서, 이 경우에는, 측정점이 모두 특정한 같은 높이의 평면 상에 있는 것이 상정되므로, 그 평면의 높이를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 상기 구성에 따르면, 일부 코어에 대응하는 상기 반사광에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상이며, 상기 일부 코어 이외의 코어에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 미만인 경우는, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 또는 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출한다. 따라서, 이 경우에는, 측정점이 서로 다른 높이의 2개의 평면 상에 분포하는 것이 상정되므로, 임계값을 경계로 각각 평균값을 산출함으로써, 각각의 평면의 높이를 정확하게 측정할 수 있다.
이상으로부터, 높이가 다른 복수의 평면을 가지는 계측 대상물의 형상을 보다 정확하게 계측하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 형태에 관한 광학 계측 장치에 있어서, 상기 처리부는, 상기 임계값을, 거리가 소정값보다 변화하는 경우의 변화 전후의 상기 거리를 나타내는 값으로부터 산출할 수도 있다.
상기 구성에 따르면, 계측 대상물의 형상에 따라, 임계값을 정할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 광학 계측 장치에 있어서, 상기 수광부가, 상기 코어에 대응하는 반사광의 각각에 대응하여 복수 설치될 수도 있다.
상기 구성에 따르면, 코어에 대응하는 반사광의 각각에 대응하여 수광부가 설치되므로, 광원은 복수의 코어에 대해서 조사광을 동시에 조사할 수 있다. 따라서, 광원을 단일로 할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 광학 계측 장치에 있어서, 상기 복수의 수광 소자는, 상기 수광부의 수광면 상에 2차원으로 배치되고, 상기 코어에 대응하는 반사광의 각각에 대응하여 복수의 수광 소자를 설치할 수도 있다.
상기 구성에 따르면, 1개의 수광부에 의해, 복수의 코어로부터 전파한 반사광을 수광할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 광학 계측 장치에 있어서, 상기 광원이 복수 설치됨과 동시에, 상기 광원이 발생하는 조사광의 각각이 상기 계측 대상물에 조사되는 위치가 다르고, 상기 처리부가, 상기 광원의 각각에 대해서 광조사 타이밍을 다르게 함으로써, 상기 코어의 각각에 대응하는 상기 반사광의 각각에 대해서, 상기 반사광에 따라 상기 광학계와 상기 계측 대상물의 거리를 산출할 수도 있다.
상기 구성에 따르면, 광원을 복수 설치함으로써, 코어에 대응하는 반사광마다 수광부를 설치할 필요가 없다.
본 발명의 일 형태에 관한 광학 계측 장치에 있어서, 상기 처리부가, 상기 코어의 각각에 관해서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상으로 변화하는 시간적 변화점을 추출함과 동시에, 상기 코어 모두에 관해서 상기 시간적 변화점을 맞춘 후, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 또는 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출할 수도 있다.
상기 구성에 따르면, 시간축을 늦춤으로써, 계측 위치의 어긋남을 보정할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 계측 대상물의 표면 형상을 정확하게 계측할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 광학 계측 장치의 장치 구성의 일례를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 광학 계측 장치의 장치 구성의 일례를 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 관한 광학 계측 장치에 의한 계측 처리의 일례를 도시한 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 관한 광학 계측 장치에 있어서, 출사광이 계측면의 면 상의 복수의 위치에 만드는 스폿의 개수 및 위치를 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 관한 광학 계측 장치에 의해서 취득되는 계측값과 비교예의 계측값을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 2에 관한 광학 계측 장치에 의한 계측 처리의 일례를 도시한 플로차트이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 3에 관한 광학 계측 장치에 있어서, 출사광이 계측면의 면 상의 복수의 위치에 만드는 스폿의 개수 및 위치를 도시한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 3에 관한 광학 계측 장치에 의해서 취득되는 계측값과 비교예의 계측값을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 3에 관한 광학 계측 장치의 장치 구성의 일례를 도시한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 4에 관한 광학 계측 장치의 장치 구성의 일례를 도시한 모식도이다.
[실시형태 1]
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 상세하게 설명한다.
(광학 계측 장치의 구성)
본 실시형태에 관한, 광학 계측 장치(1)의 구성에 대해서, 도 1 및 도 2를 이용해 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1)의 일례를 도시한 개요도이다. 도 2는, 본 실시형태 1에 관한 광학 계측 장치(1)의 장치 구성의 일례를 도시한 모식도이다.
광학 계측 장치(1)는, 투광부(10), 도광부(20), 광분기부(30), 광학계(40), 분광기(50), 수광부(60), 및 처리부(70)를 구비한다.
광학 계측 장치(1)는, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 복수의 위치(이하, 스폿으로 칭한다)에 대해서, 투광부(10)에서 발생시킨 복수의 광을 투광하고, 해당 복수의 스폿으로부터의 반사광에 따라, 광학계(40)와 계측 대상물(80) 사이의 거리를 산출할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 광학 계측 장치(1)는, 백색 공초점 방식에서 광학계(40)와 계측 대상물(80) 사이의 거리를 산출할 수 있다. 즉, 광학 계측 장치(1)는, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상에 광의 초점을 맞췄을 때의 계측값에 따라, 광학계(40)와 계측 대상물(80) 사이의 거리를 산출할 수 있다.
투광부(10)는, 복수의 광원(121, 122, …, 12N), 및 복수의 드라이버(141, 142, …, 14N)를 구비한다.
도광부(20)는, 투광부(10)와 광분기부(30)를 접속하고, 광분기부(30)와 광학계(40)를 접속한다. 투광부(10)와 광분기부(30)를 접속하는 도광부(20)는, 복수의 코어(221, 222, …, 22N)를 가진다. 또한, 광분기부(30)와 광학계(40)를 접속하는 도광부(20)는, 복수의 코어(241, 242, …, 24N)를 가진다. 도광부(20)는, 광원(121, 122, …, 12N)에서 발생한 광을, 코어(221, 222, …, 22N), 광분기부(30), 및 코어(241, 242, …, 24N)를 경유해 광학계(40)에 전반한다.
또한 도광부(20)는, 광분기부(30)와 분광기(50)를 접속한다. 광분기부(30)와 분광기(50)를 접속하는 도광부(20)는, 복수의 코어(261, 262, …, 26N)를 가진다. 도광부(20)는, 광학계(40)에서 수광한 계측 대상물(80)의 계측면에 있어서의 반사광을, 코어(261, 262, …, 26N)를 경유해 분광기(50)에 전반한다.
광원(121, 122, …, 12N)은, 코어(221, 222, …, 22N)에 광을 입사한다. 광원(121, 122, …, 12N)은, 복수의 파장 성분을 포함한 광을 발생한다. 예를 들면, 광원(121, 122, …, 12N)은 백색 LED(Light Emitting Diode)이다.
드라이버(141, 142, …, 14N)는, 처리부(70)의 제어에 따라 광원(121, 122, …, 12N)을 점등시킨다.
광분기부(30)는, 도광부(20)의 코어마다, 투광부(10)로부터 광학계(40)에의 광의 경로를 분기한다. 또한 광분기부(30)는, 도광부(20)의 코어마다, 광학계(40)로부터 분광기(50)에의 광의 경로를 분기한다. 광분기부(30)는, 복수의 광커플러(301, 302, …, 30N)를 구비한다.
광학계(40)는, 광원(121, 122, …, 12N)이 발생한 광을 계측 대상물(80)의 계측면에 출사한다. 또한, 광학계(40)는, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상에서 반사한 반사광을 수광하고, 도광부(20)에 전반한다. 보다 구체적으로는, 광학계(40)는, 도광부(20)가 가지는 코어(241, 242, …, 24N)를 경유한 복수의 조사광을 계측 대상물(80)에 조사하고, 반사광을 코어(241, 242, …, 24N), 광분기부(30), 및 코어(261, 262, …, 26N)를 경유해 분광기(50)에 전반한다.
광학계(40)의 계측 대상물(80)과의 대향면은, 복수의 코어(241, 242, …, 24N) 각각과 대응하는 복수의 핀홀을 가진다. 복수의 조사광은, 대응하는 복수의 핀홀로부터 계측 대상물(80)에 조사된다.
분광기(50)는 회절 격자(521, 522, …, 52N)를 포함한다. 회절 격자(521, 522, …, 52N)는, 도광부(20)가 구비한 코어(261, 262, …, 26N)의 각각에 대응하여 설치된다. 분광기(50)는, 도광부(20)가 구비한 코어(261, 262, …, 26N)를 경유한 복수의 반사광을, 파장 성분마다 분리한다. 분광기(50)는, 분리 후의 반사광을 수광부(60)에 전파한다. 또한, 분광기(50)는, 반사광을 파장 성분마다 분리할 수 있으면, 회절 격자 이외의 임의의 디바이스를 채용할 수도 있다.
수광부(60)는, 촬상 소자(621, 622, …, 62N), 및 아날로그 디지털(A/D) 변환기(641, 642, …, 64N)를 구비한다. 촬상 소자(621, 622, …, 62N), 및 아날로그 디지털(A/D) 변환기(641, 642, …, 64N)는, 도광부(20)가 구비한 코어(261, 262, …, 26N)의 각각에 대응하여 설치된다. 촬상 소자(621, 622, …, 62N)는, 복수의 수광 소자가 1차원으로 배열된 1차원 촬상 소자이다. 복수의 수광 소자는, 분광기(50)에 의한 분광 방향에 대응시켜서 배치된다. 촬상 소자(621, 622, …, 62N)의 각 수광 소자가, 반사광의 각 파장 성분을 수광한다. 분광기(50)로 파장 성분마다 분리된 반사광의, 파장 성분마다의 강도를 검출한다. A/D 변환기(641, 642, …, 64N)는, 검출 결과를 A/D 변환하고, 계측값(1, 2, …, N)으로서 처리부(70)에 출력한다.
처리부(70)는, 광학 계측 장치(1)의 각 부를 통합해 제어한다. 예를 들면, 처리부(70)는, 광원(121, 122, …, 12N)의 점등 및 소등을 제어한다. 또한 처리부(70)는, 수광부(60)로부터 입력한 계측값(1, 2, …, N)으로부터, 광학계(40)와 계측 대상물(80) 사이의 거리를 산출할 수 있다.
(처리부(70)에 있어서의 처리예)
이어서, 도 3의 플로차트를 참조하여, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1)의 처리부(70)에 있어서의 처리의 일례를 설명한다.
도 3의 플로차트로 도시한 처리에 앞서, 처리부(70)는, 코어(241, 242, …, 24N) 각각과 대응하는 계측값(1, 2, …, N)의 각각으로부터, 핀홀 각각과, 그 핀홀과 대향하는 계측 대상물(80)의 계측면 사이의 거리를 산출한다.
(스텝(S10))
처리부(70)는, 모든 코어에 대응하는 거리를 나타내는 값 각각과 임계값을 비교한다. 처리부(70)는, 모든 거리를 나타내는 값이 임계값 이상, 또는 모든 거리를 나타내는 값이 임계값 미만인지를 판정한다. 처리부(70)가, 모두 임계값 이상, 또는 임계값 미만으로 판정한 경우(YES)에는, 스텝(S12)에서 이행한다. 처리부(70)가, 일부가 임계값 이상이고 나머지가 임계값 미만으로 판정한 경우(NO)에는, 스텝(S14)에서 이행한다.
(스텝(S12))
처리부(70)는, 모든 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출한다.
(스텝(S14))
처리부(70)는, 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출, 또는 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출한다. 거리를 나타내는 값의 일부가 임계값 이상이고 나머지가 임계값 미만인 경우에는, 측정점이 서로 다른 높이의 2개의 평면 상에 분포하는 것이 상정되므로, 임계값을 경계로 각각 평균값을 산출함으로써, 각각의 평면의 높이를 정확하게 측정할 수 있다. 처리부(70)는, 임계값 이상의 거리를 나타내는 값들과 임계값 미만의 거리를 나타내는 값들 중, 다수의 값을 포함하는 쪽을 평균값의 산출에 이용할 수도 있다.
(스텝 S16)
처리부(70)는, 스텝(S12) 또는 스텝(S14)에서 산출된 평균값을 센서 계측값으로서 출력한다.
이와 같이, 본 실시형태의 광학 계측 장치(1)는, 계측 대상물(80)의 형상이 평탄한 경우에도, 미세하게 변화하는 경우에도, 정확한 계측을 할 수 있다.
이어서, 스텝(S10)에서 이용하는 임계값을 설명한다.
처리부(70)는, 광원(121, 122, …, 12N)의 조사마다의, 코어(241, 242, …, 24N) 각각과 대응하는 거리를 산출한다. 처리부(70)는, 코어(241, 242, …, 24N) 각각과 대응하는 거리 각각의 차이가 소정값 이내인 위치를 평탄 위치로서 추출하고, 그 평탄 위치의 거리를 각각의 거리를 나타내는 값을 평균하여 산출한다. 소정값이란, 계측 대상물(80)의 형상이 크게 변화하지 않으면 간주해도 괜찮은 거리의 차이로 판정되는 값의 한계치이다. 환언하면, 거리의 차이가, 소정값보다 크면, 계측 대상물(80)의 형상이 변화했다고 간주할 수 있다. 처리부(70)는, 복수의 평탄 위치를 추출한다. 처리부(70)는, 서로 이웃한 평탄 위치 사이에 있어서의 센서 계측값의 산출에 이용하는 임계값을, 서로 이웃한 평탄 위치에 있어서의 각각의 거리 사이의 값으로 정한다.
도 4는, 광학계(40)가, 계측 대상물(80)의 형상이 변화하는 곳에 광을 조사하는 경우를 도시한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 코어(241)를 경유한 조사광은, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 스폿(821)을 조사한다. 마찬가지로, 코어(242)를 경유한 조사광은, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 스폿(822)을 조사하고, 코어(243)를 경유한 조사광은, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 스폿(823)을 조사하고, 코어(244)를 경유한 조사광은, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 스폿(824)을 조사하고, 코어(245)를 경유한 조사광은, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 스폿(825)을 조사한다.
광학계(40)는, 화살표 S방향으로 이동된다. 광학계(40)는, 도 4에서 도시한 경우의 조사 전에는, 화살표 S방향의 상류측의 영역을 조사하고, 도 4에서 도시한 경우의 조사 후에는, 화살표 S방향의 하류측의 영역을 조사한다.
도 4에서 도시한 경우의 조사 전의 조사에 있어서 수광한 반사광에 따라, 스폿(825, 824, 823)을 포함한 영역의 광학계(40)로부터의 거리를 1.0㎜로 산출한다. 또한, 도 4에서 도시한 경우의 조사 후의 조사에 있어서 수광한 반사광에 따라, 스폿(822, 821)을 포함한 영역의 광학계(40)로부터의 거리를 2.0㎜로 산출한다. 그리고, 도 4에서 도시한 경우의 조사 시의 센서 계측값의 산출에 이용하는 임계값을, 1.0㎜와 2.0㎜ 사이의 1.5㎜로 정한다.
도 4에서 도시한 경우에 있어서는, 스폿(825)과 대응하는 핀홀과의 거리를 나타내는 값, 스폿(824)과 대응하는 핀홀과의 거리를 나타내는 값, 및 스폿(823)과 대응하는 핀홀과의 거리를 나타내는 값이 임계값 미만이다. 따라서, 처리부(70)는, 스폿(825)과 대응하는 핀홀과의 거리를 나타내는 값, 스폿(824)과 대응하는 핀홀과의 거리를 나타내는 값, 및 스폿(823)과 대응하는 핀홀과의 거리를 나타내는 값의 평균값이 센서 계측값으로서 출력한다.
도 5는, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1)로 취득한 센서 계측값과, 비교예의 광학 계측 장치로 취득한 계측값을 도시한다.
비교예의 광학 계측 장치에 있어서는, 본 실시형태와 동일한 방법으로 반사광에 따라 산출한 거리를 나타내는 값을, 임계값과 비교하지 않고, 일률적으로 복수의 거리를 나타내는 값을 평균함으로써 계측값을 산출한다. 여기서, 본 실시형태에 있어서 계측 대상물(80)은, 높이가 다른 복수의 평면을 가지며, 각 평면의 경계 부분의 높이 변화가 가파른 형상인 것을 상정한다. 이러한 구성의 경우, 복수 곳에서의 거리의 측정을 단순하게 평균화하면, 경계 부분이 가파른 높이 변화를 정확하게 측정할 수 없다.
이것에 대해, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1)에 있어서는, 모든 거리를 나타내는 값이 임계값 이상, 또는 임계값 미만이 아닌 경우에는, 임계값 이상, 또는 임계값 미만의 거리를 나타내는 값만을 평균하여 센서 계측값으로 한다. 이 때문에, 계측 대상물(80)의 높이가 다른 복수의 평면의 경계 부분의 가파른 높이 변화를 정확하게 측정할 수 있다.
[실시형태 2]
본 발명의 다른 실시형태에 대해서, 도 6~8에 근거해 설명하면, 이하와 같다. 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1)는, 실시형태 1에서 설명한 부재와 같은 기능을 가지는 부재를 구비하므로, 부재에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
(처리부(70)에 있어서의 처리예)
도 6은, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1)의 처리부(70)에 있어서의 처리의 일례를 설명하는 플로차트이다.
도 6의 플로차트에서 도시한 처리에 앞서, 처리부(70)는, 코어(241, 242, …, 24N) 각각과 대응하는 계측값(1, 2, …, N) 각각으로부터, 핀홀 각각과, 그 핀홀과 대향하는 계측 대상물(80)의 계측면 사이의 거리를 산출한다.
(스텝 S20)
처리부(70)는, 모든 코어에 대응하는 거리를 나타내는 값 각각과 임계값을 비교한다. 처리부(70)는, 모든 거리를 나타내는 값이 임계값 이상, 또는 모든 거리를 나타내는 값이 임계값 미만인지를 판정한다. 처리부(70)가, 모두 임계값 이상, 또는 임계값 미만으로 판정한 경우(YES)에는, 스텝(S22)에서 이행한다. 처리부(70)가, 일부가 임계값 이상이고 나머지가 임계값 미만으로 판정한 경우(NO)에는, 스텝(S24)에서 이행한다.
(스텝 S22)
처리부(70)는, 모든 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출한다.
(스텝 S24)
스텝(S24)에 있어서의 처리를, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7(a)은, 광학계(40)가, 계측 대상물(80)의 형상이 변화하는 곳에 광을 조사하는 경우를 나타낸다.
도 7(a)에 도시한 바와 같이, 코어(241')를 경유한 조사광은, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 스폿(821')을 조사한다. 마찬가지로, 코어(242')를 경유한 조사광은, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 스폿(822')을 조사하고, 코어(243')를 경유한 조사광은, 계측 대상물(80)의 계측면의 면 상의 스폿(823')을 조사한다.
도 7(b)은, 각각의 코어에 대응하는 거리를 나타내는 값의 시간 변화를 도시한다. 도 7(b)에 있어서, ○로 코어(241')에 대응하는 거리의 값의 시간 변화를 나타내며, △로 코어(242')에 대응하는 거리의 값의 시간 변화를 나타내며, ×로 코어(243')에 대응하는 거리의 값의 시간 변화를 나타낸다.
시간 1에 있어서, 코어(241')를 경유한 조사광에 따라 계측된 거리를 나타내는 값은 임계값 이상으로 변화한다. 이 시점을 시간적 변화점으로 칭한다. 또한 시간 1에 있어서, 코어(242')를 경유한 조사광에 따라 계측된 거리를 나타내는 값은 0㎜이며, 코어(243')를 경유한 조사광에 따라 계측된 거리를 나타내는 값은 0㎜이다. 즉, 도 7(a)은, 시간 1에 있어서의 조사를 도시한다.
시간 2에 있어서, 코어(242')를 경유한 조사광에 따라 계측된 거리를 나타내는 값은 임계값 이상으로 변화한다. 즉, 코어(242')에 대응하는 거리를 나타내는 값의 시간적 변화점은 시간 2이다. 또한 시간 2에 있어서, 코어(243')를 경유한 조사광에 따라 계측된 거리를 나타내는 값은 0㎜ 그대로다.
시간 3에 있어서, 코어(243')를 경유한 조사광에 따라 계측된 거리를 나타내는 값은 임계값 이상으로 변화한다. 즉, 코어(243')에 대응하는 거리를 나타내는 값의 시간적 변화점은 시간 3이다.
이러한 경우에 있어서, 본 실시형태에서는, 마지막에 변화점이 나타나는 코어(코어(243'))의 거리를 나타내는 값의 시간적 변화점에 다른 코어(241', 242')의 거리를 나타내는 값의 시간적 변화점이 겹치도록, 도 7(b)에 도시한 화살표와 같이, 다른 코어의 시간축을 늦춘다. 즉, 시간 3에 있어서의 센서 계측값의 산출에 있어서, 코어(241')에 대응하는 거리를 나타내는 값은 시간 1의 값을 채용하고, 코어(242')에 대응하는 거리를 나타내는 값은 시간 2의 값을 채용하고, 코어(243')에 대응하는 거리를 나타내는 값은 시간 3의 값을 채용한다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 계측 위치의 어긋남을, 시간축을 늦추는 것으로 보정함으로써, 보다 정확한 거리를 나타내는 값을 얻을 수 있다.
(스텝 S26)
처리부(70)는, 스텝(S22) 또는 스텝(S24)에서 산출된 평균값을 센서 계측값으로서 출력한다.
이와 같이, 본 실시형태의 광학 계측 장치(1)는, 계측 대상물(80)의 형상이 평탄한 경우에도, 미세하게 변화하는 경우에도, 정확한 계측을 할 수 있다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1)로 취득한 센서 계측값과, 비교예의 광학 계측 장치로 취득한 계측값을 도시한다.
비교예의 광학 계측 장치에 있어서는, 본 실시형태와 같은 방법으로 반사광에 따라 산출한 거리를 나타내는 값을, 임계값과 비교하지 않고, 일률적으로 복수의 거리를 나타내는 값을 평균함으로써 계측값을 산출한다. 복수 곳에서의 거리의 측정을 단순하게 평균화하므로, 높이가 다른 복수의 평면의 각각의 경계 부분의 가파른 높이 변화를 정확하게 측정할 수 없다.
이것에 대해, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1)에 있어서는, 모든 거리를 나타내는 값이 임계값 이상, 또는 임계값 미만이 아닌 경우에는, 각각의 코어에 대응하는 거리를 나타내는 값의 변화점을 참조하여, 각각의 코어에 대응하는 거리를 나타내는 값의 시간 변화의 시간축을 늦춘다. 이 때문에, 계측 대상물(80)의 높이가 다른 복수의 평면의 경계 부분의 가파른 높이 변화를 정확하게 측정할 수 있다.
[실시형태 3]
본 발명의 다른 실시형태에 대해서, 도 9에 근거해 설명하면, 이하와 같다. 도 9(a)는, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1a)의 장치 구성의 일례를 도시한 모식도이다.
본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1a)는, 단일의 분광기(50a), 및 단일의 수광부(60a)를 구비한다. 즉, 도광부(20)의 코어(261, 262, …, 26N)마다 분광기, 및 수광부를 구비하지 않는다.
또한, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1a)는, 분광기(50a), 및 수광부(60a) 이외는, 실시형태 1에서 설명한 부재와 같은 기능을 가지는 부재를 구비하므로, 이들 부재에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
수광부(60a)는, 촬상 소자(62a), 및 A/D 변환기(64a)를 구비한다.
도 9(b)에 도시한 바와 같이, 촬상 소자(62a)는, 복수의 수광 소자가 2차원으로 배열된 2차원 촬상 소자이다. 도 9(b)에 도시한 횡방향으로 늘어선 수광 소자가, 1개의 코어에 대응하는 반사광의 각 파장 성분을 수광한다. 도 9(b)에 도시한 종방향으로 늘어선 수광 소자는, 각각의 코어에 대응하는 반사광을 수광한다.
또한, 상기 실시형태에 있어서, 처리부(70)는, 드라이버(141, 142, …, 14N)를 복수의 광원(121, 122, …, 12N)이 동시에 조사하도록 제어한다. 그렇지만, 광원은 단일이어도 괜찮고, 단일의 광원이 복수의 코어(221, 222, …, 22N)에 조사광을 조사하는 구성이어도 괜찮다.
[실시형태 4]
본 발명의 다른 실시형태에 대해서, 도 10에 근거해 설명하면, 이하와 같다. 도 10은, 본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1b)의 장치 구성의 일례를 도시한 모식도이다.
본 실시형태에 관한 광학 계측 장치(1b)는, 수광부(60b), 및 처리부(70b) 이외는, 상기 실시형태에서 설명한 부재와 같은 기능을 가지는 부재를 구비하므로, 이들 부재에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
본 실시형태의 처리부(70b)는, 드라이버(141, 142, …, 14N)를 복수의 광원(121, 122, …, 12N)이 다른 광조사 타이밍으로 조사하도록 제어한다. 따라서, 광원(121, 122, …, 12N)의 각각은, 대응하는 코어(221, 222, …, 22N)의 각각에, 다른 광조사 타이밍으로 조사광을 조사한다. 또한, 코어(241, 242, …, 24N)의 각각은, 다른 타이밍으로 계측 대상물의 계측면으로부터의 반사광을 수광한다.
또한, 본 실시형태의 수광부(60b)는, 단일의 촬상 소자(62b), 및 A/D 변환기(64b)를 구비한다. 본 실시형태의 촬상 소자(62b)는, 실시형태 1과 동일한, 복수의 수광 소자가 1차원으로 배열된 1차원 촬상 소자이다. 촬상 소자(62b)는, 코어(241, 242, …, 24N), 및 코어(261, 262, …, 26N)를 전파한 반사광을, 코어마다 순서대로 수광한다.
1, 1a, 1b: 광학 계측 장치
121, 122, …, 12N: 광원
20: 도광부
221, 222, …, 22N, 241, 242, …, 24N, 261, 262, …, 26N: 코어
40: 광학계
50: 분광기
60: 수광부

Claims (10)

  1. 광원과,
    상기 광원으로부터의 조사광에 대하여 배치되어, 상기 조사광을 계측 대상물에 조사하고, 상기 계측 대상물의 계측면으로부터의 반사광을 수광하는 광학계와,
    상기 광학계로 수광된 상기 반사광을 각 파장 성분으로 분리하는 적어도 1개의 분광기와,
    상기 분광기에 의한 분광 방향에 대응시켜 복수의 수광 소자가 배치된 수광부와,
    복수의 코어를 포함하고, 상기 광원 및 상기 광학계, 및 상기 광학계 및 상기 분광기를 광학적으로 접속하는 도광부와,
    처리부를 구비하고,
    상기 처리부는,
    상기 코어의 각각에 대응하는 상기 반사광의 각각에 대해서, 상기 반사광에 따라 상기 광학계와 상기 계측 대상물과의 거리를 산출하고,
    상기 반사광의 각각에 대해서, 상기 거리를 나타내는 값과 임계값을 비교하고,
    모든 코어에 대응하는 상기 반사광에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상, 또는 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 미만인 경우는, 모든 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하고,
    일부 코어에 대응하는 상기 반사광에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상이며, 상기 일부 코어 이외의 코어에 대응하는 상기 반사광에 있어서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 미만인 경우는, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 및 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하는 광학 계측 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 처리부는, 상기 임계값을, 거리가 소정값보다 변화하는 경우의 변화 전후의 상기 거리를 나타내는 값으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 수광부가, 상기 코어에 대응하는 반사광의 각각에 대응하여 복수 설치되는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 복수의 수광 소자는, 상기 수광부의 수광면 상에 2차원으로 배치되고, 상기 코어에 대응하는 반사광의 각각에 대응하여 복수의 수광 소자가 설치되는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 광원이 복수 설치됨과 동시에, 상기 광원이 발생하는 조사광의 각각이 상기 계측 대상물에 조사되는 위치가 다르고,
    상기 처리부가, 상기 광원의 각각에 대해서 광조사 타이밍을 다르게 함으로써, 상기 코어의 각각에 대응하는 상기 반사광의 각각에 대해서, 상기 반사광에 따라 상기 광학계와 상기 계측 대상물의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 처리부가, 상기 코어의 각각에 관해서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상으로 변화하는 시간적 변화점을 추출함과 동시에, 상기 코어 모두에 관해서 상기 시간적 변화점을 맞춘 후, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 및 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 처리부가, 상기 코어의 각각에 관해서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상으로 변화하는 시간적 변화점을 추출함과 동시에, 상기 코어 모두에 관해서 상기 시간적 변화점을 맞춘 후, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 및 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
  8. 청구항 3에 있어서, 상기 처리부가, 상기 코어의 각각에 관해서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상으로 변화하는 시간적 변화점을 추출함과 동시에, 상기 코어 모두에 관해서 상기 시간적 변화점을 맞춘 후, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 및 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
  9. 청구항 4에 있어서, 상기 처리부가, 상기 코어의 각각에 관해서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상으로 변화하는 시간적 변화점을 추출함과 동시에, 상기 코어 모두에 관해서 상기 시간적 변화점을 맞춘 후, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 및 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
  10. 청구항 5에 있어서, 상기 처리부가, 상기 코어의 각각에 관해서, 상기 거리를 나타내는 값이 상기 임계값 이상으로 변화하는 시간적 변화점을 추출함과 동시에, 상기 코어 모두에 관해서 상기 시간적 변화점을 맞춘 후, 상기 임계값 이상의 거리를 나타내는 값의 평균값, 및 상기 임계값 미만의 거리를 나타내는 값의 평균값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 계측 장치.
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