KR20210077738A - 광학 계측 장치 및 광학 계측 방법 - Google Patents

광학 계측 장치 및 광학 계측 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210077738A
KR20210077738A KR1020217015056A KR20217015056A KR20210077738A KR 20210077738 A KR20210077738 A KR 20210077738A KR 1020217015056 A KR1020217015056 A KR 1020217015056A KR 20217015056 A KR20217015056 A KR 20217015056A KR 20210077738 A KR20210077738 A KR 20210077738A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
amount
received
distance
reflected light
Prior art date
Application number
KR1020217015056A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102612466B1 (ko
Inventor
요스케 카지이
토모노리 콘도
Original Assignee
오므론 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오므론 가부시키가이샤 filed Critical 오므론 가부시키가이샤
Priority claimed from PCT/JP2019/051050 external-priority patent/WO2020145172A1/ja
Publication of KR20210077738A publication Critical patent/KR20210077738A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102612466B1 publication Critical patent/KR102612466B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0608—Height gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/045—Correction of measurements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/10—Segmentation; Edge detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/50—Using chromatic effects to achieve wavelength-dependent depth resolution

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

계측 조건마다 문턱값을 설정하지 않고도, 계측값에 발생할 수 있는 노이즈의 유무를 판정할 수 있다. 대상물(TA)에 의해 반사된 반사광의 수광량에 기초하여 계측값을 얻는 광학 계측 장치(100)로서, 광학 계측 장치(100)의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 설정부(52)와, 문턱값에 기초하여, 계측값의 노이즈의 유무를 판정하는 판정부(53)를 구비한다.

Description

광학 계측 장치 및 광학 계측 방법
본 발명은, 광학 계측 장치 및 광학 계측 방법에 관한 것이다.
이런 종류의 광학 계측 장치로서, 투광부에서 투사된 광을 수광하여 수광량에 대응하는 신호를 출력하는 수광부와, 대상물의 엣지(단부; 端部) 위치의 검출을 위한 문턱값(threshold)을 설정하는 설정 수단과, 수광부의 출력 신호에 기초하여 얻어지는 수광량 분포와 설정 수단에 의해 설정된 문턱값 간의 교점의 위치를 대략 엣지 위치로서 구하는 엣지 추출 수단을 구비한 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 이 광학 계측 장치에서는, 이용자가 모니터 장치의 표시부를 보면서 수광량 분포의 최대 레벨과 최소 레벨 사이에 문턱값을 설정함으로써, 수광량 분포와 문턱값 간의 교점 위치를 대략 엣지 위치로서 구할 수 있다.
여기서, 계측값으로서, 장치부터 대상물까지의 거리를 계측할 때에, 예를 들어 대상물을 이동시키면, 대상물의 단부에서 실제의 거리보다도 현저하게 높은 값(돌출값)이 되는 경우가 있었다. 이 경우, 장치의 이용자는, 계측한 거리에 발생한 현저하게 높은 값, 즉, 노이즈를, 실제의 거리와는 다른 값임을 깨닫지 못하고 사용해 버릴 우려가 있었다.
계측한 거리에 발생하는 노이즈의 유무를 판정하기 위해, 종래는, 수광량에 대한 문턱값을 미리 설정해 두고, 그 문턱값에 기초하여, 계측한 거리에서의 노이즈의 유무를 판정하고 있었다.
그렇지만, 반사광의 수광량은, 대상물의 종류에 더하여, 장치의 노광 시간, 장치 또는 대상물이 이동하는 경우의 이동 속도 등의 계측 조건에 의해 크게 변화해 버린다. 그 때문에, 종래의 방법에서는, 수광량에 영향을 미치는 계측 조건마다 문턱값을 설정할 필요가 있었다.
[특허문헌] 일본 공개특허 2002－277207호 공보
본 발명은, 계측 조건마다 문턱값을 설정하지 않고도, 계측값에 발생할 수 있는 노이즈의 유무를 판정할 수 있는 광학 계측 장치 및 광학 계측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양에 관한 광학 계측 장치는, 대상물에 의해 반사된 반사광의 수광량에 기초하여 계측값을 얻는 광학 계측 장치로서, 광학 계측 장치의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 설정부와, 문턱값에 기초하여, 계측값의 노이즈의 유무를 판정하는 판정부를 구비한다.
이 태양에 의하면, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이 설정된다. 여기서, 단위 시간당 수광량은, 단순한 수광량과 비교하여, 계측 조건에 의한 변화가 적고, 대상물마다 거의 일정한 값이라는 것을 발명자는 알아내었다. 따라서, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값에 기초함으로써, 계측 조건마다 문턱값을 설정하지 않고도, 계측값에 발생할 수 있는 노이즈의 유무를 판정할 수 있다. 또한, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이, 광학 계측 장치의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여 설정된다. 이에 의해, 예를 들어, 이상적인 반사광의 단위 시간당 수광량을 기준값으로 하고, 그 기준값에 대한 광학 계측 장치의 상대 계수에 기초함으로써, 광학 계측 장치에 고유의 광량 편차에 따라, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 것이 가능해져서, 광학 계측 장치마다의 광량 편차의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 계측값의 노이즈의 유무의 판정에서, 광학 계측 장치에 고유의 광량 편차의 영향을 저감할 수 있다.
전술한 태양에서, 광을 발하는 광원을 포함하는 컨트롤러와, 반사광을 집광 하는 광학계를 포함하는 센서 헤드를 더 구비하고, 설정부는, 컨트롤러의 광량에 관한 제1 특성 정보와 센서 헤드의 광량에 관한 제2 특성 정보에 기초하여, 문턱값을 설정해도 된다.
이 태양에 의하면, 제1 특성 정보와 제2 특성 정보에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이 설정된다. 이에 의해, 컨트롤러에 포함되는 광원의 광량 편차의 영향과, 센서 헤드에 포함되는 광학계의 광량 편차의 영향을 억제할 수 있다.
전술한 태양에서, 컨트롤러는, 제1 특성 정보를 기억하는 제1 기억부를 더 포함하고, 센서 헤드는, 제2 특성 정보를 기억하는 제2 기억부를 더 포함해도 된다.
이 태양에 의하면, 제1 특성 정보가 컨트롤러의 제1 기억부에 기억되고, 제2 특성 정보가 센서 헤드의 제2 기억부에 기억된다. 이에 의해, 컨트롤러 및 센서 헤드 중 어느 한쪽, 예를 들어 센서 헤드를 교환하였을 때에, 제1 특성 정보는 컨트롤러의 제1 기억부에 기억된채 남는다. 따라서, 제1 특성 정보 및 제2 특성 정보는, 각각, 한 번만 산출하면 된다.
전술한 태양에서, 파라미터를 입력하기 위한 입력부를 더 구비하고, 설정부는, 제1 특성 정보와 제2 특성 정보와 파라미터에 기초하여, 문턱값을 설정해도 된다.
이 태양에 의하면, 제1 특성 정보와, 제2 특성 정보와, 파라미터에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이 설정된다. 이에 의해, 광원의 광량 편차의 영향과 광학계의 광량 편차의 영향을 억제하면서, 이용자(유저)의 사용법, 어플리케이션 등에 따른 문턱값을 설정하는 것이 가능해진다.
전술한 태양에서, 반사광의 수광량에 기초하여, 계측값으로서 광학 계측 장치부터 대상물까지의 거리를 계측하는 계측부를 더 구비해도 된다.
이 태양에 의하면, 반사광의 수광량에 기초하여, 계측값으로서 광학 계측 장치부터 대상물까지의 거리가 계측된다. 이에 의해, 계측한 거리에서의 노이즈의 유무를 판정하고, 대상물까지의 거리를 계측하는 광학 계측 장치를 용이하게 실현할 수 있다.
전술한 태양에서, 계측부는, 판정부에 의해 거리에 노이즈가 있다고 판정되었을 때에, 거리를 계측하지 않아도 된다.
이 태양에 의하면, 판정부(53)에 의해 거리에 노이즈가 있다고 판정되었을 때에, 거리가 계측되지 않는다. 이에 의해, 계측한 거리에 발생할 수 있는 노이즈의 값을, 이용자가 사용하는 리스크를 저감할 수 있다.
전술한 태양에서, 광은 복수의 파장 성분을 포함하고, 광학계는, 광에 대해 광축 방향을 따르는 색수차를 발생시키며, 색수차를 발생시킨 광을 대상물에 조사함과 아울러, 반사광을 집광하고, 반사광의 수광량을 검출하는 수광부로서, 파장 성분마다 수광량을 검출 가능하게 구성되는 수광부를 더 구비해도 된다.
이 태양에 의하면, 복수의 파장 성분을 포함하는 광에 대해 광축 방향을 따르는 색수차를 발생시키며, 색수차를 발생시킨 광이 대상물에 조사됨과 아울러, 대상물에 반사된 반사광이 집광되고, 반사광의 수광량을 검출하는 수광부는, 파장 성분마다 수광량이 검출 가능하게 구성된다. 이에 의해, 계측하는 거리에서의 노이즈의 유무를 판정하는 백색 공초점 방식의 광학 계측 장치를 용이하게 실현할 수 있다.
전술한 태양에서, 계측부는, 반사광의 파장 성분마다의 수광량 분포에서의 피크의 수광량에 기초하여, 거리를 계측해도 된다.
이 태양에 의하면, 반사광의 파장 성분마다의 수광량 분포에서의 피크의 수광량에 기초하여, 거리가 계측된다. 이에 의해, 반사광의 파장 성분마다의 수광량 분포에서, 피크 이외의 파장 성분이 거리에 미치는 영향을 억제하고, 대상물에 초점이 맞은 피크의 파장 성분에 기초하여 거리를 계측할 수 있다. 따라서, 광학 계측 장치부터 대상물까지의 거리를, 안정되고 고정밀도로 계측할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 관한 광학 계측 방법은, 대상물에 의해 반사된 반사광의 수광량에 기초하여 계측값을 얻는 광학 계측 장치가 사용하는 광학 계측 방법으로서, 광학 계측 장치의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 설정 단계와, 문턱값에 기초하여, 계측값의 노이즈의 유무를 판정하는 판정 단계를 포함한다.
이 태양에 의하면, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이 설정된다.여기서, 단위 시간당 수광량은, 단순한 수광량과 비교하여, 계측 조건에 의한 변화가 적고, 대상물마다 거의 일정한 값이라는 것을 발명자는 알아내었다. 따라서, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값에 기초함으로써, 계측 조건마다 문턱값을 설정하지 않고도, 계측값에 발생할 수 있는 노이즈의 유무를 판정할 수 있다. 또한, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이, 광학 계측 장치의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여 설정된다. 이에 의해, 예를 들어, 이상적인 반사광의 단위 시간당 수광량을 기준값으로 하고, 그 기준값에 대한 광학 계측 장치의 상대 계수에 기초함으로써, 광학 계측 장치에 고유의 광량 편차에 따라, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 것이 가능해져서, 광학 계측 장치마다의 광량 편차의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 계측값의 노이즈의 유무의 판정에서, 광학 계측 장치에 고유의 광량 편차의 영향을 저감할 수 있다.
전술한 태양에서, 광학 계측 장치는, 광을 발하는 광원을 포함하는 컨트롤러와, 반사광을 집광하는 광학계를 포함하는 센서 헤드를 구비하고, 설정 단계는, 컨트롤러의 광량에 관한 제1 특성 정보와 센서 헤드의 광량에 관한 제2 특성 정보에 기초하여, 문턱값을 설정하는 것을 포함해도 된다.
이 태양에 의하면, 제1 특성 정보와 제2 특성 정보에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이 설정된다. 이에 의해, 컨트롤러에 포함되는 광원의 광량 편차의 영향과, 센서 헤드에 포함되는 광학계의 광량 편차의 영향을 억제할 수 있다.
전술한 태양에서, 파라미터를 입력하기 위한 입력 단계를 더 포함하고, 설정 단계는, 제1 특성 정보와 제2 특성 정보와 파라미터에 기초하여, 문턱값을 설정하는 것을 포함해도 된다.
이 태양에 의하면, 제1 특성 정보와, 제2 특성 정보와, 파라미터에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이 설정된다. 이에 의해, 광원의 광량 편차의 영향과 광학계의 광량 편차의 영향을 억제하면서, 이용자(유저)의 사용법, 어플리케이션 등에 따른 문턱값을 설정하는 것이 가능해진다.
전술한 태양에서, 반사광의 수광량에 기초하여, 계측값으로서 광학 계측 장치부터 대상물까지의 거리를 계측하는 계측 단계를 더 포함해도 된다.
이 태양에 의하면, 반사광의 수광량에 기초하여, 계측값으로서 광학 계측 장치부터 대상물까지의 거리가 계측된다. 이에 의해, 계측한 거리에서의 노이즈의 유무를 판정하고, 대상물까지의 거리를 계측하는 광학 계측 방법을 용이하게 실현할 수 있다.
전술한 태양에서, 계측 단계는, 판정 단계에서 거리에 노이즈가 있다고 판정되었을 때에, 거리를 계측하지 않아도 된다.
이 태양에 의하면, 판정 단계에서 거리에 노이즈가 있다고 판정되었을 때에, 거리가 계측되지 않는다. 이에 의해, 계측한 거리에 발생할 수 있는 노이즈의 값을, 이용자가 사용하는 리스크를 저감할 수 있다.
전술한 태양에서, 광은 복수의 파장 성분을 포함하고, 광에 대해 광축 방향을 따르는 색수차를 발생시키며, 색수차를 발생시킨 광을 대상물에 조사함과 아울러, 반사광을 집광하는 단계와, 파장 성분마다 수광량을 검출 가능하게 구성되는 수광부가, 반사광의 수광량을 검출하는 단계를 더 포함해도 된다.
이 태양에 의하면, 복수의 파장 성분을 포함한 광에 대해 광축 방향을 따르는 색수차를 발생시키고, 색수차를 발생시킨 광이 대상물에 조사됨과 아울러, 대상물에 반사된 반사광이 집광되어, 파장 성분마다 수광량이 검출 가능하게 구성되는 수광부가, 반사광의 수광량을 검출한다. 이에 의해, 계측하는 거리에서의 노이즈의 유무를 판정하는 백색 공초점 방식의 광학 계측 방법을 용이하게 실현할 수 있다.
전술한 태양에서, 계측 단계는, 반사광의 파장 성분마다의 수광량 분포에서의 피크의 수광량에 기초하여, 거리를 계측하는 것을 포함해도 된다.
이 태양에 의하면, 반사광의 파장 성분마다의 수광량 분포에서의 피크의 수광량에 기초하여, 거리가 계측된다. 이에 의해, 반사광의 파장 성분마다의 수광량 분포에서, 피크 이외의 파장 성분이 거리에 미치는 영향을 억제하고, 대상물에 초점이 맞은 피크의 파장 성분에 기초하여 거리를 계측할 수 있다. 따라서, 광학 계측 장치부터 대상물까지의 거리를, 안정되고 고정밀도로 계측할 수 있다.
본 발명에 의하면, 계측 조건마다 문턱값을 설정하지 않고도, 계측값에 발생할 수 있는 노이즈의 유무를 판정할 수 있다.
도 1은, 제1 실시형태에서의 광학 계측 장치의 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 수광부에 의해 얻어지는 수광량 분포 신호의 일 예를 예시하는 파형도이다.
도 3은, 계측한 거리와 단위 시간당 수광량 간의 관계를 예시하는 도면이다.
도 4는, 제1 실시형태에서의 광학 계측 장치가 계측하는 거리와, 종래예에 관한 광학 계측 장치가 계측하는 거리 간의 관계를 예시하는 그래프이다.
도 5는, 도 1에 나타낸 광학 계측 장치의 상대 계수에서의 기준값을 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
도 6은, 도 1에 나타낸 컨트롤러의 컨트롤러 상대 계수를 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
도 7은, 도 1에 나타낸 센서 헤드의 센서 헤드 상대 계수를 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
도 8은, 제1 실시형태의 광학 계측 장치에서의 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값의 설정의 개략 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 9는, 제1 실시형태의 광학 계측 장치에서의 대상물까지의 거리의 계측의 개략 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 10은, 제2 실시형태에서의 광학 계측 장치가 구비하는 컨트롤러의 컨트롤러 광량 특성값을 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
도 11은, 제2 실시형태에서의 광학 계측 장치가 구비하는 센서 헤드의 센서 헤드 광량 특성값을 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
도 12는, 제2 실시형태의 광학 계측 장치에서의 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값의 설정의 개략 동작을 예시하는 흐름도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다. 또, 각 도면에서, 동일한 부호를 부여한 것은, 동일 또는 같은 구성을 갖는다.
［제1 실시형태］
우선, 도 1을 참조하면서, 제1 실시형태에 따른 광학 계측 장치의 구성에 대해 설명한다. 도 1은, 제1 실시형태에서의 광학 계측 장치(100)의 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 광학 계측 장치(100)는, 광원(10)과, 도광부(20)와, 센서 헤드(30)와, 수광부(40)와, 제어부(50)와, 기억부(60)와, 입출력 I/F(인터페이스)(65)와, 조작부(70)와, 표시부(80)를 구비한다. 광원(10), 도광부(20)의 일부, 수광부(40), 제어부(50), 기억부(60), 조작부(70), 및 표시부(80)는, 컨트롤러(90)에 수용되어 있다.
단, 광학 계측 장치(100)의 각 부는, 센서 헤드(30)와, 컨트롤러(90)로 나누어 수용되는 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광학 계측 장치(100)의 각 부는, 3개 이상으로 나누어 수용되어 있어도 된다.
광학 계측 장치(100)는, 그 장치로부터, 구체적으로는 센서 헤드(30)부터 대상물(TA)까지의 거리를 소정의 계측 주기로 계측한다.
광원(10)은, 복수의 파장 성분을 포함하는 광을 발하도록 구성되어 있다. 광원(10)은, 제어부(50)에서 입력되는 제어 신호에 기초하여 동작하고, 예를 들어, 제어 신호에 기초하여 광의 광량을 변경한다. 광원(10)은, 예를 들어 백색 LED(Light　Emitting　Diode)를 포함하여 구성되며, 백색광을 발생시킨다. 단, 광원(10)이 발하는 광은, 광학 계측 장치(100)에 요구되는 거리 범위를 커버하는 파장 범위를 포함하는 광이면 되고, 백색광에 한정되는 것은 아니다.
도광부(20)는, 광을 전반(傳搬)하기 위한 것이다. 도광부(20)는, 예를 들어, 제1 케이블(21)과, 제2 케이블(22)과, 제3 케이블(23)과, 광 커플러(24)를 구비한다.
제1 케이블(21)은, 그 일단(도 1에서 좌단)이 광원(10)과 광학적으로 접속되어 있다. 제2 케이블(22)은, 그 일단(도 1에서 우단)이 센서 헤드(30)와 광학적으로 접속되어 있다. 제3 케이블(23)은, 그 일단(도 1에서 좌단)이 수광부(40)와 광학적으로 접속되어 있다. 제1 케이블(21)의 타단(도 1에서 우단) 및 제3 케이블(23)의 타단(도 1에서 우단)과, 제2 케이블(22)의 타단(도 1에서 좌단)은, 광 커플러(24)를 개재하여 광학적으로 결합되어 있다.
광 커플러(24)는, 제1 케이블(21)에서 입사된 광을 제2 케이블(22)에 전송함과 아울러, 제2 케이블(22)에서 입사된 광을 분할하여 제1 케이블(21) 및 제3 케이블(23)에 각각 전송한다. 또, 광 커플러(24)에 의해 제2 케이블(22)에서 제1 케이블(21)에 전송된 광은, 광원(10)에서 종단된다.
광 커플러(24)는, 예를 들어 융착 연신형(용해 연신형) 광 커플러를 포함하여 구성된다. 한편, 제1 케이블(21), 제2 케이블(22), 및 제3 케이블(23)은, 각각, 예를 들어 광섬유로 구성된다. 각 광섬유는, 단일의 코어를 가진 싱글 코어여도 되고, 복수의 코어를 가진 멀티 코어여도 된다.
센서 헤드(30)는, 예를 들어, 콜리메이터 렌즈(31)와, 회절 렌즈(32)와, 대물 렌즈(33)와, 기억부(35)를 구비한다. 콜리메이터 렌즈(31), 회절 렌즈(32), 및 대물 렌즈(33)는, 대상물(TA)에 광을 조사하도록 구성되어 있다. 또한, 콜리메이터 렌즈(31), 회절 렌즈(32), 및 대물 렌즈(33)는, 대상물(TA)에 의해 반사된 반사광을 집광하도록 구성되어 있다. 또, 본 실시형태에 관한 콜리메이터 렌즈(31), 회절 렌즈(32), 및 대물 렌즈(33)는, 본 발명의 「광학계」의 일 예에 해당한다.
콜리메이터 렌즈(31)는, 제2 케이블에서 입사된 광을 평행광으로 변환하도록 구성되어 있다. 회절 렌즈(32)는, 평행광에 광축 방향을 따르는 색수차를 발생시키도록 구성되어 있다. 대물 렌즈(33)는, 색수차를 발생시킨 광을 대상물(TA)에 모아서 조사하도록 구성되어 있다. 회절 렌즈(32)에 의해 축상 색수차를 발생시키고 있으므로, 대물 렌즈(33)에서 조사되는 광은, 파장마다 다른 거리(위치)에 초점을 갖는다.
도 1에 나타내는 예에서는, 초점거리가 상대적으로 긴 제1 파장의 광(L1)과, 초점거리가 상대적으로 짧은 제2 파장의 광(L2)을 나타내고 있다. 제1 파장의 광(L1)은 대상물(TA)의 표면에서 초점이 맞는(초점을 맺는) 반면, 제2 파장의 광(L2)은 대상물(TA)의 앞에서 초점이 맞는다(초점을 맺는다).
대상물(TA)의 표면에서 반사된 광은, 대물 렌즈(33) 및 회절 렌즈(32)를 통해 콜리메이터 렌즈(31)에서 집광되어, 제2 케이블(22)에 입사한다. 반사광 중 제1 파장의 광(L1)은, 공초점이 되는 제2 케이블(22)의 단면에서 초점이 맞아서, 그 대부분이 제2 케이블(22)에 입사한다. 한편, 그 외의 파장은, 제2 케이블(22)의 단면에서 초점이 맞지 않아서, 제2 케이블(22)에 입사하지 않는다. 제2 케이블(22)에 입사한 반사광은, 광 커플러(24)에 의해 그 일부가 제3 케이블(23)에 전송되어, 수광부(40)로 출사된다.
제2 케이블(22)이 광섬유인 경우, 그 코어는 핀홀에 해당한다. 따라서, 광 섬유의 코어 지름을 작게 함으로써, 반사광을 집광하는 핀홀이 작아져서, 대상물(TA)의 표면에 초점이 맞은 파장의 광을 안정되게 검출할 수 있다.
기억부(35)는, 프로그램이나 데이터 등을 기억하도록 구성되어 있다. 기억부(35)는, 예를 들어, 플래쉬 메모리 등을 포함하여 구성된다. 본 실시형태에서는, 기억부(35)는, 센서 헤드(30)에 부수하는 리무버블 미디어(removable media)이다. 기억부(35)는, 소정의 기준값에 대한 그 센서 헤드(30)의 상대 계수(이하, 「센서 헤드 상대 계수」라고 함)를 기억하도록 구성되어 있다. 센서 헤드 상대 계수의 상세에 대해서는, 후술한다. 또, 센서 헤드 상대 계수는, 본 발명의 「제2 특성 정보」의 일 예에 해당한다.
수광부(40)는, 대상물(TA)의 표면에서 반사되고, 센서 헤드(30)에서 집광된 반사광의 수광량을 검출하기 위한 것이다. 수광부(40)는, 예를 들어, 콜리메이터 렌즈(41)와, 회절 격자(42)와, 조정 렌즈(43)와, 수광 센서(44)와, 처리 회로(45)를 구비한다.
콜리메이터 렌즈(41)는, 제3 케이블에서 입사된 광을 평행광으로 변환하도록 구성되어 있다. 회절 격자(42)는, 이 평행광을 파장 성분마다 분광(분리)하도록 구성되어 있다. 조정 렌즈(43)는, 분광된 파장별의 광의 스폿 지름을 조정하도록 구성되어 있다.
수광 센서(44)는, 분광된 광에 대해, 파장 성분마다 수광량을 검출 가능하게 구성되어 있다. 수광 센서(44)는, 복수의 수광 소자를 포함하여 구성된다. 각 수광 소자는, 회절 격자(42)의 분광 방향에 대응시켜서 1차원으로 배열되어 있다. 이에 의해, 각 수광 소자는 분광된 각 파장 성분의 광에 대응하여 배치되고, 수광 센서(44)는 파장 성분마다 수광량을 검출 가능하게 된다.
수광 센서(44)의 1수광 소자는, 1화소에 대응하고 있다. 따라서, 수광 센서(44)는, 복수의 화소 각각이 수광량을 검출 가능하게 구성되어 있다고도 할 수 있다. 또, 각 수광 소자는, 1차원으로 배열되는 경우에 한정되는 것이 아니며, 2차원으로 배열되어 있어도 된다. 각 수광 소자는, 예를 들어 회절 격자(42)의 분광 방향을 포함하는 검출면 상에, 2차원으로 배열되는 것이 바람직하다.
각 수광 소자는, 처리 회로(45)에서 입력되는 제어 신호에 기초하여, 소정의 노광 시간 동안에 수광한 광의 수광량에 따라 전하를 축적한다. 그리고, 각 수광 소자는, 처리 회로(45)에서 입력되는 제어 신호에 기초하여, 노광 시간 이외, 즉, 비노광 시간 동안에, 축적한 전하에 따른 전기 신호를 출력한다. 이에 의해, 노광 시간에 수광한 수광량이 전기 신호로 변환된다.
처리 회로(45)는, 수광 센서(44)에 의한 수광을 제어하도록 구성되어 있다. 또한, 처리 회로(45)에는, 수광 센서(44)의 각 수광 소자에서 입력되는 전기 신호에 대해, 제어부(50)에 출력하기 위한 신호 처리를 행하도록 구성되어 있다. 처리 회로(45)는, 예를 들어, 증폭 회로와, A/D(Analog-to-Digital) 변환 회로를 포함하여 구성된다. 증폭 회로는, 각 수광 소자에서 입력된 전기 신호를 소정의 게인으로 각각 증폭한다. 그리고, A/D 변환 회로는, 증폭된 각 수광 소자의 전기 신호에 대해, 표본화, 양자화, 및 부호화를 행하여, 디지털 신호로 변환한다. 이렇게 하여, 각 수광 소자가 검출한 수광량이 디지털값으로 변환되고, 수광 소자마다, 즉, 파장 성분마다의 수광량의 분포 신호(이하, 간단히 「수광량 분포 신호」라고 함)를 얻을 수 있다. 처리 회로(45)는, 이 수광량 분포 신호를 제어부(50)에 출력한다. 각 수광 소자의 소정의 노광 시간, 증폭 회로의 소정의 게인 등은, 제어 신호에 기초하여 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 대상물(TA)의 표면의 형상이나 반사율이 변화하여 각 수광 소자가 검출하는 수광량이 감소하였을 경우에는, 계측에 충분한 수광량을 얻을 수 있도록, 보다 긴 노광 시간으로 변경한다.
제어부(50)는, 광학 계측 장치(100)의 각 부의 동작을 제어하도록 구성되어 있다. 또한, 제어부(50)는, 기억부(60)에 기억된 프로그램을 실행하는 등에 의해, 후술하는 각 기능을 실현하도록 구성되어 있다. 프로그램을 실행하는 등에 의해, 후술하는 각 기능을 실현하도록 구성되어 있다. 제어부(50)는, 예를 들어, CPU(Central　Processing　Unit) 등의 마이크로 프로세서와, ROM(Read　Only　Memory), RAM(Random　Access　Memory), 버퍼 메모리 등의 메모리를 포함하여 구성된다.
기억부(60)는, 프로그램이나 데이터 등을 기억하도록 구성되어 있다. 기억부(60)는, 예를 들어, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브 등을 포함하여 구성된다. 기억부(60)는, 제어부(50)가 실행하는 각종 프로그램이나 프로그램의 실행에 필요한 데이터 등을 미리 기억하고 있다. 또한, 기억부(60)는, 소정의 기준값에 대한 컨트롤러(90)의 상대 계수(이하, 「컨트롤러 상대 계수」라고 함)를 기억하도록 구성되어 있다. 컨트롤러 상대 계수의 상세에 대해서는, 후술한다. 또, 컨트롤러 상대 계수는, 본 발명의 「제1 특성 정보」의 일 예에 해당한다.
입출력 I/F(65)는, 컨트롤러(90)와 외부의 기기 간의 인터페이스이다. 입출력 I/F(65)는, 외부 기기와의 사이에서 데이터나 신호를 교환하도록 구성되어 있다. 또한, 입출력 I/F(65)는, 외부 기기와의 사이의 통신을 제어하도록 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 입출력 I/F(65)는, 센서 헤드(30)에 부수하는 기억부(35)와 접속하기 위한 접속 단자를 포함하여 구성된다. 입출력 I/F(65)에 기억부(35)가 삽입되어 접속되면, 제어부(50)는, 입출력 I/F(65)를 개재하여, 기억부(35)에 기억된 프로그램이나 데이터 등을 판독하는 것이 가능해진다.
또한, 제어부(50)는, 그 기능 구성으로서, 예를 들어, 계측부(51)와, 설정부(52)와, 판정부(53)를 구비한다.
계측부(51)는, 반사광의 수광량에 기초하여, 광학 계측 장치(100)부터 대상물(TA)까지의 거리, 상세하게는 센서 헤드(30)부터 대상물(TA)까지의 거리를 계측하도록 구성되어 있다.
도 1에 나타내는 예에서는, 계측되는 거리는, Z축 방향의 거리이다. 더 상세하게는, 계측부(51)는, 수광부(40)에 의해 얻어진 수광량 분포 신호에 기초하여, 그 거리를 계측하도록 구성되어 있다.
여기서, 도 2를 참조하면서, 수광량 분포 신호에 기초한 거리의 계측에 대해 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 수광부(40)에 의해 얻어지는 수광량 분포 신호의 일 예를 예시하는 파형도이다. 도 2에서, 가로축은 화소(수광 센서(44)의 각 수광 소자)이고, 세로축은 수광량이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 통상, 수광량 분포 신호는, 어느 화소의 수광량이 피크가 되는 파형을 갖는다. 전술한 바와 같이, 센서 헤드(30)부터 초점이 맞는 점까지의 거리는 파장에 따라 다르므로, 수광 센서(44)에서 얻은 수광량 분포 신호에서의 피크 수광량의 화소는, 센서 헤드(30)로부터 조사되고, 대상물(TA)에서 초점이 맞은 광의 파장에 대응하는 화소이다. 그리고, 그 파장은, 센서 헤드(30)부터 대상물(TA)까지의 거리에 대응한다. 도 1에 나타내는 예에서는, 대상물(TA)의 표면에서 초점이 맞는 제1 파장의 광(L1)이, 수광량 분포 신호의 피크 수광량의 파장으로 나타난다.
구체적으로는, 수광량 분포 신호의 피크 수광량을 100%로 하였을 때에, 50%의 수광량의 선과 수광량 분포 신호 간의 2개의 교점에서의 중간점을 구하고, 그 중간점의 화소에 대응하는 파장(λ)을 얻는다.
파장(λ)과 거리 간의 관계(대응)는, 제어부(50)의 메모리 등에 미리 기억된다. 계측부(51)가 이 관계를 참조함으로써, 반사광의 수광량 분포 신호에서의 피크의 수광량의 파장(λ)에 기초하여, 센서 헤드(30)부터 대상물(TA)까지의 거리가 계측된다. 이에 의해, 반사광의 파장 성분마다의 수광량 분포에서, 피크 이외의 파장 성분이 거리에 미치는 영향을 억제하고, 대상물(TA)에 초점이 맞은 피크의 파장 성분에 기초하여 거리를 계측할 수 있다. 따라서, 광학 계측 장치(100)부터 대상물(TA)까지의 거리를, 안정되고 고정밀도로 계측할 수 있다.
도 1의 설명으로 돌아오면, 설정부(52)는, 광학 계측 장치(100)의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하도록 구성되어 있다. 반사광의 단위 시간당 수광량은, 반사광의 수광량을 노광 시간으로 나누어 산출된다. 본 실시형태에서는, 광학 계측 장치(100)의 광량에 관한 특성 정보의 일 예로서, 소정의 기준값에 대한 광학 계측 장치(100)의 상대 계수를 이용한다. 광학 계측 장치(100)의 상대 계수는, 예를 들어, 전술한 컨트롤러 상대 계수와 센서 헤드 상대 계수로 구성된다.
판정부(53)는, 설정된 문턱값에 기초하여, 계측한 거리의 노이즈의 유무를 판정하도록 구성되어 있다.
여기서, 도 3 및 도 4를 참조하면서, 계측한 거리에서의 노이즈에 대해 설명한다. 도 3은, 계측한 거리와 단위 시간당 수광량 간의 관계를 예시하는 도면이다. 도 3의 그래프에서, 가로축은 도 1에 나타내는 X축 방향의 위치이고, 한 쪽의 세로축(도 3에서 좌측의 세로축)은 계측부(51)에 의해 계측되는 거리이며, 다른 한 쪽의 세로축(도 3에서 우측의 세로축)은 수광량/노광 시간이다. 도 3에서 거리 0부터 400000의 범위는, 실제로는 계측 장치로부터의 거리로서 10mm부터 9.6mm의 범위에 대응한다. 도 4는, 제1 실시형태에서의 광학 계측 장치(100)가 계측하는 거리와, 종래예에 관한 광학 계측 장치가 계측하는 거리 간의 관계를 예시하는 그래프이다. 도 4에서, 가로축은 도 1에 나타내는 X축 방향의 위치이고, 세로축은 광학 계측 장치(100) 또는 종래예에 관한 광학 계측 장치에서 계측한 거리이다. 도 4에서 거리 -300000부터 -160000의 범위는, 실제로는 계측 장치로부터의 거리로서 10.3mm부터 10.16mm의 범위에 대응한다. 대상물(TA)은 광택이 있는 금속의 표면을 갖고 있고, 광원(10)에서 투광된 광은 대상물(TA)의 표면에서 확산 반사하고 있다. 또한, 도 3 및 도 4에서의 거리는, 대상물(TA)에 대해, 센서 헤드(30) 또는 종래예에 관한 센서 헤드를 도 1에 나타내는 X축 방향으로 이동시켜서 계측된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 대상물(TA)의 한 쪽의 단부(도 3에서 좌단부)에서, 파선으로 나타내는, 계측부(51)에 의해 계측된 거리에는, 노이즈(돌출값)가 발생하고 있다. 한편, 실선으로 나타내는 수광량/노광 시간, 즉, 단위 시간당 수광량(반사 파워)은, 그 한 쪽의 단부에서 소정값 미만이며, 대상물(TA)의 그 밖의 부분에서 거의 일정한 값이다. 또한, 단위 시간당 수광량(반사 파워)은, 대상물(TA)의 한 쪽의 단부(도 3에서 우단부)에서도 소정값 미만이다. 여기서, 단위 시간당 수광량은, 단순한 수광량과 비교하여, 계측 조건에 의한 변화가 적고, 대상물마다 거의 일정한 값이라는 것을 발명자는 알아내었다. 따라서, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값에 기초함으로써, 계측 조건마다 문턱값을 설정하지 않고도, 계측한 거리에 발생할 수 있는 노이즈의 유무를 판정할 수 있다.
또한, 광학 계측 장치에는, 장치 고유의 광량 편차가 존재하는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 모든 광학 계측 장치에서 같은 문턱값을 설정하면, 한 쪽의 광학 계측 장치에서는 노이즈가 있다고 판정된 계측값이, 다른 쪽의 광학 계측 장치에서는 노이즈가 없다고 판정되는 경우가 있다. 이와 같이, 계측값으로서 계측되는 거리에서의 노이즈의 유무의 판정이, 광학 계측 장치의 광량 편차의 영향을 받는 경우가 있다.
이에 대해, 본 실시형태의 광학 계측 장치(100)에서는, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이, 광학 계측 장치(100)의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여 설정된다. 이에 의해, 예를 들어, 이상적인 반사광의 단위 시간당 수광량을 기준값으로 하고, 그 기준값에 대한 광학 계측 장치(100)의 상대 계수에 기초함으로써, 광학 계측 장치(100)에 고유의 광량 편차에 따라, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 것이 가능해져서, 광학 계측 장치마다의 광량 편차의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 계측한 거리의 노이즈의 유무의 판정에서, 광학 계측 장치(100)에 고유의 광량 편차의 영향을 저감할 수 있다.
판정부(53)에 의해 거리에 노이즈가 있다고 판정되었을 때에, 계측부(51)는, 센서 헤드(30)부터 대상물(TA)까지의 거리를 계측하지 않도록 구성되어 있다. 이것은, 예를 들어, 판정부(53)가 거리에 노이즈가 있다고 판정하였을 때에, 계측부(51)가 거리를 계측하지 않고, 기준값, 일 예에서는 「제로」를 출력함으로써, 실현된다. 혹은, 판정부(53)가 거리에 노이즈가 있다고 판정하였을 때에, 계측부(51)가, 계측한 거리를 메모리 등에 기억시켜서 기록을 남기는 한편, 표시부(80)에 출력하지 않음으로써, 실현해도 된다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 파선으로 나타내는 종래예에 관한 광학 계측 장치가 계측하는 거리는, 일부의 범위에서 노이즈(돌출값)가 발생하고 있다. 한편, 실선으로 나타내는 광학 계측 장치(100)가 계측하는 거리는, 그 범위에서 계측부(51)가 계측한 거리를 표시하지 않는다. 이와 같이, 판정부(53)에 의해 거리에 노이즈가 있다고 판정되었을 때에, 계측부(51)가 거리를 계측하지 않음으로써, 계측한 거리에 발생할 수 있는 노이즈의 값을, 이용자가 사용하는 리스크를 저감할 수 있다.
도 1의 설명으로 되돌아가면, 조작부(70)는, 이용자(유저)의 조작에 의해 정보를 입력하기 위한 것이다. 조작부(70)는, 예를 들어, 버튼, 스위치 등을 포함하여 구성된다. 이 경우, 이용자가, 버튼, 스위치 등을 조작하였을 때에, 조작에 따른 신호가 제어부(50)에 입력된다. 그리고, 제어부(50)가 그 신호에 대응하는 데이터를 생성함으로써, 광학 계측 장치(100)에 정보를 입력하는 것이 가능해진다.
표시부(80)는, 정보를 출력하기 위한 것이다. 상세하게는, 표시부(80)는, 예를 들어, 계측된 거리, 설정 내용, 동작 상태, 통신 상태 등을 표시하도록 구성되어 있다. 표시부(80)는, 예를 들어, 복수 자리수의 7 또는 11세그먼트 디스플레이와, 복수 색으로 발광하는 표시등을 포함하여 구성된다.
다음에, 도 5 내지 도 7을 참조하면서, 광학 계측 장치(100)의 상대 계수에 대해 설명한다. 도 5는, 도 1에 나타낸 광학 계측 장치(100)의 상대 계수에서의 기준값을 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다. 도 6은, 도 1에 나타낸 컨트롤러(90)의 컨트롤러 상대 계수를 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다. 도 7은, 도 1에 나타낸 센서 헤드(30)의 센서 헤드 상대 계수를 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
광학 계측 장치(100)의 상대 계수를 구하기 위해, 미리 기준값을 정할 필요가 있다. 기준값은, 예를 들어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 마스터 컨트롤러(MC)와 마스터 센서 헤드(MSH)의 조합에 의해 결정된다. 마스터 컨트롤러(MC)는, 컨트롤러(90)의 기준이 되는 컨트롤러이며, 소정의 조건에서의 광량이 이상적인 값이 되도록, 즉, 광량 편차가 없거나 또는 극히 작아지도록 조정된 것이다. 마찬가지로, 마스터 센서 헤드(MSH)는, 센서 헤드(30)의 기준이 되는 센서 헤드이며, 소정의 조건에서의 광량이 이상적인 값이 되도록, 즉, 광량 편차가 없거나 또는 극히 작아지도록 조정된 것이다. 접속 케이블(CC)은, 도 1에 나타낸 제2 케이블(22)을 포함하며, 마스터 컨트롤러(MC)와 마스터 센서 헤드(MSH)를 접속시키고 있다. 마스터 컨트롤러(MC)는, 컨트롤러(90)와 동일 구성이기 때문에, 그 설명을 생략한다. 또한, 마스터 센서 헤드(MSH)도, 센서 헤드(30)와 동일 구성이기 때문에, 그 설명을 생략한다.
마스터 컨트롤러(MC)와 마스터 센서 헤드(MSH)를 조합한 광학 계측 장치에서, 소정의 조건하에서, 기준 대상물(RTA)의 반사광의 수광량을 검출하고, 그 반사광의 수광량에 기초하여 단위 시간당 수광량을 산출한다. 기준 대상물(RTA)은, 상대적으로 반사율이 높은 것, 예를 들어 거울이다. 또한, 기준 대상물(RTA)은, Z축 방향으로 이동 가능한 스테이지(ST) 상에 설치된다. 스테이지(ST)를 이동시킴으로써, 마스터 센서 헤드(MSH)와 기준 대상물(RTA) 간의 거리는, 예를 들어, 그 광학 계측 장치의 계측 가능 거리의 중간값으로 설정된다. 또한, 노광 시간 등의 감도 파라미터는, 소정의 값으로 고정하고, 변경 불가로 설정된다.
전술한 조건에서 산출한 기준 대상물(RTA)의 반사광의 단위 시간당 수광량은, 입출력 라인(IOL)을 개재하여, 마스터 컨트롤러(MC)에서 상위 컨트롤러(UC)로 송신된다. 상위 컨트롤러(UC)는, 마스터 컨트롤러(MC)에서 수신한 기준 대상물(RTA)의 반사광의 단위 시간당 수광량을, 예를 들어 기억 장치(도시하지 않음)에 기준값으로 기억시킨다.
다음에, 광학 계측 장치(100)의 상대 계수 중, 컨트롤러 상대 계수를 구한다. 컨트롤러 상대 계수는, 예를 들어 컨트롤러(90)의 검사 공정에서 결정된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(90)는, 접속 케이블(CC)에 의해 마스터 센서 헤드(MSH)에 접속된다. 컨트롤러(90)와 마스터 센서 헤드(MSH)의 조합에서, 기준 대상물(RTA)의 반사광의 수광량을 검출하고, 그 반사광의 수광량에 기초하여 단위 시간당 수광량을 산출한다.
반사광의 수광량을 검출하고, 단위 시간당 수광량을 산출하는 조건은, 전술한 기준값을 결정하였을 때와 동일한 것이다. 즉, 마스터 센서 헤드(MSH)와 기준 대상물(RTA) 간의 거리는, 컨트롤러(90)와 마스터 센서 헤드(MSH)와의 조합에서의 광학 계측 장치의 계측 가능 거리의 중간값으로 설정된다. 또한, 노광 시간 등의 감도 파라미터는, 소정의 값으로 고정하고, 변경 불가로 설정된다.
컨트롤러(90)는, 입출력 라인(IOL)을 개재하여, 상위 컨트롤러(UC)로부터 전술한 기준값을 취득하고, 산출한 기준 대상물(RTA)의 반사광의 단위 시간당 수광량을 그 기준값으로 나눈다. 이에 의해, 기준값에 대한, 컨트롤러(90)의 상대 계수, 즉, 컨트롤러 상대 계수가 산출된다. 산출된 컨트롤러 상대 계수는, 도 1에 나타낸 컨트롤러(90)의 기억부(60)에 기억된다.
다음에, 광학 계측 장치(100)의 상대 계수 중, 센서 헤드 상대 계수를 구한다. 센서 헤드 상대 계수는, 예를 들어 센서 헤드(30)의 검사 공정에서 결정된다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 센서 헤드(30)는, 접속 케이블(CC)에 의해 마스터 컨트롤러(MC)에 접속된다. 마스터 컨트롤러(MC)와 센서 헤드(30)의 조합에서, 기준 대상물(RTA)의 반사광의 수광량을 검출하고, 그 반사광의 수광량에 기초하여 단위 시간당 수광량을 산출한다.
반사광의 수광량을 검출하고, 단위 시간당 수광량을 산출하는 조건은, 전술한 기준값을 결정하였을 때와 동일한 것이다. 즉, 센서 헤드(30)와 기준 대상물(RTA) 간의 거리는, 마스터 컨트롤러(MC)와 센서 헤드(30)의 조합에서의 광학 계측 장치의 계측 가능 거리의 중간값으로 설정된다. 또한, 노광 시간 등의 감도 파라미터는, 소정의 값으로 고정하고, 변경 불가로 설정된다.
마스터 컨트롤러(MC)는, 입출력 라인(IOL)을 개재하여, 상위 컨트롤러(UC)로부터 전술한 기준값을 취득하고, 산출한 기준 대상물(RTA)의 반사광의 단위 시간당 수광량을 그 기준값으로 나눈다. 이에 의해, 기준값에 대한, 센서 헤드(30)의 상대 계수, 즉, 센서 헤드 상대 계수가 산출된다. 산출된 센서 헤드 상대 계수는, 도 1에 나타낸 센서 헤드(30)의 기억부(35)에 기억된다. 이와 같이, 컨트롤러 상대 계수를 컨트롤러(90)의 기억부(60)에 기억하고, 센서 헤드 상대 계수를 센서 헤드(30)의 기억부(35)에 기억함으로써, 컨트롤러(90) 및 센서 헤드(30) 중 어느 한 쪽, 예를 들어 센서 헤드(30)를 교환하였을 때에, 컨트롤러 상대 계수는 컨트롤러(90)의 기억부(60)에 기억된채 남는다. 따라서, 컨트롤러 상대 계수 및 센서 헤드 상대 계수는, 각각, 한 번만 산출하면 된다.
광학 계측 장치(100)의 상대 계수는, 컨트롤러 상대 계수와 센서 헤드 상대 계수의 곱으로 나타낼 수 있다.
설정부(52)는, 컨트롤러 상대 계수와 센서 헤드 상대 계수에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정한다. 이에 의해, 컨트롤러(90)에 포함되는 광원(10)의 광량 편차의 영향과, 센서 헤드(30)에 포함되는 콜리메이터 렌즈(31), 회절 렌즈(32), 및 대물 렌즈(33)의 광량 편차의 영향을 억제할 수 있다.
다음에, 도 8 및 도 9를 참조하면서, 제1 실시형태에 따른 광학 계측 장치의 동작의 일 예에 대해 설명한다. 도 8은, 제1 실시형태의 광학 계측 장치(100)에서의 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값의 설정의 개략 동작을 예시하는 흐름도이다. 도 9는, 제1 실시형태의 광학 계측 장치(100)에서의 대상물(TA)까지의 거리의 계측의 개략 동작을 예시하는 흐름도이다.
광학 계측 장치(100)의 제어부(50)는, 예를 들어 이용자(유저)의 조작에 의해, 문턱값의 설정이 선택되면, 도 8에 나타낸 문턱값 설정 처리(S200)를 실행한다.
＜문턱값 설정 처리＞
맨 처음에, 설정부(52)는, 이용자(유저)의 조작에 의해 입력되는 파라미터를 취득한다(S201). 파라미터에는, 이용자(유저)에 의해 임의의 수치가 지정된다.
다음에, 설정부(52)는, 센서 헤드(30)로부터, 기억부(35)에 기억된 센서 헤드 상대 계수를 취득한다(S202). 구체적으로는, 센서 헤드 상대 계수가 기억된 기억부(35)를 컨트롤러(90)의 입출력 I/F(65)에 접속함으로써, 설정부(52)는, 입출력 I/F(65)를 개재하여 기억부(35)로부터 센서 헤드 상대 계수를 판독하여 취득한다.
다음에, 설정부(52)는, 기억부(60)에 액세스하여, 기억부(60)에 기억된 컨트롤러 상대 계수를 취득한다(S203).
다음에, 설정부(52)는, 단계 S201에서 취득한 파라미터와, 단계 S202에서 취득한 센서 헤드 상대 계수와, 단계 S203에서 취득한 컨트롤러 상대 계수에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정한다(S204). 그 문턱값은, 예를 들어, 파라미터, 센서 헤드 상대 계수, 및 컨트롤러 상대 계수의 모두를 곱하여 얻어지는 값이다.
다음에, 설정부(52)는, 단계 S204에서 설정한 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을, 기억부(60)에 기억시킨다(S205).
단계 S205 이후, 설정부(52)는 문턱값 설정 처리(S200)를 종료한다.
이와 같이, 센서 헤드 상대 계수와, 컨트롤러 상대 계수와, 파라미터에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정함으로써, 광원(10)의 광량 편차의 영향과, 콜리메이터 렌즈(31), 회절 렌즈(32), 및 대물 렌즈(33)의 광량 편차의 영향을 억제하면서, 이용자(유저)의 사용법, 어플리케이션 등에 따른 문턱값을 설정하는 것이 가능해진다.
또한, 광학 계측 장치(100)의 제어부(50)는, 예를 들어 이용자(유저)의 조작에 의해 광학 계측 장치(100)가 기동되면, 도 9에 나타내는 거리 계측 처리(S250)를 실행한다.
＜거리 계측 처리＞
　맨 처음에, 제어부(50)는, 소정의 주기로 제어 신호를 출력하고, 광원(10)으로부터 대상물(TA)에 광을 투광한다(S251).
다음에, 제어부(50)는, 수광부(40)로부터, 대상물(TA)에 의해 반사된 반사광의 수광량 분포 신호를 얻는다(S252).
다음에, 판정부(53)는, 단계 S252에서 얻은 수광량 분포 신호에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량을 산출한다(S253). 구체적으로는, 판정부(53)는, 수광량 분포 신호에서의 피크의 수광량을 노광 시간으로 나누어, 반사광의 단위 시간당 수광량을 산출한다.
다음에, 판정부(53)는, 기억부(60)에 액세스하여 문턱값을 판독하고 그 문턱값과 단계 S253에서 산출한 반사광의 단위 시간당 수광량을 비교하여, 반사광의 단위 시간당 수광량이 문턱값 이상인지 여부를 판정한다(S254).
단계 S254의 판정의 결과, 반사광의 단위 시간당 수광량이 문턱값 이상인 경우, 반사광의 수광량에 기초하여 계측되는 거리에 노이즈가 없는 것으로 생각할 수 있다. 따라서, 계측부(51)는, 단계 S252에서 얻은 수광량 분포 신호에 기초하여, 광학 계측 장치(100)의 센서 헤드(30)부터 대상물(TA)까지의 거리를 계측한다(S255).
다음에, 계측부(51)는, 단계 S255에서 계측한 거리를 표시부(80)에 표시시킨다(S256).
단계 S254의 판정의 결과, 반사광의 단위 시간당 수광량이 문턱값 이상이 아닌, 즉, 반사광의 단위 시간당 수광량이 문턱값 미만인 경우, 반사광의 수광량에 기초하여 계측되는 거리에 노이즈가 있는 것으로 생각할 수 있다. 따라서, 계측부(51)는, 광학 계측 장치(100)의 센서 헤드(30)부터 대상물(TA)까지의 거리를 계측하지 않는다.
단계 S256 이후, 또는, 단계 S254의 판정의 결과, 반사광의 단위 시간당 수광량이 문턱값 미만인 경우, 제어부(50)는, 단계 S251로 돌아가서, 예를 들어 광학 계측 장치(100)가 정지할 때까지, 단계 S251부터 단계 S256까지의 처리를 반복한다.
본 실시형태에서는, 광학 계측 장치(100)가, 센서 헤드(30)부터 대상물(TA)까지의 거리를 계측하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광학 계측 장치가 계측하는 계측값은, 반사광의 수광량에 기초하는 것이면 된다. 광학 계측 장치는, 예를 들어, 어떤 위치를 기준으로 한 거리의 변화, 즉, 변위를 계측해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 광학 계측 장치(100)가 백색 공초점 방식으로 거리를 계측하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광학 계측 장치는, 예를 들어 삼각 측거(測距) 방식으로 거리를 계측해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 광학 계측 장치(100)의 상대 계수에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그 문턱값은, 광학 계측 장치의 광량에 관한 특성 정보에 기초하는 것이면 되고, 광학 계측 장치(100)의 상대 계수 이외의 다른 정보에 기초하여, 설정되어도 된다.
［제2 실시형태］
다음에, 도 10 내지 도 12를 참조하면서, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광학 계측 장치에 대해 설명한다. 또, 제1 실시형태와 동일 또는 유사한 구성에 대해 동일 또는 유사한 부호를 부여하고 있다. 이하, 제1 실시형태와 다른 점에 대해 설명한다. 또한, 같은 구성에 의한 같은 작용 효과에 대해서는, 차례대로 언급하지 않는다.
우선, 도 10 및 도 11을 참조하면서, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광학 계측 장치(100A)의 광량 특성값에 대해 설명한다. 도 10은, 제2 실시형태에서의 광학 계측 장치(100A)가 구비하는 컨트롤러(90A)의 컨트롤러 광량 특성값을 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다. 도 11은, 제2 실시형태에서의 광학 계측 장치(100A)가 구비하는 센서 헤드(30)의 센서 헤드 광량 특성값을 얻기 위한 개략 구성을 예시하는 구성도이다.
제2 실시형태의 광학 계측 장치(100A)는, 컨트롤러(90A)와 센서 헤드(30)를 구비하고, 컨트롤러(90A)는, 제어부(50A)가 그 기능 구성으로서 설정부(52A)를 구비하는 점에서, 제1 실시형태의 컨트롤러(90)와 서로 다르다.
설정부(52A)는, 광학 계측 장치(100A)의 광량 특성값에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하도록 구성되어 있다. 또, 광학 계측 장치(100A)의 광량 특성값은, 본 발명의 「특성 정보」의 다른 예에 해당한다. 광학 계측 장치(100A)의 광량 특성값은, 예를 들어, 후술하는 컨트롤러 광량 특성값과 센서 헤드 광량 특성값으로 구성된다.
맨 처음에, 광학 계측 장치(100A)의 광량 특성값 중, 컨트롤러 광량 특성값을 구한다. 컨트롤러 광량 특성값은, 예를 들어 컨트롤러(90A)의 검사 공정에서 결정된다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 검사 공정에서, 컨트롤러(90A)는, 접속 케이블(CC)에 의해 광량 측정 장치(MD1)에 접속된다. 광량 측정 장치(MD1)가 접속된 상태에서, 컨트롤러(90A)는, 우선, 광원(10)으로부터 제1 케이블(21) 및 광 커플러(24)를 개재하여 광을 출사한다. 컨트롤러(90A)로부터 출사된 광은, 접속 케이블(CC)을 개재하여, 광량 측정 장치(MD1)에서 그 광량이 측정된다. 측정된 출사 광량은, 예를 들어, 광량 측정 장치(MD1)의 메모리(도시하지 않음) 등에 기억된다. 출사 광량의 단위는, 예를 들어 [mW]이다. 여기서, 컨트롤러(90A)로부터 출사하는 광은, 소정의 광량이 되도록 제어된다. 그러나, 컨트롤러(90A)의 광원(10)으로부터 광 커플러(24)에 이르는 출력계에서 광량 편차가 생기므로, 광량 측정 장치(MD1)에서 측정되는 광량은, 컨트롤러(90A)의 출력계에서의 광량 편차를 반영한 값이 된다.
한편, 광량 측정 장치(MD1)는, 미리 설정된 광량의 광을 출사하고, 접속 케이블(CC)을 개재하여 컨트롤러(90A)에 입사시킨다. 컨트롤러(90A)에 입사한 광은, 광 커플러 및 제3 케이블(23)을 개재하여 수광부(40)에서 그 수광량이 검출된다. 검출된 수광량은, 예를 들어 기억부(60)에 기억된다. 수광량의 단위는, 예를 들어 [LSB]이다. LSB(Least　Significant　Bit)란, 광학 계측 장치(100A)의 수광량의 양자화 단위이며, 예를 들어, 0부터 4095까지의 값을 취할 수 있다. 여기서, 컨트롤러(90A)에 입사하는 광의 수광량은, 미리 설정된 값이 될 것이다. 그러나, 컨트롤러(90A)의 광 커플러(24)로부터 수광부(40), 더 상세하게는 수광 센서(44)에 이르는 입력계에서 광량 편차가 생기므로, 수광부(40)에서 검출되는 수광량은, 컨트롤러(90A)의 입력계에서의 광량 편차를 반영한 값이 된다.
광량 측정 장치(MD1)에서 출사 광량이 측정되고, 또, 컨트롤러(90A)에서 수광량이 검출된 후, 컨트롤러(90A)는, 예를 들어, 입출력 I/F(65)를 개재하여, 광량 측정 장치(MD1)에 기억된 출사 광량을 취득한다. 그리고, 컨트롤러(90A)는, 취득한 출사 광량과 기억부(60)에 기억된 수광량을 이용하여 이하의 식 (1)에서 표시되는 컨트롤러(90A)의 광량 특성값, 즉, 컨트롤러 광량 특성값을 산출한다.
컨트롤러 광량 특성값＝출사 광량×수광량…(1)
산출된 컨트롤러 광량 특성값은, 컨트롤러(90A)의 기억부(60)에 기억된다. 또, 컨트롤러 광량 특성값은, 본 발명의 「제1 특성 정보」의 다른 예에 해당한다.
다음에, 광학 계측 장치(100A)의 광량 특성값 중, 센서 헤드 광량 특성값을 구한다. 센서 헤드 광량 특성값은, 예를 들어 센서 헤드(30)의 검사 공정에서 결정된다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 검사 공정에서, 센서 헤드(30)는, 접속 케이블(CC)에 의해 광량 측정 장치(MD2)에 접속된다. 광량 측정 장치(MD2)가 접속된 상태에서, 광량 측정 장치(MD2)는, 미리 설정된 광량의 광을 출사하고, 접속 케이블(CC)을 개재하여 센서 헤드(30)에 입사시킨다. 센서 헤드(30)에 입사한 광은, 센서 헤드(30)로부터 기준 대상물(RTA)에 조사되고, 기준 대상물(RTA)에 의해 반사된다. 센서 헤드(30)는 반사광을 집광하여 출사하고, 접속 케이블(CC)을 개재하여 광량 측정 장치(MD2)에 입사시킨다. 광량 측정 장치(MD2)는, 입사한 반사광의 광량을 측정하여, 메모리(도시하지 않음) 등에 기억한다. 반사 광량의 단위는, 예를 들어 [mW]이다. 여기서, 기준 대상물(RTA)이 거울 등의 고반사율인 경우, 센서 헤드(30)로부터 출사되는 반사광의 광량은, 미리 설정된 값이 될 것이다. 그러나, 센서 헤드(30)의 콜리메이터 렌즈(31), 회절 렌즈(32), 및 대물 렌즈(33) 등의 광학계에서 광량 편차가 생기므로, 광량 측정 장치(MD2)에서 측정되는 반사 광량은, 센서 헤드(30)의 광학계에서의 광량 편차를 반영한 값이 된다.
광량 측정 장치(MD2)에서 반사 광량이 측정된 후, 예를 들어, 기억부(35)를 광량 측정 장치(MD2)의 접속 단자(도시하지 않음)에 접속한다. 광량 측정 장치(MD2)는, 기억된 반사 광량을 기억부(35)에 기록한다. 센서 헤드(30)의 광량 특성값, 즉, 센서 헤드 광량 특성값은, 기억부(35)에 기억된 반사 광량을 이용하여 이하의 식 (2)로 표시된다.
센서 헤드 광량 특성값＝반사광량…(2)
또, 센서 헤드 광량 특성값은, 본 발명의 「제2 특성 정보」의 다른 예에 해당한다.
다음에, 도 12를 참조하면서, 제2 실시형태에 따른 광학 계측 장치의 동작의 일 예에 대해 설명한다. 도 12는, 제2 실시형태의 광학 계측 장치(100A)에서의 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값의 설정의 개략 동작을 예시하는 흐름도이다.
광학 계측 장치(100A)의 제어부(50A)는, 예를 들어 이용자(유저)의 조작에 의해, 문턱값의 설정이 선택되면, 도 12에 나타내는 문턱값 설정 처리(S300)를 실행한다.
＜문턱값 설정 처리＞
맨 처음에, 설정부(52A)는, 이용자(유저)의 조작에 의해 입력되는 파라미터를 취득한다(S301). 파라미터에는, 이용자(유저)에 의해 임의의 수치가 지정된다.
다음에, 설정부(52A)는, 센서 헤드(30)로부터, 기억부(35)에 기억된 센서 헤드 광량 특성값을 취득한다(S302). 구체적으로는, 센서 헤드 광량 특성값이 기억된 기억부(35)를 컨트롤러(90A)의 입출력 I/F(65)에 접속함으로써, 설정부(52A)는, 입출력 I/F(65)를 개재하여 기억부(35)로부터 센서 헤드 광량 특성값을 판독하여 취득한다.
다음에, 설정부(52A)는, 기억부(60)에 액세스하여, 기억부(60)에 기억된 컨트롤러 광량 특성값을 취득한다(S303).
다음에, 설정부(52)는, 단계 S301에서 취득한 파라미터와, 단계 S302에서 취득한 센서 헤드 광량 특성값과, 단계 S303에서 취득한 컨트롤러 광량 특성값에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정한다(S304). 그 문턱값은, 구체적으로는, 파라미터, 센서 헤드 광량 특성값, 및 컨트롤러 광량 특성값과, 미리 기억부(60)에 기억된 연산 계수를 이용하여, 이하의 식 (3)에서 산출된다. 또, 연산 계수는, 컨트롤러 광량 특성값과 센서 헤드 광량 특성값을 정규화하기 위한 것이며, 그 단위는, 예를 들어 [1/(mW2×LSB)]이다.
문턱값＝파라미터×컨트롤러 광량 특성값×센서 헤드 광량 특성값×연산 계수…(3)
다음에, 설정부(52A)는, 단계 S304에서 설정한 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을, 기억부(60)에 기억시킨다(S305).
단계 S305 이후, 설정부(52A)는 문턱값 설정 처리(S300)를 종료한다.
이와 같이, 센서 헤드 광량 특성값과, 컨트롤러 광량 특성값과, 파라미터에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 경우에도, 제1 실시형태와 같이, 광원(10)의 광량 편차의 영향과 콜리메이터 렌즈(31), 회절 렌즈(32), 및 대물 렌즈(33)의 광량 편차의 영향을 억제하면서, 이용자(유저)의 사용법, 어플리케이션 등에 따른 문턱값을 설정하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 예시적인 실시형태에 대해 설명하였다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 광학 계측 장치(100) 및 광학 계측 방법에 의하면, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이 설정된다. 여기서, 단위 시간당 수광량은, 단순한 수광량과 비교하여, 계측 조건에 의한 변화가 적고, 대상물마다 거의 일정한 값이라는 것을 발명자는 알아내었다. 따라서, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값에 기초함으로써, 계측 조건마다 문턱값을 설정하지 않고도, 계측한 거리에 발생할 수 있는 노이즈의 유무를 판정할 수 있다. 또한, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값이, 광학 계측 장치(100)의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여 설정된다. 이에 의해, 예를 들어, 이상적인 반사광의 단위 시간당 수광량을 기준값으로 하고, 그 기준값에 대한 광학 계측 장치(100)의 상대 계수에 기초함으로써, 광학 계측 장치(100)에 고유의 광량 편차에 따라, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 것이 가능해져서, 광학 계측 장치마다의 광량 편차의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 계측한 거리의 노이즈의 유무의 판정에서, 광학 계측 장치(100)에 고유의 광량 편차의 영향을 저감할 수 있다.
이상 설명한 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하여 해석하기 위한 것은 아니다. 실시형태가 구비하는 각 요소 및 그 배치, 재료, 조건, 형상 및 사이즈 등은, 예시한 것에 한정되는 것이 아니라 적당히 변경할 수 있다. 또한, 다른 실시형태에서 나타낸 구성끼리 부분적으로 치환하거나 또는 조합하는 것이 가능하다.
(부기)
1. 대상물(TA)에 의해 반사된 반사광의 수광량에 기초하여 계측값을 얻는 광학 계측 장치(100)로서, 광학 계측 장치(100)의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 설정부(52)와, 문턱값에 기초하여, 계측값의 노이즈의 유무를 판정하는 판정부(53)를 구비하는 광학 계측 장치(100).
9. 대상물(TA)에 의해 반사된 반사광의 수광량에 기초하여 계측값을 얻는 광학 계측 장치(100)가 사용하는 광학 계측 방법으로서, 광학 계측 장치(100)의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여, 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 설정 단계와, 문턱값에 기초하여, 계측값의 노이즈의 유무를 판정하는 판정 단계를 포함하는 광학 계측 방법.
10...광원
20...도광부
21...제1 케이블
22...제2 케이블
23...제3 케이블
24...광 커플러
30...센서 헤드
31...콜리메이터 렌즈
32...회절 렌즈
33...대물 렌즈
35...기억부
40...수광부
41...콜리메이터 렌즈
42...회절 격자
43...조정 렌즈
44...수광 센서
45...처리 회로
50, 50A...제어부
51...계측부
52, 52A...설정부
53...판정부
60...기억부
65...입출력 I/F
70...조작부
80...표시부
90, 90A...컨트롤러
100, 100A...광학 계측 장치
CC...접속 케이블
IOL...입출력 라인
L1, L2...광
MC...마스터 컨트롤러
MD1, MD2...광량 측정 장치
MSH...마스터 센서 헤드
RTA...기준 대상물
S200, S300...문턱값 설정 처리
S250...거리 계측 처리
ST...스테이지
TA...대상물
UC...상위 컨트롤러
λ...파장

Claims (15)

  1. 대상물에 의해 반사된 반사광의 수광량에 기초하여 계측값을 얻는 광학 계측 장치로서,
    상기 광학 계측 장치의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여, 상기 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 설정부와,
    상기 문턱값에 기초하여, 상기 계측값의 노이즈의 유무를 판정하는 판정부를 구비하는 광학 계측 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    광을 발하는 광원을 포함하는 컨트롤러와,
    상기 반사광을 집광하는 광학계를 포함하는 센서 헤드를 더 구비하고,
    상기 설정부는, 상기 컨트롤러의 광량에 관한 제1 특성 정보와 상기 센서 헤드의 광량에 관한 제2 특성 정보에 기초하여, 상기 문턱값을 설정하는 광학 계측 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 특성 정보를 기억하는 제1 기억부를 더 포함하고,
    상기 센서 헤드는, 상기 제2 특성 정보를 기억하는 제2 기억부를 더 포함하는 광학 계측 장치.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    파라미터를 입력하기 위한 입력부를 더 구비하고,
    상기 설정부는, 상기 제1 특성 정보와 상기 제2 특성 정보와 상기 파라미터에 기초하여, 상기 문턱값을 설정하는 광학 계측 장치.
  5. 청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사광의 수광량에 기초하여, 상기 계측값으로서 상기 광학 계측 장치부터 상기 대상물까지의 거리를 계측하는 계측부를 더 구비하는 광학 계측 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 계측부는, 상기 판정부에 의해 상기 거리에 노이즈가 있다고 판정되었을 때에, 상기 거리를 계측하지 않는 광학 계측 장치.
  7. 청구항 5 또는 6에 있어서,
    상기 광은 복수의 파장 성분을 포함하고,
    상기 광학계는, 상기 광에 대해 광축 방향을 따르는 색수차를 발생시키며, 색수차를 발생시킨 광을 상기 대상물에 조사함과 아울러, 상기 반사광을 집광하고,
    상기 반사광의 수광량을 검출하는 수광부로서, 상기 파장 성분마다 수광량을 검출 가능하게 구성되는 수광부를 더 구비하는 광학 계측 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 계측부는, 상기 반사광의 상기 파장 성분마다의 수광량 분포에서의 피크의 수광량에 기초하여, 상기 거리를 계측하는 광학 계측 장치.
  9. 대상물에 의해 반사된 반사광의 수광량에 기초하여 계측값을 얻는 광학 계측 장치가 사용하는 광학 계측 방법으로서,
    상기 광학 계측 장치의 광량에 관한 특성 정보에 기초하여, 상기 반사광의 단위 시간당 수광량에 대한 문턱값을 설정하는 설정 단계와,
    상기 문턱값에 기초하여, 상기 계측값의 노이즈의 유무를 판정하는 판정 단계를 포함하는 광학 계측 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 광학 계측 장치는, 광을 발하는 광원을 포함하는 컨트롤러와, 상기 반사광을 집광하는 광학계를 포함하는 센서 헤드를 구비하고,
    상기 설정 단계는, 상기 컨트롤러의 광량에 관한 제1 특성 정보와 상기 센서 헤드의 광량에 관한 제2 특성 정보에 기초하여, 상기 문턱값을 설정하는 것을 포함하는 광학 계측 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    파라미터를 입력하기 위한 입력 단계를 더 포함하고,
    상기 설정 단계는, 상기 제1 특성 정보와 상기 제2 특성 정보와 상기 파라미터에 기초하여, 상기 문턱값을 설정하는 것을 포함하는 광학 계측 방법.
  12. 청구항 10 또는 11에 있어서,
    상기 반사광의 수광량에 기초하여, 상기 계측값으로서 상기 광학 계측 장치부터 상기 대상물까지의 거리를 계측하는 계측 단계를 더 포함하는 광학 계측 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 계측 단계는, 상기 판정 단계에서 상기 거리에 노이즈가 있다고 판정되었을 때에, 상기 거리를 계측하지 않는 광학 계측 방법.
  14. 청구항 12 또는 13에 있어서,
    상기 광은 복수의 파장 성분을 포함하고,
    상기 광에 대해 광축 방향을 따르는 색수차를 발생시키며, 색수차를 발생시킨 광을 상기 대상물에 조사함과 아울러, 상기 반사광을 집광하는 단계와,
    상기 파장 성분마다 수광량을 검출 가능하게 구성되는 수광부가, 상기 반사광의 수광량을 검출하는 단계를 더 포함하는 광학 계측 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 계측 단계는, 상기 반사광의 상기 파장 성분마다의 수광량 분포에서의 피크의 수광량에 기초하여, 상기 거리를 계측하는 것을 포함하는 광학 계측 방법.
KR1020217015056A 2019-01-11 2019-12-26 광학 계측 장치 및 광학 계측 방법 KR102612466B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2019-003677 2019-01-11
JP2019003677 2019-01-11
JP2019170426A JP7445201B2 (ja) 2019-01-11 2019-09-19 光学計測装置及び光学計測方法
JPJP-P-2019-170426 2019-09-19
PCT/JP2019/051050 WO2020145172A1 (ja) 2019-01-11 2019-12-26 光学計測装置及び光学計測方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210077738A true KR20210077738A (ko) 2021-06-25
KR102612466B1 KR102612466B1 (ko) 2023-12-12

Family

ID=71666924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217015056A KR102612466B1 (ko) 2019-01-11 2019-12-26 광학 계측 장치 및 광학 계측 방법

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3910283B1 (ko)
JP (1) JP7445201B2 (ko)
KR (1) KR102612466B1 (ko)
CN (1) CN112639392B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024100760A1 (ja) * 2022-11-08 2024-05-16 株式会社ブルックマンテクノロジ 距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6238529B2 (ko) * 1982-05-17 1987-08-18 Toyota Motor Co Ltd
JP5790178B2 (ja) * 2011-03-14 2015-10-07 オムロン株式会社 共焦点計測装置
EP3222963A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-27 Omron Corporation Optical measurement device

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3695170B2 (ja) * 1998-09-17 2005-09-14 オムロン株式会社 光式センサ
JP2002277207A (ja) * 2001-03-19 2002-09-25 Keyence Corp 光学測定装置
JP3912366B2 (ja) * 2003-11-21 2007-05-09 コニカミノルタセンシング株式会社 測光装置およびその非線形性補正方法
US7623028B2 (en) * 2004-05-27 2009-11-24 Lawrence Kates System and method for high-sensitivity sensor
JP2006252599A (ja) * 2005-03-08 2006-09-21 Mitsubishi Electric Corp 光学装置及びそれを用いた光デイスク装置
JP2008139513A (ja) 2006-11-30 2008-06-19 Olympus Corp 合焦状態出力装置及び光学機器
JP5391614B2 (ja) * 2008-09-12 2014-01-15 株式会社デンソー 物体検知装置
JP2010096570A (ja) 2008-10-15 2010-04-30 Mitsutoyo Corp 表面形状測定装置
JP5516145B2 (ja) * 2010-06-30 2014-06-11 セイコーエプソン株式会社 光学式検出装置、表示装置及び電子機器
JP6005918B2 (ja) * 2011-09-08 2016-10-12 オリンパス株式会社 蛍光観察装置
US8860931B2 (en) * 2012-02-24 2014-10-14 Mitutoyo Corporation Chromatic range sensor including measurement reliability characterization
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
CN105143914B (zh) * 2013-04-17 2017-09-01 梅查理斯系统股份有限公司 用于在近程区域和远程区域中光学间距测量的方法
JP6361192B2 (ja) * 2014-03-14 2018-07-25 オムロン株式会社 多光軸光電センサシステム、多光軸光電センサシステムの制御方法、プログラムおよび記録媒体
JP2018136123A (ja) 2015-06-24 2018-08-30 株式会社村田製作所 距離センサ及びユーザインタフェース装置
KR20170069060A (ko) * 2015-12-10 2017-06-20 삼성전기주식회사 광학식 이미지 안정화 모듈 및 카메라 모듈
JP2017116509A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 株式会社キーエンス 共焦点変位計
JP6969104B2 (ja) * 2017-01-24 2021-11-24 オムロン株式会社 センサ、およびセンサのしきい値設定方法
JP6852455B2 (ja) * 2017-02-23 2021-03-31 オムロン株式会社 光学計測装置
JP6818616B2 (ja) 2017-03-31 2021-01-20 オリンパス株式会社 顕微鏡装置
CN107957582B (zh) * 2017-12-08 2021-07-06 南京理工大学 一种基于恒阈值鉴别法的测距装置及测距方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6238529B2 (ko) * 1982-05-17 1987-08-18 Toyota Motor Co Ltd
JP5790178B2 (ja) * 2011-03-14 2015-10-07 オムロン株式会社 共焦点計測装置
EP3222963A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-27 Omron Corporation Optical measurement device

Also Published As

Publication number Publication date
KR102612466B1 (ko) 2023-12-12
JP7445201B2 (ja) 2024-03-07
CN112639392A (zh) 2021-04-09
CN112639392B (zh) 2022-09-20
EP3910283A4 (en) 2022-08-24
JP2020112539A (ja) 2020-07-27
EP3910283A1 (en) 2021-11-17
EP3910283B1 (en) 2024-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8587772B2 (en) Chromatic point sensor configuration including real time spectrum compensation
JP5060678B2 (ja) 光学式変位計
KR102612466B1 (ko) 광학 계측 장치 및 광학 계측 방법
CN110274543B (zh) 光学测量装置以及光学测量方法
KR102049285B1 (ko) 광학 계측 장치 및 광학 계측 방법
JP7296239B2 (ja) 光学計測装置、光学計測方法、及び光学計測プログラム
WO2020145172A1 (ja) 光学計測装置及び光学計測方法
JP2022097472A (ja) クロマティックレンジセンサーシステム
TWI754182B (zh) 光學測量裝置以及光學測量方法
WO2022149290A1 (ja) 変位センサ

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant