(57)【要約】【課題】  観察範囲を変化させることが可能な形状測定装置及び形状測定方法を提供すること。【解決手段】  格子パターンを有するパターン素子３０と、パターン素子３０と投影ズームレンズ４０とビームスプリッタ５２とを介して格子パターンを測定対象物６０に投影する投影部と、測定対象物６０に投影された格子パターンをビームスプリッタ５２と撮影ズームレンズ７０を介してＣＣＤカメラ８０により撮像する撮像部と、ＣＣＤカメラ８０によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき測定対象物６０の形状を測定する測定部９２とを有し、投影部が、出射瞳位置を固定して投影倍率を変更可能に構成され、撮像部が、入射瞳位置を固定して撮像倍率を変更可能に構成されることを特徴とする。【選択図】      図１
2011185767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子パターンを有するパターン素子と、
前記パターン素子とビームスプリッタとを介して前記格子パターンを測定対象物に投影する投影部と、
前記測定対象物に投影された格子パターンを前記ビームスプリッタを介して撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき前記測定対象物の形状を測定する測定部とを有し、
前記投影部は、投影倍率を変更可能に構成され、
前記撮像部は、撮像倍率を変更可能に構成されることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記投影部は、出射瞳位置を固定して投影倍率を変更可能に構成され、
前記撮像部は、入射瞳位置を固定して撮像倍率を変更可能に構成されることを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
格子パターンを有する液晶格子と、
前記液晶格子とビームスプリッタとを介して前記格子パターンを測定対象物に投影する投影部と、
前記測定対象物に投影された格子パターンを前記ビームスプリッタを介して撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき前記測定対象物の形状を測定する測定部と、
前記液晶格子の格子パターンを制御する制御部とを有し、
前記撮像部は、撮像倍率を変更可能に構成され、
前記制御部は、
前記撮像倍率の変更に応じて、格子パターンのピッチを変化させる制御を行うことを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記撮像部は、入射瞳位置を固定して撮像倍率を変更可能に構成されることを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
格子パターンを有するパターン素子パターン素子とビームスプリッタとを介して前記格子パターンを測定対象物に投影する投影手順と、
前記測定対象物に投影された格子パターンを前記ビームスプリッタを介して撮像する撮像手順と、
前記撮像部によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき前記測定対象物の形状を測定する測定手順とを含み、
前記投影手順では、投影倍率を変更し、
前記撮像手順では、撮像倍率を変更することを特徴とする形状測定方法。
【請求項６】
格子パターンを有する液晶格子とビームスプリッタとを介して前記格子パターンを測定対象物に投影する投影手順と、
前記測定対象物に投影された格子パターンを前記ビームスプリッタを介して撮像する撮像手順と、
前記撮像部によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき前記測定対象物の形状を測定する測定手順と、
前記液晶格子の格子パターンを制御する制御手順とを有し、
前記撮像手順では、撮像倍率を変更し、
前記制御手順では、前記撮像倍率の変更に応じて、格子パターンのピッチを変化させる制御を行うことを特徴とする形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の形状を測定する形状測定装置及び形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、格子パターンを被測定対象に投影し、被測定対象上に投影された格子パターンにかかる画像のコントラストを検出して、基準位置から被測定対象までの距離を測定する形状測定装置が知られている。かかる技術として、例えば特開２００７−１５５３７９号公報に開示される従来技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５５３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の形状測定装置では、観察範囲が固定であったために、被測定対象のサイズが小さい場合や、被測定対象が部分的に細かな構造を持つ場合には、１つの形状測定装置では対応できないといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、観察範囲を変化させることが可能な形状測定装置及び形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の形状測定装置は、
格子パターンを有するパターン素子と、
前記パターン素子とビームスプリッタとを介して前記格子パターンを測定対象物に投影する投影部と、
前記測定対象物に投影された格子パターンを前記ビームスプリッタを介して撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき前記測定対象物の形状を測定する測定部とを有し、
前記投影部は、投影倍率を変更可能に構成され、
前記撮像部は、撮像倍率を変更可能に構成されることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、投影倍率と撮像倍率とを変更可能に構成することで、観察範囲を変化させることができとともに、精度の高い形状測定を行うことができる。
【０００８】
（２）また本発明に係る形状測定装置では、
前記投影部は、出射瞳位置を固定して投影倍率を変更可能に構成され、
前記撮像部は、入射瞳位置を固定して撮像倍率を変更可能に構成されるようにしてもよい。
【０００９】
本発明によれば、投影倍率と撮像倍率を変更しても測定対象物の形状を精度良く測定することができる。
【００１０】
（３）本発明の形状測定装置は、
格子パターンを有する液晶格子と、
前記液晶格子とビームスプリッタとを介して前記格子パターンを測定対象物に投影する投影部と、
前記測定対象物に投影された格子パターンを前記ビームスプリッタを介して撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき前記測定対象物の形状を測定する測定部と、
前記液晶格子の格子パターンを制御する制御部とを有し、
前記撮像部は、撮像倍率を変更可能に構成され、
前記制御部は、
前記撮像倍率の変更に応じて、格子パターンのピッチを変化させる制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、撮像倍率の変更に応じて、液晶格子の格子パターンのピッチを変化させることで、観察範囲を変化させることができるとともに、精度の高い形状測定を行うことができる。
【００１２】
（４）また本発明に係る形状測定装置では、
前記撮像部は、入射瞳位置を固定して撮像倍率を変更可能に構成されるようにしてもよい。
【００１３】
本発明によれば、撮像倍率を変更しても測定対象物の形状を精度良く測定することができる。
【００１４】
（５）また本発明の形状測定方法は、
格子パターンを有するパターン素子パターン素子とビームスプリッタとを介して前記格子パターンを測定対象物に投影する投影手順と、
前記測定対象物に投影された格子パターンを前記ビームスプリッタを介して撮像する撮像手順と、
前記撮像部によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき前記測定対象物の形状を測定する測定手順とを含み、
前記投影手順では、投影倍率を変更し、
前記撮像手順では、撮像倍率を変更することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、投影倍率と撮像倍率とを変更することで、観察範囲を変化させることができるとともに、精度の高い形状測定を行うことができる。
【００１６】
（６）また本発明の形状測定方法は、
格子パターンを有する液晶格子とビームスプリッタとを介して前記格子パターンを測定対象物に投影する投影手順と、
前記測定対象物に投影された格子パターンを前記ビームスプリッタを介して撮像する撮像手順と、
前記撮像部によって撮像された画像のコントラスト値を検出し、検出されたコントラスト値に基づき前記測定対象物の形状を測定する測定手順と、
前記液晶格子の格子パターンを制御する制御手順とを有し、
前記撮像手順では、撮像倍率を変更し、
前記制御手順では、前記撮像倍率の変更に応じて、格子パターンのピッチを変化させる制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、撮像倍率の変更に応じて、液晶格子の格子パターンのピッチを変化させることで、観察範囲を変化させることができるとともに、精度の高い形状測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態の形状測定装置の構成の一例を示す図。
【図２】液晶格子の格子パターンの一例を示す図。
【図３】撮像倍率の変更について説明するための図。
【図４】コントラストと基準位置からの距離との関係を示す図。
【図５】第２の実施形態の形状測定装置の構成の一例を示す図。
【図６】液晶格子の格子パターンのピッチの制御について説明するための図。
【図７】可変焦点レンズの構成の一例を示す図。
【図８】可変焦点レンズの構成の一例を示す図。
【図９】可変焦点レンズの構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．第１の実施形態
以下、第１の実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２０】
図１は、本実施形態の形状測定装置の構成の一例を示す図である。
【００２１】
形状測定装置１は、投影系（投影部）を構成する光源１０、第１及び第２のコンデンサレンズ２０、２２、液晶格子３０（パターン素子の一例）、投影ズームレンズ４０、ミラー５０、ビームスプリッタ５２、第４の投影レンズ４８と、観察系（撮像部）を構成する撮影ズームレンズ７０、ＣＣＤカメラ８２と、制御装置９０とを備える。
【００２２】
投影系を構成する各光学素子（第２の投影レンズ４８を除く）は、光軸ＡＸ１上に配置され、第２の投影レンズ４８と観察系を構成する各光学素子は、光軸ＡＸ１と並行な光軸ＡＸ２上に配置されている。
【００２３】
第１及び第２のコンデンサレンズ２０、２２は、ＬＥＤランプ、ハロゲンランプ等の光源１０からの光を液晶格子３０に照射するレンズである。
【００２４】
液晶格子３０は、格子パターンを液晶により形成するパターン素子である。本実施形態の液晶格子３０は、画素が縦方向に連続し、横方向に分離したパターン（横方向にピッチを持つパターン）で構成されている。また液晶格子３０は、液晶ドライバを備え、外部からの制御信号により格子パターンのピッチを変化させる制御、格子パターンの位相を変化させる制御、格子パターンの強度分布を変化させる制御を行うことができる。本実施形態では、図２に示すように、液晶格子３０の格子パターンＬＰを、正弦波状の光強度分布をもつ格子パターンとしている。なお、液晶格子３０に代えて、フィルム基板或いはガラス基板上に格子パターンが形成されたパターン素子を用いるようにしてもよい。
【００２５】
投影ズームレンズ４０、第４の投影ズームレンズ４８は、液晶格子３０の格子パターンを測定対象物６０に投影するためのレンズである。投影ズームレンズ４０は、凸レンズである第１の投影レンズ４２と、凹レンズである第２の投影レンズ４４と、凸レンズである第３の投影レンズ４６とを含む。
【００２６】
ミラー５０は、投影ズームレンズ４０から出射された投影光をビームスプリッタ５２に向けて反射するためのミラーである。
【００２７】
ビームスプリッタ５２（例えば、ハーフミラー）は、入射ビームの一部を分離し、９０°の角度をなす２つのビームとして出射するものであり、投影光の一部を測定対象物６０に向けて反射し、測定対象物６０からの観察光の一部を透過するものである。
【００２８】
形状測定装置１の投影系は、液晶格子３０、投影ズームレンズ４０、ミラー５０、ビームスプリッタ５２、第４の投影レンズ４８とを介して、図２に示すような格子パターンＬＰを測定対象物６０に投影する。図１に示すように、第４の投影レンズ４８からは平行光が出射され、測定対象物６０の位置によって倍率が変わることはない。このようにすると、コントラストの検出を容易に行うことができる。
【００２９】
撮影ズームレンズ７０は、凸レンズである第１の撮影レンズ７２と、凹レンズである第２の撮影レンズ７４と、凸レンズである第３の撮影レンズ７６とを含む。
【００３０】
形状測定装置１の観察系は、測定対象物６０上に投影された格子パターンＬＰを、第４の投影レンズ４８、ビームスプリッタ５２、撮影ズームレンズ７０とを介して、ＣＣＤカメラ８２により撮像し、格子パターンＬＰにかかる画像を取得する。
【００３１】
ここで、本実施形態の形状測定装置１では、観察系（撮像部）は、入射瞳位置を固定して撮像倍率を変更可能に構成されている。すなわち、撮影ズームレンズ７０の入射瞳に一致する第１の撮影レンズ７２を固定し、第２、第３の撮影レンズ７４、７６を、それぞれ図示しない移動機構（例えば、モータ、カム筒、ボールねじ）によって光軸ＡＸ１に沿って移動可能に構成することで、入射瞳位置を固定して撮像倍率を変更可能に構成している。例えば、図３（Ａ）に示すように、入射瞳位置を固定して、第２、第３の撮影レンズ７４、７６をそれぞれ図中左方向（第１の撮影レンズ７２に近づく方向）に移動させると、観察範囲ＲＯは広くなり撮像倍率は小さくなる。一方、図３（Ｂ）に示すように、入射瞳位置を固定して、第２、第３の撮影レンズ７４、７６をそれぞれ図中右方向（第１の撮影レンズ７２から遠ざかる方向）に移動させると、観察範囲ＲＯは狭くなり撮像倍率は大きくなる。このように本実施形態では、測定対象物６０の大きさや構造に合わせて、観察範囲を変更することができる。
【００３２】
また、本実施形態の形状測定装置１では、投影系（投影部）は、出射瞳位置を固定して投影倍率を変更可能に構成されている。すなわち、投影ズームレンズ４０の出射瞳に一致する第３の投影レンズ４６を固定し、第１、第２の投影レンズ４２、４４を、それぞれ図示しない移動機構によって光軸ＡＸ１に沿って移動可能に構成することで、出射瞳位置を固定して投影倍率を変更可能に構成している。例えば、出射瞳位置を固定して、第１、第２の投影レンズ４２、４４をそれぞれ図中左方向（第３の投影レンズ４６に近づく方向）に移動させると、投影範囲は広くなり投影倍率は小さくなる。一方、出射瞳位置を固定して、第１、第２の投影レンズ４２、４４をそれぞれ図中右方向（第３の投影レンズ４６から遠ざかる方向）に移動させると、投影範囲は狭くなり投影倍率は大きくなる。
【００３３】
ここで、液晶格子３０の格子パターンのピッチが固定の場合に、投影倍率を変更せずに撮像倍率（観察範囲）だけを変更すると、ＣＣＤカメラ８２によって撮像される画像における格子パターンのピッチが、撮像倍率の変更前と変更後とで変化してしまい、常に最適な格子ピッチで形状測定を行うことができなくなる。すなわち、観察範囲だけを広くすると撮像画像における格子パターンのピッチは狭くなり、観察範囲だけを狭くすると撮像画像における格子パターンのピッチは広くなる。
【００３４】
そこで本実施形態では、撮影ズームレンズ７０によって撮像倍率を変更する場合には、投影ズームレンズ４０によって投影倍率も同様に変更する。すなわち、撮像倍率を小さくして観察範囲を広くする場合には、同様に投影倍率を小さくして投影範囲を広くし、撮像倍率を大きくして観察範囲を狭くする場合には、同様に投影倍率を大きくして投影範囲を狭くする。このようにすると、観察範囲を変化させても、撮像される画像における格子パターンのピッチ（又は格子パターンにおける格子の数）を一定にすることができ、常に最適な格子ピッチで形状測定を行うことができる。
【００３５】
また、撮影ズームレンズ７０によって撮像倍率を変化する際に入射瞳位置を変化させると、観察面から戻る光の全てを拾えなくなりＣＣＤカメラ８２によって撮像される画像の周囲にかげりが生じ、測定精度が低下してしまう。同様に、投影ズームレンズ４０によって投影倍率を変更する際に出射瞳位置を変化させると、第４の投影レンズ４８から平行光出射することができなくなり、入射光の観察の平行性が失われてしまう。また、観察面に投影する格子パターンの周囲にかげりが生じ、測定精度が低下してしまう。
【００３６】
そこで、本実施形態では、撮影ズームレンズ７０及び投影ズームレンズ４０の入射瞳位置及び出射瞳位置を固定して撮像倍率及び投影倍率を変化させるように構成している。このようにすると、撮像倍率及び投影倍率の変化によって測定精度が低下してしまう事態を防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、撮像倍率を変更する際に、第２、第３の撮影レンズ７４、７６のみを移動し、第１の撮影レンズ７２とＣＣＤカメラ８０の位置は固定している。同様に、投影倍率を変更する際に、第１、第２の投影レンズ４２、４４のみを移動し、第３の投影レンズ４６及び他の光学素子の位置は固定している。このようにすると、光学系を堅牢に構成することができる。
【００３８】
再び図１を参照すると、制御装置９０は、測定部９２、制御部９４、記憶部９６を含む。測定部９２や制御部９４の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）のハードウェアや、記憶部９６に格納されたプログラムにより実現できる。記憶部９６は、測定部９２や制御部９４のワーク領域としても機能するものであり、その機能は、ＲＡＭやＲＯＭなどにより実現できる。
【００３９】
制御部９４は、液晶格子３０の格子パターンを制御する。すなわち格子パターンを制御するための制御信号を生成して、生成した制御信号を液晶格子３０の液晶ドライバに対して送信する処理を行う。また、制御部９４は、第１、第２の投影レンズ４２、４４及び第２、第３の撮影レンズ７４、７６のそれぞれを移動させる移動機構の動作を制御するようにしてもよい。
【００４０】
測定部９２は、ＣＣＤカメラ８０によって撮像された画像の各画素のコントラスト値を位相シフト法により検出する。具体的には、液晶格子３０の格子パターンの位相をπ／２（１／４ピッチ）ずつシフトさせて撮像した４枚の画像の任意の画素の４つの輝度により任意の画素のコントラスト値を求めることができる。ここで、位相シフト量を０、π／２、π、３π／２としたときの１点（１画素）における輝度をそれぞれI０、I１、I２、I３とすると、任意の画素（ｘ，ｙ）におけるコントラスト値γ（ｘ，ｙ）は、次式により求めることができる。
【００４１】
【数１】
2011185767.tif 000003
【００４２】
また測定部９２は、検出したコントラスト値に基づき基準位置ＳＰから測定対象物６０までの距離Ｄを各画素について求め、測定対象物６０の３次元形状を測定する。なお、基準位置ＳＰは、投影される格子パターンＬＰが結像する位置（投影系の焦点位置）である。具体的には、図４に示すような、コントラストと基準位置ＳＰからの距離Ｄとの関係を、テーブル情報として記憶部９６に記憶しておき、当該テーブル情報を参照して、検出したコントラスト値に対応する距離Ｄを求める。
【００４３】
２．第２の実施形態
次に、第２の実施形態について説明する。なお以下の説明では、第１の実施形態において示した構成と共通する構成には同符号を付し、その説明を省略する。
【００４４】
図５は、本実施形態の形状測定装置の構成の一例を示す図である。
【００４５】
図５に示す形状測定装置２では、固定された２つの投影レンズ４６、４８により液晶格子３０の格子パターンを測定対象物６０に投影するように構成し、投影倍率の変更は行わず、撮影ズームレンズ７０による撮像倍率の変更のみを行うようにしている。そして、制御部９４は、撮像倍率の変更に応じて、液晶格子３０の格子パターンのピッチを変化させる制御を行う。
【００４６】
具体的には、図３（Ａ）に示すように第２、第３の撮影レンズ７４、７６をそれぞれ図中左方向に移動させて観察範囲ＲＯを広くし撮像倍率を小さくする場合には、図６（Ａ）に示すように液晶格子３０の格子パターンＬＰのピッチＰＴを広くし、図３（Ｂ）に示すように第２、第３の撮影レンズ７４、７６をそれぞれ図中右方向に移動させて観察範囲ＲＯを狭くし撮像倍率を大きくする場合には、図６（Ｂ）に示すように液晶格子３０の格子パターンＬＰのピッチＰＴを狭くする制御を行う。すなわち、撮像倍率を変更してもＣＣＤカメラ８２によって撮像される画像における格子パターンのピッチが一定となるように液晶格子３０の格子パターンＬＰのピッチＰＴを制御する。
【００４７】
例えば、撮像倍率と最適なピッチＰＴとの関係をテーブル情報として記憶部９６に記憶しておき、当該テーブル情報を参照して、変更後の撮像倍率に対応する格子パターンＬＰのピッチＰＴを求めるようにしてもよい。また撮像倍率は、第１の撮影レンズ７２と第２の撮影レンズ７４間の距離ｄ１と、第２の撮影レンズ７４と第３の撮影レンズ７６間の距離ｄ２とに基づき決定されるため、距離ｄ１、ｄ２と格子パターンＬＰのピッチＰＴとの関係をテーブル情報として記憶部９６に記憶しておき、当該テーブル情報を参照して、第２、第３の撮影レンズ７４、７６を移動させたときの距離ｄ１、ｄ２に対応する格子パターンＬＰのピッチＰＴを求めるようにしてもよい。
【００４８】
このように、第２の実施形態では、撮像倍率の変更に応じて、液晶格子３０の格子パターンのピッチを変化させる制御を行うことで、観察範囲を変化させても、撮像される画像における格子パターンのピッチを一定にすることができ、常に最適な格子ピッチで形状測定を行うことができる。
【００４９】
３．第３の実施形態
次に、第３の実施形態について説明する。
【００５０】
図４に示すように、１つのコントラスト値ｃには２つの距離ｄ１、ｄ２が対応するため、検出した１つのコントラスト値からでは、距離Ｄが正の値であるのか負の値であるのか（基準位置ＳＰより奥であるのか手前であるのか）を決定することができない。
【００５１】
そこで、投影系の焦点位置を変化させて、投影系の焦点位置を第１の焦点位置（基準位置ＳＰ）とした場合に検出された第１のコントラスト値ｃ１と、投影系の焦点位置を第２の焦点位置とした場合に検出された第２のコントラスト値ｃ２の変化に基づいて、基準位置ＳＰからの距離Ｄが正の値であるか負の値であるのかを検出するようにしてもよい。例えば、第２の焦点位置を第１の焦点位置よりも手前側の位置とした場合に、第１のコントラスト値ｃ１よりも第２のコントラスト値ｃ２の方が大きい場合には距離Ｄが負の値であることがわかり、第１のコントラスト値ｃ１よりも第２のコントラスト値ｃ２の方が小さい場合には距離Ｄが正の値であることがわかる。このようにすると、基準位置ＳＰからの距離Ｄが正の値を持つ範囲と、距離Ｄが負の範囲を持つ範囲の両方を測定範囲とすることができ、奥行き方向の測定範囲を拡大することができる。
【００５２】
第３の実施形態では、図１、図５に示す第３の投影レンズ４６として、可変焦点レンズを用いて、この可変焦点レンズにより投影系の焦点位置を変化させる。
【００５３】
図７は、可変焦点レンズの構成の一例を示す図である。なお、図７（Ａ）は、可変焦点レンズの内部構造を示す正面断面図を示し、図７（Ｂ）は、可変焦点レンズの内部構造を示す上面断面図を示す。
【００５４】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示す可変焦点レンズ１００は、円筒型の中空モータ１１０と、内周部にカム面を有するカム部１２０と、液体レンズ１４０と、液体レンズ１４０を保持するレンズ保持部１３０と、液体レンズ１４０を押す複数の押し部材１５０とを備える。
【００５５】
カム部１２０は、中空モータ１１０の内周部に回転可能に設けられ、その回転により押し部材１５０を移動させる。
【００５６】
液体レンズ１４０は、透明フィルム（弾性膜）に透明な液体（例えば、水、オイル）を封入して袋状に構成されるレンズである。レンズ保持部１３０は、中空モータ１１０の中空部に配置され、円筒型をしており、その内周面で液体レンズ１４０を保持する。
【００５７】
押し部材１５０は、レンズ保持部１３０によって移動可能に支持され、その一端がカム部１２０のカム面に接し、他端が液体レンズ１４０の弾性膜に接している。また押し部材１５０には、バネ１５２が取り付けられ、このバネ１５２により、押し部材１５０をレンズ中心から離れる方向に移動させる力を発生させ、押し部材１５０の一端が常にカム面に接するようにしている。
【００５８】
中空モータ１１０によってカム部１２０が回転すると、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、３つの押し部材１５０は、カム部１２０によってレンズ中心に向かって移動し、液体レンズ１４０を押す。液体レンズ１４０は、押し部材１５０によって押されることにより変形し（レンズの厚みが変化し）、この変形により液体レンズ１４０の焦点位置が変化する。なお、図８（Ａ）、（Ｂ）に示す断面図は、カム部１２０を、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す状態から６０°だけ回転させた場合の可変焦点レンズ１００の内部構造を示す断面図である。本実施形態の可変焦点レンズ１００では、カム部１２０を０°〜６０°の範囲で回転させることで、液体レンズ１４０の形状を変化させることができる。
【００５９】
本実施形態の可変焦点レンズ１００では、中空モータ１１０によりカム部１２０を任意の角度だけ回転させることで焦点位置を変化させることができるため、高速且つ精度良く焦点位置を変化させることができる。また、本実施形態の可変焦点レンズ１００では、駆動部（中空モータ１１０）とレンズ部（液体レンズ１４０）とが一体的に構成されているため、可変焦点レンズをコンパクト化することができる。
【００６０】
なお、第３の投影レンズ４６として用いる可変焦点レンズは、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すものに限られない。図９（Ａ）に、可変焦点レンズの他の例の側面断面図を示す。図９（Ａ）に示す可変焦点レンズ２００は、第１及び第２の液体レンズ２１０、２２０と、第１及び第２の液体レンズ２１０、２２０のそれぞれを保持する第１及び第２のレンズ保持部２２０、２２２と、第１の液体レンズ２１０と第２の液体レンズ２２０とを隔てる透明隔壁２３０（例えば、ガラス板）と、第１及び第２の液体レンズ２１０、２２０のそれぞれに液体を注入又は排出するための第１及び第２の注入口２４０、２４２とを備える。
【００６１】
第１及び第２の注入口２４０、２４２のそれぞれから液体を注入又は排出することで、第１及び第２の液体レンズ２１０、２２０を変形させ、焦点位置を変化させることができる。例えば、第１及び第２の注入口２４０、２４２のそれぞれから液体を注入すると、図９（Ｂ）に示すように、第１及び第２の液体レンズ２１０、２２０のそれぞれの弾性膜２５０、２５２は凸型に変形し、可変焦点レンズ２００は凸レンズとなる。一方、第１及び第２の注入口２４０、２４２のそれぞれから液体を排出すると、第１及び第２の液体レンズ２１０、２２０のそれぞれの弾性膜２５０、２５２は凹型に変形し、可変焦点レンズ２００は凹レンズとなる。
【００６２】
図９（Ａ）に示す可変焦点レンズ２００では、第１及び第２の液体レンズ２１０、２２０に、屈折率の異なる２つの液体が封入されている。このようにすると、第１及び第２の液体レンズ２１０、２２０のそれぞれの屈折率を変えて諸収差を補正することができる。
【００６３】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００６４】
１  形状測定装置、１０  光源、２０  第１のコンデンサレンズ、２２  第２のコンデンサレンズ、３０  液晶格子、４０  投影ズームレンズ、４２  第１の投影レンズ、４４  第２の投影レンズ、４６  第３の投影レンズ、４８  第４の投影レンズ、５０  ミラー、５２  ビームスプリッタ、６０  測定対象物、７０  撮影ズームレンズ、７２  第１の撮影レンズ、７４  第２の撮影レンズ、７６  第３の撮影レンズ、８０  ＣＣＤカメラ、９０制御装置、９２  測定部、９４  制御部、９６  記憶部
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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【図６】
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