(57)【要約】【課題】ミラーの角度を高精度に算出可能な小型の照射装置、その照射方法、測定装置、及びその測定方法を提供すること。【解決手段】本発明の一形態に係る照射装置は、光源と、反射ミラー部と、光学系と、算出部とを具備する。前記反射ミラー部は、第１の反射部と第２の反射部とを有し、前記第１の反射部に照射された前記光源からの光の一部である第１の分割光を、反射角度を変化させながら反射させて対象物に照射可能である。前記光学系は、前記光源からの光を前記第１の分割光と第２の分割光とに分割し、前記第２の分割光を前記第２の反射部に導く。前記算出部は、前記第２の反射部により反射された前記第２の分割光を受光して、前記反射ミラー部の前記反射角度を算出可能である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
第１の反射部と第２の反射部とを有し、前記第１の反射部に照射された前記光源からの光の一部である第１の分割光を、反射角度を変化させながら反射させて対象物に照射可能な反射ミラー部と、
前記光源からの光を前記第１の分割光と第２の分割光とに分割し、前記第２の分割光を前記第２の反射部に導く光学系と、
前記第２の反射部により反射された前記第２の分割光を受光して、前記反射ミラー部の前記反射角度を算出可能な算出部と
を具備する照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照射装置であって、
前記反射ミラー部は、前記第１の分割光を前記対象物にライン状に照射する
照射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照射装置であって、
前記反射ミラー部は、１軸を中心にして回転するミラーを有し、
前記算出部は、前記ミラーの回転角度を算出する
照射装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の照射装置であって、
前記反射ミラー部は、表面部と裏面部とを有し、
前記第１の反射部は前記表面部に設けられ前記第２の反射部は前記裏面部に設けられる
照射装置。
【請求項５】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の照射装置であって、
前記反射ミラー部は、表面部と裏面部とを有し、
前記第１及び前記第２の反射部は、前記表面部の互いに異なる位置に設けられる
照射装置。
【請求項６】
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の照射装置であって、
前記光学系は、前記第２の分割光の方が前記第１の分割光よりも強度が小さくなるように、前記第１及び前記第２の分割光をそれぞれ分割する
照射装置。
【請求項７】
請求項１から６のうちいずれか１項に記載の照射装置であって、
前記反射ミラー部は、ガルバノミラー又はレゾナントミラーである
照射装置。
【請求項８】
請求項１から７のうちいずれか１項に記載の照射装置であって、
前記光源は、レーザ光源である
照射装置。
【請求項９】
光源から出射された光を第１の分割光と第２の分割光とに分割して、前記第１の分割光を反射ミラー部の第１の反射部に照射し、前記第２の分割光を前記反射ミラー部の第２の反射部に導き、
前記反射ミラー部の反射角度を変化させながら前記第１の反射部により前記第１の分割光を反射することで、当該第１の分割光を対象物に照射し、
前記第２の反射部により反射された前記第２の分割光を受光して、前記反射ミラー部の前記反射角度を算出する
照射方法。
【請求項１０】
光源と、
第１の反射部と第２の反射部とを有し、前記第１の反射部に照射された前記光源からの光の一部である第１の分割光を、反射角度を変化させながら反射させて対象物に照射可能な反射ミラー部と、
前記光源からの光を前記第１の分割光と第２の分割光とに分割し、前記第２の分割光を前記第２の反射部に導く光学系と、
前記第２の反射部により反射された前記第２の分割光を受光して、前記反射ミラー部の前記反射角度を算出可能な算出部と
前記対象物に照射された前記第１の分割光を撮影して得られる画像と、前記算出部により算出された前記反射角度とをもとに、前記対象物の形状を測定可能な測定部と
を具備する測定装置。
【請求項１１】
光源から出射された光を第１の分割光と第２の分割光とに分割して、前記第１の分割光を反射ミラー部の第１の反射部に照射し、前記第２の分割光を前記反射ミラー部の第２の反射部に導き、
前記反射ミラー部の反射角度を変化させながら前記第１の反射部により前記第１の分割光を反射することで、当該第１の分割光を対象物に照射し、
前記第２の反射部により反射された前記第２の分割光を受光して、前記反射ミラー部の前記反射角度を算出し、
前記対象物に照射された前記第１の分割光を撮影して得られる画像と、前記算出された前記反射角度とをもとに、前記対象物の形状を測定する
測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物に光を照射可能な照射装置、照射方法、対象物の形状等を測定可能な測定装置、及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物（ワーク）にレーザ光を照射し、ワークの表面から反射した光を検出することにより、ワークの各部の位置座標等を取得する非接触型の光学式プローブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
非接触型の光学式プローブとしては、ライン式の光学プローブや、フライングスポット式の光学プローブがある。ライン式の光学式プローブでは、レーザ光源から出射されたレーザ光が、ビームエクスパンダ等によりライン形状の光とされワークに照射される。ワークに照射されたライン形状の光が撮影されることでワークの形状が測定される。
【０００４】
フライングスポット式の光学プローブでは、回転可能に設けられたガルバノミラー等の反射ミラーが用いられる。レーザ光源から出射されたレーザ光が反射ミラーに入射し、反射ミラーにより反射された点状の光（ポイントレーザ）がワークに照射される。このさい反射ミラーは入射光に対して回転駆動されており、この反射ミラーの回転駆動に応じて、点状の光がライン形状を描くようにワーク上を走査する。ワーク上を走査した点状の光が撮影されることでワークの形状が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５３４９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したようなフライングスポット式の測定装置では、反射ミラーの回転角度をもとに三角測量の原理によってワークの位置（形状）が算出される。従って測定装置を高精度化するためには、反射ミラーの回転角度を如何にして正確に測定するかが重要となる。
【０００７】
例えば反射ミラーの回転角度を検出するために、反射ミラーを回転駆動させるモータにロータリエンコーダ等を取り付けることが考えられる。しかしながらこの場合、ロータリエンコーダ等がモータの負荷となり、レーザ光をワーク上に高速に走査させることが難しくなる。また十分な回転トルクが必要となるためモータが大型化し、測定装置の小型化が難しくなる。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ミラーの角度を高精度に算出可能な小型の照射装置、その照射方法、測定装置、及びその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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る照射装置は、光源と、反射ミラー部と、光学系と、算出部とを具備する。
前記反射ミラー部は、第１の反射部と第２の反射部とを有し、前記第１の反射部に照射された前記光源からの光の一部である第１の分割光を、反射角度を変化させながら反射させて対象物に照射可能である。
前記光学系は、前記光源からの光を前記第１の分割光と第２の分割光とに分割し、前記第２の分割光を前記第２の反射部に導く。
前記算出部は、前記第２の反射部により反射された前記第２の分割光を受光して、前記反射ミラー部の前記反射角度を算出可能である。
【００１０】
この照射装置では、光源からの光が第１及び第２の分割光に分割され、第１分割光が反射ミラー部により対象物に照射される。第２の分割光は反射ミラー部の第２の反射部により反射されて算出部により受光される。算出部は、受光した第２の分割光をもとに反射ミラー部の反射角度を算出する。このように光源からの光を分割して一方の光を反射角度の算出に用いることで、高い精度で反射ミラー部の反射角度を算出することが可能となる。また反射ミラーの回転角度を検出するためのロータリエンコーダ等が不要となるので、照射装置の小型化を実現することが可能となる。
【００１１】
前記反射ミラー部は、前記第１の分割光を前記対象物にライン状に照射してもよい。
反射ミラー部の反射角度が算出されるので、例えばライン状に第１の分割光を照射された対象物の形状等を高精度に測定することが可能となる。
【００１２】
前記反射ミラー部は、１軸を中心にして回転するミラーを有してもよい。この場合、前記算出部は、前記ミラーの回転角度を算出してもよい。
ミラーの回転角度を高精度に算出することが可能であるので対象物の形状等を高精度に測定することが可能となる。
【００１３】
前記反射ミラー部は、表面部と裏面部とを有してもよい。この場合、前記第１の反射部は前記表面部に設けられ前記第２の反射部は前記裏面部に設けられてもよい。
これにより第１の分割光の照射に影響を与えることなく高精度に反射ミラー部の反射角度を算出することが可能となる。
【００１４】
前記第１及び前記第２の反射部は、前記表面部の互いに異なる位置に設けられてもよい。
これにより簡単な構成で高精度に反射ミラー部の反射角度を算出することが可能となる。
【００１５】
前記光学系は、前記第２の分割光の方が前記第１の分割光よりも強度が小さくなるように、前記第１及び前記第２の分割光をそれぞれ分割してもよい。
これにより第１の分割光の照射による形状測定等の精度を向上させることができる。
【００１６】
前記反射ミラー部は、ガルバノミラー又はレゾナントミラーであってもよい。
反射ミラー部としていずれのミラーが用いられる場合でも、ロータリエンコーダ等を用いること無く高精度に反射角度を算出することが可能となる。
【００１７】
前記光源は、レーザ光源であってもよい。
レーザ光源は指向性に優れており、より小さいスポット光を形成できるため、より正確にワークの照射位置を特定できるようになる。この結果、形状測定等の精度を向上させることが可能となる。
【００１８】
本発明の一形態に係る照射方法は、光源から出射された光を第１の分割光と第２の分割光とに分割して、前記第１の分割光を反射ミラー部の第１の反射部に照射し、前記第２の分割光を前記反射ミラー部の第２の反射部に導くことを含む。
前記反射ミラー部の反射角度を変化させながら前記第１の反射部により前記第１の分割光が反射されることで、当該第１の分割光が対象物に照射される。
前記第２の反射部により反射された前記第２の分割光が受光されて、前記反射ミラー部の前記反射角度が算出される。
【００１９】
本発明の一形態に係る測定装置は、前記光源と、前記反射ミラー部と、前記光学系と、前記算出部と、測定部とを具備する。
前記測定部は、前記対象物に照射された前記第１の分割光を撮影して得られる画像と、前記算出部により算出された前記反射角度とをもとに、前記対象物の形状を測定可能である。
【００２０】
この測定装置では、第２の分割光が用いられて、高精度に反射ミラー部の反射角度が算出される。そして対象物に照射された第１の分割光を撮影して得られる画像と、反射ミラー部の反射角度とをもとに、対象物の形状が測定される。これにより高精度の形状測定が実現する。また測定装置の小型化を実現することが可能となる。
【００２１】
本発明の一形態に係る測定方法は、光源から出射された光を第１の分割光と第２の分割光とに分割して、前記第１の分割光を反射ミラー部の第１の反射部に照射し、前記第２の分割光を前記反射ミラー部の第２の反射部に導くことを含む。
前記反射ミラー部の反射角度を変化させながら前記第１の反射部により前記第１の分割光が反射されることで、当該第１の分割光が対象物に照射される。
前記第２の反射部により反射された前記第２の分割光が受光されて、前記反射ミラー部の前記反射角度が算出される。
前記対象物に照射された前記第１の分割光を撮影して得られる画像と、前記算出された前記反射角度とをもとに、前記対象物の形状が測定される。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、ミラーの角度を高精度に算出可能な小型の照射装置、その照射方法、測定装置、及びその測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学式プローブの構成例を示す概略図である。
【図２】光学式プローブによる形状測定の基本動作を説明するための概略図である。
【図３】ワークの表面で反射されたレーザ光の画像の一例を示す図である。
【図４】角度算出部の構成例を示す概略図である。
【図５】角度算出部の他の構成例を示す概略図である。
【図６】分割光学系を用いない場合の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
［測定装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る測定装置としての光学式プローブの構成例を示す概略図である。本実施形態に係る光学式プローブ１００は、レーザ光Ｌ（ポイントレーザ）を対象部であるワークＷの表面に走査させ、その反射光を撮影することでワークＷの各部の位置座標を測定する、フライングスポット方式の光学式プローブである。測定された位置座標をもとにワークＷの形状が測定される。
【００２５】
図１に示すように、光学式プローブ１００は、光源部１０と、撮像部６０と、制御部８０と、図示しない角度算出部とを有する。本説明において、まずは光源部１０、撮像部６０、制御部８０の基本的な構成及び動作について説明する。
【００２６】
光源部１０は、ワークＷにレーザ光Ｌを照射する。光源部１０は、ＬＤ（Laser Diode）等のレーザ光源１１と、反射ミラー１２と、ガルバノミラー１３とを有する。光を照射する光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の固体光源が用いられてもよい。あるいは気体レーザ光源等の他の種類の光源が用いられてもよい。なお出射されるレーザ光Ｌの波長帯域等は限定されない。
【００２７】
反射ミラー１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌを、ガルバノミラー１３に向けて反射する。反射ミラー１２によりレーザ光源１１からのレーザ光Ｌが、ガルバノミラー１３の第１の反射部２１に照射される。反射ミラー１２の構成は限定されず、適宜設計されてよい。例えば複数の光学部材が組み合わされてもよい。
【００２８】
ガルバノミラー１３は、反射ミラー１２により反射されたレーザ光ＬをワークＷ上に走査させる。ガルバノミラー１３は、走査ミラー１４と、モータ１５とを有する。モータ１５の回転軸に走査ミラー１４が接続され、モータ１５の回転駆動により走査ミラー１４が回転する。モータ１５は、所定の角度で反転運動を繰り返すように制御される。ガルバノミラー１３は、本実施形態において、反射ミラー部として機能する。
【００２９】
モータ１５により走査ミラー１４の回転角度（動作角度）が制御されることで、レーザ光Ｌに対する反射角度が制御される。走査ミラー１４の反射角度が適宜変化することで、レーザ光源１１からのレーザ光ＬがワークＷ上に走査される。本実施形態において、走査ミラー１４の反射角度は、ガルバノミラー１３の反射角度に相当する。すなわちガルバノミラー１３は、第１の反射部２１に照射されたレーザ光Ｌを、反射角度を変化させながら反射させてワークＷに照射可能である。
【００３０】
撮像部６０は、受光レンズ６１と、イメージセンサ６２とを有する。受光レンズ６１は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光Ｌ'を透過する。受光レンズ６１を透過したレーザ光Ｌ１は、受光レンズ６１と同一の光軸上に配置されたイメージセンサ６２に入射する。イメージセンサ６２としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等が用いられる。
【００３１】
制御部８０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を有し、光源部１０、撮像部６０等と接続される。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている各種処理プログラム等を読み出してＲＡＭに展開し、この展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行することにより、光学式プローブ１００全体の制御を行う。
【００３２】
ＲＡＭは、ＣＰＵの作業用領域等として用いられ、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等を一時的に保持する。
【００３３】
ＲＯＭは、例えば、不揮発性の半導体メモリで構成され、ＣＰＵによって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵによって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形でＲＯＭに記憶されている。
【００３４】
制御部８０は、イメージセンサ６２により撮影された照射光の画像をもとに、ワークＷの位置座標（形状）を測定することが可能である。また制御部８０は、後に説明する角度算出部からの情報をもとにガルバノミラー１３の反射角度を算出することが可能である。制御部８０は、本実施形態において、算出部の一部及び測定部として機能する。
【００３５】
[測定装置の基本動作]
図２は、光学式プローブ１００による形状測定の基本動作を説明するための概略図である。図２は、レーザ光Ｌが照射されたワークＷをｘ方向から見た図である。なお図２では、図示を分かりやすくするために、モータ１５の回転軸の軸方向がｘ方向と平行になるように図示されている。また図２では、レーザ光源１１、反射ミラー１２、及びガルバノミラー１３の位置関係等が適宜変更されている。また図２では、撮像部６０等の図示が省略されている。
【００３６】
ガルバノミラー１３のモータ１５の回転駆動により、走査ミラー１４の回転角度θ１が変化する。この回転角度θ１は、走査ミラー１４の所定の回転位置を基準として算出される角度である。当該基準となる回転位置は適宜設定されてよい。
【００３７】
走査ミラー１４の回転角度θ１が変化すると、走査ミラー１４に入射するレーザ光Ｌに対する反射角度θ２が変化する。反射角度θ２が変化するとワークＷに対するレーザ光Ｌの照射ポイントＰが変化する。従って走査ミラー１４の回転角度θ１が適宜制御されることで、レーザ光ＬがワークＷ上に走査される。
【００３８】
本実施形態では、１つのモータ１５により、１軸を中心にして走査ミラー１４が回転される。そして走査ミラー１４に入射するレーザ光Ｌが、ワークＷに対して１つの方向に沿ってライン状に照射される。従って本実施形態に係るガルバノミラー１３は、レーザ光ＬをワークＷにライン状に照射することが可能である。
【００３９】
ワークＷの形状は、三角測量の原理に基づいた光切断法により測定される。走査されたレーザ光Ｌが照射されているエリアが撮像部６０により撮影される。そして図３に示すような、ワークＷの表面に照射されたレーザ光Ｌの画像９０が取得される。本説明では、レーザ光Ｌの画像９０を、ワークＷの画像と記載する場合もある。
【００４０】
この撮影されたワークＷの画像と、レーザ光Ｌが走査された際の照射ポイントＰの位置の情報とをもとに、ワークＷの形状が測定される。 レーザ光Ｌの照射ポイントＰの位置は、走査ミラー１４の回転角度（反射角度）に対応している。従って走査ミラー１４の回転角度をもとに、ワークＷの形状を測定することが可能である。
【００４１】
［角度算出部］
光学式プローブ１００が有する角度算出部について説明する。図４−図６は、角度算出部の種々の構成例を示す概略図である。図４−図６では、レーザ光源１１から走査ミラー１４までの構成が簡略されて図示されており、例えば図１等に示す反射ミラー１２の図示は省略されている。
【００４２】
図４に示すように、角度算出部３０は、分割光学系３１と、センサ部３２とを有する。分割光学系３１は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と角度検出光Ｌ２とに分割し、測定光Ｌ１を走査ミラー１４の第１の反射部２１に導き、角度検出光Ｌ２を走査ミラー１４の第２の反射部２２に導く。なお本実施形態において、測定光Ｌ１は、レーザ光源１１からのレーザ光Ｌの一部である第１の分割光に相当する。また角度検出光Ｌ２は、レーザ光源１１からのレーザ光Ｌの一部である第２の分割光に相当する。
【００４３】
第１の反射部２１は、測定光Ｌ１を反射してワークＷ上に走査させるために走査ミラー１４に設定された反射領域である。第２の反射部２２は、角度検出光Ｌ２をセンサ部３２に向けて反射するために走査ミラー１４に設定された反射領域である。第１及び第２の反射部２１及び２２の大きさや位置等は適宜設定されてよい。
【００４４】
図４に示す例では、走査ミラー１４として両面ミラーが用いられる。すなわち走査ミラー１４は、光を反射可能な鏡面状の表面部３３と、同じく光を反射可能な鏡面状の裏面部３４とを有する。測定光Ｌ１を反射する第１の反射部２１は表面部３３に設けられ、角度検出光Ｌ２を反射する第２の反射部２２は裏面部３４に設けられる。走査ミラー１４の具体的な構成や材料等は限定されない。なお走査ミラー１４の表面部３３及び裏面部３４は、本実施形態では、ガルバノミラー１３の表面部及び裏面部に相当する。
【００４５】
分割光学系３１は、ビームスプリッタ３５と、第１のミラー３６と、第２のミラー３７とを有する。ビームスプリッタ３５によりレーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌが、測定光Ｌ１及び角度検出光Ｌ２に分割される。測定光Ｌ１は第１の反射部２１に照射され、角度検出光Ｌ２は第１のミラー３６に照射される。第１のミラー３６に照射された角度検出光Ｌ２は、第２のミラー３７に向けて反射される。そして第２のミラー３７により反射されることで、角度検出光Ｌ２が、走査ミラー１４の裏面部３４に設けられた第２の反射部２２に照射される。
【００４６】
分割光学系３１の構成は限定されず、分割光学系３１として用いられる光学部材等も限定されない。図４に示す例ではプリズム型のビームスプリッタ３５が用いられているが、他の形態のビームスプリッタが用いられてもよい。ミラーの数や位置等も適宜設計されてよく、他の光学部材が用いられてもよい。また分割光学系３１は、図１等に示す反射ミラー１２とレーザ光源１１との間に配置されてもよいし、反射ミラー１２とガルバノミラー１３との間に配置されてもよい。
【００４７】
走査ミラー１４の第２の反射部２２に照射された角度検出光Ｌ２は、センサ部３２に向けて反射される。センサ部３２は、角度検出光Ｌ２が入射する位置、すなわち角度検出光Ｌ２を受光する位置（結像位置）を検出する。センサ部３２としては、例えば位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）やＣＣＤ等のイメージセンサが用いられる。センサ部３２は、１次元での位置検出が可能であってもよいし、２次元での位置検出が可能であってもよい。センサ部３２は、本実施形態において、算出部の一部として機能する。
【００４８】
ワークＷの形状測定が実行される際には、ビームスプリッタ３５によりレーザ光Ｌが測定光Ｌ１と角度検出光Ｌ２とに分割される。走査ミラー１４の回転角度θ１が制御されることで、測定光Ｌ１がワークＷの表面に走査され、その画像が撮像部６０により撮影される。
【００４９】
角度検出光Ｌ２は、走査ミラー１４の第２の反射部２２により反射されてセンサ部３２に入射する。センサ部３２による位置検出の結果をもとに、制御部８０により、走査ミラー１４の回転角度θ１が算出される。すなわち本実施形態では、ワークＷに測定光Ｌ１が走査される際に、リアルタイムで走査ミラー１４の回転角度θ１が算出される。この結果、測定光Ｌ１を撮影して得られる画像と、走査ミラー１４の回転角度θ１とをもとに、ワークＷの形状を高精度に測定することが可能となる。
【００５０】
なお図２に示したように、本実施形態において、走査ミラー１４の回転角度θ１と反射角度θ２とは対応している。従って回転角度θ１の算出は反射角度θ２の算出に相当する。また回転角度θ１を用いたワークＷの形状測定は、反射角度θ２を用いたワークＷの形状測定に相当する。
【００５１】
図４に示す例では、第２の反射部２２が走査ミラー１４の裏面部３４に設けられるので、ワークＷへの測定光Ｌ１の照射に影響を与えることなく、高精度に走査ミラー１４の回転角度θ１を算出することが可能となる。
【００５２】
図５は、角度算出部の他の構成例を示す概略図である。この角度算出部４０では、走査ミラー１４の表面部４３の互いに異なる位置に第１の反射部２１と、第２の反射部２２とがそれぞれ設けられる。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、図示を省略した分割光学系により、測定光Ｌ１と角度検出光Ｌ２とに分割される。
【００５３】
測定光Ｌ１は第１の反射部２１により反射され、走査ミラー１４の回転により、ワークＷの表面に走査される。角度検出光Ｌ２は、第２の反射部２２により反射され、センサ部４２に照射される。センサ部４２により、走査ミラー１４の回転に応じた受光位置が適宜検出され、走査ミラー１４の回転角度θ１が算出される。
【００５４】
このような構成においても、走査ミラー１４の回転角度θ１を高精度に算出可能であり、ワークＷの形状を高精度に測定可能である。例えば、走査ミラー１４として両面ミラーが準備できないときや、光学式プローブの設計上角度検出光Ｌ２を走査ミラー１４の裏面部４４に導けない場合等において、図５に示す構成が有効である。もちろん積極的に図５に示す構成を採用することも考えられる。角度検出光Ｌ２を表面部４３に照射すればよいので、簡単な構成で走査ミラー１４の回転角度θ１を高精度に算出することが可能である。
【００５５】
以上、本実施形態に係る光学式プローブ１００では、レーザ光源１１からのレーザ光Ｌ１が測定光Ｌ１及び角度検出光Ｌ２に分割され、測定光Ｌ１がガルバノミラー１３によりワークＷに照射される。角度検出光Ｌ２はガルバノミラー１３の第２の反射部２２により反射されてセンサ部３２により受光される。センサ部３２及び制御部８０は、受光した第２の分割光Ｌ２をもとにガルバノミラー１３の反射角度θ２（回転角度θ１）を算出する。このようにレーザ光源１１からのレーザ光Ｌを分割して用いることで、高い精度でガルバノミラー１３の反射角度θ２を算出することが可能となる。またロータリエンコーダ等が不要となるので、モータ１５の負荷を低減させることが可能となり高速走査を実現することが可能となる。また必要な回転トルクを抑えることができるので、モータ１５の小型化を図ることができる。その結果、光学式プローブ１００の小型化を実現することが可能となる。
【００５６】
例えばロータリエンコーダを用いない方法として、モータを一定速度で回転させ、その駆動時間をもとにして、走査ミラーの回転角度を算出する方法が考えられる。しかしながらこの方法では、回転速度を常に一定にすることが難しいので、算出される回転角度にばらつきが生じてしまうことが多い。すなわちこの方法では、高精度で回転角度（反射角度）を算出することが難しい。これに対し、本発明では、実際のモータの回転角をミラーの傾き角としてレーザ光を用いて検出することによって測定しているので、高い精度で回転角度（反射角度）を算出することが可能となる。そして当該角度の情報をもとに、ワークの形状を高い精度で測定することが可能となる。
【００５７】
図６は、分割光学系を用いない場合の構成例を示す概略図である。この角度算出部５０では、分割光学系の代わりに、角度検出光Ｌ２を照射するレーザ光源５８が用いられる。すなわちこの光学式プローブでは、測定光Ｌ１を照射する第１のレーザ光源１１と、角度検出光Ｌ２を照射する第２のレーザ光源５８の、２つのレーザ光源が用いられる。測定光Ｌ１は、走査ミラー１４の表面部５３に設けられた第１の反射部２１に照射される。角度検出光Ｌ２は走査ミラー１４の裏面部５４に設けられた第２の反射部２２に照射される。第２の反射部２２が、走査ミラー１４の表面部５３に設けられてもよい。
【００５８】
このような構成でも高精度に走査ミラー１４の回転角度を算出することが可能である。測定用と角度検出用とで別々のレーザ光源が用いられるので、測定光Ｌ１及び角度検出光Ｌ２を所望の強度でそれぞれ照射することが可能となる。
【００５９】
＜その他の実施形態＞
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【００６０】
上記では、反射ミラー部として、ガルバノミラーが用いられた。これに限定されず、反射ミラー部として、ミラーを共振させることにより反転運動を行わせるレゾナントミラーが用いられてもよい。レゾナントミラーは、機械的な共振現象を利用しているため、簡易な構造で高速にミラーを往復運動させることが可能である。このミラーを走査ミラーとして用いれば、フライングスポット方式のスキャナ測定機を構成することができ、小型かつ高速走査に有利である。
【００６１】
このようなレゾナントミラーが用いられる場合でも、上記した反射算出部を含む構成が適用可能であり、装置の小型化及び高精度の形状測定を実現することが可能となる。またレゾナントミラーは機械的共振によって運動を行うことから、回転角度を算出するためにロータリエンコーダ等の検出機構を直接搭載することが難しい。走査ミラーやこれを支持する梁等に他の部品が取り付けられると、共振周波数が変化してしまい、振動周波数が低下して高速スキャンができなくなったり、振動しなくなったりするためである。これに対して、本発明では、レゾナントミラーの共振特性に影響をあたえること無く、走査ミラーの回転角度を正確に算出可能である。その結果、走査ミラーの回転角度を用いた三角測量の計測精度も向上し、高精度な形状測定が可能になる。
【００６２】
上記では、走査ミラーとして両面ミラーが用いられた。しかしながら鏡面状ではない裏面部に、第２の反射部としてミラーが取り付けられてもよい。あるいは、裏面部の一部が部分的に鏡面状に作成され、その部分が第２の反射部として設定されてもよい。図５のように表面部の異なる位置に第２の反射部が設定される場合も、その部分にミラーが取り付けられてもよいし、その部分が部分的に鏡面状にされてもよい。第２の反射部の構成は限定されない。
【００６３】
分割光学系により、分割される測定光と角度検出光との各強度が定められてもよい。すなわち光の強度が所定の大きさになるように、測定光と角度検出光とが分割されてもよい。例えば分割光学系により、角度検出光（第２の分割光）の方が測定光（第１の分割光）よりも強度が小さくなるように、測定光と角度検出光とが分割されてもよい。例えばレーザ光源から出射されるレーザ光の強度を１００％として、測定光が約８０％の強度で分割され、角度検出光が約２０％の強度で分割される。その他、強度の割合は適宜設定されてよい。このように強度が適宜設定されることで、測定光によるワークの撮影及び角度検出光による回転角度の算出の精度をともに向上させることが可能となる。
【００６４】
上記ではワークの形状を測定する光学式プローブについて説明した。しかしながら形状測定に限定されず、レーザ加工やレーザプリント等の他の分野において使用される種々の装置に、固体光源、反射ミラー部、光学系、及び算出部を有する、本発明に係る照射装置が用いられてもよい。
【００６５】
また反射ミラー部により２次元で第１の分割光が走査されてもよい。例えば反射ミラー部が有する走査ミラーが２軸を中心に回転可能であり、当該走査ミラーにより第１の分割光が２次元で走査される。このような構成でも走査ミラーに設けられた第２の反射部に角度検出光が照射され、その反射光がセンサ部で受光されることで、高い精度で走査ミラーの回転角度（反射角度）を算出することが可能となる。この場合、センサ部としては、エリアセンサ等の２次元での位置検出が可能なものが用いられる。
【００６６】
反射ミラー部の反射角度の情報が、形状測定以外に用いられてもよい。例えば走査ミラーを回転させるモータの動作の補正に、走査ミラーの回転角度の情報が用いられてもよい。
【００６７】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせること
も可能である。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるもの
ではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
Ｌ、Ｌ'…レーザ光
Ｌ１…測定光（第１の分割光）
Ｌ２…角度検出光（第２の分割光）
Ｗ…ワーク
θ１…回転角度
θ２…反射角度
１１…レーザ光源
１３…ガルバノミラー
１４…走査ミラー
１５…モータ
２１…第１の反射部
２２…第２の反射部
３１…分割光学系
３２、４２…センサ部
３３、４３、５３…表面部
３４、４４、５４…裏面部
６０…撮像部
８０…制御部
１００…光学式プローブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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