(57)【要約】本発明は、物体を共焦点測定する測定装置に関する。かかる測定装置は、光源（１）と、結像光学系（４）と画像受光部（１９）とを備える。像面の光学的距離は所定の方法で変更可能であって、絞り構造体（３）と物体（６）との間の光路の光路長を変更する手段（１１）と、撮影の撮影時間（ｔＢ１）中に特性（強度、周波数、スペクトル）の少なくとも一つにおいて光源によって物体（６）に射出される光（５）及び／又は物体（６）によって反射されセンサに入射する光（７）に影響を与える手段（１２、１３）を備える。本発明によると、撮影時間（ｔＢ１）中のプロフィルとして光（５、７）の特性と結像光学系（４）の像面の光学的距離との所定の関係が与えられている。更に、撮影時間（ｔＢ１）における観測光路（７）の光の特性に依存する測定値を送出する手段（１０）を備える。撮影時間（ｔＢ１）の測定値と比較値とから物体（６）の高さ座標（ｚｓ）が構築される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（１）と、前記光源（１）から射出される光（５）を被測定物体（６）に焦点合わせを行う結像光学系（４）とを備えた、物体（６）を共焦点測定する測定装置（２７）であって、更に、
前記物体（６）で後方散乱され、前記結像光学系（４）を透過した物体点（６’）の光（７）を受光する画像受光部（１０）を備え、更に、
像面の光学的距離は所定の方法で変更可能であって、絞り構造体（３）と物体（６）との間の光路の光路長を変更する手段（１１）と、
撮影の撮影時間（ｔＢ１）中に少なくとも一つの特性において前記光源によって前記物体（６）に射出される光（５）及び／又は前記物体（６）によって反射されセンサに入射する光（７）に影響を与える手段（１２、１３）と、
前記撮影時間（ｔＢ１）における前記観測光路（７）の前記光の特性に依存する測定値を送出する手段（１０）とを備え、
前記撮影時間（ｔＢ１）中のプロフィルとして前記光（５、７）の特性と前記結像光学系（４）の前記像面の前記光学的距離との所定の関係が与えられており、前記撮影時間（ｔＢ１）の前記測定値と比較値とから前記物体（６）の高さ座標（ｚｓ）を構築可能であることを特長とする測定装置（２７）。
【請求項２】
前記光（５、７）に影響を与える特性は、光強度と波長とスペクトルとから選択されることを特徴とする請求項１記載の測定装置（２７）。
【請求項３】
前記光源（１）で、前記物体（６）に射出される光（５）の光強度に影響を与える制御部が設けられていることを特徴とする請求項２記載の測定装置（２７）。
【請求項４】
前記物体（６）に射出される光（５）の特性を検出するセンサ（１２）が設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の測定装置（２７）。
【請求項５】
前記センサ（１２）が前記光源（１）の構成要素であり、前記センサ（１２）からの出力信号によって、前記プロフィルを実現するように前記光源（１）の電流及び／又は電源電圧の制御及び／又は調節を行うことを特徴とする請求項４に記載の測定装置（２７）。
【請求項６】
前記光特性に影響を与える手段（１３）は、可変の透明度を有することを特徴とする請求項１から請求項５迄の何れかに記載の測定装置（２７）。
【請求項７】
前記手段（１３）がＬＣＤ画面として構成されることを特徴とする請求項６記載の測定装置（２７）。
【請求項８】
前記手段（１３）が相互の位置調節が可能な２枚の偏光フィルタとして構成されることを特徴とする請求項６記載の測定装置（２７）。
【請求項９】
色スペクトルを変更する手段（１３）を備えたことを特徴とする請求項５記載の測定装置（２７）。
【請求項１０】
撮影された画像データを評価して測定データを生成する評価手段（２８）と、更に前記画像データ及び／又は前記測定データを保存する保存手段（２９）とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項９迄の何れかに記載の測定装置（２７）。
【請求項１１】
前記保存手段（２９）に試験データが保存されており、前記評価手段（２８）は比較手段（３１）を有して補正データを生成し、保存し、前記保存手段（２９）に保存された補正データは前記測定データに適用されることを特徴とする請求項１０記載の測定装置（２７）。
【請求項１２】
第２の撮影に基づき、前記光（５、７）の特性と前記距離との間の関係に関する第２のプロフィルと第２の撮影時間（ｔＢ２）を用いて比較値を決定する手段（３１）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１１迄の何れかに記載の測定装置（２７）。
【請求項１３】
第１の撮影及び第２の撮影の焦点合わせは異なった方向において行えることを特徴とする請求項１から請求項１２迄の何れかに記載の測定装置（２７）。
【請求項１４】
光源（１）から光（５）が結像光学系（４）を介して被測定物体（６）に射出され、焦点合わせされ、
前記物体（６）で後方散乱され、前記結像光学系（４）を透過した物体点（６’）の光（７）が画像受光部（１０）で受光される物体（６）の共焦点測定方法であって、当該方法が、
撮影時間中に前記結像光学系（４）の像面の光学的距離を所定の方法で変更するステップと、
撮影の撮影時間（ｔＢ１）中に少なくとも一つの特性において前記光源によって前記物体（６）に射出される光（５）及び／又は前記物体（６）によって反射されセンサに入射する光（７）に影響を与えるステップと、
前記観測光路（７）の前記光の特性に依存する測定値を測定するステップとを含み、
前記撮影時間（ｔＢ１）中のプロフィルとして前記光（５、７）の特性と前記結像光学系（４）の前記像面の前記光学的距離との所定の関係が与えられており、前記撮影時間（ｔＢ１）の前記測定値と比較値との比較から前記物体（６）の高さ座標（ｚｓ）を構築することを特長とする方法。
【請求項１５】
第２の撮影に基づき、前記光（５、７）の特性と前記距離とに関する第２のプロフィルと第２の撮影時間（ｔＢ２）を用いて比較値を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記比較値を決定する際の前記光（５、７）の特性が、測定撮影を行う際よりも変化が小さく、特に前記光（５、７）の特性が一定に保たれることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
２回の撮影において、それぞれの撮影の間、光路がほぼ同様の方法で変化することを特徴とする請求項１５又は請求項１６の何れかに記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の撮影を、前記物体（６）を測定する撮影時間（ｔＢ１）の実行前又は実行後に行うことを特徴とする請求項１５から請求項１７迄の何れかに記載の方法。
【請求項１９】
センサ（１２）が前記光（５、７）の特性を検出し、前記センサ（１２）からの出力信号によって、前記光（５）の特性の変化が制御されることを特徴とする請求項１４から請求項１８迄の何れかに記載の方法。
【請求項２０】
較正時に前記プロフィルを変化した周囲条件に合わせることを特徴とする請求項１４から請求項１９迄の何れかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念は、共焦点顕微鏡システムの基本原理に基づく測定装置に関し、特許請求の範囲第１４項の上位概念は、共焦点顕微鏡システムの基本原理に基づく測定方法に関する。
【０００２】
このような種類の測定装置は、物体を測定するために用いられており、軸に沿った点の測定（２次元測定）だけでなく、軸を中心として配置されたた面の測定（３次元測定）も可能とする。従って、この種の装置は、スポットセンサにもエリアセンサに適している。本発明は、特に、コーティングされてない歯に対してフリーハンドで行う高精度の口腔内測定に関する。
【背景技術】
【０００３】
共焦点３次元測定の基本原理は知られている。物体点の高さは、従来技術によれば、絞り構造体のブレッドボードの点毎に、結像光学系ないし測定装置全体に対して相対的に物体のどの位置で最大の光量がブレッドボードを逆向きに通過するかを判定して測定する。そのために、結像光学系に対する相対的な物体の運動（又は、測定装置内の光学素子の運動）中に多数の個別画像が記録され、各々の像点について、強度が最大である画像が画像シーケンスのなかから突き止められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画像シーケンス内部における個別の画像の位置が既知であることから、物体の高さプロフィルを測定することができる。しかしながら、通常の場合、数十枚から数百枚の画像からなる画像シーケンスを記録しなければならないため、現在の撮影技術に適用する場合、測定プロセスを数秒以上継続する必要がある。口腔内の歯科用撮影を行うために容認できると考えられている約２００ｍｓの期間にまで撮影全体に要する時間を短縮するには、極めて高コストのビデオ技術とデータ評価を適用するか、もしくは、３つの次元のうち少なくとも一つの次元の精度を断念する必要がある。そのうえ、物体と結像光学系の間の相対運動を生起するための機構に関しても高い要求事項が課せられる。
【０００５】
国際公開番号第ＷＯ００／０８４１５Ａｌ号には、結像光学系によって点パターンを１以上の移動可能な焦点面に投影する方法及び装置が開示されている。様々な光成分を用いることによって測定プロセスを速めることができる。
【０００６】
従来技術では、光学的密度の異なる媒体からなる、厚さが可変の素子を挿入して移動させ、時間の経過とともに有効な厚さを変化させることによって、物体と撮影光学素子との間の距離を、迅速に変更できることが知られている。この媒体として、例えば、ガラスが考えられる。
【０００７】
更に、位相三角測量の原理に基づいて動作する歯の測定を行う口腔内カメラに３次元測定技術を導入することも知られている。しかしながら、後方散乱される放射を改善するため、歯のコーティングを要するという欠点がある。
【０００８】
上記に加えて、現在普及している３次元測定法は、スポットセンサ又はラインセンサを使用することが知られているが、３次元物体を測定する際、センサに対して物体の位置を移動するため、しばしば、走査とも呼ばれている。
【０００９】
更に、三角測量法は、撮影毎に１個のフラッシュランプを用いることが知られている。しかしながら、全体的に奥行きのある領域を随時固定する必要があるため、かかる方法に従って測定を行う場合の測定精度は低い。
【００１０】
したがって、本発明は、迅速かつ正確に口腔内を測定できる方法及び測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
高さ解像度毎に１画像を画像検出する代わりに、光特性、例えば、照明の強度又は色を変調し、該当する変調信号を画像受光部に送出し、測定値を導き出す。
【００１２】
物体の共焦点測定を行う測定装置は、光源と、光源から射出される光を被測定物体に焦点合わせを行う結像光学系とを備え、更に、物体で後方散乱され、結像光学系を透過した物体点の光を受光する画像受光部を備える。更に、像面の光学的距離は所定の方法で変更可能であって、絞り構造体と物体との間の光路の光路長を変更する手段と、撮影の撮影時間中に少なくとも一つの特性において光源によって物体に射出される光及び／又は物体によって反射されセンサに入射する光に影響を与える手段と、撮影時間における観測光路の光の特性に依存する測定値を送出する手段とを備え、撮影時間中のプロフィルとして光の特性と結像光学系の像面の光学的距離との所定の関係が与えられており、撮影時間の測定値と所定の比較値とから物体の高さ座標を構築可能であることを特長とする。
【００１３】
難しい幾何学的形状を有していても、焦点の評価に基づいて強度値を評価できるため、歯のコーティングは不要となる。
【００１４】
光に影響を与える特性は、光強度と波長とスペクトルとから選択されることが好ましい。この特性は、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサによって難なく検出可能である。
【００１５】
光源に、物体に射出される光の光強度に影響を与える制御部が設けられることが好ましい。ここでは、電力供給源、例えば、電圧及び／又は電流強度を変更することによる制御が考えられる。光強度は、デジタル画像センサによって、難なく高い精度で測定し、評価可能である。
【００１６】
物体に射出される光の特性を検出するセンサを設けることが好ましい。これによって、射出される光の品質を特定し、消耗、温度、電流又は電圧等の変動による差分を比較する。
【００１７】
センサは、特に、光源の構成要素であって、センサからの出力信号によって、所定のプロフィルに従った光源の電流及び／又は電源電圧の制御及び／又は調節を行ってもよい。かかるセンサは、レーザダイオードの場合、出力を一定に保つためのモニタダイオードとして基本的に知られているが、ここでは新たな用途に導入する。
【００１８】
物体によって反射された光は、センサに入射する前に、光特性に影響を与える手段を介して変化することが好ましい。これによって、同一の光強度をもって物体を照射することができ、信号対雑音比を向上できる。
【００１９】
光特性に影響を与える手段は、可変の透明度を有することが好ましい。これによって、センサに入射する光の強度を容易に変更できる。
【００２０】
可変の透明度を有する手段がＬＣＤ画面として構成されることが好ましい。ＬＣＤ画面とした場合、様々な電圧を印加することによって容易に透明度を制御できる。かかるＬＣＤ画面については従来技術であり、例えば、米国特許第４，８３７，７３２号等で知られている。
【００２１】
或いは、可変の透明度を有する手段を相互の位置調節が可能な２枚の偏光フィルタとして構成してもよい。かかる変更フィルタは、偏光フィルタ相互の位置関係と、それによって生じる透明度が不変であるため、安価に製造でき、透明度を容易に制御できる。
【００２２】
或いは、上記手段を、光源から物体に射出される光、又は物体によって反射され、センサに入射する光の色スペクトルを変更する手段としてもよい。これによって、照明強度を一定に保つことができ、信号の強度を大きくし、信号対雑音比を向上できる。
【００２３】
撮影された画像データを評価して測定データを生成する評価手段と、更に画像データ及び／又は測定データを保存する保存手段とを設けてもよい。これにより、迅速に評価を行い、測定を記録することができる。
【００２４】
特に、保存手段に試験データが保存され、評価手段は比較手段を有して、試験データに基づいて、補正データを生成、保存し、保存手段に保存された補正データは測定データに適用されることが好ましい。これによって、光の特性の較正及び光学系の較正を行うことができる。較正を行うため、特性を正確に規定した検体を測定し、得られた試験データから補正データを導き、保存できる。これによって、測定精度を向上し、老朽化等に伴う、光の特性及び／又は画像センサの感度の変動を補正できる。
【００２５】
物体が画像に及ぼす影響を、基準画像の撮影から得た値を測定値と比較した比較値によって排除することが好ましい。このため、第２の撮影に基づき、光の特性と距離との間の関係に関する第２のプロフィルと第２の撮影時間を用いて比較値を決定する手段が設けられている。
【００２６】
基準画像は、例えば、物体の上部面が有する様々な反射性、又は物体の突出部により照明が部分的に遮光されて生じた半影等、測定データに重ね合わされた物体の個別の特性を示す。光特性が一定に保たれた基準画像を生成し、測定撮影等の撮影の際に焦点面の光学的距離を変更することが好ましい。
【００２７】
このように構成された面状の共焦点測定は、全体的に奥行きのある領域について高さ解像度毎に撮影を行う必要はなく、２回の撮影を行うだけで、高さ座標及び高さ画像を生成できるという利点がある。
【００２８】
光路長を変更する手段が、第１の撮影と第２の撮影において異なる方向に移動可能であることが特に好ましい。第１の撮影と第２の撮影の間の遅延はこのようにして最小とすることができる。
【００２９】
本発明の更なる態様は、光源から光が結像光学系を介して被測定物体に射出され、焦点合わせされ、物体で後方散乱され、結像光学系を透過した物体点の光が画像受光部で受光される物体の共焦点測定方法を提供する。撮影時間中に結像光学系の像面の光学的距離を所定の方法で変更され、撮影の撮影時間中に少なくとも一つの特性において光源によって物体に射出される光及び／又は物体によって反射されセンサに入射する光に影響が与えられる。ここで、撮影時間中のプロフィルとして光の特性と結像光学系の像面の光学的距離との所定の関係が与えられておいる。更に、観測光路の光の特性に依存する測定値が測定され、撮影時間の測定値と所定の比較値との比較から物体の高さ座標が構築される。
【００３０】
第２の撮影に基づき、光の特性と距離とに関する第２のプロフィルと第２の撮影時間を用いて比較値を決定することが好ましい。
【００３１】
更に、比較値を決定する際の光の特性が、測定撮影を行う際よりも変化が小さいことが好ましい。
【００３２】
更に、比較値を決定する際の光の特性が一定に保たれることが好ましい。このように、物体に入射する光の強度を変化させずに撮影をして、続いて物体に入射する光の強度を変化させて撮影をして物体を測定する。
【００３３】
これら２回の撮影において、それぞれの撮影の間、光路がほぼ同様の方法で変化することが好ましい。これによって、更なる補正処置を必要とせずに比較値及び測定値の処理を行うことができる。こうして、高さ画像を、２回の撮影の強度との関係からピクセルに忠実に算出できる。
【００３４】
第２の撮影を物体を測定する撮影時間の実行前又は実行後に行うことが好ましい。これによって、１回の工程の間に評価可能な画像データのセットを生成できる。
【００３５】
光の特性はセンサによって検出され、このセンサからの出力信号は、光の特性変化を制御するために用いられる。これによって、極めて高い再現精度が可能となる。
【００３６】
較正時にプロフィルを変化した周囲条件に合わせることが好ましい。これによって、消耗現象、例えば、導入した光源の光度の低下、又は特性曲線の変化等の影響を排除し、長期間にわたり使用している光源であっても、正確な評価を行うことができる。更に、光学系における較正の不正確さを特定し、測定データに適用する補正データを生成できる。これによって、測定データの精度は向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の方法について、図面を参照して説明する。
【００３８】
図１に示す共焦点測定装置は、例えば、ニプコウディスク、即ちマイクロアレイレンズ、ビームスプリッタ、結像光学系、及び光路長を変更する手段を備えている。
【００３９】
図１を参照して、共焦点顕微鏡システムの基本原理に基づく測定装置の基本的な構成について説明する。測定装置は、通常、単色又は白色光を射出する光源１を備える。
【００４０】
光学素子２を介して、光源１は適当な方法で絞り構造体３に結像（投影）される。絞り構造体３はブレッドボードとして構成してもよく、より高度に開発された用途では、マイクロレンズ機構を用いてもよい。この機構は、必要に応じて、物体６の面を覆うように走査するために高速で運動できる。この場合、各々の位置毎に撮影が必要である。
【００４１】
ほぼテレセントリックに構成された結像光学系４によって、絞り構造体３から射出する光５が測定物体６に結像（投影）される。結像光学系４の物体６に対する光学的距離は、被測定物体６の様々な等高線が結像光学系４の像面に位置するように、変更できる。このようにして被測定物体６の上に生成された光点が、物体によって後方散乱（又は反射）し、観測光路７として、光５と反対方向に絞り構造体３を通過する。
【００４２】
後方散乱される光量は、必ず、結像光学系４の像面にちょうど位置している物体６の物体点６’で最大となる。この場合、光強度は、像面の外側で光が後方散乱する場合よりも明らかに強くなる。
【００４３】
絞り構造３を逆方向に通過した観測光路７の光は、ビームスプリッタ８及び受光光学素子９によって画像受光部１０に結像され、画像受光部によって電子信号に変換される。この電子信号はコンピュータに送られて評価される。
【００４４】
結像光学系４と物体６との間の光学的距離の変更は光路長変更手段１１によって行われる。
【００４５】
この部材の運動と、物体空間における鮮明な領域との間に線形な関係がある必要はなく、更に、物体の特定の等高線の時に同時に鮮明に結像される必要もない。このような動作は、適当な較正方法によって補正可能であるからである。
【００４６】
一方の絞り構造体３と他方の物体６との間の光路における光学的距離を変更する光路長変更手段１１として、かかる部材は、結果として厚さが可変のガラス板として機能するように、互いに移動可能な２つの楔形ガラスで構成されることが好ましい。
【００４７】
この実効光路距離は、光路を折り畳み状に構成する、及び移動可能なリフレクタによっても、変更できる。リフレクタは、スピーカのように、可動コイルによって駆動可能であることが好ましい。
【００４８】
測定装置には、更に、照明に影響を与える手段が備えられている。ここでは、光源１とともに動作する制御手段１２が設けられている。この制御手段１２は、例えば、センサと制御電子回路から構成することができ、照明源の電流を制御する。制御手段１２に組み込まれたセンサは、最新の照明強度及び／又は最新の光の色を測定し、測定した値を制御電子回路に送る。制御電子回路は、実測値を、例えば、あるプロフィルの基準値と比較し、この差に基づいて電源電圧及び／又は電流を制御する。
【００４９】
或いは、又は補足的に、物体６と画像受光部１０との間の光路に、ＬＣＤ画面１３を設け、画像受光部１０に入射する光強度の減衰を随時変更可能とできる。
【００５０】
図２に、露光期間ｔ、又は、結像光学系に対する焦点距離ｚに応じた照明の時間的な経過を示す。実線で描かれた曲線Ｉｋは、照明が撮影期間ｔＢ１全体にわたって一定の場合を表し、曲線Ｉ１は、撮影期間ｔＢ１全体にわたって光強度が直線的に変化する場合を表している。
【００５１】
図３に、３つの異なる物体点において、測定範囲全体で一定の照明Ｉｋを用いた状態で、焦点が変更した場合の画像受光部の強度の時間的経過を示す。第１の物体点は、期間ｔｉ＝０，１ｔＢ１において、理想的な物体で強度値Ｉとなり、それぞれ異なった距離に配置された別の物体点では、期間ｔ２＝０，５ｔＢ１及びｔ３＝０，９ｔＢ１で、この値となる。
【００５２】
図３において被測定物体は、不均一部分を有しておらず、経過曲線が単に移動しても、同様の積分値を有する。
【００５３】
実際には、強度値は、物体の幾何学的構成、例えば、特定の反射挙動、又は、測定システムの不正確さにも影響されるため、現実の測定では３つの経過曲線はそれぞれ異なって形成される。２回の撮影が同一の特別な特性に基づいていることから、特性の影響をもって測定結果を補正することが可能である。
【００５４】
図４に、再び図３に示した理想的な物体によって測定を行った場合における、可変の照明Ｉ１を用いた焦点合わせの際の強度の時間的経過を示す。
【００５５】
撮影期間ｔＢ１の間、照明強度が異なるため、３つの曲線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３はそれぞれ異なる経過曲線を描き、期間ｔ１、ｔ２、ｔ３における積分値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３はそれぞれ異なる。ここに挙げる例では、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３の場合、積分値もＳ１＜Ｓ２＜Ｓ３となる。数値を挙げると、曲線Ｉ１で積分値Ｓ１は１，５９５となり、曲線Ｉ２で積分値Ｓ２は２，６５８となり、曲線Ｉ３で積分値Ｓ３は３，７２１となる。この合計値は、センサで積分された測定信号Ｉであり、この値から物体距離ｚから決定される。
【００５６】
物体を把握するため、最初の撮影では、電流の制御によって、例えば、光源の強度の変調を行わず、続く撮影で変調を行う。２回の撮影の間、光路は同様の方法で、変化する。高さ画像は、撮影の強度との関係からピクセル毎に忠実に算出される。
【００５７】
信号強度Ｉは、物体自体の焦点合わせの他に、上部面の状態、材料、光軸の法線等の影響を受ける（図５及び図６を参照）。
【００５８】
測定値信号が物体の高さのみを表すように、測定値信号からこの強度の変調成分を排除するため、撮影期間ｔＢ２の間に基準測定を実行する。この基準測定において、既に行った、又はこれから行う高さ測定の場合と同様の方法で、照明を一定に保ちながら、焦点を変化させる。このようにして、物体６に起因する強度変調成分のみを確保する。
【００５９】
測定時の撮影画像を基準測定時の撮影画像に基づいてピクセル毎に除（Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）して、共焦点測定の高さ情報のみを含む撮影画像を生成する。
【００６０】
正確な評価を行うため、撮影期間ｔＢ１にわたる測定時の照明の影響度を知っておく必要がある。このためには、多くの手法が実行可能である。
【００６１】
較正時、照明の、例えば、物体に照射される光の期間ｔにおける影響度の測定を行う。この影響度は、較正時と測定時とで、常に同一である必要がある。この精度が再現精度に相当する。
【００６２】
高さ測定時に照明を、例えば、フォトダイオードを用いて測定する場合、重要な光特性の経過は、基本的となるだけでなく、実際の撮影状態として知られている。ここで、続けて行う２回の撮影の再現精度が精度を決定する。
【００６３】
レーザダイオード群の場合のように、モニタダイオードとして、例えば、フォトダイオードを用いて高さを測定する際に照明を制御する場合、更に、所望のプロフィルに調整し、監視し、再制御できる。
【００６４】
測定撮影においても焦点合わせが同様に変化するため、基準撮影を行う撮影期間ｔＢ２は、測定撮影ｔＢ１を行う撮影期間と同じ時間期間となる。
【００６５】
かかる制御について図７を参照して説明する。ダイオードモジュール１５には、照明を行うレーザダイオード１６と、モニタダイオードとが、レーザダイオード１６から射出される光の一部がモニタダイオード１７に当たるように設けられている。モニタダイオード１７の出力は、レーザダイオード１６から射出され、モニタダイオードによって受光される光の強度に依存する。
【００６６】
電力計１８によって、出力に応じて電圧が生成される。この電圧は、アナログデジタル変換器１９によって、マイクロプロセッサ２０で処理できるようにデジタル信号に変換される。マイクロプロセッサ２０は、実測値と基準値を比較し、その値を、マイクロプロセッサ２０自体に保存するか、或いはインタフェース２１を介して、他の機器、例えば、コンピュータ２２に保存させる。
【００６７】
こうしてマイクロプロセッサ２０は制御信号を生成し、この制御信号に基づいて、レーザダイオードの電源、又は電源電流をデジタルアナログ変換器２３、比較器２４，及び増幅器２５を介して制御する。マイクロプロセッサ２０は更に、比較器２４に、出力に対応する電圧を印加し、レーザダイオード１６の制御が基準値と実測値の差分のみを用いて行われるようにしている。このため、マイクロプロセッサ２０を介して動作するスイッチ部２６が設けられている。
【００６８】
図８に、付随する機器とセットとなった測定装置を示す。この付随する機器として、主に、評価部２８と保存部２９が挙げられる。更に、検体３０が示されているが、検体３０の機能については後述する。評価部２８は、様々な撮影画像を比較する比較手段３１を有する。比較手段３１の支援によって、測定データから物体６の物体特徴による影響を除去し、物体６の高さデータだけが残すことができる。評価部２８と保存手段２９は、測定装置２７と一体として構成してもよく、或いは独立して構成してもよい。
【００６９】
更に、比較手段３１は、測定装置２７の較正を行う。検体３０を、少なくとも、測定装置２７の一つの方向に並べて測定する。比較手段３１は、実際の測定データを既知の検体の幾何学情報と比較して、こうして一方では結像部の不正確さを、他方では、高さに関連する光特性の変化を特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】共焦点顕微鏡システムの基本原理に基づく測定装置の基本的構造を示す図である。
【図２】露光時間、又は、結像光学系までの焦点距離に応じた照明の時間的経過を示す図である。
【図３】３つの異なる物体点において、一定の照明を用いた測定範囲全体において、焦点が変更した場合の強度の時間的経過を示す図である。
【図４】可変の照明を用いた焦点合わせの際の強度の時間的経過を示す図である。
【図５】図３及び図４の測定における理想的な物体を示す図である。
【図６】図３及び図４の測定における通常の物体を示す図である。
【図７】光特性の監視及び／又は制御の概略図である。
【図８】測定装置を較正する場合のセットとなった測定装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      光源
２      光学素子
３      絞り構造体
４      結像光学系
５      射出された光
６      被測定物体
６’    物体点
７      観測光路
８      ビームスプリッタ
９      受光光学素子
１０    画像受光部
１１    光路長変更手段
１２    制御手段
１３    ＬＣＤ画面
１４    ダイオードモジュール
１５    レーザダイオード
１６    モニタダイオード
１７    電力計
１８    アナログデジタル変換器
１９    マイクロプロセッサ
２０    インタフェース
２１    コンピュータ
２２    アナログデジタル変換器
２３    デジタルアナログ変換器
２４    比較器
２５    増幅器
２６    スイッチ部
２７    測定装置
２８    評価手段
２９    保存手段
３０    検体
Ｉ      測定値信号の強度値
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３  可変照明の強度値
Ｉκ     一定の照明の強度
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  露光時間の積分値
ｔ      露光時間
ｔ１、ｔ２、ｔ３  時点
ｔＢ１   測定撮影を行う撮影時間
ｔＢ２   基準撮影を行う撮影時間
Ｚ      物体距離
Ｚｓ     高さ座標
【図１】
2008523370.tif 000003
【図２】
2008523370.tif 000004
【図３】
2008523370.tif 000005
【図４】
2008523370.tif 000006
【図５】
2008523370.tif 000007
【図６】
2008523370.tif 000008
【図７】
2008523370.tif 000009
【図８】
2008523370.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月16日(2007.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（１）と、前記光源（１）から射出される光（５）を被測定物体（６）に焦点合わせを行う結像光学系（４）とを備えた、物体（６）を共焦点測定する測定装置（２７）であって、更に、
前記物体（６）で後方散乱され、前記結像光学系（４）を透過した物体点（６’）の光（７）を受光する画像受光部（１０）を備え、更に、
像面の光学的距離は所定の方法で変更可能であって、絞り構造体（３）と物体（６）との間の光路の光路長を変更する手段（１１）と、
撮影の撮影時間（ｔＢ１）中に少なくとも一つの特性において前記光源によって前記物体（６）に射出される光（５）及び／又は前記物体（６）によって反射されセンサに入射する光（７）に影響を与える、光特性に影響を与える手段（１２、１３）と、
前記撮影時間（ｔＢ１）における前記観測光路（７）の前記光の特性に依存する測定値を送出する手段（１０）とを備え、
前記撮影時間（ｔＢ１）中のプロフィルとして前記光（５、７）の特性と前記結像光学系（４）の前記像面の前記光学的距離との所定の関係が与えられており、前記撮影時間（ｔＢ１）の前記測定値と比較値とから前記物体（６）の高さ座標（ｚｓ）を構築可能であることを特長とする測定装置（２７）。
【請求項２】
前記光（５、７）に影響を与える特性は、光強度と波長とスペクトルとから選択されることを特徴とする請求項１記載の測定装置（２７）。
【請求項３】
前記光源（１）で、前記物体（６）に射出される光（５）の光強度に影響を与える制御部が設けられ、特に前記物体（６）に射出される光（５）の特性を検出するセンサ（１２）が設けられていることを特徴とする請求項２記載の測定装置（２７）。
【請求項４】
前記センサ（１２）が前記光源（１）の構成要素であり、前記センサ（１２）からの出力信号によって、前記プロフィルを実現するように前記光源（１）の電流及び／又は電源電圧の制御及び／又は調節を行うことを特徴とする請求項３に記載の測定装置（２７）。
【請求項５】
前記光特性に影響を与える手段（１３）は、可変の透明度を有することを特徴とする請求項１から請求項４迄の何れかに記載の測定装置（２７）。
【請求項６】
前記手段（１３）がＬＣＤ画面として構成される、或いは相互の位置調節が可能な２枚の偏光フィルタとして構成されることを特徴とする請求項５記載の測定装置（２７）。
【請求項７】
色スペクトルを変更する手段（１３）を備えたことを特徴とする請求項４記載の測定装置（２７）。
【請求項８】
撮影された画像データを評価して測定データを生成する評価手段（２８）と、更に前記画像データ及び／又は前記測定データを保存する保存手段（２９）とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項７迄の何れかに記載の測定装置（２７）。
【請求項９】
前記保存手段（２９）に試験データが保存されており、前記評価手段（２８）は比較手段（３１）を有して補正データを生成し、保存し、前記保存手段（２９）に保存された補正データは前記測定データに適用されることを特徴とする請求項８記載の測定装置（２７）。
【請求項１０】
第２の撮影に基づき、前記光（５、７）の特性と前記距離との間の関係に関する第２のプロフィルと第２の撮影時間（ｔＢ２）を用いて比較値を決定する手段（３１）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項９迄の何れかに記載の測定装置（２７）。
【請求項１１】
第１の撮影及び第２の撮影の焦点合わせは異なった方向において行えることを特徴とする請求項１から請求項１０迄の何れかに記載の測定装置（２７）。
【請求項１２】
光源（１）から光（５）が結像光学系（４）を介して被測定物体（６）に射出され、焦点合わせされ、
前記物体（６）で後方散乱され、前記結像光学系（４）を透過した物体点（６’）の光（７）が画像受光部（１０）で受光される物体（６）の共焦点測定方法であって、当該方法が、
撮影時間中に前記結像光学系（４）の像面の光学的距離を所定の方法で変更するステップと、
撮影の撮影時間（ｔＢ１）中に少なくとも一つの特性において前記光源によって前記物体（６）に射出される光（５）及び／又は前記物体（６）によって反射されセンサに入射する光（７）に影響を与えるステップと、
前記観測光路（７）の前記光の特性に依存する測定値を測定するステップとを含み、
前記撮影時間（ｔＢ１）中のプロフィルとして前記光（５、７）の特性と前記結像光学系（４）の前記像面の前記光学的距離との所定の関係が与えられており、前記撮影時間（ｔＢ１）の前記測定値と比較値との比較から前記物体（６）の高さ座標（ｚｓ）を構築することを特長とする方法。  
【請求項１３】
第２の撮影に基づき、前記光（５、７）の特性と前記距離とに関する第２のプロフィルと第２の撮影時間（ｔＢ２）を用いて比較値を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記比較値を決定する際の前記光（５、７）の特性が、測定撮影を行う際よりも変化が小さく、特に前記光（５、７）の特性が一定に保たれることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
２回の撮影において、それぞれの撮影の間、光路がほぼ同様の方法で変化することを特徴とする請求項１３又は請求項１４の何れかに記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の撮影を、前記物体（６）を測定する撮影時間（ｔＢ１）の実行前又は実行後に行うことを特徴とする請求項１３から請求項１５迄の何れかに記載の方法。
【請求項１７】
センサ（１２）が前記光（５、７）の特性を検出し、前記センサ（１２）からの出力信号によって、前記光（５）の特性の変化が制御されることを特徴とする請求項１２から請求項１６迄の何れかに記載の方法。
【請求項１８】
較正時に前記プロフィルを変化した周囲条件に合わせることを特徴とする請求項１２から請求項１７迄の何れかに記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008523370.tif 000011
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2008523370.tif 000012
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2008523370.tif 000013
【国際調査報告】
2008523370.tif 000014
2008523370.tif 000015
2008523370.tif 000016
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