(57)【要約】【課題】要望される計測精度に応じて計測モードを変更して計測作業の効率化を図ることが可能な計測装置を提供すること。【解決手段】測定光を被検物Ｔに向けて走査しながら照射する照射部（ビームスプリッター２２など）と、前記被検物で反射した前記測定光の戻り光と前記測定光とに基づいて前記被検物の形状を測定する計測部（位相計２５、距離計算回路２６など）と、前記走査の動作と前記測定の動作との組み合わせを選択する照射計測モード切り替え部（モード選択スイッチ５１など）とを備えてなる。【選択図】      図１
2008286744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を被検物に向けて走査しながら照射する照射部と、
前記被検物で反射した前記測定光の戻り光と前記測定光とに基づいて前記被検物の形状を測定する計測部と、
前記走査の動作と前記測定の動作との組み合わせを選択する照射計測モード選択部と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の計測装置において、
前記照射計測モード選択部は、
前記測定光で前記被検物上を面順次に複数回走査する面順次計測モードと、
前記測定光で前記被検物上を点順次に走査する点順次計測モードと
の何れかを選択することを特徴とする計測装置。
【請求項３】
測定光を被検物に向けて照射する照射部と、
前記被検物で反射した前記測定光の戻り光と前記測定光とに基づいて前記被検物の形状を計測する計測部と、
前記測定光を前記被検物上で走査する回数を変更する照射計測回数選択部と、
を備えてなることを特徴とする計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の計測装置において、
前記照射計測回数選択部は、前記計測の回数を１００以上と１００以下との何れかを選択することを特徴とする計測装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の計測装置において、
前記計測部の計測値を保存する記憶部と、
前記記憶部に保存された前記計測値を演算処理するデータ処理部と、を備え、
前記データ処理部は前記計測値の平均値を演算する平均化演算部を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項６】
請求項５に記載の計測装置において、
前記計測値の平均値を表示する表示部を備えたことを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検物の３次元形状を非接触で計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
計測装置として、例えば、フェムト秒レーザー光を照射光（測定光）として使用し、この測定光を被検物に照射し、この被検物から反射してくる反射光を受光して反射光の位相と測定光の位相とを比較し、両者の位相の位相差を求め、計測装置から被検物までの距離を計測する装置が提案されている（非特許文献１）。
【非特許文献１】ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（２００５）Ｎｏ．８Ｐ．１０３〜１０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したフェムト秒レーザー光を使用する計測装置や、フェムト秒レーザー光以外のレーザー光を使用して距離を計測する計測装置では、通常、被検物までの距離を複数回計測し、その平均値をディスプレイに表示するようにしてあるので、計測を開始してから計測値（距離）が表示されるまでの時間が長くかかる。
【０００４】
所望の計測精度を確保するためには計測を複数回繰り返して平均値を求める必要があるが、必ずしも全ての計測で平均値を求める必要はない。例えば、測定光が計測点に確実に照射されているか否かを確認すればよいだけの場合もある。また、測定光が計測点に照射されていることを確認した後、必要な箇所の計測点についてだけ高精度の計測を行う場合もある。
【０００５】
しかしながら、これまで提案された計測装置では、いずれもこのような要望に応えることができず、計測作業の効率化を図ることが難しかった。
【０００６】
本発明は、要望される計測精度に応じて計測モードを変更して計測作業の効率化を図ることが可能な計測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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の計測装置は、測定光を被検物に向けて走査しながら照射する照射部と、前記被検物で反射した前記測定光の戻り光と前記測定光とに基づいて前記被検物の形状を測定する計測部と、前記走査の動作と前記測定の動作との組み合わせを選択する照射計測モード選択部と、を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の計測装置は、前記照射計測モード選択部が、前記測定光で前記被検物上を面順次に複数回走査する面順次計測モードと、前記測定光で前記被検物上を点順次に走査する点順次計測モードとの何れかを選択することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載に記載の計測装置は、測定光を被検物に向けて照射する照射部と、前記被検物で反射した前記測定光の戻り光と前記測定光とに基づいて前記被検物の形状を計測する計測部と、前記測定光を前記被検物上で走査する回数を変更する照射計測回数選択部と、を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の計測装置は、前記照射計測回数選択部が、前記計測の回数を１００以上と１００以下との何れかに選択することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の計測装置は、前記計測部の計測値を保存する記憶部と、前記記憶部に保存された前記計測値を演算処理するデータ処理部と、を備え、前記データ処理部が前記計測値の平均値を演算する平均化演算部を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の計測装置は、前記計測値の平均値を表示する表示部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、要望される計測精度に応じて計測モードを変更して計測作業の効率化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の計測装置の一実施形態について図１を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の計測装置の一実施形態を示すブロック図である。計測装置１０は、図１に示すように、被検物Ｔまでの距離を求める距離計測部２０と、被検物Ｔに測定光（プローブ光）を照射して走査する走査部３０と、距離計測部２０からの距離データを入力して平均化する平均化部４０と、距離計測部２０、走査部３０及び平均化部４０全体を制御する制御部５０とを備える。
【００１６】
距離計測部２０は、フェムト秒レーザー光を発し、この位相と被検物Ｔからの戻り光（反射光）の位相を比較して、その位相差から被検物Ｔまでの距離を演算して求め、この求めた距離データを平均化部４０に出力する装置である。
【００１７】
この距離計測部２０は、フェムト秒レーザー光を発射するレーザー光源２１と、このレーザー光を基準光（参照光）と測定光（プローブ光）とに分割するビームスプリッタ２２と、フォトディテクタ２３と、フォトディテクタ２４と、位相計２５と、距離計算回路２６とを備える。
【００１８】
ビームスプリッタ２２は、レーザー光を基準光（参照光）と測定光（プローブ光）とに分割する一方、分割したプローブ光を透過させて走査部３０に導く、照射部として機能する。また、ビームスプリッタ２２は、被検物Ｔから走査部３０を通って戻ってきた反射光をフォトディテクタ２４側に導く機能をする。
【００１９】
フォトディテクタ２３は、ビームスプリッタ２２によって分割され、反射された基準光を受光し電気信号に変換する素子である。被検物Ｔで反射し、走査部３０を通って戻ってきた反射光は、ビームスプリッタ２２に入射し、反射されてフォトディテクタ２４に入射する。フォトディテクタ２４は、この反射光を受光し電気信号に変換する素子である。
【００２０】
位相計２５は、これらフォトディテクタ２３とフォトディテクタ２４からそれぞれ電気信号（出力）を入力して両者（基準光と戻り光）の位相差（位相データ）を求め、この位相データを距離計算回路２６に出力する。
【００２１】
距離計算回路２６は、位相計２５からの位相データと制御部５０からの距離計算トリガー信号とを入力して、計測点Ｓ毎に走査部３０から被検物Ｔの計測点Ｓまでの距離を演算する回路で、求めた距離データは平均化部４０に出力する。
【００２２】
走査部３０は、プローブ光をその進行方向に対して垂直な方向（主走査方向Ｘと副走査方向Ｙ）に走査させる光学装置である。この走査部３０には、主走査ミラー３１と、これを駆動する主走査回路３２と、副走査ミラー３３と、これを駆動する副走査回路３４とを備える。
【００２３】
主走査ミラー３１はプローブ光を被検物Ｔ上で主走査方向Ｘに移動させる方向に回転するガルバノミラーで、主走査回路３２はその回転角度を制御する回路である。距離計測部２０からのプローブ光は、この主走査ミラー３１で反射して副走査ミラー３３に向かう。
【００２４】
副走査ミラー３３はプローブ光を被検物Ｔ上で副走査方向Ｙに移動させる方向に回転するガルバノミラーで、副走査回路３４はその回転角度を制御する回路である。主走査ミラー３１からのプローブ光は、この副走査ミラー３３で反射して被検物Ｔに向かう。
【００２５】
主走査回路３２と副走査回路３４は、制御部５０からの走査信号が低い計測精度を許容する場合にあっては、被検物Ｔに向かうプローブ光が被検物Ｔを主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとに連続移動（面順次走査  図２参照）する角度に主走査ミラー３１と副走査ミラー３３とを回転させる。この場合、プローブ光が被検物Ｔ上の各計測点Ｓを通過する毎に距離計測部２０は１つの距離データを平均化部４０に出力する。一方、制御部５０からの走査信号が高い計測精度を要求する場合にあっては、被検物Ｔに向かうプローブ光が被検物Ｔを主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとに逐次移動（点順次走査  図３参照）する角度に主走査ミラー３１と副走査ミラー３３とを回転させる。この場合、プローブ光を被検物Ｔ上の各計測点Ｓでそれぞれ複数回（例えば１０００回）照射し、距離計測部２０は複数個の（例えば１０００個）の距離データを平均化部４０に出力する。
【００２６】
なお、主走査ミラー３１、副走査ミラー３３は、ＭＥＭＳ（Micro Electro
Mechanical System）ミラーにより構成される。
【００２７】
図２は面順次走査の説明図である。同図に示すように、プローブ光を被検物Ｔ上で副走査方向Ｙへの微少移動と主走査方向Ｘに沿った反復移動（同図のプローブ光軌跡ＳＴを参照）により、被検物Ｔの各計測点Ｓで計測を行う。各計測点Ｓでの計測回数は１回である。被検物Ｔ上の計測点Ｓの全てを走査したら、必要に応じて再度プローブ光を被検物Ｔの計測点Ｓに走査させて計測を行う動作を繰り返してもよい。このように面走査を繰り返すことを面順次と呼ぶ。
【００２８】
面順次走査ではプローブ光を図２のプローブ光軌跡ＳＴに示すように計測点Ｓに走査させつつ計測を行うため、画素単位で考えると、一回走査が終了した後、再度同じ箇所にプローブ光を走査させても前回と同じ場所にプローブ光が照射されるとは限らない。主走査ミラー３１、副走査ミラー３２を回転させてプローブ光を走査させているため、機械的な誤差でずれることがある。このため、複数回走査を繰り返して距離データの平均値をとったとしても高精度化するとは限らない。したがって、面順次走査は、例えば、プローブ光が被検物Ｔに照射されているか否かを確認する場合など、計測精度が要求されない場合に選択される。
【００２９】
図３は点順次走査の説明図である。同図に示すように、プローブ光を被検物Ｔ上で副走査方向Ｙへの微少移動と主走査方向Ｘに沿った反復走査（同図のプローブ光軌跡ＳＴを参照）により、被検物Ｔの各計測点Ｓでそれぞれ複数回（例えば１０００回）プローブ光を照射して複数個（例えば１０００個）の距離データを計測する。ある計測点Ｓでの計測が終了したらその隣にある計測点Ｓで同様に複数回プローブ光を照射して計測を行う。これを全ての計測点Ｓで行う。
【００３０】
なお、図３で、黒丸で示す計測点Ｓに白丸で示す複数の計測点Ｓが重なって示されているのは複数回の計測を意味しており、また小さな蛇行も複数回の計測を示している。このように１つの計測点の計測を繰り返した後に次の計測点の計測を繰り返すことを点順次と呼ぶ。
【００３１】
点順次走査では、プローブ光を同じ計測点Ｓに複数回照射して計測を行うため、計測中に主走査ミラー３１、副走査ミラー３３はともに回転しない。すなわち、ある計測点Ｓでの計測が終了した後、隣の計測点Ｓにプローブ光を照射させるために主走査ミラー３１、副走査ミラー３３が回転するが、これらミラー３１、３３は、計測中、動かない。このため、点順次走査では、面順次走査に比して、計測中、主走査ミラー３１、副走査ミラー３３の回転誤差が無い分、高い計測精度が得られる。したがって、点順次走査は高精度の計測が要求される場合に選択される。
【００３２】
平均化部４０は、距離計測部２０からの距離データを平均化する回路で、データバッファー４１と、書き込み制御回路４２と、読み出し制御回路４３と、平均化回路４４とを備える。
【００３３】
書き込み制御回路４２は、距離データのデータバッファー４１への書き込みを、面順次（距離データを各計測点Ｓで１個ずつ書き込む）にするか、点順次（距離データを各計測点Ｓで複数個ずつ書き込む）にするかを制御する。読み出し制御回路４３は、データバッファー４１の内容を面順次（距離データを１個ずつ）で平均化回路４４に読み出すように制御する。
【００３４】
平均化回路４４は、データバッファー４１の出力データ（距離データ）を演算処理して各計測点Ｓ毎の距離データの平均値を求め、この平均値データをディスプレイ６０に出力する回路である。平均する距離データのデータ数は制御部５０により指定される。距離計測部２０が出力する距離データにはランダムな成分の計測誤差が含まれているので、平均するデータ数が多いほど、計測誤差が相殺されて、計測精度が向上する。距離データ数が１のときは、データバッファー４１からの距離データは平均化されないので、計測精度は低いが、平均化に要する演算時間が無いので、データバッファー４１に書き込まれて読み出されるまでの短い時間（例えば１／３０秒）でディスプレイ６０に表示される。距離計測部２０は距離データを繰り返し出力するので、ディスプレイ６０にも繰り返し距離データが表示される。走査部３０から被検物Ｔまでの距離を計測して、被検物Ｔの３次元形状が計測される。
【００３５】
なお、距離計測部２０に既存のビデオ回路が使用されているため、距離データの書き込み、読み出し時間は１／３０秒になっているが、この距離データの書き込み、読み出し時間は、原理上、１／３０秒に限定されるものではない。
【００３６】
制御部５０は、距離計測部２０と走査部３０及び平均化部４０全体を制御する回路で、計測精度の高低を選択するモード選択スイッチ５１と中央制御回路５２とが設けられている。
【００３７】
モード選択スイッチ５１は、被検物Ｔへのプローブ光の走査モード（図２に示す面順次走査で測定点Ｓにプローブ光を複数回照射して１回計測する面順次計測モードと、図３に示す点順次走査で測定点Ｓに複数回プローブ光を照射して計測する点順次計測モード）を切り替える。モード選択スイッチ５１を低い計測精度に選択した場合には、中央制御回路５２は平均化部４０の書き込み制御回路４２と平均化回路４４とに低い計測精度のラフ信号を出力し、高い計測精度に選択した場合には、中央制御回路５２は平均化部４０の書き込み制御回路４２と平均化回路４４とに高い計測精度のファイン信号を出力する。
【００３８】
図４は以上のように構成された計測装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００３９】
不図示の計測開始が操作されると、フローチャートがスタートする。中央制御回路５２は、ステップ１でモード選択スイッチ５１が低い計測精度モード（ラフ計測）に選択したことを検出すると、低い計測精度であることを表す走査信号とラフ信号とを出力する。
【００４０】
ステップ２でデータバッファー４１の内容を全てゼロにする。
【００４１】
ステップ３でプローブ光が被検物Ｔを面順次走査するように中央制御回路５２は走査部３０に走査信号を出力する。走査部３０はこの走査信号を入力してプローブ光を被検物Ｔ上に面順次走査（図２参照）させる。
【００４２】
ステップ４で距離計測部２０は被検物Ｔまでの距離を計測してその距離データを平均化部４０に出力する。
【００４３】
ステップ５で平均化部４０は距離計測部２０からの距離データをデータバッファー４１に書き込む。
【００４４】
ステップ６で図２に示すようにプローブ光が被検物Ｔ上の各計測点Ｓを１回ずつ計測し終わるまで（１面の計測が終了するまで）上記動作を繰り返す。
【００４５】
計測が終了すると、ステップ７で平均化部４０は距離データを平均化せずに直ちにディスプレイ６０に出力してステップ１に戻る。
【００４６】
このようにモード選択スイッチ５１が低い計測精度（ラフ計測）に選択されている場合は、被検物Ｔまでの距離データがディスプレイ６０上に短時間で表示されるので、計測対象の被検物Ｔにプローブ光が当たっているか否かを計測しながらディスプレイ６０上で確認することが出来る。
【００４７】
ステップ１に戻ってフローチャートの説明を続ける。前回と異なり、ステップ１でモード選択スイッチ５１を高い計測精度（ファイン計測）に変更すると、ステップ１からステップ１０に移行し、ステップ１０でデータバッファー４１の内容を全てゼロにする。
【００４８】
ステップ１１で中央制御回路５２が走査部３０に被検物Ｔ上の１つの計測点Ｓだけプローブ光を移動する走査信号を出力すると、走査部３０はプローブ光を主走査方向Ｘ側にある隣の計測点Ｓに移動させる。
【００４９】
ステップ１２で距離計測部２０が距離を１回計測し、その距離データを平均化部４０のデータバッファー４１に書き込む。
【００５０】
ステップ１３で、被検物Ｔ上の１つの計測点Ｓ（図３参照）で１０００回計測が完了するまで計測動作を繰り返す。
【００５１】
１０００回の計測が行われたらステップ１４に移行し、データバッファー４１から１０００回分の距離データを読み出し、平均化回路でその平均値を計算する。
【００５２】
１つの計測点Ｓでの１０００個の距離データの平均値を計算したら、走査部３０はプローブ光をその隣の計測点Ｓに移動してこの計測点Ｓで１０００回の計測を行い、データバッファー４１から１０００回分の距離データを読み出してこの平均値を計算する。
【００５３】
このようにして各計測点Ｓでの距離データの平均値を求め、ステップ１５で１面の全ての計測点Ｓにおける距離データの採取とその平均値の計算とが終了するまでこれら動作を繰り返し、終了したら、ステップ１６で１面分の平均値をディスプレイ６０に表示する。
【００５４】
このようにモード選択スイッチ５１が高い計測精度に選択された場合には（ファイン計測）、被検物Ｔの各計測点Ｓでの距離データが平均されるので、距離データに含まれる計測誤差が相殺されて被検物Ｔまでの正確な距離を計測して、被検物Ｔの３次元形状を高精度で計測することが出来る。
【００５５】
上記実施形態では、モード選択スイッチ５１によって面順次走査又は点順次走査の何れかを選択してラフ計測とファイン計測を行うようにした場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、このモード選択スイッチ５１に代えてプローブ光の照射回数と計測回数とを選択する照射計測回数選択スイッチを備え、この照射計測回数選択スイッチによって各計測点Ｓへのプローブ光の照射回数と計測回数を、例えば１００回以上の場合と、１００回以下の場合とに切り替えて計測するようにしてもよい。計測精度が低くても良い場合には（ラフ計測の場合には）、各計測点Ｓでのプローブ光の照射回数と計測回数を１００回以下に選択し、また高い計測精度を求める場合には（ファイン計測の場合には）、各計測点Ｓでのプローブ光の照射回数と計測回数を１００回以上に選択する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の計測装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】面順次走査の説明図である。
【図３】点順次走査の説明図である。
【図４】図１の計測装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
１０            計測装置
２０            距離計測部
２１            レーザー光源
２５            位相計
２６            距離計算回路
３０            走査部
３１            主走査ミラー
３２            副走査ミラー
４０            平均化部
４１            データバッファー
４２            書き込み制御回路
４３            読み出し制御回路
４４            平均化回路
５０            制御部
５１            モード選択スイッチ
６０            ディスプレイ
【図１】
2008286744.tif 000003
【図２】
2008286744.tif 000004
【図３】
2008286744.tif 000005
【図４】
2008286744.tif 000006