(57)【要約】【課題】本発明は、被測定対象物に反射鏡を固定することなく、小型、低反射率、アレイ状、複雑形状の被測定対象物を、また平面だけでなく複数の平面で構成された稜線部の角度を、高精度に測定できる汎用性の高い被測定対象物の角度測定方法及びその装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の被測定対象物の角度測定装置は、結像光学系、照明系及び光電変換デバイスを有する検出系（１）と、被測定対象物を固定する被測定対象物保持部（２）と、検出系（１）及び被測定対象物保持部（１）の相対的位置を調整する位置決め調整機構（３）と、検出系（１）及び被測定対象物保持部（２）を校正する校正手段（４）と、検出系で取得した情報を必要に応じて補正する補正手段（５）と、取得もしくは補正された情報の解析手段（６）とを有する。【選択図】　　　　図１
2004053426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系、照明系及び光電変換デバイスを有する検出系と、平面あるいは複数の面で構成された稜線を持つ被測定対象物を固定する被測定対象物保持部と、前記検出系及び前記被測定対象物保持部の相対的位置を調整する位置決め調整機構とを有し、前記被測定対象物の角度を測定する被測定対象物の角度測定方法において、
前記検出系と前記被測定対象物保持部を校正し、前記位置決め調整機構により前記検出系と前記被測定対象物の相対的位置関係を任意の位置になるように調整し、前記検出系により前記被測定対象物から得られる情報を検出し、検出した情報を必要に応じて補正し、検出したまたは補正された情報を解析、処理あるいは保存する工程を、前記位置決め調整機構により前記検出系と前記被測定対象物の相対的位置関係を別の任意の位置になるように調整しながら繰り返し行って複数の情報を取得し、
取得した複数の情報に基づいて、前記被測定対象物の平面あるいは複数の面で構成された稜線の、前記検出系の光軸に対する角度を測定することを特徴とする被測定対象物の角度測定方法。
【請求項２】
平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、前記被測定対象物の前記検出系の光軸に平行な面内の回転角を算出する請求項１記載の被測定対象物の角度測定方法。
【請求項３】
平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、前記被測定対象物の前記検出系の光軸に直交する面内の回転角を算出する請求項１記載の被測定対象物の角度測定方法。
【請求項４】
前記照明系の差異によって検出した情報を補正する請求項１〜３のいずれかに記載の被測定対象物の角度測定方法。
【請求項５】
平面あるいは複数の面で構成された稜線を持つ被測定対象物の角度を測定する被測定対象物の角度測定装置において、
結像光学系、照明系及び光電変換デバイスを有する検出系と、
被測定対象物を固定する被測定対象物保持部と、
前記検出系及び前記被測定対象物保持部の相対的位置を調整する位置決め調整機構と、
前記検出系及び前記被測定対象物保持部を校正する校正手段と、
前記検出系で取得した情報を必要に応じて補正する補正手段と、
取得もしくは補正された情報の解析手段と
を有することを特徴とする被測定対象物の角度測定装置。
【請求項６】
前記解析手段は、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、前記被測定対象物の前記検出系の光軸に平行な面内の回転角を算出する請求項５記載の被測定対象物の角度測定装置。
【請求項７】
前記解析手段は、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、前記被測定対象物の前記検出系の光軸に直交する面内の回転角を算出する請求項５記載の被測定対象物の角度測定装置。
【請求項８】
前記補正手段は、前記照明系の違いによる陰影の位置ずれを補正する請求項５記載の被測定対象物の角度測定装置。
【請求項９】
前記結像光学系は、焦点深度の浅い光学系を用いた請求項５記載の被測定対象物の角度測定装置。
【請求項１０】
前記結像光学系は、テレセントリックな光学系を用いた請求項５記載の被測定対象物の角度測定装置。
【請求項１１】
前記照明系は、同軸落射の照明系を用いた請求項５記載の被測定対象物の角度測定装置。
【請求項１２】
前記照明系は、テレセントリックな照明系を用いた請求項５記載の被測定対象物の角度測定装置。
【請求項１３】
前記校正手段は、マスター画像を取得し、光学的収差を校正する請求項５記載の被測定対象物の角度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被測定対象物の角度測定方法及びその装置に関し、詳細には被測定対象物として、平板、平行平板、プリズム、レンズ面とプリズム面を有する光学素子、格子の刻まれたレンズ、切り欠きのあるプリズムなどといった、小型の光学素子や複雑な形状をした光学素子であって、それらのアレイ状の光学素子などの角度を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複雑な光学素子、例えば、コピー機やプリンタ内部で使用される書込み光学系、読み取り光学系、具体的には等倍結像素子、ｆθレンズ、プロジェクタに用いるマイクロレンズアレイ、マイクロミラー、プリズムアレイなど、また光ディスクなどのピックアップレンズ、また光通信機器などに用いられる微小光学素子の形状検出、位置検出、検査、測定装置として、特開平９−３０４０１７号公報（以下従来例と称す）には非接触で被測定物の傾斜角度を測定する方法の例が提案されている。詳細には被測定対象物上に反射鏡を固定し、光源にレーザを用い、反射鏡にレーザ光源から光を照射し、その反射光の到達位置を２次元位置検出素子で測定するものである。更に、二次元位置検出素子を、所定距離だけ移動し、反射光の到達位置を測定し、複数位置での反射光の測定値から傾斜角度を求めるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例によれば、被測定対象物に反射鏡を設置する必要があり、小型の被測定対象物やアレイ状の被測定対象物には適用が困難であり、被測定対象物に直接レーザ光をあてると、鏡面などを持つ反射率の高い被測定対象物しか検出できない。ある程度、反射率の高い被測定対象物でも、戻り光が散乱し、像が歪んだりするため、測定精度が低下する。
【０００４】
そこで、平行平板やプリズムなどといった光学素子は、特性を把握するために平面度や、ある基準に対する角度などを測定する場合が多い。反射率が大きく、比較的面積の大きな平面を持つ光学素子では、平面に平行光を照射し、その戻り光の位置ずれ量から、面の角度を測定するオートコリメータ法が角度測定の基本的な方法と言える。また、対象物が平面であることが分かっている場合には、ある距離だけ離した複数の変位計を用い、その変位量から面の角度を計算する方法もある。
【０００５】
これらの方法は角度測定の一般的な方法ではあるが、被測定対象物にある程度の反射率が必要である。反射率が低い場合にはミラーを貼り付ける必要がある。精度を確保するためにある程度の面積が必要である。平面の測定はできるが、複数の面で構成された稜線の角度は測定できない。被測定対象物の方向（姿勢）は測定できないという欠点があり、ターゲットである、小さな被測定対象物、反射率の低い被測定対象物、複雑形状の被測定対象物、アレイ状の被測定対象物など適用するのは難しい。更に、レーザ干渉計を用いれば光軸に対しての倒れ角を精密に測定することが可能であるが、設備が大掛かりとなり、ダイナミックレンジも狭くなるという欠点を持っている。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、被測定対象物に反射鏡を固定することなく、小型、低反射率、アレイ状、複雑形状の被測定対象物を、また平面だけでなく複数の平面で構成された稜線部の角度を、高精度に測定できる汎用性の高い被測定対象物の角度測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明の被測定対象物の角度測定方法によれば、結像光学系、照明系及び光電変換デバイスを有する検出系と平面あるいは複数の面で構成された稜線を持つ被測定対象物を固定する被測定対象物保持部を校正し、検出系及び被測定対象物保持部の相対的位置を調整する位置決め調整機構により検出系と被測定対象物の相対的位置関係を任意の位置になるように調整する。そして、検出系により被測定対象物から得られる情報を検出し、検出した情報を必要に応じて補正し、検出したまたは補正された情報を解析、処理あるいは保存する工程を、位置決め調整機構により検出系と被測定対象物の相対的位置関係を別の任意の位置になるように調整しながら繰り返し行って複数の情報を取得する。その後、取得した複数の情報に基づいて、被測定対象物の平面あるいは複数の面で構成された稜線の、検出系の光軸に対する角度を測定する。よって、小型、低反射率、アレイ状、複雑形状の被測定対象物でも、検出系の光軸に対する角度を、比較的簡単に高精度に測定することができ、汎用性の高い被測定対象物の角度測定方法を提供できる。
【０００８】
また、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、被測定対象物の検出系の光軸に平行な面内の回転角を算出する。よって、被測定対象物の角度のうち、検出系の光軸に平行な面内の回転角度を測定することができる。
【０００９】
更に、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、被測定対象物の検出系の光軸に直交する面内の回転角を算出する。よって、被測定対象物の角度のうち、検出系の光軸に直交する面内の回転角度を測定することができる。
【００１０】
また、照明系の差異によって検出した情報を補正することにより、照明系の差異によって発生する、照度むらや陰影による取得像の位置ずれを補正し、解析時に測定誤差として混入することを防ぐことができる。
【００１１】
更に、別の発明としての被測定対象物の角度測定装置は、結像光学系、照明系及び光電変換デバイスを有する検出系と、被測定対象物を固定する被測定対象物保持部と、検出系及び被測定対象物保持部の相対的位置を調整する位置決め調整機構と、検出系及び被測定対象物保持部を校正する校正手段と、検出系で取得した情報を必要に応じて補正する補正手段と、取得もしくは補正された情報の解析手段とを有する。よって、小型、低反射率、アレイ状、複雑形状の被測定対象物でも、検出系の光軸に対する角度を、比較的簡単に高精度に測定することができる。
【００１２】
また、解析手段は、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、被測定対象物の検出系の光軸に平行な面内の回転角を算出する。よって、被測定対象物の角度のうち、検出系の光軸に平行な面内の回転角度を測定することができる。
【００１３】
更に、解析手段は、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、被測定対象物の検出系の光軸に直交する面内の回転角を算出する。よって、被測定対象物の角度のうち、検出系の光軸に直交する面内の回転角度を測定することができる。
【００１４】
また、補正手段は、照明系の違いによる陰影の位置ずれを補正することにより、照明手段の差異によって発生する、照度むらや陰影による取得像の位置ずれ補正し、解析時に測定誤差として混入することを防ぐことができる。
【００１５】
更に、結像光学系は、焦点深度の浅い光学系を用いたことにより、焦点深度が短いので明るさを確保しつつ解像度を上げることができ、高精度測定が可能になる。また焦点位置以外の深さ方向の情報が限られるので、目的形状以外の像やフレアやゴーストといった、画像処理をする際のノイズが少なくすることができる。
【００１６】
また、結像光学系は、テレセントリックな光学系を用いたことにより、被測定対象物の像深さの違いによる、位置ずれ誤差の影響を小さくすることができる。
【００１７】
更に、照明系は、同軸落射の照明系を用いたことにより、照明による被測定対象物の陰影を小さくし、位置ずれ誤差の影響を小さくすることができる。
【００１８】
また、照明系は、テレセントリックな照明系を用いたことにより、被測定対象物の照度むらを小さくし、位置ずれ誤差の影響を小さくすることができる。
【００１９】
更に、校正手段は、マスター画像を取得し、光学的収差を校正することにより、光学系のもつ像面歪曲などの収差の影響を除去し、位置ずれ誤差の影響を小さくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の被測定対象物の角度測定装置の構成を示すブロック図である図１に示すように、本発明の被測定対象物の角度測定装置は、結像光学系、照明系及び光電変換デバイスを有する検出系１と、被測定対象物を固定する被測定対象物保持部２と、検出系１及び被測定対象物保持部１の相対的位置を調整する位置決め調整機構３と、検出系１及び被測定対象物保持部２を校正する校正手段４と、検出系で取得した情報を必要に応じて補正する補正手段５と、取得もしくは補正された情報の解析手段６とを有する。
【００２１】
【実施例】
図２は本実施例に係る被測定対象物の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。同図において、本実施例の角度測定装置は、検出系１１及び被測定対象物保持部２を含んで構成されている。そして、検出系１１は、結像光学系、例えば光ファイバを用いた同軸落射の照明系、例えばＣＣＤやＣ−ＭＯＳやＰＳＤの光電変換デバイスを具備し、図示していない直動ステージの移動軸が検出系１１の光軸と平行になるように取り付けられている。被測定対象物保持部１２は、検出系１１の光軸の延長上に被測定対象物１３となる光学素子、例えばプリズムを、２つの面で構成された稜線が検出系１１の光軸方向から観察できるように、被測定対象物１１を保持する。このとき検出系１１に取り付けられたステージを移動させると、被測定対象物１３であるプリズムとの相対距離が変化する。なお、移動ステージは検出系１１に取り付けたが、相対的距離を変化させるものなので、もちろん被測定対象物１３側、例えば被測定対象物保持部１２に取り付けてあっても良い。
【００２２】
このような構成を有する本実施例の角度測定装置における検出系１１に取り付けられた光学系には、像を結ぶのに適した焦点距離があり、この焦点距離が一致した位置にある物体の像が観察できる。そこで、観察像を示す図３の（ａ）に示すように、検出系１１と被測定対象物１３の距離が遠い場合には、焦点の位置が被測定対象物の手前側になり、被測定対象物１３であるプリズムの像は結像せず、はっきりとした画像情報は取得できない。次に、検出系１１を被測定対象物１３に少し近づけ、焦点距離と被測定対象物１３のプリズムの稜線が一致した場合は、図３の（ｂ）に示すように、稜線の画像がはっきりと得られる。このとき、被測定対象物１３であるプリズムの稜線と検出系１１の光軸が直交していれば、稜線像が一直線として得られる。なお、被測定対象物１３に影がつきにくいように同軸落射の照明系を用いたが、周囲からの拡散照明系で照明しても良い。同軸落射の照明系には、照度むらを少なくするためにテレセントリック光学系を用いている。照明系を変更したときには、画像上の稜線位置は少し移動してしまい、この移動が誤差となって測定精度が低下する。そのため予め補正テーブルを準備しておき、照明手段の違いによって取得画像の位置情報を補正する。そして、更にステージを移動させ、検出系１１を被測定対象物１３に近づけると、焦点の位置がプリズムの下になってしまい、図３の（ｃ）に示すように、はっきりとした被測定対象物１３の像を得ることができなくなる。
【００２３】
このように、本実施例によれば、オートコリメータのように反射光の光重心を観察しているわけではないので、反射率が低い光学素子や、プリズムアレイ状で稜線部が複数の光学素子や、レンズ面とプリズム面を持つ複雑な光学素子に対しても、個々の稜線を検出できる。
【００２４】
図４は別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。同図において、被測定対象物１３のプリズムが検出系１１の光軸と直交する面内で回転している。この回転した位置の被測定対象物１３であるプリズムを回転プリズムと呼ぶ。図２と同様に、先ず検出系１１と被測定対象物１３の距離が遠い場合には、図５の（ａ）に示すように、焦点の位置が被測定対象物の手前側になり、被測定対象物１３の回転プリズムの像は結像せず、はっきりとした画像情報は取得できない。次に、検出系１１を被測定対象物１３に少し近づけ、焦点距離と回転プリズムの稜線が一致した場合には、図５の（ｂ）に示すように、稜線の画像がはっきりと得られる。このとき、被測定対象物１３の回転プリズムの稜線と検出系１１の光軸が直交していれば、稜線像が一直線として得られる。この直線は平面内で傾いているので、この傾きより検出系１１の光軸と直交する平面内の被測定対象物１３の回転プリズムの回転角を測定することができる。そして、更に検出系１１を被測定対象物１３に近づけると、焦点の位置が回転プリズムの下になってしまい、図５の（ｃ）に示すように、はっきりとした像を得ることができなくなる。
【００２５】
図６は別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。同図において、被測定対象物１３のプリズムが検出系１１の光軸と平行な面内で回転している。この回転した位置の被測定対象物１３のプリズムを傾斜プリズムと呼ぶ。この傾斜プリズムを検出系で観察すると、まず検出系１１と被測定対象物１３の距離が遠い場合には、図７の（ａ）に示すように、焦点の位置が被測定対象物１３の傾斜した高い部分と一致し、その部分のプリズム稜線部の像が観察できる。しかし、検出系１１の光学系には、ある有限の焦点深度（ピントの合う範囲）があり、その値から離れるにしたがってピンぼけ像になってしまう。従って、被測定対象物１３の傾斜プリズムの稜線部が全て見えるのではなく、稜線部の一部が観察できることになる。次に、検出系１１を被測定対象物１３に少し近づけると、焦点距離と被測定対象物１３の傾斜プリズムの稜線が一致した場所が移動するため、図７の（ｂ）に示すように、図７の（ａ）で見えていた稜線部にはピントが合わなくなり、別のプリズム稜線部にピントが合うことになる。この場合にも稜線画像の一部を得ることができる。そして、更に検出系１１を被測定対象物１３に近づけると、同様に焦点距離と被測定対象物１３の傾斜プリズムの稜線が一致した場所が移動するため、図７の（ｂ）で見えていた稜線部にはピントが合わなくなり、別のプリズム稜線部にピントが合うことになる。図７の（ａ）〜（ｃ）に示すような画像情報と検出系ステージの移動距離をコンピュータなどの解析手段を用いて解析すると、稜線画像および検出系の光軸と平行な面内での角度を求めることができる。
【００２６】
図８は焦点深度が長い場合と焦点深度が短い場合の取得画像の図である。一般的に光学系には焦点深度が長いものが用いられるが、焦点深度が長いと、稜線画像が広がってゆき、正確な稜線画像を得ることが難しく、測定誤差の原因の一つとなる。そのため、逆に焦点深度の短い光学系を検出系に用いることで、比較的鮮明な稜線の画像を得ることができる。また、非テレセントリックな光学系では、距離の違う位置にある被測定対象物、この場合は傾斜のついた稜線部は焦点位置から離れるに従って、光軸方向と直交する平面内でずれていく現象が発生する。そのため、高精度な計測をするために、検出光学系にはテレセントリック光学系を用いている。
【００２７】
図９は図６の傾斜プリズムの傾斜角度を検出するための模式図である。検出系を移動させると、その移動量に応じて、取得画像の稜線位置も移動する。このときの稜線の移動量を画像の移動量９１、検出系のステージの移動量を検出系の移動量９２とすると、傾斜角度９３を計算で求めることができる。例えば、画像の移動量が観察像の解析の結果１ｍｍであり、検出系のステージの移動量が同じく１ｍｍであれば、傾斜角度９３は４５度であると算出できる。
【００２８】
図１０は別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。同図において、この被測定対象物１３である四角錘を検出系１１で観察すると、検出系１１と被測定対象物１３の距離が遠い場合には、図１１の（ａ）に示すように、例えば焦点の位置が被測定対象物の頂点付近に一致し、四角錘の頂点画像が観察できる。次に、検出系１１を被測定対象物１３に少し近づけると、図１１の（ｂ）に示すように、焦点距離と四角錘の稜線が一致する場所にピントが合うことになる。検出系の光学系には、ある有限の焦点深度（ピントの合う範囲）があり、その値から離れるにしたがってピンぼけ像になってしまう。従って、四角錘の稜線部が全て見えるのではなく、稜線部の一部が観察できることになる。四角錘は複数の稜線を持つので、ピントの合った稜線は複数になる。このことを利用すれば、検出系の光軸に直交する平面内の回転角を測定できる。そして、更に検出系を被測定対象物１３に近づけると、図１１の（ｃ）に示すように、別の四角錘の稜線部にピントが合うことになる。図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すような画像情報と検出系１１のステージ移動量から、コンピュータなどの解析手段を用いて計算すると、複数の稜線の検出系の光軸に平行面内の回転角、この場合は被測定対象物１３の四角錘の各稜線の傾斜角度を求めることができる。
【００２９】
図１２は別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。同図において、先ず検出系１１と被測定対象物１３の平板の距離が遠い場合には、図１３の（ａ）に示すように、焦点の位置が被測定対象物の手前側になり、平板の像は結像せず、はっきりとした画像情報は取得できない。次に、検出系１１を被測定対象物１３に少し近づけ、焦点距離とプリズムの稜線が一致した場合、この場合は平板の面が多少荒れている、もしくは反射率が低ければ、平板の表面の様子を観察できる。このとき、被測定対象物１３の平面と検出系の光軸が直交していれば、図１３の（ｂ）に示すようなピントの合った平面像が全面にわたって得られる。そして、更にステージを移動させ、検出系１１を被測定対象物１３に近づけると、焦点の位置が被測定対象物１３の下になってしまい、図１３の（ｃ）に示すように、はっきりとした像を得ることができない。
【００３０】
図１４は別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。同図において、先ず検出系１１と傾斜のついた傾斜平板の被測定対象物１３の距離が遠い場合は、焦点の位置が被測定対象物１３の傾斜した高い部分と一致し、図１５の（ａ）に示すように、傾斜した高い部分の平板の像が観察できる。しかし、検出系１１の光学系には、ある有限の焦点深度（ピントの合う範囲）があり、その値から離れるにしたがってピンぼけ像になってしまう。従って、平面が全て見えるのではなく、平面の一部が観察できることになる。次に、検出系１１を被測定対象物１３に少し近づけると、焦点距離と一致した平板の場所が移動するため、図１５の（ａ）で見えていた平板の一部にはピントが合わなくなり、別の平板部にピントが合うことになる。図１５の（ｂ）に示すように、この場合にも平板の一部の像を得ることができる。そして、更に検出系１１を被測定対象物１３に近づけると、同様に、図１５の（ｂ）で見えていた平板部にはピントが合わなくなり、図１５の（ｃ）に示すように別の平板部にピントが合うことになる。図１５の（ａ）〜（ｃ）に示すような画像情報と検出系１１のステージ移動量をコンピュータなどの解析手段を用いて計算すると、検出系１１の光軸に直交する平面内と、光軸に平行な平面内のそれぞれの回転角度を測定できる。
【００３１】
図１６は別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。同図において、被測定対象物の代わりに、校正用のチャート１４を読み込んでいる。検出系１１に用いられる光学系には、像面湾曲や歪曲収差による影響で、直線像を観察しても直線像にならないことがある。収差は理論的な計算で求めることも可能であるが、実際のレンズは複数のレンズが組み合わさったものであり、個々の形状誤差などを測定して収差を計算することは困難である。そこで、格子状のチャート１４を検出系１１で実際に撮像し、取得された画像から検出系の初期校正を実施する。検出系１１で撮像した格子状のチャート１４は収差などの影響によって、例えば図１７の（ａ）に示すような収差画像や図１７の（ｂ）に示すような収差画像のように、変形している。これでは正確な角度測定はできないので、この変形したチャート像をもとの像と同じようになるように、校正用のテーブルを作成する。このテーブル情報によって、直接的に光電変換デバイスを校正したり、取得画像を補正して、被測定対象物形状に近づけるようにする。
【００３２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換が可能であることは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の被測定対象物の角度測定方法によれば、結像光学系、照明系及び光電変換デバイスを有する検出系と平面あるいは複数の面で構成された稜線を持つ被測定対象物を固定する被測定対象物保持部を校正し、検出系及び被測定対象物保持部の相対的位置を調整する位置決め調整機構により検出系と被測定対象物の相対的位置関係を任意の位置になるように調整する。そして、検出系により被測定対象物から得られる情報を検出し、検出した情報を必要に応じて補正し、検出したまたは補正された情報を解析、処理あるいは保存する工程を、位置決め調整機構により検出系と被測定対象物の相対的位置関係を別の任意の位置になるように調整しながら繰り返し行って複数の情報を取得する。その後、取得した複数の情報に基づいて、被測定対象物の平面あるいは複数の面で構成された稜線の、検出系の光軸に対する角度を測定する。よって、小型、低反射率、アレイ状、複雑形状の被測定対象物でも、検出系の光軸に対する角度を、比較的簡単に高精度に測定することができ、汎用性の高い被測定対象物の角度測定方法を提供できる。
【００３４】
また、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、被測定対象物の検出系の光軸に平行な面内の回転角を算出する。よって、被測定対象物の角度のうち、検出系の光軸に平行な面内の回転角度を測定することができる。
【００３５】
更に、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、被測定対象物の検出系の光軸に直交する面内の回転角を算出する。よって、被測定対象物の角度のうち、検出系の光軸に直交する面内の回転角度を測定することができる。
【００３６】
また、照明系の差異によって検出した情報を補正することにより、照明系の差異によって発生する、照度むらや陰影による取得像の位置ずれを補正し、解析時に測定誤差として混入することを防ぐことができる。
【００３７】
更に、別の発明としての被測定対象物の角度測定装置は、結像光学系、照明系及び光電変換デバイスを有する検出系と、被測定対象物を固定する被測定対象物保持部と、検出系及び被測定対象物保持部の相対的位置を調整する位置決め調整機構と、検出系及び被測定対象物保持部を校正する校正手段と、検出系で取得した情報を必要に応じて補正する補正手段と、取得もしくは補正された情報の解析手段とを有する。よって、小型、低反射率、アレイ状、複雑形状の被測定対象物でも、検出系の光軸に対する角度を、比較的簡単に高精度に測定することができる。
【００３８】
また、解析手段は、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、被測定対象物の検出系の光軸に平行な面内の回転角を算出する。よって、被測定対象物の角度のうち、検出系の光軸に平行な面内の回転角度を測定することができる。
【００３９】
更に、解析手段は、平面もしくは稜線部の複数の情報に基づいて、被測定対象物の検出系の光軸に直交する面内の回転角を算出する。よって、被測定対象物の角度のうち、検出系の光軸に直交する面内の回転角度を測定することができる。
【００４０】
また、補正手段は、照明系の違いによる陰影の位置ずれを補正することにより、照明手段の差異によって発生する、照度むらや陰影による取得像の位置ずれ補正し、解析時に測定誤差として混入することを防ぐことができる。
【００４１】
更に、結像光学系は、焦点深度の浅い光学系を用いたことにより、焦点深度が短いので明るさを確保しつつ解像度を上げることができ、高精度測定が可能になる。また焦点位置以外の深さ方向の情報が限られるので、目的形状以外の像やフレアやゴーストといった、画像処理をする際のノイズが少なくすることができる。
【００４２】
また、結像光学系は、テレセントリックな光学系を用いたことにより、被測定対象物の像深さの違いによる、位置ずれ誤差の影響を小さくすることができる。
【００４３】
更に、照明系は、同軸落射の照明系を用いたことにより、照明による被測定対象物の陰影を小さくし、位置ずれ誤差の影響を小さくすることができる。
【００４４】
また、照明系は、テレセントリックな照明系を用いたことにより、被測定対象物の照度むらを小さくし、位置ずれ誤差の影響を小さくすることができる。
【００４５】
更に、校正手段は、マスター画像を取得し、光学的収差を校正することにより、光学系のもつ像面歪曲などの収差の影響を除去し、位置ずれ誤差の影響を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る被測定対象物の角度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例に係る被測定対象物の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。
【図３】本実施例の角度測定装置によって得られた画像を示す図である。
【図４】別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。
【図５】本実施例の角度測定装置によって得られた画像を示す図である。
【図６】別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。
【図７】本実施例の角度測定装置によって得られた画像を示す図である。
【図８】焦点深度が長い場合と焦点深度が短い場合の取得画像の図である。
【図９】図６の傾斜プリズムの傾斜角度を検出するための模式図である。
【図１０】別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。
【図１１】本実施例の角度測定装置によって得られた画像を示す図である。
【図１２】別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。
【図１３】本実施例の角度測定装置によって得られた画像を示す図である。
【図１４】別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。
【図１５】本実施例の角度測定装置によって得られた画像を示す図である。
【図１６】別の被測定対象物を用いた本実施例の角度測定装置の測定の様子を示す斜視図である。
【図１７】本実施例の角度測定装置によって得られた画像を示す図である。
【符号の説明】
１１；検出系、１２；被測定対象物保持部、１３；被測定対象物、
１４；チャート、９１，９２；移動量、９３；傾斜角度、
【図１】
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【図２】
2004053426.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004053426.tif 000006
【図５】
2004053426.tif 000007
【図６】
2004053426.tif 000008
【図７】
2004053426.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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