(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
この光源からの入射光を所定の方向に偏向させるオン状態と偏向させないオフ状態とを選択的に設定可能であり、２次元的に配列された複数の光偏向要素を有する光偏向手段と、
前記光源と光偏向手段の間に設けられた入射光学系と、
前記所定の方向に設けられ、前記入射光を被測定物に照射する投影光学系と、
前記複数の光偏向要素のオンオフ状態をそれぞれ制御して、前記被測定物に投影されるパターンを形成する偏向制御手段と、
複数のパターンを記憶する記憶手段とを備え、
前記偏向制御手段は複数のパターンから１つを選択し、選択されたパターンに基いて前記複数の光偏向要素のオンオフ状態を制御することを特徴とする投影装置。
【請求項２】
前記光偏向要素が静電気力によって傾斜角を変化させることによりオン状態またはオフ状態に定められるミラー要素であることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
【請求項３】
前記光偏向要素が光の回折作用によってオン状態またはオフ状態に定められる回折形光変調素子であることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の３次元的な表面形状を測定するために、その被測定物に所定のパターンを投影する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の投影装置として、所定のパターンが描かれた透明フィルムを設け、この透明フィルムの裏面側から光を照射することにより、被測定物の表面にそのパターンを投影するものが知られている。被測定物の表面に投影されたパターンは例えば２つの方向から撮影され、これにより得られた２つの画像を処理することによって被測定物の表面形状の各点の３次元座標が得られる。
【０００３】
一方近年、ＤＭＤ（商品名。ディジタル・マイクロミラー・デバイスの略称。）が開発されている。ＤＭＤは、一辺が約１６μｍのマイクロミラーを多数格子状に２次元的に配置して構成される。各マイクロミラーは２つの方向に傾斜可能であり、その傾斜方向は、各マイクロミラーの直下に設けられたメモリ素子による静電界作用によって変化する。すなわち静電気力を受けているマイクロミラーが第１の傾斜方向に傾斜しているとすると、静電気力を受けていないマイクロミラーは第２の傾斜方向に傾斜する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の投影装置では、パターンが描かれた透明フィルムを準備する必要があり、パターンを変更することが必要となった場合等には、目的に応じたフィルムに差し替えなければならない。このため、パターンの変更作業に時間がかかるという問題があった。
【０００５】
本発明は、例えばＤＭＤ等の光学素子を用いて、パターンを自由に変更することができ、しかもその変更作業を迅速に行なうことができる投影装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る投影装置は、光源と、この光源からの入射光を所定の方向に偏向させるオン状態と偏向させないオフ状態とを選択的に設定可能であり、２次元的に配列された複数の光偏向要素を有する光偏向手段と、光源と光偏向手段の間に設けられた入射光学系と、所定の方向に設けられ、入射光を被測定物に照射する投影光学系と、複数の光偏向要素のオンオフ状態をそれぞれ制御して、被測定物に投影されるパターンを形成する偏向制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
投影装置は、複数のパターンを記憶する記憶手段を備えていてもよく、この場合、偏向制御手段は複数のパターンから１つを選択し、選択されたパターンに基いて複数の光偏向要素のオンオフ状態を制御する。
【０００８】
光偏向要素は例えば、静電気力によって傾斜角を変化させることによりオン状態またはオフ状態に定められるミラー要素であるか、光偏向要素は光の回折作用によってオン状態またはオフ状態に定められる回折形光変調素子である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態である投影装置の概略構成を示す図である。
【００１０】
投影装置の本体１０には光源１１と入射光学系１２が設けられ、その光軸上には、光偏向手段であるＤＭＤ２０が配設されている。ＤＭＤ２０の表面に垂直な直線Ａを挟んで入射光学系１２とは反対側には、投影光学系１３が設けられている。ＤＭＤ２０は、光源１１から出射され入射光学系１２を介して入射された光を投影光学系１３側に反射可能である。本体１０の投影光学系１３に対向した位置には開口１４が形成されており、投影光学系１３と開口１４を介して、ＤＭＤ２０による反射光が本体１０の外部に照射される。
【００１１】
ＤＭＤ２０の表面には多数のマイクロミラー（図示せず）が設けられ、これらのマイクロミラーは格子状すなわち２次元的に配列されている。各マイクロミラーの傾斜角はＤＭＤ駆動回路３１の制御によって変更され、これにより所定のパターンを形成する光が開口１４から出射される。この光は開口１４に対向して配置された被測定物Ｓに照射され、被測定物Ｓの表面にパターンが形成される。なお入射光学系１２と投影光学系１３の少なくとも一方は、被測定物Ｓ上においてパターンの画像が合焦するように、光軸に沿って位置調整可能である。
【００１２】
ＤＭＤ駆動回路３１はマイクロコンピュータを備え、メモリ３２に接続されている。メモリ３２には、被測定物Ｓの表面に形成可能な複数のパターンに対応したデータが記憶されている。
【００１３】
図２はＤＭＤ２０に設けられるマイクロミラー（光偏向要素）２１を駆動するための構成を概念的に示す図である。
【００１４】
マイクロミラー２１は略矩形の平板状部材であり、その表面にはアルミニウムの薄膜が積層されてミラー面が形成されている。マイクロミラー２１の一辺は例えば約１６μｍである。マイクロミラー２１の対角線上の２つの角部２１ａ、２１ｂは、シリコン基板２２に設けられた一対の支持柱２３にトーションヒンジ２４を介して連結されている。すなわちマイクロミラー２１はトーションヒンジ２４の周りに回転可能であり、角部２１ａ、２１ｂとは異なる２つの角部２１ｃ、２１ｄの一方がシリコン基板２２に当接した位置において安定的に静止する。
【００１５】
シリコン基板２２のマイクロミラー２１側の面には、複数の電極２５（メモリ素子）が形成されている。これらの電極２５の所定のものに電圧を印加することにより、マイクロミラー２１には静電気力が作用し、マイクロミラー２１は、角部２１ｃがシリコン基板２２に当接して第１の傾斜方向に傾斜する（オン状態）。これに対し、静電気力が作用していないとき、マイクロミラー２１は角部２１ｄがシリコン基板２２に当接して第２の傾斜方向に傾斜する（オフ状態）。
【００１６】
図３はマイクロミラー２１に入射した光の反射状態を示す図である。この図においてマイクロミラー２１は、オン状態のとき、実線Ｌ１で示すように＋１０°だけ時計方向に回転変位し、オフ状態のとき、破線Ｌ２で示すように−１０°だけ反時計方向に回転変位する。オン状態のとき、入射光学系１２（図１参照）を介して入射された光はマイクロミラー２１において反射し、投影光学系１３（図１参照）に入射する（符号Ｂ１）。これに対してオフ状態のとき、入射光学系１２から導かれ、マイクロミラー２１において反射した光は、投影光学系１３には入射しない（符号Ｂ２）。すなわちマイクロミラー２１は、入射光を投影光学系１３側に反射させるオン状態と、投影光学系１３側に反射させないオフ状態との間において、選択的に設定可能である。
【００１７】
図４はＤＭＤ２０を入射光学系１２と投影光学系１３が設けられた側から見た正面図である。各マイクロミラー２１において、白く示されたマイクロミラー２１はオン状態であることを示し、斜線が付されたマイクロミラー２１はオフ状態であることを示している。この図では、説明のために、マイクロミラー２１の大きさはＤＭＤ２０の全体的な大きさに比して大きく示されている。
【００１８】
図４に示される例によれば、各マイクロミラー２１の傾斜状態によって、同心円のパターンが形成されている。すなわち、３つの同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に対応したマイクロミラー２１がオフ状態に定められ、これらの円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３以外のマイクロミラー２１はオン状態に定められている。したがってＤＭＤ２０では、同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３以外の部分において、入射光学系１２から導かれた光が投影光学系１３側に反射する。これにより被測定物Ｓの表面には、同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の画像が黒い影として形成される。
【００１９】
メモリ３２には、このような同心円Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のパターンを含め、複数のパターンに対応したデータが予め記憶されている。所定の操作スイッチを操作することにより、ＤＭＤ駆動回路３１の制御によって所定のパターンが選択され、このパターンに基いて各マイクロミラー２１のオンオフ状態が制御される。
【００２０】
図５は同心円のパターンが投影された被測定物Ｓを上から見た図であり、図６および図７は、この被測定物Ｓを斜め上方から見た図である。図８、図９および図１０は、被測定物Ｓをそれぞれ正面、右側面および左側面から見た図である。このように被測定物Ｓが複雑な形状を有していても、真上から見ると同心円のパターンが形成され、斜めから見ると、垂直壁Ｓ１では鉛直に延びる縞模様が観察され、曲面Ｓ２では、その表面形状に応じた曲線の縞模様が観察される。
【００２１】
図６および図７に示されるような、異なる２方向から撮影した写真から得た２つの画像を従来公知の手法によって解析することにより、被測定物Ｓの表面の３次元座標が得られる。
【００２２】
以上のように本実施形態では、被測定物Ｓの表面に投影されるパターンがＤＭＤ２０のマイクロミラー２１をオンオフさせることによって形成される。したがって、従来のようにパターンが描かれた透明フィルムを準備する必要がなく、パターンを変更することが必要となった場合であっても、変更すべきパターンに対応したデータをメモリ３２から読み出せばよく、その読出処理は迅速に行なわれる。
【００２３】
図１１〜図１４は、第２の実施形態において設けられる回折形光変調素子４０を示す。この実施形態において、パターンの形成のために用いられる光は単色光であり、例えば赤外光である。回折形光変調素子４０は、マイクロミラー２１（図２参照）に代えて設けられ、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００２４】
回折形光変調素子４０は多数の梁部材４１を有する。梁部材４１は例えば窒化珪素から成り、幅が１．０〜１．５μｍ、長さが１５μｍ〜１２０μｍの薄い平板状の部材である。梁部材４１の表面には、例えばアルミニウムの薄膜４２がコーティングされ、ミラー面になっている。各梁部材４１の両端は基板４３の上に固定されたスペーサ４４によって支持されている。スペーサ４４は例えば二酸化珪素から成る。各梁部材４１は相互に平行に配設され、隣接する梁部材４１間の間隔は、梁部材４１の幅に略等しい。
【００２５】
梁部材４１の表面（すなわち薄膜４２の裏面）と基板４３の表面との間の距離は、この回折形光変調素子４０に照射される光の波長（λ）の１／２である。また梁部材４１の板厚は、その波長の１／４である。
【００２６】
梁部材４１と基板４３の間に電圧が印加されていないとき、図１１および図１２に示されるように、梁部材４１は基板４３に平行であり、梁部材４１の表面と基板４３の間はλ／２だけ離れている。この状態では、基板４３に対して照射された波長λの単色光は、回折作用によって反射される（オン状態）。これに対し、梁部材４１と基板４３の間に電圧が印加されているとき、図１３および図１４に示されるように、梁部材４１はその裏面が基板４３に密着するように撓み、梁部材４１の表面と基板４３の距離はλ／４になる。この状態では、基板４３に対する入射光と反射光が打消しあい、反射光は存在しない（オフ状態）。
【００２７】
このように第２の実施形態では、光の回折作用によってオン状態またはオフ状態に定められる回折形光変調素子４０を用いているため、入射光学系から入射される光が単色光でなければならない点を除いて、第１の実施形態と作用は同じであり、同等な効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、投影パターンを自由に変更することができ、しかもその変更作業を迅速に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である投影装置の概略構成を示す図である。
【図２】マイクロミラーを駆動するための構成を概念的に示す図である。
【図３】マイクロミラーに入射した光の反射状態を示す図である。
【図４】ＤＭＤを入射光学系および投影光学系側から見た正面図である。
【図５】同心円のパターンが投影された被測定物を上から見た図である。
【図６】被測定物を右斜め上方から見た斜視図である。
【図７】被測定物を左斜め上方から見た斜視図である。
【図８】被測定物を示す正面図である。
【図９】被測定物を示す右側面図である。
【図１０】被測定物を示す左側面図である。
【図１１】第２の実施形態において設けられ、オン状態にある回折形光変調素子を、梁部材に垂直な面で切断して示す断面図である。
【図１２】図１１に示される回折形光変調素子の側面図である。
【図１３】オフ状態にある回折形光変調素子を梁部材に垂直な面で切断して示す断面図である。
【図１４】図１３に示される回折形光変調素子の側面図である。
【符号の説明】
１１  光源
１２  入射光学系
１３  投影光学系
２０  ＤＭＤ（光偏向手段）
２１  マイクロミラー（光偏向要素）
Ｓ  被測定物
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003936056.tif 000012
【図１２】
0003936056.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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