(57)【要約】【課題】物体の形状を精度良く測定することが可能な技術を提供する。【解決手段】制御部によって、発光部に含まれる第１部材の運動を第１変更部に制御させることで、光源部から発せられる出射光の発光部から被測定物の表面に向けた出射角度を変化させながら、被測定物の表面を出射光で走査する。このとき、制御部によって、受光部に含まれる第２部材の運動を第２変更部に制御させることで、被測定物の表面において出射光の照射に応じて生じる反射光の受光部への入射角度を変化させつつ、該受光部において、反射光を受光している受光領域の基準領域からのずれ量に応じて光電変換部から出力される電気信号に基づいて、受光領域が基準領域に一致している状態が維持される。そして、複数のタイミングのそれぞれにおける第１および第２部材の基準位置から動いた量に基づいて、被測定物の形状が算出される。【選択図】図１
2017067531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射光を発する光源部を有し、前記出射光の被測定物の表面に向けた出射角度を変化させることで、前記被測定物の表面を前記出射光で走査する発光部と、
前記被測定物の表面において前記出射光の照射に応じて生じる反射光を受光し、前記被測定物からの該反射光の入射角度の変化に応じて、該反射光を受光している受光領域の基準領域からのずれ量に応じた電気信号を出力する光電変換部を含む受光部と、
前記発光部に含まれている第１部材の運動を制御することで、前記出射角度を変更する第１変更部と、
前記受光部に含まれている第２部材の運動を制御することで、前記光電変換部における前記受光領域を変更する第２変更部と、
前記第１変更部による前記出射角度の変更と前記第２変更部による前記受光領域の変更とを同期させつつ、前記光電変換部から出力される電気信号に応じて、前記受光領域が前記基準領域に一致している状態が維持されるように、前記第２部材の運動を制御する制御部と、
複数のタイミングのそれぞれにおける前記第１および第２部材の基準位置から動いた量に基づいて、前記被測定物の形状を算出する演算部と、
を備える形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定装置であって、
前記第１部材が、
前記光源部から前記被測定物に至る前記出射光の光路上において、予め設定された回転軸を中心として回転可能に設けられ、前記出射光を反射する出射用反射部、を含んでいる形状測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の形状測定装置であって、
前記第２部材が、
前記被測定物から前記光電変換部に至る前記反射光の光路上において、予め設定された回転軸を中心として回転可能に設けられ、前記反射光を反射する受光用反射部、を含んでいる形状測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載の形状測定装置であって、
前記光電変換部が、
２以上の光電変換素子を含んでおり、該２以上の光電変換素子のそれぞれから前記反射光の受光に応じた電気信号を出力し、
前記制御部が、
前記２以上の光電変換素子のそれぞれから出力される電気信号の関係に応じて、前記受光領域が前記基準領域に一致している状態が維持されるように、前記第２部材の運動を制御する形状測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１つの請求項に記載の形状測定装置であって、
前記演算部が、
複数のタイミングのそれぞれにおける、前記第１および第２部材の基準位置から動いた量と、前記光電変換部から出力される電気信号に対応する前記受光領域の前記基準領域からのずれ量とに基づいて、前記被測定物の形状を算出する形状測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１つの請求項に記載の形状測定装置であって、
前記被測定物の表面において前記出射光が照射される被照射部が、前記第１変更部による前記出射角度の変更によって移動する方向に対して交差する方向に移動するように、前記第１部材および前記第２部材それぞれにおける位置および姿勢の少なくとも一方を変更する第３変更部、
をさらに備える形状測定装置。
【請求項７】
(a)制御部によって、発光部に含まれる第１部材の運動を第１変更部に制御させることで、光源部から発せられる出射光の前記発光部から被測定物の表面に向けた出射角度を変化させながら、前記被測定物の表面を前記出射光で走査するとともに、受光部に含まれる第２部材の運動を第２変更部に制御させることで、前記被測定物の表面において前記出射光の照射に応じて生じる反射光の前記受光部への入射角度を変化させつつ、該受光部において、前記反射光を受光している受光領域の基準領域からのずれ量に応じて光電変換部から出力される電気信号に基づいて、前記受光領域が前記基準領域に一致している状態を維持するステップと、
(b)前記ステップ(a)のうちの複数のタイミングのそれぞれにおける前記第１および第２部材の基準位置から動いた量に基づいて、前記被測定物の形状を算出するステップと、
を有する形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の形状を測定する形状測定装置および形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体に光を照射し、その光の反射光をセンサーで受光することで、物体の三次元形状を測定することが可能な形状測定装置が知られている。この形状測定装置では、例えば、レーザー等のスポット状の光源からの出射光がミラー等によって走査されつつ物体に照射されて形成されるスポット状の光像をセンサーで受光し、該光像の該センサーにおける位置とミラーの角度から被測定物の表面形状が測られ得る。
【０００３】
このような形状測定装置として、例えば、スポット光を被測定物上で走査するポリゴンミラーと、走査されたスポット光による被測定物の表面からのスポット状の光像を受光するセンサーとが設けられた形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献１等）。
【０００４】
この装置では、スポット光によって測定寸法が既知の基準測定物の表面が走査され、測定における受光位置と、理論上得られるスポット状の光像の受光位置との差が、ポリゴンミラーの各面について算出される。そして、各パラメータの各値に対応して、表面形状を算出する式に補正項が加えられて算出される補正算出値から、例えば、上記差が最小となる補正算出値が求められて、該補正算出値が記憶された算出テーブルが設けられる。これにより、光学系等の構成部材の取り付け作業が容易であるとともに、取り付け誤差が補正されて、正確な計測が可能となり、必要な記憶容量が少なく、迅速な演算が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−１８０６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、補正項が加えられた近似式によって、被測定物の表面形状が算出されるため、算出される表面形状が、被測定物の実際の表面形状から外れたものとなり易い。特に、近似式では、各項のパラメータの値に補正が加えられるため、算出される表面形状が、被測定物の実際の表面形状からずれたものとなり易い。
【０００７】
また、上記特許文献１の技術では、被測定物の表面上でスポット光が走査されることで、センサー上で受光されるスポット状の光像が大きくシフトし、センサーのほぼ全面がスポット状の光像の受光に使用される。ここで、例えば、センサーとして、光位置センサー（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）および２分割フォトダイオードが採用される場合、中心付近の感度が高く、周縁付近の感度が低いため、算出される表面形状が、被測定物の実際の表面形状からずれ易い。
【０００８】
また、例えば、センサーとして、ＣＣＤが採用される場合、中心付近と周縁部付近との間で感度の差が殆どないものの、センサー上で受光されるスポット状の光像が大きくシフトするので、センサーのほぼ全面がスポット状の光像の受光に使用される。この場合、センサーの全面でスポット状の光像を受光するためには、センサーの前方に配される受光レンズの倍率が小さく設定される必要がある。これにより、センサーにおいてスポット状の光像の細かなシフトが検出され難く、算出される表面形状が、被測定物の実際の表面形状からずれ易い。
【０００９】
すなわち、上記特許文献１の技術では、物体の形状を精度良く測定することが難しい。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、物体の形状を精度良く測定することが可能な技術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】
上記課題を解決するために、第１の態様に係る形状測定装置は、出射光を発する光源部を有し、前記出射光の被測定物の表面に向けた出射角度を変化させることで、前記被測定物の表面を前記出射光で走査する発光部と、前記被測定物の表面において前記出射光の照射に応じて生じる反射光を受光し、前記被測定物からの該反射光の入射角度の変化に応じて、該反射光を受光している受光領域の基準領域からのずれ量に応じた電気信号を出力する光電変換部を含む受光部と、前記発光部に含まれている第１部材の運動を制御することで、前記出射角度を変更する第１変更部と、前記受光部に含まれている第２部材の運動を制御することで、前記光電変換部における前記受光領域を変更する第２変更部と、前記第１変更部による前記出射角度の変更と前記第２変更部による前記受光領域の変更とを同期させつつ、前記光電変換部から出力される電気信号に応じて、前記受光領域が前記基準領域に一致している状態が維持されるように、前記第２部材の運動を制御する制御部と、複数のタイミングのそれぞれにおける前記第１および第２部材の基準位置から動いた量に基づいて、前記被測定物の形状を算出する演算部と、を備える。
【００１２】
第２の態様に係る形状測定装置は、第１の態様に係る形状測定装置であって、前記第１部材が、前記光源部から前記被測定物に至る前記出射光の光路上において、予め設定された回転軸を中心として回転可能に設けられ、前記出射光を反射する出射用反射部、を含んでいる。
【００１３】
第３の態様に係る形状測定装置は、第１または第２の態様に係る形状測定装置であって、前記第２部材が、前記被測定物から前記光電変換部に至る前記反射光の光路上において、予め設定された回転軸を中心として回転可能に設けられ、前記反射光を反射する受光用反射部、を含んでいる。
【００１４】
第４の態様に係る形状測定装置は、第１から第３の何れか１つの態様に係る形状測定装置であって、前記光電変換部が、２以上の光電変換素子を含んでおり、該２以上の光電変換素子のそれぞれから前記反射光の受光に応じた電気信号を出力し、前記制御部が、前記２以上の光電変換素子のそれぞれから出力される電気信号の関係に応じて、前記受光領域が前記基準領域に一致している状態が維持されるように、前記第２部材の運動を制御する。
【００１５】
第５の態様に係る形状測定装置は、第１から第４の何れか１つの態様に係る形状測定装置であって、前記演算部が、複数のタイミングのそれぞれにおける、前記第１および第２部材の基準位置から動いた量と、前記光電変換部から出力される電気信号に対応する前記受光領域の前記基準領域からのずれ量とに基づいて、前記被測定物の形状を算出する。
【００１６】
第６の態様に係る形状測定装置は、第１から第５の何れか１つの態様に係る形状測定装置であって、前記被測定物の表面において前記出射光が照射される被照射部が、前記第１変更部による前記出射角度の変更によって移動する方向に対して交差する方向に移動するように、前記第１部材および前記第２部材それぞれにおける位置および姿勢の少なくとも一方を変更する第３変更部、をさらに備える。
【００１７】
第７の態様に係る形状測定方法は、(a)制御部によって、発光部に含まれる第１部材の運動を第１変更部に制御させることで、光源部から発せられる出射光の前記発光部から被測定物の表面に向けた出射角度を変化させながら、前記被測定物の表面を前記出射光で走査するとともに、受光部に含まれる第２部材の運動を第２変更部に制御させることで、前記被測定物の表面において前記出射光の照射に応じて生じる反射光の前記受光部への入射角度を変化させつつ、該受光部において、前記反射光を受光している受光領域の基準領域からのずれ量に応じて光電変換部から出力される電気信号に基づいて、前記受光領域が前記基準領域に一致している状態を維持するステップと、(b)前記ステップ(a)のうちの複数のタイミングのそれぞれにおける前記第１および第２部材の基準位置から動いた量に基づいて、前記被測定物の形状を算出するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１８】
第１から第６の何れの態様に係る形状測定装置によっても、物体の形状を算出する際における補正処理が低減され、光電変換部のうちの比較的広い基準領域の付近において反射光の細かなシフトが検出され得るため、物体の形状が精度良く測定され得る。
【００１９】
第２の態様に係る形状測定装置によれば、発光部から物体の表面への出射光の出射角度が容易に且つ高速で変更され得る。
【００２０】
第３の態様に係る形状測定装置によれば、光電変換部の基準領域における反射光の受光が、反射部のより少ない動きによって維持され得るため、物体の形状が容易かつ迅速に測定され得る。
【００２１】
第４の態様に係る形状測定装置によれば、分割型の光電変換部において反射光の受光領域の基準領域からのずれ量に応じた電気信号が感度良く出力され得るため、物体の形状が精度良く測定され得る。
【００２２】
第５の態様に係る形状測定装置によれば、光電変換部における反射光の受光領域の基準領域からのずれ量も加味して、物体の形状が算出され得るため、凹凸が大きな表面を有する物体についても、物体の形状が精度良く測定され得る。
【００２３】
第６の態様に係る形状測定装置によれば、物体の３次元形状が精度良く測定され得る。
【００２４】
第７の態様に係る形状測定方法によれば、物体の形状を算出する際における補正処理が低減され、光電変換部のうちの比較的広い基準領域の付近において反射光の細かなシフトが検出され得るため、物体の形状が精度良く測定され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施形態に係る形状測定装置の概略的な構成を例示する図である。
【図２】一実施形態に係る形状測定装置の機能的な構成を例示する図である。
【図３】２分割フォトダイオードにおける反射光の受光態様を例示する図である。
【図４】位置検出素子における反射光の受光態様を例示する図である。
【図５】出射光および反射光の光路を上方から見た様子を模式的に示す図である。
【図６】出射光および反射光の光路を側方から見た様子を模式的に示す図である。
【図７】一実施形態に係る形状測定装置の動作フローを例示する流れ図である。
【図８】４分割フォトダイオードにおける反射光の受光態様を例示する図である。
【図９】一変形例に係る光検出部における反射光の受光態様を例示する図である。
【図１０】一変形例に係る光検出部における受光位置と出力との関係を例示する図である。
【図１１】一変形例に係る光検出部における受光位置と出力との関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態および各種変形例を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図１、図３から図６および図８および図９には、形状測定装置１において第１反射ユニット１Ｇｍから第２反射ユニット２Ｇｍが離れている方向（基線方向とも言う）を＋Ｘ方向とする右手系のＸＹＺ座標系が付されている。なお、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は適宜変更され得る。
【００２７】
＜(１)一実施形態＞
＜(１−１)形状測定装置の概要＞
図１は、一実施形態に係る形状測定装置１の概略的な構成を例示する図である。形状測定装置１は、物体（被測定物とも言う）２の形状を測定する装置である。図１で示されるように、形状測定装置１は、例えば、測定部１０およびコンピューター２０を含む。
【００２８】
測定部１０は、例えば、測定ユニット１１および制御ユニット１２を備えている。
【００２９】
コンピューター２０は、例えば、測定部１０に対する各種指令の送信、および測定部１０で得られる各種データに基づく演算を行う。コンピューター２０としては、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等が採用される。
【００３０】
測定ユニット１１は、被測定物２の形状を測定するために、被測定物２に対して光を照射し、被測定物２における該光の反射によって生じる反射光を受光する。測定ユニット１１は、例えば、ユニット本体部１１Ｂｄと駆動部１１ｃとを備えている。ユニット本体部１１Ｂｄには、発光部１１ａおよび受光部１１ｂが配されている。本実施形態では、発光部１１ａと受光部１１ｂとが、基線が伸びる方向（基線方向とも言う）としてのＸ方向に予め設定された基線の長さ（基線長とも言う）ｄだけ離れて配されている。
【００３１】
発光部１１ａは、光源部１Ｌｚおよび第１反射ユニット１Ｇｍを含んでいる。
【００３２】
光源部１Ｌｚは、光（出射光とも言う）ＥＬ１を発する部分である。光源部１Ｌｚとしては、例えば、光束の拡がりが小さな特性（高い指向性とも言う）を有するレーザー光を発する点光源等が採用され得る。これにより、被測定物２の表面２Ｓｆ上における小さなスポット状の領域にレーザー光が照射され得る。
【００３３】
第１反射ユニット１Ｇｍは、光源部１Ｌｚから発せられた出射光ＥＬ１を反射して、該出射光ＥＬ１を被測定物２に向けて出射する。該第１反射ユニット１Ｇｍでは、被測定物２の表面に向けて出射光ＥＬ１が出射される角度（出射角度とも言う）が変化されることで、被測定物２の表面２Ｓｆが出射光ＥＬ１によって走査される。
【００３４】
例えば、出射光ＥＬ１が被測定物２の表面２Ｓｆに照射された部分（被照射部とも言う）Ｓｐ１が形成される。そして、出射光ＥＬ１の出射角度が変化されることで、被測定物２の表面２Ｓｆ上において、被照射部Ｓｐ１が移動する。これにより、被測定物２の表面２Ｓｆが、被照射部Ｓｐ１によって走査される。なお、被照射部Ｓｐ１がごく小さな点状のものであれば、被測定物２の表面２Ｓｆの形状が精度良く測定され得る。
【００３５】
第１反射ユニット１Ｇｍは、例えば、光源部１Ｌｚから被測定物２に至る出射光ＥＬ１の光路上において、予め設定された第１回転軸１Ａｘを中心として回転可能に設けられ、該出射光ＥＬ１を反射する部分（出射用反射部とも言う）１Ｍｒを含んでいる。ここでは、例えば、制御ユニット１２によって、第１部材としての出射用反射部１Ｍｒの運動が制御されることで、出射角度が変更され得る。これにより、発光部１１ａから被測定物２の表面２Ｓｆへの出射光ＥＬ１の出射角度が容易に且つ高速で変更され得る。
【００３６】
本実施形態では、第１反射ユニット１Ｇｍとして、例えば、第１モーター１Ｍｔによって第１回転軸１Ａｘを中心として出射用反射部１Ｍｒが回転する構成が採用され得る。このような構成を有する第１反射ユニット１Ｇｍとしては、例えば、ガルバノミラー等が挙げられる。また、ここでは、第１回転軸１Ａｘは、Ｚ軸に平行である。
【００３７】
受光部１１ｂは、光電変換部２Ｄおよび第２反射ユニット２Ｇｍを含んでいる。
【００３８】
光電変換部２Ｄは、被測定物２の表面２Ｓｆにおいて出射光ＥＬ１の照射に応じて生じる反射光ＲＬ１を受光する。そして、反射光ＲＬ１が被測定物２から受光部１１ｂへ入射する角度（入射角度とも言う）の変化に応じて、反射光ＲＬ１を受光している領域（受光領域とも言う）の基準となる領域（基準領域とも言う）からのずれ量に応じた電気信号を出力する。本実施形態では、光電変換部２Ｄは、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓを含む。
【００３９】
ここで、光検出部２Ｄｄとして、例えば、分割型の光電変換部としての分割型フォトダイオードが採用され得る。分割型フォトダイオードは、２以上の光電変換素子を含んでおり、該２以上の光電変換素子のそれぞれから反射光ＲＬ１の受光に応じた電気信号を出力し得る。本実施形態では、分割型フォトダイオードとして、例えば、受光面のエリア（受光面エリアとも言う）が２つに分割された２分割フォトダイオードが採用される。そして、ここでは、例えば、光検出部２Ｄｄの受光面が−Ｘ方向に向いている。
【００４０】
また、位置検出素子２Ｐｓとして、例えば、光位置センサー（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）およびＣＣＤイメージセンサー等が採用され得る。ここでは、例えば、位置検出素子２Ｐｓの受光面が−Ｙ方向に向いている。
【００４１】
第２反射ユニット２Ｇｍは、被測定物２の表面２Ｓｆにおいて出射光ＥＬ１の照射に応じて生じる反射光ＲＬ１を受光する。
【００４２】
例えば、第２反射ユニット２Ｇｍは、被測定物２から光電変換部２Ｄに至る反射光ＲＬ１の光路上において、予め設定された第２回転軸２Ａｘを中心として回転可能に設けられ、該反射光ＲＬ１を反射する部分（受光用反射部とも言う）２Ｍｒを含んでいる。ここでは、例えば、制御ユニット１２によって、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの運動が制御されることで、光電変換部２Ｄにおける受光領域が変更され得る。これにより、光電変換部２Ｄにおいて、基準領域における反射光ＲＬ１の受光が、受光用反射部２Ｍｒのより少ない動きによって維持され得る。その結果、被測定物２の形状が容易かつ迅速に測定され得る。
【００４３】
本実施形態では、第１反射ユニット１Ｇｍとして、例えば、第２モーター２Ｍｔによって第２回転軸２Ａｘを中心として受光用反射部２Ｍｒが回転する構成が採用され得る。このような構成を有する第２反射ユニット２Ｇｍとしては、例えば、ガルバノミラー等が挙げられる。また、ここでは、第２回転軸２Ａｘは、Ｚ軸に平行であり、第１回転軸１Ａｘに平行に設定されている。
【００４４】
また、受光部１１ｂは、例えば、レンズ部２Ｌｎおよびビームスプリッター２Ｈｍを含んでいる。レンズ部２Ｌｎおよびビームスプリッター２Ｈｍは、受光用反射部２Ｍｒで反射された反射光ＲＬ１を光電変換部２Ｄに導く部材である。レンズ部２Ｌｎは、例えば、光電変換部２Ｄにおいて、反射光ＲＬ１を所望の大きさの領域で結像させる。ビームスプリッター２Ｈｍは、反射光ＲＬ１を分割して、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓの双方に導く。ここでは、ビームスプリッター２Ｈｍとして、例えば、ハーフミラーが採用される。これにより、例えば、反射光ＲＬ１が、光検出部２Ｄｄに向けて＋Ｘ方向に進む第１反射光ＲＬ１１と、位置検出素子２Ｐｓに向けて＋Ｙ方向に進む第２反射光ＲＬ１２とに分割される。
【００４５】
駆動部１１ｃは、出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒのそれぞれにおける位置および姿勢の少なくとも一方を変更する。これにより、被測定物２の表面２Ｓｆにおいて出射光ＥＬ１が照射される被照射部Ｓｐ１が、発光部１１ａによる出射光ＥＬ１の出射角度の変更によって移動する第１方向に対して交差する第２方向に移動する。例えば、駆動部１１ｃが、発光部１１ａおよび受光部１１ｂが配されているユニット本体部１１Ｂｄを、第３回転軸３Ａｘを中心として回転可能な第３モーター３Ｍｔを有している態様が考えられる。本実施形態では、第１方向として、Ｘ方向が採用され、第２方向として、Ｚ方向が採用される。このとき、第３回転軸３Ａｘは、Ｘ軸に平行に設定される。
【００４６】
制御ユニット１２は、測定ユニット１１の各種構成の動作を制御する電気回路である。例えば、制御ユニット１２によって、出射用反射部１Ｍｒの運動が制御されることで、出射光ＥＬ１の出射角度が変更され、受光用反射部２Ｍｒの運動が制御されることで、光電変換部２Ｄにおいて反射光ＲＬ１が受光される受光領域が変更される。このとき、出射角度の変更と、受光領域の変更とが同期されつつ、光電変換部２Ｄから出力される電気信号に応じて、光電変換部２Ｄにおいて反射光ＲＬ１の受光領域と基準領域とが一致している状態が維持されるように、受光用反射部２Ｍｒの運動が制御される。
【００４７】
＜(１−２)形状測定装置の機能的な構成＞
図２は、一実施形態に係る形状測定装置１の機能的な構成を例示する図である。上述したように、形状測定装置１は、例えば、測定部１０およびコンピューター２０を含む。測定部１０は、例えば、測定ユニット１１および制御ユニット１２を含む。測定ユニット１１は、発光部１１ａ、受光部１１ｂおよび駆動部１１ｃを含む。
【００４８】
図２で示されるように、発光部１１ａは、光源部１Ｌｚ、第１モーター１Ｍｔおよび第１角度センサー１Ｓｒを有している。ここで、第１角度センサー１Ｓｒでは、例えば、第１モーター１Ｍｔの回転角度が検出され得る。このため、例えば、第１モーター１Ｍｔによって回転される出射用反射部１Ｍｒの基準となる角度（第１基準角度とも言う）からの第１回転角度θ１が、第１角度センサー１Ｓｒによって検出され得る。そして、例えば、第１モーター１Ｍｔでは、予め設定された所定角度ωの範囲内で往復する回転運動が、数百Ｈｚの振動数で行われ得る。つまり、出射用反射部１Ｍｒが、例えば、数百Ｈｚの振動数で第１回転軸１Ａｘを中心とした所定角度の範囲内で往復する回転運動を行う。
【００４９】
受光部１１ｂは、光電変換部２Ｄ、第２モーター２Ｍｔおよび第２角度センサー２Ｓｒを有している。光電変換部２Ｄには、例えば、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓが含まれている。ここで、第２角度センサー２Ｓｒでは、例えば、第２モーター２Ｍｔの回転角度が検出され得る。このため、例えば、第２モーター２Ｍｔによって回転される受光用反射部２Ｍｒの基準となる角度（第２基準角度とも言う）からの第２回転角度θ２が、第２角度センサー２Ｓｒによって検出され得る。そして、例えば、第２モーター２Ｍｔでは、予め設定された所定角度ωの範囲近傍で往復する回転運動が、数百Ｈｚの振動数で行われ得る。つまり、受光用反射部２Ｍｒが、例えば、数百Ｈｚの振動数で第２回転軸２Ａｘを中心とした所定角度の範囲近傍で往復する回転運動を行う。
【００５０】
図３は、光検出部２Ｄｄとして採用される２分割フォトダイオードにおける反射光ＲＬ１（具体的には、第１反射光ＲＬ１１）の受光態様を例示する図である。図３で示されるように、２分割フォトダイオードでは、受光面エリアＡｒ１が複数の光電変換素子としての第１エリアＡｒ１１および第２エリアＡｒ１２に分割されている。つまり、光検出部２Ｄｄとしての２分割フォトダイオードは、２つの光電変換素子としての第１および第２エリアＡｒ１１，Ａｒ１２を含んでおり、該２つの光電変換素子のそれぞれから反射光ＲＬ１の受光に応じた電気信号を出力する。
【００５１】
そして、図３には、例えば、反射光ＲＬ１（具体的には、第１反射光ＲＬ１１）を受光している受光領域Ｒｒ（具体的には、受光領域Ｒｒ０）が、一点鎖線で外縁が描かれた基準領域Ｒｓ０と一致している様子が示されている。基準領域Ｒｓ０は、例えば、受光面エリアＡｒ１の中央付近に設定され得る。このような設定によれば、例えば、レンズ部２Ｌｎの倍率が大きく、受光面エリアＡｒ１に第１反射光ＲＬ１１が大きく照射されても、受光領域Ｒｒが受光面エリアＡｒ１から外れ難い。さらに、受光面エリアＡｒ１のうちの周縁部近傍を除く光の検出感度が高いエリアから受光領域Ｒｒが外れ難い。これにより、光検出部２Ｄｄにおいて基準領域Ｒｓ０付近の大きな領域で第１反射光ＲＬ１１が受光され得る。その結果、第１反射光ＲＬ１１の細かなシフトが検出され、物体の形状が精度良く測定され得る。
【００５２】
また、図３には、例えば、受光領域Ｒｒ（具体的には、受光領域Ｒｒｎ（ｎは任意の自然数））の外縁が実線で描かれている。そして、例えば、図３で示されるように、受光領域Ｒｒが、基準領域Ｒｓ０と一致する受光領域Ｒｒ０からＹ方向に受光領域Ｒｒｎまで移動すれば、第１エリアＡｒ１１から出力される第１電気信号と第２エリアＡｒ１２から出力される第２電気信号とが等しい状態から、第１電気信号の方が第２電気信号よりも大きな状態となる。つまり、光検出部２Ｄｄでは、反射光ＲＬ１を受光している受光領域Ｒｒの基準領域Ｒｓ０からのずれ量に応じた電気信号が出力される。
【００５３】
図４は、位置検出素子２Ｐｓとして採用される光位置センサー（ＰＳＤ）における反射光ＲＬ１（具体的には、第２反射光ＲＬ１２）の受光態様を例示する図である。光位置センサーでは、受光面エリアＡａ１において反射光ＲＬ１（具体的には、第２反射光ＲＬ１２）が受光されている受光領域Ｒｔの位置に応じた電気信号が出力される。
【００５４】
図４には、例えば、反射光ＲＬ１（具体的には、第２反射光ＲＬ１２）を受光している受光領域Ｒｔ（具体的には、受光領域Ｒｔ０）が、一点鎖線で外縁が描かれた基準領域Ｓｔ０と一致している様子が示されている。基準領域Ｓｔ０は、例えば、受光面エリアＡａ１の中央付近に設定され得る。このような設定によれば、例えば、レンズ部２Ｌｎの倍率が大きく、受光面エリアＡａ１に反射光ＲＬ１が大きく照射されても、受光領域Ｒｔが受光面エリアＡａ１から外れ難い。これにより、位置検出素子２Ｐｓにおいて基準領域Ｓｔ０付近の大きな領域で第２反射光ＲＬ１２が受光され得る。その結果、第２反射光ＲＬ１２の細かなシフトが検出され得る。
【００５５】
また、図４には、例えば、受光領域Ｒｔ（具体的には、受光領域Ｒｔｎ（ｎは任意の自然数））の外縁が実線で描かれている。そして、例えば、図４で示されるように、受光領域Ｒｔが、基準領域Ｓｔ０と一致する受光領域Ｒｒ０から−Ｘ方向に受光領域Ｒｔｎまで移動すれば、位置検出素子２Ｐｓから出力される電気信号が、受光領域Ｒｔの移動に応じた変化を呈する。つまり、位置検出素子２Ｐｓでは、反射光ＲＬ１を受光している受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量に応じた電気信号が出力される。
【００５６】
駆動部１１ｃは、第３モーター３Ｍｔおよび第３角度センサー３Ｓｒを有している。ここで、第３角度センサー３Ｓｒによれば、例えば、第３モーター３Ｍｔの回転角度が検出され得る。そして、例えば、第３モーター３Ｍｔによって回転される発光部１１ａおよび受光部１１ｂの基準となる角度（第３基準角度とも言う）からの第３回転角度θ３が検出され得る。
【００５７】
また、制御ユニット１２は、発光回路１２ｗ、第１変更部１２３ａ、第２変更部１２３ｂ、第３変更部１２３ｃおよび制御部１２１を有している。制御ユニット１２における各種構成は、例えば、専用の電子回路によって実現されても良いし、プロセッサーおよびメモリー等からなる電気回路においてソフトウェアが実行されることで実現されても良い。ここで、制御部１２１とコンピューター２０は、例えば、制御ユニット１２の各種構成を介して測定部１１に対して各種動作を行わせるための指令を出す指令部２００として機能する。
【００５８】
発光回路１２ｗは、制御部１２１からの指令に応じて光源部１Ｌｚに供給される電流等を制御することで、光源部１Ｌｚの発光を制御する。
【００５９】
第１変更部１２３ａは、制御部１２１からの指令に応じて、発光部１１ａに含まれる第１モーター１Ｍｔの駆動を制御する。これにより、出射用反射部１Ｍｒが第１回転軸１Ａｘを中心として回転される。つまり、第１変更部１２３ａによって、第１部材としての出射用反射部１Ｍｒの運動が制御されることで、発光部１１ａから被測定物２に対する出射光ＥＬ１の出射角度が変更される。なお、例えば、第１変更部１２３ａは、第１角度センサー１Ｓｒで検出される第１モーター１Ｍｔの回転角度を示す信号を得て、第１モーター１Ｍｔの回転を制御する。
【００６０】
第２変更部１２３ｂは、制御部１２１からの指令に応じて、受光部１１ｂに含まれる第２モーター２Ｍｔの駆動を制御する。これにより、受光用反射部２Ｍｒが第２回転軸２Ａｘを中心として回転される。つまり、第２変更部１２３ｂによって、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの運動が制御されることで、光電変換部２Ｄにおいて反射光ＲＬ１が受光される受光領域が変更される。なお、例えば、第２変更部１２３ｂは、第２角度センサー２Ｓｒで検出される第２モーター２Ｍｔの回転角度を示す信号を得て、第２モーター２Ｍｔの回転を制御する。
【００６１】
第３変更部１２３ｃは、制御部１２１からの指令に応じて、駆動部１１ｃに含まれる第３モーター３Ｍｔの駆動を制御する。これにより、発光部１１ａおよび受光部１１ｂが配されたユニット本体部１１Ｂｄが第３回転軸３Ａｘを中心として回転し、被測定物２の表面２Ｓｆにおいて出射光ＥＬ１が照射される被照射部Ｓｐ１が、Ｚ方向に移動される。つまり、例えば、出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒが、第３回転軸３Ａｘを中心として回転される。なお、例えば、第３変更部１２３ｃは、第３角度センサー３Ｓｒで検出される第３モーター３Ｍｔの回転角度を示す信号を得て、第３モーター３Ｍｔの回転を制御する。
【００６２】
制御部１２１は、例えば、データを一時的に記憶するメモリー１２１ａを有し、第１〜３変更部１２３ａ〜１２３ｃおよび発光回路１２ｗを介して、発光部１１ａ、受光部１１ｂおよび駆動部１１ｃの動作を制御する。例えば、制御部１２１によって、第１変更部１２３ａによる出射光ＥＬ１の出射角度の変更と第２変更部１２３ｂによる光電変換部２Ｄにおける反射光ＲＬ１の受光領域の変更とが同期される。そして、このとき、制御部１２１によって、光電変換部２Ｄから出力される電気信号に応じて、光電変換部２Ｄにおける反射光ＲＬ１の受光領域が基準領域に一致している状態が維持されるように、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの運動が制御される。
【００６３】
本実施形態では、例えば、光検出部２Ｄｄにおいて反射光ＲＬ１の受光領域Ｒｒの基準領域Ｒｓ０からのずれ量に応じて得られる電気信号に基づいて、該ずれ量がゼロとなるようなフィードバック制御が行われる。具体的には、例えば、制御部１２１によって、光検出部２Ｄｄに含まれる２以上の光電変換素子のそれぞれから出力される電気信号の関係に応じて、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの運動が制御される。これにより、受光領域Ｒｒが基準領域Ｒｓ０に一致している状態が維持され得る。
【００６４】
より具体的には、例えば、制御部１２１によって、光検出部２Ｄｄにおいて、第１および第２エリアＡｒ１１，Ａｒ１２に対する反射光ＲＬ１の照射に応じてそれぞれ出力される第１および第２電気信号の差分がゼロとなるようなフィードバック制御で、受光用反射部２Ｍｒの回転が制御される。このような構成では、分割型の光電変換部において反射光ＲＬ１の受光領域Ｒｒの基準領域Ｒｓ０からのずれ量に応じた電気信号が感度良く出力され得るため、被測定物２の形状が精度良く測定され得る。
【００６５】
また、本実施形態では、例えば、光検出部２Ｄｄにおいて反射光ＲＬ１（具体的には、第１反射光ＲＬ１１）の受光領域Ｒｒが基準領域Ｒｓ０と一致している際に、位置検出素子２Ｐｓにおいて反射光ＲＬ１（具体的には、第２反射光ＲＬ１２）の受光領域Ｒｔが基準領域Ｓｔ０と一致するように設定されている。そして、本実施形態では、例えば、位置検出素子２Ｐｓにおける受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量は、フィードバック制御において追従し切れていない遅れ分を補正するために利用される。本実施形態では、位置検出素子２Ｐｓにおける受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量は、±Ｘ方向において発生し得る。
【００６６】
ここで、位置検出素子２Ｐｓにおいて、例えば、基準領域Ｓｔ０が、受光面エリアＡａ１の中央付近に設定されれば、例えば、レンズ部２Ｌｎの倍率が大きく、受光面エリアＡａ１に第２反射光ＲＬ１２が大きく照射されても、受光領域Ｒｔが受光面エリアＡａ１から外れ難い。これにより、位置検出素子２Ｐｓにおいて基準領域Ｓｔ０付近の大きな領域で第２反射光ＲＬ１２が受光されることで、第２反射光ＲＬ１２の細かなシフトが検出され、フィードバック制御の遅れ分が精度良く補正され得る。すなわち、物体の形状が精度良く測定され得る。
【００６７】
なお、受光面エリアＡａ１では、例えば、受光面エリアＡａ１のうち、予め設定されたスペックを満たす光の検出感度を有する周縁部近傍の約１０％の領域を除く領域（有効領域とも言う）Ａｅ１が、第２反射光ＲＬ１２の受光に使用されれば良い。これにより、位置検出素子２Ｐｓにおいて、第２反射光ＲＬ１２の細かなシフトが精度良く検出され得る。その結果、フィードバック制御の遅れ分が精度良く補正され得る。なお、図４には、有効領域Ａｅ１に砂地ハッチングが付されている。
【００６８】
また、制御部１２１によって、第１〜３角度センサー１Ｓｒ〜３Ｓｒで検出される第１〜３回転角度θ１〜θ３のサンプリングが、第１〜３変更部１２３ａ〜１２３ｃを介して行われる。
【００６９】
コンピューター２０は、例えば、入力部２１、出力部２２、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部２３、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）２４、メモリー２５、記憶部２６および入出力（Ｉ／Ｏ）部２７を有している。これらの各部２１〜２７は、それぞれバスラインＢｓ１を介して相互にデータの送受信が可能な態様で接続されている。
【００７０】
入力部２１は、ユーザーの動作に応じて各種信号を入力する部分である。入力部２１として、例えば、ユーザーの操作に応じて各種信号を入力する操作部、およびユーザーの音声に応じて各種信号を入力する音声認識部等が採用され得る。また、出力部２２は、各種データをユーザーが認識可能な態様で出力する部分である。出力部２２として、例えば、各種データを可視的に出力する表示部、各種データを可視的な態様で投影する投影部、および各種データを可聴的な態様で出力するスピーカー等が採用され得る。また、Ｉ／Ｆ部２３は、コンピューター２０の外部に配されている測定部１０等に対して、データの送受信が可能な態様で接続される部分である。
【００７１】
ＣＰＵ２４およびメモリー２５は、記憶部２６に記憶されているプログラムＰｇ１を読み込んで実行することで、コンピューター２０における演算部２４ａ等の各種機能を実現する電気回路である。メモリー２５として、例えば、ＲＡＭ等のデータを一時的に保存する揮発性の記憶媒体が採用され得る。また、本実施形態では、演算部２４ａが、プログラムの実行によって実現されているが、これに限られず、例えば、専用の電子回路によって実現されても良い。
【００７２】
演算部２４ａは、例えば、複数のタイミングのそれぞれにおける第１部材としての出射用反射部１Ｍｒについての基準となる位置（基準位置とも言う）から動いた量と、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒについての基準となる位置（基準位置とも言う）から動いた量（動き量とも言う）とに基づいて、被測定物２の形状を算出する。ここで、出射用反射部１Ｍｒの基準位置および受光用反射部２Ｍｒの基準位置は、例えば、被測定物２の表面２Ｓｆのうちの出射光ＥＬ１が照射されている被照射部Ｓｐ１が基準点Ｐ０である場合における出射用反射部１Ｍｒの位置および受光用反射部２Ｍｒの位置であれば良い。
【００７３】
なお、第１部材としての出射用反射部１Ｍｒの動き量および第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの動き量には、第３変更部１２３ｃによって変更される第１部材としての出射用反射部１Ｍｒおよび第２部材としての受光用反射部２Ｍｒのそれぞれにおける位置および姿勢の少なくとも一方についての動き量が含まれ得る。このため、具体的には、例えば、制御部１２１によってサンプリングされた第１および第２回転角度θ１，θ２あるいは第１〜３回転角度θ１〜θ３に基づいて、被測定物２の形状が算出され得る。
【００７４】
また、演算部２４ａでは、例えば、光電変換部２Ｄに含まれる位置検出素子２Ｐｓから出力される電気信号に対応する受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量に応じた補正が演算に加えられて、被測定物２の形状が算出される。つまり、複数のタイミングのそれぞれにおける、第１部材としての出射用反射部１Ｍｒの動き量と、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの動き量と、受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量とに基づいて、被測定物２の形状が算出される。このように、反射光ＲＬ１の受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量も加味して、被測定物２の形状が算出され得るため、被測定物２の表面２Ｓｆの凹凸が大きい場合であっても、被測定物２の形状が精度良く測定され得る。なお、例えば、被測定物２の凹凸が小さく、受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量が検出されない場合には、該ずれ量に応じた補正は、演算に加えられなくて良い。
【００７５】
記憶部２６は、コンピューター２０で実行されるプログラムＰｇ１および各種データを記憶する。記憶部２６としては、例えば、ハードディスクおよびフラッシュメモリー等の不揮発性の記憶媒体が採用される。
【００７６】
Ｉ／Ｏ部２７は、可搬性の記憶媒体２Ｍｄの装着を受け付ける部分である。Ｉ／Ｏ部２７としては、例えば、記憶媒体２Ｍｄの装着が可能なディスクドライブ等が採用される。そして、ＣＰＵ２４およびメモリー２５は、記憶媒体２Ｍｄに記憶されているプログラムおよびデータ等を読み込んで、コンピューター２０における各種機能を実現することも可能である。
【００７７】
＜(１−３)被測定物の形状の算出＞
図５および図６は、演算部２４ａにおける被測定物２の形状の算出手法を説明するための図である。図５では、出射光ＥＬ１および反射光ＲＬ１の光路を上方（＋Ｚ側）から見た様子が模式的に示されており、出射光ＥＬ１が被測定物２の表面２Ｓｆに照射されている被照射部Ｓｐ１がＸ方向にシフトされている一例が示されている。また、図６では、出射光ＥＬ１および反射光ＲＬ１の光路を側方（＋Ｘ側）から見た様子が模式的に示されており、被照射部Ｓｐ１が−Ｚ方向にシフトされている一例が示されている。
【００７８】
まず、図５で示されるように、被測定物２の表面２Ｓｆ上において被照射部Ｓｐ１が±Ｘ方向にシフトされる場合を想定する。この場合、第１および第２角度センサー１Ｓｒ，２Ｓｒによって検出される第１および第２回転角度θ１，θ２と基線長ｄとを用いた三角測量の原理に沿った演算により、被照射部Ｓｐ１のＸ座標およびＹ座標が算出され得る。
【００７９】
図５では、発光部１１ａの点ＰＡから出射光ＥＬ１が出射され、被照射部Ｓｐ１で出射光ＥＬ１が反射されることで生じる反射光ＲＬ１が、受光部１１ｂの点ＰＢで受光される様子が示されている。なお、本実施形態では、点ＰＡは、出射用反射部１Ｍｒにおいて光源部１Ｌｚからの出射光ＥＬ１が反射される点であり、点ＰＢは、受光用反射部２Ｍｒにおいて被照射部Ｓｐ１からの反射光ＲＬ１が反射される点である。
【００８０】
ここで、例えば、被照射部Ｓｐ１が基準点Ｐ０である状態を基準の状態（基準状態とも言う）とする。図５では、基準状態における出射光ＥＬ１の光路および反射光ＲＬ１の光路が太い一点鎖線で描かれている。そして、基準状態において、ＸＹ平面上で、Ｘ軸に平行な基線Ｌｓ０と出射光ＥＬ１の光路とが成す角度を第１基準角度α、Ｘ軸に平行な基線Ｌｓ０と反射光ＲＬ１の光路とが成す角度を第２基準角度β、基準点Ｐ０の座標を（Ｘ０，Ｙ０）とする。
【００８１】
また、図５では、被照射部Ｓｐ１が任意の点Ｐｎである任意の状態における出射光ＥＬ１の光路および反射光ＲＬ１の光路が太い実線で描かれている。該任意の状態における出射光ＥＬ１の光路と、基準状態における出射光ＥＬ１の光路とが成す角度が、出射用反射部１Ｍｒの第１基準角度αからの第１回転角度θ１に相当する。また、該任意の状態における反射光ＲＬ１の光路と、基準状態における反射光ＲＬ１の光路とが成す角度が、受光用反射部２Ｍｒの第２基準角度βからの第２回転角度θ２に相当する。このとき、任意の点Ｐｎの座標（Ｘｐ，Ｙｐ）は、４つの角度α，β，θ１，θ２および基線Ｌｓ０の長さ（基線長）ｄが既知であれば、式（１）および式（２）によって算出され得る。なお、４つの角度α，β，θ１，θ２は、第１および第２角度センサー１Ｓｒ，２Ｓｒによって検出され、基線長ｄは、出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒの設置条件によって予め決められる。なお、ここでは、第１および第２回転角度θ１，θ２は、第１および第２基準角度α，βを基準として、時計回りの方向が正の値を示し、反時計回りの方向が負の値を示す。
【００８２】
【数１】
2017067531.tif 000003
【００８３】
【数２】
2017067531.tif 000004
【００８４】
ここで、例えば、被測定物２の表面２Ｓｆ上を出射光ＥＬ１によって線状に走査されつつ、複数のタイミングのそれぞれにおいて第１および第２回転角度θ１，θ２のサンプリングが行われることで、表面２Ｓｆのうちの出射光ＥＬ１で線状に走査された領域における形状が算出され得る。
【００８５】
次に、図６で示されるように、被測定物２の表面２Ｓｆ上において被照射部Ｓｐ１が±Ｚ方向にシフトされる場合を想定する。この場合、第３角度センサー３Ｓｒによって検出される第３回転角度θ３、および点ＰＡと点ＰＢとを結ぶＸ方向に伸びる基線Ｌｓ０と任意の点Ｐｎとの間のＹ方向における距離Ｌｎが既知であれば、式（３）によって、点ＰｎのＺ座標Ｚｐが算出され得る。距離Ｌｎは、例えば、上記式（２）によって算出されるＹ座標から算出され得る。
【００８６】
【数３】
2017067531.tif 000005
【００８７】
ここで、例えば、被測定物２の表面２Ｓｆ上を出射光ＥＬ１によって左右方向および上下方向に走査されつつ、複数のタイミングのそれぞれにおいて第１〜３回転角度θ１〜θ３のサンプリングが行われることで、表面２Ｓｆのうちの出射光ＥＬ１で走査された領域における形状が算出され得る。なお、ここでは、第３回転角度θ１は、ＸＹ平面を基準として、時計回りの方向が正の値を示し、反時計回りの方向が負の値を示す。
【００８８】
次に、位置検出素子２Ｐｓにおいて受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量に応じた電気信号が出力され、該ずれ量に応じた補正が加えられて被測定物２の形状が算出される場合を想定する。ここで、位置検出素子２Ｐｓにおける受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのＸ方向におけるずれ量Ｘｓａ、および点ＰＢから位置検出素子２Ｐｓまでに至る第２反射光ＲＬ１２の光路の長さＬｈが既知であれば、式（４）によって、第２回転角度θ２が補正され得る。
【００８９】
【数４】
2017067531.tif 000006
【００９０】
ここでは、例えば、被測定物２の表面２Ｓｆ上を出射光ＥＬ１によって左右方向および上下方向に走査されつつ、複数のタイミングのそれぞれにおいて、第１〜３回転角度θ１〜θ３ならびに位置検出素子２Ｐｓから出力される電気信号または該電気信号に対応する受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量がサンプリングされる。そして、例えば、光電変換部２Ｄに含まれる位置検出素子２Ｐｓから出力される電気信号に対応する受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量に応じた補正が演算に加えられて、被測定物２の形状が算出される。これにより、被測定物２の表面２Ｓｆの凹凸が大きな場合等、光検出部２Ｄｄにおいて反射光ＲＬ１の受光領域Ｒｒの基準領域Ｒｓ０からのずれ量がゼロとなるようなフィードバック制御において追従し切れない遅れ分の補正が実現される。
【００９１】
＜(１−４)形状測定装置の動作フロー＞
図７は、形状測定装置１における被測定物２の形状を測定する動作（形状測定動作とも言う）に係る動作フローを例示するフローチャートである。本動作フローは、例えば、指令部２００による指令および制御によって実行され得る。ここでは、例えば、形状測定装置１を使用するユーザーの動作に応じた入力部２１における信号の入力に応答して、形状測定装置１が、形状測定動作を開始することで、本動作フローが開始されて、ステップＳ１に進む。
【００９２】
ステップＳ１では、制御部１２１および発光回路１２ｗによって、光源部１Ｌｚが点灯される。
【００９３】
ステップＳ２では、制御部１２１によって、第１変更部１２３ａによる第１モーター１Ｍｔの回転および第２変更部１２３ｂによる第２モーター２Ｍｔの回転が制御されることで、出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒが回転する運動が開始される。換言すれば、制御部１２１によって、発光部１１ａに含まれる第１部材としての出射用反射部１Ｍｒの運動が第１変更部１２３ａに制御させられるとともに、受光部１１ｂに含まれる第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの運動が第２変更部１２３ｂに制御させられる。これらの制御によれば、光源部１Ｌｚからの出射光ＥＬ１の発光部１１ａから被測定物２の表面２Ｓｆに向けた出射角度が変化させられつつ、被測定物２の表面２Ｓｆが出射光ＥＬ１で走査される。また、出射光ＥＬ１による被測定物２の表面２Ｓｆの走査と並行して、第２変更部１２３ｂによる受光用反射部２Ｍｒの運動の制御により、被測定物２の表面２Ｓｆにおいて出射光ＥＬ１の照射に応じて生じる反射光ＲＬ１の受光部１１ｂへの入射角度が変化させられる。このとき、受光部１１ｂにおいて、反射光ＲＬ１を受光している受光領域Ｒｒの基準領域Ｒｓ０からのずれ量に応じて光電変換部２Ｄに含まれる光検出部２Ｄｄから出力される電気信号に応じて、受光領域Ｒｒが基準領域Ｒｓ０に一致している状態が維持される。
【００９４】
ステップＳ３では、指令部２００によって、複数のタイミングのそれぞれにおいて、第１〜３回転角度θ１〜θ３ならびに位置検出素子２Ｐｓから出力される電気信号または該電気信号に対応する受光領域Ｒｔの基準領域Ｓｔ０からのずれ量がサンプリングされる。
【００９５】
ステップＳ４では、制御部１２１によって、第１変更部１２３ａによる第１モーター１Ｍｔの回転および第２変更部１２３ｂによる第２モーター２Ｍｔの回転に基づく出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒが回転する駆動が終了される。
【００９６】
ステップＳ５では、制御部１２１および発光回路１２ｗによって、光源部１Ｌｚが消灯される。
【００９７】
ステップＳ６では、演算部２４ａによって、ステップＳ３における複数のタイミングのそれぞれにおける第１部材としての出射用反射部１Ｍｒの動き量と、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの動き量とに基づいて、被測定物２の形状が算出される。ここで、出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒの動き量は、ステップＳ３でサンプリングされた第１〜３回転角度θ１〜θ３である。なお、ここでは、ステップＳ２〜Ｓ４の処理が終了した後に、ステップＳ６の処理が行われたが、これに限られず、例えば、ステップＳ３処理と並行して、ステップＳ３で得られる動き量を用いて、ステップＳ６の処理が行われても良い。そして、ステップＳ６の処理が終了されると、本動作フローが終了される。
【００９８】
このような動作フローによれば、被測定物２の形状を算出する際における補正処理が極力抑制され、光電変換部２Ｄにおいて基準領域Ｒｓ０（Ｓｔ０）付近の広い領域で反射光ＲＬ１が受光されて反射光ＲＬ１の細かなシフトが検出され得る。その結果、被測定物２の形状が精度良く測定され得る。
【００９９】
＜(１−５)一実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態に係る形状測定装置１では、発光部１１ａから出射される出射光ＥＬ１によって被測定物２の表面２Ｓｆが走査される際に、受光部１１ｂの光電変換部２Ｄにおいて、受光領域Ｒｒ（Ｒｔ）が基準領域Ｒｓ０（Ｓｔ０）に一致している状態が維持される。これにより、被測定物２の形状を算出する際における補正処理が極力抑制され、光電変換部２Ｄにおいて基準領域Ｒｓ０（Ｓｔ０）付近の広い領域で反射光ＲＬ１が受光されて反射光ＲＬ１の細かなシフトが検出され得る。このため、被測定物２の形状が精度良く測定され得る。
【０１００】
＜(２)変形例＞
なお、本発明は上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【０１０１】
例えば、上記一実施形態では、発光部１１ａにおいて、第１部材としての出射用反射部１Ｍｒの回転によって、出射角度が変更されたが、これに限られない。例えば、出射用反射部１Ｍｒが設けられることなく、光源部１Ｌｚが第１部材として回転されることで、出射角度が変更されても良い。すなわち、発光部１１ａは、出射光ＥＬ１を発する光源部１Ｌｚを含み、且つ該出射光ＥＬ１の被測定物２の表面２Ｓｆに向けた出射角度を変更させることで、被測定物２の表面２Ｓｆを出射光ＥＬ１で走査する構成を有するものであれば良い。
【０１０２】
また、上記一実施形態では、駆動部１１ｃがユニット本体部１１Ｂｄを回転させることで、被照射部Ｓｐ１がＺ方向にシフトされたが、これに限られない。例えば、駆動部１１ｃが、ユニット本体部１１Ｂｄの位置を±Ｚ方向に直線的にシフトさせても良い。これにより、出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒのそれぞれにおける位置が変更され得る。このとき、例えば、上述した式（３）によって点ＰｎのＺ座標Ｚｐが算出される代わりに、出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒの±Ｚ方向におけるシフト量が、点ＰｎのＺ座標Ｚｐとされ得る。
【０１０３】
さらに、駆動部１１ｃによって、出射用反射部１Ｍｒおよび受光用反射部２Ｍｒが、例えば、回転および平行移動の組合せによって、運動される構成が採用されても良い。すなわち、第３変更部１２３ｃによって、第１部材としての出射用反射部１Ｍｒおよび第２部材としての受光用反射部２Ｍｒのそれぞれにおける位置および姿勢の少なくとも一方が変更されれば良い。これにより、被測定物２の表面２Ｓｆにおいて被照射部Ｓｐ１が、第１変更部１２３ａによる出射角度の変更によって該被照射部Ｓｐ１が移動する方向（ここでは、Ｘ方向）に対して交差する方向（ここでは、Ｚ方向）にも移動し得る。
【０１０４】
また、上記一実施形態では、受光部１１ｂにおいて、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの回転によって、光電変換部２Ｄにおいて受光領域Ｒｒ（Ｒｔ）が基準領域Ｒｓ０（Ｓｔ０）に一致している状態が維持されたが、これに限られない。例えば、受光用反射部２Ｍｒの回転に加えて、または受光用反射部２Ｍｒの回転の代わりに、光電変換部２Ｄに含まれる光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓが受光面に沿った方向に直線的にシフトされても良い。すなわち、受光部１１ｂは、被測定物２の表面２Ｓｆにおいて出射光ＥＬ１の照射に応じて生じる反射光ＲＬ１を受光し、被測定物２から受光部１１ｂへの該反射光ＲＬ１の入射角度の変化に応じて、該反射光ＲＬ１を受光している受光領域Ｒｒ（Ｒｔ）の基準領域Ｒｓ０（Ｓｔ０）からのずれ量に応じた電気信号を出力する光電変換部２Ｄを含んでいれば良い。
【０１０５】
このような構成が採用される場合には、例えば、光電変換部２Ｄに含まれる光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓのシフト量から、反射光ＲＬ１への受光部１１ｂの入射角度の変化量が算出され得る。そして、該入射角度の変化量が、第２回転角度θ２に対応するため、第２回転角度θ２の代わりに、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓのシフト量あるいは該シフト量から求まる入射角度の変化量が用いられることで、被測定物２の形状が算出され得る。なお、この場合、例えば、受光用反射部２Ｍｒが設けられていなければ、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓのシフト量に応じて、基線長ｄが変更され得る。
【０１０６】
また、上記一実施形態では、分割型フォトダイオードとして、２分割フォトダイオードが採用されたが、これに限られない。例えば、分割型フォトダイオードとして、図８で示されるように、受光面エリアＡｒ１が第１〜４エリアＡｒ１ａ〜Ａｒ１ｄに分割された４分割フォトダイオード等、受光面エリアＡｒ１が３以上のエリアに分割されたものが採用されても良い。分割型フォトダイオードとして、４分割フォトダイオードが採用される場合、光検出部２Ｄｄにおいて、第１，第３エリアＡｒ１ａ，Ａｒ１ｃからそれぞれ出力される電気信号の差分がゼロとなるようなフィードバック制御で、受光用反射部２Ｍｒの回転が制御され得る。
【０１０７】
また、上記一実施形態では、光検出部２Ｄｄとして分割型フォトダイオードが採用されたが、これに限られない。例えば、図９で示されるように、光検出部２Ｄｄとして、フォトダイオード等で構成された受光面エリアＡｒ１の前面にスリットＳＬ１を有する遮蔽板ＢＤ１が配された構成を有するものが採用されても良い。このとき、反射光ＲＬ１（具体的には、第１反射光ＲＬ１１）のうち、スリットＳＬ１を通過する光が、受光面エリアＡｒ１に照射される。そして、例えば、基準領域Ｒｓ０が、スリットＳＬ１から該スリットＳＬ１の短手方向（ここでは、−Ｙ方向）にずらされていれば、受光領域Ｒｒが基準領域Ｒｓ０からずれる方向によって、光検出部２Ｄｄから出力される電気信号の増減の態様が異なり得る。また、受光領域Ｒｒの基準領域Ｒｓ０からのズレ量に応じた電気信号が出力され得る。
【０１０８】
図１０および図１１は、遮蔽板ＢＤ１が設けられた光検出部２Ｄｄにおける受光領域Ｒｒの中心の位置（受光位置とも言う）と電気信号の出力との関係を模式的に示す図である。図１０には、受光領域Ｒｒと基準領域Ｒｓ０とが一致している際に出力される電気信号が模式的に示されており、図１１には、受光領域Ｒｒが基準領域Ｒｓ０から＋Ｙ方向にずれた受光領域Ｒｒｎである際に出力される電気信号が模式的に示されている。図１０および図１１には、ハッチングが付された部分の面積が、例えば、出力される電気信号の電圧に相当し得る。図１０および図１１で示されるように、受光領域Ｒｒのシフト量に応じて、出力される電気信号は変化する。図１０から図１１で示されるように、受光領域Ｒｒが基準領域Ｒｓ０から＋Ｙ方向にシフトすれば、出力される電気信号が増加する。一方、受光領域Ｒｒが基準領域Ｒｓ０から−Ｙ方向にシフトすれば、出力される電気信号が減少する。
【０１０９】
なお、ここでは、光検出部２Ｄｄにおいて基準領域Ｒｓ０がスリットＳＬ１の短手方向としての−Ｙ方向にずらされていたが、これに限られない。例えば、光検出部２Ｄｄにおいて基準領域Ｒｓ０がスリットＳＬ１の短手方向としての＋Ｙ方向にずらされていても良い。また、例えば、光検出部２Ｄｄにおいて基準領域Ｒｓ０がスリットＳＬ１の短手方向としての＋Ｙ方向にずらされた構成を有するものが加えられても良い。これにより、光検出部２Ｄｄにおいて、受光領域Ｒｒの基準領域Ｒｓ０からのズレ方向およびズレ量に応じた電気信号がより明瞭に出力され得る。このような構成が採用される場合には、２以上の光電変換素子のそれぞれから出力される電気信号の関係に応じて、受光領域Ｒｒが基準領域Ｒｓ０に一致している状態が維持されるように、第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの運動が制御され得る。
【０１１０】
また、上記一実施形態では、光電変換部２Ｄに、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓが含まれていたが、これに限られない。例えば、光電変換部２Ｄには、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓのうちの少なくとも一方が含まれていれば良い。つまり、例えば、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓのうちの一方が、光検出部２Ｄｄおよび位置検出素子２Ｐｓの双方の役割を併せ持つ構成が採用されても良い。
【０１１１】
また、上記一実施形態では、被測定物２の表面２Ｓｆ上に出射光ＥＬ１が照射されている被照射部Ｓｐ１としての点Ｐｎについて、Ｘ座標、Ｙ座標およびＺ座標が算出されたが、これに限られない。例えば、点Ｐｎについて、Ｘ座標およびＹ座標が算出され、Ｚ座標が算出されない構成が採用されても良い。このとき、例えば、被測定物２をＸＹ平面で切断した場合における該被測定物２の表面２Ｓｆの形状が測定され得る。
【０１１２】
また、上記一実施形態では、第１部材としての出射用反射部１Ｍｒの第１回転軸１Ａｘおよび第２部材としての受光用反射部２Ｍｒの第２回転軸２Ａｘが、相互に平行であったが、これに限られない。例えば、第１回転軸１Ａｘと第２回転軸２Ａｘとが平行でなくとも良い。例えば、第１回転軸１Ａｘと第２回転軸２Ａｘとが平行である関係から若干ずれていても、＋Ｚ方向から見た際の出射角度および入射角度の変化に対応する第１および第２回転角度θ１，θ２が検出されれば、被測定物２の形状が算出され得る。
【０１１３】
また、上記一実施形態では、指令部２００が、制御部１２１およびコンピューター２０を含んでいたが、これに限られない。例えば、指令部２００が、制御部１２１およびコンピューター２０の少なくとも一方を有していれば良い。
【０１１４】
なお、上記一実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【０１１５】
１  形状測定装置
１Ａｘ  第１回転軸
１Ｇｍ  第１反射ユニット
１Ｌｚ  光源部
１Ｍｒ  出射用反射部
１Ｍｔ  第１モーター
１Ｓｒ  第１角度センサー
２  被測定物
２Ａｘ  第２回転軸
２Ｄ  光電変換部
２Ｄｄ  光検出部
２Ｇｍ  第２反射ユニット
２Ｈｍ  ビームスプリッター
２Ｌｎ  レンズ部
２Ｍｒ  受光用反射部
２Ｍｔ  第２モーター
２Ｐｓ  位置検出素子
２Ｓｆ  表面
２Ｓｒ  第２角度センサー
３Ａｘ  第３回転軸
３Ｍｔ  第３モーター
３Ｓｒ  第３角度センサー
１０  測定装置
１１  測定ユニット
１１ａ  発光部
１１ｂ  受光部
１１ｃ  駆動部
１２  制御ユニット
２０  コンピューター
２４ａ  演算部
１２１  制御部
１２３ａ〜１２３ｃ  第１〜３変更部
２００  指令部
Ａａ１，Ａｒ１  受光面エリア
Ａｒ１ａ〜Ａｒ１ｄ  第１〜４エリア
Ａｒ１１，Ａｒ１２  第１および第２エリア
ＥＬ１  出射光
Ｌｓ０  基線
ＲＬ１  反射光
ＲＬ１１  第１反射光
ＲＬ１２  第２反射光
Ｒｒ，Ｒｒ０，Ｒｔ，Ｒｔ０  受光領域
Ｒｓ０，Ｓｔ０  基準領域
ＳＬ１  スリット
Ｓｐ１  被照射部
ｄ  基線長
【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】
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