JP2005009897A - 表面状態計測装置の位置決め装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被検体に照射された線状レーザ光の反射光と参照光との干渉画像から被検体の表面の状態を計測する表面状態計測装置の位置決め装置において、被検体上のレーザ光の照射位置とラインカメラによる撮影位置との位置合わせをより迅速に精度良く行う。
【解決手段】照射方向調整機構は、照射光学系機構16からの照射光の照射方向を変化させることにより被検体18上の照射位置を変化させる。強度検出部26は、ラインカメラ20で取得された画像から各照射位置での反射光強度を取得する。この反射光強度は、ラインカメラ20の撮影領域が照射領域に一致するときに最大となる。よって、アライメント制御部28は、反射光強度が最大となるように、照射方向調整機構を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】照射方向調整機構は、照射光学系機構16からの照射光の照射方向を変化させることにより被検体18上の照射位置を変化させる。強度検出部26は、ラインカメラ20で取得された画像から各照射位置での反射光強度を取得する。この反射光強度は、ラインカメラ20の撮影領域が照射領域に一致するときに最大となる。よって、アライメント制御部28は、反射光強度が最大となるように、照射方向調整機構を制御する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に照射された線状レーザ光の反射光をラインカメラで取得し、その反射光と参照光との干渉画像から被検体の表面の状態を計測する表面状態計測装置の位置決め装置であって、特に、被検体表面上で計測位置を移動させる場合に好適な装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
被検体表面に線状のレーザ光を照射し、その反射光を含む二つの光の干渉(例えば反射光と照射光から分光した参照光との干渉)によって生じたパターンや模様から、被検体表面の振動や変形などを計測する手法がある。特許文献1には、干渉縞を観察することにより、レンズその他の光学系精密製品の表面状態を検査する干渉計が開示されている。そして、この種の計測法では、被検体表面上のレーザ光の照射位置と、被検体表面上でのラインセンサによる撮影位置とを、精度良く位置合わせする必要がある。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−83609号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被検体表面上のレーザ光の照射位置と被検体表面上でのラインセンサによる撮影位置との位置合わせは、従来は、作業者による手作業によって行われており、高い精度で位置合わせするには非常に手間がかかるという問題があった。また、測定対象や測定実施場所によって条件が変わるので、そのたびに当該位置合わせ作業をやり直しする必要があった。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より迅速にかつ精度良く位置合わせできる表面状態計測装置の位置決め装置を得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置は、被検体に照射された線状レーザ光の反射光をラインカメラで取得し、その反射光と参照光との干渉画像から該被検体の表面の状態を計測する表面状態計測装置の位置決め装置であって、被検体に対するレーザ光の照射位置およびラインカメラによる被検体の撮影位置のうち少なくともいずれか一方を移動させる位置調整手段と、各照射位置または各撮影位置でラインカメラによって取得された反射光の強度を検出する強度検出手段と、上記強度検出手段の検出結果に基づいて上記照射位置と上記撮影位置とが強度についての所定の基準を満たす位置関係となるように上記位置調整手段を制御するアライメント制御手段と、を備える。
【0007】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、被検体の検査面を撮影するエリアカメラで取得された画像から上記照射位置を計測位置として検出する計測位置検出手段と、上記位置調整手段とは別個に設けられる計測位置調整手段であって上記照射位置と上記撮影位置とが上記基準を満たす位置関係でロックされた状態で上記計測位置を移動させる計測位置調整手段と、上記計測位置検出手段の検出結果に基づいて計測位置を指示された計測要求位置に移動させるべく上記計測位置調整手段を制御する計測位置制御手段と、を備えるのが好適である。
【0008】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、被検体にレーザ光を照射する照射光学系機構とラインカメラとが、被検体に対して相対的に移動自在な可動ベースに設けられ、上記計測位置調整手段は、上記可動ベースを移動させるものであるのが好適である。
【0009】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、上記位置調整手段は、上記照射光学系機構から被検体に対するレーザ光の照射方向を変更するものであるのが好適である。
【0010】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、上記位置調整手段は、上記可動ベースに対するラインカメラの位置を変更するものであるのが好適である。
【0011】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、上記可動ベース外に設けられた光源からのレーザ光を、上記照射光学系機構のレーザ光入射部に向けて、該可動ベースの移動方向またはその逆方向に出射する伝達光学系機構を備えるのが好適である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態につき、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置10の要部の概略構成を示す上面図、図2は、図1の一部の側面図である(ただし図1および図2は、計測対象たる被検体18も含む)。
【0013】
図1および図2に示すように、光源12から出力されたスポット状のレーザ光は、伝達光学系機構14を介して照射光学系機構16に入射される。照射光学系機構16は、複数のミラー16a,16b,16c,16eおよびシリンドリカルレンズ16dを有している。このうち、シリンドリカルレンズ16dは、スポット状のレーザ光を線状のレーザ光に変換する。そして、経路の最後のミラー16eで反射されたレーザ光が被検体18の表面上に照射される。
【0014】
ラインカメラ20は、被検体18に照射された線状のレーザ光の画像を取得する。すなわち、ラインカメラ20には、照射された線状レーザ光が被検体18で反射された光(すなわち反射光)が入力される。一方、本実施形態では、ミラー16bはハーフミラーとして構成されており、このハーフミラー16bによって分光された光が、例えば光ファイバ16fを経由して、参照光としてラインカメラ20に入力される。そして、このラインカメラ20において、反射光と参照光との干渉によって生じた干渉パターン(例えばスペックルパターン)が取得される。干渉パターンは表面状態計測部21に送られ、ここで被検体18の振動や変位等の表面状態が計測される。前記光源12、伝達光学系機構14、照射光学系機構16、ラインカメラ20、表面状態計測部21により、表面状態計測装置10が構成されている。
【0015】
さて、上述したように、ラインカメラ20には被検体18からのレーザ光の反射光が入力される。ところが、ここでラインカメラ20による被検体18の撮影位置と、照射光学系機構16からの被検体18への照射位置と、がずれていると、精度の高い測定を行うことができなくなる。そこで、本実施形態では、それらを自動的に位置合わせするための機構が設けられている。具体的には、照射光学系機構16から被検体18に照射するレーザ光の照射方向を変化させる照射方向調整機構22(図3)、ラインカメラ20の位置または姿勢を変えるラインカメラ位置調整機構24(図4)、ラインカメラ20で取得された反射光からその強度を検出する強度検出部26(図1,図3,図4)、および検出された反射光の強度に基づいて照射方向調整機構22および/またはラインカメラ位置調整機構24を制御するアライメント制御部28(図1,図3,図4)が設けられている。
【0016】
このうち照射方向調整機構22は、例えば、ミラー16eの角度を変化させる機構として構成することができる。図3は、ミラー16eを水平軸周りに回動(または揺動)することで、その照射方向を上下に変化させ、被検体18表面における照射位置を上下に移動させる照射方向調整機構22の一構成例を示す側面図である。ここで、ミラー16eの一端側は、支持部材31(図示しない脚部を介して可動ベース38に固定されている)に、水平軸周りに回動自在となるように支持されている。またミラー16eの他端側は、ボールナット32に接続されている。このボールナット32は、シャフト34に螺合されており、シャフト34の回転によってシャフト34の軸方向に進退するようになっている。そしてモータ36は、アライメント制御部28からの制御信号に基づいてシャフト34を回動する。このような構成により、アライメント制御部28によってミラー16eの角度が適切に調整されて、適切な照射位置を得ることができる。なお、ここで示したのはあくまで一例であって、照射位置の上下方向の移動はこれ以外の機構によってももちろん可能である。また、ここでは照射位置を上下させる場合についてのみ示したが、水平方向やその他の方向にも移動させられることは、容易に理解できよう。
【0017】
ラインカメラ位置調整機構24は、例えば、ラインカメラ20の位置を変化させる機構として構成することができる。図4は、ラインカメラ20の上下方向の位置(すなわち可動ベース38からの距離)を変化させることにより被検体18表面の撮影位置を上下に移動させるラインカメラ位置調整機構24の一構成例を示す図である。ラインカメラ位置調整機構24は、ラインカメラ20を支持する可動脚40の他、図3とほぼ同様に構成されたボールナット42、シャフト44およびモータ46を含む。可動脚40は、一つの回動支持点で交叉する二つの脚部材からなり、その交叉角度に応じて可動脚40の高さが変化するようになっている。ここで、脚部材の一方にはボールナット42が接続されている。このため、モータ46の回動によりボールナット42が水平方向に進退すると、二つの脚部材の交叉角度が変化し、可動脚40の高さが変化する。したがって、アライメント制御部28によってモータ46の回転を制御することで、可動脚40の高さすなわちラインカメラ20の上下方向の位置を調整し、適切な撮影位置に位置合わせすることができる。なお、ここで示したのはあくまで一例であって、撮影位置の上下方向の移動はこれ以外の機構によってももちろん可能である。また、ここでは撮影位置を上下させる場合についてのみ示したが、水平方向やその他の方向にも移動させられることは、容易に理解できよう。
【0018】
アライメント制御部28は、強度検出部26の検出結果に基づいて、照射方向調整機構22およびラインカメラ位置調整機構24のうち少なくともいずれか一方を制御して、被検体18上の照射位置と撮影位置とを位置合わせする。ここで、アライメント制御部28による位置合わせについて説明する。図5(a)〜(c)は、被検体18の検査面上の照射領域Rと撮影領域Aとをその正面側から見た模式図である。なお、ここでは、照射方向調整機構22を制御することにより照射領域Rの位置(すなわち照射位置)を上下方向に移動させるケースを例にあげて説明する。まず、アライメント制御部28は、照射方向調整機構22を制御し、所定範囲内(例えば被検体18の計測表面の上端から下端まで)で、照射領域Rを上下させる。強度検出部26は、各照射位置(すなわち各照射方向)で、ラインカメラ20で撮影された画像の輝度値の合計値(または平均値)等として反射光の強度を取得する。ここで取得された強度は、その照射方向(角度)に対応付けて記憶装置(例えばメモリ、ハードディスク等;図示せず)に記憶される。そして、アライメント制御部28は、所定範囲内で取得した各照射方向の反射光強度のうち、その最大値および最大値となる照射方向を検出し、その照射方向となるように照射方向調整機構22を制御する。図5の例では、(a)〜(c)の中では、撮影領域Aと照射領域Rとの重なり合う面積が最も大きい(b)のとき、反射光の強度は最大になる。したがって、アライメント制御部28は、照射方向調整機構22を制御して、(a)の状態のときは照射領域Rを下向きに移動し、また(c)の状態のときは照射領域Rを上向きに移動して、最終的に照射領域Rと撮影領域Aとが(b)の状態になるようにする。
【0019】
このように、本実施形態によれば、手作業によらず、より迅速にかつ精度良く、照射位置と撮影位置とを位置合わせすることができる。
【0020】
ところで、図2に示すように、本実施形態では、照射光学系機構16およびラインカメラ20は、いずれも可動ベース38上に設けられており、本発明の位置調整手段としての照射方向調整機構22およびラインカメラ位置調整機構24は、いずれも、この可動ベース38上で、照射光の方向またはラインカメラ20の位置(または姿勢)を制御して、照射位置と撮影位置との位置合わせを行う。そして、本実施形態では、その可動ベース38の位置を制御して、被検体18の計測位置すなわち被検体18に対するレーザ光の照射位置を移動させる。かかる構成とすることで、照射位置と撮影位置とが位置合わせされた状態を維持しながら、換言すれば、照射位置と撮影位置との位置合わせに影響を与えることなく、計測位置を被検体18上の任意の位置に移動させることができる。
【0021】
次に、本実施形態における計測位置の調整について説明する。この計測位置の調整のために、本実施形態では、被検体18の検査面を撮影するエリアカメラ50、所定の演算処理を実行しかつ他の構成要素を制御する演算処理部52、被検体18の画像を出力する出力部(例えばディスプレイ)54、出力部54に出力された画像に対応して計測要求位置を入力するための入力部(例えばマウス、キーボード等)56、および可動ベース38を移動させることにより計測位置を移動させる計測位置調整機構58が、設けられる。
【0022】
ここで、エリアカメラ50は、照射領域Rを含む被検体18の検査面の画像を取得することができるように構成および配置される。本来、ラインカメラ20による計測位置は上記撮影領域Aであるが、上述したようにして撮影領域Aと照射領域Rとが位置合わせされた後であれば、照射領域Rを計測位置とみなすことができる。このため、既に位置合わせが終了したことを前提として、演算処理部52は、エリアカメラ50で取得した画像情報に所定の画像処理(例えば、二値化、フィルタリング、ラベリング、グルーピング等)を施し、輝度値の高い照射領域Rの位置として計測位置を取得する。
【0023】
また、演算処理部52は、オペレータに計測位置を選択指示させるべく、出力部54の画面に被検体18の画像を表示させる。図6は、出力部54で表示された被検体18の検査面の画像(画像処理済み)の一例を模式的に示す図である。演算処理部52によって制御される出力部54は、図6に示すように、被検体18の検査面、照射領域R、および計測要求位置を指定させるためのカーソル62を表示する。オペレータは、入力部56を操作して画面上で計測要求位置までカーソル62を移動させ、その位置が計測要求位置であることを示すための入力操作(例えばダブルクリック等)を行う。演算処理部52は、その入力操作に対応した信号を受け取ると、その時点におけるカーソル62の画面上の座標から、実座標における計測要求位置を取得し、さらに、その計測要求位置に現在の計測位置を移動させるための制御信号を生成して、これを計測位置調整機構58に入力する。
【0024】
計測位置調整機構58は、上述したように、可動ベース38を移動させる機構として構成される。具体的な構成例を図2を参照して説明すると、計測位置調整機構58は、可動ベース38を支持する可動脚64の他、図4とほぼ同様に構成されたボールナット66、シャフト68およびモータ70を含む。そして、可動脚64は、一つの回動支持点で交叉する二つの脚部材からなり、その交叉角度に応じて可動脚64の高さが変化するようになっている。ここで、脚部材の一方にはボールナット66が接続されている。このため、モータ70の回動によりボールナット66が水平方向に進退すると、二つの脚部材の交叉角度が変化し、可動脚64の高さが変化する。したがって、演算処理部52によってモータ70の回転を制御することで、可動脚64の高さすなわち可動ベース38の上下方向の位置を調整し、計測位置(照射領域R)を計測要求位置に移動することができる。なお、ここで示したのはあくまで一例であって、計測位置の上下方向の移動はこれ以外の機構によってももちろん可能である。また、ここでは撮影位置を上下させる場合についてのみ示したが、水平方向やその他の方向にも移動させられることは、容易に理解できよう。
【0025】
ところで、光源12からの照射レーザ光の出力を大きくしようとすると、光源12は大きくかつ重くなる。このため高出力の光源12を可動ベース38上に設けると、計測位置調整機構58によって動かされる部分(可動ベース38とそれに設置される装置構成)が大きくかつ重くなって装置全体が大型化し、またその移動に要するエネルギ消費が増大するという問題が生じる。かと言って、可動ベース38上に光源12を搭載するために照射レーザ光の出力を下げると、測定精度が低下したり、被検体の大きさや測定条件(例えば被検体と照射光学系機構との距離等)に制限が生じる場合がある。そこで、本実施形態では、光源12を可動ベース38外の移動しない部分(例えば基台30)に固定し、光源12からのレーザ光を、伝達光学系機構14を介して照射光学系機構16に入射するようにしている。具体的には、図2に示すように、光源12から出射されたレーザ光を照射光学系機構16に向けて反射するミラー14aを基台30に設置し、ミラー14aから出射されて照射光学系機構16の入射部となるミラー16aに向かうレーザ光の進行方向が、可動ベース38の移動方向と一致する(平行になる)ようにする。こうすることで、可動ベース38がどの位置に移動しても、ミラー14aからのレーザ光はミラー16aに入射し、照射光学系機構16に入力されることになる。このような構成により、光源12を可動ベース38外に設置することができるので、高出力の光源12を容易に採用することができるようになる。また、光源12を可動ベース38上に設置した場合に比べて計測位置調整機構58による被駆動部分が軽量化される。なお、図2の例では、伝達光学系機構14から照射光学系機構16に入力されるレーザ光は下から上に向かうが、これを上から下に向かうようにしてもよい。
【0026】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、照射位置と撮影位置との位置合わせをより迅速にかつ精度良く行うことができるとともに、それらの位置合わせに影響を及ぼすことなく、計測位置を計測要求位置により容易にかつより迅速に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置の要部の一例を示す上面図である。
【図2】図1の表面状態計測装置(の一部)の側面図である。
【図3】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置の照射方向調整機構の一構成例を示す図である。
【図4】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置のラインカメラ位置調整機構の一構成例を示す図である。
【図5】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置における被検体の検査面上の照射領域Rと撮影領域Aとを照射元側から見た模式図である。
【図6】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置の出力部で表示される被検体の検査面の画像の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
10 表面状態計測装置、12 光源、14 伝達光学系機構、16 照射光学系機構、16a,16c,16e ミラー、16b ハーフミラー(ミラー)、16d シリンドリカルレンズ、18 被検体、20 ラインカメラ、21 表面状態計測部、22 照射方向調整機構、24 ラインカメラ位置調整機構、26 強度検出部、28 アライメント制御部、30 基台、31 支持部材、32 ボールナット、34 シャフト、36 モータ、38 可動ベース、40可動脚、42 ボールナット、44 シャフト、46 モータ、50 エリアカメラ、52 演算処理部、54 出力部、56 入力部、58 計測位置調整機構、62 カーソル、64 可動脚、66 ボールナット、68 シャフト、70 モータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に照射された線状レーザ光の反射光をラインカメラで取得し、その反射光と参照光との干渉画像から被検体の表面の状態を計測する表面状態計測装置の位置決め装置であって、特に、被検体表面上で計測位置を移動させる場合に好適な装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
被検体表面に線状のレーザ光を照射し、その反射光を含む二つの光の干渉(例えば反射光と照射光から分光した参照光との干渉)によって生じたパターンや模様から、被検体表面の振動や変形などを計測する手法がある。特許文献1には、干渉縞を観察することにより、レンズその他の光学系精密製品の表面状態を検査する干渉計が開示されている。そして、この種の計測法では、被検体表面上のレーザ光の照射位置と、被検体表面上でのラインセンサによる撮影位置とを、精度良く位置合わせする必要がある。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−83609号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被検体表面上のレーザ光の照射位置と被検体表面上でのラインセンサによる撮影位置との位置合わせは、従来は、作業者による手作業によって行われており、高い精度で位置合わせするには非常に手間がかかるという問題があった。また、測定対象や測定実施場所によって条件が変わるので、そのたびに当該位置合わせ作業をやり直しする必要があった。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より迅速にかつ精度良く位置合わせできる表面状態計測装置の位置決め装置を得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置は、被検体に照射された線状レーザ光の反射光をラインカメラで取得し、その反射光と参照光との干渉画像から該被検体の表面の状態を計測する表面状態計測装置の位置決め装置であって、被検体に対するレーザ光の照射位置およびラインカメラによる被検体の撮影位置のうち少なくともいずれか一方を移動させる位置調整手段と、各照射位置または各撮影位置でラインカメラによって取得された反射光の強度を検出する強度検出手段と、上記強度検出手段の検出結果に基づいて上記照射位置と上記撮影位置とが強度についての所定の基準を満たす位置関係となるように上記位置調整手段を制御するアライメント制御手段と、を備える。
【0007】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、被検体の検査面を撮影するエリアカメラで取得された画像から上記照射位置を計測位置として検出する計測位置検出手段と、上記位置調整手段とは別個に設けられる計測位置調整手段であって上記照射位置と上記撮影位置とが上記基準を満たす位置関係でロックされた状態で上記計測位置を移動させる計測位置調整手段と、上記計測位置検出手段の検出結果に基づいて計測位置を指示された計測要求位置に移動させるべく上記計測位置調整手段を制御する計測位置制御手段と、を備えるのが好適である。
【0008】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、被検体にレーザ光を照射する照射光学系機構とラインカメラとが、被検体に対して相対的に移動自在な可動ベースに設けられ、上記計測位置調整手段は、上記可動ベースを移動させるものであるのが好適である。
【0009】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、上記位置調整手段は、上記照射光学系機構から被検体に対するレーザ光の照射方向を変更するものであるのが好適である。
【0010】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、上記位置調整手段は、上記可動ベースに対するラインカメラの位置を変更するものであるのが好適である。
【0011】
また、上記本発明にかかる表面状態計測装置の位置決め装置では、上記可動ベース外に設けられた光源からのレーザ光を、上記照射光学系機構のレーザ光入射部に向けて、該可動ベースの移動方向またはその逆方向に出射する伝達光学系機構を備えるのが好適である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態につき、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置10の要部の概略構成を示す上面図、図2は、図1の一部の側面図である(ただし図1および図2は、計測対象たる被検体18も含む)。
【0013】
図1および図2に示すように、光源12から出力されたスポット状のレーザ光は、伝達光学系機構14を介して照射光学系機構16に入射される。照射光学系機構16は、複数のミラー16a,16b,16c,16eおよびシリンドリカルレンズ16dを有している。このうち、シリンドリカルレンズ16dは、スポット状のレーザ光を線状のレーザ光に変換する。そして、経路の最後のミラー16eで反射されたレーザ光が被検体18の表面上に照射される。
【0014】
ラインカメラ20は、被検体18に照射された線状のレーザ光の画像を取得する。すなわち、ラインカメラ20には、照射された線状レーザ光が被検体18で反射された光(すなわち反射光)が入力される。一方、本実施形態では、ミラー16bはハーフミラーとして構成されており、このハーフミラー16bによって分光された光が、例えば光ファイバ16fを経由して、参照光としてラインカメラ20に入力される。そして、このラインカメラ20において、反射光と参照光との干渉によって生じた干渉パターン(例えばスペックルパターン)が取得される。干渉パターンは表面状態計測部21に送られ、ここで被検体18の振動や変位等の表面状態が計測される。前記光源12、伝達光学系機構14、照射光学系機構16、ラインカメラ20、表面状態計測部21により、表面状態計測装置10が構成されている。
【0015】
さて、上述したように、ラインカメラ20には被検体18からのレーザ光の反射光が入力される。ところが、ここでラインカメラ20による被検体18の撮影位置と、照射光学系機構16からの被検体18への照射位置と、がずれていると、精度の高い測定を行うことができなくなる。そこで、本実施形態では、それらを自動的に位置合わせするための機構が設けられている。具体的には、照射光学系機構16から被検体18に照射するレーザ光の照射方向を変化させる照射方向調整機構22(図3)、ラインカメラ20の位置または姿勢を変えるラインカメラ位置調整機構24(図4)、ラインカメラ20で取得された反射光からその強度を検出する強度検出部26(図1,図3,図4)、および検出された反射光の強度に基づいて照射方向調整機構22および/またはラインカメラ位置調整機構24を制御するアライメント制御部28(図1,図3,図4)が設けられている。
【0016】
このうち照射方向調整機構22は、例えば、ミラー16eの角度を変化させる機構として構成することができる。図3は、ミラー16eを水平軸周りに回動(または揺動)することで、その照射方向を上下に変化させ、被検体18表面における照射位置を上下に移動させる照射方向調整機構22の一構成例を示す側面図である。ここで、ミラー16eの一端側は、支持部材31(図示しない脚部を介して可動ベース38に固定されている)に、水平軸周りに回動自在となるように支持されている。またミラー16eの他端側は、ボールナット32に接続されている。このボールナット32は、シャフト34に螺合されており、シャフト34の回転によってシャフト34の軸方向に進退するようになっている。そしてモータ36は、アライメント制御部28からの制御信号に基づいてシャフト34を回動する。このような構成により、アライメント制御部28によってミラー16eの角度が適切に調整されて、適切な照射位置を得ることができる。なお、ここで示したのはあくまで一例であって、照射位置の上下方向の移動はこれ以外の機構によってももちろん可能である。また、ここでは照射位置を上下させる場合についてのみ示したが、水平方向やその他の方向にも移動させられることは、容易に理解できよう。
【0017】
ラインカメラ位置調整機構24は、例えば、ラインカメラ20の位置を変化させる機構として構成することができる。図4は、ラインカメラ20の上下方向の位置(すなわち可動ベース38からの距離)を変化させることにより被検体18表面の撮影位置を上下に移動させるラインカメラ位置調整機構24の一構成例を示す図である。ラインカメラ位置調整機構24は、ラインカメラ20を支持する可動脚40の他、図3とほぼ同様に構成されたボールナット42、シャフト44およびモータ46を含む。可動脚40は、一つの回動支持点で交叉する二つの脚部材からなり、その交叉角度に応じて可動脚40の高さが変化するようになっている。ここで、脚部材の一方にはボールナット42が接続されている。このため、モータ46の回動によりボールナット42が水平方向に進退すると、二つの脚部材の交叉角度が変化し、可動脚40の高さが変化する。したがって、アライメント制御部28によってモータ46の回転を制御することで、可動脚40の高さすなわちラインカメラ20の上下方向の位置を調整し、適切な撮影位置に位置合わせすることができる。なお、ここで示したのはあくまで一例であって、撮影位置の上下方向の移動はこれ以外の機構によってももちろん可能である。また、ここでは撮影位置を上下させる場合についてのみ示したが、水平方向やその他の方向にも移動させられることは、容易に理解できよう。
【0018】
アライメント制御部28は、強度検出部26の検出結果に基づいて、照射方向調整機構22およびラインカメラ位置調整機構24のうち少なくともいずれか一方を制御して、被検体18上の照射位置と撮影位置とを位置合わせする。ここで、アライメント制御部28による位置合わせについて説明する。図5(a)〜(c)は、被検体18の検査面上の照射領域Rと撮影領域Aとをその正面側から見た模式図である。なお、ここでは、照射方向調整機構22を制御することにより照射領域Rの位置(すなわち照射位置)を上下方向に移動させるケースを例にあげて説明する。まず、アライメント制御部28は、照射方向調整機構22を制御し、所定範囲内(例えば被検体18の計測表面の上端から下端まで)で、照射領域Rを上下させる。強度検出部26は、各照射位置(すなわち各照射方向)で、ラインカメラ20で撮影された画像の輝度値の合計値(または平均値)等として反射光の強度を取得する。ここで取得された強度は、その照射方向(角度)に対応付けて記憶装置(例えばメモリ、ハードディスク等;図示せず)に記憶される。そして、アライメント制御部28は、所定範囲内で取得した各照射方向の反射光強度のうち、その最大値および最大値となる照射方向を検出し、その照射方向となるように照射方向調整機構22を制御する。図5の例では、(a)〜(c)の中では、撮影領域Aと照射領域Rとの重なり合う面積が最も大きい(b)のとき、反射光の強度は最大になる。したがって、アライメント制御部28は、照射方向調整機構22を制御して、(a)の状態のときは照射領域Rを下向きに移動し、また(c)の状態のときは照射領域Rを上向きに移動して、最終的に照射領域Rと撮影領域Aとが(b)の状態になるようにする。
【0019】
このように、本実施形態によれば、手作業によらず、より迅速にかつ精度良く、照射位置と撮影位置とを位置合わせすることができる。
【0020】
ところで、図2に示すように、本実施形態では、照射光学系機構16およびラインカメラ20は、いずれも可動ベース38上に設けられており、本発明の位置調整手段としての照射方向調整機構22およびラインカメラ位置調整機構24は、いずれも、この可動ベース38上で、照射光の方向またはラインカメラ20の位置(または姿勢)を制御して、照射位置と撮影位置との位置合わせを行う。そして、本実施形態では、その可動ベース38の位置を制御して、被検体18の計測位置すなわち被検体18に対するレーザ光の照射位置を移動させる。かかる構成とすることで、照射位置と撮影位置とが位置合わせされた状態を維持しながら、換言すれば、照射位置と撮影位置との位置合わせに影響を与えることなく、計測位置を被検体18上の任意の位置に移動させることができる。
【0021】
次に、本実施形態における計測位置の調整について説明する。この計測位置の調整のために、本実施形態では、被検体18の検査面を撮影するエリアカメラ50、所定の演算処理を実行しかつ他の構成要素を制御する演算処理部52、被検体18の画像を出力する出力部(例えばディスプレイ)54、出力部54に出力された画像に対応して計測要求位置を入力するための入力部(例えばマウス、キーボード等)56、および可動ベース38を移動させることにより計測位置を移動させる計測位置調整機構58が、設けられる。
【0022】
ここで、エリアカメラ50は、照射領域Rを含む被検体18の検査面の画像を取得することができるように構成および配置される。本来、ラインカメラ20による計測位置は上記撮影領域Aであるが、上述したようにして撮影領域Aと照射領域Rとが位置合わせされた後であれば、照射領域Rを計測位置とみなすことができる。このため、既に位置合わせが終了したことを前提として、演算処理部52は、エリアカメラ50で取得した画像情報に所定の画像処理(例えば、二値化、フィルタリング、ラベリング、グルーピング等)を施し、輝度値の高い照射領域Rの位置として計測位置を取得する。
【0023】
また、演算処理部52は、オペレータに計測位置を選択指示させるべく、出力部54の画面に被検体18の画像を表示させる。図6は、出力部54で表示された被検体18の検査面の画像(画像処理済み)の一例を模式的に示す図である。演算処理部52によって制御される出力部54は、図6に示すように、被検体18の検査面、照射領域R、および計測要求位置を指定させるためのカーソル62を表示する。オペレータは、入力部56を操作して画面上で計測要求位置までカーソル62を移動させ、その位置が計測要求位置であることを示すための入力操作(例えばダブルクリック等)を行う。演算処理部52は、その入力操作に対応した信号を受け取ると、その時点におけるカーソル62の画面上の座標から、実座標における計測要求位置を取得し、さらに、その計測要求位置に現在の計測位置を移動させるための制御信号を生成して、これを計測位置調整機構58に入力する。
【0024】
計測位置調整機構58は、上述したように、可動ベース38を移動させる機構として構成される。具体的な構成例を図2を参照して説明すると、計測位置調整機構58は、可動ベース38を支持する可動脚64の他、図4とほぼ同様に構成されたボールナット66、シャフト68およびモータ70を含む。そして、可動脚64は、一つの回動支持点で交叉する二つの脚部材からなり、その交叉角度に応じて可動脚64の高さが変化するようになっている。ここで、脚部材の一方にはボールナット66が接続されている。このため、モータ70の回動によりボールナット66が水平方向に進退すると、二つの脚部材の交叉角度が変化し、可動脚64の高さが変化する。したがって、演算処理部52によってモータ70の回転を制御することで、可動脚64の高さすなわち可動ベース38の上下方向の位置を調整し、計測位置(照射領域R)を計測要求位置に移動することができる。なお、ここで示したのはあくまで一例であって、計測位置の上下方向の移動はこれ以外の機構によってももちろん可能である。また、ここでは撮影位置を上下させる場合についてのみ示したが、水平方向やその他の方向にも移動させられることは、容易に理解できよう。
【0025】
ところで、光源12からの照射レーザ光の出力を大きくしようとすると、光源12は大きくかつ重くなる。このため高出力の光源12を可動ベース38上に設けると、計測位置調整機構58によって動かされる部分(可動ベース38とそれに設置される装置構成)が大きくかつ重くなって装置全体が大型化し、またその移動に要するエネルギ消費が増大するという問題が生じる。かと言って、可動ベース38上に光源12を搭載するために照射レーザ光の出力を下げると、測定精度が低下したり、被検体の大きさや測定条件(例えば被検体と照射光学系機構との距離等)に制限が生じる場合がある。そこで、本実施形態では、光源12を可動ベース38外の移動しない部分(例えば基台30)に固定し、光源12からのレーザ光を、伝達光学系機構14を介して照射光学系機構16に入射するようにしている。具体的には、図2に示すように、光源12から出射されたレーザ光を照射光学系機構16に向けて反射するミラー14aを基台30に設置し、ミラー14aから出射されて照射光学系機構16の入射部となるミラー16aに向かうレーザ光の進行方向が、可動ベース38の移動方向と一致する(平行になる)ようにする。こうすることで、可動ベース38がどの位置に移動しても、ミラー14aからのレーザ光はミラー16aに入射し、照射光学系機構16に入力されることになる。このような構成により、光源12を可動ベース38外に設置することができるので、高出力の光源12を容易に採用することができるようになる。また、光源12を可動ベース38上に設置した場合に比べて計測位置調整機構58による被駆動部分が軽量化される。なお、図2の例では、伝達光学系機構14から照射光学系機構16に入力されるレーザ光は下から上に向かうが、これを上から下に向かうようにしてもよい。
【0026】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、照射位置と撮影位置との位置合わせをより迅速にかつ精度良く行うことができるとともに、それらの位置合わせに影響を及ぼすことなく、計測位置を計測要求位置により容易にかつより迅速に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置の要部の一例を示す上面図である。
【図2】図1の表面状態計測装置(の一部)の側面図である。
【図3】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置の照射方向調整機構の一構成例を示す図である。
【図4】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置のラインカメラ位置調整機構の一構成例を示す図である。
【図5】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置における被検体の検査面上の照射領域Rと撮影領域Aとを照射元側から見た模式図である。
【図6】本発明の実施形態にかかる位置決め装置を含む表面状態計測装置の出力部で表示される被検体の検査面の画像の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
10 表面状態計測装置、12 光源、14 伝達光学系機構、16 照射光学系機構、16a,16c,16e ミラー、16b ハーフミラー(ミラー)、16d シリンドリカルレンズ、18 被検体、20 ラインカメラ、21 表面状態計測部、22 照射方向調整機構、24 ラインカメラ位置調整機構、26 強度検出部、28 アライメント制御部、30 基台、31 支持部材、32 ボールナット、34 シャフト、36 モータ、38 可動ベース、40可動脚、42 ボールナット、44 シャフト、46 モータ、50 エリアカメラ、52 演算処理部、54 出力部、56 入力部、58 計測位置調整機構、62 カーソル、64 可動脚、66 ボールナット、68 シャフト、70 モータ。
Claims (6)
- 被検体に照射された線状レーザ光の反射光をラインカメラで取得し、その反射光と参照光との干渉画像から該被検体の表面の状態を計測する表面状態計測装置の位置決め装置であって、
被検体に対するレーザ光の照射位置およびラインカメラによる被検体の撮影位置のうち少なくともいずれか一方を移動させる位置調整手段と、
各照射位置または各撮影位置でラインカメラによって取得された反射光の強度を検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の検出結果に基づいて前記照射位置と前記撮影位置とが強度についての所定の基準を満たす位置関係となるように前記位置調整手段を制御するアライメント制御手段と、
を備えることを特徴とする表面状態計測装置の位置決め装置。 - 請求項1に記載の表面状態計測装置の位置決め装置において、
被検体の検査面を撮影するエリアカメラで取得された画像から前記照射位置を計測位置として検出する計測位置検出手段と、
前記位置調整手段とは別個に設けられる計測位置調整手段であって前記照射位置と前記撮影位置とが前記基準を満たす位置関係でロックされた状態で前記計測位置を移動させる計測位置調整手段と、
前記計測位置検出手段の検出結果に基づいて計測位置を指示された計測要求位置に移動させるべく前記計測位置調整手段を制御する計測位置制御手段と、
を備えることを特徴とする表面状態計測装置の位置決め装置。 - 被検体にレーザ光を照射する照射光学系機構とラインカメラとが、被検体に対して相対的に移動自在な可動ベースに設けられ、
前記計測位置調整手段は、前記可動ベースを移動させるものであることを特徴とする請求項2に記載の表面状態計測装置の位置決め装置。 - 前記位置調整手段は、前記照射光学系機構から被検体に対するレーザ光の照射方向を変更するものであることを特徴とする請求項3に記載の表面状態計測装置の位置決め装置。
- 前記位置調整手段は、前記可動ベースに対するラインカメラの位置を変更するものであることを特徴とする請求項3または4に記載の表面状態計測装置の位置決め装置。
- 前記可動ベース外に設けられた光源からのレーザ光を、前記照射光学系機構のレーザ光入射部に向けて、該可動ベースの移動方向またはその逆方向に出射する伝達光学系機構を備えることを特徴とする請求項3〜5のうちいずれか一つに記載の表面状態計測装置の位置決め装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003171270A JP2005009897A (ja) | 2003-06-16 | 2003-06-16 | 表面状態計測装置の位置決め装置 |
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JP2003171270A JP2005009897A (ja) | 2003-06-16 | 2003-06-16 | 表面状態計測装置の位置決め装置 |
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JP2003171270A Pending JP2005009897A (ja) | 2003-06-16 | 2003-06-16 | 表面状態計測装置の位置決め装置 |
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JP (1) | JP2005009897A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112630817A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-04-09 | 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院 | 一种基于线阵相机的弹丸过靶位置测量装置和测量方法 |
JP2021060233A (ja) * | 2019-10-04 | 2021-04-15 | 株式会社ミツトヨ | レーザープローブ、及び光学調整方法 |
-
2003
- 2003-06-16 JP JP2003171270A patent/JP2005009897A/ja active Pending
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JP2021060233A (ja) * | 2019-10-04 | 2021-04-15 | 株式会社ミツトヨ | レーザープローブ、及び光学調整方法 |
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