JPH07181023A - 共焦点光学装置 - Google Patents
共焦点光学装置Info
- Publication number
- JPH07181023A JPH07181023A JP23154994A JP23154994A JPH07181023A JP H07181023 A JPH07181023 A JP H07181023A JP 23154994 A JP23154994 A JP 23154994A JP 23154994 A JP23154994 A JP 23154994A JP H07181023 A JPH07181023 A JP H07181023A
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- JP
- Japan
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- light
- array
- pinhole
- lens
- photodetector
- Prior art date
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】装置の小型軽量化を図ると共に、3次元形状計
測を高速に精度よくなし得、更に各部の位置合わせを容
易にできる共焦点光学装置を提供することを目的とす
る。 【構成】光源と、この光源から発した光を通過させて点
光源光にする第1の開口部と、この第1の開口部を通過
した光を被計測物体上に集光する対物レンズと、この被
計測物体上の集光面に共役な面に位置する第2の開口部
と、該第2の開口部を通過した光を検出する光検出器と
を有する共焦点光学装置において、前記第1及び第2の
開口部を同一位置に配して同一開口部で共用すると共
に、前記光検出器の検出面を前記共用される同一の開口
部とほぼ同一の面上に配設することを特徴とする。
測を高速に精度よくなし得、更に各部の位置合わせを容
易にできる共焦点光学装置を提供することを目的とす
る。 【構成】光源と、この光源から発した光を通過させて点
光源光にする第1の開口部と、この第1の開口部を通過
した光を被計測物体上に集光する対物レンズと、この被
計測物体上の集光面に共役な面に位置する第2の開口部
と、該第2の開口部を通過した光を検出する光検出器と
を有する共焦点光学装置において、前記第1及び第2の
開口部を同一位置に配して同一開口部で共用すると共
に、前記光検出器の検出面を前記共用される同一の開口
部とほぼ同一の面上に配設することを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は共焦点光学系を応用し
た3次元形状計測装置に関し、特にホログラムや回折格
子型ハーフミラーを利用して3次元計測を行う共焦点光
学装置に関するものである。
た3次元形状計測装置に関し、特にホログラムや回折格
子型ハーフミラーを利用して3次元計測を行う共焦点光
学装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】距離を
測定する技術として所謂共焦点光学系がある。図22に
共焦点光学系の原理を示す。
測定する技術として所謂共焦点光学系がある。図22に
共焦点光学系の原理を示す。
【0003】図22において、光源1の光はレンズ12
で集光された後、焦点F1に配置されたピンホールPH1
を介してハーフミラー31に入射される。光源1の光は
焦点F1に配置されたピンホールPH1によって点光源と
等価な光になる。ハーフミラー31で反射された光はレ
ンズ8によって集光されて物体9の表面に投光される。
この場合はレンズ8の焦点位置F2に物体9の表面があ
る場合を示しており、物体9は3次元移動ステージ40
によってX−Y−Z方向に移動走査される。物体9の表
面で散乱した光はレンズ8を通りハーフミラー31を透
過した後、光源1の焦点位置と共役な点F3に集光され
る。この焦点F3の位置にピンホールPH2を置き、通過
する光を光センサ10で検出するようにする。
で集光された後、焦点F1に配置されたピンホールPH1
を介してハーフミラー31に入射される。光源1の光は
焦点F1に配置されたピンホールPH1によって点光源と
等価な光になる。ハーフミラー31で反射された光はレ
ンズ8によって集光されて物体9の表面に投光される。
この場合はレンズ8の焦点位置F2に物体9の表面があ
る場合を示しており、物体9は3次元移動ステージ40
によってX−Y−Z方向に移動走査される。物体9の表
面で散乱した光はレンズ8を通りハーフミラー31を透
過した後、光源1の焦点位置と共役な点F3に集光され
る。この焦点F3の位置にピンホールPH2を置き、通過
する光を光センサ10で検出するようにする。
【0004】かかる構成によれば、図23(a)(b)に示す
如く、物体表面Z0が焦点位置F2の前後Z1、Z2に外れ
た場合、共役点側の焦点F3が移動しピンホールの作用
で光センサ10の出力が著しく低下する。図24に物体
表面の位置と光センサ10の出力との関係を示す。
如く、物体表面Z0が焦点位置F2の前後Z1、Z2に外れ
た場合、共役点側の焦点F3が移動しピンホールの作用
で光センサ10の出力が著しく低下する。図24に物体
表面の位置と光センサ10の出力との関係を示す。
【0005】かかる構成によれば、3次元移動ステージ
40によって被計測物体9をX−Y座標位置毎にZ軸方
向(光軸方向)に変位させ、この変位にともなって光セ
ンサ10の出力をサンプリングし、サンプリング出力が
最大になったときのZ位置を物体9の表面位置として検
出することができる。従って、順次X−Y座標位置を変
化させて同様の計測を行うようにすれば、被計測物体9
の3次元計測を行うことができる。
40によって被計測物体9をX−Y座標位置毎にZ軸方
向(光軸方向)に変位させ、この変位にともなって光セ
ンサ10の出力をサンプリングし、サンプリング出力が
最大になったときのZ位置を物体9の表面位置として検
出することができる。従って、順次X−Y座標位置を変
化させて同様の計測を行うようにすれば、被計測物体9
の3次元計測を行うことができる。
【0006】しかし、この従来装置では、各計測時点に
おいて空間の1点の情報しか得られないために、表面形
状の検出に多くの時間を必要とする欠点がある。
おいて空間の1点の情報しか得られないために、表面形
状の検出に多くの時間を必要とする欠点がある。
【0007】そこで、特開平4−265918号公報に
おいては、共焦点光学系を2次元的に配置し、各物***
置を並列に検出するようにしており、図25にその構成
を示す。
おいては、共焦点光学系を2次元的に配置し、各物***
置を並列に検出するようにしており、図25にその構成
を示す。
【0008】すなわちこの図25に示す装置では、光源
1の光はレンズ12、2を介して平行光となりピンホー
ルアレイPHA1に入射される。ピンホールアレイPH
A1は、ピンホールがマトリックス状に配設されたもの
である。ピンホールアレイPHA1を通過した光はハー
フミラー31を透過し、レンズ8a、8bによって集光
され、被計測物体9に投光される。被計測物体9はZ軸
方向に変位可能な移動ステージ35上に載置されてい
る。被計測物体9で反射された光はレンズ8a、8bで
集光され、ハーフミラー31で反射され、ピンホールア
レイPHA1と共役な位置に結像する。この結像位置に
ピンホールアレイPHA2を配設し、ピンホールを通過
する光を、光センサアレイの各光センサ10で検出す
る。
1の光はレンズ12、2を介して平行光となりピンホー
ルアレイPHA1に入射される。ピンホールアレイPH
A1は、ピンホールがマトリックス状に配設されたもの
である。ピンホールアレイPHA1を通過した光はハー
フミラー31を透過し、レンズ8a、8bによって集光
され、被計測物体9に投光される。被計測物体9はZ軸
方向に変位可能な移動ステージ35上に載置されてい
る。被計測物体9で反射された光はレンズ8a、8bで
集光され、ハーフミラー31で反射され、ピンホールア
レイPHA1と共役な位置に結像する。この結像位置に
ピンホールアレイPHA2を配設し、ピンホールを通過
する光を、光センサアレイの各光センサ10で検出す
る。
【0009】かかる従来構成によれば、移動ステージ3
5をZ軸方向に変位させながら、光センサアレイの個々
の光センサ10の出力を別々にサンプリングし、各々の
光センサ出力が最大になったときのZ方向位置を物体9
の表面位置として検出することができる。
5をZ軸方向に変位させながら、光センサアレイの個々
の光センサ10の出力を別々にサンプリングし、各々の
光センサ出力が最大になったときのZ方向位置を物体9
の表面位置として検出することができる。
【0010】この従来技術によれば、XY方向に移動ス
テージを移動させる必要がなくなるので、先の図22に
示す従来構成より計測時間を短縮することができる。
テージを移動させる必要がなくなるので、先の図22に
示す従来構成より計測時間を短縮することができる。
【0011】ところで、この図25に示す装置において
も、形状計測時間を更に高速化するためには移動ステー
ジ35を更に高速移動させる必要があるが、移動ステー
ジ35は計測対象を載置しなくてはいけないので、その
高速移動には限界がある。すなわち、例えば、非常に重
く大きな計測対象や、非常に繊細な構造を有するために
高速変位による慣性力に耐えられない計測対象等は、高
速移動ステージによる移動が困難となる。
も、形状計測時間を更に高速化するためには移動ステー
ジ35を更に高速移動させる必要があるが、移動ステー
ジ35は計測対象を載置しなくてはいけないので、その
高速移動には限界がある。すなわち、例えば、非常に重
く大きな計測対象や、非常に繊細な構造を有するために
高速変位による慣性力に耐えられない計測対象等は、高
速移動ステージによる移動が困難となる。
【0012】この問題を解決するための手法として、計
測対象9を固定して計測器自体をZ方向に移動変位させ
ることが考えられる。しかし、計測器を高速変位させる
ためには、計測器自体が小型軽量でかつその構造が堅牢
で高速変位による慣性力に耐えられなくてはならない。
ところが、図25に示す従来技術では、高速移動用の対
策がなされていないために、高速移動した場合、共焦点
光学系がくずれるなどの問題が発生する可能性がある。
特に共焦点光学系においては、共焦点光学系が常に有効
になるように、ピンホールアレイPHA1、PHA2をハ
ーフミラー31に対して共役な位置に常に正確に位置さ
せることが重要であるが、このことと小型軽量化の要望
とを双方満足させるには従来限界があった。
測対象9を固定して計測器自体をZ方向に移動変位させ
ることが考えられる。しかし、計測器を高速変位させる
ためには、計測器自体が小型軽量でかつその構造が堅牢
で高速変位による慣性力に耐えられなくてはならない。
ところが、図25に示す従来技術では、高速移動用の対
策がなされていないために、高速移動した場合、共焦点
光学系がくずれるなどの問題が発生する可能性がある。
特に共焦点光学系においては、共焦点光学系が常に有効
になるように、ピンホールアレイPHA1、PHA2をハ
ーフミラー31に対して共役な位置に常に正確に位置さ
せることが重要であるが、このことと小型軽量化の要望
とを双方満足させるには従来限界があった。
【0013】また、図25のハーフミラー31は通常プ
リズム型が使用されるが、このプリズム型は立方体領域
を必要とするため、光源の焦点位置(ピンホールアレイ
PHA1)と受光の焦点(ピンホールアレイPHA2)は
ハーフミラー31のある立方体領域の外側に配置しなく
てはならず、このためレンズ8aから各々の焦点までの
距離はハーフミラー31の立方体の長さより小さくする
ことはできない。また、共焦点ユニットの光源の焦点と
受光の焦点のハーフミラー31に対する幾何学的な距離
は共焦点ユニット毎に違ったものとなる。よって、図2
5に示す従来構成では小型、軽量化には限界があると共
に、光源の焦点と受光の焦点の正確な位置合わせが必要
になる。
リズム型が使用されるが、このプリズム型は立方体領域
を必要とするため、光源の焦点位置(ピンホールアレイ
PHA1)と受光の焦点(ピンホールアレイPHA2)は
ハーフミラー31のある立方体領域の外側に配置しなく
てはならず、このためレンズ8aから各々の焦点までの
距離はハーフミラー31の立方体の長さより小さくする
ことはできない。また、共焦点ユニットの光源の焦点と
受光の焦点のハーフミラー31に対する幾何学的な距離
は共焦点ユニット毎に違ったものとなる。よって、図2
5に示す従来構成では小型、軽量化には限界があると共
に、光源の焦点と受光の焦点の正確な位置合わせが必要
になる。
【0014】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、装置の小型軽量化を図ると共に、3次元形状
計測を高速に精度よくなし得、更に各部の位置合わせを
容易にできる共焦点光学装置を提供することを目的とす
る。
たもので、装置の小型軽量化を図ると共に、3次元形状
計測を高速に精度よくなし得、更に各部の位置合わせを
容易にできる共焦点光学装置を提供することを目的とす
る。
【0015】
【課題を解決するための手段及び作用】この発明では、
光源と、この光源から発した光を通過させて点光源光に
する第1の開口部と、この第1の開口部を通過した光を
被計測物体上に集光する対物レンズと、この被計測物体
上の集光面に共役な面に位置する第2の開口部と、該第
2の開口部を通過した光を検出する光検出器とを有する
共焦点光学装置において、前記第1及び第2の開口部を
同一位置に配して同一開口部で共用すると共に、前記光
検出器の検出面を前記共用される同一の開口部とほぼ同
一の面上に配設するようにしたことを特徴とする。
光源と、この光源から発した光を通過させて点光源光に
する第1の開口部と、この第1の開口部を通過した光を
被計測物体上に集光する対物レンズと、この被計測物体
上の集光面に共役な面に位置する第2の開口部と、該第
2の開口部を通過した光を検出する光検出器とを有する
共焦点光学装置において、前記第1及び第2の開口部を
同一位置に配して同一開口部で共用すると共に、前記光
検出器の検出面を前記共用される同一の開口部とほぼ同
一の面上に配設するようにしたことを特徴とする。
【0016】係る発明によれば、第1及び第2の開口を
同一開口で共用すると共に、この同一開口とほぼ同一の
面に光検出器の検出面を配設するようにしており、これ
により、第1、第2の開口および光検出器の精度のよい
位置合わせを容易になし得るとともに、これら部分の構
成を薄型、小型、堅牢にできる。
同一開口で共用すると共に、この同一開口とほぼ同一の
面に光検出器の検出面を配設するようにしており、これ
により、第1、第2の開口および光検出器の精度のよい
位置合わせを容易になし得るとともに、これら部分の構
成を薄型、小型、堅牢にできる。
【0017】またこの発明によれば、光源と、この光源
からの光を入射してハーフミラーおよび回折格子の作用
をなす光学素子と、この光学素子に密着または近接して
配設され、光学素子からの0次光を集光する第1の集光
手段と、この第1の集光手段によって集光された光を通
過させるピンホールと、このピンホールを通過した光を
集光して被計測物体に投光するとともに、被計測物体で
散乱された光を前記ピンホールに集光する第2の集光手
段とを備えると共に、前記光学素子は、前記ピンホール
および前記第1の集光手段を介して再入射された光の1
次回折光を前記第1の集光手段に入射するものであり、
さらに前記第1の集光手段によって集光された前記1次
回折光を受光する光検出器を備えるようにしている。
からの光を入射してハーフミラーおよび回折格子の作用
をなす光学素子と、この光学素子に密着または近接して
配設され、光学素子からの0次光を集光する第1の集光
手段と、この第1の集光手段によって集光された光を通
過させるピンホールと、このピンホールを通過した光を
集光して被計測物体に投光するとともに、被計測物体で
散乱された光を前記ピンホールに集光する第2の集光手
段とを備えると共に、前記光学素子は、前記ピンホール
および前記第1の集光手段を介して再入射された光の1
次回折光を前記第1の集光手段に入射するものであり、
さらに前記第1の集光手段によって集光された前記1次
回折光を受光する光検出器を備えるようにしている。
【0018】すなわち係る本発明の構成によれば、共焦
点光学系の光源の焦点と受光の焦点は同じ位置であるた
め、この位置に両焦点に共通のピンホールを配置すれば
よくなるので、安定した共焦点効果が得られると共に、
各焦点の位置合わせが不要になり、さらに装置の小型軽
量化を図ることができる。また、平板状のホログラムや
平板状の回折格子型ハーフミラーなどの光学素子を用い
て、ハーフミラー及び回折格子の作用を得るようにして
いるので、極めて薄い領域に共焦点光学系を配置するこ
とができる。
点光学系の光源の焦点と受光の焦点は同じ位置であるた
め、この位置に両焦点に共通のピンホールを配置すれば
よくなるので、安定した共焦点効果が得られると共に、
各焦点の位置合わせが不要になり、さらに装置の小型軽
量化を図ることができる。また、平板状のホログラムや
平板状の回折格子型ハーフミラーなどの光学素子を用い
て、ハーフミラー及び回折格子の作用を得るようにして
いるので、極めて薄い領域に共焦点光学系を配置するこ
とができる。
【0019】またこの発明では、順次移動走査される平
行スリット光を発生する平行スリット光発生手段と、
光通過用の開口が複数個2次元的に配置され、前記平行
光発生手段からの平行スリット光を入射する開口アレイ
と、前記開口アレイを通過した光が入射され、ハーフミ
ラーおよび回折素子の作用をなす光学素子と、前記光学
素子に近接して配設され、光学素子からの0次光を集光
するレンズが複数個2次元的に配列されたレンズアレイ
と、前記レンズアレイの各レンズによって集光された光
を通過させるピンホールが複数個2次元配列されたピン
ホールアレイと、前記各ピンホールを通過した光を集光
して被計測物体に投光するとともに、被計測物体で散乱
された光を各ピンホールに集光する集光手段と備えると
共に、前記光学素子は、前記各ピンホールおよび前記レ
ンズアレイを介して再入射された光の1次回折光を前記
レンズアレイに入射するものであり、さらに前記レンズ
アレイの各レンズによって集光された前記1次回折光を
受光する光検出器が複数個2次元配列された光検出器ア
レイと、前記平行スリット光発生手段、開口アレイ、光
学素子、レンズアレイ、ピンホールアレイ、集光手段お
よび光検出器アレイの少なくとも一部を光軸方向に移動
させる移動制御手段と、前記平行スリット光の移動走査
および前記移動制御手段の移動制御に対応する前記各光
検出器の出力に基づき前記被計測物体の3次元距離計測
を行う3次元距離計測手段とを備えるようにしている。
行スリット光を発生する平行スリット光発生手段と、
光通過用の開口が複数個2次元的に配置され、前記平行
光発生手段からの平行スリット光を入射する開口アレイ
と、前記開口アレイを通過した光が入射され、ハーフミ
ラーおよび回折素子の作用をなす光学素子と、前記光学
素子に近接して配設され、光学素子からの0次光を集光
するレンズが複数個2次元的に配列されたレンズアレイ
と、前記レンズアレイの各レンズによって集光された光
を通過させるピンホールが複数個2次元配列されたピン
ホールアレイと、前記各ピンホールを通過した光を集光
して被計測物体に投光するとともに、被計測物体で散乱
された光を各ピンホールに集光する集光手段と備えると
共に、前記光学素子は、前記各ピンホールおよび前記レ
ンズアレイを介して再入射された光の1次回折光を前記
レンズアレイに入射するものであり、さらに前記レンズ
アレイの各レンズによって集光された前記1次回折光を
受光する光検出器が複数個2次元配列された光検出器ア
レイと、前記平行スリット光発生手段、開口アレイ、光
学素子、レンズアレイ、ピンホールアレイ、集光手段お
よび光検出器アレイの少なくとも一部を光軸方向に移動
させる移動制御手段と、前記平行スリット光の移動走査
および前記移動制御手段の移動制御に対応する前記各光
検出器の出力に基づき前記被計測物体の3次元距離計測
を行う3次元距離計測手段とを備えるようにしている。
【0020】係る発明によれば、開口、レンズ、ピンホ
ール、光検出器が2次元的に配列された共焦点光学系に
平行スリット光を入射し、各光検出器で被計測物体から
の反射光を受光する。そして、平行スリット光の移動走
査および前記移動制御手段による移動走査に対応する前
記各光検出器の出力に基づき前記被計測物体の3次元距
離計測を行う。
ール、光検出器が2次元的に配列された共焦点光学系に
平行スリット光を入射し、各光検出器で被計測物体から
の反射光を受光する。そして、平行スリット光の移動走
査および前記移動制御手段による移動走査に対応する前
記各光検出器の出力に基づき前記被計測物体の3次元距
離計測を行う。
【0021】またこの発明では、面光線を発生する面光
線発生手段と、光通過用の開口が複数個2次元的に配置
され、前記面光線発生手段からの面光線を入射する開口
アレイと、前記開口アレイを通過した光が入射され、ハ
ーフミラーおよび回折素子の作用をなす光学素子と、こ
の光学素子に近接して配設され、光学素子からの0次光
を集光するレンズが複数個2次元的に配列されたレンズ
アレイと、前記レンズアレイの各レンズによって集光さ
れた光を通過させるピンホールが複数個2次元配列され
たピンホールアレイと、 前記各ピンホールを通過した
光を集光して被計測物体に投光するとともに、被計測物
体で散乱された光を各ピンホールに集光する集光手段と
備えると共に、前記光学素子は、前記各ピンホールおよ
び前記レンズアレイを介して再入射された光の1次回折
光を前記レンズアレイに入射するものであり、さらに前
記レンズアレイの各レンズによって集光された前記1次
回折光を受光する光検出器が複数個2次元配列された光
検出器アレイと、前記面光線発生手段、開口アレイ、光
学素子、レンズアレイ、ピンホールアレイ、集光手段お
よび光検出器アレイの少なくとも一部を光軸方向に移動
させる移動制御手段と、前記移動制御手段の移動制御に
対応する前記各光検出器の出力に基づき前記被計測物体
の3次元距離計測を行う3次元距離計測手段とを備える
ようにしている。
線発生手段と、光通過用の開口が複数個2次元的に配置
され、前記面光線発生手段からの面光線を入射する開口
アレイと、前記開口アレイを通過した光が入射され、ハ
ーフミラーおよび回折素子の作用をなす光学素子と、こ
の光学素子に近接して配設され、光学素子からの0次光
を集光するレンズが複数個2次元的に配列されたレンズ
アレイと、前記レンズアレイの各レンズによって集光さ
れた光を通過させるピンホールが複数個2次元配列され
たピンホールアレイと、 前記各ピンホールを通過した
光を集光して被計測物体に投光するとともに、被計測物
体で散乱された光を各ピンホールに集光する集光手段と
備えると共に、前記光学素子は、前記各ピンホールおよ
び前記レンズアレイを介して再入射された光の1次回折
光を前記レンズアレイに入射するものであり、さらに前
記レンズアレイの各レンズによって集光された前記1次
回折光を受光する光検出器が複数個2次元配列された光
検出器アレイと、前記面光線発生手段、開口アレイ、光
学素子、レンズアレイ、ピンホールアレイ、集光手段お
よび光検出器アレイの少なくとも一部を光軸方向に移動
させる移動制御手段と、前記移動制御手段の移動制御に
対応する前記各光検出器の出力に基づき前記被計測物体
の3次元距離計測を行う3次元距離計測手段とを備える
ようにしている。
【0022】係る発明によれば、開口、レンズ、ピンホ
ール、光検出器が2次元的に配列された共焦点光学系に
面光線を入射し、各光検出器で被計測物体からの反射光
を受光する。そして、前記移動制御手段による移動走査
に対応する前記各光検出器の出力に基づき前記被計測物
体の3次元距離計測を行う。
ール、光検出器が2次元的に配列された共焦点光学系に
面光線を入射し、各光検出器で被計測物体からの反射光
を受光する。そして、前記移動制御手段による移動走査
に対応する前記各光検出器の出力に基づき前記被計測物
体の3次元距離計測を行う。
【0023】
【実施例】以下この発明を添付図面に示す実施例に従っ
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【0024】図2にこの発明の基本的構成を示す。
【0025】図2において、光源1から出力されたレー
ザ光(或いは該レーザ光に準ずる単色光)は、レンズ2
によって平行光3になって反射型ホログラム4に入射さ
れる。反射型ホログラム4は、ハーフミラーおよび回折
格子の作用をなすもので、図3(a)に示すように、光軸
方向と角度Φを成す平行光によって露光される。このホ
ログラム4を例えば回折効率40%となるように現像処
理した場合は、図3(b)の実線で示す平行光を入射する
と、0次光(ー点鎖線)、1次光(破線)が各々入射光
の60%、40%の強度で得られる。また、このホログ
ラムに図3(b)とは逆向きの平行光を入射すれば、図3
(c)に示すように、0次光、1次光が各々入射光の60
%、40%の強度で得られる。
ザ光(或いは該レーザ光に準ずる単色光)は、レンズ2
によって平行光3になって反射型ホログラム4に入射さ
れる。反射型ホログラム4は、ハーフミラーおよび回折
格子の作用をなすもので、図3(a)に示すように、光軸
方向と角度Φを成す平行光によって露光される。このホ
ログラム4を例えば回折効率40%となるように現像処
理した場合は、図3(b)の実線で示す平行光を入射する
と、0次光(ー点鎖線)、1次光(破線)が各々入射光
の60%、40%の強度で得られる。また、このホログ
ラムに図3(b)とは逆向きの平行光を入射すれば、図3
(c)に示すように、0次光、1次光が各々入射光の60
%、40%の強度で得られる。
【0026】図2においては、このホログラム4に図3
(b)と同じ方向でスリット平行光が入射され、その0次
光は反射型ホログラム4に近接したレンズ5によってそ
の焦点位置6に集光される。この焦点位置6にピンホー
ル7が配置され、該ピンホール7の孔を光が通過する。
ピンホール7を通過した光は、再びレンズ8によって集
光され、被計測物体9上に照射される。被計測物体9で
反射された光はレンズ8によって再び集光されてピンホ
ール7を再び通過する。ピンホール7を通過した光はレ
ンズ5によって集光され、光源からの平行光3とは逆向
きの平行光としてホログラム4に入射される。ホログラ
ム4に入射された平行光の1次回折光は、図3(c)に示
すように、角度Φをもって反射されてレンズ5を介して
集光される。この集光位置に光検出器10が配置され、
該光検出器10によって入射された光の光量を検出す
る。
(b)と同じ方向でスリット平行光が入射され、その0次
光は反射型ホログラム4に近接したレンズ5によってそ
の焦点位置6に集光される。この焦点位置6にピンホー
ル7が配置され、該ピンホール7の孔を光が通過する。
ピンホール7を通過した光は、再びレンズ8によって集
光され、被計測物体9上に照射される。被計測物体9で
反射された光はレンズ8によって再び集光されてピンホ
ール7を再び通過する。ピンホール7を通過した光はレ
ンズ5によって集光され、光源からの平行光3とは逆向
きの平行光としてホログラム4に入射される。ホログラ
ム4に入射された平行光の1次回折光は、図3(c)に示
すように、角度Φをもって反射されてレンズ5を介して
集光される。この集光位置に光検出器10が配置され、
該光検出器10によって入射された光の光量を検出す
る。
【0027】すなわち、この構成によれば、共焦点光学
系の光源側の焦点位置と受光側の焦点位置とが同じ位置
6となり、ピンホール7を共通化することができる。し
たがっ安定した共焦点効果が得られると共に、従来のよ
うな光源の焦点と受光の焦点との位置合わせが不要にな
る。さらに、反射型ホログラム4をハーフミラーとして
機能させることにより、従来の構成ではなし得なかった
小型化(平面化)および軽量化を実現できる。
系の光源側の焦点位置と受光側の焦点位置とが同じ位置
6となり、ピンホール7を共通化することができる。し
たがっ安定した共焦点効果が得られると共に、従来のよ
うな光源の焦点と受光の焦点との位置合わせが不要にな
る。さらに、反射型ホログラム4をハーフミラーとして
機能させることにより、従来の構成ではなし得なかった
小型化(平面化)および軽量化を実現できる。
【0028】図1は、この発明の第1の実施例を示すも
ので、本装置は固定部20と、光軸方向(Z方向)に沿
って移動する可動部30とで構成されている。
ので、本装置は固定部20と、光軸方向(Z方向)に沿
って移動する可動部30とで構成されている。
【0029】レーザ光源1から発生されたレーザ光はレ
ンズ11、12によってスリット平行光に変換され、多
面体回転ミラー13によって偏向される。偏向されたス
リット平行光は、テレセントリックに配置されたシリン
ドリカルレンズ2に入射され、光軸方向に偏向されると
ともに、多面体回転ミラー13による回転によって図示
矢印A方向に順次走査される。多面体回転ミラー13は
移動制御部50によって回転走査される。このようにし
て、固定部20から可動部30に対してA方向に走査さ
れる平行スリット光Laが順次入射される。
ンズ11、12によってスリット平行光に変換され、多
面体回転ミラー13によって偏向される。偏向されたス
リット平行光は、テレセントリックに配置されたシリン
ドリカルレンズ2に入射され、光軸方向に偏向されると
ともに、多面体回転ミラー13による回転によって図示
矢印A方向に順次走査される。多面体回転ミラー13は
移動制御部50によって回転走査される。このようにし
て、固定部20から可動部30に対してA方向に走査さ
れる平行スリット光Laが順次入射される。
【0030】なお、多面体回転ミラー13の代わりにガ
ルバノミラーを使用してもよく、またシリンドリカルレ
ンズ2の代わりにf−θレンズを採用して等速走査を行
うようにしてもよい。
ルバノミラーを使用してもよく、またシリンドリカルレ
ンズ2の代わりにf−θレンズを採用して等速走査を行
うようにしてもよい。
【0031】可動部30の光入口には、レンズアレイ5
の個々のレンズ5aに光を有効に入射させるための開口
14aが各レンズに対応する位置に形成された開口アレ
イ14が配置され、その下にハーフミラーおよび回折格
子として機能する反射型ホログラム4が配置されてい
る。反射型ホログラム4は、先の第2図及び第3図に示
したものと同様に機能する。なお、反射型ホログラム4
と開口アレイ14の上下の位置関係を逆にしてもよい。
の個々のレンズ5aに光を有効に入射させるための開口
14aが各レンズに対応する位置に形成された開口アレ
イ14が配置され、その下にハーフミラーおよび回折格
子として機能する反射型ホログラム4が配置されてい
る。反射型ホログラム4は、先の第2図及び第3図に示
したものと同様に機能する。なお、反射型ホログラム4
と開口アレイ14の上下の位置関係を逆にしてもよい。
【0032】反射型ホログラム4の下には、レンズアレ
イ5が反射型ホログラム4に近接または密着して配置さ
れ、ホログラム4に入射された光の0次光を各レンズ5
aの焦点位置にそれぞれ集光する。各レンズ5aの焦点
位置には、ピンホールアレイ7の各ピンホール7aが配
置され、前記集光された各光はピンホール7aを通過す
る。なお、前記平行スリット光の幅はレンズアレイ5の
各レンズ5aのピッチより細いものとする。
イ5が反射型ホログラム4に近接または密着して配置さ
れ、ホログラム4に入射された光の0次光を各レンズ5
aの焦点位置にそれぞれ集光する。各レンズ5aの焦点
位置には、ピンホールアレイ7の各ピンホール7aが配
置され、前記集光された各光はピンホール7aを通過す
る。なお、前記平行スリット光の幅はレンズアレイ5の
各レンズ5aのピッチより細いものとする。
【0033】レンズ8a、8bは、所謂テレセントリッ
ク系であり、ピンホールアレイ7の全ての像を光軸方向
に平行に結像する。したがって、可動部30を光軸(Z
軸)方向に移動した場合でも、計測物体9上に結像する
光点のX−Y位置は変化しない。
ク系であり、ピンホールアレイ7の全ての像を光軸方向
に平行に結像する。したがって、可動部30を光軸(Z
軸)方向に移動した場合でも、計測物体9上に結像する
光点のX−Y位置は変化しない。
【0034】計測物体9で散乱した光は、レンズ8b,
8aによって集光され、共焦点効果を持つピンホールア
レイ7を通過し、レンズアレイ5に入射され、レンズア
レイ5の個々のレンズ5aによってレンズ2から出射さ
れたスリット平行光とは逆向きの平行光として図3(c)
に示したのと同じ方向に反射型ホログラム4に入射す
る。反射型ホログラム4の1次回折光は再びレンズアレ
イ5の個々のレンズ5aに入射され、それぞれ角度Φで
集光される。これら各集光位置に個々の光検出器10a
が配置されるように光検出器アレイ10を配置する。
8aによって集光され、共焦点効果を持つピンホールア
レイ7を通過し、レンズアレイ5に入射され、レンズア
レイ5の個々のレンズ5aによってレンズ2から出射さ
れたスリット平行光とは逆向きの平行光として図3(c)
に示したのと同じ方向に反射型ホログラム4に入射す
る。反射型ホログラム4の1次回折光は再びレンズアレ
イ5の個々のレンズ5aに入射され、それぞれ角度Φで
集光される。これら各集光位置に個々の光検出器10a
が配置されるように光検出器アレイ10を配置する。
【0035】かかる構成においては、計測物体9は適宜
のテーブル33上に固定配置する。一方、可動部30
は、移動制御部50によって多面体回転ミラー13によ
る回転走査に同期して光軸(Z軸)方向にそって移動さ
れる。3次元計測部60では、可動部30の移動に伴っ
て光検出器アレイ10の個々の検出器10aの出力を順
次サンプリングし、各々の出力が最大になったときのZ
位置を物体表面の位置として検出する。
のテーブル33上に固定配置する。一方、可動部30
は、移動制御部50によって多面体回転ミラー13によ
る回転走査に同期して光軸(Z軸)方向にそって移動さ
れる。3次元計測部60では、可動部30の移動に伴っ
て光検出器アレイ10の個々の検出器10aの出力を順
次サンプリングし、各々の出力が最大になったときのZ
位置を物体表面の位置として検出する。
【0036】また、かかる構成において、開口アレイ1
4、反射型ホログラム4、レンズアレイ5、光検出器ア
レイ10およびピンホールアレイ7は、図4および図5
に示すように、半導体プロセスを用いて平面状に一体的
に形成される。
4、反射型ホログラム4、レンズアレイ5、光検出器ア
レイ10およびピンホールアレイ7は、図4および図5
に示すように、半導体プロセスを用いて平面状に一体的
に形成される。
【0037】すなわち、図4及び図5において、開口ア
レイ14は遮光プレートから成っており、このプレート
の各レンズ5aに対応した位置に開口14aが形成され
ている。開口アレイ14の遮光膜は、例えば、Cr2O3
/Cr/Cr2O3の3層膜をスパッタリングで形成す
る。上記3層膜の中間層のCrで反射された光はCr2
O3膜によって多重反射し減衰する。
レイ14は遮光プレートから成っており、このプレート
の各レンズ5aに対応した位置に開口14aが形成され
ている。開口アレイ14の遮光膜は、例えば、Cr2O3
/Cr/Cr2O3の3層膜をスパッタリングで形成す
る。上記3層膜の中間層のCrで反射された光はCr2
O3膜によって多重反射し減衰する。
【0038】レンズアレイ5は、この場合平板マイクロ
レンズ(PML)を用いるようにしている。平板マイク
ロレンズは、平面状のガラス基板5中にイオンを選択的
に拡散することによって屈折率分布を形成することによ
り複数のレンズ5a部分を作成する。このレンズアレイ
5の各レンズ部分5aの光の入射部分には、無反射コー
トが施されている。
レンズ(PML)を用いるようにしている。平板マイク
ロレンズは、平面状のガラス基板5中にイオンを選択的
に拡散することによって屈折率分布を形成することによ
り複数のレンズ5a部分を作成する。このレンズアレイ
5の各レンズ部分5aの光の入射部分には、無反射コー
トが施されている。
【0039】したがって、このようにして作成したレン
ズアレイのガラス基板5上に、図3(a)に示した要領で
露光現像したホログラム4を密着させ、さらにその上に
開口アレイ14を形成するようにする。なお、ホログラ
ム4の製造時の耐熱性が問題となる場合は、レンズアレ
イ5のガラス基板上に開口アレイ14を形成した後、そ
の上に露光現像されたホログラム4を密着するようにし
てもよい。
ズアレイのガラス基板5上に、図3(a)に示した要領で
露光現像したホログラム4を密着させ、さらにその上に
開口アレイ14を形成するようにする。なお、ホログラ
ム4の製造時の耐熱性が問題となる場合は、レンズアレ
イ5のガラス基板上に開口アレイ14を形成した後、そ
の上に露光現像されたホログラム4を密着するようにし
てもよい。
【0040】また、ガラス基板5との密着面に無反射コ
ートが施された平面ガラス基板15に、前記レンズアレ
イの5のレンズピッチに対応するピッチで光検出器アレ
イ10およびピンホールアレイ7を形成する。
ートが施された平面ガラス基板15に、前記レンズアレ
イの5のレンズピッチに対応するピッチで光検出器アレ
イ10およびピンホールアレイ7を形成する。
【0041】そして、光検出器アレイ10およびピンホ
ールアレイ7が形成された平面ガラス基板15と、前記
開口アレイ14、ホログラム4及びレンズアレイ5が形
成されたガラス基板5とを位置合わせして密着させるこ
とにより、この部分を形成する。
ールアレイ7が形成された平面ガラス基板15と、前記
開口アレイ14、ホログラム4及びレンズアレイ5が形
成されたガラス基板5とを位置合わせして密着させるこ
とにより、この部分を形成する。
【0042】なお、マイクロレンズ基板5とガラスセン
サ基板15を接合する場合、これらの間にガラスとほぼ
同じ屈折率を有する透明屈折液を充填するようにして、
これら基板界面での不都合な反射を防ぐことができる。
サ基板15を接合する場合、これらの間にガラスとほぼ
同じ屈折率を有する透明屈折液を充填するようにして、
これら基板界面での不都合な反射を防ぐことができる。
【0043】また、同様に、マイクロレンズ基板5とホ
ログラム4を接合する場合、これらの間にガラスとほぼ
同じ屈折率を有する透明屈折液を充填するようにして、
これら基板間での不都合な反射を防ぐこともできる。
ログラム4を接合する場合、これらの間にガラスとほぼ
同じ屈折率を有する透明屈折液を充填するようにして、
これら基板間での不都合な反射を防ぐこともできる。
【0044】図6は、ピンホールアレイ7及び光検出器
アレイ10の製造過程を示すもので、以下その詳細を製
造順に説明する。
アレイ10の製造過程を示すもので、以下その詳細を製
造順に説明する。
【0045】(a)平面ガラス基板15 (b)平面ガラス基板15上に透明導電膜(TCO)16
を形成する。TCOはSnO2等を使用する。 (c)例えばエッチングなどにより透明導電膜16から光
検出素子部分17、ピンホール部分18以外を除去す
る。なお、この工程で、ピンホール部分の透明導電膜を
残すのは、この後の工程(g)のエッチングでピンホール
の開口部のガラスが侵食されるのを防ぐためである。 (d)この上にアモルファスシリコン19を形成する。 (e)アモルファスシリコン19のピンホール部分18を
エッチングなどを用いて除去する。 (f)ニッケル膜21を形成する。 (g)例えばエッチングなどによりニッケル膜21から光
検出素子部分22、ピンホール部分23以外を除去す
る。また、ピンホールの各開口もエッチングによって形
成する。 (h)この上層に透明絶縁膜24を形成する。 (i)さらに、ニッケル膜25を形成する。 (j)ニッケル膜25のピンホール部分26をエッチング
によって形成する。
を形成する。TCOはSnO2等を使用する。 (c)例えばエッチングなどにより透明導電膜16から光
検出素子部分17、ピンホール部分18以外を除去す
る。なお、この工程で、ピンホール部分の透明導電膜を
残すのは、この後の工程(g)のエッチングでピンホール
の開口部のガラスが侵食されるのを防ぐためである。 (d)この上にアモルファスシリコン19を形成する。 (e)アモルファスシリコン19のピンホール部分18を
エッチングなどを用いて除去する。 (f)ニッケル膜21を形成する。 (g)例えばエッチングなどによりニッケル膜21から光
検出素子部分22、ピンホール部分23以外を除去す
る。また、ピンホールの各開口もエッチングによって形
成する。 (h)この上層に透明絶縁膜24を形成する。 (i)さらに、ニッケル膜25を形成する。 (j)ニッケル膜25のピンホール部分26をエッチング
によって形成する。
【0046】これら一連の処理によって、アモルファス
シリコン19、透明アノード電極17および金属カソー
ド電極22から成る光検出素子を形成すると共に、ピン
ホールの遮光部分をニッケル膜23、25によって形成
する。
シリコン19、透明アノード電極17および金属カソー
ド電極22から成る光検出素子を形成すると共に、ピン
ホールの遮光部分をニッケル膜23、25によって形成
する。
【0047】図7は、他の製造方法を示すもので、以下
その詳細を製造順に説明する。
その詳細を製造順に説明する。
【0048】(a)平面ガラス基板15 (b)平面ガラス基板15上に透明導電膜(TCO)16
を形成する。 (c)例えばエッチングなどにより透明導電膜16から光
検出素子部分17、ピンホール部分18以外を除去す
る。なお、この工程で、ピンホール部分の透明導電膜を
残すのは、この後の工程(e)(k)のエッチングでピンホー
ルの開口部のガラスが侵食されるのを防ぐためである。 (d)この上にアモルファスシリコン19を形成する。 (e)アモルファスシリコン19のピンホール部分18を
エッチングなどを用いて除去する。 (f)ニッケル膜21を形成する。 (g)例えばエッチングなどによりニッケル膜21から光
検出素子部分22以外を除去する。 (h)この上層に絶縁膜24を形成する。 (i)エッチングなどにより絶縁膜24およびアモルファ
スシリコン19からピンホール部分27を除去する。 (j)ニッケル膜25を形成する。 (k)エッチングによってニッケル膜25のピンホール2
6部分を除去しピンホールを形成する。
を形成する。 (c)例えばエッチングなどにより透明導電膜16から光
検出素子部分17、ピンホール部分18以外を除去す
る。なお、この工程で、ピンホール部分の透明導電膜を
残すのは、この後の工程(e)(k)のエッチングでピンホー
ルの開口部のガラスが侵食されるのを防ぐためである。 (d)この上にアモルファスシリコン19を形成する。 (e)アモルファスシリコン19のピンホール部分18を
エッチングなどを用いて除去する。 (f)ニッケル膜21を形成する。 (g)例えばエッチングなどによりニッケル膜21から光
検出素子部分22以外を除去する。 (h)この上層に絶縁膜24を形成する。 (i)エッチングなどにより絶縁膜24およびアモルファ
スシリコン19からピンホール部分27を除去する。 (j)ニッケル膜25を形成する。 (k)エッチングによってニッケル膜25のピンホール2
6部分を除去しピンホールを形成する。
【0049】これら一連の処理によって、アモルファス
シリコン19、透明アノード電極17および金属カソー
ド電極22から成る光検出素子を形成すると共に、ピン
ホールの遮光部分をニッケル膜25によって形成する。
シリコン19、透明アノード電極17および金属カソー
ド電極22から成る光検出素子を形成すると共に、ピン
ホールの遮光部分をニッケル膜25によって形成する。
【0050】図8は、更に別の製造方法を示すもので、
以下その詳細を製造順に従って説明する。
以下その詳細を製造順に従って説明する。
【0051】(a)平面ガラス基板15 (b)平面ガラス基板15上に透明導電膜(TCO)16
を形成する。 (c)例えばエッチングなどにより透明導電膜16から光
検出素子部分17、ピンホール部分18以外を除去す
る。なお、この工程で、ピンホール部分の透明導電膜を
残すのは、この後の工程(j)のエッチングでピンホール
の開口部のガラスが侵食されるのを防ぐためである。 (d)この上にアモルファスシリコン19を形成する。 (e)ニッケル膜21を形成する。 (f)例えばエッチングなどによニッケル膜21から光検
出素子部分22以外を除去する。 (g)この上層に絶縁膜24を形成する。 (h)エッチングなどにより絶縁膜24からピンホール部
分27を除去する。
を形成する。 (c)例えばエッチングなどにより透明導電膜16から光
検出素子部分17、ピンホール部分18以外を除去す
る。なお、この工程で、ピンホール部分の透明導電膜を
残すのは、この後の工程(j)のエッチングでピンホール
の開口部のガラスが侵食されるのを防ぐためである。 (d)この上にアモルファスシリコン19を形成する。 (e)ニッケル膜21を形成する。 (f)例えばエッチングなどによニッケル膜21から光検
出素子部分22以外を除去する。 (g)この上層に絶縁膜24を形成する。 (h)エッチングなどにより絶縁膜24からピンホール部
分27を除去する。
【0052】(i)ニッケル膜25を形成する。 (j)エッチングによってニッケル膜25およびアモルフ
ァスシリコン19のピンホール部分28を除去しピンホ
ールを形成する。
ァスシリコン19のピンホール部分28を除去しピンホ
ールを形成する。
【0053】これら一連の処理によって、アモルファス
シリコン19、透明アノード電極17および金属カソー
ド電極22から成る光検出素子を形成すると共に、ピン
ホールの遮光部分をニッケル膜25によって形成する。
すなわち、この製造方法によれば、工程(j)のエッチン
グによって、ニッケル膜25およびアモルファスシリコ
ン19のピンホール部分をー度に削除するようにしてい
る。
シリコン19、透明アノード電極17および金属カソー
ド電極22から成る光検出素子を形成すると共に、ピン
ホールの遮光部分をニッケル膜25によって形成する。
すなわち、この製造方法によれば、工程(j)のエッチン
グによって、ニッケル膜25およびアモルファスシリコ
ン19のピンホール部分をー度に削除するようにしてい
る。
【0054】図9は、n×m個の光検出器S11〜Snmか
ら成る光検出器アレイ10とこれら光検出器S11〜Snm
の信号を読み出すの為の回路構成を示すもので、奇数行
の光検出器は列毎に共通な接続線でアナログマルチプレ
クサM1に接続され、偶数行の光検出器は列毎に共通な
接続線でアナログマルチプレクサM2に接続されてい
る。ハッチングが施された光検出器E1〜Emは行単位の
読み出しタイミング信号VD1、VD2を発生するための
もので、また光検出器Fは1回の読み取り走査の開始タ
イミング信号FDを出力させるためのものである。
ら成る光検出器アレイ10とこれら光検出器S11〜Snm
の信号を読み出すの為の回路構成を示すもので、奇数行
の光検出器は列毎に共通な接続線でアナログマルチプレ
クサM1に接続され、偶数行の光検出器は列毎に共通な
接続線でアナログマルチプレクサM2に接続されてい
る。ハッチングが施された光検出器E1〜Emは行単位の
読み出しタイミング信号VD1、VD2を発生するための
もので、また光検出器Fは1回の読み取り走査の開始タ
イミング信号FDを出力させるためのものである。
【0055】図9の破線で囲まれた領域が図1の平行ス
リット光Laのある時点における照射領域であり、前記
多面体回転ミラーによる走査によって該照射領域が矢印
A方向に移動走査される。すなわち、平行スリット光の
移動走査は、奇数行→偶数行の順番に交互に行われ、奇
数行の光検出器で検出された信号はマルチプレクサM1
によって順次列毎に読み出され、偶数行の光検出器で検
出された信号はマルチプレクサM2によって順次列毎に
読み出される。
リット光Laのある時点における照射領域であり、前記
多面体回転ミラーによる走査によって該照射領域が矢印
A方向に移動走査される。すなわち、平行スリット光の
移動走査は、奇数行→偶数行の順番に交互に行われ、奇
数行の光検出器で検出された信号はマルチプレクサM1
によって順次列毎に読み出され、偶数行の光検出器で検
出された信号はマルチプレクサM2によって順次列毎に
読み出される。
【0056】かかる構成によれば、入射平行スリット光
が奇数行と偶数行にまたがって入射された場合でも、両
者の信号を各行から独立して読みだすことができる。し
たがって、各光検出器を接近させて配置することができ
るとともに、開口アレイ14の遮光部分の面積を小さく
することができ、この部分の構成をより小型化すること
ができる。
が奇数行と偶数行にまたがって入射された場合でも、両
者の信号を各行から独立して読みだすことができる。し
たがって、各光検出器を接近させて配置することができ
るとともに、開口アレイ14の遮光部分の面積を小さく
することができ、この部分の構成をより小型化すること
ができる。
【0057】なお、図9において、ハッチングが施され
たタイミング信号発生用の光検出器E1〜Emは、光検出
器マトリックスの端のピンホール7が位置されるべきマ
トリックス位置に配置され、固定部20からの平行スリ
ット光Laが直接入射される。信号VD1は奇数行の読み
出しタイミングを判断するための信号であり、信号VD
2は偶数行の読み出しタイミングを判断するための信号
である。また、読み取り開始タイミング信号FD発生用
の光検出器Fは、例えば第1行目の光検出器E1と逆端
においてピンホール7が位置されるべきマトリックス位
置に配置される。
たタイミング信号発生用の光検出器E1〜Emは、光検出
器マトリックスの端のピンホール7が位置されるべきマ
トリックス位置に配置され、固定部20からの平行スリ
ット光Laが直接入射される。信号VD1は奇数行の読み
出しタイミングを判断するための信号であり、信号VD
2は偶数行の読み出しタイミングを判断するための信号
である。また、読み取り開始タイミング信号FD発生用
の光検出器Fは、例えば第1行目の光検出器E1と逆端
においてピンホール7が位置されるべきマトリックス位
置に配置される。
【0058】図10は、各タイミング信号FD,VD
1、VD2及びマルチプレクサM1、M2からの出力信号V
1、V2のタイミングを示すもので、各光検出器S11〜S
mnはこの場合、電荷蓄積型として機能するので、VD1
の立下がりで奇数行の検出器の出力を読み出し、VD2
の立下がりで偶数行の検出器の出力を読み出すよう作用
する。したがって、この回路構成によれば、奇数行の検
出器に光が入射されている間に、既に電荷蓄積された偶
数行の検出器の出力を読み出す、あるいはその逆を交互
に繰り返す。
1、VD2及びマルチプレクサM1、M2からの出力信号V
1、V2のタイミングを示すもので、各光検出器S11〜S
mnはこの場合、電荷蓄積型として機能するので、VD1
の立下がりで奇数行の検出器の出力を読み出し、VD2
の立下がりで偶数行の検出器の出力を読み出すよう作用
する。したがって、この回路構成によれば、奇数行の検
出器に光が入射されている間に、既に電荷蓄積された偶
数行の検出器の出力を読み出す、あるいはその逆を交互
に繰り返す。
【0059】なお、マルチプレクサM1、M2の代わりに
CCDカメラセンサで応用されている電荷転送方法を用
いるようにしてもよい。
CCDカメラセンサで応用されている電荷転送方法を用
いるようにしてもよい。
【0060】また、上記回路において、信号VD1を遅
延させこの遅延信号をトリガとして偶数行の検出器の出
力を読み出すとともに、信号VD2を遅延させこの遅延
信号をトリガとして奇数行の検出器の出力を読み出すよ
うにしてもよい。さらに、信号VD1およびVD2の立上
がりをそれぞれ遅延させ、これらの遅延信号によって各
検出器の出力の読み出しを行うようにしてもよい。
延させこの遅延信号をトリガとして偶数行の検出器の出
力を読み出すとともに、信号VD2を遅延させこの遅延
信号をトリガとして奇数行の検出器の出力を読み出すよ
うにしてもよい。さらに、信号VD1およびVD2の立上
がりをそれぞれ遅延させ、これらの遅延信号によって各
検出器の出力の読み出しを行うようにしてもよい。
【0061】図11は、この発明の他の実施例を示すも
ので、この場合は先の図1の実施例のように走査型のス
リット平行光を用いるのではなく、非走査型の平行面光
線Lbを用いるようにする。また、可動部30をレンズ
8aのみで構成し、その他の部分を固定部20側に配設
するようにしている。その他の構成は図1の実施例と同
様であり、同じ機能を達成する構成要素には同一符号を
付してある。
ので、この場合は先の図1の実施例のように走査型のス
リット平行光を用いるのではなく、非走査型の平行面光
線Lbを用いるようにする。また、可動部30をレンズ
8aのみで構成し、その他の部分を固定部20側に配設
するようにしている。その他の構成は図1の実施例と同
様であり、同じ機能を達成する構成要素には同一符号を
付してある。
【0062】すなわち、図11において、レーザ光源1
から発生されたレーザ光はシリンドリカルレンズ12、
2によって平行面光線にLbに変換され、開口アレイ1
4に入射される。開口アレイ14の開口を通過した光
は、前記同様、ホログラム4、レンズアレイ5、ピンホ
ールアレイ7、レンズ8a、8bを経由して計測物体9
に集光される。計測物体9で散乱した光は、レンズ8
b,8a、ピンホールアレイ7、レンズアレイ5を経由
してホログラム4に入射され、該ホログラム4で回折さ
れて光検出器アレイ10の各検出器に入射される。
から発生されたレーザ光はシリンドリカルレンズ12、
2によって平行面光線にLbに変換され、開口アレイ1
4に入射される。開口アレイ14の開口を通過した光
は、前記同様、ホログラム4、レンズアレイ5、ピンホ
ールアレイ7、レンズ8a、8bを経由して計測物体9
に集光される。計測物体9で散乱した光は、レンズ8
b,8a、ピンホールアレイ7、レンズアレイ5を経由
してホログラム4に入射され、該ホログラム4で回折さ
れて光検出器アレイ10の各検出器に入射される。
【0063】この場合は、平行面光線Lbを用いるよう
にしているので、光検出器アレイ10の全ての検出器に
平行面光線Lbの帰り光が同時に入射される。
にしているので、光検出器アレイ10の全ての検出器に
平行面光線Lbの帰り光が同時に入射される。
【0064】かかる実施例によれば、可動部30をレン
ズ8bのみで構成しているので、荷搬重量を軽くでき、
移動走査の為の構成を簡素化することができる。
ズ8bのみで構成しているので、荷搬重量を軽くでき、
移動走査の為の構成を簡素化することができる。
【0065】なお、図11のように、平行面光線Lbを
用いた場合においても、先の図1に示したように、開口
アレイ14により下の部分(開口アレイ14、ホログラ
ム4、レンズアレイ5、光検出器アレイ10、ピンホー
ルアレイ7、レンズ8a,8b)を可動部分として構成
するようにしてもよい。さらに、図11において、計測
対象物体9以外の全ての構成要素を可動部30として構
成するようにしてもよい。
用いた場合においても、先の図1に示したように、開口
アレイ14により下の部分(開口アレイ14、ホログラ
ム4、レンズアレイ5、光検出器アレイ10、ピンホー
ルアレイ7、レンズ8a,8b)を可動部分として構成
するようにしてもよい。さらに、図11において、計測
対象物体9以外の全ての構成要素を可動部30として構
成するようにしてもよい。
【0066】図12は、この発明の更に別の実施例を示
すもので、この場合は装置全体を可動部30として構成
している。また、面光線を発生するための光源として、
複数のレーザエレメントがマトリックス配置されたレー
ザ光源アレイ40を用いるようにしている。このレーザ
光源アレイは、PHOTONICS RESERCH INCORPORATED のア
レイタイプ面発光半導体レーザとして公知である。ま
た、前記アレイタイプ面発光半導体レーザ40から出力
される光線を平行光に変化するためのレンズとして、レ
ンズアレイ50を用いるようにしている。その他の構成
は図1または図11の実施例と同様であり、同じ機能を
達成する構成要素には同一の符号を付してある。
すもので、この場合は装置全体を可動部30として構成
している。また、面光線を発生するための光源として、
複数のレーザエレメントがマトリックス配置されたレー
ザ光源アレイ40を用いるようにしている。このレーザ
光源アレイは、PHOTONICS RESERCH INCORPORATED のア
レイタイプ面発光半導体レーザとして公知である。ま
た、前記アレイタイプ面発光半導体レーザ40から出力
される光線を平行光に変化するためのレンズとして、レ
ンズアレイ50を用いるようにしている。その他の構成
は図1または図11の実施例と同様であり、同じ機能を
達成する構成要素には同一の符号を付してある。
【0067】すなわち、図12において、レーザ光源4
0から発生されたレーザ光はレンズアレイ50によって
平行面光線に変換され、開口アレイ14に入射される。
開口アレイ14の開口を通過した光は、前記同様、ホロ
グラム4、レンズアレイ5、ピンホールアレイ7、レン
ズ8a、8bを経由して計測物体9に集光される。計測
物体9で散乱した光は、レンズ8b,8a、ピンホール
アレイ7、レンズアレイ5を経由してホログラム4に入
射され、該ホログラム4で回折されて光検出器アレイ1
0の各検出器に入射される。
0から発生されたレーザ光はレンズアレイ50によって
平行面光線に変換され、開口アレイ14に入射される。
開口アレイ14の開口を通過した光は、前記同様、ホロ
グラム4、レンズアレイ5、ピンホールアレイ7、レン
ズ8a、8bを経由して計測物体9に集光される。計測
物体9で散乱した光は、レンズ8b,8a、ピンホール
アレイ7、レンズアレイ5を経由してホログラム4に入
射され、該ホログラム4で回折されて光検出器アレイ1
0の各検出器に入射される。
【0068】なお、この実施例において、アレイタイプ
面発光半導体レーザ40を行単位に順次発光させ、先の
図1の実施例のようにスリット光として機能させるよう
にしてもよい。
面発光半導体レーザ40を行単位に順次発光させ、先の
図1の実施例のようにスリット光として機能させるよう
にしてもよい。
【0069】図13は、この発明の更に別の実施例を示
すもので、この実施例では先の各実施例における反射型
ホログラム4の代わりに、図14に示すような回折格子
型ハーフミラー41を用いると共に、レンズ8a、8b
の間に1/4波長版42を介在させるようにしている。
なお、図13において、1/4波長版42の配設位置
は、共焦点光学系の光路中であれば、任意位置でよい。
すもので、この実施例では先の各実施例における反射型
ホログラム4の代わりに、図14に示すような回折格子
型ハーフミラー41を用いると共に、レンズ8a、8b
の間に1/4波長版42を介在させるようにしている。
なお、図13において、1/4波長版42の配設位置
は、共焦点光学系の光路中であれば、任意位置でよい。
【0070】上記回折格子型ハーフミラー41は、上記
反射型ホログラム4と同様、ハーフミラー及び回折格子
として作用するもので、特開昭61−17103号公報
にその開示がある。すなわち、ほぼ同一屈折率を有する
透明部材43,44に複数の傾斜面を設けると共に、こ
れら傾斜面に偏光依存性の反射膜45を形成してレリー
フ型の回折格子を形成しており、その両側に設けられた
平行平板46、47で支持されている。反射膜45は、
P偏光に対してはほぼ100%の透過率を有し、S偏光
に対しほぼ100%の反射率を有するよう構成されてい
る。
反射型ホログラム4と同様、ハーフミラー及び回折格子
として作用するもので、特開昭61−17103号公報
にその開示がある。すなわち、ほぼ同一屈折率を有する
透明部材43,44に複数の傾斜面を設けると共に、こ
れら傾斜面に偏光依存性の反射膜45を形成してレリー
フ型の回折格子を形成しており、その両側に設けられた
平行平板46、47で支持されている。反射膜45は、
P偏光に対してはほぼ100%の透過率を有し、S偏光
に対しほぼ100%の反射率を有するよう構成されてい
る。
【0071】したがって、図13において、直線偏光特
性を有するレーザを用いて光源1からP偏光波を発射す
ると、このP偏光波は回折格子型ハーフミラー41に入
射され、そのほとんどが透過される。さらにこのP偏光
波は、1/4波長版42を通って円偏光になり、対物レ
ンズ8bによって被計測物体9上に集光される。被計測
物体9で反射された光は1/4波長版42を通過するこ
とによりS偏光波になり、レンズ8a,ピンホール7を
介して回折格子型ハーフミラー41に入射され、該ハー
フミラー41の反射膜45で反射されて、光検出器10
に入射されることになる。
性を有するレーザを用いて光源1からP偏光波を発射す
ると、このP偏光波は回折格子型ハーフミラー41に入
射され、そのほとんどが透過される。さらにこのP偏光
波は、1/4波長版42を通って円偏光になり、対物レ
ンズ8bによって被計測物体9上に集光される。被計測
物体9で反射された光は1/4波長版42を通過するこ
とによりS偏光波になり、レンズ8a,ピンホール7を
介して回折格子型ハーフミラー41に入射され、該ハー
フミラー41の反射膜45で反射されて、光検出器10
に入射されることになる。
【0072】なお、先の図2,図11または図12に示
した実施例においても、ホログラム4の代わりに図14
に示したような回折格子型ハーフミラー41を用いるよ
うにしてもよい。勿論その場合には、共焦点光学系の光
路中に1/4波長版42を配設するようにする。
した実施例においても、ホログラム4の代わりに図14
に示したような回折格子型ハーフミラー41を用いるよ
うにしてもよい。勿論その場合には、共焦点光学系の光
路中に1/4波長版42を配設するようにする。
【0073】次に、図15は先の図5に示した薄板状光
学器部分の変形例を示すものであり、この場合は、先の
図5のようにマイクロレンズアレイ5とガラス基板15
を密着させるのではなく、マイクロレンズアレイ5と光
検出器アレイ10を密着させるようにしている。
学器部分の変形例を示すものであり、この場合は、先の
図5のようにマイクロレンズアレイ5とガラス基板15
を密着させるのではなく、マイクロレンズアレイ5と光
検出器アレイ10を密着させるようにしている。
【0074】すなわち、上部遮光膜51,下部遮光膜5
2,上部絶縁膜53,下部絶縁膜54,上部電極55,
下部電極56および光検出器部分57による構成によっ
て光検出器アレイ10の機能とピンホールアレイ7の機
能を実現し、かかる構成部分を屈折率調整液58などに
よってマイクロレンズアレイ5と密着させるようにして
いる。
2,上部絶縁膜53,下部絶縁膜54,上部電極55,
下部電極56および光検出器部分57による構成によっ
て光検出器アレイ10の機能とピンホールアレイ7の機
能を実現し、かかる構成部分を屈折率調整液58などに
よってマイクロレンズアレイ5と密着させるようにして
いる。
【0075】図16は、図15の構成における光検出器
アレイ10およびピンホールアレイ7の製造過程を示す
もので、以下その詳細を製造順に説明する。
アレイ10およびピンホールアレイ7の製造過程を示す
もので、以下その詳細を製造順に説明する。
【0076】(a)平面ガラス基板15 (b)平面ガラス基板15上に下部遮光膜52を成膜す
る。 (c)下部遮光膜52にピンホールアレイ7Aを形成す
る。 (d)この上に下部絶縁膜54を形成する。 (e)更にこの上に下部電極56を成膜する (f)下部電極56のパターンを形成する。 (g)更にこの上に光検出部分(アモルファスシリコン)
57を成膜する (h)光検出器部分57にピンホールアレイ7Bを形成す
る。 (i)上部電極55を成膜する (j)上部電極55のパターンを形成する。 (k)上部絶縁膜53を成膜する。 (l)上部遮光膜51を成膜する。 (m)上部遮光膜51にピンホールアレイ7Cを形成する
とともに、光検出器の開口部7Dを形成する 次に、図17は光検出器部分57をアモルファスシリコ
ンではなく、単結晶シリコン半導体で構成した例を示す
もので、図15に示したものと同じ構成要素については
同一符号を付している。
る。 (c)下部遮光膜52にピンホールアレイ7Aを形成す
る。 (d)この上に下部絶縁膜54を形成する。 (e)更にこの上に下部電極56を成膜する (f)下部電極56のパターンを形成する。 (g)更にこの上に光検出部分(アモルファスシリコン)
57を成膜する (h)光検出器部分57にピンホールアレイ7Bを形成す
る。 (i)上部電極55を成膜する (j)上部電極55のパターンを形成する。 (k)上部絶縁膜53を成膜する。 (l)上部遮光膜51を成膜する。 (m)上部遮光膜51にピンホールアレイ7Cを形成する
とともに、光検出器の開口部7Dを形成する 次に、図17は光検出器部分57をアモルファスシリコ
ンではなく、単結晶シリコン半導体で構成した例を示す
もので、図15に示したものと同じ構成要素については
同一符号を付している。
【0077】すなわち、この場合はシリコン基板の両面
に熱酸化法やCVD法を用いてSiO2膜を形成し、こ
のSiO2膜をマスクとして熱拡散法やイオン注入法を
用いてpn接合を形成し、光検出器アレイ部分を形成す
る。この後再度SiO2膜を形成、パターニングし、R
IE法などのエッチング技術によってピンホールアレイ
部分を形成する。そして、このようにして作成したピン
ホールを有する光検出器アレイを屈折率調整液58によ
ってマイクロレンズアレイ5と密着させる。なお、マイ
クロレンズとの密着の際は、張り合わせSOI技術を用
いて、直接シリコンとマイクロレンズアレイを接合する
ようにしてもよい。また、単結晶シリコンの代わりに I
II − V 族半導体などの光電変換の可能な材料を用いる
ようにしても良い。さらに、上部電極55および下部電
極56は図15や図17の例のように、サンドイッチ状
にしてもよいが、図18に示すように、同一平面内に形
成するようにしてもよい。
に熱酸化法やCVD法を用いてSiO2膜を形成し、こ
のSiO2膜をマスクとして熱拡散法やイオン注入法を
用いてpn接合を形成し、光検出器アレイ部分を形成す
る。この後再度SiO2膜を形成、パターニングし、R
IE法などのエッチング技術によってピンホールアレイ
部分を形成する。そして、このようにして作成したピン
ホールを有する光検出器アレイを屈折率調整液58によ
ってマイクロレンズアレイ5と密着させる。なお、マイ
クロレンズとの密着の際は、張り合わせSOI技術を用
いて、直接シリコンとマイクロレンズアレイを接合する
ようにしてもよい。また、単結晶シリコンの代わりに I
II − V 族半導体などの光電変換の可能な材料を用いる
ようにしても良い。さらに、上部電極55および下部電
極56は図15や図17の例のように、サンドイッチ状
にしてもよいが、図18に示すように、同一平面内に形
成するようにしてもよい。
【0078】次に、図19(a)は、図5や図15に示し
た薄板状光学器部分のさらに別の変形例を示すものであ
り、同図(b)は円環状光検出器10aの平面図である。
た薄板状光学器部分のさらに別の変形例を示すものであ
り、同図(b)は円環状光検出器10aの平面図である。
【0079】すなわちこの図19においては、ハーフミ
ラーの作用をハーフミラーコーティング膜59で実現す
ると共に、光検出器10を円環状にすることによってハ
ーフミラー膜59で反射された光を光検出器10で検出
できるようにしている。
ラーの作用をハーフミラーコーティング膜59で実現す
ると共に、光検出器10を円環状にすることによってハ
ーフミラー膜59で反射された光を光検出器10で検出
できるようにしている。
【0080】かかる図19に示す構成においては、光源
からの光は遮光膜で形成された開口アレイ14を透過
し、マイクロレンズアレイ5のマイクロレンズによって
集光され、ガラス基板15上に形成されたピンホール7
aを通過する。被計測物体からの反射光はピンホール7
aを通過した後、ハーフミラーコーティング膜59で反
射されて円環状光検出器10aに入射される。
からの光は遮光膜で形成された開口アレイ14を透過
し、マイクロレンズアレイ5のマイクロレンズによって
集光され、ガラス基板15上に形成されたピンホール7
aを通過する。被計測物体からの反射光はピンホール7
aを通過した後、ハーフミラーコーティング膜59で反
射されて円環状光検出器10aに入射される。
【0081】円環状光検出器10とピンホールアレイ7
はガラス基板15上に半導体プロセスを用いて形成す
る。
はガラス基板15上に半導体プロセスを用いて形成す
る。
【0082】図20は、先の図9に示した光検出器アレ
イ10の各検出器の信号を読み出すの為の回路構成の変
形例を示すもので、この場合は各検出器を4つのブロッ
クに分割するようにしている。
イ10の各検出器の信号を読み出すの為の回路構成の変
形例を示すもので、この場合は各検出器を4つのブロッ
クに分割するようにしている。
【0083】すなわち、(4n−3)行の光検出器はアナ
ログマルチプレクサM1に接続され、(4n−2)行の光
検出器はアナログマルチプレクサM2に接続され、(4n
−1)行の光検出器はアナログマルチプレクサM3に接続
され、4n行の光検出器はアナログマルチプレクサM4
に接続されており、先の2分割の実施例に比べてその分
割数を増やすことで、信号読み出しの高速化を図るよう
にしている。
ログマルチプレクサM1に接続され、(4n−2)行の光
検出器はアナログマルチプレクサM2に接続され、(4n
−1)行の光検出器はアナログマルチプレクサM3に接続
され、4n行の光検出器はアナログマルチプレクサM4
に接続されており、先の2分割の実施例に比べてその分
割数を増やすことで、信号読み出しの高速化を図るよう
にしている。
【0084】なお、アナログマルチプレクサは、光検出
器アレイとワイヤボンディングなどで結線してもよい
し、光検出器アレイと同一基板内にモノリシックに構成
してもよい。また、行方向のみならず列方向を複数のブ
ロックに分割するようにしてもよい。
器アレイとワイヤボンディングなどで結線してもよい
し、光検出器アレイと同一基板内にモノリシックに構成
してもよい。また、行方向のみならず列方向を複数のブ
ロックに分割するようにしてもよい。
【0085】次に、図21は、図11や図12に示した
ように、面光線が照射される場合の光検出器アレイの信
号読み出し回路を例示するもので、この場合は光検出器
アレイにトランジスタなどのスイッチング素子を組み込
んだX−Yアドレス方式を採用するようにしている。な
お、読み出し方式として電荷転送方式を採用するように
してもよい。
ように、面光線が照射される場合の光検出器アレイの信
号読み出し回路を例示するもので、この場合は光検出器
アレイにトランジスタなどのスイッチング素子を組み込
んだX−Yアドレス方式を採用するようにしている。な
お、読み出し方式として電荷転送方式を採用するように
してもよい。
【0086】ところで、図1、図11および図12に示
す実施例では、被計測物体9は固定するようにしたが、
被計測物体9をX−Y移動ステージに載せて移動可能に
構成し、計測対象領域を適宜変えて計測できるようにし
ても良い。さらに、このX−Y移動ステージまたは可動
部30をX−Y方向に微小変位可能に構成することによ
りより高分解能の計測が可能になる。
す実施例では、被計測物体9は固定するようにしたが、
被計測物体9をX−Y移動ステージに載せて移動可能に
構成し、計測対象領域を適宜変えて計測できるようにし
ても良い。さらに、このX−Y移動ステージまたは可動
部30をX−Y方向に微小変位可能に構成することによ
りより高分解能の計測が可能になる。
【0087】また、図1、図11および図12に示す実
施例において、計測器側を全て固定とし、被計測物体9
を3次元方向に移動走査して3次元計測を行うようにし
ても良い。
施例において、計測器側を全て固定とし、被計測物体9
を3次元方向に移動走査して3次元計測を行うようにし
ても良い。
【0088】また、共焦点光学系の構成はー例を示した
もので、実施例に示したものと同一の機能を達成できる
ものであれば、他の構成を採用するようにしてもよい。
もので、実施例に示したものと同一の機能を達成できる
ものであれば、他の構成を採用するようにしてもよい。
【0089】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
共焦点光学系の光源の焦点と受光の焦点を同一位置に配
したピンホールによって得るようにしたので、計測装置
を小型軽量かつ堅牢にすることができ、計測装置の全体
又は一部を移動する構成に採用すれば、高速計測、位置
合わせ、安定性、計測精度などの各種の面で非常に有利
となる。
共焦点光学系の光源の焦点と受光の焦点を同一位置に配
したピンホールによって得るようにしたので、計測装置
を小型軽量かつ堅牢にすることができ、計測装置の全体
又は一部を移動する構成に採用すれば、高速計測、位置
合わせ、安定性、計測精度などの各種の面で非常に有利
となる。
【図1】この発明を第1実施例を示す図。
【図2】この発明を原理的に示す図
【図3】ホログラムの露光態様などを示す図。
【図4】ホログラム、レンズアレイおよび光検出器アレ
イなどの部分の構成を示す斜視断面図。
イなどの部分の構成を示す斜視断面図。
【図5】ホログラム、レンズアレイおよび光検出器アレ
イなどの部分の構成を示す断面図。
イなどの部分の構成を示す断面図。
【図6】光検出器アレイ及びピンホールアレイ部分の製
造手順の一例を示す工程図。
造手順の一例を示す工程図。
【図7】光検出器アレイ及びピンホールアレイ部分の他
の製造手順を示す工程図。
の製造手順を示す工程図。
【図8】光検出器アレイ及びピンホールアレイ部分の他
の製造手順を示す工程図。
の製造手順を示す工程図。
【図9】光検出器アレイの駆動回路の一例を示す図。
【図10】上記駆動回路の各信号のタイムチャート。
【図11】この発明の第2実施例を示す図。
【図12】この発明の第3実施例を示す図。
【図13】この発明の第4実施例を示す図。
【図14】第4実施例で用いられる回折格子型ハーフミ
ラーを示す図。
ラーを示す図。
【図15】ホログラム、レンズアレイおよび光検出器ア
レイなどの部分の他の構成を示す断面図。
レイなどの部分の他の構成を示す断面図。
【図16】図15の構成の製造手順の一例を示す工程
図。
図。
【図17】ホログラム、レンズアレイおよび光検出器ア
レイなどの部分の他の構成を示す断面図。
レイなどの部分の他の構成を示す断面図。
【図18】ホログラム、レンズアレイおよび光検出器ア
レイなどの部分の他の構成を示す断面図。
レイなどの部分の他の構成を示す断面図。
【図19】この発明の第5実施例を示す図。
【図20】光検出器アレイの駆動回路の他の構成例を示
す図。
す図。
【図21】光検出器アレイの駆動回路の他の構成例を示
す図。
す図。
【図22】共焦点光学系の原理図。
【図23】共焦点光学系の焦点のずれ態様を示す図。
【図24】物体表面のレンズからの距離に対応する光セ
ンサ出力を示す図。
ンサ出力を示す図。
【図25】共焦点光学系を用いた従来の3次元形状計測
器の一例を示す図。
器の一例を示す図。
1…光源 2…レンズ 3…平行光 4…反射ホログラム 5…レンズアレイ 7…ピンホールアレイ 8…レンズ 9…被計測物体 10…光検出器アレイ 14…開口アレイ 15…ガラス基板 16…透明導電膜 19…アモルファスシリコン 20…固定部 21…ニッケル膜 24…絶縁膜 25…ニッケル膜 30…可動部 40…移動ステージ 41…回折格子型ハーフミラー 50…移動制御部 60…3次元計測部
フロントページの続き (72)発明者 寺田 啓治 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 守屋 正人 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 安藤 学 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 塩 耕史 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内
Claims (10)
- 【請求項1】光源と、この光源から発した光を通過させ
て点光源光にする第1の開口部と、この第1の開口部を
通過した光を被計測物体上に集光する対物レンズと、こ
の被計測物体上の集光面に共役な面に位置する第2の開
口部と、該第2の開口部を通過した光を検出する光検出
器とを有する共焦点光学装置において、 前記第1及び第2の開口部を同一位置に配して同一の開
口部をもって共用すると共に、前記光検出器の検出面を
前記共用される同一の開口部とほぼ同一の面上に配設す
るようにしたことを特徴とする共焦点光学装置。 - 【請求項2】光源と、 この光源からの光を入射してハーフミラーおよび回折格
子の作用をなす光学素子と、 この光学素子に密着または近接して配設され、光学素子
からの0次光を集光する第1の集光手段と、 この第1の集光手段によって集光された光を通過させる
ピンホールと、 このピンホールを通過した光を集光して被計測物体に投
光するとともに、被計測物体で散乱された光を前記ピン
ホールに集光する第2の集光手段と、 を備えると共に、 前記光学素子は、前記ピンホールおよび前記第1の集光
手段を介して再入射された光の1次回折光を前記第1の
集光手段に入射するものであり、 さらに前記第1の集光手段によって集光された前記1次
回折光を受光する光検出器を備えるようにした共焦点光
学装置。 - 【請求項3】順次移動走査される平行スリット光を発生
する平行スリット光発生手段と、 光通過用の開口が複数個2次元的に配置され、前記平行
光発生手段からの平行スリット光を入射する開口アレイ
と、 前記開口アレイを通過した光が入射され、ハーフミラー
および回折素子の作用をなす光学素子と、 前記光学素子に近接して配設され、光学素子からの0次
光を集光するレンズが複数個2次元的に配列されたレン
ズアレイと、 前記レンズアレイの各レンズによって集光された光を通
過させるピンホールが複数個2次元配列されたピンホー
ルアレイと、 前記各ピンホールを通過した光を集光して被計測物体に
投光するとともに、被計測物体で散乱された光を各ピン
ホールに集光する集光手段と、 備えると共に、 前記光学素子は、前記各ピンホールおよび前記レンズア
レイを介して再入射された光の1次回折光を前記レンズ
アレイに入射するものであり、 さらに前記レンズアレイの各レンズによって集光された
前記1次回折光を受光する光検出器が複数個2次元配列
された光検出器アレイと、 前記平行スリット光発生手段、開口アレイ、光学素子、
レンズアレイ、ピンホールアレイ、集光手段および光検
出器アレイの少なくとも一部を光軸方向に移動させる移
動制御手段と、 前記平行スリット光の移動走査および前記移動制御手段
の移動制御に対応する前記各光検出器の出力に基づき前
記被計測物体の3次元距離計測を行う3次元距離計測手
段と、 を備えるようにした共焦点光学装置。 - 【請求項4】前記開口アレイ、光学素子、レンズアレ
イ、ピンホールアレイおよび光検出器アレイは、積層構
造をとっていることを特徴とする請求項3記載の共焦点
光学装置。 - 【請求項5】前記光検出器アレイの各光検出器はマトリ
ックス状に2次元配置され、かつこれら検出器は複数の
ブロックに区分されるとともに、各ブロックの光検出器
は共通な接続線で接続されて各ブロック毎に共通の信号
取り出し回路に接続されている請求項3記載の共焦点光
学装置。 - 【請求項6】3次元距離計測手段は、前記平行スリット
光の移動走査にともなって、各ブロック単位に光検出器
の検出信号の読み取りを順次実行することを特徴とする
請求項3記載の共焦点光学装置。 - 【請求項7】面光線を発生する面光線発生手段と、光通
過用の開口が複数個2次元的に配置され、前記面光線発
生手段からの面光線を入射する開口アレイと、 前記開口アレイを通過した光が入射され、ハーフミラー
および回折素子の作用をなす光学素子と、 この光学素子に近接して配設され、光学素子からの0次
光を集光するレンズが複数個2次元的に配列されたレン
ズアレイと、 前記レンズアレイの各レンズによって集光された光を通
過させるピンホールが複数個2次元配列されたピンホー
ルアレイと、 前記各ピンホールを通過した光を集光して被計測物体に
投光するとともに、被計測物体で散乱された光を各ピン
ホールに集光する集光手段と、 備えると共に、 前記光学素子は、前記各ピンホールおよび前記レンズア
レイを介して再入射された光の1次回折光を前記レンズ
アレイに入射するものであり、 さらに前記レンズアレイの各レンズによって集光された
前記1次回折光を受光する光検出器が複数個2次元配列
された光検出器アレイと、 前記面光線発生手段、開口アレイ、光学素子、レンズア
レイ、ピンホールアレイ、集光手段および光検出器アレ
イの少なくとも一部を光軸方向に移動させる移動制御手
段と、 前記移動制御手段の移動制御に対応する前記各光検出器
の出力に基づき前記被計測物体の3次元距離計測を行う
3次元距離計測手段と、 を備えるようにした共焦点光学装置。 - 【請求項8】前記開口アレイ、光学素子、レンズアレ
イ、ピンホールアレイおよび光検出器アレイは、積層構
造をとっていることを特徴とする請求項7記載の共焦点
光学装置。 - 【請求項9】前記面光線発生手段は、複数の発光素子が
マトリックス状に配列された光源アレイである請求項7
記載の共焦点光学装置。 - 【請求項10】光通過用の開口が複数個2次元配置され
た開口アレイと、 ハーフミラー及び回折格子の作用をなす光学素子と、 前記開口アレイの各開口を通過した光を集光するレンズ
が複数個2次元配列されたレンズアレイと、 前記各レンズによって集光された光を通過させるピンホ
ールが複数個2次元配列されたピンホールアレイと、 前記ピンホールアレイの各ピンホールに再入射された光
の前記光学素子での反射光の前記レンズによる集光光が
入射される光検出器が複数個2次元配列された光検出器
アレイと、 を有し、これら開口アレイ、光学素子、レンズアレイ、
ピンホールアレイ、光検出器アレイの積層構造からなる
光学装置。
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