三次元画像取得装置および三次元画像取得方法
【課題】マイクロレンズとピンホールとの間にビームスプリッタを設けずともマイクロレンズを介すことなく反射光を光検出器に導くことができる三次元画像取得装置を提供する。
【解決手段】共焦点光学系を用いた三次元画像取得装置１０であって、マイクロレンズ板１３は、照明光を集光する複数のマイクロレンズが二次元に配設される。照明側開口板１４は、マイクロレンズの集光位置に設けられた照明側開口部を有し、照明側開口部によりマイクロレンズが集光した照明光を被計測体１７に向けて通過させる。偏光ビームスプリッタ１５は、照明側開口板１４を通過した照明光を透過するとともに、被計測体１７からの反射光を照明光の光路とは異なる光路に反射する。検出側開口板２１は、照明側開口部と光学的に共役な位置に設けられた検出側開口部を有し、検出側開口部により偏光ビームスプリッタ１５で反射された反射光を光検出器に向けて通過させる。
【解決手段】共焦点光学系を用いた三次元画像取得装置１０であって、マイクロレンズ板１３は、照明光を集光する複数のマイクロレンズが二次元に配設される。照明側開口板１４は、マイクロレンズの集光位置に設けられた照明側開口部を有し、照明側開口部によりマイクロレンズが集光した照明光を被計測体１７に向けて通過させる。偏光ビームスプリッタ１５は、照明側開口板１４を通過した照明光を透過するとともに、被計測体１７からの反射光を照明光の光路とは異なる光路に反射する。検出側開口板２１は、照明側開口部と光学的に共役な位置に設けられた検出側開口部を有し、検出側開口部により偏光ビームスプリッタ１５で反射された反射光を光検出器に向けて通過させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点光学系を用いて物体の三次元画像を取得する三次元画像取得装置および三次元画像取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の共焦点光学系を用いて物体の三次元画像を取得する技術に、特開平９−２６５４５号公報（特許文献１）に開示された技術がある。
【０００３】
この特許文献１に開示された共焦点光スキャナは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されたディスク、マイクロレンズと同一パターンで微小開口（ピンホール）が設けられたディスクおよびこれら２枚のディスクの間に挿入されたビームスプリッタを備える。
【０００４】
光源が出射した光は、マイクロレンズ、ビームスプリッタ、ピンホールを介して被計測体に入射するようになっている。このため、マイクロレンズを用いない場合に比べ、光源が出射した光はマイクロレンズに集束されて効率よくピンホールに導かれる。
【０００５】
一方、一般に、ピンホールを通った反射光がマイクロレンズを通ると、ピンホールで規定された光のスポットがレンズピッチに広がってしまうほか、個々のマイクロレンズの形状および焦点距離のばらつきの影響により、結像が劣化してしまう。その点、特許文献１に記載の共焦点スキャナによれば、被計測体からの反射光は、ピンホール、ビームスプリッタを介して光検出器に向かい、マイクロレンズを通らないようになっている。このため、ピンホールを通った反射光がマイクロレンズを通る場合に比べ、マイクロレンズによる結像の劣化を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、マイクロレンズは、ピンホールまでの距離が離れるほど、曲率が小さくなるよう形成される。一方、マイクロレンズの曲率が小さくなるにつれ、マイクロレンズの作製は困難になる。このため、数万〜数百万個のマイクロレンズを要する共焦点光学系においては、多数のマイクロレンズを安定して作製するべく、マイクロレンズの曲率を大きくする（曲率半径を小さくする）ことができるように、できるだけマイクロレンズとピンホールの距離を近づけることが望ましい。
【０００８】
しかし、従来の技術では、２枚のディスクの間にビームスプリッタを挿入する必要がある。このため、２枚のディスクは、ビームスプリッタを挿入するための距離よりも近づけることができない。したがって、従来の技術では、マイクロレンズの曲率を大きくすることが難しく、安定して多数のマイクロレンズを作製することが極めて困難である。
【０００９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、マイクロレンズとピンホールとの間にビームスプリッタを設けずともマイクロレンズを介すことなく反射光を光検出器に導くことができる三次元画像取得装置および三次元画像取得方法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】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る三次元画像取得装置は、上述した課題を解決するために、共焦点光学系を用いた三次元画像取得装置であって、マイクロレンズ板、照明側開口板、ビームスプリッタおよび検出側開口板を備える。マイクロレンズ板は、光源により出射された照明光を集光する複数のマイクロレンズが二次元に配設される。照明側開口板は、複数のマイクロレンズのそれぞれの集光位置に設けられた複数の照明側開口部を有し、複数の照明側開口部のそれぞれによりマイクロレンズが集光した照明光を被計測体に向けて通過させる。ビームスプリッタは、照明側開口板を通過した照明光を被計測体に向けて透過するとともに、被計測体からの反射光を照明光の光路とは異なる光路に反射する。検出側開口板は、複数の照明側開口部のそれぞれと光学的に共役な位置に設けられた複数の検出側開口部を有し、複数の検出側開口部のそれぞれによりビームスプリッタにより反射された反射光を光検出器に向けて通過させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る三次元画像取得装置および三次元画像取得方法によれば、マイクロレンズとピンホールとの間にビームスプリッタを設けずともマイクロレンズを介すことなく反射光を光検出器に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元画像取得装置の一例を示す概略的な全体構成図。
【図２】マイクロレンズ板および照明側開口板の一構成例を示す側面図。
【図３】マイクロレンズ板、照明側開口板、偏光ビームスプリッタおよび検出側開口板の関係の一例を示す説明図。
【図４】光検出器と照明側開口部との位置合わせの一例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る三次元画像取得装置および三次元画像取得方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る三次元画像取得装置は、２次元配列型の開口アレイを有する共焦点光学系を用いて被計測体の形状を計測して形状画像を生成しこの形状画像を表示装置に表示させるものである。計測対象物としては、たとえばプリント配線板上のバンプや多層プリント配線板のレーザビアなどの貫通孔のほか、光源としてシリコンの透過率が高い近赤外光を用いる場合には、シリコンウエハの積層接合部近辺やシリコンの内部をも含む。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元画像取得装置１０の一例を示す概略的な全体構成図である。なお、以下の説明では、対物レンズの光軸方向をＺ軸、光軸方向に垂直な方向をＸ軸およびＹ軸とする場合の例について示す。また、以下の説明では対物レンズの光軸と照明光の入射光軸（照明光軸）とが平行である場合の例について示す。
【００１６】
三次元画像取得装置１０は、図１に示すように、光源１１、コリメートレンズ１２、マイクロレンズ板１３、照明側開口板１４、偏光ビームスプリッタ１５、対物レンズ１６、被計測体１７を載置するための載置台１８、検出側開口板２１、結像光学系２２、被計測体１７からの反射光を入射される光検出器を複数有する光検出器群２３、載置台１８をＸＹＺ各方向に移動させるための載置台駆動部３０、載置台１８および載置台駆動部３０を支持する支持基台３１、および情報処理装置３２を有する。載置台駆動部３０は、載置台１８をＺ軸方向に変位させるためのＺ軸変位部３３と、載置台１８をＸＹ方向に変位させるためのＸＹ軸変位部３４とを有する。
【００１７】
光源１１は、ハロゲンランプ、各種白色光源、レーザなどを用いて構成される。光源１１から出射された照明光は、ライトガイド１１ａに導かれてコリメートレンズ１２に入射し、コリメートレンズ１２により面状の平行光となってマイクロレンズ板１３を照明する。
【００１８】
図２は、マイクロレンズ板１３および照明側開口板１４の一構成例を示す側面図である。
【００１９】
図２に示すように、マイクロレンズ板１３は、ガラス等の透明部材により構成された基板３６と、基板３６の照明側開口板１４と対向する面に二次元に配設された複数のマイクロレンズ３７とを有する。マイクロレンズ３７は、たとえば２５μｍ間隔の２次元格子点上に設置される。マイクロレンズ板１３に入射した照明光は、複数のマイクロレンズ３７のそれぞれにより照明側開口板１４に向けて集光される
照明側開口板１４は、複数のマイクロレンズ３７のそれぞれの集光位置に設けられた複数の照明側開口部３８を有する。複数の照明側開口部３８のそれぞれは、マイクロレンズ３７が集光した照明光を被計測体１７に向けて通過させる。たとえばマイクロレンズ３７が２５μｍ間隔の２次元格子点上に設置される場合、照明側開口部３８もまた、マイクロレンズ３７のそれぞれに対応するよう２５μｍ間隔の２次元格子点上に設置される。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１５は、照明側開口板１４の照明側開口部３８を通過した照明光を被計測体１７に向けて透過する。また、偏光ビームスプリッタ１５は、被計測体１７からの反射光を照明光の光路（図１の照明光軸（対物レンズの光軸）と平行な光路）とは異なる光路（図１の分岐光軸と平行な光路）に反射することにより光検出器群２３に導く。
【００２１】
対物レンズ１６は、複数のレンズ３９、絞り４０および１／４波長板４１を有し、両側テレセントリック光学系を構成する。偏光ビームスプリッタ１５を透過した照明光は、対物レンズ１６により集光されて被計測体１７に投影される。また、被計測体１７の反射光は、照明光と同一の光路を通り対物レンズ１６により集光されつつ偏光ビームスプリッタ１５に導かれる。
【００２２】
照明側開口板１４の照明側開口部３８は、それぞれ点光源として機能する。照明側開口部３８のそれぞれを通過した光は、対物レンズ１６により、被計測体１７に投光されつつ点光源と共役な点（以下、被計測体側共役点という）に集光される。対物レンズ１６は、各開口部３８にそれぞれ対応する被計測体側共役点を、Ｚ軸方向の所定の位置の照明光軸方向に垂直な面（以下、被計測体側共役面という）上に集光する。
【００２３】
対物レンズ１６は、１より大きい所定の光学倍率（たとえば５倍や７．５倍、１５倍など）を有することが好ましい。これは、被計測体側共役点の間隔を固定したとき、対物レンズ１６の光学倍率が大きいほど照明側開口板１４の照明側開口部３８の設置間隔を大きくすることができ、照明側開口板１４の作製が容易となるためである。たとえば被計測体側共役点を５μｍ間隔の２次元格子点上とする場合、対物レンズ１６の光学倍率が５倍であるとき、照明側開口部３８は２５μｍ間隔の２次元格子点上に設置すればよい。
【００２４】
図３は、マイクロレンズ板１３、照明側開口板１４、偏光ビームスプリッタ１５および検出側開口板２１の関係の一例を示す説明図である。
【００２５】
図３に示すように、検出側開口板２１は、対物レンズ１６により集光された反射光の集光位置に設けられた複数の検出側開口部４２を有する。すなわち、検出側開口部４２のそれぞれと照明側開口部３８のそれぞれとは、偏光ビームスプリッタ１５および対物レンズ１６により互いに共役関係となる。複数の検出側開口部４２のそれぞれは、対物レンズ１６が集光した反射光を光検出器群２３に向けて通過させる。
【００２６】
結像光学系２２は、たとえば複数のレンズ４３および絞り４４により構成されて両側テレセントリック光学系を構成することが好ましい。検出側開口部４２を通過した反射光は、それぞれ結像光学系２２を介して光検出器群２３の光検出器に集光される。すなわち、検出側開口部４２のそれぞれと検出側開口部４２に対応する位置に配設された光検出器とは、結像光学系２２により互いに共役関係となる。
【００２７】
光検出器群２３を構成する光検出器は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサにより構成され、照射された光の強度に応じた信号を情報処理装置３２に出力する。また、光検出器群２３は、情報処理装置３２により光検出のタイミングを制御される。
【００２８】
光検出器は、検出側開口部４２に集光された光の強度変化を検出可能な位置に配設される。なお、１つの検出側開口部４２に対応する光検出器は１個であってもよいし複数個であってもよい。
【００２９】
載置台駆動部３０のＺ軸変位部３３は、ピエゾモータやサーボモータなどの一般的な駆動装置により構成され、載置台１８を照明光軸方向に変位させる。この変位の量、方向およびタイミングは、情報処理装置３２によりＺ軸ドライバ５１を介して制御される。Ｚ軸変位部３３は、載置台１８を照明光軸方向に変位させることにより、被計測体側共役点の位置と被計測体１７の位置とのＺ軸方向（照明光軸方向）の相対的な位置関係（以下、Ｚ位置関係という）を変更する。
【００３０】
載置台駆動部３０のＸＹ軸変位部３４は、ピエゾモータやサーボモータなどの一般的な駆動装置により構成され、載置台１８を照明光軸方向に垂直な方向に変位させる。ＸＹ軸変位部３４は、載置台１８のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置決めをそれぞれ行うＸ軸変位機構５２およびＹ軸変位機構５３を有する。
【００３１】
Ｘ軸変位機構５２およびＹ軸変位機構５３は、たとえばサーボモータにより構成され、変位の量、方向およびタイミングは、情報処理装置３２によりＸＹ軸ドライバ５４を介して制御される。載置台１８が照明光軸方向に垂直な方向に変位することにより、被計測体側共役点の位置と被計測体１７の位置との照明光軸方向に垂直な方向の相対的な位置関係（以下、ＸＹ位置関係という）が変更されることになる。
【００３２】
次に、光検出器群２３の出力にもとづいて被計測体１７の形状画像を取得する方法について簡単に説明する。
【００３３】
情報処理装置３２は、たとえばデスクトップ型やノートブック型のパーソナルコンピュータなどにより構成することができる。情報処理装置３２は、入力部６１、表示部６２、記憶部６３および主制御部を有する。
【００３４】
入力部６１は、たとえばキーボード、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を主制御部に出力する。表示部６２は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、主制御部の制御に従って各種情報を表示する。記憶部６３は、ＣＰＵにより読み書き可能な記憶媒体であり、あらかじめＸＹ位置関係と被計測体側共役点のＸＹ座標とを関連付けて記憶しておく。
【００３５】
主制御部は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成される。主制御部のＣＰＵは、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体に記憶されたプログラムに従って少なくとも高さ決定部６４、形状情報取得部６５および画像生成部６６として機能し、光検出器群２３の出力にもとづいて被計測体１７の形状画像を取得する処理を実行する。この各部６４〜６６は、ＲＡＭの所要のワークエリアをデータの一時的な格納場所として利用する。なお、この各部６４〜６６は、ＣＰＵを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって構成してもよい。
【００３６】
ＲＯＭをはじめとする記憶媒体および記憶部６３は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、ＣＰＵにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。ここで電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワークなどを含む。
【００３７】
高さ決定部６４は、Ｚ軸変位部３３および光検出器群２３を制御することにより、Ｚ位置関係（被計測体側共役点の位置と被計測体１７の位置との照明光軸方向の相対的な位置関係）を変更しつつ光検出器の信号を離散的に複数取得する。そして、高さ決定部６４は、被計測体側共役点ごとに、離散的に取得した複数の信号の強度にもとづいて信号の強度が最大となる被計測体１７のＺ軸座標（照明光軸方向の位置）を算出する。高さ決定部６４は、この算出したＺ軸座標を、複数の照明側開口部３８に対応する複数の被計測体側共役点における被計測体１７のＺ軸座標と決定する。
【００３８】
なお、高さ決定部６４は、Ｚ位置関係を連続的に変更させつつ光検出器の信号を取得しても良いし、Ｚ位置関係を所定の位置関係で停止した後に光検出器の信号を取得することを繰り返しても良い。後者の場合、前者の場合に比べモアレ現象が生じる可能性を低減することができる。
【００３９】
なお、共焦点光学系を用いた形状計測技術において光検出器の出力から離散的に取得した複数の信号の強度にもとづいて信号の強度が最大となる被計測体１７のＺ軸座標を算出する方法は、従来各種の方法が知られており、これらのうち任意のものを使用することが可能である（たとえば本願と同一の出願人による特許文献である特開平９−１２６７３９号公報の段落［００１４］−［００１７］など参照）。
【００４０】
形状情報取得部６５は、ＸＹ軸変位部３４および高さ決定部６４を制御することにより、載置台１８の初期位置と載置台１８を初期位置からＸＹ方向に移動させた移動位置とのそれぞれにおいて、高さ決定部６４に複数の照明側開口部３８に対応する複数の被計測体側共役点のそれぞれにおける被計測体１７のＺ軸座標を決定させる。この結果、形状情報取得部６５は、初期位置および移動位置の各位置での複数の被計測体側共役点における被計測体１７のＺ軸座標の情報からなる被計測体１７の三次元形状情報を取得することができる。
【００４１】
なお、ＸＹ軸変位部３４による載置台１８の移動距離は、たとえば入力部６１を介したユーザによる指示に応じて設定された値を用いてもよいし、初期設定された値を用いてもよい。
【００４２】
画像生成部６６は、形状情報取得部６５により取得された三次元形状情報を用いて被計測体１７の形状画像を生成し、この形状画像を表示部６２に表示させる。
【００４３】
本実施形態に係る三次元画像取得装置１０は、マイクロレンズ３７により照明光を各照明側開口部３８に集光する。このため、照明光の光量を無駄なく利用することができる。
【００４４】
マイクロレンズ３７を用いずに照明光を直接照明側開口部３８に照射すると、照明光の一部が照明側開口板１４の照明側開口部３８を除く部分に遮られてしまう。一方、本実施形態に係る三次元画像取得装置１０によれば、マイクロレンズ３７により照明光を各照明側開口部３８に集光することができる。このため、マイクロレンズ３７を用いない場合に比べ非常に多くの光量を利用することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る三次元画像取得装置１０は、照明光と反射光の光路を分岐させるための偏光ビームスプリッタ１５が照明側開口板１４の被計測体１７側に配設されており、マイクロレンズ板１３と照明側開口板１４の間に偏光ビームスプリッタ１５を設ける必要が無い。
【００４６】
したがって、マイクロレンズ板１３と照明側開口板１４の間に偏光ビームスプリッタ１５が設けられる場合に比べ、マイクロレンズ３７と照明側開口部３８との距離を近づけることができる。このため、マイクロレンズ３７の曲率を大きくすることができ、マイクロレンズ３７を安定して作製することができる。マイクロレンズ３７を安定して作製することは、数万〜数百万個のマイクロレンズを要する共焦点光学系においては特に重要である。また、図２に示すように基板３６の照明側開口板１４と対向する面にマイクロレンズ３７を配設することにより、マイクロレンズ３７と照明側開口部３８との距離をさらに近づけることができる。なお、図３には、マイクロレンズ３７および照明側開口部３８が０．０２５ｍｍ（２５μｍ）間隔の二次元格子点上に設けられ、マイクロレンズ板１３と照明側開口板１４との距離が０．１１ｍｍであり、マイクロレンズ３７の曲率半径が０．０５７ｍｍ、突出高さが０．００１４ｍｍである場合の例を示した。
【００４７】
また、本実施形態に係る三次元画像取得装置１０は、照明光と反射光の光路を分岐させるための偏光ビームスプリッタ１５が照明側開口板１４の被計測体１７側に配設されているため、被計測体１７の反射光は、マイクロレンズ３７を介すことなく検出器側開口部４２を通過して光検出器群２３に導かれる。
【００４８】
たとえば検出側開口部４２を通過した反射光がマイクロレンズを透過する場合、検出側開口部４２で規定された光のスポットがレンズピッチに広がってしまうばかりでなく、マイクロレンズごとの形状や焦点距離のばらつきの影響により結像が劣化してしまう。その点、本実施形態に係る三次元画像取得装置１０によれば、この結像の劣化を未然に防止することができる。
【００４９】
図４は、光検出器と照明側開口部３８との位置合わせの一例を説明するための図である。なお、以下の説明では、図４に図示しないマイクロレンズ３７および検出側開口部４２は、それぞれ照明側開口部３８に対応する位置に設けられる場合の例について示す。この場合、マイクロレンズ３７および検出側開口部４２は、それぞれ照明側開口部３８と同数設けられることになる。また、図４には、照明側開口部３８が１５×１５の二次元正方格子点上に設けられ、光検出器が１０×１０の二次元正方格子点上に設けられる場合の例について示した。
【００５０】
図４に示すように照明側開口部３８および検出側開口部４２の数を光検出器の数よりも多くすることで、互いの位置合わせが非常に容易となる。
【００５１】
たとえば、複数の照明側開口部３８のうち、光検出器が設けられる格子点に対応する格子点（中央領域に属する格子点）に設けられたものを第１の照明側開口部群７１とし、中央領域を囲む周辺領域に属する格子点に設けられたものを第２の照明側開口部群７２とする場合を考える。このとき、検出側開口部４２もまた、第１の照明側開口部群７１および第２の照明側開口部群７２に対応する第１群と第２群に分けられる。マイクロレンズ３７も同様に、第１群と第２群に分けられる。
【００５２】
この場合、第１の照明側開口部群７１と光検出器とを位置合わせした後、経時変化や衝撃などにより図４に示すようにこの位置合わせがずれてしまったときには、第１の照明側開口部群７１と光検出器とを再び完全一致させずとも、第２の照明側開口部群７２を一部利用することで容易に光検出器に反射光を投影することができる。
【００５３】
また、マイクロレンズ３７と照明側開口部３８との位置合わせや、照明側開口部３８と検出側開口部４２との位置合わせにおいても、第１の照明側開口部群７１に対応する位置どうしが一致していればよく、複数の位置関係で位置決めすることが可能であるため、大変容易に位置合わせを行うことができる。
【００５４】
さらに、照明側開口部３８および検出側開口部４２の数が光検出器の数よりも多い場合、最外周近傍に位置する光検出器と中央付近に位置する光検出器とでコントラスト条件をほぼ同じとすることができるため、ムラの発生を抑える効果がある。これは、第２の照明側開口部群７２を通過した照明光に対応する反射光が最外周近傍に位置する光検出器の周囲に投影されるためである。なお、マイクロレンズ３７が光検出器と同数であっても、第２の照明側開口部群７２に対応する位置の基板３６を透過した照明光由来の反射光が最外周近傍に位置する光検出器の周囲に投影されるため同様の効果を得ることができる。
【００５５】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 三次元画像取得装置
１１ 光源
１３ マイクロレンズ板
１４ 照明側開口板
１５ 偏光ビームスプリッタ
１６ 対物レンズ
１７ 被計測体
２１ 検出側開口板
２３ 光検出器群
３２ 情報処理装置
３６ 基板
３７ マイクロレンズ
３８ 照明側開口部
４１ １／４波長板
４２ 検出側開口部
７１ 第１の照明側開口部群
７２ 第２の照明側開口部群
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点光学系を用いて物体の三次元画像を取得する三次元画像取得装置および三次元画像取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の共焦点光学系を用いて物体の三次元画像を取得する技術に、特開平９−２６５４５号公報（特許文献１）に開示された技術がある。
【０００３】
この特許文献１に開示された共焦点光スキャナは、複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されたディスク、マイクロレンズと同一パターンで微小開口（ピンホール）が設けられたディスクおよびこれら２枚のディスクの間に挿入されたビームスプリッタを備える。
【０００４】
光源が出射した光は、マイクロレンズ、ビームスプリッタ、ピンホールを介して被計測体に入射するようになっている。このため、マイクロレンズを用いない場合に比べ、光源が出射した光はマイクロレンズに集束されて効率よくピンホールに導かれる。
【０００５】
一方、一般に、ピンホールを通った反射光がマイクロレンズを通ると、ピンホールで規定された光のスポットがレンズピッチに広がってしまうほか、個々のマイクロレンズの形状および焦点距離のばらつきの影響により、結像が劣化してしまう。その点、特許文献１に記載の共焦点スキャナによれば、被計測体からの反射光は、ピンホール、ビームスプリッタを介して光検出器に向かい、マイクロレンズを通らないようになっている。このため、ピンホールを通った反射光がマイクロレンズを通る場合に比べ、マイクロレンズによる結像の劣化を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、マイクロレンズは、ピンホールまでの距離が離れるほど、曲率が小さくなるよう形成される。一方、マイクロレンズの曲率が小さくなるにつれ、マイクロレンズの作製は困難になる。このため、数万〜数百万個のマイクロレンズを要する共焦点光学系においては、多数のマイクロレンズを安定して作製するべく、マイクロレンズの曲率を大きくする（曲率半径を小さくする）ことができるように、できるだけマイクロレンズとピンホールの距離を近づけることが望ましい。
【０００８】
しかし、従来の技術では、２枚のディスクの間にビームスプリッタを挿入する必要がある。このため、２枚のディスクは、ビームスプリッタを挿入するための距離よりも近づけることができない。したがって、従来の技術では、マイクロレンズの曲率を大きくすることが難しく、安定して多数のマイクロレンズを作製することが極めて困難である。
【０００９】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、マイクロレンズとピンホールとの間にビームスプリッタを設けずともマイクロレンズを介すことなく反射光を光検出器に導くことができる三次元画像取得装置および三次元画像取得方法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】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る三次元画像取得装置は、上述した課題を解決するために、共焦点光学系を用いた三次元画像取得装置であって、マイクロレンズ板、照明側開口板、ビームスプリッタおよび検出側開口板を備える。マイクロレンズ板は、光源により出射された照明光を集光する複数のマイクロレンズが二次元に配設される。照明側開口板は、複数のマイクロレンズのそれぞれの集光位置に設けられた複数の照明側開口部を有し、複数の照明側開口部のそれぞれによりマイクロレンズが集光した照明光を被計測体に向けて通過させる。ビームスプリッタは、照明側開口板を通過した照明光を被計測体に向けて透過するとともに、被計測体からの反射光を照明光の光路とは異なる光路に反射する。検出側開口板は、複数の照明側開口部のそれぞれと光学的に共役な位置に設けられた複数の検出側開口部を有し、複数の検出側開口部のそれぞれによりビームスプリッタにより反射された反射光を光検出器に向けて通過させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る三次元画像取得装置および三次元画像取得方法によれば、マイクロレンズとピンホールとの間にビームスプリッタを設けずともマイクロレンズを介すことなく反射光を光検出器に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元画像取得装置の一例を示す概略的な全体構成図。
【図２】マイクロレンズ板および照明側開口板の一構成例を示す側面図。
【図３】マイクロレンズ板、照明側開口板、偏光ビームスプリッタおよび検出側開口板の関係の一例を示す説明図。
【図４】光検出器と照明側開口部との位置合わせの一例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る三次元画像取得装置および三次元画像取得方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る三次元画像取得装置は、２次元配列型の開口アレイを有する共焦点光学系を用いて被計測体の形状を計測して形状画像を生成しこの形状画像を表示装置に表示させるものである。計測対象物としては、たとえばプリント配線板上のバンプや多層プリント配線板のレーザビアなどの貫通孔のほか、光源としてシリコンの透過率が高い近赤外光を用いる場合には、シリコンウエハの積層接合部近辺やシリコンの内部をも含む。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元画像取得装置１０の一例を示す概略的な全体構成図である。なお、以下の説明では、対物レンズの光軸方向をＺ軸、光軸方向に垂直な方向をＸ軸およびＹ軸とする場合の例について示す。また、以下の説明では対物レンズの光軸と照明光の入射光軸（照明光軸）とが平行である場合の例について示す。
【００１６】
三次元画像取得装置１０は、図１に示すように、光源１１、コリメートレンズ１２、マイクロレンズ板１３、照明側開口板１４、偏光ビームスプリッタ１５、対物レンズ１６、被計測体１７を載置するための載置台１８、検出側開口板２１、結像光学系２２、被計測体１７からの反射光を入射される光検出器を複数有する光検出器群２３、載置台１８をＸＹＺ各方向に移動させるための載置台駆動部３０、載置台１８および載置台駆動部３０を支持する支持基台３１、および情報処理装置３２を有する。載置台駆動部３０は、載置台１８をＺ軸方向に変位させるためのＺ軸変位部３３と、載置台１８をＸＹ方向に変位させるためのＸＹ軸変位部３４とを有する。
【００１７】
光源１１は、ハロゲンランプ、各種白色光源、レーザなどを用いて構成される。光源１１から出射された照明光は、ライトガイド１１ａに導かれてコリメートレンズ１２に入射し、コリメートレンズ１２により面状の平行光となってマイクロレンズ板１３を照明する。
【００１８】
図２は、マイクロレンズ板１３および照明側開口板１４の一構成例を示す側面図である。
【００１９】
図２に示すように、マイクロレンズ板１３は、ガラス等の透明部材により構成された基板３６と、基板３６の照明側開口板１４と対向する面に二次元に配設された複数のマイクロレンズ３７とを有する。マイクロレンズ３７は、たとえば２５μｍ間隔の２次元格子点上に設置される。マイクロレンズ板１３に入射した照明光は、複数のマイクロレンズ３７のそれぞれにより照明側開口板１４に向けて集光される
照明側開口板１４は、複数のマイクロレンズ３７のそれぞれの集光位置に設けられた複数の照明側開口部３８を有する。複数の照明側開口部３８のそれぞれは、マイクロレンズ３７が集光した照明光を被計測体１７に向けて通過させる。たとえばマイクロレンズ３７が２５μｍ間隔の２次元格子点上に設置される場合、照明側開口部３８もまた、マイクロレンズ３７のそれぞれに対応するよう２５μｍ間隔の２次元格子点上に設置される。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１５は、照明側開口板１４の照明側開口部３８を通過した照明光を被計測体１７に向けて透過する。また、偏光ビームスプリッタ１５は、被計測体１７からの反射光を照明光の光路（図１の照明光軸（対物レンズの光軸）と平行な光路）とは異なる光路（図１の分岐光軸と平行な光路）に反射することにより光検出器群２３に導く。
【００２１】
対物レンズ１６は、複数のレンズ３９、絞り４０および１／４波長板４１を有し、両側テレセントリック光学系を構成する。偏光ビームスプリッタ１５を透過した照明光は、対物レンズ１６により集光されて被計測体１７に投影される。また、被計測体１７の反射光は、照明光と同一の光路を通り対物レンズ１６により集光されつつ偏光ビームスプリッタ１５に導かれる。
【００２２】
照明側開口板１４の照明側開口部３８は、それぞれ点光源として機能する。照明側開口部３８のそれぞれを通過した光は、対物レンズ１６により、被計測体１７に投光されつつ点光源と共役な点（以下、被計測体側共役点という）に集光される。対物レンズ１６は、各開口部３８にそれぞれ対応する被計測体側共役点を、Ｚ軸方向の所定の位置の照明光軸方向に垂直な面（以下、被計測体側共役面という）上に集光する。
【００２３】
対物レンズ１６は、１より大きい所定の光学倍率（たとえば５倍や７．５倍、１５倍など）を有することが好ましい。これは、被計測体側共役点の間隔を固定したとき、対物レンズ１６の光学倍率が大きいほど照明側開口板１４の照明側開口部３８の設置間隔を大きくすることができ、照明側開口板１４の作製が容易となるためである。たとえば被計測体側共役点を５μｍ間隔の２次元格子点上とする場合、対物レンズ１６の光学倍率が５倍であるとき、照明側開口部３８は２５μｍ間隔の２次元格子点上に設置すればよい。
【００２４】
図３は、マイクロレンズ板１３、照明側開口板１４、偏光ビームスプリッタ１５および検出側開口板２１の関係の一例を示す説明図である。
【００２５】
図３に示すように、検出側開口板２１は、対物レンズ１６により集光された反射光の集光位置に設けられた複数の検出側開口部４２を有する。すなわち、検出側開口部４２のそれぞれと照明側開口部３８のそれぞれとは、偏光ビームスプリッタ１５および対物レンズ１６により互いに共役関係となる。複数の検出側開口部４２のそれぞれは、対物レンズ１６が集光した反射光を光検出器群２３に向けて通過させる。
【００２６】
結像光学系２２は、たとえば複数のレンズ４３および絞り４４により構成されて両側テレセントリック光学系を構成することが好ましい。検出側開口部４２を通過した反射光は、それぞれ結像光学系２２を介して光検出器群２３の光検出器に集光される。すなわち、検出側開口部４２のそれぞれと検出側開口部４２に対応する位置に配設された光検出器とは、結像光学系２２により互いに共役関係となる。
【００２７】
光検出器群２３を構成する光検出器は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサにより構成され、照射された光の強度に応じた信号を情報処理装置３２に出力する。また、光検出器群２３は、情報処理装置３２により光検出のタイミングを制御される。
【００２８】
光検出器は、検出側開口部４２に集光された光の強度変化を検出可能な位置に配設される。なお、１つの検出側開口部４２に対応する光検出器は１個であってもよいし複数個であってもよい。
【００２９】
載置台駆動部３０のＺ軸変位部３３は、ピエゾモータやサーボモータなどの一般的な駆動装置により構成され、載置台１８を照明光軸方向に変位させる。この変位の量、方向およびタイミングは、情報処理装置３２によりＺ軸ドライバ５１を介して制御される。Ｚ軸変位部３３は、載置台１８を照明光軸方向に変位させることにより、被計測体側共役点の位置と被計測体１７の位置とのＺ軸方向（照明光軸方向）の相対的な位置関係（以下、Ｚ位置関係という）を変更する。
【００３０】
載置台駆動部３０のＸＹ軸変位部３４は、ピエゾモータやサーボモータなどの一般的な駆動装置により構成され、載置台１８を照明光軸方向に垂直な方向に変位させる。ＸＹ軸変位部３４は、載置台１８のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置決めをそれぞれ行うＸ軸変位機構５２およびＹ軸変位機構５３を有する。
【００３１】
Ｘ軸変位機構５２およびＹ軸変位機構５３は、たとえばサーボモータにより構成され、変位の量、方向およびタイミングは、情報処理装置３２によりＸＹ軸ドライバ５４を介して制御される。載置台１８が照明光軸方向に垂直な方向に変位することにより、被計測体側共役点の位置と被計測体１７の位置との照明光軸方向に垂直な方向の相対的な位置関係（以下、ＸＹ位置関係という）が変更されることになる。
【００３２】
次に、光検出器群２３の出力にもとづいて被計測体１７の形状画像を取得する方法について簡単に説明する。
【００３３】
情報処理装置３２は、たとえばデスクトップ型やノートブック型のパーソナルコンピュータなどにより構成することができる。情報処理装置３２は、入力部６１、表示部６２、記憶部６３および主制御部を有する。
【００３４】
入力部６１は、たとえばキーボード、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を主制御部に出力する。表示部６２は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、主制御部の制御に従って各種情報を表示する。記憶部６３は、ＣＰＵにより読み書き可能な記憶媒体であり、あらかじめＸＹ位置関係と被計測体側共役点のＸＹ座標とを関連付けて記憶しておく。
【００３５】
主制御部は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成される。主制御部のＣＰＵは、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体に記憶されたプログラムに従って少なくとも高さ決定部６４、形状情報取得部６５および画像生成部６６として機能し、光検出器群２３の出力にもとづいて被計測体１７の形状画像を取得する処理を実行する。この各部６４〜６６は、ＲＡＭの所要のワークエリアをデータの一時的な格納場所として利用する。なお、この各部６４〜６６は、ＣＰＵを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって構成してもよい。
【００３６】
ＲＯＭをはじめとする記憶媒体および記憶部６３は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、ＣＰＵにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。ここで電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワークなどを含む。
【００３７】
高さ決定部６４は、Ｚ軸変位部３３および光検出器群２３を制御することにより、Ｚ位置関係（被計測体側共役点の位置と被計測体１７の位置との照明光軸方向の相対的な位置関係）を変更しつつ光検出器の信号を離散的に複数取得する。そして、高さ決定部６４は、被計測体側共役点ごとに、離散的に取得した複数の信号の強度にもとづいて信号の強度が最大となる被計測体１７のＺ軸座標（照明光軸方向の位置）を算出する。高さ決定部６４は、この算出したＺ軸座標を、複数の照明側開口部３８に対応する複数の被計測体側共役点における被計測体１７のＺ軸座標と決定する。
【００３８】
なお、高さ決定部６４は、Ｚ位置関係を連続的に変更させつつ光検出器の信号を取得しても良いし、Ｚ位置関係を所定の位置関係で停止した後に光検出器の信号を取得することを繰り返しても良い。後者の場合、前者の場合に比べモアレ現象が生じる可能性を低減することができる。
【００３９】
なお、共焦点光学系を用いた形状計測技術において光検出器の出力から離散的に取得した複数の信号の強度にもとづいて信号の強度が最大となる被計測体１７のＺ軸座標を算出する方法は、従来各種の方法が知られており、これらのうち任意のものを使用することが可能である（たとえば本願と同一の出願人による特許文献である特開平９−１２６７３９号公報の段落［００１４］−［００１７］など参照）。
【００４０】
形状情報取得部６５は、ＸＹ軸変位部３４および高さ決定部６４を制御することにより、載置台１８の初期位置と載置台１８を初期位置からＸＹ方向に移動させた移動位置とのそれぞれにおいて、高さ決定部６４に複数の照明側開口部３８に対応する複数の被計測体側共役点のそれぞれにおける被計測体１７のＺ軸座標を決定させる。この結果、形状情報取得部６５は、初期位置および移動位置の各位置での複数の被計測体側共役点における被計測体１７のＺ軸座標の情報からなる被計測体１７の三次元形状情報を取得することができる。
【００４１】
なお、ＸＹ軸変位部３４による載置台１８の移動距離は、たとえば入力部６１を介したユーザによる指示に応じて設定された値を用いてもよいし、初期設定された値を用いてもよい。
【００４２】
画像生成部６６は、形状情報取得部６５により取得された三次元形状情報を用いて被計測体１７の形状画像を生成し、この形状画像を表示部６２に表示させる。
【００４３】
本実施形態に係る三次元画像取得装置１０は、マイクロレンズ３７により照明光を各照明側開口部３８に集光する。このため、照明光の光量を無駄なく利用することができる。
【００４４】
マイクロレンズ３７を用いずに照明光を直接照明側開口部３８に照射すると、照明光の一部が照明側開口板１４の照明側開口部３８を除く部分に遮られてしまう。一方、本実施形態に係る三次元画像取得装置１０によれば、マイクロレンズ３７により照明光を各照明側開口部３８に集光することができる。このため、マイクロレンズ３７を用いない場合に比べ非常に多くの光量を利用することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る三次元画像取得装置１０は、照明光と反射光の光路を分岐させるための偏光ビームスプリッタ１５が照明側開口板１４の被計測体１７側に配設されており、マイクロレンズ板１３と照明側開口板１４の間に偏光ビームスプリッタ１５を設ける必要が無い。
【００４６】
したがって、マイクロレンズ板１３と照明側開口板１４の間に偏光ビームスプリッタ１５が設けられる場合に比べ、マイクロレンズ３７と照明側開口部３８との距離を近づけることができる。このため、マイクロレンズ３７の曲率を大きくすることができ、マイクロレンズ３７を安定して作製することができる。マイクロレンズ３７を安定して作製することは、数万〜数百万個のマイクロレンズを要する共焦点光学系においては特に重要である。また、図２に示すように基板３６の照明側開口板１４と対向する面にマイクロレンズ３７を配設することにより、マイクロレンズ３７と照明側開口部３８との距離をさらに近づけることができる。なお、図３には、マイクロレンズ３７および照明側開口部３８が０．０２５ｍｍ（２５μｍ）間隔の二次元格子点上に設けられ、マイクロレンズ板１３と照明側開口板１４との距離が０．１１ｍｍであり、マイクロレンズ３７の曲率半径が０．０５７ｍｍ、突出高さが０．００１４ｍｍである場合の例を示した。
【００４７】
また、本実施形態に係る三次元画像取得装置１０は、照明光と反射光の光路を分岐させるための偏光ビームスプリッタ１５が照明側開口板１４の被計測体１７側に配設されているため、被計測体１７の反射光は、マイクロレンズ３７を介すことなく検出器側開口部４２を通過して光検出器群２３に導かれる。
【００４８】
たとえば検出側開口部４２を通過した反射光がマイクロレンズを透過する場合、検出側開口部４２で規定された光のスポットがレンズピッチに広がってしまうばかりでなく、マイクロレンズごとの形状や焦点距離のばらつきの影響により結像が劣化してしまう。その点、本実施形態に係る三次元画像取得装置１０によれば、この結像の劣化を未然に防止することができる。
【００４９】
図４は、光検出器と照明側開口部３８との位置合わせの一例を説明するための図である。なお、以下の説明では、図４に図示しないマイクロレンズ３７および検出側開口部４２は、それぞれ照明側開口部３８に対応する位置に設けられる場合の例について示す。この場合、マイクロレンズ３７および検出側開口部４２は、それぞれ照明側開口部３８と同数設けられることになる。また、図４には、照明側開口部３８が１５×１５の二次元正方格子点上に設けられ、光検出器が１０×１０の二次元正方格子点上に設けられる場合の例について示した。
【００５０】
図４に示すように照明側開口部３８および検出側開口部４２の数を光検出器の数よりも多くすることで、互いの位置合わせが非常に容易となる。
【００５１】
たとえば、複数の照明側開口部３８のうち、光検出器が設けられる格子点に対応する格子点（中央領域に属する格子点）に設けられたものを第１の照明側開口部群７１とし、中央領域を囲む周辺領域に属する格子点に設けられたものを第２の照明側開口部群７２とする場合を考える。このとき、検出側開口部４２もまた、第１の照明側開口部群７１および第２の照明側開口部群７２に対応する第１群と第２群に分けられる。マイクロレンズ３７も同様に、第１群と第２群に分けられる。
【００５２】
この場合、第１の照明側開口部群７１と光検出器とを位置合わせした後、経時変化や衝撃などにより図４に示すようにこの位置合わせがずれてしまったときには、第１の照明側開口部群７１と光検出器とを再び完全一致させずとも、第２の照明側開口部群７２を一部利用することで容易に光検出器に反射光を投影することができる。
【００５３】
また、マイクロレンズ３７と照明側開口部３８との位置合わせや、照明側開口部３８と検出側開口部４２との位置合わせにおいても、第１の照明側開口部群７１に対応する位置どうしが一致していればよく、複数の位置関係で位置決めすることが可能であるため、大変容易に位置合わせを行うことができる。
【００５４】
さらに、照明側開口部３８および検出側開口部４２の数が光検出器の数よりも多い場合、最外周近傍に位置する光検出器と中央付近に位置する光検出器とでコントラスト条件をほぼ同じとすることができるため、ムラの発生を抑える効果がある。これは、第２の照明側開口部群７２を通過した照明光に対応する反射光が最外周近傍に位置する光検出器の周囲に投影されるためである。なお、マイクロレンズ３７が光検出器と同数であっても、第２の照明側開口部群７２に対応する位置の基板３６を透過した照明光由来の反射光が最外周近傍に位置する光検出器の周囲に投影されるため同様の効果を得ることができる。
【００５５】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 三次元画像取得装置
１１ 光源
１３ マイクロレンズ板
１４ 照明側開口板
１５ 偏光ビームスプリッタ
１６ 対物レンズ
１７ 被計測体
２１ 検出側開口板
２３ 光検出器群
３２ 情報処理装置
３６ 基板
３７ マイクロレンズ
３８ 照明側開口部
４１ １／４波長板
４２ 検出側開口部
７１ 第１の照明側開口部群
７２ 第２の照明側開口部群
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共焦点光学系を用いた三次元画像取得装置であって、
光源により出射された照明光を集光する複数のマイクロレンズが二次元に配設されたマイクロレンズ板と、
前記複数のマイクロレンズのそれぞれの集光位置に設けられた複数の照明側開口部を有し、前記複数の照明側開口部のそれぞれにより前記マイクロレンズが集光した前記照明光を被計測体に向けて通過させる照明側開口板と、
前記照明側開口板を通過した前記照明光を前記被計測体に向けて透過するとともに、前記被計測体からの反射光を前記照明光の光路とは異なる光路に反射するビームスプリッタと、
前記複数の照明側開口部のそれぞれと光学的に共役な位置に設けられた複数の検出側開口部を有し、前記複数の検出側開口部のそれぞれにより前記ビームスプリッタにより反射された前記反射光を光検出器に向けて通過させる検出側開口板と、
を備えたことを特徴とする三次元画像取得装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズ板は、透明部材により構成された基板を有し、
前記複数のマイクロレンズは、
前記基板の前記照明側開口板と対向する面に配設された、
請求項１記載の三次元画像取得装置。
【請求項３】
前記複数の検出側開口部の少なくとも一部を通過した前記反射光の強度変化を検出可能な位置に配設された複数の前記光検出器を有する光検出器群、
をさらに備え、
前記複数の照明側開口部は、
それぞれが二次元格子点上に設けられるとともに、前記二次元格子点のうち中央領域に属する格子点に設けられた第１の照明側開口部群と、前記中央領域を囲む周辺領域に属する格子点に設けられた第２の照明側開口部群と、を有し、
前記複数の検出側開口部は、
前記第１の照明側開口部群および前記第２の照明側開口部群を構成する前記照明側開口部のそれぞれに対応する位置に設けられ、
前記複数の光検出器は、
前記第１の照明側開口部群のそれぞれに対応する位置に設けられた、
請求項１または２に記載の三次元画像取得装置。
【請求項４】
前記ビームスプリッタを透過した前記照明光を集光して前記被計測体に投影するとともに、前記反射光を集光しつつ前記ビームスプリッタに導く対物レンズ、
をさらに備え、
前記対物レンズの光学倍率は１より大きく、前記複数の照明側開口部群の設置間隔は前記照明光の前記被計測体上の集光点間隔より大きい、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の三次元画像取得装置。
【請求項５】
共焦点光学系を用いて被測定試料の三次元画像を取得する三次元画像取得方法であって、
二次元に配設された複数のマイクロレンズが光源により出射された照明光を集光するステップと、
前記複数のマイクロレンズが集光した前記照明光が、照明側開口板に設けられるとともに前記複数のマイクロレンズのそれぞれの集光位置に設けられた複数の照明側開口部のそれぞれを、被計測体に向けて通過するステップと、
前記複数の照明側開口部を通過した前記照明光が、前記被計測体に向けてビームスプリッタを透過するステップと、
前記被計測体からの反射光が、前記ビームスプリッタに反射されて前記照明光の光路とは異なる光路に導かれるステップと、
前記ビームスプリッタにより反射された前記反射光が、検出側開口板に設けられるとともに前記複数の照明側開口部のそれぞれと光学的に共役な位置に設けられた複数の検出側開口部を、光検出器に向けて通過するステップと、
を有することを特徴とする三次元画像取得方法。
【請求項１】
共焦点光学系を用いた三次元画像取得装置であって、
光源により出射された照明光を集光する複数のマイクロレンズが二次元に配設されたマイクロレンズ板と、
前記複数のマイクロレンズのそれぞれの集光位置に設けられた複数の照明側開口部を有し、前記複数の照明側開口部のそれぞれにより前記マイクロレンズが集光した前記照明光を被計測体に向けて通過させる照明側開口板と、
前記照明側開口板を通過した前記照明光を前記被計測体に向けて透過するとともに、前記被計測体からの反射光を前記照明光の光路とは異なる光路に反射するビームスプリッタと、
前記複数の照明側開口部のそれぞれと光学的に共役な位置に設けられた複数の検出側開口部を有し、前記複数の検出側開口部のそれぞれにより前記ビームスプリッタにより反射された前記反射光を光検出器に向けて通過させる検出側開口板と、
を備えたことを特徴とする三次元画像取得装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズ板は、透明部材により構成された基板を有し、
前記複数のマイクロレンズは、
前記基板の前記照明側開口板と対向する面に配設された、
請求項１記載の三次元画像取得装置。
【請求項３】
前記複数の検出側開口部の少なくとも一部を通過した前記反射光の強度変化を検出可能な位置に配設された複数の前記光検出器を有する光検出器群、
をさらに備え、
前記複数の照明側開口部は、
それぞれが二次元格子点上に設けられるとともに、前記二次元格子点のうち中央領域に属する格子点に設けられた第１の照明側開口部群と、前記中央領域を囲む周辺領域に属する格子点に設けられた第２の照明側開口部群と、を有し、
前記複数の検出側開口部は、
前記第１の照明側開口部群および前記第２の照明側開口部群を構成する前記照明側開口部のそれぞれに対応する位置に設けられ、
前記複数の光検出器は、
前記第１の照明側開口部群のそれぞれに対応する位置に設けられた、
請求項１または２に記載の三次元画像取得装置。
【請求項４】
前記ビームスプリッタを透過した前記照明光を集光して前記被計測体に投影するとともに、前記反射光を集光しつつ前記ビームスプリッタに導く対物レンズ、
をさらに備え、
前記対物レンズの光学倍率は１より大きく、前記複数の照明側開口部群の設置間隔は前記照明光の前記被計測体上の集光点間隔より大きい、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の三次元画像取得装置。
【請求項５】
共焦点光学系を用いて被測定試料の三次元画像を取得する三次元画像取得方法であって、
二次元に配設された複数のマイクロレンズが光源により出射された照明光を集光するステップと、
前記複数のマイクロレンズが集光した前記照明光が、照明側開口板に設けられるとともに前記複数のマイクロレンズのそれぞれの集光位置に設けられた複数の照明側開口部のそれぞれを、被計測体に向けて通過するステップと、
前記複数の照明側開口部を通過した前記照明光が、前記被計測体に向けてビームスプリッタを透過するステップと、
前記被計測体からの反射光が、前記ビームスプリッタに反射されて前記照明光の光路とは異なる光路に導かれるステップと、
前記ビームスプリッタにより反射された前記反射光が、検出側開口板に設けられるとともに前記複数の照明側開口部のそれぞれと光学的に共役な位置に設けられた複数の検出側開口部を、光検出器に向けて通過するステップと、
を有することを特徴とする三次元画像取得方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１６７９３０（Ｐ２０１２−１６７９３０Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６４９７（Ｐ２０１１−２６４９７）
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００２８４２）株式会社高岳製作所 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月９日（２０１１．２．９）
【出願人】（０００００２８４２）株式会社高岳製作所 (72)
【Ｆターム（参考）】
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