光学式プローブ
【課題】光学系に可動機構を備えることなく、測定対象物の形状を逐次測定することが可能な光学式プローブを提供する。
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源により出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行光とされたレーザ光をライン形状の光に変形する光形状変形手段と、光形状変形手段により変形されたライン形状の光を測定対象物に対して選択的に照射させる光照射手段と、光照射手段により選択的に照射されて測定対象物の表面にて反射されたレーザ光に基づいて測定対象物の画像を撮像する撮像手段と、光照射手段によるライン形状の光の照射を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、光照射手段において、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させる。
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源により出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行光とされたレーザ光をライン形状の光に変形する光形状変形手段と、光形状変形手段により変形されたライン形状の光を測定対象物に対して選択的に照射させる光照射手段と、光照射手段により選択的に照射されて測定対象物の表面にて反射されたレーザ光に基づいて測定対象物の画像を撮像する撮像手段と、光照射手段によるライン形状の光の照射を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、光照射手段において、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物（以下、ワーク）にレーザ光を照射し、ワークの表面から反射した光を検出することにより、ワークの各部の位置座標等を取得する非接触型の光学式プローブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
非接触型の光学式プローブとして、例えば、図１０に示すように、レーザ光をライン形状の光（ラインレーザ）に変形するビームエクスパンダ１０３を用いたライン式の光学式プローブ１００が知られている。ライン式の光学式プローブ１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光が、コリメータレンズ１０２によって平行光とされ、平行光とされた光がビームエクスパンダ１０３においてライン形状の光Ｌ１とされ、ワークＷに照射される。ワークＷに照射されたライン形状の光Ｌ１は、ワークＷの表面で反射され、図示しない撮像素子に入射される。これにより、ライン式の光学式プローブ１００は、ワークＷの形状を「一度に」測定することができるようになっている。
【０００４】
また、他の一例として、例えば、図１１に示すように、回転式のガルバノミラー２０３を用いたフライングスポット式の光学式プローブ２００が知られている。フライングスポット式の光学式プローブ２００においては、レーザ光源２０１から出射されたレーザ光が、ミラー２０２を介してガルバノミラー２０３に入射され、ガルバノミラー２０３により反射された点状の光（ポイントレーザ）Ｌ２がワークＷに照射される。このとき、ガルバノミラー２０３は入射光に対して回転駆動されており、このガルバノミラー２０３の回転駆動に応じて、点状の光Ｌ２がライン形状を描くようにワークＷ上を走査するようになっている。ワークＷ上を走査した点状の光Ｌ２は、ワークＷの表面で反射され、図示しない撮像素子に入射される。これにより、フライングスポット式の光学式プローブ２００は、ワークＷの形状を「逐次」測定することができるようになっている。
【０００５】
さらに、他の一例として、例えば、図１２に示すように、回転式のポリゴンミラー３０３を用いた回転ミラー式の光学式プローブ３００が知られている。回転ミラー式の光学式プローブ３００においては、レーザ光源３０１から出射されたレーザ光が、ミラー３０２を介してポリゴンミラー３０３に入射され、ポリゴンミラー３０３により反射された点状の光（ポイントレーザ）Ｌ３がワークＷに照射される。このとき、ポリゴンミラー３０３は入射光に対して回転駆動されており、このポリゴンミラー３０３の回転駆動に応じて、点状の光Ｌ３がライン形状を描くようにワークＷ上を走査するようになっている。ワークＷ上を走査した点状の光Ｌ３は、ワークＷの表面で反射され、図示しない撮像素子に入射される。これにより、回転ミラー式の光学式プローブ３００は、フライングスポット式の光学式プローブ２００と同様、ワークＷの形状を「逐次」測定することができるようになっている。
【０００６】
一般に、非接触型の光学式プローブでは、測定原理として光切断法が用いられる。例えば、図１３、１４に示すように、ライン式の光学式プローブ１００により光切断法を用いてワークＷの形状測定を行う場合、レーザ光源１０１から図示しない光学系（コリメータレンズ及びビームエクスパンダ）を介してワークＷの表面にライン状のレーザ光Ｌ１が照射されるため、レーザ光が照射されているエリアを撮像素子１０４により撮像させるだけで、ワークＷの形状を測定することができる。このように、ライン式の光学式プローブ１００の場合、光学系に機械的な可動機構を備えていないため、フライングスポット式の光学式プローブ２００や回転ミラー式の光学式プローブ３００と比べて、メンテナンスが容易であるというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５３４９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の光学式プローブにおいて、特に、鏡面ワークやコーナー形状のワークにレーザ光が照射された場合、多重反射による偽形状（虚像）が生じることがある。
ライン式の光学式プローブ１００の場合、図１５、１６に示すように、レーザ光が常時ライン状に照射され、ワークＷの形状が一度に取得されることから、多重反射による虚像が生じた場合に、実像Ｒと虚像Ｖとを区別することができず、不都合が生じていた。
この点、フライングスポット式の光学式プローブ２００や回転ミラー式の光学式プローブ３００においては、点状の光がライン形状を描くように照射され、ワークＷの形状が逐次取得されることから、多重反射による虚像が発生した場合でも、虚像を認識することは比較的容易である。
【０００９】
しかしながら、上述した通り、フライングスポット式の光学式プローブ２００や回転ミラー式の光学式プローブ３００の場合、光学系に機械的な可動機構を備える必要があるため、ライン式の光学式プローブ１００と比べて構造が複雑なものとなり、メンテナンスが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、フライングスポット式の光学式プローブ２００の場合、ガルバノミラー２０３の動作角をモータ等で制御する必要があるが、ガルバノミラー２０３の動作角の制御を精密に行わない限り、測定形状にムラが生じてしまう。さらに、ガルバノミラー２０３は可動機構であるため、長期間使用するとガタつきが生じることとなり、メンテナンスが必須であった。
また、回転ミラー式の光学式プローブ３００の場合、ポリゴンミラー３０３の形状精度に測定精度が依存するため、高精度の測定を行うためには、ポリゴンミラー３０３の形状精度（特に、平面度）を可能な限り向上させる必要がある。ポリゴンミラー３０３は多面体のミラーであるため、各面の面精度が均一となるように加工しない限り、測定精度にムラが生じてしまう。
【００１１】
本発明は、光学系に可動機構を備えることなく、測定対象物の形状を逐次測定することが可能な光学式プローブ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】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
光学式プローブにおいて、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源により出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズにより平行光とされたレーザ光をライン形状の光に変形する光形状変形手段と、
前記光形状変形手段により変形されたライン形状の光を測定対象物に対して選択的に照射させる光照射手段と、
前記光照射手段により選択的に照射されて前記測定対象物の表面にて反射されたレーザ光に基づいて前記測定対象物の画像を撮像する撮像手段と、
前記光照射手段による前記ライン形状の光の照射を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記光照射手段において、前記ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の光学式プローブにおいて、
前記光照射手段は、前記ライン形状の光を選択的に反射させる光反射手段であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載の光学式プローブにおいて、
前記光反射手段は、格子状に配列された複数のマイクロミラーを備えるＤＭＤ（Digital Mirror Device）であり、
前記制御手段は、前記ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部まで順次オン状態とするとともに、残りのマイクロミラーをオフ状態とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載の光学式プローブにおいて、
前記光照射手段は、前記ライン形状の光を選択的に透過させる光透過手段であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の光学式プローブにおいて、
前記光透過手段は、一列に配列されたシャッターを有するシャッターアレイであり、
前記制御手段は、シャッターの一端部から他端部まで１セル毎にシャッターを順次開状態とするとともに、残りのシャッターを閉状態とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、
請求項５に記載の光学式プローブにおいて、
前記シャッターアレイは、液晶シャッターアレイ、ＭＥＭＳシャッターアレイ、又はＰＬＺＴシャッターアレイであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学式プローブにおいて、
前記制御手段は、前記撮像手段により撮像された前記測定対象物の画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、前記ライン形状の光のうち、前記虚像を発生させる箇所の光の照射を遮断させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学系に可動機構（例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラー）を備えることなく、測定対象物の形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の光学式プローブの構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図３】測定対象物に対して点状の光がライン形状を描くように照射される様子の一例について示した模式図である。
【図４】虚像が発生した箇所に相当する部分のみをオフ状態として光の測定対象物方向への反射を遮断した様子の一例について示した模式図である。
【図５】図４の光学式プローブにより撮像された測定対象物の形状の一例について示した図である。
【図６】第２実施形態の光学式プローブの構成を示す模式図である。
【図７】第２実施形態の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図８】測定対象物に対して点状の光がライン形状を描くように照射される様子の一例について示した模式図である。
【図９】虚像が発生した箇所に相当する部分のみを閉状態として光の透過を遮断した様子の一例について示した模式図である。
【図１０】従来のライン式の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図１１】従来のフライングスポット式の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図１２】従来の回転ミラー式の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図１３】従来のライン式の光学式プローブにおける測定対象物の形状測定の一例について示した正面図及び側面図である。
【図１４】図１３の光学式プローブにより撮像された測定対象物の形状の一例について示した図である。
【図１５】従来のライン式の光学式プローブにおける測定対象物の形状測定時に多重反射が生じた様子の一例について示した側面図である。
【図１６】図１５の光学式プローブにより撮像された測定対象物の形状及び虚像の一例について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａは、ワークＷの表面を走査し、ワークＷの各部の位置座標を測定する非接触式の光学式プローブであり、図１に示すように、光学部１０Ａと、撮像部２０Ａと、制御部３０Ａと、を備えて構成される。
【００２３】
光学部１０Ａは、図１、２に示すように、レーザ光源１１と、コリメータレンズ１２と、ビームエクスパンダ１３と、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）１５と、を備えて構成される。
レーザ光源１１は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）等で構成され、レーザ光を発生させて出射する。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、水平方向右側に配置されたコリメータレンズ１２に照射される。
【００２４】
コリメータレンズ１２は、レーザ光源１１から入射した光を平行光として、水平方向右側に配置されたビームエクスパンダ１３に照射する。
【００２５】
ビームエクスパンダ１３は、例えば、ロッドレンズ又はシリンドリカルレンズであり、光形状変形手段として、コリメータレンズ１２からの平行光をライン形状に変形させる。このビームエクスパンダ１３に水平方向左側から平行光が照射されると、平行光はライン形状ビームに変形されて、水平方向右側に配置されたＤＭＤ１５に照射される。
【００２６】
ＤＭＤ１５は、例えば、数十万〜数百万個のマイクロミラーが格子状に敷き詰められたＩＣ（Integrated Circuit）を備えた略矩形状の光学デバイスであり、ビームエクスパンダ１３からのライン形状ビームを反射する。なお、各マイクロミラーは表示素子の１画素に相当する。後述する制御部３０Ａは、複数のマイクロミラーの傾斜を制御することにより、「オン」と「オフ」の二つの状態を制御することができる。ここで、マイクロミラーが「オン」のときは、ビームエクスパンダ１３により変形されたライン形状の光を下方に向けて反射し、下方に載置されたワークＷに照射する。一方、マイクロミラーが「オフ」のときは、光を内部の吸収体等に反射するため、ワークＷに照射されることはない。従って、各マイクロミラーを個別に駆動することにより、マイクロミラー単位、即ち、表示画素単位で光の反射を制御することができる。即ち、ＤＭＤ１５は、ビームエクスパンダ１３により変形されたライン形状の光を選択的に反射させる光反射手段として機能する。
なお、レーザ光源１１、コリメータレンズ１２、ビームエクスパンダ１３、及びＤＭＤ１５は、同一の光軸上に配置されている。
【００２７】
撮像部２０Ａは、受光レンズ２１と、イメージセンサ２２と、を備えて構成される。
受光レンズ２１は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光を透過する。受光レンズ２１を透過したレーザ光は、受光レンズ２１と同一の光軸上に配置されたイメージセンサ２２に入射される。
【００２８】
イメージセンサ２２は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像し、ワークＷの各部の座標値を測定する撮像素子であり、取得した測定座標値を、制御部３０Ａに出力する。即ち、イメージセンサ２２は、ＤＭＤ１５により反射されてワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像する撮像手段として機能する。
【００２９】
制御部３０Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えて構成され、光学部１０Ａ、撮像部２０Ａ等と接続されている。
ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている各種処理プログラム等を読み出してＲＡＭに展開し、この展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行することにより、光学式プローブ１Ａ全体の制御を行う。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
ＲＯＭは、例えば、不揮発性の半導体メモリで構成され、ＣＰＵによって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵによって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形でＲＯＭに記憶されている。
【００３０】
また、制御部３０Ａは、ＤＭＤ１５が備える複数のマイクロミラーの傾斜をマイクロミラー毎に制御することにより、ライン形状の光の反射を制御する。具体的には、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部までマイクロミラー毎に順次「オン」状態とするとともに、残りのマイクロミラーを「オフ」状態とすることで、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を下方、即ち、ワークＷの方向へと反射させる。
【００３１】
また、制御部３０Ａは、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射を遮断させる。
ここで、光学式プローブ１Ａでは、イメージセンサ２２によりワークＷの形状が逐次連続的に撮像されることから、虚像の有無の判定は、例えば、直前の撮像位置から所定の閾値以上の距離離間した位置に撮像位置が変化したような場合に、虚像があると判定するものとする。
【００３２】
次に、本実施形態に係る光学式プローブ１Ａの作用について、図３〜５を用いて説明する。
まず、光学式プローブ１Ａのレーザ光源１１からレーザ光が出射される。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２を介してビームエクスパンダ１３に照射され、ビームエクスパンダ１３にてライン形状の光に変形される。
次に、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光は、ＤＭＤ１５に照射され、ＤＭＤ１５にてライン形状の光の反射がマイクロミラー単位で制御される。
具体的には、ＤＭＤ１５が備える複数のマイクロミラーのうち、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部までマイクロミラー毎に順次「オン」状態とするとともに、残りのマイクロミラーを「オフ」状態とする。即ち、マイクロミラーは、常に１つのマイクロミラーのみが「オン」状態となっており、ライン形状の光は、この「オン」状態のマイクロミラーのみにおいてワークＷの方向に反射される。従って、ワークＷに対して、常に点状の光が照射されることとなる。
そして、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーは、一端部から他端部までマイクロミラー毎に順次「オン」状態とされるので、ワークＷに対して点状の光がライン形状を描くように照射されることとなる（図３参照）。
これにより、光学系に、例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラーのような可動機構を備えることなく、ワークＷの形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【００３３】
また、上記の方法でワークＷに対して照射された光がワークＷの表面にて反射され、受光レンズ２１を介してイメージセンサ２２に入射され、ワークＷの画像が撮像される。そして、制御部３０Ａは、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定する。光学式プローブ１Ａでは、ワークＷに対して点状の光がライン形状を描くように照射されるため、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができるうえ、ライン形状の光のうち虚像を発生させる箇所の光を特定することができる。
従って、制御部３０Ａは、虚像があると判定した場合には、例えば、図４に示すように、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射を遮断させる。即ち、ＤＭＤ１５のライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーのうち、虚像が発生した箇所に相当する部分のマイクロミラーのみを「オフ」状態とすることで、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射が遮断されることとなって、虚像の発生を防止することができる（図５参照）。
【００３４】
以上のように、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａによれば、レーザ光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ１２と、コリメータレンズ１２により平行光とされたレーザ光をライン形状の光に変形するビームエクスパンダ１３と、ビームエクスパンダ１３により変形されたライン形状の光をワークＷに対して選択的に照射させる光照射手段と、光照射手段により選択的に照射されてワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像するイメージセンサ２２と、光照射手段によるライン形状の光の照射を制御する制御部３０Ａと、を備え、制御部３０Ａは、光照射手段において、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させる。
このため、光学系に可動機構（例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラー）を備えることなく、ワークＷの形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【００３５】
特に、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａによれば、光照射手段は、格子状に配列された複数のマイクロミラーを備え、ライン形状の光を選択的に反射させるＤＭＤ１５であり、制御部３０Ａは、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部まで順次オン状態とするとともに、残りのマイクロミラーをオフ状態とするので、オンオフの応答性が速く、且つ光の利用効率がいいＤＭＤ１５の長所を利用した照射制御を行うことができることとなって、利便性を向上させることができる。
【００３６】
また、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａによれば、制御部３０Ａは、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、ライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射（照射）を遮断させる。
このため、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射が遮断され、虚像の発生を防止することができることとなって、効率的な測定を行うことが可能となる。
【００３７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る光学式プローブ１は、ワークＷの表面を走査し、ワークＷの各部の位置座標を測定する非接触式の光学式プローブであり、図６に示すように、光学部１０と、撮像部２０と、制御部３０と、を備えて構成される。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付するものとする。
【００３８】
光学部１０は、レーザ光源１１と、コリメータレンズ１２と、ビームエクスパンダ１３と、液晶シャッターアレイ１４と、を備えて構成される。
レーザ光源１１は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）等で構成され、レーザ光を発生させて出射する。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、下方に配置されたコリメータレンズ１２に照射される。
【００３９】
コリメータレンズ１２は、レーザ光源１１から入射した光を平行光として、下方に配置されたビームエクスパンダ１３に照射する。
【００４０】
ビームエクスパンダ１３は、例えば、ロッドレンズ又はシリンドリカルレンズであり、光形状変形手段として、コリメータレンズ１２からの平行光をライン形状に変形させる。このビームエクスパンダ１３に上方から平行光が照射されると、平行光はライン形状ビームに変形されて、下方に配置された液晶シャッターアレイ１４に照射される。
【００４１】
液晶シャッターアレイ１４は、液晶分子への電界の印加或いは除去により液晶分子の配列変化を起こさせることにより、光の透過や遮断を行う素子である液晶シャッターをアレイ状に配列したものである。この液晶シャッターアレイ１４は、上方からライン形状ビームが照射されると、後述する制御部３０の働きにより、一列に配列された液晶シャッターの各セルを開閉させることで、ライン形状ビームの透過をセル単位で制御する（図７参照）。即ち、液晶シャッターアレイ１４は、ビームエクスパンダ１３により変形されたライン形状の光を選択的に透過させる光透過手段として機能する。
液晶シャッターアレイ１４を透過したレーザ光は、下方に載置されたワークＷに照射される。
なお、レーザ光源１１、コリメータレンズ１２、ビームエクスパンダ１３、及び液晶シャッターアレイ１４は、光軸が同一となるように配置されている。
【００４２】
撮像部２０は、受光レンズ２１と、イメージセンサ２２と、を備えて構成される。
受光レンズ２１は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光を透過する。受光レンズ２１を透過したレーザ光は、受光レンズ２１と同一の光軸上に配置されたイメージセンサ２２に入射される。
【００４３】
イメージセンサ２２は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像し、ワークＷの各部の座標値を測定する撮像素子であり、取得した測定座標値を、制御部３０に出力する。即ち、イメージセンサ２２は、液晶シャッターアレイ１４を透過してワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像する撮像手段として機能する。
【００４４】
制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えて構成され、光学部１０、撮像部２０等と接続されている。
ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている各種処理プログラム等を読み出してＲＡＭに展開し、この展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行することにより、光学式プローブ１全体の制御を行う。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
ＲＯＭは、例えば、不揮発性の半導体メモリで構成され、ＣＰＵによって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵによって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形でＲＯＭに記憶されている。
【００４５】
また、制御部３０は、液晶シャッターアレイ１４に含まれる一列に配列された液晶シャッターの各セルを開閉させることで、ライン形状ビームの透過をセル単位で制御する。具体的には、液晶シャッターの一端部から他端部まで１セル毎に液晶シャッターを順次開状態とするとともに、残りの液晶シャッターを閉状態とすることで、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を透過させる。
【００４６】
また、制御部３０は、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光の透過を遮断させる。
ここで、光学式プローブ１では、イメージセンサ２２によりワークＷの形状が逐次連続的に撮像されることから、虚像の有無の判定は、例えば、直前の撮像位置から所定の閾値以上の距離離間した位置に撮像位置が変化したような場合に、虚像があると判定するものとする。
【００４７】
次に、第２実施形態に係る光学式プローブ１の作用について、図８、９を用いて説明する。
まず、光学式プローブ１のレーザ光源１１からレーザ光が出射される。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２を介してビームエクスパンダ１３に照射され、ビームエクスパンダ１３にてライン形状の光に変形される。
次に、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光は、液晶シャッターアレイ１４に照射され、液晶シャッターアレイ１４にてライン形状の光の透過がセル単位で制御される。
具体的には、液晶シャッターアレイ１４に含まれる一列に配列された液晶シャッターの一端部から他端部まで１セル毎に液晶シャッターを順次開状態とするとともに、残りの液晶シャッターを閉状態とする。即ち、液晶シャッターは、常に１セルのみが開状態となっており、ライン形状の光は、この開状態のセルのみにおいて透過される。従って、ワークＷに対して、常に点状の光が照射されることとなる。
そして、液晶シャッターは、一端部から他端部まで１セル毎に順次開状態とされるので、ワークＷに対して点状の光がライン形状を描くように照射されることとなる（図８参照）。
これにより、光学系に、例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラーのような可動機構を備えることなく、ワークＷの形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【００４８】
また、上記の方法でワークＷに対して照射された光がワークＷの表面にて反射され、受光レンズ２１を介してイメージセンサ２２に入射され、ワークＷの画像が撮像される。そして、制御部３０は、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定する。光学式プローブ１では、ワークＷに対して点状の光がライン形状を描くように照射されるため、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができるうえ、ライン形状の光のうち虚像を発生させる箇所の光を特定することができる。
従って、制御部３０は、虚像があると判定した場合には、例えば、図９に示すように、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光の透過を遮断させる。即ち、液晶シャッターアレイ１４に含まれる液晶シャッターのうち虚像が発生した箇所に相当する部分のセルのみを閉状態とすることで、虚像を発生させる箇所の光の透過が遮断されることとなって、虚像の発生を防止することができる（図５参照）。
【００４９】
以上のように、第２実施形態に係る光学式プローブ１によれば、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａと同様、制御部３０は、光照射手段において、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させるので、光学系に可動機構（例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラー）を備えることなく、ワークＷの形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【００５０】
特に、第２実施形態に係る光学式プローブ１によれば、光照射手段は、一列に配列されたシャッターを有し、ライン形状の光を選択的に透過させる液晶シャッターアレイ１４であり、制御部３０は、シャッターの一端部から他端部まで１セル毎にシャッターを順次開状態とするとともに、残りのシャッターを閉状態とするので、液晶シャッターアレイ１４の長所である高精度の照射制御を行うことができることとなって、より信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００５１】
また、第２実施形態に係る光学式プローブ１によれば、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａと同様、制御部３０は、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、ライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光の透過（照射）を遮断させるので、虚像を発生させる箇所の光の透過が遮断され、虚像の発生を防止することができることとなって、効率的な測定を行うことが可能となる。
【００５２】
以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００５３】
例えば、上記第１実施形態では、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部までマイクロミラー毎に順次オン状態とすることとしているが、これに限定されるものではない。例えば、液晶シャッターの一端部から他端部まで複数のマイクロミラー（例えば、２つのマイクロミラー）毎に順次オン状態とすることとしてもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、光反射手段としてＤＭＤ１５を例示して説明しているが、これに限定されるものではなく、ライン形状の光を選択的に反射させる機能を有するものであれば、いかなるものであってもよい。
【００５５】
また、上記第２実施形態では、液晶シャッターアレイ１４に含まれる液晶シャッターの一端部から他端部まで１セル毎に液晶シャッターを順次開状態とすることとしているが、これに限定されるものではない。例えば、液晶シャッターの一端部から他端部まで複数セル（例えば、２セル）毎に液晶シャッターを順次開状態とすることとしてもよい。
【００５６】
また、上記第２実施形態では、光透過手段として液晶シャッターアレイ１４を例示して説明しているが、これに限定されるものではなく、光を遮断可能なシャッター機能を有する微小素子がアレイ状に配列されたもの（即ち、シャッターアレイ）であればいかなるものであってもよい。例えば、液晶シャッターアレイ１４の代わりに、ＭＥＭＳシャッターアレイを使用してもよいし、ＰＬＺＴシャッターアレイを使用してもよい。
【００５７】
また、上記第１、第２実施形態では、虚像の有無の判定方法として、直前の撮像位置から所定の閾値以上の距離離間した位置に撮像位置が変化したような場合に、虚像があると判定するようにしているが、これに限定されるものではなく、虚像であると判定可能な方法であればいかなる方法を用いるようにしてもよい。
【００５８】
その他、光学式プローブ１Ａ，１を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ，１ 光学式プローブ
１０Ａ，１０ 光学部
１１ レーザ光源
１２ コリメータレンズ
１３ ビームエクスパンダ（光形状変形手段）
１４ 液晶シャッターアレイ（光透過手段）
１５ ＤＭＤ（光反射手段）
２０Ａ，２０ 撮像部
２１ 受光レンズ
２２ イメージセンサ（撮像手段）
３０Ａ，３０ 制御部（制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物（以下、ワーク）にレーザ光を照射し、ワークの表面から反射した光を検出することにより、ワークの各部の位置座標等を取得する非接触型の光学式プローブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
非接触型の光学式プローブとして、例えば、図１０に示すように、レーザ光をライン形状の光（ラインレーザ）に変形するビームエクスパンダ１０３を用いたライン式の光学式プローブ１００が知られている。ライン式の光学式プローブ１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光が、コリメータレンズ１０２によって平行光とされ、平行光とされた光がビームエクスパンダ１０３においてライン形状の光Ｌ１とされ、ワークＷに照射される。ワークＷに照射されたライン形状の光Ｌ１は、ワークＷの表面で反射され、図示しない撮像素子に入射される。これにより、ライン式の光学式プローブ１００は、ワークＷの形状を「一度に」測定することができるようになっている。
【０００４】
また、他の一例として、例えば、図１１に示すように、回転式のガルバノミラー２０３を用いたフライングスポット式の光学式プローブ２００が知られている。フライングスポット式の光学式プローブ２００においては、レーザ光源２０１から出射されたレーザ光が、ミラー２０２を介してガルバノミラー２０３に入射され、ガルバノミラー２０３により反射された点状の光（ポイントレーザ）Ｌ２がワークＷに照射される。このとき、ガルバノミラー２０３は入射光に対して回転駆動されており、このガルバノミラー２０３の回転駆動に応じて、点状の光Ｌ２がライン形状を描くようにワークＷ上を走査するようになっている。ワークＷ上を走査した点状の光Ｌ２は、ワークＷの表面で反射され、図示しない撮像素子に入射される。これにより、フライングスポット式の光学式プローブ２００は、ワークＷの形状を「逐次」測定することができるようになっている。
【０００５】
さらに、他の一例として、例えば、図１２に示すように、回転式のポリゴンミラー３０３を用いた回転ミラー式の光学式プローブ３００が知られている。回転ミラー式の光学式プローブ３００においては、レーザ光源３０１から出射されたレーザ光が、ミラー３０２を介してポリゴンミラー３０３に入射され、ポリゴンミラー３０３により反射された点状の光（ポイントレーザ）Ｌ３がワークＷに照射される。このとき、ポリゴンミラー３０３は入射光に対して回転駆動されており、このポリゴンミラー３０３の回転駆動に応じて、点状の光Ｌ３がライン形状を描くようにワークＷ上を走査するようになっている。ワークＷ上を走査した点状の光Ｌ３は、ワークＷの表面で反射され、図示しない撮像素子に入射される。これにより、回転ミラー式の光学式プローブ３００は、フライングスポット式の光学式プローブ２００と同様、ワークＷの形状を「逐次」測定することができるようになっている。
【０００６】
一般に、非接触型の光学式プローブでは、測定原理として光切断法が用いられる。例えば、図１３、１４に示すように、ライン式の光学式プローブ１００により光切断法を用いてワークＷの形状測定を行う場合、レーザ光源１０１から図示しない光学系（コリメータレンズ及びビームエクスパンダ）を介してワークＷの表面にライン状のレーザ光Ｌ１が照射されるため、レーザ光が照射されているエリアを撮像素子１０４により撮像させるだけで、ワークＷの形状を測定することができる。このように、ライン式の光学式プローブ１００の場合、光学系に機械的な可動機構を備えていないため、フライングスポット式の光学式プローブ２００や回転ミラー式の光学式プローブ３００と比べて、メンテナンスが容易であるというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５３４９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の光学式プローブにおいて、特に、鏡面ワークやコーナー形状のワークにレーザ光が照射された場合、多重反射による偽形状（虚像）が生じることがある。
ライン式の光学式プローブ１００の場合、図１５、１６に示すように、レーザ光が常時ライン状に照射され、ワークＷの形状が一度に取得されることから、多重反射による虚像が生じた場合に、実像Ｒと虚像Ｖとを区別することができず、不都合が生じていた。
この点、フライングスポット式の光学式プローブ２００や回転ミラー式の光学式プローブ３００においては、点状の光がライン形状を描くように照射され、ワークＷの形状が逐次取得されることから、多重反射による虚像が発生した場合でも、虚像を認識することは比較的容易である。
【０００９】
しかしながら、上述した通り、フライングスポット式の光学式プローブ２００や回転ミラー式の光学式プローブ３００の場合、光学系に機械的な可動機構を備える必要があるため、ライン式の光学式プローブ１００と比べて構造が複雑なものとなり、メンテナンスが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、フライングスポット式の光学式プローブ２００の場合、ガルバノミラー２０３の動作角をモータ等で制御する必要があるが、ガルバノミラー２０３の動作角の制御を精密に行わない限り、測定形状にムラが生じてしまう。さらに、ガルバノミラー２０３は可動機構であるため、長期間使用するとガタつきが生じることとなり、メンテナンスが必須であった。
また、回転ミラー式の光学式プローブ３００の場合、ポリゴンミラー３０３の形状精度に測定精度が依存するため、高精度の測定を行うためには、ポリゴンミラー３０３の形状精度（特に、平面度）を可能な限り向上させる必要がある。ポリゴンミラー３０３は多面体のミラーであるため、各面の面精度が均一となるように加工しない限り、測定精度にムラが生じてしまう。
【００１１】
本発明は、光学系に可動機構を備えることなく、測定対象物の形状を逐次測定することが可能な光学式プローブ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】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
光学式プローブにおいて、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源により出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズにより平行光とされたレーザ光をライン形状の光に変形する光形状変形手段と、
前記光形状変形手段により変形されたライン形状の光を測定対象物に対して選択的に照射させる光照射手段と、
前記光照射手段により選択的に照射されて前記測定対象物の表面にて反射されたレーザ光に基づいて前記測定対象物の画像を撮像する撮像手段と、
前記光照射手段による前記ライン形状の光の照射を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記光照射手段において、前記ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の光学式プローブにおいて、
前記光照射手段は、前記ライン形状の光を選択的に反射させる光反射手段であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載の光学式プローブにおいて、
前記光反射手段は、格子状に配列された複数のマイクロミラーを備えるＤＭＤ（Digital Mirror Device）であり、
前記制御手段は、前記ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部まで順次オン状態とするとともに、残りのマイクロミラーをオフ状態とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載の光学式プローブにおいて、
前記光照射手段は、前記ライン形状の光を選択的に透過させる光透過手段であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の光学式プローブにおいて、
前記光透過手段は、一列に配列されたシャッターを有するシャッターアレイであり、
前記制御手段は、シャッターの一端部から他端部まで１セル毎にシャッターを順次開状態とするとともに、残りのシャッターを閉状態とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、
請求項５に記載の光学式プローブにおいて、
前記シャッターアレイは、液晶シャッターアレイ、ＭＥＭＳシャッターアレイ、又はＰＬＺＴシャッターアレイであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学式プローブにおいて、
前記制御手段は、前記撮像手段により撮像された前記測定対象物の画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、前記ライン形状の光のうち、前記虚像を発生させる箇所の光の照射を遮断させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学系に可動機構（例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラー）を備えることなく、測定対象物の形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の光学式プローブの構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図３】測定対象物に対して点状の光がライン形状を描くように照射される様子の一例について示した模式図である。
【図４】虚像が発生した箇所に相当する部分のみをオフ状態として光の測定対象物方向への反射を遮断した様子の一例について示した模式図である。
【図５】図４の光学式プローブにより撮像された測定対象物の形状の一例について示した図である。
【図６】第２実施形態の光学式プローブの構成を示す模式図である。
【図７】第２実施形態の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図８】測定対象物に対して点状の光がライン形状を描くように照射される様子の一例について示した模式図である。
【図９】虚像が発生した箇所に相当する部分のみを閉状態として光の透過を遮断した様子の一例について示した模式図である。
【図１０】従来のライン式の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図１１】従来のフライングスポット式の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図１２】従来の回転ミラー式の光学式プローブにおける光学系について示す模式図である。
【図１３】従来のライン式の光学式プローブにおける測定対象物の形状測定の一例について示した正面図及び側面図である。
【図１４】図１３の光学式プローブにより撮像された測定対象物の形状の一例について示した図である。
【図１５】従来のライン式の光学式プローブにおける測定対象物の形状測定時に多重反射が生じた様子の一例について示した側面図である。
【図１６】図１５の光学式プローブにより撮像された測定対象物の形状及び虚像の一例について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａは、ワークＷの表面を走査し、ワークＷの各部の位置座標を測定する非接触式の光学式プローブであり、図１に示すように、光学部１０Ａと、撮像部２０Ａと、制御部３０Ａと、を備えて構成される。
【００２３】
光学部１０Ａは、図１、２に示すように、レーザ光源１１と、コリメータレンズ１２と、ビームエクスパンダ１３と、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）１５と、を備えて構成される。
レーザ光源１１は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）等で構成され、レーザ光を発生させて出射する。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、水平方向右側に配置されたコリメータレンズ１２に照射される。
【００２４】
コリメータレンズ１２は、レーザ光源１１から入射した光を平行光として、水平方向右側に配置されたビームエクスパンダ１３に照射する。
【００２５】
ビームエクスパンダ１３は、例えば、ロッドレンズ又はシリンドリカルレンズであり、光形状変形手段として、コリメータレンズ１２からの平行光をライン形状に変形させる。このビームエクスパンダ１３に水平方向左側から平行光が照射されると、平行光はライン形状ビームに変形されて、水平方向右側に配置されたＤＭＤ１５に照射される。
【００２６】
ＤＭＤ１５は、例えば、数十万〜数百万個のマイクロミラーが格子状に敷き詰められたＩＣ（Integrated Circuit）を備えた略矩形状の光学デバイスであり、ビームエクスパンダ１３からのライン形状ビームを反射する。なお、各マイクロミラーは表示素子の１画素に相当する。後述する制御部３０Ａは、複数のマイクロミラーの傾斜を制御することにより、「オン」と「オフ」の二つの状態を制御することができる。ここで、マイクロミラーが「オン」のときは、ビームエクスパンダ１３により変形されたライン形状の光を下方に向けて反射し、下方に載置されたワークＷに照射する。一方、マイクロミラーが「オフ」のときは、光を内部の吸収体等に反射するため、ワークＷに照射されることはない。従って、各マイクロミラーを個別に駆動することにより、マイクロミラー単位、即ち、表示画素単位で光の反射を制御することができる。即ち、ＤＭＤ１５は、ビームエクスパンダ１３により変形されたライン形状の光を選択的に反射させる光反射手段として機能する。
なお、レーザ光源１１、コリメータレンズ１２、ビームエクスパンダ１３、及びＤＭＤ１５は、同一の光軸上に配置されている。
【００２７】
撮像部２０Ａは、受光レンズ２１と、イメージセンサ２２と、を備えて構成される。
受光レンズ２１は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光を透過する。受光レンズ２１を透過したレーザ光は、受光レンズ２１と同一の光軸上に配置されたイメージセンサ２２に入射される。
【００２８】
イメージセンサ２２は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像し、ワークＷの各部の座標値を測定する撮像素子であり、取得した測定座標値を、制御部３０Ａに出力する。即ち、イメージセンサ２２は、ＤＭＤ１５により反射されてワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像する撮像手段として機能する。
【００２９】
制御部３０Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えて構成され、光学部１０Ａ、撮像部２０Ａ等と接続されている。
ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている各種処理プログラム等を読み出してＲＡＭに展開し、この展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行することにより、光学式プローブ１Ａ全体の制御を行う。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
ＲＯＭは、例えば、不揮発性の半導体メモリで構成され、ＣＰＵによって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵによって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形でＲＯＭに記憶されている。
【００３０】
また、制御部３０Ａは、ＤＭＤ１５が備える複数のマイクロミラーの傾斜をマイクロミラー毎に制御することにより、ライン形状の光の反射を制御する。具体的には、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部までマイクロミラー毎に順次「オン」状態とするとともに、残りのマイクロミラーを「オフ」状態とすることで、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を下方、即ち、ワークＷの方向へと反射させる。
【００３１】
また、制御部３０Ａは、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射を遮断させる。
ここで、光学式プローブ１Ａでは、イメージセンサ２２によりワークＷの形状が逐次連続的に撮像されることから、虚像の有無の判定は、例えば、直前の撮像位置から所定の閾値以上の距離離間した位置に撮像位置が変化したような場合に、虚像があると判定するものとする。
【００３２】
次に、本実施形態に係る光学式プローブ１Ａの作用について、図３〜５を用いて説明する。
まず、光学式プローブ１Ａのレーザ光源１１からレーザ光が出射される。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２を介してビームエクスパンダ１３に照射され、ビームエクスパンダ１３にてライン形状の光に変形される。
次に、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光は、ＤＭＤ１５に照射され、ＤＭＤ１５にてライン形状の光の反射がマイクロミラー単位で制御される。
具体的には、ＤＭＤ１５が備える複数のマイクロミラーのうち、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部までマイクロミラー毎に順次「オン」状態とするとともに、残りのマイクロミラーを「オフ」状態とする。即ち、マイクロミラーは、常に１つのマイクロミラーのみが「オン」状態となっており、ライン形状の光は、この「オン」状態のマイクロミラーのみにおいてワークＷの方向に反射される。従って、ワークＷに対して、常に点状の光が照射されることとなる。
そして、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーは、一端部から他端部までマイクロミラー毎に順次「オン」状態とされるので、ワークＷに対して点状の光がライン形状を描くように照射されることとなる（図３参照）。
これにより、光学系に、例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラーのような可動機構を備えることなく、ワークＷの形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【００３３】
また、上記の方法でワークＷに対して照射された光がワークＷの表面にて反射され、受光レンズ２１を介してイメージセンサ２２に入射され、ワークＷの画像が撮像される。そして、制御部３０Ａは、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定する。光学式プローブ１Ａでは、ワークＷに対して点状の光がライン形状を描くように照射されるため、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができるうえ、ライン形状の光のうち虚像を発生させる箇所の光を特定することができる。
従って、制御部３０Ａは、虚像があると判定した場合には、例えば、図４に示すように、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射を遮断させる。即ち、ＤＭＤ１５のライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーのうち、虚像が発生した箇所に相当する部分のマイクロミラーのみを「オフ」状態とすることで、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射が遮断されることとなって、虚像の発生を防止することができる（図５参照）。
【００３４】
以上のように、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａによれば、レーザ光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１により出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ１２と、コリメータレンズ１２により平行光とされたレーザ光をライン形状の光に変形するビームエクスパンダ１３と、ビームエクスパンダ１３により変形されたライン形状の光をワークＷに対して選択的に照射させる光照射手段と、光照射手段により選択的に照射されてワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像するイメージセンサ２２と、光照射手段によるライン形状の光の照射を制御する制御部３０Ａと、を備え、制御部３０Ａは、光照射手段において、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させる。
このため、光学系に可動機構（例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラー）を備えることなく、ワークＷの形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【００３５】
特に、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａによれば、光照射手段は、格子状に配列された複数のマイクロミラーを備え、ライン形状の光を選択的に反射させるＤＭＤ１５であり、制御部３０Ａは、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部まで順次オン状態とするとともに、残りのマイクロミラーをオフ状態とするので、オンオフの応答性が速く、且つ光の利用効率がいいＤＭＤ１５の長所を利用した照射制御を行うことができることとなって、利便性を向上させることができる。
【００３６】
また、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａによれば、制御部３０Ａは、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、ライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射（照射）を遮断させる。
このため、虚像を発生させる箇所の光のワークＷ方向への反射が遮断され、虚像の発生を防止することができることとなって、効率的な測定を行うことが可能となる。
【００３７】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る光学式プローブ１は、ワークＷの表面を走査し、ワークＷの各部の位置座標を測定する非接触式の光学式プローブであり、図６に示すように、光学部１０と、撮像部２０と、制御部３０と、を備えて構成される。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付するものとする。
【００３８】
光学部１０は、レーザ光源１１と、コリメータレンズ１２と、ビームエクスパンダ１３と、液晶シャッターアレイ１４と、を備えて構成される。
レーザ光源１１は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）等で構成され、レーザ光を発生させて出射する。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、下方に配置されたコリメータレンズ１２に照射される。
【００３９】
コリメータレンズ１２は、レーザ光源１１から入射した光を平行光として、下方に配置されたビームエクスパンダ１３に照射する。
【００４０】
ビームエクスパンダ１３は、例えば、ロッドレンズ又はシリンドリカルレンズであり、光形状変形手段として、コリメータレンズ１２からの平行光をライン形状に変形させる。このビームエクスパンダ１３に上方から平行光が照射されると、平行光はライン形状ビームに変形されて、下方に配置された液晶シャッターアレイ１４に照射される。
【００４１】
液晶シャッターアレイ１４は、液晶分子への電界の印加或いは除去により液晶分子の配列変化を起こさせることにより、光の透過や遮断を行う素子である液晶シャッターをアレイ状に配列したものである。この液晶シャッターアレイ１４は、上方からライン形状ビームが照射されると、後述する制御部３０の働きにより、一列に配列された液晶シャッターの各セルを開閉させることで、ライン形状ビームの透過をセル単位で制御する（図７参照）。即ち、液晶シャッターアレイ１４は、ビームエクスパンダ１３により変形されたライン形状の光を選択的に透過させる光透過手段として機能する。
液晶シャッターアレイ１４を透過したレーザ光は、下方に載置されたワークＷに照射される。
なお、レーザ光源１１、コリメータレンズ１２、ビームエクスパンダ１３、及び液晶シャッターアレイ１４は、光軸が同一となるように配置されている。
【００４２】
撮像部２０は、受光レンズ２１と、イメージセンサ２２と、を備えて構成される。
受光レンズ２１は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光を透過する。受光レンズ２１を透過したレーザ光は、受光レンズ２１と同一の光軸上に配置されたイメージセンサ２２に入射される。
【００４３】
イメージセンサ２２は、ワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像し、ワークＷの各部の座標値を測定する撮像素子であり、取得した測定座標値を、制御部３０に出力する。即ち、イメージセンサ２２は、液晶シャッターアレイ１４を透過してワークＷの表面にて反射されたレーザ光に基づいてワークＷの画像を撮像する撮像手段として機能する。
【００４４】
制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えて構成され、光学部１０、撮像部２０等と接続されている。
ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている各種処理プログラム等を読み出してＲＡＭに展開し、この展開されたプログラムとの協働で各種処理を実行することにより、光学式プローブ１全体の制御を行う。
ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
ＲＯＭは、例えば、不揮発性の半導体メモリで構成され、ＣＰＵによって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵによって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形でＲＯＭに記憶されている。
【００４５】
また、制御部３０は、液晶シャッターアレイ１４に含まれる一列に配列された液晶シャッターの各セルを開閉させることで、ライン形状ビームの透過をセル単位で制御する。具体的には、液晶シャッターの一端部から他端部まで１セル毎に液晶シャッターを順次開状態とするとともに、残りの液晶シャッターを閉状態とすることで、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を透過させる。
【００４６】
また、制御部３０は、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光の透過を遮断させる。
ここで、光学式プローブ１では、イメージセンサ２２によりワークＷの形状が逐次連続的に撮像されることから、虚像の有無の判定は、例えば、直前の撮像位置から所定の閾値以上の距離離間した位置に撮像位置が変化したような場合に、虚像があると判定するものとする。
【００４７】
次に、第２実施形態に係る光学式プローブ１の作用について、図８、９を用いて説明する。
まず、光学式プローブ１のレーザ光源１１からレーザ光が出射される。レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２を介してビームエクスパンダ１３に照射され、ビームエクスパンダ１３にてライン形状の光に変形される。
次に、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光は、液晶シャッターアレイ１４に照射され、液晶シャッターアレイ１４にてライン形状の光の透過がセル単位で制御される。
具体的には、液晶シャッターアレイ１４に含まれる一列に配列された液晶シャッターの一端部から他端部まで１セル毎に液晶シャッターを順次開状態とするとともに、残りの液晶シャッターを閉状態とする。即ち、液晶シャッターは、常に１セルのみが開状態となっており、ライン形状の光は、この開状態のセルのみにおいて透過される。従って、ワークＷに対して、常に点状の光が照射されることとなる。
そして、液晶シャッターは、一端部から他端部まで１セル毎に順次開状態とされるので、ワークＷに対して点状の光がライン形状を描くように照射されることとなる（図８参照）。
これにより、光学系に、例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラーのような可動機構を備えることなく、ワークＷの形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【００４８】
また、上記の方法でワークＷに対して照射された光がワークＷの表面にて反射され、受光レンズ２１を介してイメージセンサ２２に入射され、ワークＷの画像が撮像される。そして、制御部３０は、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定する。光学式プローブ１では、ワークＷに対して点状の光がライン形状を描くように照射されるため、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができるうえ、ライン形状の光のうち虚像を発生させる箇所の光を特定することができる。
従って、制御部３０は、虚像があると判定した場合には、例えば、図９に示すように、ビームエクスパンダ１３にて変形されたライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光の透過を遮断させる。即ち、液晶シャッターアレイ１４に含まれる液晶シャッターのうち虚像が発生した箇所に相当する部分のセルのみを閉状態とすることで、虚像を発生させる箇所の光の透過が遮断されることとなって、虚像の発生を防止することができる（図５参照）。
【００４９】
以上のように、第２実施形態に係る光学式プローブ１によれば、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａと同様、制御部３０は、光照射手段において、ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させるので、光学系に可動機構（例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラー）を備えることなく、ワークＷの形状を逐次測定することができることとなって、可動機構のメンテナンスや精度調整が不要となるとともに、多重反射等により虚像が発生した場合でも容易に虚像を認識することができる。
【００５０】
特に、第２実施形態に係る光学式プローブ１によれば、光照射手段は、一列に配列されたシャッターを有し、ライン形状の光を選択的に透過させる液晶シャッターアレイ１４であり、制御部３０は、シャッターの一端部から他端部まで１セル毎にシャッターを順次開状態とするとともに、残りのシャッターを閉状態とするので、液晶シャッターアレイ１４の長所である高精度の照射制御を行うことができることとなって、より信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００５１】
また、第２実施形態に係る光学式プローブ１によれば、第１実施形態に係る光学式プローブ１Ａと同様、制御部３０は、イメージセンサ２２により撮像されたワークＷの画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、ライン形状の光のうち、虚像を発生させる箇所の光の透過（照射）を遮断させるので、虚像を発生させる箇所の光の透過が遮断され、虚像の発生を防止することができることとなって、効率的な測定を行うことが可能となる。
【００５２】
以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００５３】
例えば、上記第１実施形態では、ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部までマイクロミラー毎に順次オン状態とすることとしているが、これに限定されるものではない。例えば、液晶シャッターの一端部から他端部まで複数のマイクロミラー（例えば、２つのマイクロミラー）毎に順次オン状態とすることとしてもよい。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、光反射手段としてＤＭＤ１５を例示して説明しているが、これに限定されるものではなく、ライン形状の光を選択的に反射させる機能を有するものであれば、いかなるものであってもよい。
【００５５】
また、上記第２実施形態では、液晶シャッターアレイ１４に含まれる液晶シャッターの一端部から他端部まで１セル毎に液晶シャッターを順次開状態とすることとしているが、これに限定されるものではない。例えば、液晶シャッターの一端部から他端部まで複数セル（例えば、２セル）毎に液晶シャッターを順次開状態とすることとしてもよい。
【００５６】
また、上記第２実施形態では、光透過手段として液晶シャッターアレイ１４を例示して説明しているが、これに限定されるものではなく、光を遮断可能なシャッター機能を有する微小素子がアレイ状に配列されたもの（即ち、シャッターアレイ）であればいかなるものであってもよい。例えば、液晶シャッターアレイ１４の代わりに、ＭＥＭＳシャッターアレイを使用してもよいし、ＰＬＺＴシャッターアレイを使用してもよい。
【００５７】
また、上記第１、第２実施形態では、虚像の有無の判定方法として、直前の撮像位置から所定の閾値以上の距離離間した位置に撮像位置が変化したような場合に、虚像があると判定するようにしているが、これに限定されるものではなく、虚像であると判定可能な方法であればいかなる方法を用いるようにしてもよい。
【００５８】
その他、光学式プローブ１Ａ，１を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ，１ 光学式プローブ
１０Ａ，１０ 光学部
１１ レーザ光源
１２ コリメータレンズ
１３ ビームエクスパンダ（光形状変形手段）
１４ 液晶シャッターアレイ（光透過手段）
１５ ＤＭＤ（光反射手段）
２０Ａ，２０ 撮像部
２１ 受光レンズ
２２ イメージセンサ（撮像手段）
３０Ａ，３０ 制御部（制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源により出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズにより平行光とされたレーザ光をライン形状の光に変形する光形状変形手段と、
前記光形状変形手段により変形されたライン形状の光を測定対象物に対して選択的に照射させる光照射手段と、
前記光照射手段により選択的に照射されて前記測定対象物の表面にて反射されたレーザ光に基づいて前記測定対象物の画像を撮像する撮像手段と、
前記光照射手段による前記ライン形状の光の照射を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記光照射手段において、前記ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させることを特徴とする光学式プローブ。
【請求項２】
前記光照射手段は、前記ライン形状の光を選択的に反射させる光反射手段であることを特徴とする請求項１に記載の光学式プローブ。
【請求項３】
前記光反射手段は、格子状に配列された複数のマイクロミラーを備えるＤＭＤ（Digital Mirror Device）であり、
前記制御手段は、前記ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部まで順次オン状態とするとともに、残りのマイクロミラーをオフ状態とすることを特徴とする請求項２に記載の光学式プローブ。
【請求項４】
前記光照射手段は、前記ライン形状の光を選択的に透過させる光透過手段であることを特徴とする請求項１に記載の光学式プローブ。
【請求項５】
前記光透過手段は、一列に配列されたシャッターを有するシャッターアレイであり、
前記制御手段は、シャッターの一端部から他端部まで１セル毎にシャッターを順次開状態とするとともに、残りのシャッターを閉状態とすることを特徴とする請求項４に記載の光学式プローブ。
【請求項６】
前記シャッターアレイは、液晶シャッターアレイ、ＭＥＭＳシャッターアレイ、又はＰＬＺＴシャッターアレイであることを特徴とする請求項５に記載の光学式プローブ。
【請求項７】
前記制御手段は、前記撮像手段により撮像された前記測定対象物の画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、前記ライン形状の光のうち、前記虚像を発生させる箇所の光の照射を遮断させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学式プローブ。
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源により出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズにより平行光とされたレーザ光をライン形状の光に変形する光形状変形手段と、
前記光形状変形手段により変形されたライン形状の光を測定対象物に対して選択的に照射させる光照射手段と、
前記光照射手段により選択的に照射されて前記測定対象物の表面にて反射されたレーザ光に基づいて前記測定対象物の画像を撮像する撮像手段と、
前記光照射手段による前記ライン形状の光の照射を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記光照射手段において、前記ライン形状の光の一端部から他端部まで所定の範囲ずつ順次光を照射させることを特徴とする光学式プローブ。
【請求項２】
前記光照射手段は、前記ライン形状の光を選択的に反射させる光反射手段であることを特徴とする請求項１に記載の光学式プローブ。
【請求項３】
前記光反射手段は、格子状に配列された複数のマイクロミラーを備えるＤＭＤ（Digital Mirror Device）であり、
前記制御手段は、前記ライン形状の光が照射された箇所に配置された複数のマイクロミラーの一端部から他端部まで順次オン状態とするとともに、残りのマイクロミラーをオフ状態とすることを特徴とする請求項２に記載の光学式プローブ。
【請求項４】
前記光照射手段は、前記ライン形状の光を選択的に透過させる光透過手段であることを特徴とする請求項１に記載の光学式プローブ。
【請求項５】
前記光透過手段は、一列に配列されたシャッターを有するシャッターアレイであり、
前記制御手段は、シャッターの一端部から他端部まで１セル毎にシャッターを順次開状態とするとともに、残りのシャッターを閉状態とすることを特徴とする請求項４に記載の光学式プローブ。
【請求項６】
前記シャッターアレイは、液晶シャッターアレイ、ＭＥＭＳシャッターアレイ、又はＰＬＺＴシャッターアレイであることを特徴とする請求項５に記載の光学式プローブ。
【請求項７】
前記制御手段は、前記撮像手段により撮像された前記測定対象物の画像に基づいて虚像の有無を判定し、虚像があると判定した場合には、前記ライン形状の光のうち、前記虚像を発生させる箇所の光の照射を遮断させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学式プローブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２３００９７（Ｐ２０１２−２３００９７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６０５５（Ｐ２０１１−２１６０５５）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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