距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体
【課題】ワーク表面に発生したプローブの二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定する距離測定装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像とプローブ６とを撮像した画像において、プローブ６のエッジを特定するエッジ特定部１０１と、二次像の外縁に沿った直線を画像上に挿入する直線挿入部１０２と、上記エッジと上記直線との重なりを判定する重なり判定部１０３と、を備え、１以上のＬＥＤランプ７、撮像装置、及びプローブ６が、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されている。それゆえ、距離測定装置１００は、ワーク９の表面に発生したプローブ６の二次像とプローブ６のエッジとの位置関係から、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【解決手段】ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像とプローブ６とを撮像した画像において、プローブ６のエッジを特定するエッジ特定部１０１と、二次像の外縁に沿った直線を画像上に挿入する直線挿入部１０２と、上記エッジと上記直線との重なりを判定する重なり判定部１０３と、を備え、１以上のＬＥＤランプ７、撮像装置、及びプローブ６が、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されている。それゆえ、距離測定装置１００は、ワーク９の表面に発生したプローブ６の二次像とプローブ６のエッジとの位置関係から、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブの二次像をワーク表面に発生させて、その二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定することが可能な距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像処理装置を搭載し、ワークの位置補正をしながら塗布作業を行うディスペンサーや、分析試料に点在する化合物群の分布状態を拡大して検出する顕微鏡などの装置が知られている。
【０００３】
これらの装置では、例えば流動性試料をワーク表面に塗布するときに流動性試料の塗布位置や塗布量をコントロールする必要があるため、プローブの先端部とワーク表面との距離を正確に制御する必要がある。
【０００４】
特許文献１に記載の試料採取システムは、後続の分析のために表面アレイのうちの少なくとも１つの点から試料を得ることを目的としており、プローブと表面アレイと間の距離を制御するために画像分析手法を用いている。
【０００５】
より具体的には、当該試料採取システムは、光源、カメラ、および、画像処理装置を備える。光源は、プローブの先端部に隣接して配置されており、プローブの先端部の影が表面アレイに落ちるよう、プローブの先端部に向かって光のビームを照射する。カメラは、プローブの先端部の画像、および、光源からプローブに光を照射することによって表面アレイに現れる影の像を取得するために設けられている。画像処理装置は、カメラが取り込んだ画像に対してライン平均輝度技術（ＬＡＢ（average line brightness））を適用し、プローブの先端と表面アレイとの間の実際の距離を決定する。
【０００６】
すなわち、当該試料採取システムでは、光源がプローブに向かって光ビームを照射し、カメラは、プローブの先端部と表面アレイの連続的な画像、より具体的には、表面アレイ上に落とされるプローブの先端部の影を取り込む。そして、画像処理装置は、取り込んだ影の画像を輝度によって二値化する。このとき、プローブの先端部および表面アレイを示すＬＡＢが最も低い輝度となるため、画像処理装置は、その最も低いＬＡＢである２つの水平ライン間の距離をプローブの先端部および表面アレイの間の距離として測定する。そして、当該試料採取システムは、測定した上記距離に基づき、表面アレイを載置するステージを移動してプローブの先端部と表面アレイとの距離を制御している。
【０００７】
特許文献２に記載の分画装置は、サンプルプレートへの液滴の滴下の際にサンプルプレートとプローブの先端部との距離を一定に保つために、プローブとサンプルプレートとの距離を測定するための近接センサーをプローブの側方に備えている。そのサンプルプレートは、ステージに搭載されて上下水平方向に移動する。ステージは、制御装置に接続され、その制御装置がステージの移動を制御する。制御装置は、近接センサーの測定値が設定された値となるようにステージをフィードバック制御し、プローブから液滴を滴下する際にサンプルプレートを上方に移動させて、プローブとサンプルプレートとの距離を接近させ、液滴をサンプルプレートに接触させて分画を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−５４２７５２号公報（２００８年１１月２７日公開）
【特許文献２】特開２００５− ９８７６６号公報（２００５年 ４月１４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、２に記載の技術では以下の問題が生じる。
【００１０】
特許文献１に記載の試料採取システムでは、プローブの先端部と表面アレイとの間の距離を測定するためにプローブの影を利用しており、この点は後述する本願発明に係る距離測定装置と共通する。
【００１１】
しかしながら、当該試料採取システムは、ライン平均輝度（ＬＡＢ）技術を利用してプローブと表面アレイとの間の距離を測定するため、表面アレイに生じるプローブの影の幅を可能な限り細くする必要がある。これを可能にするためには、プローブに対するカメラの角度を可能な限り大きくする必要がある。一方、このようにカメラ角度を大きくすると、表面での変化を観察することが難しくなる。特に、小さな点の状態で試料を塗布する場合には、観察する点の面積が限りなく小さくなり、像倍率が小さい場合には点の存在すら掴めなくなることもある。
【００１２】
このように、ＬＡＢ技術を利用した画像分析方法では、プローブに対するカメラ角度の設定が極めて重要である。それに対して、特許文献１は、プローブに対してカメラの角度をどのように設定するかについて何ら言及していない。また、特許文献１に記載の試料採取システムは、先端の外径が６３５μｍのプローブを使用しており（明細書の段落〔0044〕参照）、そのように太い先端径のプローブを使用して、表面アレイに生じるプローブの影の幅を可能な限り小さくすることも困難である。加えて、このように太い外径のプローブでは、プローブの先端部に近接するほどカメラによる影の撮像が困難になる。それゆえ、当業者にとって、特許文献１に開示の技術を用いて、どのように特許文献１に記載の課題を解決するか定かではない。
【００１３】
さらに、ＬＡＢ技術に特有の問題もある。すなわち、特許文献１に記載の試料採取システムは、プローブの先端に現れる影を利用してプローブの先端部と表面アレイとの間の距離を測定するものである。しかしながら、ワーク表面の種類によっては、図２３に示すように、プローブの先端部分において鏡面現象が発生してしまう。また、ワーク表面が白い場合には、先端部が白くなってしまい、プローブの先端に影が出なくなることもある。同様に、ワーク表面の状態（材質（シリコン・ガラスなど）、色、面粗さ等）や、プローブに対する光源の位置・角度によっては、ワーク表面にプローブの影を発生させることができない。従って、特許文献１の試料採取システムは、ＬＡＢ技術を利用するがゆえに、ワーク表面の状態（材質、色、面粗さ等）、プローブに対する光源の位置・角度などの制約を受けるという問題がある。
【００１４】
さらに、当該試料採取システムは、プローブの先端部と表面アレイとの距離を制御するために表面アレイを載置するステージを移動している。つまり、当該試料採取システムは、ステージに対してプローブが移動する方法を採用するものではない。従って、そのワークエリアは必然的に小さくなり、かつ、ワークエリア表面に傾きが存在する場合には、プローブの先端部と表面アレイとの間の距離を制御することは困難になる。それゆえ、特許文献１に記載の試料採取システムは、大型液晶装置などのワークエリアの大きな装置に対する塗布作業に使用することができない。
【００１５】
このように、特許文献１に記載の試料採取システムは、上記種々の問題点を有していることから、ユーザにとって利用性の高いシステムではなかった。
【００１６】
一方、特許文献２に記載の試料採取システムは、プローブの先端部と表面アレイとの間の距離を近接センサーによって制御するものである。従って、二次像を利用して上記距離を制御する本願発明に係る距離測定装置とは、そもそも距離の測定方法が異なる。
【００１７】
また、近接センサーによってプローブの先端部と表面アレイとの間の距離を測定する場合、測定前の段階で、プローブの先端部と表面アレイとの距離の関係を前もって割り出しておく必要があり、ユーザに手間を強いるものであった。また、ワーク表面が必ずしも水平に支持されているとは限らないため、ある１点の位置で測定した距離が他の位置においても適用されるとは限らず、測定結果の安定性に欠けるものであった。
【００１８】
なお、特許文献２に記載の試料採取システムは、プローブとサンプルプレートとの距離を接近させるために、サンプルプレートを上方に移動させるという方法を採用している。また、プローブの先端とサンプルプレートとの間の距離は０．６ｍｍと記載されている（明細書の段落〔0012〕）。このような特許文献２の開示内容に基づけば、また、特許文献２には近接センサーの取付位置等についての詳細な説明が開示されていないことに鑑みれば、当該試料採取システムは、プローブの先端部とサンプルプレートとの間の距離を十数μオーダーにまで接近させることを意図するものではなく、またそのように設計されたものとも言えない。
【００１９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワーク表面に発生したプローブの二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定する距離測定装置、距離測定装置方法、距離測定プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る距離測定装置は、上記の課題を解決するために、
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定装置において、
上記画像における上記先端部を特定する特定手段と、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入手段と、
上記特定手段が特定した上記先端部と上記挿入手段が挿入した上記直線との重なりを判定する判定手段と、を備え、
１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持されていることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明に係る距離測定方法は、上記の課題を解決するために、
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定方法であって、
上記画像における上記先端部を特定する特定ステップと、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入ステップと、
上記特定ステップにて特定された上記先端部と上記挿入ステップにて挿入された上記直線との重なりを判定する判定ステップと、を含むことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、特定手段（特定ステップ）は、撮像装置が撮像したワーク表面に現れるプローブの二次像とプローブとの画像において、プローブの先端部を特定する。また挿入手段は、その画像において、上記二次像の外縁に沿った直線を挿入する。そして、判定手段は、特定手段（特定ステップ）が特定した上記先端部と挿入手段が挿入した上記直線との重なりを判定する。
【００２３】
つまり、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）は、プローブとワーク表面とが接近するほど、上記画像上において、上記先端部と上記二次像の外縁に沿って挿入された上記直線とが近づき、プローブとワーク表面とが接触したときに、上記画像上において、上記先端部と上記直線とが重なる性質を利用するものである。従って、判定手段が上記先端部と上記直線とが重なったと判定することにより、プローブとワーク表面との接触を確認することができる。
【００２４】
それゆえ、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）は、上記先端部と上記直線とが重なった時点でプローブとワーク表面とが接触したものと捉え、その点を基準に、プローブの移動量および移動方向に基づき、上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定することができる。
【００２５】
また、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）は、上述したように、上記プローブの二次像をワーク表面に発生させて、特定手段（特定ステップ）が特定した上記先端部と上記二次像の外縁に沿って挿入された上記直線との位置関係から、上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定するものである。
【００２６】
それゆえ、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）は、ＬＡＢ技術を利用した画像分析方法とは異なり、プローブの径の大小に左右されることなく上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定することができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持された構成である。
【００２８】
これにより、１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブの位置関係は固定された状態で維持されるため、撮像する画像内において、プローブの位置が測定ごとに移動し、それにより測定結果にばらつきが生じる事態も回避でき、より安定した測定結果をユーザに提供することができる。しかも、その測定方法ゆえに、ワーク表面の形状が安定していない場合（例えばワーク表面に傾斜が存在する場合）においても、上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定することができる。
【００２９】
加えて、１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持されているため、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）では、ワーク表面に対する作業領域の制限がなくなり、巨大なワーク表面への対応も可能となる。つまり、従来の試料塗布装置では、ワーク表面の側が移動可能に制御されていたため、ワーク表面の形状等によっては、同じワーク表面に対して複数のプローブを利用して複数の試料を塗布することは困難であった。これに対して、本発明に係る距離測定装置を試料塗布装置に適用した場合には、同じワーク表面に対して短時間に複数の異なる試料の塗布が可能となる。それゆえ、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）を利用することにより、著しい生産性の向上をユーザにもたらすことができる。
【００３０】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記特定手段が特定した上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出する算出手段を備えることが好ましい。
【００３１】
上述したように、本発明に係る距離測定装置では、特定手段が、撮像装置が撮像したワーク表面に現れるプローブの二次像とプローブとの画像において、プローブの先端部を特定する。また挿入手段が、当該画像において、上記二次像の外縁に沿った直線を挿入する。そして、さらに、本発明に係る距離測定装置では、算出手段が、上記特定手段が特定した上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出する。
【００３２】
具体的には、例えば、上記先端部とワーク表面との実際の距離と、上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離との相関関係を予め準備しておくことにより、算出手段は、上記先端部から上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出することができる。これにより、上記先端部と上記ワーク表面との距離が自動的に算出される構成を実現することができる。
【００３３】
なお、ここでいう上記先端部から上記直線までの距離とは、上記先端部を通り、画像内のプローブの長手方向に延びた直線と上記挿入手段が挿入した直線との交点と上記先端部との間の距離をいう。
【００３４】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記二次像は、上記プローブの影または上記プローブの反射像であることが好ましい。
【００３５】
上記構成によれば、本発明に係る距離測定装置では、上記二次像が上記プローブの影または上記プローブの反射像の何れであっても対応可能である。すなわち、ワーク表面の材質等によって、プローブの影ではなくプローブの反射像が発生した場合においても、本発明に係る距離測定装置は、上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定することができる。
【００３６】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記光源は、複数存在することが好ましい。
【００３７】
上記構成によれば、本発明に係る距離測定装置では、プローブに光を照射する光源が複数存在する。これにより、プローブに対して複数の方向から光が照射されるため、撮像装置は、プローブの先端部の形状を鮮明に撮像することができる。この結果、本発明に係る距離測定装置は、プローブの先端部とワーク表面との距離をより正確に測定することができる。
【００３８】
なお、プローブに対して複数の方向から光を照射することにより、反射像がより鮮明にワーク表面に発生するという特性からも、上記構成は有効であることが分かる。
【００３９】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記光源は、平面視で、上記撮像装置の撮像方向に対して前記プローブの中心を通って直交する軸から、上記撮像装置の側およびその反対側に対して４５°の範囲内にある領域において配置されていることが好ましい。
【００４０】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記光源は、平面視で、上記撮像装置の撮像方向に対して前記プローブの中心を通って直交する軸から、上記撮像装置の側に対して、３０°から６０°の範囲内にある領域において配置されていることが好ましい。
【００４１】
上記構成により、撮像装置は、ワーク表面に発生するプローブの二次像をより鮮明に撮像することができ、プローブの先端部とワーク表面との距離をより正確に測定することができる。
【００４２】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記撮像装置は、その撮像方向が上記プローブに対して４０°から８０°、好ましくは５０°から６５°の範囲内にある領域において配置されていることが好ましい。
【００４３】
上記構成により、ワーク表面に発生するプローブの二次像をより鮮明に撮像することができ、プローブの先端部とワーク表面との距離をより正確に測定することができる。
【００４４】
なお、上記距離測定装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記距離測定装置をコンピュータにて実現させる距離測定プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る距離測定装置は、以上のように、上記画像における上記先端部を特定する特定手段と、上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入手段と、上記特定手段が特定した上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出する算出手段と、を備え、１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持されている構成である。
【００４６】
また、本発明に係る距離測定方法は、以上のように、上記画像における上記先端部を特定する特定ステップと、上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入ステップと、上記特定ステップにて特定された上記先端部と上記挿入ステップにて挿入された上記直線との重なりを判定する判定ステップと、を含む構成である。
【００４７】
それゆえ、ワーク表面に発生したプローブの二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る距離算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る距離測定装置が組み込まれた試料塗布装置の概略構成を示す図である。
【図３】直線挿入部による直線挿入例を示す図であり、プローブのエッジとワークの表面との間の距離が０μｍの状態において、第１〜第３直線が挿入された様子を示す画像である。
【図４】直線挿入部による直線挿入例を示す図であり、プローブのエッジとワークの表面との間の距離が５０μｍの状態において、第１〜第３直線が挿入された様子を示す画像である。
【図５】直線挿入部による直線挿入例を示す図であり、プローブのエッジとワークの表面との間の距離が１００μｍの状態において、第１〜第３直線が挿入された様子を示す画像である。
【図６】プローブのエッジとワークの表面との間の距離が１００μｍの状態において、第１〜第３直線が挿入された様子を示す図であり、ＬＥＤランプを２個使用して、２つの影が現れた場合の例を示す画像である。
【図７】シリコン製のワークの表面にプローブの反射像が発生した場合において、プローブのエッジとワークの表面との距離が０μｍの場合を示す画像であり、(ａ)は、１つのＬＥＤランプを使用した場合を、（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプを使用した場合を示す画像である。
【図８】シリコン製のワークの表面にプローブの反射像が発生した場合において、プローブのエッジとワークの表面との距離が５０μｍの場合を示す画像であり、(ａ)は、１つのＬＥＤランプを使用した場合を、（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプを使用した場合を示す画像である。
【図９】ＩＴＯプレートの表面にプローブ６の反射像が発生した場合において、プローブ６のエッジとＩＴＯプレートの表面との距離が０μｍの場合を示す画像であり、 (ａ)は、１つのＬＥＤランプを使用した場合を、（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプを使用した場合を示す画像である。
【図１０】ＩＴＯプレートの表面にプローブ６の反射像が発生した場合において、プローブ６のエッジとＩＴＯプレートの表面との距離が５０μｍの場合を示す画像であり、 (ａ)は、１つのＬＥＤランプを使用した場合を、（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプを使用した場合を示す画像である。
【図１１】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を７５°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブのエッジとワークの表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【図１２】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を７０°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブのエッジとワークの表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【図１３】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を６０°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブのエッジとワークの表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【図１４】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を４５°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブのエッジとワークの表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【図１５】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を７５°に設定したときの試料塗布装置の様子を示す画像である。
【図１６】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を６０°に設定したときの試料塗布装置の様子を示す画像である。
【図１７】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を４５°に設定したときの試料塗布装置の様子を示す画像である。
【図１８】プローブ６対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を７５°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視で左側に約１１０°回転させた方向、左側に約２５°回転させた方向、右側に約３０°回転させた方向、右側に約７５°回転させた方向、左側に約６０°回転させた方向に設定したときの画像である。
【図１９】プローブ６対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を６０°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視で左側に約１３０°回転させた方向、左側に約２５°回転させた方向、右側に約２５°回転させた方向、右側に約８０°回転させた方向、左側に約６０°回転させた方向に設定したときの画像である。
【図２０】プローブ６対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を４５°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視で左側に約１３０°回転させた方向、左側に約２５°回転させた方向、右側に約２５°回転させた方向、右側に約８０°回転させた方向、左側に約６０°回転させた方向に設定したときの画像である。
【図２１】本発明に係る距離測定装置が組み込まれた切削装置の概略構成を示す図である。
【図２２】プローブをフッ素系材料によりコーティングすることにより、先端部での鏡面現象が防止されることを示すための画像である。
【図２３】プローブの先端部分において鏡面現象が発生する様子を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の便宜上、図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
なお、本発明に係る距離測定装置１００を概略的に説明すれば以下のとおりである。すなわち、図１および図２を参照すると、距離測定装置１００は、ＬＥＤランプ（光源）７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像とプローブ６とを撮像した画像において、プローブ６のエッジを特定するエッジ特定部（特定手段）１０１と、上記画像における二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する直線挿入部（挿入手段）１０２と、エッジ特定部１０１が特定した上記エッジと直線挿入部１０２が挿入した上記直線との重なりを判定する重なり判定部（判定手段）１０３と、を備え、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６は、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されている構成である。
【００５１】
これにより、距離測定装置１００は、ワーク９の表面に発生したプローブ６の二次像とプローブ６の先端部との位置関係から、プローブ６の先端部とワーク９の表面との距離を測定することができる。
【００５２】
以下、距離測定装置１００の構成、及び距離測定装置１００を備えた試料塗布装置５０の構成について説明する。なお、説明の便宜のため、試料塗布装置５０の構成から説明する。
【００５３】
〔試料塗布装置５０の構成〕
図２は、試料塗布装置５０の概略構成を示す図である。
【００５４】
同図に示すとおり、試料塗布装置５０は、レンズ１と、エクステンションチューブ２と、ＣＣＤカメラ３と、ＵＳＢビデオキャプチャー４と、パソコン５と、プローブ６と、ＬＥＤランプ７と、ＬＥＤ用照明電源８と、ワーク９と、ワーク用ステージ１０と、微量塗布装置１１と、移動装置１２と、保持部１３とを含む構成である。
【００５５】
レンズ１は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とをＣＣＤカメラ３の被写体として結像し、ＣＣＤカメラ３に当該被写体を撮像させるものである。本実施形態では、レンズ１は、株式会社エルモ社製のスーパー・マイクロカメラレンズQT3515を使用している。スーパー・マイクロカメラレンズQT3515は、焦点距離ｆ＝１５ｍｍ、最大口径比 １：３．５であり、さらに、画角が９°以下である。従って、当該レンズは、撮影対象物をピンポイントで、つまり、撮像対象として狙った箇所付近のみが表示装置６０に映し出されるように、撮影対象物を捕捉できることを特徴としている。
【００５６】
エクステンションチューブ２は、レンズ１が取り込んだ被写体の像を拡大するために設けられるものであり、レンズ１とＣＣＤカメラ３の間に２〜４個取り付けられている。エクステンションチューブ２は、２個取り付けることにより２５〜３０倍に、３個取り付けることにより５０〜６０倍に、４個取り付けることにより１００〜１２０倍に、被写体の像を拡大する効果を有する。
【００５７】
ＣＣＤカメラ３は、レンズ１およびエクステンションチューブ２を介して、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像するものであり、カメラ本体３ａとカメラアンプ３ｂとを含む。本実施形態では、ＣＣＤカメラ３として、株式会社アルス社製のマイクロビューAS-807SPを使用している。マイクロビューAS-807SPは、ヘッド外径φ７ｍｍ、ヘッド長４１ｍｍ、NTSC/PAL方式採用、１／６インチＣＣＤ固体素子使用、および、有効画素３８万画素という仕様である。なお、ＣＣＤカメラ３は、レンズ１およびエクステンションチューブ２をその一部に含む構成で実現されてもよい。
【００５８】
ＵＳＢビデオキャプチャー４は、カメラアンプ３ｂから取得した画像をデジタルデータとしてパソコン５の中に取り込むために使用されるものであり、本実施形態では、株式会社アルファデータ社製のAD-VD0303を使用している。
【００５９】
パソコン５は、ＵＳＢビデオキャプチャー４からデジタル化された画像を取り込むものであり、本実施形態では、画像取り込み用ソフトとして株式会社ULEAD製のVideoStudio 7 SE Basicを使用している。また、パソコン５は、プローブ６の先端部とワーク９の表面との距離を測定するためにも使用される。当該距離を測定する構成、方法については後述する。
【００６０】
プローブ６は、微量塗布装置１１から供給された試料を、その先端部からワーク９の表面に滴下するものであり、マイクロシリンジのニードル、超硬製針、タングステン製針、あるいは、マイクロドリル（日進工具株式会社製）などが使用される。
【００６１】
ＬＥＤランプ７は、プローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に二次像（影あるいは反射像）を発生させるためのものであり、本実施形態では、高輝度ＬＥＤ（丸型、φ５mm、単色、青緑）を使用している。緑や青緑色のＬＥＤランプは、他の色のＬＥＤランプよりも大きな光度を与えてくれるため、試料塗布装置５０に好適に使用すること ができる。また、指向角は、１５°、３０°、６０°等から任意の指向角を選択できる。
【００６２】
但し、ＬＥＤランプ７は、緑や青緑色のランプに限定されず、白色など他の色のランプを使用することも勿論可能である。そして、指向角も、上記の角度に限定されず、種々の角度から選択可能である。また、ＬＥＤ用照明電源８は、１または複数個設けられる。
【００６３】
ＬＥＤ用照明電源８は、ＬＥＤランプ７に電源を供給するためのものであり、本実施形態では、株式会社イマック製のパルス調光電源IDPW-30M8Vを使用している。なお、パルス調光電源IDPW-30M8Vは、８回路独立回路である。
【００６４】
ワーク９は、プローブ６から滴下された試料を捕集するためのものである。
【００６５】
ワーク用ステージ１０は、ワーク９を上部に搭載し、後述のＹ軸アクチュエータ１２ｂと下部で接続している。そして、ワーク用ステージ１０は、Ｙ軸アクチュエータ１２ｂの駆動に伴い、ワーク９をＹ軸方向に動作させる。
【００６６】
微量塗布装置１１は、プローブ６に所定量の試料を供給するものであり、当該試料は、プローブ６の先端部からワーク９の表面に滴下される。本実施形態では、武蔵エンジニアリング株式会社製の極微量ディスペンサーSMP-３を使用しており、当装置は、体積計量方式で１ｎＬの超微量の試料を吐出することができる。
【００６７】
移動装置１２は、プローブ６からワーク９に試料を塗布するときに、その滴下位置の位置決めを３次元方向で制御するものであり、本実施形態では、武蔵エンジニアリング株式会社製のSHOT mini 200Sを使用している。
【００６８】
なお、移動装置１２は、Ｘ軸アクチュエータ１２ａと、Ｙ軸アクチュエータ１２ｂと、Ｚ軸アクチュエータ１２ｃと、駆動制御部１２ｄと、を含む構成である。Ｘ軸アクチュエータ１２ａ、Ｙ軸アクチュエータ１２ｂ（ステッピングモーター使用）、およびＺ軸アクチュエータ１２ｃはそれぞれ、プローブ６とワーク９との位置関係をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向（図２の上下方向で示される方向）において制御する。駆動制御部１２ｄは、移動装置１２の駆動を制御するためのものであり、市販の塗布プログラム（武蔵エンジニアリング株式会社製のMuPRO ver.1.0）がインストールされている。
【００６９】
保持部１３は、カメラ本体３ａ、およびＬＥＤランプ７を保持するものである。また、保持部１３は、プローブ６のＸＹＺ方向への動作に連動するように試料塗布装置５０に固定されている。これにより、カメラ本体３ａ、ＬＥＤランプ７、及びプローブ６がワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持された状態が形成される。また、保持部１３は、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３あるいはＬＥＤランプ７との角度、または、ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係を適宜調整できる構成で実現されている。なお、カメラ本体３ａ、ＬＥＤランプ７、及びプローブ６をワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持するものであれば、保持部１３はいかなる構成で実現されてもよい。
【００７０】
〔距離測定装置１００の構成〕
次に、距離測定装置１００の詳細を図１により説明する。図１は、距離測定装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００７１】
パソコン５は、制御部４０を含む。制御部４０は、ＣＰＵ（central processing unit）が不図示のＲＯＭ（read only memory）等の記憶装置に記憶されているプログラムをＲＡＭ（random access memory）等に読み出して実行することで実現できる。すなわち、制御部４０は、上記ＣＰＵが上記記憶装置に格納されたプログラムを実行し、図示しない入出力回路などの周辺回路を制御することによって実現される。
【００７２】
その制御部４０は、距離測定装置１００を含む。距離測定装置１００は、プローブ６の先端部（エッジ）とワーク９の表面との距離を測定するものであり、エッジ特定部１０１と、直線挿入部１０２と、重なり判定部１０３と、距離算出部１０４とを含む構成である。
【００７３】
エッジ特定部１０１は、ＵＳＢビデオキャプチャー４からデジタル化された画像を取り込む。なお、その画像は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像した画像である。
【００７４】
そして、エッジ特定部１０１は、取り込んだ画像におけるプローブ６の先端部（ワーク９の側の先端部であり、以下エッジと称する）を特定する。なお、大半のプローブ６の形状は円柱や円錐であるため、プローブ６の正面中央部がＣＣＤカメラ３に対して最も突き出している部分となる。従って、エッジ特定部１０１は、その最も突き出している部分をプローブ６のエッジとして特定する。また、最も突き出している部分が存在しないプローブ６の場合（たとえば、先端部がフラットである場合）においても、エッジ特定部１０１は、プローブの正面中央部をエッジとして特定する。
【００７５】
その後、エッジ特定部１０１は、直線挿入部１０２に対して、ＵＳＢビデオキャプチャー４から取得したデジタル化された画像と共に、プローブ６のエッジ位置を示す情報を送信する。
【００７６】
なお、エッジ特定部１０１がプローブ６のエッジ位置を特定する方法は、従来の画像処理で用いられる方法で行えばよいため、ここでの詳細説明は省略する。
【００７７】
直線挿入部１０２は、エッジ特定部１０１から、上記画像、すなわち、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像した画像と、プローブ６のエッジ位置を示す情報とを受け取る。そして、直線挿入部１０２は、上記画像とプローブ６のエッジ位置を示す情報とを受け取る。そして、直線挿入部１０２は、上記画像上に、上記二次像の外縁に沿った直線を挿入する。以下、当該直線を第１直線と称する。なお、直線挿入部１０２が第１直線を挿入する位置については、図３を参照して後ほど具体的に説明する。
【００７８】
ここで、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に影が現れた場合、その影の外縁はプローブ６の形状（円柱や円錐、棒状など）に従い直線で示されるため、直線挿入部１０２は、その影の外縁に沿った第１直線を上記画像に挿入する。一方、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に反射像が現れた場合、直線挿入部１０２は、反射像におけるプローブ６のエッジ部を通る第１直線を上記画像上に挿入する。
【００７９】
さらに、直線挿入部１０２は、第１直線に加え、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジを通る第２及び第３直線を上記画像に挿入する。なお、第２直線は、上記画像において、プローブ６の長手方向に延びた直線であって、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジを通る直線である。また、第３直線は、上記画像において、第２直線に垂直な直線であって、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジを通る直線である。ここで、第２及び第３直線は、ＣＣＤカメラ３、プローブ６、及びＬＥＤランプ７がワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されていることから、ＣＣＤカメラ３やプローブを動かさない限り固定されたものとなる。
【００８０】
以上のように、直線挿入部１０２は、第１〜第３直線を上記画像に挿入するものである。そして、直線挿入部１０２は、重なり判定部１０３に対して、第１〜第３直線を示す情報を送信する。また、直線挿入部１０２は、重なり判定部１０３に対して、エッジ特定部１０１から取得したプローブ６のエッジ位置を示す情報を送信する。ただし、プローブ６のエッジ位置を示す情報は、エッジ特定部１０１から重なり判定部１０３に対して送信される構成で実現されてもよい。
【００８１】
なお、直線挿入部１０２が第１〜第３直線を上記画像に挿入する方法は、従来の画像処理で用いられる方法で行えばよいため、ここでの詳細説明は省略する。
【００８２】
重なり判定部１０３は、直線挿入部１０２から、直線挿入部１０２が挿入した第１〜第３直線を示す情報を受け取ると共に、エッジ特定部１０１あるいは直線挿入部１０２から、プローブ６のエッジ位置を示す情報を受け取る。そして、重なり判定部１０３は、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジと直線挿入部１０２が挿入した第１直線とが重なっているかどうかを判定する。
【００８３】
つまり、重なり判定部１０３は、プローブ６とワーク９の表面とが接近するほど、上記画像上において、プローブ６のエッジと影の外縁に沿って挿入された第１直線とが近づき、プローブ６とワーク９の表面とが接触したときに、上記画像上において、プローブ６のエッジと第１直線とが重なる性質を利用するものである。これにより、上記画像上において、重なり判定部１０３がプローブ６のエッジと第１直線とが重なったと判定することにより、プローブ６とワーク９の表面との接触が確認される。
【００８４】
なお、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったかどうかは、従来の画像処理で用いられる方法で行えばよいため、ここでの詳細説明は省略する。
【００８５】
続いて、重なり判定部１０３は、上記画像上において、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったことを示す情報を距離算出部１０４に送信する。また、重なり判定部１０３は、距離算出部１０４に対して、直線挿入部１０２から取得した、直線挿入部１０２が挿入した第１〜第３直線を示す情報と共に、エッジ特定部１０１あるいは直線挿入部１０２から取得した、プローブ６のエッジ位置を示す情報を送信する。
【００８６】
距離算出部１０４は、重なり判定部１０３から、直線挿入部１０２が挿入した第１〜第３直線を示す情報と、プローブ６のエッジ位置を示す情報と、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったことを示す情報とを受け取る。
【００８７】
そして、距離算出部１０４は、プローブ６が移動して、プローブ６のエッジがワーク９の表面から離れた場合に、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出する。なお、距離算出部１０４は、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったことを示す情報を受け取ったことをトリガとしてエッジとワーク９の表面との距離を算出してもよいし、上記トリガの有無に係らず、エッジとワーク９の表面との距離を算出してもよい。
【００８８】
以下、距離算出部１０４が上記距離を算出する３つの方法を、〔距離算出部１０４による距離算出方法１〕、〔距離算出部１０４による距離算出方法２〕、〔距離算出部１０４による距離算出方法３〕にて説明する。
【００８９】
〔距離算出部１０４による距離算出方法１〕
距離測定装置１００は、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１〜第３直線すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離を０と算出する。換言すれば、第２及び第３直線はそもそも、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジを通る直線である。従って、距離測定装置１００は、第１直線が当該エッジを通るときに（第１直線が当該エッジと重なるときに）、当該エッジとワーク９の表面との距離を０と算出する。そして、試料塗布装置５０では、Ｚ軸アクチュエータ１２ｃの１回の動作で移動するプローブ６の移動量は既知である。
【００９０】
従って、試料塗布装置５０の最初の動作時に、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジに第１直線を重ね合わせておくことにより、プローブ６が移動して、プローブ６のエッジがワーク９の表面から離れた場合に、距離算出部１０４は、Ｚ軸アクチュエータ１２ｃの移動量および移動方向に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。
【００９１】
〔距離算出部１０４による距離算出方法２〕
次に、距離算出部１０４が上記距離を算出する他の方法を説明する。
【００９２】
距離算出部１０４は、挿入した第１〜第３直線を示す情報を直線挿入部１０２から取得し、その情報に基づいて、第１及び第３直線によって挟まれる第２直線の距離を算出する。このとき、試料塗布装置５０の図示しない記憶装置には、エッジとワーク９の表面との実際の距離と、第１及び第３直線によって挟まれる第２直線の距離との相関関係を示す相関テーブルを準備しておく。すると、距離算出部１０４は、当該相関テーブルを参照して、算出した第２直線上の距離に対応するエッジとワーク９の表面との間の実際の距離を導出することができる。
【００９３】
〔距離算出部１０４による距離算出方法３〕
次に、距離算出部１０４が上記距離を算出するさらに他の方法を説明する。
【００９４】
プローブ６の種類、プローブ６とワーク９の表面との距離、ＬＥＤランプ７の数、ＬＥＤランプ７の位置、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の角度、ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係など、様々な条件における画像を撮像しておき、それらの画像を試料塗布装置５０の図示しない記憶装置に記憶しておく。同時に、各々の条件におけるプローブ６のエッジとワーク９の表面との距離も測定しておき、対応する画像と関連付けて当該記憶装置に記憶しておく。
【００９５】
そして、距離算出部１０４は、ＣＣＤカメラ３が画像（ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像した画像）を撮像した際に、上記記憶装置に記憶された画像中に同じ画像が記憶されているかどうかを読み取りにいく。そして、距離算出部１０４は、同じ画像が上記記憶装置に記憶されている場合に、その画像に関連付けて記憶されたプローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を読み出す。これにより、距離算出部１０４は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を取得（算出）することができる。
【００９６】
以上の各種方法によって、距離算出部１０４は、エッジとワーク９の表面との間の距離を算出することができる。
【００９７】
続いて、距離算出部１０４は、エッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報を表示装置６０に送信する。
【００９８】
ここで、表示装置６０は、表示制御部６１と表示部６２とを含む。
【００９９】
表示制御部６１は、距離算出部１０４から、エッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報を取得し、当該情報を、表示部６２にユーザが確認可能な状態で表示するための信号に変換して、変換した情報を表示部６２に出力する。なお、表示部６２は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、またはＣＲＴ（cathode-ray tube）ディスプレイなどの表示装置で構成される。
【０１００】
このように、距離算出部１０４が表示装置６０に対してエッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報を送信することにより、ユーザは、エッジとワーク９の表面との間の距離を確認することができる。
【０１０１】
また、距離算出部１０４は、エッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報を駆動制御部１２ｄに送信する構成とすることもできる。
【０１０２】
上述したように、駆動制御部１２ｄは、移動装置１２の駆動を制御するためのものである。従って、エッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報が駆動制御部１２ｄに入力されることにより、駆動制御部１２ｄは、エッジとワーク９の表面との間の距離をユーザが所望する距離に自動的に制御することができる。
【０１０３】
以上、距離測定装置１００に含まれる各部詳細について説明した。次に、直線挿入部１０２による第１〜第３直線の挿入例を説明する。
【０１０４】
〔直線挿入部１０２の直線挿入例〕
直線挿入部１０２は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像した画像に第１〜第３直線を挿入する。図３から図５は、直線挿入部１０２による直線挿入例を示す画像である。
【０１０５】
まず、図３について説明する。図３は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離が０μｍの状態において、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入された様子を示す画像である。
【０１０６】
同図において、ワーク９の表面にはプローブ６の影３００が１つ現れている。これは、試料塗布装置５０がＬＥＤランプ７を１つ備える場合に該当する。なお、プローブ６の影３００は図面右側に延びているため、ＬＥＤランプ７は図面左側からプローブ６に対して光を照射していることが分かる。このことは、図４、図５においても同様である。
【０１０７】
図３において、直線挿入部１０２は、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３を上記画像に挿入している。ここで、第１直線Ｌ１が挿入される具体的な位置を説明する。なお、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入される位置は上述したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
【０１０８】
上述したように、直線挿入部１０２は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる影３００とプローブ６とを撮像した画像に、影３００の外縁に沿った直線を挿入する。図３では、その影３００の外縁は２つ現れる（図中の(ａ)、（ｂ））。そして、直線挿入部１０２は、外縁（ｂ）の側に第１直線Ｌ１を挿入している。これは、外縁（ａ）の側に第１直線Ｌ１が挿入された場合、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離が０とならないためである。
【０１０９】
これに対して、外縁（ｂ）の側に第１直線Ｌ１を挿入した場合には、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離が０となる。つまり、直線挿入部１０２が挿入する第１直線Ｌ１は、影３００の外縁であって、しかも影３００がプローブ６によって隠れることのない、ＣＣＤカメラ３が撮像した画像において下側（図３で言えば、図面下側）に位置する影３００の外縁である。
【０１１０】
続いて、図３の説明に戻ると、距離測定装置１００は、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離を０と算出する。この点、図３では、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが上記エッジで交差しているため、距離測定装置１００は、当該エッジとワーク９の表面との距離を０と算出する。
【０１１１】
次に、図４は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離が５０μｍの状態において、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入された様子を示す画像である。また、図５は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離が１００μｍの状態において、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入された様子を示す画像である。
【０１１２】
両図に示すように、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離が大きくなるにつれ、第１直線Ｌ１、及び第３直線Ｌ３によって挟まれる第２直線Ｌ２の距離が長くなる。なお、距離算出部１０４がエッジとワーク９の表面との間の距離を算出する方法は上述したとおりであるため、ここでの詳細説明は省略する。
【０１１３】
続いて、図６は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離が１００μｍの状態において、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入された様子を示す画像であり、ＬＥＤランプ７を２個使用して、２つの影３００が現れた場合の例を示す図である。
【０１１４】
同図において、ワーク９の表面にはプローブ６の影３００が２つ現れている。これは、試料塗布装置５０がＬＥＤランプ７を２つ備えることによる。プローブ６の影３００は図面右側および左側に延びているため、２つのＬＥＤランプ７はそれぞれ、図面左側および右側からプローブ６に対して光を照射していることが分かる。
【０１１５】
同図において、直線挿入部１０２は、右側の影３００の外縁に沿って第１直線Ｌ１を挿入している。しかしながら、直線挿入部１０２は、左側の影３００の外縁に沿って第１直線Ｌ１を挿入することもでき、何れの場合であっても、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。これは、いずれの場合であっても、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離が０となるためである。
【０１１６】
このように、距離測定装置１００は、影３００が複数存在する場合であっても、直線挿入部１０２がいずれか１つの影３００に着目して第１直線Ｌ１を挿入することにより、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。
【０１１７】
〔ワーク９の表面に反射像が現れる場合について〕
上記の〔直線挿入部１０２の直線挿入例〕では、ワーク９の表面にプローブ６の影が現れる場合について説明した。しかしながら、ワーク９の表面の状態（材質（シリコン・ガラスなど）、色、面粗さ等）や、プローブ６に対するＬＥＤランプ７の位置・角度によっては、ワーク９の表面にプローブ６の影が発生せず、プローブ６の反射像が発生する場合がある。そのような場合には、その反射像を利用してプローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。
【０１１８】
図７は、シリコン製のワーク９の表面にプローブ６の反射像６ａが発生した場合において、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離が０μｍの場合を示す画像であり、図７(ａ)は、１つのＬＥＤランプ７を使用した場合を、図７（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した場合を示す画像である。
【０１１９】
また、図８は、シリコン製のワーク９の表面にプローブ６の反射像６ａが発生した場合において、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離が５０μｍの場合を示す画像であり、図７(ａ)は、１つのＬＥＤランプ７を使用した場合を、図７（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した場合を示す画像である。
【０１２０】
両図に示すように、ワーク９の表面の材質等によっては、ワーク９の表面にプローブ６の反射像６ａが発生する場合がある。また、反射像６ａが発生する場合には、図７（ａ）及び図８（ａ）と図７（ｂ）及び図８（ｂ）とを比較して分かるように、プローブ６に対して複数の方向から光を照射することによって、つまり、複数個のＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによって、プローブ６の先端の形状を鮮明に撮像することができる。これにより、プローブ６とワーク９の表面との距離の算出が容易になる。
【０１２１】
ここで、距離算出部１０４は、ワーク９の表面に反射像６ａが発生する場合に、次のようにプローブ６とワーク９の表面との距離を算出する。なお、図１等を参照して行った説明と同じ内容については、その説明を省略する。また、図面の見易さのため、図中には第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３は記載していない。
【０１２２】
まず、エッジ特定部１０１は、ＵＳＢビデオキャプチャー４からデジタル化された画像を取り込む。なお、その画像は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる反射像６ａとプローブ６とを撮像した画像である。
【０１２３】
そして、エッジ特定部１０１は、取り込んだ画像におけるプローブ６のエッジ位置を特定する。なお、大半のプローブ６の形状は円柱や円錐であるため、プローブ６の正面中央部がＣＣＤカメラ３に対して最も突き出している部分となる。従って、エッジ特定部１０１は、その最も突き出している部分をプローブ６のエッジとして特定する。
【０１２４】
直線挿入部１０２は、エッジ特定部１０１から、上記画像とプローブ６のエッジ位置を示す情報とを受け取る。そして、直線挿入部１０２は、上記画像、すなわち、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる反射像６ａとプローブ６とを撮像した画像に、上記反射像６ａの外縁（反射像の場合は、プローブ６の影のエッジ部）に沿って第１直線を挿入する。なお、その第１直線は、直線挿入部１０２が挿入する上記第３直線と平行である。
【０１２５】
その後、距離算出部１０４は、直線挿入部１０２あるいは重なり判定部１０３から、直線挿入部１０２が挿入した第１〜第３直線を示す情報を受け取ると共に、エッジ特定部１０１、直線挿入部１０２、あるいは重なり判定部１０３から、プローブ６のエッジ位置を示す情報を受け取る。そして、距離算出部１０４は、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出する。なお、距離の算出方法は、上述した〔距離算出部１０４による距離算出方法１〕、〔距離算出部１０４による距離算出方法２〕のいずれを用いてもよい。
【０１２６】
また、距離算出部１０４は、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったことを示す情報を受け取ったことをトリガとしてエッジとワーク９の表面との距離を算出してもよいし、上記トリガの有無に係らず、エッジとワーク９の表面との距離を算出してもよい。
【０１２７】
このようにして、ワーク９の表面に反射像６ａが発生する場合においても、距離測定装置１００は、プローブ６とワーク９の表面との距離を算出することができる。
【０１２８】
なお、ワーク９の表面に反射像６ａを発生させる他の例として、図９、図１０を示す。
【０１２９】
図９は、ＩＴＯプレートの表面にプローブ６の反射像６ａが発生した場合において、プローブ６のエッジとＩＴＯプレートの表面との距離が０μｍの場合を示す画像であり、図９(ａ)は、１つのＬＥＤランプ７を使用した場合を、図９（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した場合を示す画像である。
【０１３０】
図１０は、ＩＴＯプレートの表面にプローブ６の反射像６ａが発生した場合において、プローブ６のエッジとＩＴＯプレートの表面との距離が５０μｍの場合を示す画像であり、図１０(ａ)は、１つのＬＥＤランプ７を使用した場合を、図１０（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した場合を示す画像である。
【０１３１】
図９、図１０、及び図７、図８に示すように、ワーク９の表面に反射像６ａが発生するケースもある。この点、距離測定装置１００では、二次像は、プローブ６の影あるいはプローブ６の反射像６ａの何れの場合であっても、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。それゆえ、利便性の高い距離測定装置１００をユーザに提供することができる。
【０１３２】
〔プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の角度について〕
ＣＣＤカメラ３が鮮明な二次像（影あるいは反射像）を撮像するために、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の角度に配慮する必要がある。このことを図１１から図１４を用いて説明する。
【０１３３】
図１１〜図１４は、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を７５°、７０°、６０°、４５°に設定したときに、ＣＣＤカメラ３が撮像したワーク９の表面に現れる影３００とプローブ６とを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【０１３４】
上記各図から分かるように、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を小さくするほど、ワーク９の表面を詳細に観察することができる。しかしながら、上記角度が小さくなると、プローブ６と影３００との位置関係、とくに、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を観察することが困難になる。つまり、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度が小さくなるほどに、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を割り出す能力（空間分解能）が低下することになる。このことは、例えば図１４（ｂ）にも示されており、プローブ６の先端とワーク９の表面との距離が５０μｍと離れているにも係らず、影３００がプローブ６に対してかなり接近している画像しか得られなくなる。
【０１３５】
このような結果に基づき、ＣＣＤカメラ３は、その撮像方向がプローブ６に対して４０°から８０°、好ましくは５０°から６５°の範囲内で、保持部１３に保持されていることが好ましいことを本願発明者らは見出した。そのような角度に設定することで、プローブ６と影３００との位置関係、とくに、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離の観察が容易になる。
【０１３６】
なお、各図に示されるワーク９の表面の白色円の径は８００μｍである。また、ワーク９は、ブルカー社のPrespotted AnchorChip 384MALDI matrixspotsを使用している。さらに、各図のプローブは、三菱マテリアルのMF20を放電加工して製作された超硬製ピンであり、その先端径は１００μｍである。
【０１３７】
次に、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を７５°、６０°、４５°に設定したときの試料塗布装置５０の様子を図１５から図１７を用いて説明する。
【０１３８】
図１５から図１７はそれぞれ、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を７５°、６０°、４５°に設定したときの試料塗布装置５０の様子を示す画像である。
【０１３９】
図１５から分かるように、たとえプローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度が７５°に設定されている場合においても、ＣＣＤカメラ３はワーク９の表面にかなり接近しつつも接触することはなく、しかも、プローブ６の先端よりもＣＣＤカメラ３の先端下部が上側に位置しているため、ＣＣＤカメラ３とワーク９が衝突することはない。
【０１４０】
〔ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係について〕
ＣＣＤカメラ３が鮮明な二次像（影あるいは反射像）を撮像するために、ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係には配慮する必要がある。このことを図１８〜図２０を用いて説明する。
【０１４１】
図１８〜図２０は、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を７５°、６０°、４５°に設定したときに、ＣＣＤカメラ３が撮像したワーク９の表面に現れる影３００とプローブ６とを撮像した画像を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視でプローブ６の回りに左側に１１０〜１３０°回転させた方向、左側に約２５°回転させた方向、右側に２５〜３０°回転させた方向、右側に７５〜８０°回転させた方向、左側に約６０°回転させた方向に設定したときの画像を示す図である。なお、各図において、プローブ６の先端とワーク９の表面との距離はいずれも５０μｍとしている。
【０１４２】
このうち、図１８（ｂ）・（ｃ）、図１９（ｂ）・（ｃ）、及び図２０（ｂ）・（ｃ）は、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視で左側に約２５°回転させた方向、右側に２５〜３０°回転させた方向の領域に配設されたときのワーク９の表面に現れる影３００とプローブ６とを撮像した画像を示す図である。各図に示すように、ＣＣＤカメラ３に対して小さな角度の範囲内にＬＥＤランプ７を配した場合、ワーク９の表面に現れる影３００がプローブ６によって隠された状態となり、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離を影３００を利用して算出することは困難となる。このような結果に基づき、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側に対して接近した範囲内にある領域に含まれないように配置する必要があることを本願発明者らは見出した。
【０１４３】
さらに、図１８等を考察した結果、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側およびその反対側に対して４５°の範囲内に、好ましくは、ＣＣＤカメラ３の側およびその反対側に対して３０°の範囲内にある領域において配置されている場合に、ワーク９の表面に発生するプローブ６の影３００を鮮明に撮像できることを本願発明者らは見出した。
【０１４４】
また、複数のＬＥＤランプ７を使用する場合、ＣＣＤカメラ３が鮮明な影を撮像するためには、ＬＥＤランプ７を最大で４個程度の使用に抑えることが好ましい。一方、反射像を撮像する場合は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した方が１個の場合と比べて鮮明な正面反射像が得られることを本願発明者らは見出した。
【０１４５】
ここで、上記説明では、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側に対して接近した範囲内にある領域に含まれないように配置する必要があることを述べた。しかしながら、このことは、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離を影を利用して算出する場合に言えることであって、反射像を利用して上記距離を算出する場合には当てはまらない。むしろ、反射像を利用する場合には、ＬＥＤランプ７が強い光をプローブ６に当てることで、光の当たった部分の周りが白くぼやけてしまうハレーションに留意しつつ、正面反射を得る場合には有効となる場合がある。
【０１４６】
なお、図示していないが、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離を反射像を利用して算出する場合には、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側に対して、３０°から６０°の範囲内で、保持部１３に保持されることが好ましいことを本願発明者らは確認した。
【０１４７】
〔距離測定装置１００によって得られる効果〕
以下、距離測定装置１００によって得られる効果を説明する。
【０１４８】
上記構成によれば、エッジ特定部１０１は、ＣＣＤカメラ３が撮像したワーク９の表面に現れるプローブ６の二次像とプローブ６との画像において、プローブ６のエッジを特定する。また直線挿入部１０２は、その画像において、二次像の外縁に沿った第１直線を挿入する。そして、重なり判定部１０３は、エッジ特定部１０１が特定したエッジと直線挿入部１０２が挿入した第１直線との重なりを判定する。
【０１４９】
つまり、距離測定装置１００は、プローブ６とワーク９の表面とが接近するほど、画像上において、エッジと二次像の外縁に沿って挿入された第１直線とが近づき、プローブ６とワーク９の表面とが接触したときに、画像上において、エッジと第１直線とが重なる性質を利用するものである。従って、重なり判定部１０３がエッジと第１直線とが重なったと判定することにより、プローブ６とワーク９の表面との接触を確認することができる。
【０１５０】
それゆえ、距離測定装置１００は、エッジと第１直線とが重なった時点でプローブ６とワーク９の表面とが接触したものと捉え、その点を基準に、プローブ６の移動量および移動方向に基づき、エッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【０１５１】
また、距離測定装置１００は、上述したように、プローブ６の二次像をワーク９の表面に発生させて、エッジ特定部１０１が特定したエッジと二次像の外縁に沿って挿入された第１直線との位置関係から、エッジとワーク９の表面との距離を測定するものである。
【０１５２】
それゆえ、距離測定装置１００は、ＬＡＢ技術を利用した画像分析方法とは異なり、プローブ６の径の大小に左右されることなくエッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【０１５３】
さらに、距離測定装置１００では、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６が、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持された構成である。
【０１５４】
これにより、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６の位置関係は固定された状態で維持されるため、撮像する画像内において、プローブ６の位置が測定ごとに移動し、それにより測定結果にばらつきが生じる事態も回避でき、より安定した測定結果をユーザに提供することができる。しかも、その測定方法ゆえに、ワーク９の表面の形状が安定していない場合（例えばワーク９の表面に傾斜が存在する場合）においても、エッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【０１５５】
加えて、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６が、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されているため、距離測定装置１００では、ワーク９の表面に対する作業領域の制限がなくなり、巨大なワーク９の表面への対応も可能となる。つまり、従来の試料塗布装置では、ワーク９の表面の側が移動可能に制御されていたため、ワーク９の表面の形状等によっては、同じワーク９の表面に対して複数のプローブ６を利用して複数の試料を塗布することは困難であった。
【０１５６】
これに対して、距離測定装置１００を試料塗布装置に適用した場合には、同じワーク９の表面に対して短時間に複数の異なる試料の塗布が可能となる。それゆえ、距離測定装置１００を利用することにより、著しい生産性の向上をユーザにもたらすことができる。
【０１５７】
さらに、距離測定装置１００では、エッジ特定部１０１が特定したエッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出する算出手段を備える構成である。
【０１５８】
上述したように、距離測定装置１００では、エッジ特定部１０１が、ＣＣＤカメラ３が撮像したワーク９の表面に現れるプローブ６の二次像とプローブ６との画像において、プローブ６のエッジを特定する。また直線挿入部１０２が、当該画像において、二次像の外縁に沿った第１直線を挿入する。そして、さらに、距離測定装置１００では、距離算出部１０４が、エッジ特定部１０１が特定したエッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出する。
【０１５９】
具体的には、例えば、エッジとワーク９の表面との実際の距離と、エッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離との相関関係を予め準備しておくことにより、距離算出部１０４は、エッジから第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。これにより、エッジとワーク９の表面との距離が自動的に算出される構成を実現することができる。
【０１６０】
なお、ここでいうエッジから第１直線までの距離とは、エッジを通り、画像内のプローブ６の長手方向に延びた第１直線と直線挿入部１０２が挿入した第１直線との交点とエッジとの間の距離をいう。
【０１６１】
さらに、距離測定装置１００では、二次像は、プローブ６の影またはプローブ６の反射像である構成である。
【０１６２】
上記構成によれば、距離測定装置１００では、二次像がプローブ６の影またはプローブ６の反射像の何れであっても対応可能である。すなわち、ワーク９の表面の材質等によって、プローブ６の影ではなくプローブ６の反射像が発生した場合においても、距離測定装置１００は、エッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【０１６３】
さらに、距離測定装置１００では、ＬＥＤランプ７は、複数存在する構成である。
【０１６４】
上記構成によれば、距離測定装置１００では、プローブ６に光を照射するＬＥＤランプ７が複数存在する。これにより、プローブ６に対して複数の方向から光が照射されるため、ＣＣＤカメラ３は、プローブ６のエッジの形状を鮮明に撮像することができる。この結果、距離測定装置１００は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離をより正確に測定することができる。
【０１６５】
なお、プローブ６に対して複数の方向から光を照射することにより、反射像がより鮮明にワーク９の表面に発生するという特性からも、上記構成は有効であることが分かる。
【０１６６】
さらに、距離測定装置１００では、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側および反対側に対して４５°の範囲内にある領域において配置されている構成である。
【０１６７】
さらに、距離測定装置１００では、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側に対して、３０°から６０°の範囲内にある領域において配置されている構成である。
【０１６８】
上記構成により、ＣＣＤカメラ３は、ワーク９の表面に発生するプローブ６の二次像をより鮮明に撮像することができ、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離をより正確に測定することができる。
【０１６９】
さらに、距離測定装置１００では、上記ＣＣＤカメラ３は、外径が７ｍｍのＣＣＤカメラと、焦点距離が１５ｍｍの望遠レンズとを組み合わせてなるものである構成である。
【０１７０】
従来においても、画像を撮像するために用いられるＣＣＤカメラ３はレンズ部分がＣマウントとなっているため、ＣＣＤカメラ３をワーク９の表面に近づけるということは、垂直方向（重力方向）での設置以外に不可能といってよかった。
【０１７１】
この点、上記構成とすることにより、１００倍前後のズーム率であっても、プローブ６とレンズとの距離を数十ミリ離して観察することが可能であり、かつ、ワーク９の表面に対する作業領域の制限を軽減することができる。しかも、上記構成を備えるＣＣＤカメラ３は、軽量化が実現されているため、プローブ６と同じ駆動軸に搭載することが可能となる。これにより、距離測定装置１００は、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６が、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されているという構成を容易に実現することができる。
【０１７２】
さらに、距離測定装置１００では、ＣＣＤカメラ３は、その撮像方向がプローブ６に対して４０°から８０°、好ましくは５０°から６５°の範囲内で保持されている構成である。
【０１７３】
上記構成により、ワーク９の表面に発生するプローブ６の二次像をより鮮明に撮像することができ、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離をより正確に測定することができる。
【０１７４】
以上のように、距離測定装置１００によって種々の効果が期待できる。
【０１７５】
〔他の実施例（切削装置２００）〕
上記説明では、距離測定装置１００を備えた試料塗布装置５０について説明した。しかしながら、距離測定装置１００は、汎用性が高い装置であるため、その他の各種装置に容易に組み込むことができる。その応用例としては、試料採取装置、マイクロ加工装置、切削装置などが挙げられる。これらの装置では、プローブ（あるいはドリル等）とワーク表面との間の距離を正確に測定・制御する必要があるため、本発明に係る距離測定装置１００を好適に適用することができる。
【０１７６】
ここで、距離測定装置１００を備えた切削装置２００について図２１を参照して説明する。図２１は、距離測定装置１００が組み込まれた切削装置２００の概略構成を示す図である。なお、図２等を参照して行った説明と同じ内容についてはその説明を省略する。また、図２１では、図２に記載されていたＵＳＢビデオキャプチャー４と、パソコン５、移動装置１２等の記載は省略している。しかしながら、図２１に記載された各部を、図２の移動装置１２に組み込むことにより、切削装置２００を実現することができる。
【０１７７】
切削装置２００は、ワーク９の表面に対するマイクロ単位での微細加工を行う装置であり、特にワーク９の表面に対する切削を行う装置である。切削装置２００は、レンズ１と、エクステンションチューブ２と、ＣＣＤカメラ３と、ＵＳＢビデオキャプチャー４と、パソコン５と、ドリル２０１と、ＬＥＤランプ７と、ＬＥＤ用照明電源８と、ワーク９と、ワーク用ステージ１０と、移動装置１２と、保持部１３、スピンドル２０２と、ブラシレスモータ２０３とを含む構成である。
【０１７８】
ここで、ドリル２０１は、自身とワーク９の表面との間の距離を正確に制御されたうえで、対象物に対してドリルによる穴あけ加工（切削）を行うものであり、日進工具株式会社製のマイクロドリルNSMDを使用している。マイクロドリルNSMDは、超微細加工に好適な先端部の外径が最小φ０．０１ｍｍのものから存在し、その何れを使用してもよい。また、使用するドリルは他社製品であってもよい。
【０１７９】
スピンドル２０２は、株式会社ナカニシ製のNR-2550を使用しており、ブラシレスモータ２０３は、株式会社ナカニシ製のEM25-5000-J4を使用しており、両者の協働により、ドリル２０１へ回転力を与えている。
【０１８０】
上記構成を備えることにより、距離測定装置１００を備えた切削装置２００は以下の効果を奏することができる。すなわち、距離測定装置１００は、ドリル２０１とワーク９の表面との距離を測定することができ、しかも、ドリル２０１の径の大小に左右されることなく適用可能である。それゆえ、距離測定装置１００を備えた切削装置２００は、外径が最小φ０．０１ｍｍから最大φ０．１０ｍｍまでの細い径のドリルを使用するものであるため、マイクロ単位の微細加工を実現することができる。そして、微細加工の分野においては、日本では数少ない職人への依存度が高いことが問題となっているため、距離測定装置１００を備えた切削装置２００を使用することにより、素人であっても同程度の微細加工を施すことが可能となる。また同時に、製造業全般への極めて大きな経済的効果が期待できる。
【０１８１】
〔従来技術の課題に対する対策〕
上述したように、ワーク表面の種類によっては、プローブの先端部分において鏡面現象が発生する（図２３参照）。その場合、ワーク９の表面にはプローブ６の虚像が映し出され、距離測定装置１００は、プローブ６（あるいはドリル等）とワーク９の表面との間の距離の算出が困難になる。
【０１８２】
そこで、上記問題への対処として、プローブ６をフッ素系材料によりコーティングするという対策が挙げられる。これは、プローブ６をフッ素系材料によりコーティングすることにより、先端部での鏡面現象を防止することが可能となるためである（図２２）。これにより、距離測定装置１００は、プローブ６（あるいはドリル等）とワーク９の表面との距離を算出できるようになり、上記問題への解決とすることができる。
【０１８３】
さらに、従来技術の課題として次のような問題点も指摘した。つまり、特許文献１に記載の発明に対して指摘したとおり、表面アレイに生じるプローブの影の幅を可能な限り細くする必要があり、これを可能にするためには、プローブに対するカメラの角度を可能な限り大きくする必要がある。一方、このようにカメラ角度を大きくすると、表面での変化を観察することが難しくなる。特に、小さな点の状態で試料を塗布する場合には、観察する点の面積が限りなく小さくなり、像倍率が小さい場合には点の存在すら掴めなくなることもある。
【０１８４】
この点、距離測定装置１００では、自身が組み込まれる装置の目的やプローブ６の外径等に応じて、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の角度、または、ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係を適宜調整している。これにより、上記従来技術の課題を克服することができる。
【０１８５】
〔補足〕
最後に、距離測定装置１００の各ブロック、特に距離測定装置１００のエッジ特定部１０１、直線挿入部１０２、重なり判定部１０３、距離算出部１０４は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１８６】
すなわち、距離測定装置１００は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、前記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、前記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、前記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである距離測定装置１００の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、前記距離測定装置１００に供給し、そのコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１８７】
前記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやコンパクトディスク−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／デジタルビデオデイスク／コンパクトディスク−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１８８】
また、距離測定装置１００を通信ネットワークと接続可能に構成し、前記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、前記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１８９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９０】
本発明は、プローブの二次像をワーク表面に発生させて、その二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定することが可能な距離測定装置に適用され、とくに、試料塗布装置、試料採取装置、マイクロ加工装置、切削装置などに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１９１】
１ レンズ（撮像装置）
２ エクステンションチューブ
３ ＣＣＤカメラ
３ａ カメラ本体（撮像装置）
３ｂ カメラアンプ（撮像装置）
４ ＵＳＢビデオキャプチャー
５ パソコン
６ プローブ
６ａ プローブの反射像
７ ＬＥＤランプ（光源）
８ ＬＥＤ用照明電源
９ ワーク
１０ ワーク用ステージ
１１ 微量塗布装置
１２ 移動装置
１２ａ Ｘ軸アクチュエータ
１２ｂ Ｙ軸アクチュエータ
１２ｃ Ｚ軸アクチュエータ
１２ｄ 駆動制御部
１３ 保持部
４０ 制御部
５０ 試料塗布装置
６０ 表示装置
６１ 表示制御部
６２ 表示部
１００ 距離測定装置
１０１ エッジ特定部（特定手段）
１０２ 直線挿入部（挿入手段）
１０３ 重なり判定部（判定手段）
１０４ 距離算出部（算出手段）
２００ 切削装置
２０１ ドリル
２０２ スピンドル
２０３ ブラシレスモータ
３００ 影
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
Ｌ３ 第３直線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブの二次像をワーク表面に発生させて、その二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定することが可能な距離測定装置、距離測定方法、距離測定プログラム、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像処理装置を搭載し、ワークの位置補正をしながら塗布作業を行うディスペンサーや、分析試料に点在する化合物群の分布状態を拡大して検出する顕微鏡などの装置が知られている。
【０００３】
これらの装置では、例えば流動性試料をワーク表面に塗布するときに流動性試料の塗布位置や塗布量をコントロールする必要があるため、プローブの先端部とワーク表面との距離を正確に制御する必要がある。
【０００４】
特許文献１に記載の試料採取システムは、後続の分析のために表面アレイのうちの少なくとも１つの点から試料を得ることを目的としており、プローブと表面アレイと間の距離を制御するために画像分析手法を用いている。
【０００５】
より具体的には、当該試料採取システムは、光源、カメラ、および、画像処理装置を備える。光源は、プローブの先端部に隣接して配置されており、プローブの先端部の影が表面アレイに落ちるよう、プローブの先端部に向かって光のビームを照射する。カメラは、プローブの先端部の画像、および、光源からプローブに光を照射することによって表面アレイに現れる影の像を取得するために設けられている。画像処理装置は、カメラが取り込んだ画像に対してライン平均輝度技術（ＬＡＢ（average line brightness））を適用し、プローブの先端と表面アレイとの間の実際の距離を決定する。
【０００６】
すなわち、当該試料採取システムでは、光源がプローブに向かって光ビームを照射し、カメラは、プローブの先端部と表面アレイの連続的な画像、より具体的には、表面アレイ上に落とされるプローブの先端部の影を取り込む。そして、画像処理装置は、取り込んだ影の画像を輝度によって二値化する。このとき、プローブの先端部および表面アレイを示すＬＡＢが最も低い輝度となるため、画像処理装置は、その最も低いＬＡＢである２つの水平ライン間の距離をプローブの先端部および表面アレイの間の距離として測定する。そして、当該試料採取システムは、測定した上記距離に基づき、表面アレイを載置するステージを移動してプローブの先端部と表面アレイとの距離を制御している。
【０００７】
特許文献２に記載の分画装置は、サンプルプレートへの液滴の滴下の際にサンプルプレートとプローブの先端部との距離を一定に保つために、プローブとサンプルプレートとの距離を測定するための近接センサーをプローブの側方に備えている。そのサンプルプレートは、ステージに搭載されて上下水平方向に移動する。ステージは、制御装置に接続され、その制御装置がステージの移動を制御する。制御装置は、近接センサーの測定値が設定された値となるようにステージをフィードバック制御し、プローブから液滴を滴下する際にサンプルプレートを上方に移動させて、プローブとサンプルプレートとの距離を接近させ、液滴をサンプルプレートに接触させて分画を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−５４２７５２号公報（２００８年１１月２７日公開）
【特許文献２】特開２００５− ９８７６６号公報（２００５年 ４月１４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１、２に記載の技術では以下の問題が生じる。
【００１０】
特許文献１に記載の試料採取システムでは、プローブの先端部と表面アレイとの間の距離を測定するためにプローブの影を利用しており、この点は後述する本願発明に係る距離測定装置と共通する。
【００１１】
しかしながら、当該試料採取システムは、ライン平均輝度（ＬＡＢ）技術を利用してプローブと表面アレイとの間の距離を測定するため、表面アレイに生じるプローブの影の幅を可能な限り細くする必要がある。これを可能にするためには、プローブに対するカメラの角度を可能な限り大きくする必要がある。一方、このようにカメラ角度を大きくすると、表面での変化を観察することが難しくなる。特に、小さな点の状態で試料を塗布する場合には、観察する点の面積が限りなく小さくなり、像倍率が小さい場合には点の存在すら掴めなくなることもある。
【００１２】
このように、ＬＡＢ技術を利用した画像分析方法では、プローブに対するカメラ角度の設定が極めて重要である。それに対して、特許文献１は、プローブに対してカメラの角度をどのように設定するかについて何ら言及していない。また、特許文献１に記載の試料採取システムは、先端の外径が６３５μｍのプローブを使用しており（明細書の段落〔0044〕参照）、そのように太い先端径のプローブを使用して、表面アレイに生じるプローブの影の幅を可能な限り小さくすることも困難である。加えて、このように太い外径のプローブでは、プローブの先端部に近接するほどカメラによる影の撮像が困難になる。それゆえ、当業者にとって、特許文献１に開示の技術を用いて、どのように特許文献１に記載の課題を解決するか定かではない。
【００１３】
さらに、ＬＡＢ技術に特有の問題もある。すなわち、特許文献１に記載の試料採取システムは、プローブの先端に現れる影を利用してプローブの先端部と表面アレイとの間の距離を測定するものである。しかしながら、ワーク表面の種類によっては、図２３に示すように、プローブの先端部分において鏡面現象が発生してしまう。また、ワーク表面が白い場合には、先端部が白くなってしまい、プローブの先端に影が出なくなることもある。同様に、ワーク表面の状態（材質（シリコン・ガラスなど）、色、面粗さ等）や、プローブに対する光源の位置・角度によっては、ワーク表面にプローブの影を発生させることができない。従って、特許文献１の試料採取システムは、ＬＡＢ技術を利用するがゆえに、ワーク表面の状態（材質、色、面粗さ等）、プローブに対する光源の位置・角度などの制約を受けるという問題がある。
【００１４】
さらに、当該試料採取システムは、プローブの先端部と表面アレイとの距離を制御するために表面アレイを載置するステージを移動している。つまり、当該試料採取システムは、ステージに対してプローブが移動する方法を採用するものではない。従って、そのワークエリアは必然的に小さくなり、かつ、ワークエリア表面に傾きが存在する場合には、プローブの先端部と表面アレイとの間の距離を制御することは困難になる。それゆえ、特許文献１に記載の試料採取システムは、大型液晶装置などのワークエリアの大きな装置に対する塗布作業に使用することができない。
【００１５】
このように、特許文献１に記載の試料採取システムは、上記種々の問題点を有していることから、ユーザにとって利用性の高いシステムではなかった。
【００１６】
一方、特許文献２に記載の試料採取システムは、プローブの先端部と表面アレイとの間の距離を近接センサーによって制御するものである。従って、二次像を利用して上記距離を制御する本願発明に係る距離測定装置とは、そもそも距離の測定方法が異なる。
【００１７】
また、近接センサーによってプローブの先端部と表面アレイとの間の距離を測定する場合、測定前の段階で、プローブの先端部と表面アレイとの距離の関係を前もって割り出しておく必要があり、ユーザに手間を強いるものであった。また、ワーク表面が必ずしも水平に支持されているとは限らないため、ある１点の位置で測定した距離が他の位置においても適用されるとは限らず、測定結果の安定性に欠けるものであった。
【００１８】
なお、特許文献２に記載の試料採取システムは、プローブとサンプルプレートとの距離を接近させるために、サンプルプレートを上方に移動させるという方法を採用している。また、プローブの先端とサンプルプレートとの間の距離は０．６ｍｍと記載されている（明細書の段落〔0012〕）。このような特許文献２の開示内容に基づけば、また、特許文献２には近接センサーの取付位置等についての詳細な説明が開示されていないことに鑑みれば、当該試料採取システムは、プローブの先端部とサンプルプレートとの間の距離を十数μオーダーにまで接近させることを意図するものではなく、またそのように設計されたものとも言えない。
【００１９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワーク表面に発生したプローブの二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定する距離測定装置、距離測定装置方法、距離測定プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る距離測定装置は、上記の課題を解決するために、
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定装置において、
上記画像における上記先端部を特定する特定手段と、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入手段と、
上記特定手段が特定した上記先端部と上記挿入手段が挿入した上記直線との重なりを判定する判定手段と、を備え、
１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持されていることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明に係る距離測定方法は、上記の課題を解決するために、
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定方法であって、
上記画像における上記先端部を特定する特定ステップと、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入ステップと、
上記特定ステップにて特定された上記先端部と上記挿入ステップにて挿入された上記直線との重なりを判定する判定ステップと、を含むことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、特定手段（特定ステップ）は、撮像装置が撮像したワーク表面に現れるプローブの二次像とプローブとの画像において、プローブの先端部を特定する。また挿入手段は、その画像において、上記二次像の外縁に沿った直線を挿入する。そして、判定手段は、特定手段（特定ステップ）が特定した上記先端部と挿入手段が挿入した上記直線との重なりを判定する。
【００２３】
つまり、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）は、プローブとワーク表面とが接近するほど、上記画像上において、上記先端部と上記二次像の外縁に沿って挿入された上記直線とが近づき、プローブとワーク表面とが接触したときに、上記画像上において、上記先端部と上記直線とが重なる性質を利用するものである。従って、判定手段が上記先端部と上記直線とが重なったと判定することにより、プローブとワーク表面との接触を確認することができる。
【００２４】
それゆえ、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）は、上記先端部と上記直線とが重なった時点でプローブとワーク表面とが接触したものと捉え、その点を基準に、プローブの移動量および移動方向に基づき、上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定することができる。
【００２５】
また、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）は、上述したように、上記プローブの二次像をワーク表面に発生させて、特定手段（特定ステップ）が特定した上記先端部と上記二次像の外縁に沿って挿入された上記直線との位置関係から、上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定するものである。
【００２６】
それゆえ、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）は、ＬＡＢ技術を利用した画像分析方法とは異なり、プローブの径の大小に左右されることなく上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定することができる。
【００２７】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持された構成である。
【００２８】
これにより、１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブの位置関係は固定された状態で維持されるため、撮像する画像内において、プローブの位置が測定ごとに移動し、それにより測定結果にばらつきが生じる事態も回避でき、より安定した測定結果をユーザに提供することができる。しかも、その測定方法ゆえに、ワーク表面の形状が安定していない場合（例えばワーク表面に傾斜が存在する場合）においても、上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定することができる。
【００２９】
加えて、１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持されているため、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）では、ワーク表面に対する作業領域の制限がなくなり、巨大なワーク表面への対応も可能となる。つまり、従来の試料塗布装置では、ワーク表面の側が移動可能に制御されていたため、ワーク表面の形状等によっては、同じワーク表面に対して複数のプローブを利用して複数の試料を塗布することは困難であった。これに対して、本発明に係る距離測定装置を試料塗布装置に適用した場合には、同じワーク表面に対して短時間に複数の異なる試料の塗布が可能となる。それゆえ、本発明に係る距離測定装置（距離測定方法）を利用することにより、著しい生産性の向上をユーザにもたらすことができる。
【００３０】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記特定手段が特定した上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出する算出手段を備えることが好ましい。
【００３１】
上述したように、本発明に係る距離測定装置では、特定手段が、撮像装置が撮像したワーク表面に現れるプローブの二次像とプローブとの画像において、プローブの先端部を特定する。また挿入手段が、当該画像において、上記二次像の外縁に沿った直線を挿入する。そして、さらに、本発明に係る距離測定装置では、算出手段が、上記特定手段が特定した上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出する。
【００３２】
具体的には、例えば、上記先端部とワーク表面との実際の距離と、上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離との相関関係を予め準備しておくことにより、算出手段は、上記先端部から上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出することができる。これにより、上記先端部と上記ワーク表面との距離が自動的に算出される構成を実現することができる。
【００３３】
なお、ここでいう上記先端部から上記直線までの距離とは、上記先端部を通り、画像内のプローブの長手方向に延びた直線と上記挿入手段が挿入した直線との交点と上記先端部との間の距離をいう。
【００３４】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記二次像は、上記プローブの影または上記プローブの反射像であることが好ましい。
【００３５】
上記構成によれば、本発明に係る距離測定装置では、上記二次像が上記プローブの影または上記プローブの反射像の何れであっても対応可能である。すなわち、ワーク表面の材質等によって、プローブの影ではなくプローブの反射像が発生した場合においても、本発明に係る距離測定装置は、上記先端部と上記ワーク表面との距離を測定することができる。
【００３６】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記光源は、複数存在することが好ましい。
【００３７】
上記構成によれば、本発明に係る距離測定装置では、プローブに光を照射する光源が複数存在する。これにより、プローブに対して複数の方向から光が照射されるため、撮像装置は、プローブの先端部の形状を鮮明に撮像することができる。この結果、本発明に係る距離測定装置は、プローブの先端部とワーク表面との距離をより正確に測定することができる。
【００３８】
なお、プローブに対して複数の方向から光を照射することにより、反射像がより鮮明にワーク表面に発生するという特性からも、上記構成は有効であることが分かる。
【００３９】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記光源は、平面視で、上記撮像装置の撮像方向に対して前記プローブの中心を通って直交する軸から、上記撮像装置の側およびその反対側に対して４５°の範囲内にある領域において配置されていることが好ましい。
【００４０】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記光源は、平面視で、上記撮像装置の撮像方向に対して前記プローブの中心を通って直交する軸から、上記撮像装置の側に対して、３０°から６０°の範囲内にある領域において配置されていることが好ましい。
【００４１】
上記構成により、撮像装置は、ワーク表面に発生するプローブの二次像をより鮮明に撮像することができ、プローブの先端部とワーク表面との距離をより正確に測定することができる。
【００４２】
さらに、本発明に係る距離測定装置では、
上記撮像装置は、その撮像方向が上記プローブに対して４０°から８０°、好ましくは５０°から６５°の範囲内にある領域において配置されていることが好ましい。
【００４３】
上記構成により、ワーク表面に発生するプローブの二次像をより鮮明に撮像することができ、プローブの先端部とワーク表面との距離をより正確に測定することができる。
【００４４】
なお、上記距離測定装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記距離測定装置をコンピュータにて実現させる距離測定プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る距離測定装置は、以上のように、上記画像における上記先端部を特定する特定手段と、上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入手段と、上記特定手段が特定した上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出する算出手段と、を備え、１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持されている構成である。
【００４６】
また、本発明に係る距離測定方法は、以上のように、上記画像における上記先端部を特定する特定ステップと、上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入ステップと、上記特定ステップにて特定された上記先端部と上記挿入ステップにて挿入された上記直線との重なりを判定する判定ステップと、を含む構成である。
【００４７】
それゆえ、ワーク表面に発生したプローブの二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る距離算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る距離測定装置が組み込まれた試料塗布装置の概略構成を示す図である。
【図３】直線挿入部による直線挿入例を示す図であり、プローブのエッジとワークの表面との間の距離が０μｍの状態において、第１〜第３直線が挿入された様子を示す画像である。
【図４】直線挿入部による直線挿入例を示す図であり、プローブのエッジとワークの表面との間の距離が５０μｍの状態において、第１〜第３直線が挿入された様子を示す画像である。
【図５】直線挿入部による直線挿入例を示す図であり、プローブのエッジとワークの表面との間の距離が１００μｍの状態において、第１〜第３直線が挿入された様子を示す画像である。
【図６】プローブのエッジとワークの表面との間の距離が１００μｍの状態において、第１〜第３直線が挿入された様子を示す図であり、ＬＥＤランプを２個使用して、２つの影が現れた場合の例を示す画像である。
【図７】シリコン製のワークの表面にプローブの反射像が発生した場合において、プローブのエッジとワークの表面との距離が０μｍの場合を示す画像であり、(ａ)は、１つのＬＥＤランプを使用した場合を、（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプを使用した場合を示す画像である。
【図８】シリコン製のワークの表面にプローブの反射像が発生した場合において、プローブのエッジとワークの表面との距離が５０μｍの場合を示す画像であり、(ａ)は、１つのＬＥＤランプを使用した場合を、（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプを使用した場合を示す画像である。
【図９】ＩＴＯプレートの表面にプローブ６の反射像が発生した場合において、プローブ６のエッジとＩＴＯプレートの表面との距離が０μｍの場合を示す画像であり、 (ａ)は、１つのＬＥＤランプを使用した場合を、（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプを使用した場合を示す画像である。
【図１０】ＩＴＯプレートの表面にプローブ６の反射像が発生した場合において、プローブ６のエッジとＩＴＯプレートの表面との距離が５０μｍの場合を示す画像であり、 (ａ)は、１つのＬＥＤランプを使用した場合を、（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプを使用した場合を示す画像である。
【図１１】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を７５°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブのエッジとワークの表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【図１２】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を７０°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブのエッジとワークの表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【図１３】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を６０°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブのエッジとワークの表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【図１４】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を４５°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブのエッジとワークの表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【図１５】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を７５°に設定したときの試料塗布装置の様子を示す画像である。
【図１６】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を６０°に設定したときの試料塗布装置の様子を示す画像である。
【図１７】プローブに対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を４５°に設定したときの試料塗布装置の様子を示す画像である。
【図１８】プローブ６対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を７５°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視で左側に約１１０°回転させた方向、左側に約２５°回転させた方向、右側に約３０°回転させた方向、右側に約７５°回転させた方向、左側に約６０°回転させた方向に設定したときの画像である。
【図１９】プローブ６対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を６０°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視で左側に約１３０°回転させた方向、左側に約２５°回転させた方向、右側に約２５°回転させた方向、右側に約８０°回転させた方向、左側に約６０°回転させた方向に設定したときの画像である。
【図２０】プローブ６対するＣＣＤカメラの撮像方向の角度を４５°に設定したときに、ＣＣＤカメラが撮像したワークの表面に現れる影とプローブとを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視で左側に約１３０°回転させた方向、左側に約２５°回転させた方向、右側に約２５°回転させた方向、右側に約８０°回転させた方向、左側に約６０°回転させた方向に設定したときの画像である。
【図２１】本発明に係る距離測定装置が組み込まれた切削装置の概略構成を示す図である。
【図２２】プローブをフッ素系材料によりコーティングすることにより、先端部での鏡面現象が防止されることを示すための画像である。
【図２３】プローブの先端部分において鏡面現象が発生する様子を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の便宜上、図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
なお、本発明に係る距離測定装置１００を概略的に説明すれば以下のとおりである。すなわち、図１および図２を参照すると、距離測定装置１００は、ＬＥＤランプ（光源）７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像とプローブ６とを撮像した画像において、プローブ６のエッジを特定するエッジ特定部（特定手段）１０１と、上記画像における二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する直線挿入部（挿入手段）１０２と、エッジ特定部１０１が特定した上記エッジと直線挿入部１０２が挿入した上記直線との重なりを判定する重なり判定部（判定手段）１０３と、を備え、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６は、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されている構成である。
【００５１】
これにより、距離測定装置１００は、ワーク９の表面に発生したプローブ６の二次像とプローブ６の先端部との位置関係から、プローブ６の先端部とワーク９の表面との距離を測定することができる。
【００５２】
以下、距離測定装置１００の構成、及び距離測定装置１００を備えた試料塗布装置５０の構成について説明する。なお、説明の便宜のため、試料塗布装置５０の構成から説明する。
【００５３】
〔試料塗布装置５０の構成〕
図２は、試料塗布装置５０の概略構成を示す図である。
【００５４】
同図に示すとおり、試料塗布装置５０は、レンズ１と、エクステンションチューブ２と、ＣＣＤカメラ３と、ＵＳＢビデオキャプチャー４と、パソコン５と、プローブ６と、ＬＥＤランプ７と、ＬＥＤ用照明電源８と、ワーク９と、ワーク用ステージ１０と、微量塗布装置１１と、移動装置１２と、保持部１３とを含む構成である。
【００５５】
レンズ１は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とをＣＣＤカメラ３の被写体として結像し、ＣＣＤカメラ３に当該被写体を撮像させるものである。本実施形態では、レンズ１は、株式会社エルモ社製のスーパー・マイクロカメラレンズQT3515を使用している。スーパー・マイクロカメラレンズQT3515は、焦点距離ｆ＝１５ｍｍ、最大口径比 １：３．５であり、さらに、画角が９°以下である。従って、当該レンズは、撮影対象物をピンポイントで、つまり、撮像対象として狙った箇所付近のみが表示装置６０に映し出されるように、撮影対象物を捕捉できることを特徴としている。
【００５６】
エクステンションチューブ２は、レンズ１が取り込んだ被写体の像を拡大するために設けられるものであり、レンズ１とＣＣＤカメラ３の間に２〜４個取り付けられている。エクステンションチューブ２は、２個取り付けることにより２５〜３０倍に、３個取り付けることにより５０〜６０倍に、４個取り付けることにより１００〜１２０倍に、被写体の像を拡大する効果を有する。
【００５７】
ＣＣＤカメラ３は、レンズ１およびエクステンションチューブ２を介して、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像するものであり、カメラ本体３ａとカメラアンプ３ｂとを含む。本実施形態では、ＣＣＤカメラ３として、株式会社アルス社製のマイクロビューAS-807SPを使用している。マイクロビューAS-807SPは、ヘッド外径φ７ｍｍ、ヘッド長４１ｍｍ、NTSC/PAL方式採用、１／６インチＣＣＤ固体素子使用、および、有効画素３８万画素という仕様である。なお、ＣＣＤカメラ３は、レンズ１およびエクステンションチューブ２をその一部に含む構成で実現されてもよい。
【００５８】
ＵＳＢビデオキャプチャー４は、カメラアンプ３ｂから取得した画像をデジタルデータとしてパソコン５の中に取り込むために使用されるものであり、本実施形態では、株式会社アルファデータ社製のAD-VD0303を使用している。
【００５９】
パソコン５は、ＵＳＢビデオキャプチャー４からデジタル化された画像を取り込むものであり、本実施形態では、画像取り込み用ソフトとして株式会社ULEAD製のVideoStudio 7 SE Basicを使用している。また、パソコン５は、プローブ６の先端部とワーク９の表面との距離を測定するためにも使用される。当該距離を測定する構成、方法については後述する。
【００６０】
プローブ６は、微量塗布装置１１から供給された試料を、その先端部からワーク９の表面に滴下するものであり、マイクロシリンジのニードル、超硬製針、タングステン製針、あるいは、マイクロドリル（日進工具株式会社製）などが使用される。
【００６１】
ＬＥＤランプ７は、プローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に二次像（影あるいは反射像）を発生させるためのものであり、本実施形態では、高輝度ＬＥＤ（丸型、φ５mm、単色、青緑）を使用している。緑や青緑色のＬＥＤランプは、他の色のＬＥＤランプよりも大きな光度を与えてくれるため、試料塗布装置５０に好適に使用すること ができる。また、指向角は、１５°、３０°、６０°等から任意の指向角を選択できる。
【００６２】
但し、ＬＥＤランプ７は、緑や青緑色のランプに限定されず、白色など他の色のランプを使用することも勿論可能である。そして、指向角も、上記の角度に限定されず、種々の角度から選択可能である。また、ＬＥＤ用照明電源８は、１または複数個設けられる。
【００６３】
ＬＥＤ用照明電源８は、ＬＥＤランプ７に電源を供給するためのものであり、本実施形態では、株式会社イマック製のパルス調光電源IDPW-30M8Vを使用している。なお、パルス調光電源IDPW-30M8Vは、８回路独立回路である。
【００６４】
ワーク９は、プローブ６から滴下された試料を捕集するためのものである。
【００６５】
ワーク用ステージ１０は、ワーク９を上部に搭載し、後述のＹ軸アクチュエータ１２ｂと下部で接続している。そして、ワーク用ステージ１０は、Ｙ軸アクチュエータ１２ｂの駆動に伴い、ワーク９をＹ軸方向に動作させる。
【００６６】
微量塗布装置１１は、プローブ６に所定量の試料を供給するものであり、当該試料は、プローブ６の先端部からワーク９の表面に滴下される。本実施形態では、武蔵エンジニアリング株式会社製の極微量ディスペンサーSMP-３を使用しており、当装置は、体積計量方式で１ｎＬの超微量の試料を吐出することができる。
【００６７】
移動装置１２は、プローブ６からワーク９に試料を塗布するときに、その滴下位置の位置決めを３次元方向で制御するものであり、本実施形態では、武蔵エンジニアリング株式会社製のSHOT mini 200Sを使用している。
【００６８】
なお、移動装置１２は、Ｘ軸アクチュエータ１２ａと、Ｙ軸アクチュエータ１２ｂと、Ｚ軸アクチュエータ１２ｃと、駆動制御部１２ｄと、を含む構成である。Ｘ軸アクチュエータ１２ａ、Ｙ軸アクチュエータ１２ｂ（ステッピングモーター使用）、およびＺ軸アクチュエータ１２ｃはそれぞれ、プローブ６とワーク９との位置関係をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向（図２の上下方向で示される方向）において制御する。駆動制御部１２ｄは、移動装置１２の駆動を制御するためのものであり、市販の塗布プログラム（武蔵エンジニアリング株式会社製のMuPRO ver.1.0）がインストールされている。
【００６９】
保持部１３は、カメラ本体３ａ、およびＬＥＤランプ７を保持するものである。また、保持部１３は、プローブ６のＸＹＺ方向への動作に連動するように試料塗布装置５０に固定されている。これにより、カメラ本体３ａ、ＬＥＤランプ７、及びプローブ６がワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持された状態が形成される。また、保持部１３は、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３あるいはＬＥＤランプ７との角度、または、ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係を適宜調整できる構成で実現されている。なお、カメラ本体３ａ、ＬＥＤランプ７、及びプローブ６をワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持するものであれば、保持部１３はいかなる構成で実現されてもよい。
【００７０】
〔距離測定装置１００の構成〕
次に、距離測定装置１００の詳細を図１により説明する。図１は、距離測定装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００７１】
パソコン５は、制御部４０を含む。制御部４０は、ＣＰＵ（central processing unit）が不図示のＲＯＭ（read only memory）等の記憶装置に記憶されているプログラムをＲＡＭ（random access memory）等に読み出して実行することで実現できる。すなわち、制御部４０は、上記ＣＰＵが上記記憶装置に格納されたプログラムを実行し、図示しない入出力回路などの周辺回路を制御することによって実現される。
【００７２】
その制御部４０は、距離測定装置１００を含む。距離測定装置１００は、プローブ６の先端部（エッジ）とワーク９の表面との距離を測定するものであり、エッジ特定部１０１と、直線挿入部１０２と、重なり判定部１０３と、距離算出部１０４とを含む構成である。
【００７３】
エッジ特定部１０１は、ＵＳＢビデオキャプチャー４からデジタル化された画像を取り込む。なお、その画像は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像した画像である。
【００７４】
そして、エッジ特定部１０１は、取り込んだ画像におけるプローブ６の先端部（ワーク９の側の先端部であり、以下エッジと称する）を特定する。なお、大半のプローブ６の形状は円柱や円錐であるため、プローブ６の正面中央部がＣＣＤカメラ３に対して最も突き出している部分となる。従って、エッジ特定部１０１は、その最も突き出している部分をプローブ６のエッジとして特定する。また、最も突き出している部分が存在しないプローブ６の場合（たとえば、先端部がフラットである場合）においても、エッジ特定部１０１は、プローブの正面中央部をエッジとして特定する。
【００７５】
その後、エッジ特定部１０１は、直線挿入部１０２に対して、ＵＳＢビデオキャプチャー４から取得したデジタル化された画像と共に、プローブ６のエッジ位置を示す情報を送信する。
【００７６】
なお、エッジ特定部１０１がプローブ６のエッジ位置を特定する方法は、従来の画像処理で用いられる方法で行えばよいため、ここでの詳細説明は省略する。
【００７７】
直線挿入部１０２は、エッジ特定部１０１から、上記画像、すなわち、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像した画像と、プローブ６のエッジ位置を示す情報とを受け取る。そして、直線挿入部１０２は、上記画像とプローブ６のエッジ位置を示す情報とを受け取る。そして、直線挿入部１０２は、上記画像上に、上記二次像の外縁に沿った直線を挿入する。以下、当該直線を第１直線と称する。なお、直線挿入部１０２が第１直線を挿入する位置については、図３を参照して後ほど具体的に説明する。
【００７８】
ここで、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に影が現れた場合、その影の外縁はプローブ６の形状（円柱や円錐、棒状など）に従い直線で示されるため、直線挿入部１０２は、その影の外縁に沿った第１直線を上記画像に挿入する。一方、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによってワーク９の表面に反射像が現れた場合、直線挿入部１０２は、反射像におけるプローブ６のエッジ部を通る第１直線を上記画像上に挿入する。
【００７９】
さらに、直線挿入部１０２は、第１直線に加え、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジを通る第２及び第３直線を上記画像に挿入する。なお、第２直線は、上記画像において、プローブ６の長手方向に延びた直線であって、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジを通る直線である。また、第３直線は、上記画像において、第２直線に垂直な直線であって、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジを通る直線である。ここで、第２及び第３直線は、ＣＣＤカメラ３、プローブ６、及びＬＥＤランプ７がワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されていることから、ＣＣＤカメラ３やプローブを動かさない限り固定されたものとなる。
【００８０】
以上のように、直線挿入部１０２は、第１〜第３直線を上記画像に挿入するものである。そして、直線挿入部１０２は、重なり判定部１０３に対して、第１〜第３直線を示す情報を送信する。また、直線挿入部１０２は、重なり判定部１０３に対して、エッジ特定部１０１から取得したプローブ６のエッジ位置を示す情報を送信する。ただし、プローブ６のエッジ位置を示す情報は、エッジ特定部１０１から重なり判定部１０３に対して送信される構成で実現されてもよい。
【００８１】
なお、直線挿入部１０２が第１〜第３直線を上記画像に挿入する方法は、従来の画像処理で用いられる方法で行えばよいため、ここでの詳細説明は省略する。
【００８２】
重なり判定部１０３は、直線挿入部１０２から、直線挿入部１０２が挿入した第１〜第３直線を示す情報を受け取ると共に、エッジ特定部１０１あるいは直線挿入部１０２から、プローブ６のエッジ位置を示す情報を受け取る。そして、重なり判定部１０３は、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジと直線挿入部１０２が挿入した第１直線とが重なっているかどうかを判定する。
【００８３】
つまり、重なり判定部１０３は、プローブ６とワーク９の表面とが接近するほど、上記画像上において、プローブ６のエッジと影の外縁に沿って挿入された第１直線とが近づき、プローブ６とワーク９の表面とが接触したときに、上記画像上において、プローブ６のエッジと第１直線とが重なる性質を利用するものである。これにより、上記画像上において、重なり判定部１０３がプローブ６のエッジと第１直線とが重なったと判定することにより、プローブ６とワーク９の表面との接触が確認される。
【００８４】
なお、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったかどうかは、従来の画像処理で用いられる方法で行えばよいため、ここでの詳細説明は省略する。
【００８５】
続いて、重なり判定部１０３は、上記画像上において、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったことを示す情報を距離算出部１０４に送信する。また、重なり判定部１０３は、距離算出部１０４に対して、直線挿入部１０２から取得した、直線挿入部１０２が挿入した第１〜第３直線を示す情報と共に、エッジ特定部１０１あるいは直線挿入部１０２から取得した、プローブ６のエッジ位置を示す情報を送信する。
【００８６】
距離算出部１０４は、重なり判定部１０３から、直線挿入部１０２が挿入した第１〜第３直線を示す情報と、プローブ６のエッジ位置を示す情報と、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったことを示す情報とを受け取る。
【００８７】
そして、距離算出部１０４は、プローブ６が移動して、プローブ６のエッジがワーク９の表面から離れた場合に、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出する。なお、距離算出部１０４は、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったことを示す情報を受け取ったことをトリガとしてエッジとワーク９の表面との距離を算出してもよいし、上記トリガの有無に係らず、エッジとワーク９の表面との距離を算出してもよい。
【００８８】
以下、距離算出部１０４が上記距離を算出する３つの方法を、〔距離算出部１０４による距離算出方法１〕、〔距離算出部１０４による距離算出方法２〕、〔距離算出部１０４による距離算出方法３〕にて説明する。
【００８９】
〔距離算出部１０４による距離算出方法１〕
距離測定装置１００は、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１〜第３直線すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離を０と算出する。換言すれば、第２及び第３直線はそもそも、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジを通る直線である。従って、距離測定装置１００は、第１直線が当該エッジを通るときに（第１直線が当該エッジと重なるときに）、当該エッジとワーク９の表面との距離を０と算出する。そして、試料塗布装置５０では、Ｚ軸アクチュエータ１２ｃの１回の動作で移動するプローブ６の移動量は既知である。
【００９０】
従って、試料塗布装置５０の最初の動作時に、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジに第１直線を重ね合わせておくことにより、プローブ６が移動して、プローブ６のエッジがワーク９の表面から離れた場合に、距離算出部１０４は、Ｚ軸アクチュエータ１２ｃの移動量および移動方向に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。
【００９１】
〔距離算出部１０４による距離算出方法２〕
次に、距離算出部１０４が上記距離を算出する他の方法を説明する。
【００９２】
距離算出部１０４は、挿入した第１〜第３直線を示す情報を直線挿入部１０２から取得し、その情報に基づいて、第１及び第３直線によって挟まれる第２直線の距離を算出する。このとき、試料塗布装置５０の図示しない記憶装置には、エッジとワーク９の表面との実際の距離と、第１及び第３直線によって挟まれる第２直線の距離との相関関係を示す相関テーブルを準備しておく。すると、距離算出部１０４は、当該相関テーブルを参照して、算出した第２直線上の距離に対応するエッジとワーク９の表面との間の実際の距離を導出することができる。
【００９３】
〔距離算出部１０４による距離算出方法３〕
次に、距離算出部１０４が上記距離を算出するさらに他の方法を説明する。
【００９４】
プローブ６の種類、プローブ６とワーク９の表面との距離、ＬＥＤランプ７の数、ＬＥＤランプ７の位置、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の角度、ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係など、様々な条件における画像を撮像しておき、それらの画像を試料塗布装置５０の図示しない記憶装置に記憶しておく。同時に、各々の条件におけるプローブ６のエッジとワーク９の表面との距離も測定しておき、対応する画像と関連付けて当該記憶装置に記憶しておく。
【００９５】
そして、距離算出部１０４は、ＣＣＤカメラ３が画像（ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像した画像）を撮像した際に、上記記憶装置に記憶された画像中に同じ画像が記憶されているかどうかを読み取りにいく。そして、距離算出部１０４は、同じ画像が上記記憶装置に記憶されている場合に、その画像に関連付けて記憶されたプローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を読み出す。これにより、距離算出部１０４は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を取得（算出）することができる。
【００９６】
以上の各種方法によって、距離算出部１０４は、エッジとワーク９の表面との間の距離を算出することができる。
【００９７】
続いて、距離算出部１０４は、エッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報を表示装置６０に送信する。
【００９８】
ここで、表示装置６０は、表示制御部６１と表示部６２とを含む。
【００９９】
表示制御部６１は、距離算出部１０４から、エッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報を取得し、当該情報を、表示部６２にユーザが確認可能な状態で表示するための信号に変換して、変換した情報を表示部６２に出力する。なお、表示部６２は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、またはＣＲＴ（cathode-ray tube）ディスプレイなどの表示装置で構成される。
【０１００】
このように、距離算出部１０４が表示装置６０に対してエッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報を送信することにより、ユーザは、エッジとワーク９の表面との間の距離を確認することができる。
【０１０１】
また、距離算出部１０４は、エッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報を駆動制御部１２ｄに送信する構成とすることもできる。
【０１０２】
上述したように、駆動制御部１２ｄは、移動装置１２の駆動を制御するためのものである。従って、エッジとワーク９の表面との間の距離を示す情報が駆動制御部１２ｄに入力されることにより、駆動制御部１２ｄは、エッジとワーク９の表面との間の距離をユーザが所望する距離に自動的に制御することができる。
【０１０３】
以上、距離測定装置１００に含まれる各部詳細について説明した。次に、直線挿入部１０２による第１〜第３直線の挿入例を説明する。
【０１０４】
〔直線挿入部１０２の直線挿入例〕
直線挿入部１０２は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる二次像（影あるいは反射像）とプローブ６とを撮像した画像に第１〜第３直線を挿入する。図３から図５は、直線挿入部１０２による直線挿入例を示す画像である。
【０１０５】
まず、図３について説明する。図３は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離が０μｍの状態において、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入された様子を示す画像である。
【０１０６】
同図において、ワーク９の表面にはプローブ６の影３００が１つ現れている。これは、試料塗布装置５０がＬＥＤランプ７を１つ備える場合に該当する。なお、プローブ６の影３００は図面右側に延びているため、ＬＥＤランプ７は図面左側からプローブ６に対して光を照射していることが分かる。このことは、図４、図５においても同様である。
【０１０７】
図３において、直線挿入部１０２は、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３を上記画像に挿入している。ここで、第１直線Ｌ１が挿入される具体的な位置を説明する。なお、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入される位置は上述したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
【０１０８】
上述したように、直線挿入部１０２は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる影３００とプローブ６とを撮像した画像に、影３００の外縁に沿った直線を挿入する。図３では、その影３００の外縁は２つ現れる（図中の(ａ)、（ｂ））。そして、直線挿入部１０２は、外縁（ｂ）の側に第１直線Ｌ１を挿入している。これは、外縁（ａ）の側に第１直線Ｌ１が挿入された場合、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離が０とならないためである。
【０１０９】
これに対して、外縁（ｂ）の側に第１直線Ｌ１を挿入した場合には、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離が０となる。つまり、直線挿入部１０２が挿入する第１直線Ｌ１は、影３００の外縁であって、しかも影３００がプローブ６によって隠れることのない、ＣＣＤカメラ３が撮像した画像において下側（図３で言えば、図面下側）に位置する影３００の外縁である。
【０１１０】
続いて、図３の説明に戻ると、距離測定装置１００は、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離を０と算出する。この点、図３では、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが上記エッジで交差しているため、距離測定装置１００は、当該エッジとワーク９の表面との距離を０と算出する。
【０１１１】
次に、図４は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離が５０μｍの状態において、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入された様子を示す画像である。また、図５は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離が１００μｍの状態において、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入された様子を示す画像である。
【０１１２】
両図に示すように、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離が大きくなるにつれ、第１直線Ｌ１、及び第３直線Ｌ３によって挟まれる第２直線Ｌ２の距離が長くなる。なお、距離算出部１０４がエッジとワーク９の表面との間の距離を算出する方法は上述したとおりであるため、ここでの詳細説明は省略する。
【０１１３】
続いて、図６は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離が１００μｍの状態において、第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３が挿入された様子を示す画像であり、ＬＥＤランプ７を２個使用して、２つの影３００が現れた場合の例を示す図である。
【０１１４】
同図において、ワーク９の表面にはプローブ６の影３００が２つ現れている。これは、試料塗布装置５０がＬＥＤランプ７を２つ備えることによる。プローブ６の影３００は図面右側および左側に延びているため、２つのＬＥＤランプ７はそれぞれ、図面左側および右側からプローブ６に対して光を照射していることが分かる。
【０１１５】
同図において、直線挿入部１０２は、右側の影３００の外縁に沿って第１直線Ｌ１を挿入している。しかしながら、直線挿入部１０２は、左側の影３００の外縁に沿って第１直線Ｌ１を挿入することもでき、何れの場合であっても、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。これは、いずれの場合であっても、エッジ特定部１０１によって特定されたプローブ６のエッジにおいて第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３すべてが交差するときに、当該エッジとワーク９の表面との距離が０となるためである。
【０１１６】
このように、距離測定装置１００は、影３００が複数存在する場合であっても、直線挿入部１０２がいずれか１つの影３００に着目して第１直線Ｌ１を挿入することにより、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。
【０１１７】
〔ワーク９の表面に反射像が現れる場合について〕
上記の〔直線挿入部１０２の直線挿入例〕では、ワーク９の表面にプローブ６の影が現れる場合について説明した。しかしながら、ワーク９の表面の状態（材質（シリコン・ガラスなど）、色、面粗さ等）や、プローブ６に対するＬＥＤランプ７の位置・角度によっては、ワーク９の表面にプローブ６の影が発生せず、プローブ６の反射像が発生する場合がある。そのような場合には、その反射像を利用してプローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。
【０１１８】
図７は、シリコン製のワーク９の表面にプローブ６の反射像６ａが発生した場合において、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離が０μｍの場合を示す画像であり、図７(ａ)は、１つのＬＥＤランプ７を使用した場合を、図７（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した場合を示す画像である。
【０１１９】
また、図８は、シリコン製のワーク９の表面にプローブ６の反射像６ａが発生した場合において、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離が５０μｍの場合を示す画像であり、図７(ａ)は、１つのＬＥＤランプ７を使用した場合を、図７（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した場合を示す画像である。
【０１２０】
両図に示すように、ワーク９の表面の材質等によっては、ワーク９の表面にプローブ６の反射像６ａが発生する場合がある。また、反射像６ａが発生する場合には、図７（ａ）及び図８（ａ）と図７（ｂ）及び図８（ｂ）とを比較して分かるように、プローブ６に対して複数の方向から光を照射することによって、つまり、複数個のＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによって、プローブ６の先端の形状を鮮明に撮像することができる。これにより、プローブ６とワーク９の表面との距離の算出が容易になる。
【０１２１】
ここで、距離算出部１０４は、ワーク９の表面に反射像６ａが発生する場合に、次のようにプローブ６とワーク９の表面との距離を算出する。なお、図１等を参照して行った説明と同じ内容については、その説明を省略する。また、図面の見易さのため、図中には第１直線Ｌ１、第２直線Ｌ２、及び第３直線Ｌ３は記載していない。
【０１２２】
まず、エッジ特定部１０１は、ＵＳＢビデオキャプチャー４からデジタル化された画像を取り込む。なお、その画像は、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる反射像６ａとプローブ６とを撮像した画像である。
【０１２３】
そして、エッジ特定部１０１は、取り込んだ画像におけるプローブ６のエッジ位置を特定する。なお、大半のプローブ６の形状は円柱や円錐であるため、プローブ６の正面中央部がＣＣＤカメラ３に対して最も突き出している部分となる。従って、エッジ特定部１０１は、その最も突き出している部分をプローブ６のエッジとして特定する。
【０１２４】
直線挿入部１０２は、エッジ特定部１０１から、上記画像とプローブ６のエッジ位置を示す情報とを受け取る。そして、直線挿入部１０２は、上記画像、すなわち、ＬＥＤランプ７からプローブ６に光を照射することによりワーク９の表面に現れる反射像６ａとプローブ６とを撮像した画像に、上記反射像６ａの外縁（反射像の場合は、プローブ６の影のエッジ部）に沿って第１直線を挿入する。なお、その第１直線は、直線挿入部１０２が挿入する上記第３直線と平行である。
【０１２５】
その後、距離算出部１０４は、直線挿入部１０２あるいは重なり判定部１０３から、直線挿入部１０２が挿入した第１〜第３直線を示す情報を受け取ると共に、エッジ特定部１０１、直線挿入部１０２、あるいは重なり判定部１０３から、プローブ６のエッジ位置を示す情報を受け取る。そして、距離算出部１０４は、エッジ特定部１０１が特定したプローブ６のエッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出する。なお、距離の算出方法は、上述した〔距離算出部１０４による距離算出方法１〕、〔距離算出部１０４による距離算出方法２〕のいずれを用いてもよい。
【０１２６】
また、距離算出部１０４は、プローブ６のエッジと第１直線とが重なったことを示す情報を受け取ったことをトリガとしてエッジとワーク９の表面との距離を算出してもよいし、上記トリガの有無に係らず、エッジとワーク９の表面との距離を算出してもよい。
【０１２７】
このようにして、ワーク９の表面に反射像６ａが発生する場合においても、距離測定装置１００は、プローブ６とワーク９の表面との距離を算出することができる。
【０１２８】
なお、ワーク９の表面に反射像６ａを発生させる他の例として、図９、図１０を示す。
【０１２９】
図９は、ＩＴＯプレートの表面にプローブ６の反射像６ａが発生した場合において、プローブ６のエッジとＩＴＯプレートの表面との距離が０μｍの場合を示す画像であり、図９(ａ)は、１つのＬＥＤランプ７を使用した場合を、図９（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した場合を示す画像である。
【０１３０】
図１０は、ＩＴＯプレートの表面にプローブ６の反射像６ａが発生した場合において、プローブ６のエッジとＩＴＯプレートの表面との距離が５０μｍの場合を示す画像であり、図１０(ａ)は、１つのＬＥＤランプ７を使用した場合を、図１０（ｂ）は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した場合を示す画像である。
【０１３１】
図９、図１０、及び図７、図８に示すように、ワーク９の表面に反射像６ａが発生するケースもある。この点、距離測定装置１００では、二次像は、プローブ６の影あるいはプローブ６の反射像６ａの何れの場合であっても、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。それゆえ、利便性の高い距離測定装置１００をユーザに提供することができる。
【０１３２】
〔プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の角度について〕
ＣＣＤカメラ３が鮮明な二次像（影あるいは反射像）を撮像するために、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の角度に配慮する必要がある。このことを図１１から図１４を用いて説明する。
【０１３３】
図１１〜図１４は、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を７５°、７０°、６０°、４５°に設定したときに、ＣＣＤカメラ３が撮像したワーク９の表面に現れる影３００とプローブ６とを撮像した画像であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離を０μｍ、５０μｍ、１００μｍとしたときの画像である。
【０１３４】
上記各図から分かるように、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を小さくするほど、ワーク９の表面を詳細に観察することができる。しかしながら、上記角度が小さくなると、プローブ６と影３００との位置関係、とくに、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を観察することが困難になる。つまり、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度が小さくなるほどに、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離を割り出す能力（空間分解能）が低下することになる。このことは、例えば図１４（ｂ）にも示されており、プローブ６の先端とワーク９の表面との距離が５０μｍと離れているにも係らず、影３００がプローブ６に対してかなり接近している画像しか得られなくなる。
【０１３５】
このような結果に基づき、ＣＣＤカメラ３は、その撮像方向がプローブ６に対して４０°から８０°、好ましくは５０°から６５°の範囲内で、保持部１３に保持されていることが好ましいことを本願発明者らは見出した。そのような角度に設定することで、プローブ６と影３００との位置関係、とくに、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離の観察が容易になる。
【０１３６】
なお、各図に示されるワーク９の表面の白色円の径は８００μｍである。また、ワーク９は、ブルカー社のPrespotted AnchorChip 384MALDI matrixspotsを使用している。さらに、各図のプローブは、三菱マテリアルのMF20を放電加工して製作された超硬製ピンであり、その先端径は１００μｍである。
【０１３７】
次に、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を７５°、６０°、４５°に設定したときの試料塗布装置５０の様子を図１５から図１７を用いて説明する。
【０１３８】
図１５から図１７はそれぞれ、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を７５°、６０°、４５°に設定したときの試料塗布装置５０の様子を示す画像である。
【０１３９】
図１５から分かるように、たとえプローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度が７５°に設定されている場合においても、ＣＣＤカメラ３はワーク９の表面にかなり接近しつつも接触することはなく、しかも、プローブ６の先端よりもＣＣＤカメラ３の先端下部が上側に位置しているため、ＣＣＤカメラ３とワーク９が衝突することはない。
【０１４０】
〔ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係について〕
ＣＣＤカメラ３が鮮明な二次像（影あるいは反射像）を撮像するために、ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係には配慮する必要がある。このことを図１８〜図２０を用いて説明する。
【０１４１】
図１８〜図２０は、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の撮像方向の角度を７５°、６０°、４５°に設定したときに、ＣＣＤカメラ３が撮像したワーク９の表面に現れる影３００とプローブ６とを撮像した画像を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視でプローブ６の回りに左側に１１０〜１３０°回転させた方向、左側に約２５°回転させた方向、右側に２５〜３０°回転させた方向、右側に７５〜８０°回転させた方向、左側に約６０°回転させた方向に設定したときの画像を示す図である。なお、各図において、プローブ６の先端とワーク９の表面との距離はいずれも５０μｍとしている。
【０１４２】
このうち、図１８（ｂ）・（ｃ）、図１９（ｂ）・（ｃ）、及び図２０（ｂ）・（ｃ）は、プローブ６の中心に向かって照射するＬＥＤランプ７の照射方向を、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対して平面視で左側に約２５°回転させた方向、右側に２５〜３０°回転させた方向の領域に配設されたときのワーク９の表面に現れる影３００とプローブ６とを撮像した画像を示す図である。各図に示すように、ＣＣＤカメラ３に対して小さな角度の範囲内にＬＥＤランプ７を配した場合、ワーク９の表面に現れる影３００がプローブ６によって隠された状態となり、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離を影３００を利用して算出することは困難となる。このような結果に基づき、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側に対して接近した範囲内にある領域に含まれないように配置する必要があることを本願発明者らは見出した。
【０１４３】
さらに、図１８等を考察した結果、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側およびその反対側に対して４５°の範囲内に、好ましくは、ＣＣＤカメラ３の側およびその反対側に対して３０°の範囲内にある領域において配置されている場合に、ワーク９の表面に発生するプローブ６の影３００を鮮明に撮像できることを本願発明者らは見出した。
【０１４４】
また、複数のＬＥＤランプ７を使用する場合、ＣＣＤカメラ３が鮮明な影を撮像するためには、ＬＥＤランプ７を最大で４個程度の使用に抑えることが好ましい。一方、反射像を撮像する場合は、複数個のＬＥＤランプ７を使用した方が１個の場合と比べて鮮明な正面反射像が得られることを本願発明者らは見出した。
【０１４５】
ここで、上記説明では、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側に対して接近した範囲内にある領域に含まれないように配置する必要があることを述べた。しかしながら、このことは、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離を影を利用して算出する場合に言えることであって、反射像を利用して上記距離を算出する場合には当てはまらない。むしろ、反射像を利用する場合には、ＬＥＤランプ７が強い光をプローブ６に当てることで、光の当たった部分の周りが白くぼやけてしまうハレーションに留意しつつ、正面反射を得る場合には有効となる場合がある。
【０１４６】
なお、図示していないが、プローブ６のエッジとワーク９の表面との間の距離を反射像を利用して算出する場合には、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側に対して、３０°から６０°の範囲内で、保持部１３に保持されることが好ましいことを本願発明者らは確認した。
【０１４７】
〔距離測定装置１００によって得られる効果〕
以下、距離測定装置１００によって得られる効果を説明する。
【０１４８】
上記構成によれば、エッジ特定部１０１は、ＣＣＤカメラ３が撮像したワーク９の表面に現れるプローブ６の二次像とプローブ６との画像において、プローブ６のエッジを特定する。また直線挿入部１０２は、その画像において、二次像の外縁に沿った第１直線を挿入する。そして、重なり判定部１０３は、エッジ特定部１０１が特定したエッジと直線挿入部１０２が挿入した第１直線との重なりを判定する。
【０１４９】
つまり、距離測定装置１００は、プローブ６とワーク９の表面とが接近するほど、画像上において、エッジと二次像の外縁に沿って挿入された第１直線とが近づき、プローブ６とワーク９の表面とが接触したときに、画像上において、エッジと第１直線とが重なる性質を利用するものである。従って、重なり判定部１０３がエッジと第１直線とが重なったと判定することにより、プローブ６とワーク９の表面との接触を確認することができる。
【０１５０】
それゆえ、距離測定装置１００は、エッジと第１直線とが重なった時点でプローブ６とワーク９の表面とが接触したものと捉え、その点を基準に、プローブ６の移動量および移動方向に基づき、エッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【０１５１】
また、距離測定装置１００は、上述したように、プローブ６の二次像をワーク９の表面に発生させて、エッジ特定部１０１が特定したエッジと二次像の外縁に沿って挿入された第１直線との位置関係から、エッジとワーク９の表面との距離を測定するものである。
【０１５２】
それゆえ、距離測定装置１００は、ＬＡＢ技術を利用した画像分析方法とは異なり、プローブ６の径の大小に左右されることなくエッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【０１５３】
さらに、距離測定装置１００では、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６が、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持された構成である。
【０１５４】
これにより、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６の位置関係は固定された状態で維持されるため、撮像する画像内において、プローブ６の位置が測定ごとに移動し、それにより測定結果にばらつきが生じる事態も回避でき、より安定した測定結果をユーザに提供することができる。しかも、その測定方法ゆえに、ワーク９の表面の形状が安定していない場合（例えばワーク９の表面に傾斜が存在する場合）においても、エッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【０１５５】
加えて、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６が、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されているため、距離測定装置１００では、ワーク９の表面に対する作業領域の制限がなくなり、巨大なワーク９の表面への対応も可能となる。つまり、従来の試料塗布装置では、ワーク９の表面の側が移動可能に制御されていたため、ワーク９の表面の形状等によっては、同じワーク９の表面に対して複数のプローブ６を利用して複数の試料を塗布することは困難であった。
【０１５６】
これに対して、距離測定装置１００を試料塗布装置に適用した場合には、同じワーク９の表面に対して短時間に複数の異なる試料の塗布が可能となる。それゆえ、距離測定装置１００を利用することにより、著しい生産性の向上をユーザにもたらすことができる。
【０１５７】
さらに、距離測定装置１００では、エッジ特定部１０１が特定したエッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出する算出手段を備える構成である。
【０１５８】
上述したように、距離測定装置１００では、エッジ特定部１０１が、ＣＣＤカメラ３が撮像したワーク９の表面に現れるプローブ６の二次像とプローブ６との画像において、プローブ６のエッジを特定する。また直線挿入部１０２が、当該画像において、二次像の外縁に沿った第１直線を挿入する。そして、さらに、距離測定装置１００では、距離算出部１０４が、エッジ特定部１０１が特定したエッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出する。
【０１５９】
具体的には、例えば、エッジとワーク９の表面との実際の距離と、エッジから直線挿入部１０２が挿入した第１直線までの距離との相関関係を予め準備しておくことにより、距離算出部１０４は、エッジから第１直線までの距離に基づいて、エッジとワーク９の表面との距離を算出することができる。これにより、エッジとワーク９の表面との距離が自動的に算出される構成を実現することができる。
【０１６０】
なお、ここでいうエッジから第１直線までの距離とは、エッジを通り、画像内のプローブ６の長手方向に延びた第１直線と直線挿入部１０２が挿入した第１直線との交点とエッジとの間の距離をいう。
【０１６１】
さらに、距離測定装置１００では、二次像は、プローブ６の影またはプローブ６の反射像である構成である。
【０１６２】
上記構成によれば、距離測定装置１００では、二次像がプローブ６の影またはプローブ６の反射像の何れであっても対応可能である。すなわち、ワーク９の表面の材質等によって、プローブ６の影ではなくプローブ６の反射像が発生した場合においても、距離測定装置１００は、エッジとワーク９の表面との距離を測定することができる。
【０１６３】
さらに、距離測定装置１００では、ＬＥＤランプ７は、複数存在する構成である。
【０１６４】
上記構成によれば、距離測定装置１００では、プローブ６に光を照射するＬＥＤランプ７が複数存在する。これにより、プローブ６に対して複数の方向から光が照射されるため、ＣＣＤカメラ３は、プローブ６のエッジの形状を鮮明に撮像することができる。この結果、距離測定装置１００は、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離をより正確に測定することができる。
【０１６５】
なお、プローブ６に対して複数の方向から光を照射することにより、反射像がより鮮明にワーク９の表面に発生するという特性からも、上記構成は有効であることが分かる。
【０１６６】
さらに、距離測定装置１００では、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側および反対側に対して４５°の範囲内にある領域において配置されている構成である。
【０１６７】
さらに、距離測定装置１００では、ＬＥＤランプ７は、平面視で、ＣＣＤカメラ３の撮像方向に対してプローブ６の中心を通って直交する軸から、ＣＣＤカメラ３の側に対して、３０°から６０°の範囲内にある領域において配置されている構成である。
【０１６８】
上記構成により、ＣＣＤカメラ３は、ワーク９の表面に発生するプローブ６の二次像をより鮮明に撮像することができ、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離をより正確に測定することができる。
【０１６９】
さらに、距離測定装置１００では、上記ＣＣＤカメラ３は、外径が７ｍｍのＣＣＤカメラと、焦点距離が１５ｍｍの望遠レンズとを組み合わせてなるものである構成である。
【０１７０】
従来においても、画像を撮像するために用いられるＣＣＤカメラ３はレンズ部分がＣマウントとなっているため、ＣＣＤカメラ３をワーク９の表面に近づけるということは、垂直方向（重力方向）での設置以外に不可能といってよかった。
【０１７１】
この点、上記構成とすることにより、１００倍前後のズーム率であっても、プローブ６とレンズとの距離を数十ミリ離して観察することが可能であり、かつ、ワーク９の表面に対する作業領域の制限を軽減することができる。しかも、上記構成を備えるＣＣＤカメラ３は、軽量化が実現されているため、プローブ６と同じ駆動軸に搭載することが可能となる。これにより、距離測定装置１００は、１以上のＬＥＤランプ７、ＣＣＤカメラ３、及びプローブ６が、ワーク９の表面に対して一体に移動可能に保持されているという構成を容易に実現することができる。
【０１７２】
さらに、距離測定装置１００では、ＣＣＤカメラ３は、その撮像方向がプローブ６に対して４０°から８０°、好ましくは５０°から６５°の範囲内で保持されている構成である。
【０１７３】
上記構成により、ワーク９の表面に発生するプローブ６の二次像をより鮮明に撮像することができ、プローブ６のエッジとワーク９の表面との距離をより正確に測定することができる。
【０１７４】
以上のように、距離測定装置１００によって種々の効果が期待できる。
【０１７５】
〔他の実施例（切削装置２００）〕
上記説明では、距離測定装置１００を備えた試料塗布装置５０について説明した。しかしながら、距離測定装置１００は、汎用性が高い装置であるため、その他の各種装置に容易に組み込むことができる。その応用例としては、試料採取装置、マイクロ加工装置、切削装置などが挙げられる。これらの装置では、プローブ（あるいはドリル等）とワーク表面との間の距離を正確に測定・制御する必要があるため、本発明に係る距離測定装置１００を好適に適用することができる。
【０１７６】
ここで、距離測定装置１００を備えた切削装置２００について図２１を参照して説明する。図２１は、距離測定装置１００が組み込まれた切削装置２００の概略構成を示す図である。なお、図２等を参照して行った説明と同じ内容についてはその説明を省略する。また、図２１では、図２に記載されていたＵＳＢビデオキャプチャー４と、パソコン５、移動装置１２等の記載は省略している。しかしながら、図２１に記載された各部を、図２の移動装置１２に組み込むことにより、切削装置２００を実現することができる。
【０１７７】
切削装置２００は、ワーク９の表面に対するマイクロ単位での微細加工を行う装置であり、特にワーク９の表面に対する切削を行う装置である。切削装置２００は、レンズ１と、エクステンションチューブ２と、ＣＣＤカメラ３と、ＵＳＢビデオキャプチャー４と、パソコン５と、ドリル２０１と、ＬＥＤランプ７と、ＬＥＤ用照明電源８と、ワーク９と、ワーク用ステージ１０と、移動装置１２と、保持部１３、スピンドル２０２と、ブラシレスモータ２０３とを含む構成である。
【０１７８】
ここで、ドリル２０１は、自身とワーク９の表面との間の距離を正確に制御されたうえで、対象物に対してドリルによる穴あけ加工（切削）を行うものであり、日進工具株式会社製のマイクロドリルNSMDを使用している。マイクロドリルNSMDは、超微細加工に好適な先端部の外径が最小φ０．０１ｍｍのものから存在し、その何れを使用してもよい。また、使用するドリルは他社製品であってもよい。
【０１７９】
スピンドル２０２は、株式会社ナカニシ製のNR-2550を使用しており、ブラシレスモータ２０３は、株式会社ナカニシ製のEM25-5000-J4を使用しており、両者の協働により、ドリル２０１へ回転力を与えている。
【０１８０】
上記構成を備えることにより、距離測定装置１００を備えた切削装置２００は以下の効果を奏することができる。すなわち、距離測定装置１００は、ドリル２０１とワーク９の表面との距離を測定することができ、しかも、ドリル２０１の径の大小に左右されることなく適用可能である。それゆえ、距離測定装置１００を備えた切削装置２００は、外径が最小φ０．０１ｍｍから最大φ０．１０ｍｍまでの細い径のドリルを使用するものであるため、マイクロ単位の微細加工を実現することができる。そして、微細加工の分野においては、日本では数少ない職人への依存度が高いことが問題となっているため、距離測定装置１００を備えた切削装置２００を使用することにより、素人であっても同程度の微細加工を施すことが可能となる。また同時に、製造業全般への極めて大きな経済的効果が期待できる。
【０１８１】
〔従来技術の課題に対する対策〕
上述したように、ワーク表面の種類によっては、プローブの先端部分において鏡面現象が発生する（図２３参照）。その場合、ワーク９の表面にはプローブ６の虚像が映し出され、距離測定装置１００は、プローブ６（あるいはドリル等）とワーク９の表面との間の距離の算出が困難になる。
【０１８２】
そこで、上記問題への対処として、プローブ６をフッ素系材料によりコーティングするという対策が挙げられる。これは、プローブ６をフッ素系材料によりコーティングすることにより、先端部での鏡面現象を防止することが可能となるためである（図２２）。これにより、距離測定装置１００は、プローブ６（あるいはドリル等）とワーク９の表面との距離を算出できるようになり、上記問題への解決とすることができる。
【０１８３】
さらに、従来技術の課題として次のような問題点も指摘した。つまり、特許文献１に記載の発明に対して指摘したとおり、表面アレイに生じるプローブの影の幅を可能な限り細くする必要があり、これを可能にするためには、プローブに対するカメラの角度を可能な限り大きくする必要がある。一方、このようにカメラ角度を大きくすると、表面での変化を観察することが難しくなる。特に、小さな点の状態で試料を塗布する場合には、観察する点の面積が限りなく小さくなり、像倍率が小さい場合には点の存在すら掴めなくなることもある。
【０１８４】
この点、距離測定装置１００では、自身が組み込まれる装置の目的やプローブ６の外径等に応じて、プローブ６に対するＣＣＤカメラ３の角度、または、ＣＣＤカメラ３とＬＥＤランプ７との位置関係を適宜調整している。これにより、上記従来技術の課題を克服することができる。
【０１８５】
〔補足〕
最後に、距離測定装置１００の各ブロック、特に距離測定装置１００のエッジ特定部１０１、直線挿入部１０２、重なり判定部１０３、距離算出部１０４は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１８６】
すなわち、距離測定装置１００は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、前記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、前記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、前記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである距離測定装置１００の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、前記距離測定装置１００に供給し、そのコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１８７】
前記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやコンパクトディスク−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／デジタルビデオデイスク／コンパクトディスク−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１８８】
また、距離測定装置１００を通信ネットワークと接続可能に構成し、前記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、前記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１８９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９０】
本発明は、プローブの二次像をワーク表面に発生させて、その二次像とプローブの先端部との位置関係から、プローブの先端部とワーク表面との距離を測定することが可能な距離測定装置に適用され、とくに、試料塗布装置、試料採取装置、マイクロ加工装置、切削装置などに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１９１】
１ レンズ（撮像装置）
２ エクステンションチューブ
３ ＣＣＤカメラ
３ａ カメラ本体（撮像装置）
３ｂ カメラアンプ（撮像装置）
４ ＵＳＢビデオキャプチャー
５ パソコン
６ プローブ
６ａ プローブの反射像
７ ＬＥＤランプ（光源）
８ ＬＥＤ用照明電源
９ ワーク
１０ ワーク用ステージ
１１ 微量塗布装置
１２ 移動装置
１２ａ Ｘ軸アクチュエータ
１２ｂ Ｙ軸アクチュエータ
１２ｃ Ｚ軸アクチュエータ
１２ｄ 駆動制御部
１３ 保持部
４０ 制御部
５０ 試料塗布装置
６０ 表示装置
６１ 表示制御部
６２ 表示部
１００ 距離測定装置
１０１ エッジ特定部（特定手段）
１０２ 直線挿入部（挿入手段）
１０３ 重なり判定部（判定手段）
１０４ 距離算出部（算出手段）
２００ 切削装置
２０１ ドリル
２０２ スピンドル
２０３ ブラシレスモータ
３００ 影
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
Ｌ３ 第３直線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定装置において、
上記画像における上記先端部を特定する特定手段と、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入手段と、
上記特定手段が特定した上記先端部と上記挿入手段が挿入した上記直線との重なりを判定する判定手段と、を備え、
１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
上記特定手段が特定した上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出する算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
上記二次像は、上記プローブの影または上記プローブの反射像であることを特徴とする請求項１または２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
上記光源は、複数存在することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項５】
上記光源は、平面視で、上記撮像装置の撮像方向に対して前記プローブの中心を通って直交する軸から、上記撮像装置の側およびその反対側に対して４５°の範囲内にある領域において配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項６】
上記光源は、平面視で、上記撮像装置の撮像方向に対して前記プローブの中心を通って直交する軸から、上記撮像装置の側に対して、３０°から６０°の範囲内にある領域において配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項７】
上記撮像装置は、その撮像方向が上記プローブに対して４０°から８０°、好ましくは５０°から６５°の範囲内にある領域において配置されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項８】
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定方法であって、
上記画像における上記先端部を特定する特定ステップと、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入ステップと、
上記特定ステップにて特定された上記先端部と上記挿入ステップにて挿入された上記直線との重なりを判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする距離測定方法。
【請求項９】
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定プログラムであって、
上記画像における上記先端部を特定する特定ステップと、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入ステップと、
上記特定ステップにて特定された上記先端部と上記挿入ステップにて挿入された上記直線との重なりを判定する判定ステップと、をコンピュータに実行させるための距離測定プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の距離測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定装置において、
上記画像における上記先端部を特定する特定手段と、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入手段と、
上記特定手段が特定した上記先端部と上記挿入手段が挿入した上記直線との重なりを判定する判定手段と、を備え、
１以上の上記光源、上記撮像装置、及び上記プローブが、上記ワーク表面に対して一体に移動可能に保持されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
上記特定手段が特定した上記先端部から上記挿入手段が挿入した上記直線までの距離に基づいて、上記先端部と上記ワーク表面との距離を算出する算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
上記二次像は、上記プローブの影または上記プローブの反射像であることを特徴とする請求項１または２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
上記光源は、複数存在することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項５】
上記光源は、平面視で、上記撮像装置の撮像方向に対して前記プローブの中心を通って直交する軸から、上記撮像装置の側およびその反対側に対して４５°の範囲内にある領域において配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項６】
上記光源は、平面視で、上記撮像装置の撮像方向に対して前記プローブの中心を通って直交する軸から、上記撮像装置の側に対して、３０°から６０°の範囲内にある領域において配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項７】
上記撮像装置は、その撮像方向が上記プローブに対して４０°から８０°、好ましくは５０°から６５°の範囲内にある領域において配置されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の距離測定装置。
【請求項８】
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定方法であって、
上記画像における上記先端部を特定する特定ステップと、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入ステップと、
上記特定ステップにて特定された上記先端部と上記挿入ステップにて挿入された上記直線との重なりを判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする距離測定方法。
【請求項９】
光源からプローブに光を照射することによってワーク表面に現れる二次像と上記プローブとを撮像装置によって撮像し、その撮像装置が撮像した画像を用いて上記プローブの先端部と上記ワーク表面との距離を測定する距離測定プログラムであって、
上記画像における上記先端部を特定する特定ステップと、
上記画像における上記二次像の外縁に沿った直線を上記画像上に挿入する挿入ステップと、
上記特定ステップにて特定された上記先端部と上記挿入ステップにて挿入された上記直線との重なりを判定する判定ステップと、をコンピュータに実行させるための距離測定プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の距離測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図２１】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図２１】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１１−８０９５２（Ｐ２０１１−８０９５２Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３５１８５（Ｐ２００９−２３５１８５）
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 「第５７回質量分析総合討論会（２００９）講演要旨集」 発行日 ２００９年５月１日 発行所 日本質量分析学会
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】（３０８０２５３４７）ＭＳＩ．ＴＯＫＹＯ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 「第５７回質量分析総合討論会（２００９）講演要旨集」 発行日 ２００９年５月１日 発行所 日本質量分析学会
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【出願人】（３０８０２５３４７）ＭＳＩ．ＴＯＫＹＯ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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