３次元形状測定装置
【課題】 被測定物による影を安価に低減させることができるとともに、測定の精度の向上を可能にした格子パターン投影法による３次元形状測定装置を提供する。
【解決手段】 光源装置８からの光が照射される格子パターン６０４を有する光学変調素子６０５により形成される格子パターン像を標本３に対し所定角度傾けて投影するとともに、投影角度切換え部６１５により格子パターン像の傾き角度を変更可能にした。
【解決手段】 光源装置８からの光が照射される格子パターン６０４を有する光学変調素子６０５により形成される格子パターン像を標本３に対し所定角度傾けて投影するとともに、投影角度切換え部６１５により格子パターン像の傾き角度を変更可能にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の高さ情報など物体表面の３次元形状を測定する格子パターン投影法を用いた３次元形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３次元形状をなす測定対象物の表面形状を非接触で高速に測定する３次元形状測定装置として、格子パターン投影法を用いたものが知られている。ここでの格子パターン投影法は、測定対象物の表面に対して斜め上方向に投影系を配置し、この投影系からの格子パターンの像を測定対象物表面に所定角度傾けて投影し、測定対象物表面からの散乱光を変形パターン像として、測定対象物表面の真上に配置された撮像系により撮像し、その撮像画像を演算処理することにより測定対象物の３次元の表面形状を求めるようにしたものである。つまり、このような格子パターン投影法は、格子パターンを物体表面上に投影し、三角測量の原理を利用して格子パターンの変形具合から高さ情報を算出するようにしている。実際には、位相シフト法と呼ばれ、明度が正弦波状に変化する格子パターンを位相ずらしながら複数回投影してその位相情報を求め、それを高さに換算する手法がよく用いられている。
【０００３】
ところで、前述のように格子パターン投影法は、三角測量の原理を利用しているため、格子パターンの投影光軸とその撮像光軸は同軸上になく、角度付けされている。この場合、投影光軸と撮像光軸のなす角度を大きくすると計測精度は向上するが、逆に物体自身の影(死角)も多<なり計測不能な範囲を広めてしまうことになる。また、格子パターンの投影されない範囲においては、格子パターンの情報が得られないために正しく高さを算出することができない。
【０００４】
そこで、従来、検査物体に発生する影を低減させる方法として、特許文献１に開示されるように、撮像光学系の光軸に対して異なる方向からパターンを投影可能にした投影光学ユニットを複数配置させて、被検査物体に発生する影の発生を抑えるようにしたものが考えられている。また、この特許文献１には、各投影光学ユニットをそれぞれ独立して動かし投影角度を可変するようなことも記載されている。
【特許文献１】特開２００４-１９１２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものは、投影光学ユニットが複数設けられているため、実際に製作すると構成要素が多くなり、装置が大型化するとともに、価格的にも高価になってしまう。つまり、特許文献１のものは、同文献中の実施例１において、独立した投影光学ユニットを２つＶ字型に配置し、照明光学系及び格子パターンを有する光学変調素子もそれぞれ２つ備える構成になっているため、価格的に高価になる。仮に、投影光学ユニットのＶ字構成のままで照明光学系及び光学変調素子を１つにまとめるようにしても、価格的に多少安価にできるものの、構成上大きなスペースが必要となり、コンパクト化は難しい。また、実施例２のように撮像光学系の対物レンズを使って２方向投影する場合、照明光学系及び光学変調素子を１つにまとめることで、比較的コンパクトに構成することができるが、２つの投影光路が１つの対物レンズの光軸外を通ることによって２つの投影方向に角度を生じさせるようになっているため、２つの投影方向のなす角度は対物レンズの有効径によって制限されてしまう。このため、これら２つの投影方向のなす角度を大きくするためには対物レンズの有効径を大きくしなければならず、高価になってしまう。さらに、対物レンズの中心部に撮像光路が配置され、その周辺部に２つの投影光路が配置されていることから、投影光学系の光の一部が撮像光学系内に浸入してフレアーを発生させる恐れがある。
【０００６】
また、特許文献１は、２つの投影光軸を対物レンズの有効径の範囲内で移動させて投影方向の可変ができるようになっているが、それには２つの投影光学ユニットと照明光学ユニット、光学変調素子をそれぞれ移動させなければならず、移動による精度誤差が生じ易い。さらに機構的にも複雑になるため、安価に対応するのが難しい。さらに投影方向の可変量は、対物レンズの有効半径以下であることから投影方向を大きく可変するのには不向きである。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、被測定物による影を安価に低減させることができるとともに、測定の精度の向上を可能にした格子パターン投影法による３次元形状測定装置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】
【０００８】
請求項１記載の発明は、光源と、格子パターンを有する光学変調手段と、前記光源からの光が前記光学変調手段を介することで形成される格子パターン像を被測定物に投影する投影手段と、前記被測定物に対して投影される格子パターン像の投影角度を可変する投影角可変手段とを有する格子パターン投影部と、前記被測定物及び前記格子バターン像を観察するための観察光学系を有した観察部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記投影手段は、前記光学変調手段により形成された格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を結像させ、前記被測定物上に格子パターン像を形成する集光光学素子とを備えることを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記観察部は、前記被測定物上で所定の内向角度をもって交差する二つの観察光路を有し、前記被測定物及び前記被測定物に投影された格子パターン像を観察する実体顕微鏡であることを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記投影手段は、前記アフォーカル光束を前記集光光学素子の光軸方向に沿って前記集光光学素子に導く光学部材を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記投影角可変手段は、前記集光光学系に導かれる前記アフォーカル光束が、前記集光光学素子の光軸に垂直な方向に沿って平行移動するように前記光学部材を移動させる移動機溝を備えることを特徴としている。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記投影手段は、前記光学変調手段を介した光束を、前記実体顕微鏡の一方の観察光路に導いて前記被測定物上に投影する第１の投影光学系と、前記光学変調手段により形成された格子パターン像を前記実体顕微鏡の外部から前記被測定物上に投影する第２の投影光学系を有し、前記投影角可変手段は、前記光学変調手段を介した光束を前記第１の投影光学系又は前記第２の投影光学系のいずれか一方に導く光路切換え手段を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記第１の投影光学系は、前記格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を前記実体顕徴鏡の一方の観察光路に入射させる反射部材を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記第２の投影光学系は、前記光学変調手段により形成された格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を結像させて前記被測定物上に格子パターン像を形成する集光光学素子と、前記アフォーカル光束を前記集光光学素子の光軸方向に沿って導くように設けられた光学部材とを有し、前記投影角度可変手段は、前記アフォーカル光束を前記集光光挙素子の光軸に垂直な方向に沿って平行移動するように前記光学部材を移動させる移動機構とを有することを特徴としている。
【００１６】
請求項９記載の発明は、直立して設けられる支柱に沿って移動可能に設けられる焦準装置と、前記焦準装置とともに移動可能に設けられ、光源からの光路上に配置されたスリット状の格子パターンを有する光学変調手段と、前記光学変調手段より形成される格子パターン像を標本に対し所定角度傾けて投影する投影光学系とを有するユニット化された格子パターン投影装置と、前記格子パターン投影装置を介して前記焦準装置に設けられ、前記標本に投影された格子パターン像を対物レンズを介して観察する観察手段を有する顕微鏡と、前記観察手段で観察される前記格子パターン像を撮像する撮像手段と、を有し、前記標本に対する前記格子パターン像の投影角度を調整可能であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被測定物による影を安価に低減させることができるとともに、測定の精度の向上を可能にした格子パターン投影法による３次元形状測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１９】
(第１の実施の形態)
図１〜図９は、本発明の第１の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示すもので、図１は右側面図(全体図)、図２は正面図(全体図)、図３は格子パターン投影装置の右側面図、図４は格子パターン投影装置の右側面一部断面図、図５は図４のＡＡ’断面図、図６は図４のＢＢ'断面図、図７は図４のＡＡ'断面図、図８は図４のＡＡ'断面図、図９は標本に投影された格子パターンの状態例をそれぞれ示している。
【００２０】
図１及び図２において、１は基台で、この基台１上には、ステージ２が設けられている。このステージ２には、被測定物としての標本３が載置されている。この場合、標本３は、図９に示すように中央部に突出部３ａを有する断面凸形の形状をしている。
【００２１】
基台１には、支柱４が直立して設けられている。この支柱４には、焦準装置５が設けられている。この焦準装置５には、格子パターン投影手段としての格子パターン投影装置６と、この格子パターン投影装置６を介して実体顕微鏡７が設けられている。
【００２２】
焦準装置５は、支柱４が挿通される不図示の孔部を有する装置本体５０１を有している。この装置本体５０１には、固定ハンドル５０２が設けられ、この固定ハンドル５０２を締付け方向に回転することで、支柱４に固定できるようになっている。
【００２３】
装置本体５０１には、ガイド部５０４を介して移動部材５０３が設けられている。ガイド部５０４は、装置本体５０１に対し移動部材５０３を移動可能にしている。また、装置本体５０１と移動部材５０３の間には、焦準ハンドル５０５が連結された不図示のピニオンとラックからなる昇降機構が設けられており、この焦準ハンドル５０５の操作により移動部材５０３を支柱４に沿った方向に上下動可能にしている。
【００２４】
焦準装置５の移動部材５０３には、格子パターン投影装置６が設けられている。この格子パターン投影装置６は、図３に示すように装置本体６０１の背面部にスライドオスアリ６０２が設けられ、焦準装置５の不図示のメスアリに着脱可能に組み付けられビス５０６で固定されている（図１参照）。
【００２５】
格子パターン投影装置６は、装置本体６０１と光源装置８からの光束を取り込む導入部６０３と光学変調部６０６が設けられている。
【００２６】
光源装置８には、不図示の光源からの光束を導出するライトガイド９０１が接続されている。このライトガイド９０１の先端には、出射端９０２が設けられている。また、光源装置８には、不図示の光源から発せられる光束の光量を調整する光量調整ツマミ８１が設けられている。
【００２７】
導入部６０３は、ライトガイド９０１の出射端９０２が所定位置に嵌め込まれる挿入穴６０７と、この挿入穴６０７に嵌め込まれた出射端９０２を固定するための固定ネジ６０８が設けられている。また、導入部６０３は、ライトガイド９０１の出射端９０２から発せられる光束の光路上に、格子パターン６０４全体を均一に照明するための照明光学系を構成するレンズ群６０９が設けられている。
【００２８】
レンズ群６０９を透過した光束の光路上には、光学変調部６０６が設けられている。この光学変調部６０６には、光学変調手段として格子パターン６０４を有する光学変調素子６０５が設けられている。格子パターン６０４は、光学変調素子６０５内に設けられるもので、例えぱ、図９に示すような格子パターン像１０を標本３上に形成するための不図示のスリット開口部又は光透過部と、光遮光部とが1次元方向に交互に配置され、これらスリット開口部又は光透過部と光遮光部とによって正弦波形状の濃淡パターンが得られるようになっている。また、光学変調部６０６には、駆動源６１０が設けられ、この駆動源６１０により格子パターン６０４を図示矢印方向に移動可能とし、図９に示す標本３上の格子パターン像１０全体を図示矢印方向に移動させて正弦波形の位相をずらすことができるようになっている。また、変調光挙素子６０５として、例えぱ液晶椿子を用いる場合、駆動源６１０に相当する格子パターン６０４を移動させる手段として、不図示の制御ドライバーにより液晶格子の格子パターンを変化させるように駆動しても構わない。
【００２９】
装置本体６０１には、格子パターン６０４を透過した光束（格子パターン像）を標本３上に投影して、格子パターン像１０を形成するための投影光学系６１１が設けられている。この投影光学系６１１は、格子パターン６０４を通過した光束をアフォーカル状態にするためのアフォーカル光学素子としての対物レンズ６１２、この対物レンズ６１２を透過した光束の進行方向を変える反射ミラー６１３、６１４、標本３に対する格子パターン像１０の投影角度を可変可能にした投影角度切換え部６１５及び標本３上に格子パターン像１０を形成するための集光光学素子としての結像レンズ６１６を有している。
【００３０】
この場合、反射ミラー６１３、６１４は、対物レンズ６１２からの光束Ｌの方向を結像レンズ６１６の光軸Ｌｂに対して垂直な方向に導くように設けられている。また、投影角度切換え部６１５は、図３乃至図８に示すように光学部材としてのミラー６１７と、このミラー６１７を保持して直線的に移動可能にした移動部材６２３とガイド枠６２４を有するガイド部６１８と、角度切換え操作を行なう操作部６１９を有している。この場合、ミラー６１７は、ガイド部６１８の移動によって反射ミラー６１３、６１４を介して入射されるアフォーカル光束の光路に沿って移動可能になっており、また、反射ミラー６１３、６１４により導かれた光束の方向を結像レンズ６１６の中心軸すなわち光軸Ｌｂの方向に偏向させるような角度で配置されている。ミラー６１７は、保持枠６２０に保持されている。保持枠６２０は、ミラー６１７への光の入射側と、ミラー６１７からの光の出射側にそれぞれ絞り６２１、６２２が設けられている。これら絞り６２１、６２２は、結像レンズ６１６に入射する光束Ｌを制限するためのものである。
【００３１】
保持枠６２０は、ガイド部６１８の移動部材６２３に設けられている。この移動部材６２３は、ガイド枠６２４に支持され、反射ミラー６１３、６１４により導かれる光束の光路に沿って結像レンズ６１６の光軸Ｌｂに垂直な方向に平行移動可能になっている。この場合、図６に示すように移動部材６２３は、移動方向の両側面にそれぞれガイド溝６２５が形成され、また、ガイド枠６２４は、移動部材６２３のガイド溝６２５に対応する側面にそれぞれガイド溝６２６が形成されている。これらガイド溝６２５、６２６の間には、ボール６２７が介挿され、このボール６２７によって移動部材６２３がスムーズに直線移動できるようになっている。
【００３２】
移動部材６２３には、ボールプランジャー６２８が埋め込まれている。また、ガイド枠６２４には、ボールプランジャー６２８に対応して溝部６２９が形成されている。これにより、ボールプランジャー６２８が溝部６２９に嵌め込まれた状態で移動部材６２３が位置決め可能になっている。この場合、溝部６２９は、図５に示すように移動部材６２３の移動方向（図示ｈ〜ｉ方向）に沿って複数個所（図示例では３個所）形成されている。なお、６３０は、ガイド枠６２４から移動部材６２３の脱落を防止するための規制ピンである。
【００３３】
操作部６１９は、図５に示すように先端部を移動部材６２３に固定された連結棒６３１を有している。この連結棒６３１は、移動部材６２３から装置本体６０１に形成された開口穴６０１ａ近傍にかけて延出して設けられている。連結棒６３１の基端部には、操作ツマミ６３２が開口穴６０１ａを介して装置本体６０１の外部まで突出して設けられている。
【００３４】
この操作ツマミ６３２は、装置本体６０１外部から移動部材６２３（保持枠６２０）の移動を操作するものである。連結棒６３１には、遮光板６３３が設けられている。この遮光板６３３は、開口穴６０１ａを覆い隠すような大きさのもので、操作ツマミ６３２の操作により連結棒６３１が開口穴６０１ａ中を移動する際に装置本体６０１外部から開口穴６０１ａを介して光が侵入するのを防止するためのものである。
【００３５】
装置本体６０１側面には、図３に示すように開口穴６０１ａに近接して指標６３４が設けられている。この指標６３４は、操作ツマミ６３２の移動に応じた投影角度を示すもので、ここでは、上述した移動部材６２３が複数（３個所）の溝部６２９にそれぞれ位置決めされる位置ａ，ｂ，ｃを表示するようにしている。
【００３６】
一方、上述した結像レンズ６１６は、図４に示すようにレンズ枠６３５に固定されている。このレンズ枠６３５は、投影光学系６１１からの光束Ｌを通過させるための開口穴６３５ａが形成されたもので、装置本体６０１に固定されている。
【００３７】
なお、図中６３６は、装置本体６０１背面に設けられた開口部を覆い隠すための蓋部で、装置本体６０１内部の各種光学素子の調整や保守点検の際に取外し可能である。
【００３８】
図１に戻って、格子パターン投影装置６の装置本体６０１には、実体顕微鏡７が設けられている。この実体顕微鏡７は、背面部に不図示のスライドオスアリが設けられ、装置本体６０１側の不図示のメスアリに着脱可能に組み付けられビス６３７で固定されている。
【００３９】
実体顕微鏡７は、図１及び図２に示すようにズーム鏡筒本体７０１が設けられている。このズーム鏡筒本体７０１には、図２に示すように平行な左右２つの観察用の光路ＬＲ、ＬＬを構成する観察光学系７１５が設けられている。この場合、これら光路ＬＲ、ＬＬは、後述する対物レンズ７０３の光軸外を通って標本３上で交差するようになっている。また、ズーム鏡筒本体７０１には、ズームハンドル７０２が設けられている。このズームハンドル７０２は、ハンドル操作によりズーム鏡筒本体７０１での倍率を可変できるようになっている。
【００４０】
ズーム鏡筒本体７０１は、下部に対物レンズ７０３が設けられ、上部に３眼鏡筒７０４が設けられている。３眼鏡筒７０４は、不図示の丸アリを介してズーム鏡筒本体７０１に着脱可能に組み付けられ、ビス７０５で固定されている。また、３眼鏡筒７０４は、結像レンズ７１３及び光路切換え用ミラー７１１、７１２を収容したもので、正面に２つの接眼レンズ７０６が取付けられ、さらに上面に撮像手段としてのＴＶカメラ７０７が組み付けられている。ＴＶカメラ７０７は、ケーブル７０８を介して画像処理装置７０９に接続されている。画像処理装置７０９は、ＴＶカメラ７０７の撮像画像を処理して標本３の３次元の表面形状を求めるようにしている。また、画像処理装置７０９には、モニタ７１０が接続されている。モニタ７１０は、画像処理装置７０９での撮像画像の演算処理の結果などを表示するものである。
【００４１】
３眼鏡筒７０４の側面には、切換え用ツマミ７１４が設けられている。この切換え用ツマミ７１４は、３眼鏡筒７０４内の光路切換え用ミラー７１１，７１２を移動させて光路を切替えるためのもので、ここでは、左側の光路ＬＬを接眼レンズ７０６又はＴＶカメラ７０７のどちらか一方に切替え、接眼レンズ７０６による目視観察又はＴＶカメラ７０７による撮像の切替ができるようになつている。
【００４２】
次に、このように構成された３次元形状測定装置の作用について説明する。
【００４３】
まず、図１に示す焦準装置５の焦準ハンドル５０５を操作して移動部材５０３をガイド部５０４に沿って上下動させ、標本３に対するピント合わせを行なう。また、光源装置８の光量調整ツマミ８１を操作して、不図示の光源からの光束の光量を最適に調整する。
【００４４】
この状態で、光源装置８から発せられた光束は、ライトガイド９０１の出射端９０２から導入部６０３に導かれ、照明光学系のレンズ群６０９を通して光学変調部６０６に入射し、光学変調素子６０５の格子パターン６０４前面に均一に照射される。格子パターン６０４を通過した光束Ｌは、投影光学系６１１の対物レンズ６１２によつてアフォーカルな状態になり、反射ミラー６１３、６１４で反射して結像レンズ６１６の光軸に対して垂直な方向に導かれる。
【００４５】
さらに、光束は、投影角度切換え部６１５のミラー６１７により反射し、結像レンズ６１６の光軸方向に偏向されて、結像レンズ６１６を通過する。この際、結像レンズ６１６に入射する光以外の外乱光は、保持枠６２０の絞り６２１，６２２によってカットされる。結像レンズ６１６を通過した光束は集光され、図９に示すように標本３上に格子パターン像１０として形成される。
【００４６】
標本３上の格子パターン像１０は、実体顕微鏡７の対物レンズ７０３を通り左側光路ＬＬを通過して３眼鏡筒７０４の結像レンズ７１３によつて集光される。この場合、３眼鏡筒７０４の切換え用ツマミ７１４を操作し光路切換え用ミラー７１１、７１２を移動させて光路ＬＬをＴＶカメラ７０７側に切替えれば、結像レンズ７１３で集光される格子パターン像１０は、ＴＶカメラ７０７の不図示の撮像素子で結像し、ケーブル７０８を通して画像処理装置７０９に取り込まれ、モニタ７１０上に測定結果として表示される。
【００４７】
この状態で、光学変調素子６０５を駆動源６１０により駆動し、格子パターン６０４を図１に示す矢印方向に移動させると、格子パターン６０４の位相が変えられ、図９に示す標本３上の格子パターン像１０全体が図示矢印方向に移動し、この格子パターン像１０が同様に画像処理装置７０９に取り込まれる。このようにして格子パターン６０４の位相を複数回ずらして、それぞれの格子パターン像１０を画像処理装置７０９に取り込む。同時に、それぞれの格子パターン像１０の投影角度の情報を入力し、公知の位相シフト法によって、それを高さに換算して標本３の３次元形状を得ることができる。
【００４８】
この場合、位相シフト法で高さ換算するためには、図９に示すように格子パターン６０４の投影光軸Ａが実体顕微鏡７の撮像光軸Ｂ（左側光路ＬＬ）に対してθだけ傾いた状態で、この投影光軸Ａの傾き方向に濃淡パターンが変化するように投影される。
【００４９】
次に、格子パターン６０４の投影角度の可変について説明する。
【００５０】
この場合、図１,図４に示すように、格子パターン投影装置６の結像レンズ６１６の光軸Ｌｂ上に投影角度切換え部６１５のミラー６１７が位置されていれば、標本３への投影角度は、実体顕微鏡７側の撮像光軸、つまり左側光路ＬＬに対してθbとなる。
【００５１】
この状態から、図５に示すように操作部６１９の操作ツマミ６３２を開口穴６０１ａに沿って図示ｈ方向に移動させると、移動部材６２３はガイド枠６２４に沿って移動し、ボールプランジャー６２８が図示左側の溝部６２９に嵌め込まれた状態で位置決めされる（図７参照）。このとき、移動部材６２３側面が規制ピン６３０に当接することにより、移動部材６２３がガイド枠６２４から脱落するのを防止している。
【００５２】
このようにボールプランジャー６２８が図７に示す左側の溝部６２９に嵌め込まれた状態、つまり、ミラー６１７が図１のａ位置の状態である場合は、結像レンズ６１６の中心軸、つまり光軸Ｌｂに対して光束Ｌが平行に変位して入射するため、投影光軸はＬａになり標本３への投影角度は、実体顕微鏡７側の撮像光軸、つまり左側光路ＬＬに対してθａとなる。
【００５３】
この場合、操作部６１９の操作ツマミ６３２を移動操作しても、開口穴６０１ａは、遮光板６３３により覆い隠されているので、外部からの光が格子パターン投影装置６内部に侵入するのを防止できる。
【００５４】
一方、操作ツマミ６３２を開口穴６０１ａに沿って図示ｉ方向に移動させると、移動部材６２３はガイド枠６２４に沿って移動し、今度は、ボールプランジャー６２８が図示右側の溝部６２９に嵌め込まれた状態で位置決めされる（図８参照）。この場合も移動部材６２３側面が規制ピン６３０に当接することで、移動部材６２３がガイド枠６２４から脱落するのを防止し、また、開口穴６０１ａは、遮光板６３３により覆い隠され、外部からの光の侵入が防止されている。
【００５５】
このようにボールプランジャー６２８が図８に示す右側の溝部６２９に嵌め込まれた状態、つまり、ミラー６１７が図１のｃ位置の状態である場合は、結像レンズ６１６の中心軸、つまり光軸Ｌｂに対して光束Ｌが平行に変位して入射するため、投影光軸はＬｃになり標本３への投影角度は、実体顕微鏡７側の撮像光軸、つまり左側光路ＬＬに対してθｃとなる。
【００５６】
このようにして操作部６１９の操作ツマミ６３２を操作して投影角度切換え部６１５のミラー６１７の位置を切替えることにより、標本３への投影角度をθa〜θｃの範囲で選択的に変化させることができる。この場合、投影角度をθa〜θｃの範囲で変化させても、光学的な関係から結像レンズ６１６の光軸Ｌｂ上で格子パターン像１０の結像位置がずれることがない。
【００５７】
なお、上述では、投影角度切換え部６１５を操作するための操作部６１９の操作ツマミ６３２は手動式になっているが電動式のものであってもよい。また、ミラー６１７を移動させるための移動部材６２３及びガイド部６１８は、上述した構成や機構に限定されるものではない。さらに、レンズ群６０９で構成される照明光学系や投影光学系６１１の配置なども上述した配置に限定されるものでない。
【００５８】
したがって、このようにすれば、格子パターン投影装置６は、投影角度切換え部６１５の操作部６１９の操作により選択的に投影角度を切換えることができるので、投影装置を複数設けることなく標本３に発生する影を低減させることができる。また、形状的に影の影響を受けない標本３の場合、撮像光軸に対して投影角度を大きく設定することができるので、高精度な測定が可能になる。さらに、格子パターン投影装置６での投影角度の切換えは、対物レンズ６１２を有するアフォーカル光学系内に配置されたミラー６１７を投影角度切換え部６１５の操作で移動させるようにしているため、投影角度を変化させても結像レンズ６１６による集光光学系の光軸上で格子パターン像１０の位置がずれないようにできる。また、このような動作をアフォーカル光学系内に配置されたミラー６１７を移動させる構成で実現できるので、シンプルな機構で、価格的にも安価に対応できる。さらに、格子パターン投影装置６での投影角度は、結像レンズ６１６の有効径範囲内で変えることができるため、特許文献１で開示された投影光学ユニットを複数設け、これら投影光学ユニットを独立して動かし投影角度を可変するものと比べて、コンパクトな構成で大きな角度可変に対応することができる。さらに、投影角度切換え部６１５は、操作部６１９の操作ツマミ６３２を操作することで、簡単に投影角度を切換えることができるので、操作性にも優れた特徴を有している。さらに、格子パターン投影装置６もコンパクトに構成可能で、且つ単一のユニットとして構成可能であるため、実体顕微鏡７に限らず、１つの観察光軸からなる顕微鏡やビデオマイクロスコープなどにも容易に装着することができるなど、システム性にも優れている。
【００５９】
なお、上述の実施の形態では、格子パターン投影装置６の装置本体６０１に対して実体顕微鏡７をビス６３７で固定しているが、スライドアリを利用し装置本体６０１に対する実体頭徴鏡７を任意の位置に移動可能かつ固定可能にしてもよい。この時、装置本体６０１に対する実体顕徴鏡７の移動が焦準としての機能を果たし、焦準機構５により格子パターン投影装置６の高さ位置を変えることで、格子パターンの標本３に対する投影角θの調整幅を大きくとることができる。例えば、格子パターン投影装置６の位置をより低くし、ミラー６１７を位置ｃ方向に移動させれば、より大きな角度θで試料３に格子パターン像を投影することができ、標本３に対する測定精度を高めることが可能である。
【００６０】
(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図１０〜図１５は、本発明の第２の実施形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示すもので、図１０は右側面図(全体図)、図１１は正面図(全体図)、図１２は格子パターン投影装置の右側一部断面図、図１３は格子パターン投影装置の上面図、図１４は格子パターン投影装置の正面断面図、図１５は図１２のＥ矢視図をそれぞれ示している。
【００６１】
この場合、第２の実施の形態では、格子パターン投影装置６以外の構成は、第１の実施の形態と同様であり、これらは第１の実施の形態と同一部分には、同符号を付して説明を省略する。また、格子パターン投影装置６についても、光源装置８からの光束を取り込む導入部６０３、格子パターン６０４を有する光学変調素子６０５を備えた光学変調部６０６及びライトガイド９０１の出射端９０２から発せられる光束を格子パターン６０４全体に均一に照射させるための照明光学系を構成したレンズ群６０９は、第１の実施の形態と同様の構成であり、これらについても第１の実施の形態と同一部分には、同符号を付して説明を省略する。
【００６２】
格子パターン投影装置６には、装置本体６０１上部に水平方向に延びる膨出部６０１ｂが形成されている。この膨出部６０１ｂは、実体顕微鏡７のズーム鏡筒本体７０１と３眼鏡筒７０４との間に配置されている。この場合、図１２に示すように装置本体６０１の膨出部６０１ｂの下面には、丸オスアリ６０１ｃが設けられ、この丸オスアリ６０１ｃに対してズーム鏡筒本体７０１が着脱可能に組み付けられ、ビス７０５ａで固定されている。また、膨出部６０１ｂの上面には、丸メスアリ６０１ｄが設けられ、この丸メスアリ６０１ｄに対して３眼鏡筒７０４が着脱可能に組み付けられ、ビス７０５ｂで固定されている。また、丸オスアリ６０１ｃと丸メスアリ６０１ｄには、それぞれ実体顕微鏡７の２つの光路ＬＬ、ＬＲが通る開口穴６０１ｃ１、６０１ｄ１が形成されている（図１３、図１４参照）。また、装置本体６０１は、図１４に示すように実体顕微鏡７のズーム鏡筒本体７０１の背面に設けられる不図示のスライドオスアリとの干渉を避けるための凹部６０１ｅが形成され、さらに後述する第２の投影光学系６４２からの光束Ｌを通過させるための開口穴６０１ｆが形成されている。さらに、図１２に示すように装置本体６０１の背面部には、スライドオスアリ６０２が設けられ、焦準装置５の不図示のメスアリに着脱可能に組み付けられるようになっている。
【００６３】
装置本体６０１は、水平方向に沿って導入部６０３が設けられている。そして、ライトガイド９０１の出射端９０２から導入部６０３を介して導入される光束の光路に沿って格子パターン６０４を有する光学変調素子６０５、投影光学系切換え部６４０が配置されている。投影光学系切換え部６４０は、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌの光路を第１の投影光学系６４１又は第２の投影光学系６４２のどちらか一方に導くように切換えるものである。第１の投影光学系６４１は、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲを通して格子パターン像を標本３に投影するもので、投影光学系切換え部６４０を介して入射される光束をアフォーカル状態にするためのアフォーカル光学素子としての対物レンズ６４３、対物レンズ６４３を透過した光束の進行方向を変える光学部材６４４、光学部材６４４を通過したアフォーカル状態の光束を実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに導くように光路を切換える投影光路切換え手段としての投影光路切換え部６４５から構成されている。また、第２の投影光学系６４２は、実体顕微鏡７の外部から格子パターン像を標本３に投影するもので、集光光学系６４６、６４７及び集光光学系６４６を通過した光束の進行方向を変える光学部材６４８から構成され、実体顕微鏡７の撮像光軸である左側光路ＬＬに対してθ２の角度で格子パターン像を標本３に投影するようにしている。
【００６４】
投影光学系切換え部６４０は、図１２、図１３に示すようにミラー６４９と、ミラー６４９を保持し直線的に移動可能にしたガイド部６５０と、投影光学系切換え操作を行なう操作部６５２を有している。ガイド部６５０は、ミラー６４９を保持し移動可能に支持する移動部材６５３と、移動部材６５３を直線的に移動させるガイド枠６５４とを有している。移動部材６５３は、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌが第２の投影光学系６４２の方向に向きを変えるような角度でミラー６４９を保持している。また、ガイド枠６５４は、装置本体６０１に固定されている。
【００６５】
ガイド枠６５４の側壁には、ガイド溝６５５が形成され、このガイド溝６５５に対応する移動部材６５３両端にはガイド溝６５６が形成されている。これらガイド溝６５５、６５６との間にボール６５７が介挿され、このボール６５７によって移動部材６５３がスムーズに直線移動できるようになっている（図１３に示すｄ、ｅ方向）。移動部材６５３には、ボールプランジャー６５８が埋め込まれている。また、ガイド枠６５４には、ボールプランジャー６５８に対応して溝部６５９が形成されている。これにより、ボールプランジャー６５８が溝部６５９に嵌め込まれた状態で移動部材６５３が位置決め可能になっている。この場合、溝部６５９は、図１５に示すように移動部材６５３の移動方向に沿って複数個所（図示例では２個所）形成されている。なお、６６０は、ガイド枠６５４から移動部材６５３の脱落を防止するための規制ピンである。
【００６６】
操作部６５２は、図１５に示すように先端部を移動部材６５３に固定された連結棒６６１を有している。この連結棒６６１は、装置本体６０１に形成された開口穴６０１ｇを貫通して装置本体６０１外部まで突出して設けられている。また、連結棒６６１は、基端部に操作ツマミ６６２が設けられている。この操作ツマミ６６２は、装置本体６０１外部から移動部材６５３の移動を操作するものである。
【００６７】
このような投影光学系切換え部６４０は、図１５に示すように操作ツマミ６６２をｄ方向に押し込みボールプランジャー６５８が図示ｄ位置の溝部６５９に嵌め込まれた状態で、ミラー６４９を光路中に挿入し、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌの方向を第２の投影光学系６４２側に切換え、また、操作ツマミ６６２をｅ方向に引き出し、ボールプランジャー６５８が図示ｅ位置の溝部６５９に嵌め込まれた状態で、ミラー６４９を光路から外し、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌの方向を第１の投影光学系６４１側に切換えるようになっている。
【００６８】
一方、投影光路切換え部６４５は、装置本体６０１の膨出部６０１ｂ内に配置されており、図１４に示すように偏向手段としてのミラー６６４と、ミラー６６４を保持し直線的に移動可能にしたガイド部６６５と、投影光路切換え操作を行なう操作部６６６を有している。ミラー６６４は、光学部材６４４を通過したアフォーカル状態の光束を実体顕微鏡７の右側光路ＬＲの方向に偏向させるように設けられている。ガイド部６６５は、ミラー６６４を保持し移動可能に支持する移動部材６６７と、移動部材６６７を直線的に移動させるガイド枠６６８とを有している。移動部材６６７は、第１の投影光学系６４１を通過した光束Ｌが実体顕微鏡７の右側光路ＬＲの方向に向きを変えるような角度でミラー６６４を保持している。また、ガイド枠６６８は、装置本体６０１に固定されている。ガイド枠６６８の側壁と移動部材６６７の両端には、それぞれガイド溝６６９，６７０が形成され、これらガイド溝６６９、６７０との間にボール６７１が介挿され、このボール６７１によって移動部材６６７がスムーズに直線移動できるようになっている。移動部材６６７には、ボールプランジャー６７２が埋め込まれている。また、ガイド枠６６８には、ボールプランジャー６７２に対応して溝部６７３が形成されている。これにより、ボールプランジャー６７２が溝部６７３に嵌め込まれた状態で移動部材６６７が位置決め可能になっている。この場合、溝部６７３は、図１５で述べたと同様に移動部材６６７の移動方向に沿って複数箇所、例えば２個所形成されている。また、図示しないがガイド枠６６８から移動部材６６７の脱落を防止するための規制ピンも設けられている。操作部６６６は、図１３に示すように先端部を移動部材６６７に固定された連結棒６７４を有している。この連結棒６７４は、装置本体６０１を貫通して外部まで突出して設けられている。また、連結棒６７４は、基端部に操作ツマミ６７５が設けられている。この操作ツマミ６７５は、装置本体６０１外部から移動部材６６７の移動を操作するものである。
【００６９】
このような投影光路切換え部６４５は、図１３に示すように操作ツマミ６７５がｆ方向に押し込まれ、ボールプランジャー６７２が図示ｆ点の溝部６７３に嵌め込まれた状態で、ミラー６６４を第１の投影光学系６４１の光路に挿入しアフォーカル状態の光束を実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに導くように切換え、また、操作ツマミ６７５がｇ方向に引き出され、ボールプランジャー６７２が図示ｇ点の溝部６５９に嵌め込まれた状態で、ミラー６６４を光路から外すように切換えるようにしている。
【００７０】
次に、このように構成された３次元形状測定装置の作用について説明する。
【００７１】
この場合も、まず、図１０に示す焦準装置５の焦準ハンドル５０５を操作して移動部材５０３をガイド部５０４に沿って上下動させ、標本３に対するピント合わせを行なう。また、光源装置８の光量調整ツマミ８１を操作して、不図示の光源からの光束の光量を最適に調整する。
【００７２】
この状態で、光源装置８から発せられた光束は、ライトガイド９０１の出射端９０２から導入部６０３に導かれ、照明光学系のレンズ群６０９を通して光学変調部６０６に入射し、光学変調素子６０５の格子パターン６０４に照明される。格子パターン６０４を通過した光束Ｌは、投影光学系切換え部６４０に入射する。
【００７３】
この状態で、図１５に示すように操作ツマミ６６２をｄ方向に押し込むと、移動部材６５３（ミラー６６４）はガイド枠６５４に沿って移動し、ボールプランジャー６５８が図示ｄ点の溝部６５９に嵌め込まれた状態で位置決めされる。このとき、規制ピン６６０と移動部材６５３側面との接触により、溝部６５９を乗り越えてさらに移動することができないようになっている。また、操作ツマミ６６２をｅ方向に引き出すと、移動部材６５３（ミラー６６４）はガイド枠６５４に沿って移動し、ボールプランジャー６５８が図示ｅ点の溝部６５９に嵌め込まれた状態で位置決めされる。このときも、規制ピン６６０と移動部材６５３側面との接触により、溝部６５９を乗り越えてさらに移動することができないようになっている。
【００７４】
いま、投影光学系切換え部６４０の操作ツマミ６６２をｅ方向に引き出し、ミラー６６４をｅ点に移動すると、格子パターン６０４を通過した光束Ｌは、第１の投影光学系６４１側に入射し、対物レンズ６４３でアフォーカル状態になるとともに、光学部材６４４によって光束の進行方向を変えられて投影光路切換え部６４５に入射する。投影光路切換え部６４５は、投影光学系切換え部６４０と同様に作用し、図１３に示すように操作ツマミ６７５をｆ方向に押し込むと、ミラー６６４が第１の投影光学系６４１の光路に挿入され、アフォーカル状態の光束を実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに導くように切換え（図示ｆ位置）、また、操作ツマミ６７５をｇ方向に引き出すと、ミラー６６４が第１の投影光学系６４１の光路から外れ、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲからも外れる（図示ｇ位置）。
【００７５】
これにより、投影光路切換え部６４５の操作ツマミ６７５をｆ方向に押し込み、ミラー６６４をｆ位置に移動すると、対物レンズ６４３からのアフォーカル状態の光束は、ミラー６６４で反射され実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに入射する。この場合、ミラー６６４で反射された光束は、図１４に示す丸オスアリ６０１ｃの開口穴６０１ｃ１を通過して右側光路ＬＲに入り、ズーム鏡筒本体７０１、対物レンズ７０３を通って集光され、撮像光軸すなわち左側光路ＬＬに対してθ１の角度をもって標本３面上に格子パターン像１０として形成される。この場合、実体顕微鏡７のズームハンドル７０２を操作して倍率を挙げれば、ズーム鏡筒本体７０１の作用により縮小投影された格子パターン像１０が標本３上に投影される。また、投影光路切換え部６４５の操作ツマミ６７５をｇ方向に引き出し、ミラー６６４をｇ位置に移動すると、ミラー６６４が第１の投影光学系６４１の光路から外れ、対物レンズ６４３からのアフォーカル状態の光束は、ミラー６６４で反射されないため、標本３には、格子パターン像１０が投影されず、接眼レンズ７０６を通した標本３の目視観察が可能になる。
【００７６】
一方、図１５に示すように投影光学系切換え部６４０の操作ツマミ６６２をｄ方向に押し込み、ミラー６６４を光路上のｄ位置に移動すると、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌは、今度は、第２の投影光学系６４２側に入射する。第２の投影光学系６４２に入射した光束は、集光光学系６４６呼び光学部材６４８を通って集光光学系６４７に入射し、実体顕微鏡７の撮像光軸の左側光路ＬＬに対してθ２の角度で格子パターン像を標本３に投影させる。
【００７７】
この場合も、位相シフト法で高さ換算するためには、図９に示すように格子パターン６０４の投影光軸Ａが実体顕微鏡７側の撮像光軸Ｂ（左側光路ＬＬ）に対してθだけ傾いた状態で、この投影光軸Ａの傾き方向に濃淡パターンが変化するように投影されている。
【００７８】
標本３上の格子パターン像１０は、第１の実施の形態で述べたのと同様に、実体顕微鏡７の対物レンズ７０３を通り左側光路ＬＬを通過して３眼鏡筒７０４の結像レンズ７１３によって集光される。この場合、３眼鏡筒７０４の切換え用ツマミ７１４を操作し光路切換え用ミラー７１１、７１２を移動させて光路ＬＬをＴＶカメラ７０７側に切替えれば、結像レンズ７１３で集光される格子パターン像１０は、ＴＶカメラ７０７の不図示の撮像素子で結像し、ケーブル７０８を通して画像処理装置７０９に取り込まれ、モニタ７１０上に測定結果として表示される。
【００７９】
なお、この第２の実施の形態についても、投影光縣切換え部６４０と投影光路切換え部６４５は、いずれも手動式になっているが、電動式のものであってもよい。また、投影光縣切換え部６４０のガイド部６５０及び投影光路切換え部６４５のガイド部６６５は、上述した構成や機構に限定されるものではない。さらに、レンズ群６０９で構成される照明光学系や第１及び第２の投影光学系６４１、６４２の配置なども上述した配置に限定されるものでない。
【００８０】
したがって、このようにすれば、格子パターン投影装置６は、投影光学系切換え部６４０により第１の投影光学系６４１と第２の投影光学系６４２を選択的に切換え可能とし、このうち一方の第１の投影光学系６４１により実体顕微鏡７内の右側光路ＬＲを通して格子パターン像を標本３に投影するようにしたので、標本３の影の低減に効果のある２方向投影に安価に対応することができる。また、第１の投影光学系６４１と第２の投影光学系６４２を切換え、つまり実体顕微鏡７の右側光路ＬＲを通しての格子パターン像の投影と実体顕微鏡７外部からの格子パターン像の投影の切換えは投影光学系切換え部６４０で行われ、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに対する第１の投影光学系６４１の切換えは投影光路切換え部６４５で行われるが、これらの切換えはミラーのみを挿脱する構成で実現しているので、シンプルな機構で、価格的にも安価に対応できる。さらに、投影光路切換え部６４５による切換えにより標本３の形状測定と実体顕微鏡７による立体視観察にも簡単に対応できるため、数値による形状把握を必要としない場合は、目視確認のみで済ませることができるなど用途に応じて柔軟に使い分けが可能である。さらに、実体顕微鏡７の変倍又はズーム機能を組み合わせれば、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲからの投影では観察倍率に連動して格子パターン像の投影倍率が変化することから観察倍率を上げることで格子パターン像を縮小して標本３に投影するようにできる。このことは、格子パターン像が縮小投影されると、格子パターン像のピッチを小さくできるので、標本３上の微小部分を精度良く測定することができる。つまり、格子パターン６０４自体がピッチ不変なものであっても、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲからの投影に切り換えて観察倍率を上げれば、格子パターン像が標本３に縮小して投影されるので、微小部分を高精度に測定することができる。また、２方向の投影によって得られた２つの画像を画像処理装置で合成処理すれば、影の影響の少ない高精度な測定を迅速に行なうこともできる。
【００８１】
(第３の実施の形態)
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図１６は、本発明の第３の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置の右側面(全体図)を示すものである。この第３の実施の形態では、格子パターン投影装置６以外の構成は、第２の実施の形態と同様であり、これらは第２の実施の形態と同一部分には、同符号を付して説明を省略する。
【００８２】
この場合、格子パターン投影装置６は、第２の実施の形態の第２の投影光学系６４２と異なる第２の投影光学系６８０が用いられている。この第２の投影光学系６８０は、第１の実施の形態で述べた投影光学系６１１と同様な構成になっている。このため、第２の投影光学系６８０は、投影光学系６１１と同一部分には、同符号を付している。
【００８３】
なお、新たな第２の投影光学系６８０を用いることで、装置本体６０１は、第２の投影光学系６８０を収容するのに最適な形状になっている 。
【００８４】
このようにすれば、第１の投影光学系６４１では、第２の実施の形態と同様の作用を得られ、第２の投影光学系６８０では、第１の実施の形態の投影光学系６１１と同様な作用を得られることになる。これにより、第３の実施の形態によれば、全体として第２の実施の形態と同様の効果を得られるとともに、第２の投影光学系６８０についても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示す右側面図(全体図)。
【図２】第１の実施形態の３次元形状測定装置を示す正面図(全体図)。
【図３】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる格子パターン投影装置の右側面図。
【図４】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる格子パターン投影装置の一部断面図。
【図５】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影角度切換え部の一部断面図。
【図６】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影角度切換え部の一部断面図。
【図７】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影角度切換え部を作用を説明するための図。
【図８】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影角度切換え部を作用を説明するための図。
【図９】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる標本に投影された格子パターンの状態例を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示す右側面図(全体図)。
【図１１】第２の実施形態の３次元形状測定装置を示す正面図(全体図)。
【図１２】第２の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる格子パターン投影装置の一部断面図。
【図１３】第２の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる格子パターン投影装置の上面図。
【図１４】第２の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影光路切換え部の一部断面図。
【図１５】第２の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる光学系切換え部の断面図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示す右側面図(全体図)。
【符号の説明】
【００８７】
１…基台、２…ステージ、３…標本
３ａ…突出部、４…支柱、５…焦準装置
５０１…装置本体、５０２…固定ハンドル
５０３…移動部材、５０４…ガイド部
５０５…焦準ハンドル、５０６…ビス
６…格子パターン投影装置、６０１…装置本体
６０１ａ…開口穴、６０１ｂ…膨出部
６０１ｃ…丸オスアリ、６０１ｄ…丸メスアリ
６０１ｃ１．６０１ｄ１…開口穴、６０１ｅ…凹部
６０１ｆ、６０１ｇ…開口穴、６０２…スライドオスアリ
６０３…導入部、６０４…格子パターン
６０５…光学変調素子、６０６…光学変調部
６０７…挿入穴、６０８…固定ネジ、６０９…レンズ群
６１０…駆動源、６１１…投影光学系
６１２…対物レンズ、６１３．６１４…反射ミラー
６１５…投影角度切換え部、６１６…結像レンズ
６１７…ミラー、６１８…ガイド部
６１９…操作部、６２０…保持枠
６２１，６２２…絞り、６２３…移動部材
６２４…ガイド枠、６２５．６２６…ガイド溝
６２７…ボール、６２８…ボールプランジャー
６２９…溝部、６３０…規制ピン、６３１…連結棒
６３２…操作ツマミ、６３３…遮光板、６３４…指標
６３５…レンズ枠、６３５ａ…開口穴、６３７…ビス
６４１…第１の投影光学系、６４２…第２の投影光学系
６４３…対物レンズ、６４４…光学部材
６４６．６４７…集光光学系、６４８…光学部材
６４９…ミラー、６５０…ガイド部
６５２…操作部、６５３…移動部材、６５４…ガイド枠
６５５．６５６…ガイド溝、６５７…ボール
６５８…ボールプランジャー、６５９…溝部
６６０…規制ピン、６６１…連結棒、６６２…操作ツマミ
６６４…ミラー、６６５…ガイド部、６６６…操作部
６６７…移動部材、６６８…ガイド枠、６６９．６７０…ガイド溝
６７１…ボール、６７２…ボールプランジャー
６７３…溝部、６７４…連結棒、６７５…操作ツマミ
６８０…第２の投影光学系、７…実体顕微鏡
７０１…ズーム鏡筒本体、７０２…ズームハンドル
７０３…対物レンズ、７０４…３眼鏡筒
７０５、７０５ａ、７０５ｂ…ビス
７０６…接眼レンズ、７０７…ＴＶカメラ
７０８…ケーブル、７０９…画像処理装置
７１０…モニタ、７１１．７１２…光路切換え用用ミラー
７１３…結像レンズ、７１４…切換え用ツマミ
７１５…観察光学系、８…光源装置
８１…光量調整ツマミ、９０１…ライトガイド
９０２…出射端、１０…格子パターン像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の高さ情報など物体表面の３次元形状を測定する格子パターン投影法を用いた３次元形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３次元形状をなす測定対象物の表面形状を非接触で高速に測定する３次元形状測定装置として、格子パターン投影法を用いたものが知られている。ここでの格子パターン投影法は、測定対象物の表面に対して斜め上方向に投影系を配置し、この投影系からの格子パターンの像を測定対象物表面に所定角度傾けて投影し、測定対象物表面からの散乱光を変形パターン像として、測定対象物表面の真上に配置された撮像系により撮像し、その撮像画像を演算処理することにより測定対象物の３次元の表面形状を求めるようにしたものである。つまり、このような格子パターン投影法は、格子パターンを物体表面上に投影し、三角測量の原理を利用して格子パターンの変形具合から高さ情報を算出するようにしている。実際には、位相シフト法と呼ばれ、明度が正弦波状に変化する格子パターンを位相ずらしながら複数回投影してその位相情報を求め、それを高さに換算する手法がよく用いられている。
【０００３】
ところで、前述のように格子パターン投影法は、三角測量の原理を利用しているため、格子パターンの投影光軸とその撮像光軸は同軸上になく、角度付けされている。この場合、投影光軸と撮像光軸のなす角度を大きくすると計測精度は向上するが、逆に物体自身の影(死角)も多<なり計測不能な範囲を広めてしまうことになる。また、格子パターンの投影されない範囲においては、格子パターンの情報が得られないために正しく高さを算出することができない。
【０００４】
そこで、従来、検査物体に発生する影を低減させる方法として、特許文献１に開示されるように、撮像光学系の光軸に対して異なる方向からパターンを投影可能にした投影光学ユニットを複数配置させて、被検査物体に発生する影の発生を抑えるようにしたものが考えられている。また、この特許文献１には、各投影光学ユニットをそれぞれ独立して動かし投影角度を可変するようなことも記載されている。
【特許文献１】特開２００４-１９１２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものは、投影光学ユニットが複数設けられているため、実際に製作すると構成要素が多くなり、装置が大型化するとともに、価格的にも高価になってしまう。つまり、特許文献１のものは、同文献中の実施例１において、独立した投影光学ユニットを２つＶ字型に配置し、照明光学系及び格子パターンを有する光学変調素子もそれぞれ２つ備える構成になっているため、価格的に高価になる。仮に、投影光学ユニットのＶ字構成のままで照明光学系及び光学変調素子を１つにまとめるようにしても、価格的に多少安価にできるものの、構成上大きなスペースが必要となり、コンパクト化は難しい。また、実施例２のように撮像光学系の対物レンズを使って２方向投影する場合、照明光学系及び光学変調素子を１つにまとめることで、比較的コンパクトに構成することができるが、２つの投影光路が１つの対物レンズの光軸外を通ることによって２つの投影方向に角度を生じさせるようになっているため、２つの投影方向のなす角度は対物レンズの有効径によって制限されてしまう。このため、これら２つの投影方向のなす角度を大きくするためには対物レンズの有効径を大きくしなければならず、高価になってしまう。さらに、対物レンズの中心部に撮像光路が配置され、その周辺部に２つの投影光路が配置されていることから、投影光学系の光の一部が撮像光学系内に浸入してフレアーを発生させる恐れがある。
【０００６】
また、特許文献１は、２つの投影光軸を対物レンズの有効径の範囲内で移動させて投影方向の可変ができるようになっているが、それには２つの投影光学ユニットと照明光学ユニット、光学変調素子をそれぞれ移動させなければならず、移動による精度誤差が生じ易い。さらに機構的にも複雑になるため、安価に対応するのが難しい。さらに投影方向の可変量は、対物レンズの有効半径以下であることから投影方向を大きく可変するのには不向きである。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、被測定物による影を安価に低減させることができるとともに、測定の精度の向上を可能にした格子パターン投影法による３次元形状測定装置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】
【０００８】
請求項１記載の発明は、光源と、格子パターンを有する光学変調手段と、前記光源からの光が前記光学変調手段を介することで形成される格子パターン像を被測定物に投影する投影手段と、前記被測定物に対して投影される格子パターン像の投影角度を可変する投影角可変手段とを有する格子パターン投影部と、前記被測定物及び前記格子バターン像を観察するための観察光学系を有した観察部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記投影手段は、前記光学変調手段により形成された格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を結像させ、前記被測定物上に格子パターン像を形成する集光光学素子とを備えることを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記観察部は、前記被測定物上で所定の内向角度をもって交差する二つの観察光路を有し、前記被測定物及び前記被測定物に投影された格子パターン像を観察する実体顕微鏡であることを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記投影手段は、前記アフォーカル光束を前記集光光学素子の光軸方向に沿って前記集光光学素子に導く光学部材を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記投影角可変手段は、前記集光光学系に導かれる前記アフォーカル光束が、前記集光光学素子の光軸に垂直な方向に沿って平行移動するように前記光学部材を移動させる移動機溝を備えることを特徴としている。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記投影手段は、前記光学変調手段を介した光束を、前記実体顕微鏡の一方の観察光路に導いて前記被測定物上に投影する第１の投影光学系と、前記光学変調手段により形成された格子パターン像を前記実体顕微鏡の外部から前記被測定物上に投影する第２の投影光学系を有し、前記投影角可変手段は、前記光学変調手段を介した光束を前記第１の投影光学系又は前記第２の投影光学系のいずれか一方に導く光路切換え手段を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記第１の投影光学系は、前記格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を前記実体顕徴鏡の一方の観察光路に入射させる反射部材を有することを特徴としている。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記第２の投影光学系は、前記光学変調手段により形成された格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を結像させて前記被測定物上に格子パターン像を形成する集光光学素子と、前記アフォーカル光束を前記集光光学素子の光軸方向に沿って導くように設けられた光学部材とを有し、前記投影角度可変手段は、前記アフォーカル光束を前記集光光挙素子の光軸に垂直な方向に沿って平行移動するように前記光学部材を移動させる移動機構とを有することを特徴としている。
【００１６】
請求項９記載の発明は、直立して設けられる支柱に沿って移動可能に設けられる焦準装置と、前記焦準装置とともに移動可能に設けられ、光源からの光路上に配置されたスリット状の格子パターンを有する光学変調手段と、前記光学変調手段より形成される格子パターン像を標本に対し所定角度傾けて投影する投影光学系とを有するユニット化された格子パターン投影装置と、前記格子パターン投影装置を介して前記焦準装置に設けられ、前記標本に投影された格子パターン像を対物レンズを介して観察する観察手段を有する顕微鏡と、前記観察手段で観察される前記格子パターン像を撮像する撮像手段と、を有し、前記標本に対する前記格子パターン像の投影角度を調整可能であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被測定物による影を安価に低減させることができるとともに、測定の精度の向上を可能にした格子パターン投影法による３次元形状測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１９】
(第１の実施の形態)
図１〜図９は、本発明の第１の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示すもので、図１は右側面図(全体図)、図２は正面図(全体図)、図３は格子パターン投影装置の右側面図、図４は格子パターン投影装置の右側面一部断面図、図５は図４のＡＡ’断面図、図６は図４のＢＢ'断面図、図７は図４のＡＡ'断面図、図８は図４のＡＡ'断面図、図９は標本に投影された格子パターンの状態例をそれぞれ示している。
【００２０】
図１及び図２において、１は基台で、この基台１上には、ステージ２が設けられている。このステージ２には、被測定物としての標本３が載置されている。この場合、標本３は、図９に示すように中央部に突出部３ａを有する断面凸形の形状をしている。
【００２１】
基台１には、支柱４が直立して設けられている。この支柱４には、焦準装置５が設けられている。この焦準装置５には、格子パターン投影手段としての格子パターン投影装置６と、この格子パターン投影装置６を介して実体顕微鏡７が設けられている。
【００２２】
焦準装置５は、支柱４が挿通される不図示の孔部を有する装置本体５０１を有している。この装置本体５０１には、固定ハンドル５０２が設けられ、この固定ハンドル５０２を締付け方向に回転することで、支柱４に固定できるようになっている。
【００２３】
装置本体５０１には、ガイド部５０４を介して移動部材５０３が設けられている。ガイド部５０４は、装置本体５０１に対し移動部材５０３を移動可能にしている。また、装置本体５０１と移動部材５０３の間には、焦準ハンドル５０５が連結された不図示のピニオンとラックからなる昇降機構が設けられており、この焦準ハンドル５０５の操作により移動部材５０３を支柱４に沿った方向に上下動可能にしている。
【００２４】
焦準装置５の移動部材５０３には、格子パターン投影装置６が設けられている。この格子パターン投影装置６は、図３に示すように装置本体６０１の背面部にスライドオスアリ６０２が設けられ、焦準装置５の不図示のメスアリに着脱可能に組み付けられビス５０６で固定されている（図１参照）。
【００２５】
格子パターン投影装置６は、装置本体６０１と光源装置８からの光束を取り込む導入部６０３と光学変調部６０６が設けられている。
【００２６】
光源装置８には、不図示の光源からの光束を導出するライトガイド９０１が接続されている。このライトガイド９０１の先端には、出射端９０２が設けられている。また、光源装置８には、不図示の光源から発せられる光束の光量を調整する光量調整ツマミ８１が設けられている。
【００２７】
導入部６０３は、ライトガイド９０１の出射端９０２が所定位置に嵌め込まれる挿入穴６０７と、この挿入穴６０７に嵌め込まれた出射端９０２を固定するための固定ネジ６０８が設けられている。また、導入部６０３は、ライトガイド９０１の出射端９０２から発せられる光束の光路上に、格子パターン６０４全体を均一に照明するための照明光学系を構成するレンズ群６０９が設けられている。
【００２８】
レンズ群６０９を透過した光束の光路上には、光学変調部６０６が設けられている。この光学変調部６０６には、光学変調手段として格子パターン６０４を有する光学変調素子６０５が設けられている。格子パターン６０４は、光学変調素子６０５内に設けられるもので、例えぱ、図９に示すような格子パターン像１０を標本３上に形成するための不図示のスリット開口部又は光透過部と、光遮光部とが1次元方向に交互に配置され、これらスリット開口部又は光透過部と光遮光部とによって正弦波形状の濃淡パターンが得られるようになっている。また、光学変調部６０６には、駆動源６１０が設けられ、この駆動源６１０により格子パターン６０４を図示矢印方向に移動可能とし、図９に示す標本３上の格子パターン像１０全体を図示矢印方向に移動させて正弦波形の位相をずらすことができるようになっている。また、変調光挙素子６０５として、例えぱ液晶椿子を用いる場合、駆動源６１０に相当する格子パターン６０４を移動させる手段として、不図示の制御ドライバーにより液晶格子の格子パターンを変化させるように駆動しても構わない。
【００２９】
装置本体６０１には、格子パターン６０４を透過した光束（格子パターン像）を標本３上に投影して、格子パターン像１０を形成するための投影光学系６１１が設けられている。この投影光学系６１１は、格子パターン６０４を通過した光束をアフォーカル状態にするためのアフォーカル光学素子としての対物レンズ６１２、この対物レンズ６１２を透過した光束の進行方向を変える反射ミラー６１３、６１４、標本３に対する格子パターン像１０の投影角度を可変可能にした投影角度切換え部６１５及び標本３上に格子パターン像１０を形成するための集光光学素子としての結像レンズ６１６を有している。
【００３０】
この場合、反射ミラー６１３、６１４は、対物レンズ６１２からの光束Ｌの方向を結像レンズ６１６の光軸Ｌｂに対して垂直な方向に導くように設けられている。また、投影角度切換え部６１５は、図３乃至図８に示すように光学部材としてのミラー６１７と、このミラー６１７を保持して直線的に移動可能にした移動部材６２３とガイド枠６２４を有するガイド部６１８と、角度切換え操作を行なう操作部６１９を有している。この場合、ミラー６１７は、ガイド部６１８の移動によって反射ミラー６１３、６１４を介して入射されるアフォーカル光束の光路に沿って移動可能になっており、また、反射ミラー６１３、６１４により導かれた光束の方向を結像レンズ６１６の中心軸すなわち光軸Ｌｂの方向に偏向させるような角度で配置されている。ミラー６１７は、保持枠６２０に保持されている。保持枠６２０は、ミラー６１７への光の入射側と、ミラー６１７からの光の出射側にそれぞれ絞り６２１、６２２が設けられている。これら絞り６２１、６２２は、結像レンズ６１６に入射する光束Ｌを制限するためのものである。
【００３１】
保持枠６２０は、ガイド部６１８の移動部材６２３に設けられている。この移動部材６２３は、ガイド枠６２４に支持され、反射ミラー６１３、６１４により導かれる光束の光路に沿って結像レンズ６１６の光軸Ｌｂに垂直な方向に平行移動可能になっている。この場合、図６に示すように移動部材６２３は、移動方向の両側面にそれぞれガイド溝６２５が形成され、また、ガイド枠６２４は、移動部材６２３のガイド溝６２５に対応する側面にそれぞれガイド溝６２６が形成されている。これらガイド溝６２５、６２６の間には、ボール６２７が介挿され、このボール６２７によって移動部材６２３がスムーズに直線移動できるようになっている。
【００３２】
移動部材６２３には、ボールプランジャー６２８が埋め込まれている。また、ガイド枠６２４には、ボールプランジャー６２８に対応して溝部６２９が形成されている。これにより、ボールプランジャー６２８が溝部６２９に嵌め込まれた状態で移動部材６２３が位置決め可能になっている。この場合、溝部６２９は、図５に示すように移動部材６２３の移動方向（図示ｈ〜ｉ方向）に沿って複数個所（図示例では３個所）形成されている。なお、６３０は、ガイド枠６２４から移動部材６２３の脱落を防止するための規制ピンである。
【００３３】
操作部６１９は、図５に示すように先端部を移動部材６２３に固定された連結棒６３１を有している。この連結棒６３１は、移動部材６２３から装置本体６０１に形成された開口穴６０１ａ近傍にかけて延出して設けられている。連結棒６３１の基端部には、操作ツマミ６３２が開口穴６０１ａを介して装置本体６０１の外部まで突出して設けられている。
【００３４】
この操作ツマミ６３２は、装置本体６０１外部から移動部材６２３（保持枠６２０）の移動を操作するものである。連結棒６３１には、遮光板６３３が設けられている。この遮光板６３３は、開口穴６０１ａを覆い隠すような大きさのもので、操作ツマミ６３２の操作により連結棒６３１が開口穴６０１ａ中を移動する際に装置本体６０１外部から開口穴６０１ａを介して光が侵入するのを防止するためのものである。
【００３５】
装置本体６０１側面には、図３に示すように開口穴６０１ａに近接して指標６３４が設けられている。この指標６３４は、操作ツマミ６３２の移動に応じた投影角度を示すもので、ここでは、上述した移動部材６２３が複数（３個所）の溝部６２９にそれぞれ位置決めされる位置ａ，ｂ，ｃを表示するようにしている。
【００３６】
一方、上述した結像レンズ６１６は、図４に示すようにレンズ枠６３５に固定されている。このレンズ枠６３５は、投影光学系６１１からの光束Ｌを通過させるための開口穴６３５ａが形成されたもので、装置本体６０１に固定されている。
【００３７】
なお、図中６３６は、装置本体６０１背面に設けられた開口部を覆い隠すための蓋部で、装置本体６０１内部の各種光学素子の調整や保守点検の際に取外し可能である。
【００３８】
図１に戻って、格子パターン投影装置６の装置本体６０１には、実体顕微鏡７が設けられている。この実体顕微鏡７は、背面部に不図示のスライドオスアリが設けられ、装置本体６０１側の不図示のメスアリに着脱可能に組み付けられビス６３７で固定されている。
【００３９】
実体顕微鏡７は、図１及び図２に示すようにズーム鏡筒本体７０１が設けられている。このズーム鏡筒本体７０１には、図２に示すように平行な左右２つの観察用の光路ＬＲ、ＬＬを構成する観察光学系７１５が設けられている。この場合、これら光路ＬＲ、ＬＬは、後述する対物レンズ７０３の光軸外を通って標本３上で交差するようになっている。また、ズーム鏡筒本体７０１には、ズームハンドル７０２が設けられている。このズームハンドル７０２は、ハンドル操作によりズーム鏡筒本体７０１での倍率を可変できるようになっている。
【００４０】
ズーム鏡筒本体７０１は、下部に対物レンズ７０３が設けられ、上部に３眼鏡筒７０４が設けられている。３眼鏡筒７０４は、不図示の丸アリを介してズーム鏡筒本体７０１に着脱可能に組み付けられ、ビス７０５で固定されている。また、３眼鏡筒７０４は、結像レンズ７１３及び光路切換え用ミラー７１１、７１２を収容したもので、正面に２つの接眼レンズ７０６が取付けられ、さらに上面に撮像手段としてのＴＶカメラ７０７が組み付けられている。ＴＶカメラ７０７は、ケーブル７０８を介して画像処理装置７０９に接続されている。画像処理装置７０９は、ＴＶカメラ７０７の撮像画像を処理して標本３の３次元の表面形状を求めるようにしている。また、画像処理装置７０９には、モニタ７１０が接続されている。モニタ７１０は、画像処理装置７０９での撮像画像の演算処理の結果などを表示するものである。
【００４１】
３眼鏡筒７０４の側面には、切換え用ツマミ７１４が設けられている。この切換え用ツマミ７１４は、３眼鏡筒７０４内の光路切換え用ミラー７１１，７１２を移動させて光路を切替えるためのもので、ここでは、左側の光路ＬＬを接眼レンズ７０６又はＴＶカメラ７０７のどちらか一方に切替え、接眼レンズ７０６による目視観察又はＴＶカメラ７０７による撮像の切替ができるようになつている。
【００４２】
次に、このように構成された３次元形状測定装置の作用について説明する。
【００４３】
まず、図１に示す焦準装置５の焦準ハンドル５０５を操作して移動部材５０３をガイド部５０４に沿って上下動させ、標本３に対するピント合わせを行なう。また、光源装置８の光量調整ツマミ８１を操作して、不図示の光源からの光束の光量を最適に調整する。
【００４４】
この状態で、光源装置８から発せられた光束は、ライトガイド９０１の出射端９０２から導入部６０３に導かれ、照明光学系のレンズ群６０９を通して光学変調部６０６に入射し、光学変調素子６０５の格子パターン６０４前面に均一に照射される。格子パターン６０４を通過した光束Ｌは、投影光学系６１１の対物レンズ６１２によつてアフォーカルな状態になり、反射ミラー６１３、６１４で反射して結像レンズ６１６の光軸に対して垂直な方向に導かれる。
【００４５】
さらに、光束は、投影角度切換え部６１５のミラー６１７により反射し、結像レンズ６１６の光軸方向に偏向されて、結像レンズ６１６を通過する。この際、結像レンズ６１６に入射する光以外の外乱光は、保持枠６２０の絞り６２１，６２２によってカットされる。結像レンズ６１６を通過した光束は集光され、図９に示すように標本３上に格子パターン像１０として形成される。
【００４６】
標本３上の格子パターン像１０は、実体顕微鏡７の対物レンズ７０３を通り左側光路ＬＬを通過して３眼鏡筒７０４の結像レンズ７１３によつて集光される。この場合、３眼鏡筒７０４の切換え用ツマミ７１４を操作し光路切換え用ミラー７１１、７１２を移動させて光路ＬＬをＴＶカメラ７０７側に切替えれば、結像レンズ７１３で集光される格子パターン像１０は、ＴＶカメラ７０７の不図示の撮像素子で結像し、ケーブル７０８を通して画像処理装置７０９に取り込まれ、モニタ７１０上に測定結果として表示される。
【００４７】
この状態で、光学変調素子６０５を駆動源６１０により駆動し、格子パターン６０４を図１に示す矢印方向に移動させると、格子パターン６０４の位相が変えられ、図９に示す標本３上の格子パターン像１０全体が図示矢印方向に移動し、この格子パターン像１０が同様に画像処理装置７０９に取り込まれる。このようにして格子パターン６０４の位相を複数回ずらして、それぞれの格子パターン像１０を画像処理装置７０９に取り込む。同時に、それぞれの格子パターン像１０の投影角度の情報を入力し、公知の位相シフト法によって、それを高さに換算して標本３の３次元形状を得ることができる。
【００４８】
この場合、位相シフト法で高さ換算するためには、図９に示すように格子パターン６０４の投影光軸Ａが実体顕微鏡７の撮像光軸Ｂ（左側光路ＬＬ）に対してθだけ傾いた状態で、この投影光軸Ａの傾き方向に濃淡パターンが変化するように投影される。
【００４９】
次に、格子パターン６０４の投影角度の可変について説明する。
【００５０】
この場合、図１,図４に示すように、格子パターン投影装置６の結像レンズ６１６の光軸Ｌｂ上に投影角度切換え部６１５のミラー６１７が位置されていれば、標本３への投影角度は、実体顕微鏡７側の撮像光軸、つまり左側光路ＬＬに対してθbとなる。
【００５１】
この状態から、図５に示すように操作部６１９の操作ツマミ６３２を開口穴６０１ａに沿って図示ｈ方向に移動させると、移動部材６２３はガイド枠６２４に沿って移動し、ボールプランジャー６２８が図示左側の溝部６２９に嵌め込まれた状態で位置決めされる（図７参照）。このとき、移動部材６２３側面が規制ピン６３０に当接することにより、移動部材６２３がガイド枠６２４から脱落するのを防止している。
【００５２】
このようにボールプランジャー６２８が図７に示す左側の溝部６２９に嵌め込まれた状態、つまり、ミラー６１７が図１のａ位置の状態である場合は、結像レンズ６１６の中心軸、つまり光軸Ｌｂに対して光束Ｌが平行に変位して入射するため、投影光軸はＬａになり標本３への投影角度は、実体顕微鏡７側の撮像光軸、つまり左側光路ＬＬに対してθａとなる。
【００５３】
この場合、操作部６１９の操作ツマミ６３２を移動操作しても、開口穴６０１ａは、遮光板６３３により覆い隠されているので、外部からの光が格子パターン投影装置６内部に侵入するのを防止できる。
【００５４】
一方、操作ツマミ６３２を開口穴６０１ａに沿って図示ｉ方向に移動させると、移動部材６２３はガイド枠６２４に沿って移動し、今度は、ボールプランジャー６２８が図示右側の溝部６２９に嵌め込まれた状態で位置決めされる（図８参照）。この場合も移動部材６２３側面が規制ピン６３０に当接することで、移動部材６２３がガイド枠６２４から脱落するのを防止し、また、開口穴６０１ａは、遮光板６３３により覆い隠され、外部からの光の侵入が防止されている。
【００５５】
このようにボールプランジャー６２８が図８に示す右側の溝部６２９に嵌め込まれた状態、つまり、ミラー６１７が図１のｃ位置の状態である場合は、結像レンズ６１６の中心軸、つまり光軸Ｌｂに対して光束Ｌが平行に変位して入射するため、投影光軸はＬｃになり標本３への投影角度は、実体顕微鏡７側の撮像光軸、つまり左側光路ＬＬに対してθｃとなる。
【００５６】
このようにして操作部６１９の操作ツマミ６３２を操作して投影角度切換え部６１５のミラー６１７の位置を切替えることにより、標本３への投影角度をθa〜θｃの範囲で選択的に変化させることができる。この場合、投影角度をθa〜θｃの範囲で変化させても、光学的な関係から結像レンズ６１６の光軸Ｌｂ上で格子パターン像１０の結像位置がずれることがない。
【００５７】
なお、上述では、投影角度切換え部６１５を操作するための操作部６１９の操作ツマミ６３２は手動式になっているが電動式のものであってもよい。また、ミラー６１７を移動させるための移動部材６２３及びガイド部６１８は、上述した構成や機構に限定されるものではない。さらに、レンズ群６０９で構成される照明光学系や投影光学系６１１の配置なども上述した配置に限定されるものでない。
【００５８】
したがって、このようにすれば、格子パターン投影装置６は、投影角度切換え部６１５の操作部６１９の操作により選択的に投影角度を切換えることができるので、投影装置を複数設けることなく標本３に発生する影を低減させることができる。また、形状的に影の影響を受けない標本３の場合、撮像光軸に対して投影角度を大きく設定することができるので、高精度な測定が可能になる。さらに、格子パターン投影装置６での投影角度の切換えは、対物レンズ６１２を有するアフォーカル光学系内に配置されたミラー６１７を投影角度切換え部６１５の操作で移動させるようにしているため、投影角度を変化させても結像レンズ６１６による集光光学系の光軸上で格子パターン像１０の位置がずれないようにできる。また、このような動作をアフォーカル光学系内に配置されたミラー６１７を移動させる構成で実現できるので、シンプルな機構で、価格的にも安価に対応できる。さらに、格子パターン投影装置６での投影角度は、結像レンズ６１６の有効径範囲内で変えることができるため、特許文献１で開示された投影光学ユニットを複数設け、これら投影光学ユニットを独立して動かし投影角度を可変するものと比べて、コンパクトな構成で大きな角度可変に対応することができる。さらに、投影角度切換え部６１５は、操作部６１９の操作ツマミ６３２を操作することで、簡単に投影角度を切換えることができるので、操作性にも優れた特徴を有している。さらに、格子パターン投影装置６もコンパクトに構成可能で、且つ単一のユニットとして構成可能であるため、実体顕微鏡７に限らず、１つの観察光軸からなる顕微鏡やビデオマイクロスコープなどにも容易に装着することができるなど、システム性にも優れている。
【００５９】
なお、上述の実施の形態では、格子パターン投影装置６の装置本体６０１に対して実体顕微鏡７をビス６３７で固定しているが、スライドアリを利用し装置本体６０１に対する実体頭徴鏡７を任意の位置に移動可能かつ固定可能にしてもよい。この時、装置本体６０１に対する実体顕徴鏡７の移動が焦準としての機能を果たし、焦準機構５により格子パターン投影装置６の高さ位置を変えることで、格子パターンの標本３に対する投影角θの調整幅を大きくとることができる。例えば、格子パターン投影装置６の位置をより低くし、ミラー６１７を位置ｃ方向に移動させれば、より大きな角度θで試料３に格子パターン像を投影することができ、標本３に対する測定精度を高めることが可能である。
【００６０】
(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図１０〜図１５は、本発明の第２の実施形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示すもので、図１０は右側面図(全体図)、図１１は正面図(全体図)、図１２は格子パターン投影装置の右側一部断面図、図１３は格子パターン投影装置の上面図、図１４は格子パターン投影装置の正面断面図、図１５は図１２のＥ矢視図をそれぞれ示している。
【００６１】
この場合、第２の実施の形態では、格子パターン投影装置６以外の構成は、第１の実施の形態と同様であり、これらは第１の実施の形態と同一部分には、同符号を付して説明を省略する。また、格子パターン投影装置６についても、光源装置８からの光束を取り込む導入部６０３、格子パターン６０４を有する光学変調素子６０５を備えた光学変調部６０６及びライトガイド９０１の出射端９０２から発せられる光束を格子パターン６０４全体に均一に照射させるための照明光学系を構成したレンズ群６０９は、第１の実施の形態と同様の構成であり、これらについても第１の実施の形態と同一部分には、同符号を付して説明を省略する。
【００６２】
格子パターン投影装置６には、装置本体６０１上部に水平方向に延びる膨出部６０１ｂが形成されている。この膨出部６０１ｂは、実体顕微鏡７のズーム鏡筒本体７０１と３眼鏡筒７０４との間に配置されている。この場合、図１２に示すように装置本体６０１の膨出部６０１ｂの下面には、丸オスアリ６０１ｃが設けられ、この丸オスアリ６０１ｃに対してズーム鏡筒本体７０１が着脱可能に組み付けられ、ビス７０５ａで固定されている。また、膨出部６０１ｂの上面には、丸メスアリ６０１ｄが設けられ、この丸メスアリ６０１ｄに対して３眼鏡筒７０４が着脱可能に組み付けられ、ビス７０５ｂで固定されている。また、丸オスアリ６０１ｃと丸メスアリ６０１ｄには、それぞれ実体顕微鏡７の２つの光路ＬＬ、ＬＲが通る開口穴６０１ｃ１、６０１ｄ１が形成されている（図１３、図１４参照）。また、装置本体６０１は、図１４に示すように実体顕微鏡７のズーム鏡筒本体７０１の背面に設けられる不図示のスライドオスアリとの干渉を避けるための凹部６０１ｅが形成され、さらに後述する第２の投影光学系６４２からの光束Ｌを通過させるための開口穴６０１ｆが形成されている。さらに、図１２に示すように装置本体６０１の背面部には、スライドオスアリ６０２が設けられ、焦準装置５の不図示のメスアリに着脱可能に組み付けられるようになっている。
【００６３】
装置本体６０１は、水平方向に沿って導入部６０３が設けられている。そして、ライトガイド９０１の出射端９０２から導入部６０３を介して導入される光束の光路に沿って格子パターン６０４を有する光学変調素子６０５、投影光学系切換え部６４０が配置されている。投影光学系切換え部６４０は、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌの光路を第１の投影光学系６４１又は第２の投影光学系６４２のどちらか一方に導くように切換えるものである。第１の投影光学系６４１は、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲを通して格子パターン像を標本３に投影するもので、投影光学系切換え部６４０を介して入射される光束をアフォーカル状態にするためのアフォーカル光学素子としての対物レンズ６４３、対物レンズ６４３を透過した光束の進行方向を変える光学部材６４４、光学部材６４４を通過したアフォーカル状態の光束を実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに導くように光路を切換える投影光路切換え手段としての投影光路切換え部６４５から構成されている。また、第２の投影光学系６４２は、実体顕微鏡７の外部から格子パターン像を標本３に投影するもので、集光光学系６４６、６４７及び集光光学系６４６を通過した光束の進行方向を変える光学部材６４８から構成され、実体顕微鏡７の撮像光軸である左側光路ＬＬに対してθ２の角度で格子パターン像を標本３に投影するようにしている。
【００６４】
投影光学系切換え部６４０は、図１２、図１３に示すようにミラー６４９と、ミラー６４９を保持し直線的に移動可能にしたガイド部６５０と、投影光学系切換え操作を行なう操作部６５２を有している。ガイド部６５０は、ミラー６４９を保持し移動可能に支持する移動部材６５３と、移動部材６５３を直線的に移動させるガイド枠６５４とを有している。移動部材６５３は、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌが第２の投影光学系６４２の方向に向きを変えるような角度でミラー６４９を保持している。また、ガイド枠６５４は、装置本体６０１に固定されている。
【００６５】
ガイド枠６５４の側壁には、ガイド溝６５５が形成され、このガイド溝６５５に対応する移動部材６５３両端にはガイド溝６５６が形成されている。これらガイド溝６５５、６５６との間にボール６５７が介挿され、このボール６５７によって移動部材６５３がスムーズに直線移動できるようになっている（図１３に示すｄ、ｅ方向）。移動部材６５３には、ボールプランジャー６５８が埋め込まれている。また、ガイド枠６５４には、ボールプランジャー６５８に対応して溝部６５９が形成されている。これにより、ボールプランジャー６５８が溝部６５９に嵌め込まれた状態で移動部材６５３が位置決め可能になっている。この場合、溝部６５９は、図１５に示すように移動部材６５３の移動方向に沿って複数個所（図示例では２個所）形成されている。なお、６６０は、ガイド枠６５４から移動部材６５３の脱落を防止するための規制ピンである。
【００６６】
操作部６５２は、図１５に示すように先端部を移動部材６５３に固定された連結棒６６１を有している。この連結棒６６１は、装置本体６０１に形成された開口穴６０１ｇを貫通して装置本体６０１外部まで突出して設けられている。また、連結棒６６１は、基端部に操作ツマミ６６２が設けられている。この操作ツマミ６６２は、装置本体６０１外部から移動部材６５３の移動を操作するものである。
【００６７】
このような投影光学系切換え部６４０は、図１５に示すように操作ツマミ６６２をｄ方向に押し込みボールプランジャー６５８が図示ｄ位置の溝部６５９に嵌め込まれた状態で、ミラー６４９を光路中に挿入し、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌの方向を第２の投影光学系６４２側に切換え、また、操作ツマミ６６２をｅ方向に引き出し、ボールプランジャー６５８が図示ｅ位置の溝部６５９に嵌め込まれた状態で、ミラー６４９を光路から外し、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌの方向を第１の投影光学系６４１側に切換えるようになっている。
【００６８】
一方、投影光路切換え部６４５は、装置本体６０１の膨出部６０１ｂ内に配置されており、図１４に示すように偏向手段としてのミラー６６４と、ミラー６６４を保持し直線的に移動可能にしたガイド部６６５と、投影光路切換え操作を行なう操作部６６６を有している。ミラー６６４は、光学部材６４４を通過したアフォーカル状態の光束を実体顕微鏡７の右側光路ＬＲの方向に偏向させるように設けられている。ガイド部６６５は、ミラー６６４を保持し移動可能に支持する移動部材６６７と、移動部材６６７を直線的に移動させるガイド枠６６８とを有している。移動部材６６７は、第１の投影光学系６４１を通過した光束Ｌが実体顕微鏡７の右側光路ＬＲの方向に向きを変えるような角度でミラー６６４を保持している。また、ガイド枠６６８は、装置本体６０１に固定されている。ガイド枠６６８の側壁と移動部材６６７の両端には、それぞれガイド溝６６９，６７０が形成され、これらガイド溝６６９、６７０との間にボール６７１が介挿され、このボール６７１によって移動部材６６７がスムーズに直線移動できるようになっている。移動部材６６７には、ボールプランジャー６７２が埋め込まれている。また、ガイド枠６６８には、ボールプランジャー６７２に対応して溝部６７３が形成されている。これにより、ボールプランジャー６７２が溝部６７３に嵌め込まれた状態で移動部材６６７が位置決め可能になっている。この場合、溝部６７３は、図１５で述べたと同様に移動部材６６７の移動方向に沿って複数箇所、例えば２個所形成されている。また、図示しないがガイド枠６６８から移動部材６６７の脱落を防止するための規制ピンも設けられている。操作部６６６は、図１３に示すように先端部を移動部材６６７に固定された連結棒６７４を有している。この連結棒６７４は、装置本体６０１を貫通して外部まで突出して設けられている。また、連結棒６７４は、基端部に操作ツマミ６７５が設けられている。この操作ツマミ６７５は、装置本体６０１外部から移動部材６６７の移動を操作するものである。
【００６９】
このような投影光路切換え部６４５は、図１３に示すように操作ツマミ６７５がｆ方向に押し込まれ、ボールプランジャー６７２が図示ｆ点の溝部６７３に嵌め込まれた状態で、ミラー６６４を第１の投影光学系６４１の光路に挿入しアフォーカル状態の光束を実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに導くように切換え、また、操作ツマミ６７５がｇ方向に引き出され、ボールプランジャー６７２が図示ｇ点の溝部６５９に嵌め込まれた状態で、ミラー６６４を光路から外すように切換えるようにしている。
【００７０】
次に、このように構成された３次元形状測定装置の作用について説明する。
【００７１】
この場合も、まず、図１０に示す焦準装置５の焦準ハンドル５０５を操作して移動部材５０３をガイド部５０４に沿って上下動させ、標本３に対するピント合わせを行なう。また、光源装置８の光量調整ツマミ８１を操作して、不図示の光源からの光束の光量を最適に調整する。
【００７２】
この状態で、光源装置８から発せられた光束は、ライトガイド９０１の出射端９０２から導入部６０３に導かれ、照明光学系のレンズ群６０９を通して光学変調部６０６に入射し、光学変調素子６０５の格子パターン６０４に照明される。格子パターン６０４を通過した光束Ｌは、投影光学系切換え部６４０に入射する。
【００７３】
この状態で、図１５に示すように操作ツマミ６６２をｄ方向に押し込むと、移動部材６５３（ミラー６６４）はガイド枠６５４に沿って移動し、ボールプランジャー６５８が図示ｄ点の溝部６５９に嵌め込まれた状態で位置決めされる。このとき、規制ピン６６０と移動部材６５３側面との接触により、溝部６５９を乗り越えてさらに移動することができないようになっている。また、操作ツマミ６６２をｅ方向に引き出すと、移動部材６５３（ミラー６６４）はガイド枠６５４に沿って移動し、ボールプランジャー６５８が図示ｅ点の溝部６５９に嵌め込まれた状態で位置決めされる。このときも、規制ピン６６０と移動部材６５３側面との接触により、溝部６５９を乗り越えてさらに移動することができないようになっている。
【００７４】
いま、投影光学系切換え部６４０の操作ツマミ６６２をｅ方向に引き出し、ミラー６６４をｅ点に移動すると、格子パターン６０４を通過した光束Ｌは、第１の投影光学系６４１側に入射し、対物レンズ６４３でアフォーカル状態になるとともに、光学部材６４４によって光束の進行方向を変えられて投影光路切換え部６４５に入射する。投影光路切換え部６４５は、投影光学系切換え部６４０と同様に作用し、図１３に示すように操作ツマミ６７５をｆ方向に押し込むと、ミラー６６４が第１の投影光学系６４１の光路に挿入され、アフォーカル状態の光束を実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに導くように切換え（図示ｆ位置）、また、操作ツマミ６７５をｇ方向に引き出すと、ミラー６６４が第１の投影光学系６４１の光路から外れ、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲからも外れる（図示ｇ位置）。
【００７５】
これにより、投影光路切換え部６４５の操作ツマミ６７５をｆ方向に押し込み、ミラー６６４をｆ位置に移動すると、対物レンズ６４３からのアフォーカル状態の光束は、ミラー６６４で反射され実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに入射する。この場合、ミラー６６４で反射された光束は、図１４に示す丸オスアリ６０１ｃの開口穴６０１ｃ１を通過して右側光路ＬＲに入り、ズーム鏡筒本体７０１、対物レンズ７０３を通って集光され、撮像光軸すなわち左側光路ＬＬに対してθ１の角度をもって標本３面上に格子パターン像１０として形成される。この場合、実体顕微鏡７のズームハンドル７０２を操作して倍率を挙げれば、ズーム鏡筒本体７０１の作用により縮小投影された格子パターン像１０が標本３上に投影される。また、投影光路切換え部６４５の操作ツマミ６７５をｇ方向に引き出し、ミラー６６４をｇ位置に移動すると、ミラー６６４が第１の投影光学系６４１の光路から外れ、対物レンズ６４３からのアフォーカル状態の光束は、ミラー６６４で反射されないため、標本３には、格子パターン像１０が投影されず、接眼レンズ７０６を通した標本３の目視観察が可能になる。
【００７６】
一方、図１５に示すように投影光学系切換え部６４０の操作ツマミ６６２をｄ方向に押し込み、ミラー６６４を光路上のｄ位置に移動すると、光学変調素子６０５を通過した光束Ｌは、今度は、第２の投影光学系６４２側に入射する。第２の投影光学系６４２に入射した光束は、集光光学系６４６呼び光学部材６４８を通って集光光学系６４７に入射し、実体顕微鏡７の撮像光軸の左側光路ＬＬに対してθ２の角度で格子パターン像を標本３に投影させる。
【００７７】
この場合も、位相シフト法で高さ換算するためには、図９に示すように格子パターン６０４の投影光軸Ａが実体顕微鏡７側の撮像光軸Ｂ（左側光路ＬＬ）に対してθだけ傾いた状態で、この投影光軸Ａの傾き方向に濃淡パターンが変化するように投影されている。
【００７８】
標本３上の格子パターン像１０は、第１の実施の形態で述べたのと同様に、実体顕微鏡７の対物レンズ７０３を通り左側光路ＬＬを通過して３眼鏡筒７０４の結像レンズ７１３によって集光される。この場合、３眼鏡筒７０４の切換え用ツマミ７１４を操作し光路切換え用ミラー７１１、７１２を移動させて光路ＬＬをＴＶカメラ７０７側に切替えれば、結像レンズ７１３で集光される格子パターン像１０は、ＴＶカメラ７０７の不図示の撮像素子で結像し、ケーブル７０８を通して画像処理装置７０９に取り込まれ、モニタ７１０上に測定結果として表示される。
【００７９】
なお、この第２の実施の形態についても、投影光縣切換え部６４０と投影光路切換え部６４５は、いずれも手動式になっているが、電動式のものであってもよい。また、投影光縣切換え部６４０のガイド部６５０及び投影光路切換え部６４５のガイド部６６５は、上述した構成や機構に限定されるものではない。さらに、レンズ群６０９で構成される照明光学系や第１及び第２の投影光学系６４１、６４２の配置なども上述した配置に限定されるものでない。
【００８０】
したがって、このようにすれば、格子パターン投影装置６は、投影光学系切換え部６４０により第１の投影光学系６４１と第２の投影光学系６４２を選択的に切換え可能とし、このうち一方の第１の投影光学系６４１により実体顕微鏡７内の右側光路ＬＲを通して格子パターン像を標本３に投影するようにしたので、標本３の影の低減に効果のある２方向投影に安価に対応することができる。また、第１の投影光学系６４１と第２の投影光学系６４２を切換え、つまり実体顕微鏡７の右側光路ＬＲを通しての格子パターン像の投影と実体顕微鏡７外部からの格子パターン像の投影の切換えは投影光学系切換え部６４０で行われ、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲに対する第１の投影光学系６４１の切換えは投影光路切換え部６４５で行われるが、これらの切換えはミラーのみを挿脱する構成で実現しているので、シンプルな機構で、価格的にも安価に対応できる。さらに、投影光路切換え部６４５による切換えにより標本３の形状測定と実体顕微鏡７による立体視観察にも簡単に対応できるため、数値による形状把握を必要としない場合は、目視確認のみで済ませることができるなど用途に応じて柔軟に使い分けが可能である。さらに、実体顕微鏡７の変倍又はズーム機能を組み合わせれば、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲからの投影では観察倍率に連動して格子パターン像の投影倍率が変化することから観察倍率を上げることで格子パターン像を縮小して標本３に投影するようにできる。このことは、格子パターン像が縮小投影されると、格子パターン像のピッチを小さくできるので、標本３上の微小部分を精度良く測定することができる。つまり、格子パターン６０４自体がピッチ不変なものであっても、実体顕微鏡７の右側光路ＬＲからの投影に切り換えて観察倍率を上げれば、格子パターン像が標本３に縮小して投影されるので、微小部分を高精度に測定することができる。また、２方向の投影によって得られた２つの画像を画像処理装置で合成処理すれば、影の影響の少ない高精度な測定を迅速に行なうこともできる。
【００８１】
(第３の実施の形態)
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図１６は、本発明の第３の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置の右側面(全体図)を示すものである。この第３の実施の形態では、格子パターン投影装置６以外の構成は、第２の実施の形態と同様であり、これらは第２の実施の形態と同一部分には、同符号を付して説明を省略する。
【００８２】
この場合、格子パターン投影装置６は、第２の実施の形態の第２の投影光学系６４２と異なる第２の投影光学系６８０が用いられている。この第２の投影光学系６８０は、第１の実施の形態で述べた投影光学系６１１と同様な構成になっている。このため、第２の投影光学系６８０は、投影光学系６１１と同一部分には、同符号を付している。
【００８３】
なお、新たな第２の投影光学系６８０を用いることで、装置本体６０１は、第２の投影光学系６８０を収容するのに最適な形状になっている 。
【００８４】
このようにすれば、第１の投影光学系６４１では、第２の実施の形態と同様の作用を得られ、第２の投影光学系６８０では、第１の実施の形態の投影光学系６１１と同様な作用を得られることになる。これにより、第３の実施の形態によれば、全体として第２の実施の形態と同様の効果を得られるとともに、第２の投影光学系６８０についても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示す右側面図(全体図)。
【図２】第１の実施形態の３次元形状測定装置を示す正面図(全体図)。
【図３】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる格子パターン投影装置の右側面図。
【図４】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる格子パターン投影装置の一部断面図。
【図５】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影角度切換え部の一部断面図。
【図６】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影角度切換え部の一部断面図。
【図７】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影角度切換え部を作用を説明するための図。
【図８】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影角度切換え部を作用を説明するための図。
【図９】第１の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる標本に投影された格子パターンの状態例を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示す右側面図(全体図)。
【図１１】第２の実施形態の３次元形状測定装置を示す正面図(全体図)。
【図１２】第２の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる格子パターン投影装置の一部断面図。
【図１３】第２の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる格子パターン投影装置の上面図。
【図１４】第２の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる投影光路切換え部の一部断面図。
【図１５】第２の実施形態の３次元形状測定装置に用いられる光学系切換え部の断面図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係わる格子パターン投影法を採用した３次元形状測定装置を示す右側面図(全体図)。
【符号の説明】
【００８７】
１…基台、２…ステージ、３…標本
３ａ…突出部、４…支柱、５…焦準装置
５０１…装置本体、５０２…固定ハンドル
５０３…移動部材、５０４…ガイド部
５０５…焦準ハンドル、５０６…ビス
６…格子パターン投影装置、６０１…装置本体
６０１ａ…開口穴、６０１ｂ…膨出部
６０１ｃ…丸オスアリ、６０１ｄ…丸メスアリ
６０１ｃ１．６０１ｄ１…開口穴、６０１ｅ…凹部
６０１ｆ、６０１ｇ…開口穴、６０２…スライドオスアリ
６０３…導入部、６０４…格子パターン
６０５…光学変調素子、６０６…光学変調部
６０７…挿入穴、６０８…固定ネジ、６０９…レンズ群
６１０…駆動源、６１１…投影光学系
６１２…対物レンズ、６１３．６１４…反射ミラー
６１５…投影角度切換え部、６１６…結像レンズ
６１７…ミラー、６１８…ガイド部
６１９…操作部、６２０…保持枠
６２１，６２２…絞り、６２３…移動部材
６２４…ガイド枠、６２５．６２６…ガイド溝
６２７…ボール、６２８…ボールプランジャー
６２９…溝部、６３０…規制ピン、６３１…連結棒
６３２…操作ツマミ、６３３…遮光板、６３４…指標
６３５…レンズ枠、６３５ａ…開口穴、６３７…ビス
６４１…第１の投影光学系、６４２…第２の投影光学系
６４３…対物レンズ、６４４…光学部材
６４６．６４７…集光光学系、６４８…光学部材
６４９…ミラー、６５０…ガイド部
６５２…操作部、６５３…移動部材、６５４…ガイド枠
６５５．６５６…ガイド溝、６５７…ボール
６５８…ボールプランジャー、６５９…溝部
６６０…規制ピン、６６１…連結棒、６６２…操作ツマミ
６６４…ミラー、６６５…ガイド部、６６６…操作部
６６７…移動部材、６６８…ガイド枠、６６９．６７０…ガイド溝
６７１…ボール、６７２…ボールプランジャー
６７３…溝部、６７４…連結棒、６７５…操作ツマミ
６８０…第２の投影光学系、７…実体顕微鏡
７０１…ズーム鏡筒本体、７０２…ズームハンドル
７０３…対物レンズ、７０４…３眼鏡筒
７０５、７０５ａ、７０５ｂ…ビス
７０６…接眼レンズ、７０７…ＴＶカメラ
７０８…ケーブル、７０９…画像処理装置
７１０…モニタ、７１１．７１２…光路切換え用用ミラー
７１３…結像レンズ、７１４…切換え用ツマミ
７１５…観察光学系、８…光源装置
８１…光量調整ツマミ、９０１…ライトガイド
９０２…出射端、１０…格子パターン像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
格子パターンを有する光学変調手段と、前記光源からの光が前記光学変調手段を介することで形成される格子パターン像を被測定物に投影する投影手段と、前記被測定物に対して投影される格子パターン像の投影角度を可変する投影角可変手段とを有する格子パターン投影部と、
前記被測定物及び前記格子バターン像を観察するための観察光学系を有した観察部と、
を備えることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
前記投影手段は、
前記光学変調手段により形成された格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、
前記アフォーカル光束を結像させ、前記被測定物上に格子パターン像を形成する集光光学素子と
を備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状測定装置。
【請求項３】
前記観察部は、前記被測定物上で所定の内向角度をもって交差する二つの観察光路を有し、前記被測定物及び前記被測定物に投影された格子パターン像を観察する実体顕微鏡であることを特徴とする請求項１記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
前記投影手段は、前記アフォーカル光束を前記集光光学素子の光軸方向に沿って前記集光光学素子に導く光学部材を有することを特徴とする請求項２記載の３次元形状測定装置。
【請求項５】
前記投影角可変手段は、前記集光光学系に導かれる前記アフォーカル光束が、前記集光光学素子の光軸に垂直な方向に沿って平行移動するように前記光学部材を移動させる移動機溝を備えることを特徴とする請求項４記載の３次元形状測定装置。
【請求項６】
前記投影手段は、前記光学変調手段を介した光束を、前記実体顕微鏡の一方の観察光路に導いて前記被測定物上に投影する第１の投影光学系と、前記光学変調手段により形成された格子パターン像を前記実体顕微鏡の外部から前記被測定物上に投影する第２の投影光学系を有し、前記投影角可変手段は、前記光学変調手段を介した光束を前記第１の投影光学系又は前記第２の投影光学系のいずれか一方に導く光路切換え手段を有することを特徴とする請求項３記載の３次元形状測定装置。
【請求項７】
前記第１の投影光学系は、前記格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を前記実体顕徴鏡の一方の観察光路に入射させる反射部材を有することを特徴とする請求項６記載の３次元形状測定装置。
【請求項８】
前記第２の投影光学系は、前記光学変調手段により形成された格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を結像させて前記被測定物上に格子パターン像を形成する集光光学素子と、前記アフォーカル光束を前記集光光学素子の光軸方向に沿って導くように設けられた光学部材とを有し、
前記投影角度可変手段は、前記アフォーカル光束を前記集光光挙素子の光軸に垂直な方向に沿って平行移動するように前記光学部材を移動させる移動機構とを有することを特徴とする請求項６記載の３次元形状測定装置。
【請求項９】
直立して設けられる支柱に沿って移動可能に設けられる焦準装置と、
前記焦準装置とともに移動可能に設けられ、光源からの光路上に配置されたスリット状の格子パターンを有する光学変調手段と、前記光学変調手段より形成される格子パターン像を標本に対し所定角度傾けて投影する投影光学系とを有するユニット化された格子パターン投影装置と、
前記格子パターン投影装置を介して前記焦準装置に設けられ、前記標本に投影された格子パターン像を対物レンズを介して観察する観察手段を有する顕微鏡と、
前記観察手段で観察される前記格子パターン像を撮像する撮像手段と、
を有し、前記標本に対する前記格子パターン像の投影角度を調整可能であることを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項１】
光源と、
格子パターンを有する光学変調手段と、前記光源からの光が前記光学変調手段を介することで形成される格子パターン像を被測定物に投影する投影手段と、前記被測定物に対して投影される格子パターン像の投影角度を可変する投影角可変手段とを有する格子パターン投影部と、
前記被測定物及び前記格子バターン像を観察するための観察光学系を有した観察部と、
を備えることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
前記投影手段は、
前記光学変調手段により形成された格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、
前記アフォーカル光束を結像させ、前記被測定物上に格子パターン像を形成する集光光学素子と
を備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状測定装置。
【請求項３】
前記観察部は、前記被測定物上で所定の内向角度をもって交差する二つの観察光路を有し、前記被測定物及び前記被測定物に投影された格子パターン像を観察する実体顕微鏡であることを特徴とする請求項１記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
前記投影手段は、前記アフォーカル光束を前記集光光学素子の光軸方向に沿って前記集光光学素子に導く光学部材を有することを特徴とする請求項２記載の３次元形状測定装置。
【請求項５】
前記投影角可変手段は、前記集光光学系に導かれる前記アフォーカル光束が、前記集光光学素子の光軸に垂直な方向に沿って平行移動するように前記光学部材を移動させる移動機溝を備えることを特徴とする請求項４記載の３次元形状測定装置。
【請求項６】
前記投影手段は、前記光学変調手段を介した光束を、前記実体顕微鏡の一方の観察光路に導いて前記被測定物上に投影する第１の投影光学系と、前記光学変調手段により形成された格子パターン像を前記実体顕微鏡の外部から前記被測定物上に投影する第２の投影光学系を有し、前記投影角可変手段は、前記光学変調手段を介した光束を前記第１の投影光学系又は前記第２の投影光学系のいずれか一方に導く光路切換え手段を有することを特徴とする請求項３記載の３次元形状測定装置。
【請求項７】
前記第１の投影光学系は、前記格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を前記実体顕徴鏡の一方の観察光路に入射させる反射部材を有することを特徴とする請求項６記載の３次元形状測定装置。
【請求項８】
前記第２の投影光学系は、前記光学変調手段により形成された格子パターン像の光束をアフォーカル状態にするアフォーカル光学素子と、前記アフォーカル光束を結像させて前記被測定物上に格子パターン像を形成する集光光学素子と、前記アフォーカル光束を前記集光光学素子の光軸方向に沿って導くように設けられた光学部材とを有し、
前記投影角度可変手段は、前記アフォーカル光束を前記集光光挙素子の光軸に垂直な方向に沿って平行移動するように前記光学部材を移動させる移動機構とを有することを特徴とする請求項６記載の３次元形状測定装置。
【請求項９】
直立して設けられる支柱に沿って移動可能に設けられる焦準装置と、
前記焦準装置とともに移動可能に設けられ、光源からの光路上に配置されたスリット状の格子パターンを有する光学変調手段と、前記光学変調手段より形成される格子パターン像を標本に対し所定角度傾けて投影する投影光学系とを有するユニット化された格子パターン投影装置と、
前記格子パターン投影装置を介して前記焦準装置に設けられ、前記標本に投影された格子パターン像を対物レンズを介して観察する観察手段を有する顕微鏡と、
前記観察手段で観察される前記格子パターン像を撮像する撮像手段と、
を有し、前記標本に対する前記格子パターン像の投影角度を調整可能であることを特徴とする３次元形状計測装置。
【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２００７−８５７５３（Ｐ２００７−８５７５３Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７１７６１（Ｐ２００５−２７１７６１）
【出願日】平成１７年９月２０日（２００５．９．２０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２０日（２００５．９．２０）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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