(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023020888
(43)【公開日】2023-02-09
(54)【発明の名称】クロマティックレンジセンサーシステム
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20230202BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】24
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022086728
(22)【出願日】2022-05-27
(31)【優先権主張番号】17/389,013
(32)【優先日】2021-07-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
(74)【代理人】
【識別番号】100092901
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 祐司
(74)【代理人】
【識別番号】100188260
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 愼二
(72)【発明者】
【氏名】ノーマン ラマン
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA02
2F065AA06
2F065FF04
2F065FF10
2F065GG07
2F065GG23
2F065GG24
2F065JJ26
2F065LL02
2F065LL04
2F065LL21
2F065LL30
2F065LL67
2F065QQ23
2F065QQ24
2F065QQ29
2F065SS02
(57)【要約】
【課題】ガイド光として使用可能な、測定スポットを含むワーク表面の合焦画像を提供できるクロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システムを提供する。
【解決手段】ＣＲＳシステムは、軸上色分散を付与する色分散レンズ配置、及び、ワーク表面からの反射光を受光して測定部分及び画像化部分に分割するように配置された反射光分割構成（例えばビームスプリッター）を有する光学ペンを含む。光学ペンは狭帯域スペクトルフィルター及びカメラを含む。該ＣＲＳシステムは、光学ペンからワーク表面までの距離を測定し、かつ、該距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整するように設けられる処理部を含んでいる。
【選択図】 図１
【解決手段】ＣＲＳシステムは、軸上色分散を付与する色分散レンズ配置、及び、ワーク表面からの反射光を受光して測定部分及び画像化部分に分割するように配置された反射光分割構成（例えばビームスプリッター）を有する光学ペンを含む。光学ペンは狭帯域スペクトルフィルター及びカメラを含む。該ＣＲＳシステムは、光学ペンからワーク表面までの距離を測定し、かつ、該距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整するように設けられる処理部を含んでいる。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象のワーク表面の合焦画像を提供可能なクロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システムであって、前記合焦画像は、前記ワーク表面上に形成される測定スポットを含み、該ＣＲＳシステムは、
（ａ）光学ペンと、
ここで該光学ペンは、
筐体と、
測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、
該クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、ここで該色分散レンズ配置は、
前記測定光路に含められ、
光を受光し、前記ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられ、該軸上色分散によって、異なる波長光が、前記ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結び、及び、
前記ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも該反射光の一部を前記測定光路に沿って前記ファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられ、
前記色分散レンズ配置からの前記反射光を受光し、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するための反射光分割構成と、
前記反射光のうちの前記画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、
カメラ画像を生成するために前記反射光のうちの前記狭帯域スペクトルフィルターを透過した前記画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含み、
（ｂ）前記光学ペンに入力するための多波長第１光を発生するように設けられる第１光源と、
（ｃ）該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを備え、前記反射光のうちの前記測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられるＣＲＳ波長検出器と、
（ｄ）前記光学ペンから前記ワーク表面までの距離を測定するために前記出力スペクトルプロファイルデータを処理するように設けられ、前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離が、前記狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化された前記ワーク表面が合焦するような合焦距離と一致するように、調整を実行するように設けられる処理部と、を備え、
ここで、前記調整後に前記狭帯域スペクトルフィルターを透過しない光は非合焦光を含むことを特徴とするＣＲＳシステム。
（ａ）光学ペンと、
ここで該光学ペンは、
筐体と、
測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、
該クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、ここで該色分散レンズ配置は、
前記測定光路に含められ、
光を受光し、前記ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられ、該軸上色分散によって、異なる波長光が、前記ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結び、及び、
前記ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも該反射光の一部を前記測定光路に沿って前記ファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられ、
前記色分散レンズ配置からの前記反射光を受光し、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するための反射光分割構成と、
前記反射光のうちの前記画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、
カメラ画像を生成するために前記反射光のうちの前記狭帯域スペクトルフィルターを透過した前記画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含み、
（ｂ）前記光学ペンに入力するための多波長第１光を発生するように設けられる第１光源と、
（ｃ）該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを備え、前記反射光のうちの前記測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられるＣＲＳ波長検出器と、
（ｄ）前記光学ペンから前記ワーク表面までの距離を測定するために前記出力スペクトルプロファイルデータを処理するように設けられ、前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離が、前記狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化された前記ワーク表面が合焦するような合焦距離と一致するように、調整を実行するように設けられる処理部と、を備え、
ここで、前記調整後に前記狭帯域スペクトルフィルターを透過しない光は非合焦光を含むことを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項2】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記処理部による前記調整後、対応するカメラ画像は、合焦状態の前記ワーク表面上の前記測定スポットを備え、
該測定スポットは、前記ファイバーアパーチャーから出力されて前記ワーク表面を反射する前記第１光源からの第１光からなる前記反射光のうちの前記画像化部分の一部によって形成されることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記処理部による前記調整後、対応するカメラ画像は、合焦状態の前記ワーク表面上の前記測定スポットを備え、
該測定スポットは、前記ファイバーアパーチャーから出力されて前記ワーク表面を反射する前記第１光源からの第１光からなる前記反射光のうちの前記画像化部分の一部によって形成されることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項3】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、更に、
前記色分散レンズ配置に入力される第２光を発生する第２光源を備え、
前記画像化部分は、前記ワーク表面を反射した前記第２光の前記反射光を含むことを特徴とするＣＲＳシステム。
前記色分散レンズ配置に入力される第２光を発生する第２光源を備え、
前記画像化部分は、前記ワーク表面を反射した前記第２光の前記反射光を含むことを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項4】
請求項３記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記第２光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記第２光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項5】
請求項３記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅は、前記第２光源のスペクトル帯域幅の範囲内であることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅は、前記第２光源のスペクトル帯域幅の範囲内であることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項6】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記狭帯域スペクトルフィルターは、１０ナノメートル未満のスペクトル帯域幅を有することを特徴とするＣＲＳシステム。
前記狭帯域スペクトルフィルターは、１０ナノメートル未満のスペクトル帯域幅を有することを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項7】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記狭帯域スペクトルフィルターは、５ナノメートル未満のスペクトル帯域幅を有することを特徴とするＣＲＳシステム。
前記狭帯域スペクトルフィルターは、５ナノメートル未満のスペクトル帯域幅を有することを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項8】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅が、前記ファイバーアパーチャーを介して前記入出力光ファイバーに戻るように結合された前記反射光のスペクトル帯域幅の２倍以下になるように、該狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅を、前記入出力光ファイバーに戻るように結合された前記反射光のスペクトル帯域幅と同様にしていることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅が、前記ファイバーアパーチャーを介して前記入出力光ファイバーに戻るように結合された前記反射光のスペクトル帯域幅の２倍以下になるように、該狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅を、前記入出力光ファイバーに戻るように結合された前記反射光のスペクトル帯域幅と同様にしていることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項9】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記狭帯域スペクトルフィルターは、前記ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央部と一致する中心波長を有することを特徴とするＣＲＳシステム。
前記狭帯域スペクトルフィルターは、前記ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央部と一致する中心波長を有することを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項10】
請求項１記載のＣＲＳシステムは、更に、前記カメラ画像を表示するスクリーン部を備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項11】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記処理部は、前記反射光のうちの前記測定部分に基づいて前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離を測定する測定モードと、前記反射光のうちの前記画像化部分に基づいて前記ワーク表面の前記カメラ画像を生成するガイド光モードと、を含む複数のモードで動作するように構成され、
前記カメラ画像は、前記ガイド光として利用されるように設けられる測定スポットを含んでいることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記処理部は、前記反射光のうちの前記測定部分に基づいて前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離を測定する測定モードと、前記反射光のうちの前記画像化部分に基づいて前記ワーク表面の前記カメラ画像を生成するガイド光モードと、を含む複数のモードで動作するように構成され、
前記カメラ画像は、前記ガイド光として利用されるように設けられる測定スポットを含んでいることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項12】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記処理部によって実行される前記調整は、前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離を前記合焦距離と一致させることを備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記処理部によって実行される前記調整は、前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離を前記合焦距離と一致させることを備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項13】
請求項１２記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記調整は、前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離を調整するために移動制御装置を利用することを備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記調整は、前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離を調整するために移動制御装置を利用することを備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項14】
請求項１３記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記移動制御装置は、前記光学ペンと結合しているマシンビジョン検査システムの一部であることを備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記移動制御装置は、前記光学ペンと結合しているマシンビジョン検査システムの一部であることを備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項15】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記反射光分割構成はビームスプリッターを備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記反射光分割構成はビームスプリッターを備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項16】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記測定部分と前記画像化部分の比率は、少なくとも５対１であることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記測定部分と前記画像化部分の比率は、少なくとも５対１であることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項17】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記反射光のうちの前記測定部分の少なくとも一部と、前記反射光のうちの前記画像化部分の少なくとも一部とは、互いに平行に伝搬することを特徴とするＣＲＳシステム。
前記反射光のうちの前記測定部分の少なくとも一部と、前記反射光のうちの前記画像化部分の少なくとも一部とは、互いに平行に伝搬することを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項18】
請求項１記載のＣＲＳシステムにおいて、
前記反射光のうちの前記測定部分および前記画像化部分は、前記反射光分割構成による分割後、２つの異なる光軸に沿って伸びることを特徴とするＣＲＳシステム。
前記反射光のうちの前記測定部分および前記画像化部分は、前記反射光分割構成による分割後、２つの異なる光軸に沿って伸びることを特徴とするＣＲＳシステム。
【請求項19】
測定スポットを含む測定対象のワーク表面の合焦画像を提供するクロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システムの動作方法であって、
該ＣＲＳシステムは、
（ａ）光学ペンと、
ここで該光学ペンは、
筐体と、
測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、
該クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、ここで該レンズ配置は、
前記測定光路に含められ、
光を受光し、前記ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられ、該軸上色分散によって、異なる波長光が、前記ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結び、及び、
前記ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも該反射光の一部を前記測定光路に沿って前記ファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられ、
前記色分散レンズ配置からの前記反射光を受光し、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するように配置された反射光分割構成と、
前記反射光のうちの前記画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、
カメラ画像を生成するために前記反射光のうちの前記狭帯域スペクトルフィルターを透過した前記画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含み、
（ｂ）前記光学ペンに入力するための多波長第１光を発生するように設けられる第１光源と、
（ｃ）該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを備え、前記反射光のうちの前記測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられているＣＲＳ波長検出器と、を含み、
該動作方法は、
前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて前記光学ペンから前記ワーク表面までの距離を測定するために前記ＣＲＳシステムを動作させるステップと、
前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離が、前記狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化された前記ワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整を実行するステップと、
前記測定スポットを含む前記ワーク表面のカメラ画像を表示するステップと、
を備えることを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
該ＣＲＳシステムは、
（ａ）光学ペンと、
ここで該光学ペンは、
筐体と、
測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、
該クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、ここで該レンズ配置は、
前記測定光路に含められ、
光を受光し、前記ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられ、該軸上色分散によって、異なる波長光が、前記ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結び、及び、
前記ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも該反射光の一部を前記測定光路に沿って前記ファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられ、
前記色分散レンズ配置からの前記反射光を受光し、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するように配置された反射光分割構成と、
前記反射光のうちの前記画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、
カメラ画像を生成するために前記反射光のうちの前記狭帯域スペクトルフィルターを透過した前記画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含み、
（ｂ）前記光学ペンに入力するための多波長第１光を発生するように設けられる第１光源と、
（ｃ）該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを備え、前記反射光のうちの前記測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられているＣＲＳ波長検出器と、を含み、
該動作方法は、
前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて前記光学ペンから前記ワーク表面までの距離を測定するために前記ＣＲＳシステムを動作させるステップと、
前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離が、前記狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化された前記ワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整を実行するステップと、
前記測定スポットを含む前記ワーク表面のカメラ画像を表示するステップと、
を備えることを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
【請求項20】
請求項１９記載のＣＲＳシステムの動作方法は、更に、
前記色分散レンズ配置に入力される第２光で前記ワーク表面を照射するステップを備え、
前記第２光は、前記狭帯域スペクトルフィルターの前記スペクトル帯域幅の範囲内である波長光を含み、前記画像化部分は、前記ワーク表面の画像化のために利用される前記第２光の反射光を含むことを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
前記色分散レンズ配置に入力される第２光で前記ワーク表面を照射するステップを備え、
前記第２光は、前記狭帯域スペクトルフィルターの前記スペクトル帯域幅の範囲内である波長光を含み、前記画像化部分は、前記ワーク表面の画像化のために利用される前記第２光の反射光を含むことを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
【請求項21】
請求項２０記載のＣＲＳシステムの動作方法において、
前記画像化部分は、更に、前記測定スポットを画像化するための前記第１光の反射光を含み、
前記カメラ画像は、前記ワーク表面の画像、及び、前記ワーク表面上の前記測定スポットの画像を含むことを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
前記画像化部分は、更に、前記測定スポットを画像化するための前記第１光の反射光を含み、
前記カメラ画像は、前記ワーク表面の画像、及び、前記ワーク表面上の前記測定スポットの画像を含むことを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
【請求項22】
請求項１９記載のＣＲＳシステムの動作方法において、
前記狭帯域スペクトルフィルターは、前記ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央部と一致する中心波長を有することを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
前記狭帯域スペクトルフィルターは、前記ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央部と一致する中心波長を有することを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
【請求項23】
請求項１９記載のＣＲＳシステムの動作方法は、更に、
移動制御装置を含んでいるマシンビジョン検査システムに前記ＣＲＳシステムを結合するステップと、
前記マシンビジョン検査システムの一部として前記ＣＲＳシステムを動作させるステップと、を備え、
前記調整は、前記マシンビジョン検査システムの前記移動制御装置を利用して、前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離を、前記狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化された前記ワーク表面が合焦するような前記合焦距離と、一致させることを備えることを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
移動制御装置を含んでいるマシンビジョン検査システムに前記ＣＲＳシステムを結合するステップと、
前記マシンビジョン検査システムの一部として前記ＣＲＳシステムを動作させるステップと、を備え、
前記調整は、前記マシンビジョン検査システムの前記移動制御装置を利用して、前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離を、前記狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化された前記ワーク表面が合焦するような前記合焦距離と、一致させることを備えることを特徴とするＣＲＳシステムの動作方法。
【請求項24】
測定対象のワーク表面の合焦画像を提供可能なクロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システムであって、前記合焦画像は、前記ワーク表面上に形成される測定スポットを含み、該ＣＲＳシステムは、
（ａ）光学ペンと、
ここで該光学ペンは、
筐体と、
測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、
該クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、ここで該色分散レンズ配置は、
前記測定光路に含められ、
光を受光し、前記ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられ、該軸上色分散によって、異なる波長光が、前記ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結び、及び、
前記ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも該反射光の一部を前記測定光路に沿って前記ファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられ、
前記色分散レンズ配置からの前記反射光を受光して、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するように配置された反射光分割構成と、
前記反射光のうちの前記画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、
カメラ画像を生成するために前記反射光のうちの前記狭帯域スペクトルフィルターを透過した前記画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含み、
（ｂ）前記光学ペンに入力するための多波長第１光を発生するように設けられる第１光源と、
（ｃ）該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを備え、前記反射光のうちの前記測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられるＣＲＳ波長検出器と、
（ｄ）１以上の処理器と、
（ｅ）前記１以上の処理器に接続され、該１以上の処理器による実行によって、該１以上の処理器が少なくとも、
前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて前記光学ペンから前記ワーク表面までの距離を測定するために前記ＣＲＳシステムを動作させる処理と、
前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離が、前記狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化された前記ワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整する処理と、
前記測定スポットを含む前記ワーク表面の前記カメラ画像を表示する処理をするように構成されたプログラム命令を記憶している記憶部と、
を備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
（ａ）光学ペンと、
ここで該光学ペンは、
筐体と、
測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、
該クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、ここで該色分散レンズ配置は、
前記測定光路に含められ、
光を受光し、前記ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられ、該軸上色分散によって、異なる波長光が、前記ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結び、及び、
前記ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも該反射光の一部を前記測定光路に沿って前記ファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられ、
前記色分散レンズ配置からの前記反射光を受光して、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するように配置された反射光分割構成と、
前記反射光のうちの前記画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、
カメラ画像を生成するために前記反射光のうちの前記狭帯域スペクトルフィルターを透過した前記画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含み、
（ｂ）前記光学ペンに入力するための多波長第１光を発生するように設けられる第１光源と、
（ｃ）該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを備え、前記反射光のうちの前記測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられるＣＲＳ波長検出器と、
（ｄ）１以上の処理器と、
（ｅ）前記１以上の処理器に接続され、該１以上の処理器による実行によって、該１以上の処理器が少なくとも、
前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて前記光学ペンから前記ワーク表面までの距離を測定するために前記ＣＲＳシステムを動作させる処理と、
前記光学ペンから前記ワーク表面までの前記距離が、前記狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化された前記ワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整する処理と、
前記測定スポットを含む前記ワーク表面の前記カメラ画像を表示する処理をするように構成されたプログラム命令を記憶している記憶部と、
を備えることを特徴とするＣＲＳシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は精密測定機器に関し、特に、被測定ワーク表面及びその上に形成される測定スポットの合焦画像を提供可能なクロマティックレンジセンサー、及び、これらの用途に関する。
【背景技術】
【0002】
光学距離センサー（例えば、高さ、距離などのセンサー）にクロマティック共焦点技術を利用することが知られている。米国特許第７，８７６，４５６号公報に記載されているように、軸上色収差（ここでは、軸上又は長軸方向の色分散とも呼ぶ）を有する光学要素は、広帯域の光源光を合焦し、軸方向の焦点距離を波長によって変化させることに使われる。すなわち、一つの波長光だけが表面上で正確に合焦し、合焦要素に対するその表面高さ又は表面までの距離によって、どの波長光が最も良く合焦するかが決まる。表面の反射光は、ピンホール又は光ファイバー端部といった小さな検出アパーチャーで再び合焦する。表面を反射し、光学系を通って入出力ファイバーへ逆戻りする光のうち、表面で良く合焦した波長光だけが、そのアパーチャーでも良く合焦する。他の波長光は、どれもアパーチャーでの合焦が不完全であって、そのため、ファイバーへパワーをほとんどカップリングしない。従って、ファイバーを通って戻る光の信号レベルは、表面高さ又は表面までの距離に応じた波長で最大になる。分光器型の検出器は、波長毎の信号レベルを測定して表面高さを決定する。
【0003】
あるメーカーでは、上述のように動作し、産業用に適した実用的で小型のクロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システムを、クロマティックポイントセンサー（ＣＰＳ）又はクロマティックラインセンサー等と称している。このようなシステムに使用される小型の色分散光学アセンブリは、「光学ペン」又は「ペン」と称されている。光学ペンは、光ファイバーによってクロマティックレンジセンサーの電装部に接続される。電装部は第１光源を含み、この光源は、光をファイバーに伝送して光学ペンから出力させる。電装部は、また、戻り光を検出して解析する分光器を備える。戻り光は、波長分散強度プロファイルを形成し、分光器の検出器アレイによって受光される。波長分散強度プロファイルに応じたピクセルデータを解析して、（例えば、強度プロファイルのピーク又は重心によって示される）「主波長位置座標」を決定する。また、得られた（例えば、ピーク及び／又は重心の）ピクセル座標からルックアップテーブルを用いて、表面までの距離が決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第７，８７６，４５６号公報
【特許文献2】米国特許第７，４５４，０５３号公報
【特許文献3】米国特許第８，０８５，２９５号公報
【特許文献4】米国特許第７，３２４，６８２号公報
【特許文献5】米国特許出願公開２００５／００３１１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来のＣＲＳシステムには、該ＣＲＳシステムがワーク表面の正しい位置（すなわち、正しい位置までの距離）を測定するために、該ＣＲＳシステムに対してワーク表面が適切に配置されているかを、ユーザーが簡単に確認できるような手段が欠けていた。具体的には、ＣＲＳのレンズ構成は、異なる波長光を異なる距離で合焦させるというＣＲＳ測定動作には適しているが、まさにその理由により、画像化動作にはあまり適さない。すなわち、撮像カメラに戻ってくる様々な波長の光はそれぞれ異なった距離で合焦するので、焦点が合うのは様々な波長の内の１つの波長だけで殆どがぼやけ、不鮮明な画像が形成されてしまう。
【0006】
本発明の様々な態様の目的は、画像上に形成される測定スポットを含んでいるワーク表面の合焦画像を提供可能なＣＲＳシステムを構成することである。このようなＣＲＳシステムは、測定スポットの合焦画像を、ＣＲＳシステムの光学ペンに対するワーク表面の適切な配置状態を示す「ガイド光」として、ユーザーが視認できるようにして、このガイド光によって、該ＣＲＳシステムがワーク表面の正しい位置を測定していることのより直接的な保証をユーザーに与えることができる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様では、測定対象のワーク表面の合焦画像を提供可能なクロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システムが提供される。合焦画像は、ワーク表面上に形成される測定スポットを含む。該ＣＲＳシステムは、（ａ）光学ペン、（ｂ）第１光源、（ｃ）ＣＲＳ波長検出器、及び（ｄ）処理部を含んでいる。
【0008】
光学ペンは、筐体と、測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、を含む。該色分散レンズ配置は、測定光路に含められ、光を受光し、ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられる。この軸上色分散によって、異なる波長光が、ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結ぶ。また、該色分散レンズ配置は、ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも反射光の一部を測定光路に沿ってファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられている。
【0009】
光学ペンは、更に、上記の色分散レンズ配置からの反射光を受光して、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するように配置された反射光分割構成を含む。光学ペンは、また、反射光のうちの画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、カメラ画像を生成するために反射光のうちの狭帯域スペクトルフィルターを透過した画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含んでいる。
【0010】
第１光源は、光学ペンに入力するための多波長第１光を発生するように設けられる。
【0011】
ＣＲＳ波長検出器は、該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを備え、反射光のうちの測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられている。
【0012】
処理部は、光学ペンからワーク表面までの距離を測定するために出力スペクトルプロファイルデータを処理するように設けられ、また、光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と一致するように、調整と実行するように設けられている。ここで、調整後に、狭帯域スペクトルフィルターを透過しない光は、非合焦光を含んでいる。
【0013】
本発明の一態様では、請求項１のＣＲＳシステムにおいて処理部による調整の後、対応するカメラ画像は、合焦状態のワーク表面上の測定スポットを含んでいる。該測定スポットは、ファイバーアパーチャーから出力されてワーク表面を反射する第１光源からの第１光からなる反射光のうちの画像化部分の一部によって形成されている。
【0014】
本発明の他の態様では、ＣＲＳシステムは、更に、色分散レンズ配置に入力される第２光を発生する第２光源を含む。ここでの画像化部分は、ワーク表面を反射した第２光の反射光を含む。例えば、第２光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでいてもよい。例えば、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅は、第２光源のスペクトル帯域幅の範囲内である。
【0015】
本発明の他の態様では、狭帯域スペクトルフィルターは、１０ナノメートル未満のスペクトル帯域幅を有する。
【0016】
本発明の他の態様では、狭帯域スペクトルフィルターは、５ナノメートル未満のスペクトル帯域幅を有する。
【0017】
本発明の他の態様では、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅が、ファイバーアパーチャーを介して入出力光ファイバーに戻るように結合された反射光のスペクトル帯域幅の２倍以下になるように、該狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅を、入出力光ファイバーに戻るように結合された反射光のスペクトル帯域幅と同様にしている。
【0018】
本発明の他の態様では、狭帯域スペクトルフィルターは、ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央部と一致する中心波長を有する。
【0019】
本発明の他の態様では、ＣＲＳシステムは、更に、カメラ画像を表示するスクリーン部を備える。
【0020】
本発明の他の態様では、処理部は、反射光のうちの測定部分に基づいて光学ペンからワーク表面までの距離を測定する測定モードと、反射光のうちの画像化部分に基づいてワーク表面のカメラ画像を生成するガイド光モードと、を含む複数のモードで動作するように構成され、該カメラ画像は、ガイド光として利用されるように設けられる測定スポットを含んでいる。
【0021】
本発明の他の態様では、処理部によって実行される調整は、光学ペンからワーク表面までの距離を合焦距離と一致させることを備えている。例えば、この調整は、光学ペンからワーク表面までの距離を調整するために移動制御装置を利用することを備えている。この移動制御装置は、例えば、光学ペンと結合しているマシンビジョン検査システムの一部であってもよい。
【0022】
本発明の他の態様では、反射光分割構成は、ビームスプリッターを備えている。
【0023】
本発明の他の態様では、測定部分と画像化部分の比率は、少なくとも５対１である。
【0024】
本発明の他の態様では、反射光のうちの測定部分の少なくとも一部と、反射光のうちの画像化部分の少なくとも一部とは、互いに平行に伝搬する。
【0025】
本発明の他の態様では、反射光のうちの測定部分および画像化部分は、反射光分割構成による分割後、２つの異なる光軸に沿って伸びる。
【0026】
本発明の他の態様では、測定スポットを含む測定対象のワーク表面の合焦画像を提供するクロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システムの動作方法が提供される。該ＣＲＳシステムは、（ａ）光学ペン、（ｂ）光学ペンに入力される多波長第１光を発生するように設けられる第１光源、及び、（ｃ）ＣＲＳ波長検出器を含んでいる。
【0027】
光学ペンは、筐体と、測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、を含む。該色分散レンズ配置は、測定光路に含められ、光を受光し、ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられる。これによって異なる波長光が、ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結ぶ。また、該色分散レンズ配置は、ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも反射光の一部を測定光路に沿ってファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられている。
【0028】
光学ペンは、また、上記の色分散レンズ配置からの反射光を受光し、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するように配置された反射光分割構成を含む。光学ペンは、更に、反射光のうちの画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、カメラ画像を生成するために反射光のうちの狭帯域スペクトルフィルターを透過した画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含んでいる。
【0029】
ＣＲＳ波長検出器は、該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを含み、反射光のうちの測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられている。
【0030】
該動作方法は、以下のステップを含む。すなわち、
出力スペクトルプロファイルデータに基づいて光学ペンからワーク表面までの距離を測定するためにＣＲＳシステムを動作させるステップと、
光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整を実行するステップと、
測定スポットを含むワーク表面のカメラ画像を表示するステップと、を含む。
出力スペクトルプロファイルデータに基づいて光学ペンからワーク表面までの距離を測定するためにＣＲＳシステムを動作させるステップと、
光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整を実行するステップと、
測定スポットを含むワーク表面のカメラ画像を表示するステップと、を含む。
【0031】
本発明の他の態様では、該動作方法は、更に、色分散レンズ配置に入力される第２光でワーク表面を照射するステップを含む。ここで、第２光は、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅の範囲内である波長光を含む。ここで、画像化部分は、ワーク表面の画像化のために利用される第２光の反射光を含む。画像化部分は、更に、例えば、測定スポットを画像化するための第１光の反射光を含んでいてもよく、これによって、カメラ画像に、ワーク表面の画像、及び、ワーク表面上の測定スポットの画像が含まれる。
【0032】
本発明の一態様では、狭帯域スペクトルフィルターは、ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央部と一致する中心波長を有する。
【0033】
本発明の一態様では、該方法は、更に以下のステップを含む。すなわち、
移動制御装置を含んでいるマシンビジョン検査システムにＣＲＳシステムを結合するステップと、
マシンビジョン検査システムの一部としてＣＲＳシステムを動作させるステップと、を含む。
ここで、調整は、マシンビジョン検査システムの移動制御装置を利用して、光学ペンからワーク表面までの距離を、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致させることを備えている。
移動制御装置を含んでいるマシンビジョン検査システムにＣＲＳシステムを結合するステップと、
マシンビジョン検査システムの一部としてＣＲＳシステムを動作させるステップと、を含む。
ここで、調整は、マシンビジョン検査システムの移動制御装置を利用して、光学ペンからワーク表面までの距離を、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致させることを備えている。
【0034】
本発明の他の態様では、被測定ワーク表面の合焦画像を提供可能なクロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システムが提供される。合焦画像は、ワーク表面上に形成される測定スポットを含む。該ＣＲＳシステムは、（ａ）光学ペン、（ｂ）第１光源、（ｃ）ＣＲＳ波長検出器、（ｄ）１以上の処理器、及び、（ｅ）記憶部を含んでいる。
【0035】
光学ペンは、筐体と、測定光路に沿って光を出力し、該測定光路に沿って反射光を受光するように設けられたファイバーアパーチャーを含む入出力光ファイバーと、クロマティック共焦点レンジセンサー光学ペンの測定軸を定義するための光軸を持った色分散レンズ配置と、を含む。該色分散レンズ配置は、測定光路に含められ、光を受光し、ワーク表面に向けて軸上色分散を示す合焦光を出力するように設けられる。これによって、異なる波長光が、ワーク表面の近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結ぶ。また、該色分散レンズ配置は、ワーク表面からの反射光を受光し、少なくとも反射光の一部を測定光路に沿ってファイバーアパーチャー近傍の点に合焦させるように設けられる。
【0036】
光学ペンは、更に、上記の色分散レンズ配置からの反射光を受光して、該反射光を測定部分と画像化部分とに分割するように配置された反射光分割構成を含む。光学ペンは、また、反射光のうちの画像化部分の少なくとも一部をフィルターにかけるために配置された狭帯域スペクトルフィルターと、カメラ画像を生成するために反射光のうちの狭帯域スペクトルフィルターを透過した画像化部分の少なくとも一部を受光するように設けられる画像検出器を備えるカメラ部と、を含んでいる。
【0037】
第１光源は、光学ペンに入力するための多波長第１光を発生するように設けられる。
【0038】
ＣＲＳ波長検出器は、該ＣＲＳ波長検出器の測定軸に沿った各々のピクセル位置に配置されている複数のピクセルを含み、反射光のうちの測定部分の少なくとも一部を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを提供するように設けられている。
【0039】
記憶部は、１以上の処理器に接続され、該１以上の処理器による実行によって、該１以上の処理器が少なくとも以下の処理をするように構成されたプログラム命令を記憶している。すなわち、
出力スペクトルプロファイルデータに基づいて光学ペンからワーク表面までの距離を測定するためにＣＲＳシステムを動作させる処理と、
光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整する処理と、
測定スポットを含むワーク表面のカメラ画像を表示する処理と、である。
出力スペクトルプロファイルデータに基づいて光学ペンからワーク表面までの距離を測定するためにＣＲＳシステムを動作させる処理と、
光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離と、一致するように調整する処理と、
測定スポットを含むワーク表面のカメラ画像を表示する処理と、である。
【0040】
本発明の様々な実施形態によると、ＣＲＳシステムの測定能力に画像化能力が統合され、これによって、ワーク表面上の測定スポットのガイド光としての画像化がサポートされ、この画像化は、ＣＲＳシステムを使った測定動作の改善を自然かつロバストに実現（容易な設定および配置を実現）することができる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【発明を実施するための形態】
【0042】
図１は、クロマティックレンジセンサー（ＣＲＳ）システム１００の代表的な一実施形態を示すブロック図であり、このＣＲＳシステム１００は、光学ペン１２０、電装部１６０、及びユーザーインタフェース１７１を含む。本実施形態の電装部１６０は、信号処理器１６６、記憶部１６８、及び、光源・検出器サブシステム１６１を備え、この光源・検出器サブシステム１６１は、波長検出器１６２と広帯域第１光源１６４を含む。図１に示されるＣＲＳシステム１００は、一度に一箇所の測定点を測定するクロマティックポイントセンサー（ＣＰＳ）システムであるが、他の実施例では他のセンサーシステム（例えばクロマティックラインセンサー等）を利用できることが理解されるであろう。様々な実施形態において、波長検出器１６２は、分光器の検出器アレイ１６３を含む。検出器アレイ１６３は、波長検出器１６２の測定軸上に配置された複数のピクセルによって構成され得る。各ピクセルは各波長信号を受けて、出力スペクトルプロファイルデータを提供する。
【0043】
電装部１６０は、入出力光ファイバー１１２を含む光路を通じて光学ペン１２０に結合される。入出力光ファイバー１１２は、ファイバーアパーチャー１１２ａを含み、これを通して、光学ペン１２０の光軸ＯＡと一致している測定光路ＭＯＰに沿って、第１光を出力し、また、ファイバーアパーチャー１１２ａを通して、測定光路ＭＯＰ／光軸ＯＡに沿って、反射光を受光する。信号処理器１６６によって制御される第１光源１６４は、入出力光ファイバー１１２を介して光学ペン１２０に多波長光を入力するために接続されている。
【0044】
光学ペン１２０は、筐体１３０、入出力光ファイバー１１２、光学系１５０、反射光分割構成１０７、狭帯域スペクトルフィルター１０８、及び、カメラ１０９を含む。光学系１５０は、ＣＲＳ光学ペン１２０のための測定軸を定義する光軸ＯＡを持った色分散レンズ配置１５０Ｌを備える。レンズ配置１５０Ｌは、光を受光し、ワーク１７０のワーク表面１７０ｓに向けて軸上色分散を示す合焦光１２１を出力するように設けられる。これによって異なる波長光が、ワーク表面１７０ｓの近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結ぶ。レンズ配置１５０Ｌは、ワーク表面からの反射光１２２を受光し、少なくとも反射光の一部を測定光路ＭＯＰに沿ってファイバーアパーチャー１１２ａ近傍の点に合焦させる。
【0045】
図１は、Ｘ-Ｙ-Ｚ直交座標軸を基本フレームとして含んでいる。Ｚ方向は、図示の例では、測定光路ＭＯＰである光学ペン１２０の光軸ＯＡに平行である。様々な実施形態において、ＣＲＳシステム１００は、以下に詳述するように、光学ペン１２０からワーク表面１７０ｓまでの距離が、カメラ１０９によって画像化されたときにワーク表面が合焦するような合焦距離と一致するように、自動的に調整する能力を持っている。
一実施例では、調整機構１７５ａを含んでいる移動ステージ１７５上にワーク１７０を配置することによって、その調整を実行してもよい。調整機構１７５ａとは、ガイドベアリングに沿ってアクチュエーターを駆動させることができる制御可能モーターなどであり、（光学軸ＯＡと一致している）Ｚ軸に沿って移動ステージ１７５を移動させる能力をもつ。
更に図４に示すように、ワーク１７０’（ワーク１７０と類似）を、ＣＲＳシステム１００’と一緒に使用されるマシンビジョン検査システムの移動ステージ４７２に載置してもよく、光学ペン１２０をＺ軸方向に移動させるための適切なモーション機構を調整の一部として設けてもよい。これによって、ワーク表面１７０ｓ’（ワーク表面１７０ｓと類似）が、カメラによって画像化される該ワーク表面が合焦するような高さ（光学ペン１２０からの距離）になる。
一実施例では、調整機構１７５ａを含んでいる移動ステージ１７５上にワーク１７０を配置することによって、その調整を実行してもよい。調整機構１７５ａとは、ガイドベアリングに沿ってアクチュエーターを駆動させることができる制御可能モーターなどであり、（光学軸ＯＡと一致している）Ｚ軸に沿って移動ステージ１７５を移動させる能力をもつ。
更に図４に示すように、ワーク１７０’（ワーク１７０と類似）を、ＣＲＳシステム１００’と一緒に使用されるマシンビジョン検査システムの移動ステージ４７２に載置してもよく、光学ペン１２０をＺ軸方向に移動させるための適切なモーション機構を調整の一部として設けてもよい。これによって、ワーク表面１７０ｓ’（ワーク表面１７０ｓと類似）が、カメラによって画像化される該ワーク表面が合焦するような高さ（光学ペン１２０からの距離）になる。
【0046】
反射光分割構成１０７は、色分散レンズ配置１５０Ｌからの反射光１２２を受光するために、また、反射光１２２を測定部分１２２ａと画像化部分１２２ｂに分割するために配置されている。
様々な実施形態では、反射光分割構成１０７はビームスプリッターである。一般に、反射光分割構成１０７は、また、ワーク表面１７０ｓからの反射光１２２のうちの幾らかを、画像化光として使用される画像化部分１２２ｂとして分割し、そして、残りの光によって、距離測定光として使用される測定部分１２２ａが構成される。
反射光分割構成１０７は、反射光１２２のうちの画像化部分１２２ｂを狭帯域スペクトルフィルター１０８およびカメラ１０９に向け、反射光１２２のうちの測定部分１２２ａをファイバーアパーチャー１１２ａに向ける。
様々な実施形態では、反射光の測定部分１２２ａと画像化部分１２２ｂの比率は、少なくとも５対１であり、例えば９対１でもよい。比率が９対１である場合、９０／１０ビームスプリッターを使用して、反射光分割構成１０７を形成してもよい。これによって、測定部分１２２ａは反射光１２２の約９０％で構成され、画像化部分１２２ｂは反射光１２２の約１０％で構成される。
様々な実施形態では、反射光分割構成１０７はビームスプリッターである。一般に、反射光分割構成１０７は、また、ワーク表面１７０ｓからの反射光１２２のうちの幾らかを、画像化光として使用される画像化部分１２２ｂとして分割し、そして、残りの光によって、距離測定光として使用される測定部分１２２ａが構成される。
反射光分割構成１０７は、反射光１２２のうちの画像化部分１２２ｂを狭帯域スペクトルフィルター１０８およびカメラ１０９に向け、反射光１２２のうちの測定部分１２２ａをファイバーアパーチャー１１２ａに向ける。
様々な実施形態では、反射光の測定部分１２２ａと画像化部分１２２ｂの比率は、少なくとも５対１であり、例えば９対１でもよい。比率が９対１である場合、９０／１０ビームスプリッターを使用して、反射光分割構成１０７を形成してもよい。これによって、測定部分１２２ａは反射光１２２の約９０％で構成され、画像化部分１２２ｂは反射光１２２の約１０％で構成される。
【0047】
狭帯域スペクトルフィルター１０８（光学バンドパスフィルター又はナローバンドパスフィルターとも呼ばれる。）は、反射光のうちの画像化部分１２２ｂをフィルタリングするために配置されている。これによって、反射光の画像化部分１２２ｂの内から定義された狭帯域だけがカメラ１０９へ渡される。
様々な実施形態では、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの最適な画像化のために、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅が定義／選択されている。このような画像は、操作者がワーク表面をＣＲＳシステム１００に対して適切に配置できるようにアシストするためのガイド光として使用され得る。
この従来分野で知られているように、様々な実施形態では、スペクトル帯域幅を、半値全幅（ＦＷＨＭ）の決定に対応させてもよく、又は、これによって定義してもよい。（例えば、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅を、その狭帯域スペクトルフィルターのＦＷＨＭの決定に対応させてもよく、又は、これによって定義してもよい。）
様々な実施形態では、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅は、１０ナノメートル未満でもよく、又は、５ナノメートル未満でもよい（例えば、約２ナノメートルのスペクトル帯域幅）。
様々な実施形態では、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの最適な画像化のために、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅が定義／選択されている。このような画像は、操作者がワーク表面をＣＲＳシステム１００に対して適切に配置できるようにアシストするためのガイド光として使用され得る。
この従来分野で知られているように、様々な実施形態では、スペクトル帯域幅を、半値全幅（ＦＷＨＭ）の決定に対応させてもよく、又は、これによって定義してもよい。（例えば、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅を、その狭帯域スペクトルフィルターのＦＷＨＭの決定に対応させてもよく、又は、これによって定義してもよい。）
様々な実施形態では、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅は、１０ナノメートル未満でもよく、又は、５ナノメートル未満でもよい（例えば、約２ナノメートルのスペクトル帯域幅）。
【0048】
一般に、レンズ配置１５０Ｌによって軸上色分散を有しているとしても、そのフィルターを透過した狭帯域幅の波長光は、カメラ部１０９によって画像化された際も、まだ、その殆どが共に合焦状態になっている。
対照的に、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅の範囲外（そのために主に狭帯域スペクトルフィルター１０８によって遮蔽／フィルタリングされ得る）の波長光は、（例えば、ワーク表面１７０ｓの画像化のために）カメラによって画像化される際／画像化されるならば、非合焦状態である光／非合焦状態になるであろう光と、一致している。
より具体的には、様々な実施例においては、（例えば、光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されるワーク表面が合焦状態になるような合焦距離と、一致する場合に）その非合焦光が遮蔽／フィルタリングされるように、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅が決定／選択／利用されるようにしてもよい。
対照的に、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅の範囲外（そのために主に狭帯域スペクトルフィルター１０８によって遮蔽／フィルタリングされ得る）の波長光は、（例えば、ワーク表面１７０ｓの画像化のために）カメラによって画像化される際／画像化されるならば、非合焦状態である光／非合焦状態になるであろう光と、一致している。
より具体的には、様々な実施例においては、（例えば、光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されるワーク表面が合焦状態になるような合焦距離と、一致する場合に）その非合焦光が遮蔽／フィルタリングされるように、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅が決定／選択／利用されるようにしてもよい。
【0049】
後で詳細を述べるように、様々な実施例では、第１光源１６４からの第１光がファイバーアパーチャー１１２ａから出力されてワーク表面１７０ｓを反射し、その反射光のうちの画像化部分１２２ｂの一部によって測定スポットＭＳが形成される。
様々な実施例において、カメラ画像中に形成される測定スポットＭＳが比較的小さな状態を保つように、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅が設けられていることが望ましい（例えば、スペクトル帯域幅の範囲内であり、それによって狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過するような波長光によって画像化されるとよい）。
例えば、比較的小さな測定スポットＭＳは（例えば、ガイド光として利用することで）、光学ペン１２０によって測定されたワーク表面１７０ｓ上の正確な位置を決定するユーザーをアシストできる。（このことは、例えば、測定されるワーク表面上の余り正確ではない位置を表示するような大きな測定スポットＭＳとは対照的である。）
例えば、高反射性ワークとは対照的な拡散性ワークの場合や、イメージング開口数の異なる構成の場合に、上記の考察が、利用する狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅の選択における支配的要因になり得る。
場合によっては、測定のためにファイバーアパーチャー１１２ａを介して入出力光ファイバー１１２に戻るように結合された反射光のスペクトル帯域幅と同様の（例えば、殆ど同じ）スペクトル帯域幅を有するように、狭帯域スペクトルフィルター１０８を選択することが望ましい（例えば、狭帯域スペクトルフィルターの帯域幅が、そのファイバーに戻るように結合されたスペクトル帯域幅の２倍以下になるようにする）。
幾つかの例では、もし、測定のためにファイバーアパーチャー１１２ａを介して入出力光ファイバー１１２に戻るように結合された反射光が約３ｎｍ又は約１ｎｍのスペクトル帯域幅を持つような光学ペンを利用するならば、３ｎｍ、２ｎｍ又は１ｎｍのように概ね同様の／一致しているスペクトル帯域幅を持った狭帯域スペクトルフィルター１０８を選択するとよい。
様々な実施例において、カメラ画像中に形成される測定スポットＭＳが比較的小さな状態を保つように、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅が設けられていることが望ましい（例えば、スペクトル帯域幅の範囲内であり、それによって狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過するような波長光によって画像化されるとよい）。
例えば、比較的小さな測定スポットＭＳは（例えば、ガイド光として利用することで）、光学ペン１２０によって測定されたワーク表面１７０ｓ上の正確な位置を決定するユーザーをアシストできる。（このことは、例えば、測定されるワーク表面上の余り正確ではない位置を表示するような大きな測定スポットＭＳとは対照的である。）
例えば、高反射性ワークとは対照的な拡散性ワークの場合や、イメージング開口数の異なる構成の場合に、上記の考察が、利用する狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅の選択における支配的要因になり得る。
場合によっては、測定のためにファイバーアパーチャー１１２ａを介して入出力光ファイバー１１２に戻るように結合された反射光のスペクトル帯域幅と同様の（例えば、殆ど同じ）スペクトル帯域幅を有するように、狭帯域スペクトルフィルター１０８を選択することが望ましい（例えば、狭帯域スペクトルフィルターの帯域幅が、そのファイバーに戻るように結合されたスペクトル帯域幅の２倍以下になるようにする）。
幾つかの例では、もし、測定のためにファイバーアパーチャー１１２ａを介して入出力光ファイバー１１２に戻るように結合された反射光が約３ｎｍ又は約１ｎｍのスペクトル帯域幅を持つような光学ペンを利用するならば、３ｎｍ、２ｎｍ又は１ｎｍのように概ね同様の／一致しているスペクトル帯域幅を持った狭帯域スペクトルフィルター１０８を選択するとよい。
【0050】
狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅と一致する光がワーク表面１７０ｓで合焦するように、該ワーク表面１７０ｓからのＣＲＳシステム１００の光学ペン１２０の距離を調整することによって、測定スポットＭＳを含むワーク表面の画像を、焦点が比較的合っている状態で取得することができる。
様々な実施例において、光学ペン１２０とワーク表面１７０ｓ間の距離を機械的に調整することの代わりとして、色分散レンズ配置１５０Ｌの合焦特性を変化させることによって光学的に調整することもできる。これによって、光学ペン１２０からの物理的距離は同じままであるが、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過する該スペクトル帯域幅の範囲内の光によって画像化されるワーク表面１７０ｓが合焦状態になる。
更なる代替手段として、狭帯域スペクトルフィルター１０８の内部フィルター波長を変更して、Ｚ軸上の現在のワーク表面１７０ｓ位置で合焦するような波長（域）に合わせることで、この調整を実行してもよい。
様々な実施例において、光学ペン１２０とワーク表面１７０ｓ間の距離を機械的に調整することの代わりとして、色分散レンズ配置１５０Ｌの合焦特性を変化させることによって光学的に調整することもできる。これによって、光学ペン１２０からの物理的距離は同じままであるが、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過する該スペクトル帯域幅の範囲内の光によって画像化されるワーク表面１７０ｓが合焦状態になる。
更なる代替手段として、狭帯域スペクトルフィルター１０８の内部フィルター波長を変更して、Ｚ軸上の現在のワーク表面１７０ｓ位置で合焦するような波長（域）に合わせることで、この調整を実行してもよい。
【0051】
様々な実施形態において、ＣＲＳシステム１００のロバスト性のために、システムのＣＲＳ測定レンジの中央で、被測定ワーク表面の画像が取得されるようにしてもよい。言い換えると、狭帯域スペクトルフィルター１０８は、ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央と概ね一致する中心波長を有してもよい。
様々な実施形態において、その中心波長は、概ね４９５ｎｍから５７０ｎｍまでのレンジの範囲内である（場合によっては緑色に一致させる）。この中心波長は、一例のＣＲＳ測定レンジの概ね中央であり、幾つかの実施例において、ＣＲＳ測定レンジは、青色（例えば、ワークが光学ペン１２０に近づくと合焦状態になる）から赤色（例えば、ワークが光学ペン１２０から離れると合焦状態になる）までに渡っている。
本明細書に開示するように、標準的なＣＲＳ測定レンジ内の光（例えば、ＣＲＳ測定レンジの中央付近または中央の光）を利用するような狭帯域設定を使用することで、測定スポットのガイド光としての画像化を、一層自然かつロバストに実行（例えば、容易な設定および配置の実行）することができるようになった。
様々な実施形態において、その中心波長は、概ね４９５ｎｍから５７０ｎｍまでのレンジの範囲内である（場合によっては緑色に一致させる）。この中心波長は、一例のＣＲＳ測定レンジの概ね中央であり、幾つかの実施例において、ＣＲＳ測定レンジは、青色（例えば、ワークが光学ペン１２０に近づくと合焦状態になる）から赤色（例えば、ワークが光学ペン１２０から離れると合焦状態になる）までに渡っている。
本明細書に開示するように、標準的なＣＲＳ測定レンジ内の光（例えば、ＣＲＳ測定レンジの中央付近または中央の光）を利用するような狭帯域設定を使用することで、測定スポットのガイド光としての画像化を、一層自然かつロバストに実行（例えば、容易な設定および配置の実行）することができるようになった。
【0052】
カメラ１０９は、画像検出器を備え、反射光のうちの狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過した画像化部分１２２ｂを受光するように設けられ、これによって、ワーク表面１７０ｓ上に形成された光学ペン１２０の測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓのカメラ画像を生成するように設けられている。
測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの画像は、ユーザーインタフェース１７１に含められたスクリーン等に、後述の図３に示された画像（例えば画像３３０ｂ参照）のように表示されるようにしてもよい。
測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの画像は、ユーザーインタフェース１７１に含められたスクリーン等に、後述の図３に示された画像（例えば画像３３０ｂ参照）のように表示されるようにしてもよい。
【0053】
図１に示す例では、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような第２光源１１１、５０／５０ビームスプリッターのような第２ビームスプリッター１１４、リフレクター１１５、及び、レンズ１１６が、反射光のうちの画像化部分１２２ｂの伝搬路（例えば、画像化光路の一部として）を形成するために設けられている。
図示の例では、測定部分１２２ａの少なくとも一部と、画像化部分１２２ｂの少なくとも一部は、互いに平行に伝搬する。これによって、通常は細長い光学ペン１２０の筐体１３０の内部がコンパクトな配置になる。
これは、反射光のうちの画像化部分１２２ｂに関する構成の一例であり、本開示は、この特定の例に限定されるものではない。
例えば、画像化部分１２２ｂ及び測定部分１２２ａの伝搬路の少なくとも一部を交換してもよい。例えば、光学ペン１２０の図示された光軸ＯＡ上（例えば、図１の現在の例でファイバーアパーチャー１１２ａが設けられているところ）にカメラ１０９を配置し、及び、図１の現在の例で画像化部分１２２ｂの伝搬路として説明されている伝搬路ＰＰ１上にファイバーアパーチャー１１２ａを配置する、というような方法で交換してもよい。他の例のように、リフレクター１１５を省略してもよく、この場合、画像化部分１２２ｂは、通常は光学ペン１２０の光軸ＯＡに直交している伝搬路ＰＰ２を進み、該伝搬路ＰＰ２上に配置されているカメラ１０９に向かう。
反射光のうちの測定部分１２２ａ及び画像化部分１２２ｂのための特定の伝搬路は、求められている光学ペン１２０の適用および構成のそれぞれに従って、様々な方法で構成され得る。一般に、様々な実施形態において、反射光のうちの測定部分１２２ａ及び画像化部分１２２ｂは、反射光分割構成１０７で分割された後、２つの異なる光軸に沿って伸びていく。
図示の例では、測定部分１２２ａの少なくとも一部と、画像化部分１２２ｂの少なくとも一部は、互いに平行に伝搬する。これによって、通常は細長い光学ペン１２０の筐体１３０の内部がコンパクトな配置になる。
これは、反射光のうちの画像化部分１２２ｂに関する構成の一例であり、本開示は、この特定の例に限定されるものではない。
例えば、画像化部分１２２ｂ及び測定部分１２２ａの伝搬路の少なくとも一部を交換してもよい。例えば、光学ペン１２０の図示された光軸ＯＡ上（例えば、図１の現在の例でファイバーアパーチャー１１２ａが設けられているところ）にカメラ１０９を配置し、及び、図１の現在の例で画像化部分１２２ｂの伝搬路として説明されている伝搬路ＰＰ１上にファイバーアパーチャー１１２ａを配置する、というような方法で交換してもよい。他の例のように、リフレクター１１５を省略してもよく、この場合、画像化部分１２２ｂは、通常は光学ペン１２０の光軸ＯＡに直交している伝搬路ＰＰ２を進み、該伝搬路ＰＰ２上に配置されているカメラ１０９に向かう。
反射光のうちの測定部分１２２ａ及び画像化部分１２２ｂのための特定の伝搬路は、求められている光学ペン１２０の適用および構成のそれぞれに従って、様々な方法で構成され得る。一般に、様々な実施形態において、反射光のうちの測定部分１２２ａ及び画像化部分１２２ｂは、反射光分割構成１０７で分割された後、２つの異なる光軸に沿って伸びていく。
【0054】
電装部１６０は、画像化電装部１６９と結合し、又は、画像化電装部１６９を含んでいる。画像化電装部１６９は、第１信号線１１３ａを経由してカメラ１０９からのデータを受信し、及び、第１信号線１１３ａを経由してカメラ部１０９へ制御信号を提供するように設けられる。カメラ１０９からのデータを、ユーザーインタフェース１７１に含まれるディスプレイ（例えばモニター等）に表示してもよい。画像化電装部１６９は、第２信号線１１３ｂを経由して、第２光源１１１の動作を制御するための制御データを伝送する。
第２光源１１１からの第２光は、第２ビームスプリッター１１４を通過し、レンズ１１６を通って合焦され、リフレクター１１５を反射し、そして、反射光分割構成１０７によって光学系１５０の色分散レンズ配置１５０Ｌを通過するように導光されて、ワーク表面１７０ｓを照射する。
上述したように、色分散レンズ配置１５０Ｌの標準的な動作特性によって、第２光源１１１からの第２光のうちの異なる波長光が、ワーク表面１７０ｓの近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結ぶ。
その結果、もし、第２光についてのそれぞれ対応した全ての反射光が画像形成に利用されるとすれば、そのような画像は焦点が合っていない。後で詳述するが、狭帯域スペクトルフィルター１０８の利用が、焦点の合ったワークの合焦画像の生成を可能にする。
第２光源１１１からの第２光がワーク表面１７０ｓを反射した後、第２光の反射光として、反射光１２２の少なくとも一部に含められる。より具体的には、反射光１２２は、測定部分１２２ａ及び画像化部分１２２ｂと同様、それぞれ第１光の反射光と第２光の反射光の両方を備えている。
第２光源１１１からの第２光は、第２ビームスプリッター１１４を通過し、レンズ１１６を通って合焦され、リフレクター１１５を反射し、そして、反射光分割構成１０７によって光学系１５０の色分散レンズ配置１５０Ｌを通過するように導光されて、ワーク表面１７０ｓを照射する。
上述したように、色分散レンズ配置１５０Ｌの標準的な動作特性によって、第２光源１１１からの第２光のうちの異なる波長光が、ワーク表面１７０ｓの近傍の異なる距離でそれぞれの焦点を結ぶ。
その結果、もし、第２光についてのそれぞれ対応した全ての反射光が画像形成に利用されるとすれば、そのような画像は焦点が合っていない。後で詳述するが、狭帯域スペクトルフィルター１０８の利用が、焦点の合ったワークの合焦画像の生成を可能にする。
第２光源１１１からの第２光がワーク表面１７０ｓを反射した後、第２光の反射光として、反射光１２２の少なくとも一部に含められる。より具体的には、反射光１２２は、測定部分１２２ａ及び画像化部分１２２ｂと同様、それぞれ第１光の反射光と第２光の反射光の両方を備えている。
【0055】
上述の通り、第１光の反射光は、第１光源１６４からの光が、入出力光ファイバー１１２からファイバーアパーチャー１１２ａを通って照射され、また、ワーク表面１７０ｓを反射することによって生じた光である。
これに対応する測定部分１２２ａに含まれる第１光の反射光（対応光）は、ファイバーアパーチャー１１２ａを通って戻って受光されて、測定機能に使用される。
また、これに対応する画像化部分１２２ｂに含まれている第１光の反射光（対応光）は、狭帯域スペクトルフィルター１０８でフィルタリングされて、カメラ１０９で受光される。（例えば、これによって、画像中の測定スポットＭＳが形成され、そのスポットは、ファイバーアパーチャー１１２ａから発せられる第１光に相当するものとして、点光源の画像化と比較されることになる。）
これに対応する測定部分１２２ａに含まれる第１光の反射光（対応光）は、ファイバーアパーチャー１１２ａを通って戻って受光されて、測定機能に使用される。
また、これに対応する画像化部分１２２ｂに含まれている第１光の反射光（対応光）は、狭帯域スペクトルフィルター１０８でフィルタリングされて、カメラ１０９で受光される。（例えば、これによって、画像中の測定スポットＭＳが形成され、そのスポットは、ファイバーアパーチャー１１２ａから発せられる第１光に相当するものとして、点光源の画像化と比較されることになる。）
【0056】
比較すると、上述の通り、第２光の反射光は、第２光源１１１からの光によって生じた光である。様々な実施例において、これに対応する測定部分１２２ａに含まれる第２光の反射光も（どの対応光も）、測定機能には使用されない。（なぜなら、測定機能が実行される時に、第２光源１１１はスイッチが切られるからである。これは、検出器アレイ１６３から出力されたピクセルデータに基づく出力スペクトルプロファイルデータを測定するための光を供給する場合に、２つの光源１１１，１６４からの光の互いのクロストークに起因する測定誤差を避けるためであり、このような測定機能は、第２光源１１１のスイッチが入っている場合には実行しないからである。）
このように様々な実施例において、測定機能の実行中は、第１光源１６４を起源とする第１光がファイバーアパーチャー１１２ａを介して供給されるので、測定部分１２２ａは、第１光の反射光だけを含んでいる。
このように様々な実施例において、測定機能の実行中は、第１光源１６４を起源とする第１光がファイバーアパーチャー１１２ａを介して供給されるので、測定部分１２２ａは、第１光の反射光だけを含んでいる。
【0057】
対応する画像化部分１２２ｂに含まれる第２光の反射光（対応光）は、狭帯域スペクトルフィルター１０８によってフィルタリングされて、（例えば、図３に示すようなワーク表面１７０ｓの画像を形成するために、）カメラ１０９に受光される。
ファイバーアパーチャー１１２ａから発せられる第１光とは対照的に、第２光源１１１からの第２光は、ワーク表面の比較的広い領域を照明する。
従って、画像化部分１２２ｂの一部として、第１光の反射光は、ワーク表面上の測定スポットＭＳの画像形成に利用されるが、第２光の反射光は、ワーク表面の画像形成に利用される。
第１光源１６４は、画像形成のため（例えば、測定スポットＭＳを形成するため）に、第２光源１１１と同時にスイッチが入るようにしてもよい。または、第２光源１１１とは異なるタイミングでスイッチが入ってもよい。場合によっては、カメラ１０９の１回の調整／フレーミングで、１画像（例えばシングル画像）に含められるようにする。
その結果得られる１画像は、ワーク表面の照明部分（例えば、第２光源１１１の第２光に基づく）と、測定スポットＭＳ（例えば、第１光源１６４の第１光に基づく）との両方を含む。一例を後で図３を用いて詳述する。
この結果が、測定スポットＭＳ（例えばガイド光として使用される）を含んだワーク表面１７０ｓの画像となり、ワーク表面１７０ｓ上の所望の位置を測定するために、ワーク表面１７０ｓ及び／又はＣＲＳシステム１００を互いに適切な関係で配置するように、ユーザーをアシストすることができる。
ファイバーアパーチャー１１２ａから発せられる第１光とは対照的に、第２光源１１１からの第２光は、ワーク表面の比較的広い領域を照明する。
従って、画像化部分１２２ｂの一部として、第１光の反射光は、ワーク表面上の測定スポットＭＳの画像形成に利用されるが、第２光の反射光は、ワーク表面の画像形成に利用される。
第１光源１６４は、画像形成のため（例えば、測定スポットＭＳを形成するため）に、第２光源１１１と同時にスイッチが入るようにしてもよい。または、第２光源１１１とは異なるタイミングでスイッチが入ってもよい。場合によっては、カメラ１０９の１回の調整／フレーミングで、１画像（例えばシングル画像）に含められるようにする。
その結果得られる１画像は、ワーク表面の照明部分（例えば、第２光源１１１の第２光に基づく）と、測定スポットＭＳ（例えば、第１光源１６４の第１光に基づく）との両方を含む。一例を後で図３を用いて詳述する。
この結果が、測定スポットＭＳ（例えばガイド光として使用される）を含んだワーク表面１７０ｓの画像となり、ワーク表面１７０ｓ上の所望の位置を測定するために、ワーク表面１７０ｓ及び／又はＣＲＳシステム１００を互いに適切な関係で配置するように、ユーザーをアシストすることができる。
【0058】
幾つかの実施形態において、第１光源１６４は、測定光とも呼ばれる第１光を含み、測定光源とも呼ばれる。ここで、測定光の反射光のうちの測定部分は、測定機能に利用される。一方、測定光の反射光のうちの画像化部分は、測定スポットＭＳの画像化に利用される。第２光源１１１は、画像化光とも呼ばれる第２光を含み、画像化光源とも呼ばれる。ここで、画像化光の反射光のうちの画像化部分は、上記の動作に従って、ワーク表面の画像化機能に利用される。
【0059】
様々な実施形態において、第２光源１１１の波長範囲は、一般に、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過するスペクトル帯域幅の波長光と一致するような波長光を含むように選択され、これによって、表面上に形成される測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの画像を形成することができる。
例えば、狭帯域スペクトルフィルター１０８が、概ね４９５ｎｍから５７０ｎｍまでの範囲から選択された中心波長の波長光を透過させるようなスペクトル帯域幅（場合によっては、５３１ｎｍに中心波長を持ち、５３０ｎｍから５３２ｎｍまでの帯域を有し、緑色に一致するような狭帯域スペクトルフィルター１０８）で構成されている場合、その中心波長を、上述したＣＲＳシステム１００のＣＲＳ測定レンジの中央に近くして、ワーク表面１７０ｓへの照明光を提供するために第２光源１１１として緑色ＬＥＤを用いてもよい。
例えば、狭帯域スペクトルフィルター１０８が、概ね４９５ｎｍから５７０ｎｍまでの範囲から選択された中心波長の波長光を透過させるようなスペクトル帯域幅（場合によっては、５３１ｎｍに中心波長を持ち、５３０ｎｍから５３２ｎｍまでの帯域を有し、緑色に一致するような狭帯域スペクトルフィルター１０８）で構成されている場合、その中心波長を、上述したＣＲＳシステム１００のＣＲＳ測定レンジの中央に近くして、ワーク表面１７０ｓへの照明光を提供するために第２光源１１１として緑色ＬＥＤを用いてもよい。
【0060】
様々な実施形態において、第２光源１１１は、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅の少なくとも２倍、５倍又は１０倍のスペクトル帯域幅（例えば波長範囲）を有する光を発するようにしてもよい。
例えば、もし、狭帯域スペクトルフィルター１０８が、２ｎｍのスペクトル帯域幅（例えば、５３１ｎｍに中心波長を持ち、５３０ｎｍから５３２ｎｍまで）を持っていれば、第２光源１１１は、少なくとも４ｎｍ、１０ｎｍ又は２０ｎｍのスペクトル帯域幅（例えば、少なくとも５２０ｎｍから５４０ｎｍまで）を持つようにしてもよい。このようにして、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅および／又は中心波長が、第２光源１１１のスペクトル帯域幅の中央の近くになる。
このような構成は、第２光源１１１の波長範囲がドリフト（例えば温度等のため）するような実施において有利に作用する。なぜなら、第２光源１１１の広帯域幅が、たとえドリフトが起きても発光が依然として狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅の範囲内にある波長光を含む、ようにすることを保証するのに役立つ。
様々な実施例において、第２光源１１１が非干渉性の光源（例えば、スペックルの影響を回避できるもの等）であることも望ましい。このような非干渉性の光源は、（或る同等の干渉性の光源と比較すれば、）本来、比較的大きなスペクトル帯域幅を備えている場合がある。
もう一つの考察によると、第２光源１１１のスペクトル帯域幅は、（例えば、消費電力軽減化などのために）何らかの制限がなされていてもよい。例えば、幾つかの実施例で、第２光源１１１のスペクトル帯域幅を１００ｎｍ未満又は５０ｎｍ未満にしてもよい。
例えば、もし、狭帯域スペクトルフィルター１０８が、２ｎｍのスペクトル帯域幅（例えば、５３１ｎｍに中心波長を持ち、５３０ｎｍから５３２ｎｍまで）を持っていれば、第２光源１１１は、少なくとも４ｎｍ、１０ｎｍ又は２０ｎｍのスペクトル帯域幅（例えば、少なくとも５２０ｎｍから５４０ｎｍまで）を持つようにしてもよい。このようにして、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅および／又は中心波長が、第２光源１１１のスペクトル帯域幅の中央の近くになる。
このような構成は、第２光源１１１の波長範囲がドリフト（例えば温度等のため）するような実施において有利に作用する。なぜなら、第２光源１１１の広帯域幅が、たとえドリフトが起きても発光が依然として狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅の範囲内にある波長光を含む、ようにすることを保証するのに役立つ。
様々な実施例において、第２光源１１１が非干渉性の光源（例えば、スペックルの影響を回避できるもの等）であることも望ましい。このような非干渉性の光源は、（或る同等の干渉性の光源と比較すれば、）本来、比較的大きなスペクトル帯域幅を備えている場合がある。
もう一つの考察によると、第２光源１１１のスペクトル帯域幅は、（例えば、消費電力軽減化などのために）何らかの制限がなされていてもよい。例えば、幾つかの実施例で、第２光源１１１のスペクトル帯域幅を１００ｎｍ未満又は５０ｎｍ未満にしてもよい。
【0061】
様々な実施形態において、第２光源１１１は、（画像化部分とは反対に）測定動作の少なくとも特定の期間にスイッチを切るとよい。測定動作中は、ＣＲＳシステム１００がワーク表面１７０ｓまでの距離の測定に使用されるので、２つの光源１１１，１６４からの光の互いのクロストークに起因する測定誤差を避けるためである。
実施例においては、ＣＲＳ電装部の理由で、測定動作に何度かの非測定期間を設ける場合があり、幾つかの実施形態において、第２光源１１１は、非測定期間中にスイッチが入るようにしてもよい。例えば、カメラ１０９の１回のカメラフレーミング中に１回又は複数回、第２光源１１１のスイッチを入れてもよい。これにより、ＣＲＳシステム１００の距離の測定動作を妨害しないで、各フレームにおける画像化動作のための照明を提供することができる。
実施例においては、ＣＲＳ電装部の理由で、測定動作に何度かの非測定期間を設ける場合があり、幾つかの実施形態において、第２光源１１１は、非測定期間中にスイッチが入るようにしてもよい。例えば、カメラ１０９の１回のカメラフレーミング中に１回又は複数回、第２光源１１１のスイッチを入れてもよい。これにより、ＣＲＳシステム１００の距離の測定動作を妨害しないで、各フレームにおける画像化動作のための照明を提供することができる。
【0062】
様々な実施形態において、第１光源１６４により供給される第１光は、画像化動作の少なくとも一部の期間中にオンされて、その第１光源１６４からの第１光が、ガイド光として使用されるその画像に測定スポットＭＳを形成するために利用されてもよい。
このように１つのアプローチとしては、画像化動作だけ第２光源１１１を「オン」して、ＣＲＳ測定動作中は第２光源１１１を「オフ」するのに対して、ＣＲＳ測定動作中および画像化動作中の両方で、第１光源１６４を「オン」することである。
このように１つのアプローチとしては、画像化動作だけ第２光源１１１を「オン」して、ＣＲＳ測定動作中は第２光源１１１を「オフ」するのに対して、ＣＲＳ測定動作中および画像化動作中の両方で、第１光源１６４を「オン」することである。
【0063】
測定動作（例えばワーク表面１７０ｓまでの距離の測定）のため、光学ペン１２０は、ＣＲＳ電装部１６０に接続され、ワーク表面１７０ｓに対して移動可能に設けられている。ファイバーアパーチャー１１２ａを通って入出力光ファイバー１１２から出射される光は、光学部１５０によって合焦する。この光学系１５０は、異なる波長光が光軸ＯＡ上の異なる位置でそれぞれの焦点を結ぶような軸上色分散を付与するレンズ配置１５０Ｌを備え、ＣＲＳシステム用として知られている。
入力光は、ワーク表面１７０ｓの近傍で合焦し、そのワーク表面１７０ｓの反射光は、再び光学系１５０によってファイバーアパーチャー１１２ａ上に合焦する（すなわち、反射光のうちの測定部分１２２ａは、ファイバーアパーチャー１１２ａに向けられる）。
測定部分１２２ａについては、軸上色分散によって、一つの波長光のみが測定距離“Ｚ１”と合致する焦点距離を有する。測定距離“Ｚ１”は、光学ペン１２０に対して固定された基準位置ＲＰからワーク表面１７０ｓの位置（例えばＺ軸高さ）までの距離である。
ワーク表面１７０ｓで一番焦点が合う波長光は、ファイバーアパーチャー１１２ａで一番焦点が合う波長光でもある。従って、主に、一番焦点が合う波長光が、ファイバーアパーチャー１１２ａを通って、入出力光ファイバー１１２のコアを進む。入出力光ファイバー１１２は、ワーク表面１７０ｓの位置までの測定距離Ｚ１に一致する主強度を示す波長を決定するために、出力スペクトルプロファイルデータの提供用の波長検出器１６２へ信号光を送る。
入力光は、ワーク表面１７０ｓの近傍で合焦し、そのワーク表面１７０ｓの反射光は、再び光学系１５０によってファイバーアパーチャー１１２ａ上に合焦する（すなわち、反射光のうちの測定部分１２２ａは、ファイバーアパーチャー１１２ａに向けられる）。
測定部分１２２ａについては、軸上色分散によって、一つの波長光のみが測定距離“Ｚ１”と合致する焦点距離を有する。測定距離“Ｚ１”は、光学ペン１２０に対して固定された基準位置ＲＰからワーク表面１７０ｓの位置（例えばＺ軸高さ）までの距離である。
ワーク表面１７０ｓで一番焦点が合う波長光は、ファイバーアパーチャー１１２ａで一番焦点が合う波長光でもある。従って、主に、一番焦点が合う波長光が、ファイバーアパーチャー１１２ａを通って、入出力光ファイバー１１２のコアを進む。入出力光ファイバー１１２は、ワーク表面１７０ｓの位置までの測定距離Ｚ１に一致する主強度を示す波長を決定するために、出力スペクトルプロファイルデータの提供用の波長検出器１６２へ信号光を送る。
【0064】
波長検出器１６２は、検出器アレイ１６３から、波長依存性の光強度を、検出器アレイ１６３の測定軸上のピクセルアレイ全体に分布された出力スペクトルプロファイル（ピクセルデータ）として受光する。また、波長検出器１６２は、検出器アレイ１６３から出力されたピクセルデータに基づいて、これに対応した出力スペクトルプロファイルデータを提供するように動作する（後で図２を用いて詳述する）。
【0065】
図２は、ＣＲＳシステム１００からの波長分散強度プロファイルの線図２００であり、ワーク表面１７０ｓに合焦して反射する波長光を表わす測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）のサブセットによって生じる有効波長ピーク２０２を示している。また、図２は、ＣＲＳシステム１００の全測定範囲に測定表面が存在しない場合での、検出器アレイ１６３のピクセルに関するシステムノイズ（バイアス）プロファイルＭＶｂｉａｓを示す。信号レベル閾値ＭＶＴｈｒｅｓｈｏｌｄは、最も高い信号のピクセルを示すピークピクセル座標（ＰＰＣ）を有する波長ピーク２０２（測定プロファイル信号ＭＳ）を分離するために設けられる。
ここで、「波長」測定軸上の１０２４ピクセルの各々を表わしている全ての「Ｖ」値は、正規化電圧である。「正規化電圧」では、１．０の値を検出器アレイ１６３の飽和電圧に割り当てている。
図示したように、信号レベル閾値ＭＶＴｈｒｅｓｈｏｌｄは、波長ピーク２０２を形成する測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）の距離指示サブセットの下限を定めている。
各測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）は、検出器アレイ１６３の各ピクセルｐに関連付けられた信号レベルを有する。
公知の手法に従って、プロファイルデータのサブピクセル分解能の距離指示座標（ＤＩＣ）２０４が、信号処理器１６６によって算出可能になっている。ここで、ＤＩＣ（サブピクセルオーダー）は、表面上に形成される測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの位置までの測定距離Ｚ１（ミクロンオーダー）を表わし、記憶部１６８の校正部に保存された距離校正ルックアップテーブル等を用いて算出される。
様々な実施形態において、閾値ＭＶＴｈｒｅｓｈｏｌｄを超える値を持った波長ピーク２０２を形成している測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）の距離指示サブセットに基づいて、（例えば、波長ピーク２０２に含まれている強度プロファイルデータの重心計算、又は他の計算法／処理法に従って、）ＤＩＣ２０４をサブピクセル分解能で決定してもよい。
ここで、「波長」測定軸上の１０２４ピクセルの各々を表わしている全ての「Ｖ」値は、正規化電圧である。「正規化電圧」では、１．０の値を検出器アレイ１６３の飽和電圧に割り当てている。
図示したように、信号レベル閾値ＭＶＴｈｒｅｓｈｏｌｄは、波長ピーク２０２を形成する測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）の距離指示サブセットの下限を定めている。
各測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）は、検出器アレイ１６３の各ピクセルｐに関連付けられた信号レベルを有する。
公知の手法に従って、プロファイルデータのサブピクセル分解能の距離指示座標（ＤＩＣ）２０４が、信号処理器１６６によって算出可能になっている。ここで、ＤＩＣ（サブピクセルオーダー）は、表面上に形成される測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの位置までの測定距離Ｚ１（ミクロンオーダー）を表わし、記憶部１６８の校正部に保存された距離校正ルックアップテーブル等を用いて算出される。
様々な実施形態において、閾値ＭＶＴｈｒｅｓｈｏｌｄを超える値を持った波長ピーク２０２を形成している測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）の距離指示サブセットに基づいて、（例えば、波長ピーク２０２に含まれている強度プロファイルデータの重心計算、又は他の計算法／処理法に従って、）ＤＩＣ２０４をサブピクセル分解能で決定してもよい。
【0066】
図３は、ワーク表面１７０ｓを緑色光、青色光および赤色光のそれぞれの合焦位置に合わせた結果得られる３つのピークのスペクトルプロファイル３３０ａ－３３４ａと、ワーク表面上に形成された測定スポットＭＳを含むワーク表面についてのそれぞれ対応する３つの画像と、を示す。
各ピークのスペクトルプロファイルを表すピクセル番号に一致するように表示された測定軸（ＭＡ）は、図２の対応するピクセル番号を持った測定軸と同様であると見なせる。
図３に示すように、緑ピーク３３０ａは、ワーク表面１７０ｓの波長分散（色分散）強度プロファイルの中で緑色光相当の波長光が最も合焦する光になるような場所（光学ペン１２０の基準位置ＲＰからの距離）にワーク表面１７０ｓが配置された状態で、測定されたピークを表す。
青ピーク３３２ａは、ワーク表面１７０ｓの波長分散強度プロファイルの中で青色光相当の波長光が最も合焦する光になるような場所にワーク表面１７０ｓが配置された状態で、測定されたピークを表す。
赤ピーク３３４ａは、ワーク表面１７０ｓの波長分散強度プロファイルの中で赤色光相当の波長光が最も合焦する光になるような場所にワーク表面１７０ｓが配置された状態で、測定されたピークである。
各ピークのスペクトルプロファイルを表すピクセル番号に一致するように表示された測定軸（ＭＡ）は、図２の対応するピクセル番号を持った測定軸と同様であると見なせる。
図３に示すように、緑ピーク３３０ａは、ワーク表面１７０ｓの波長分散（色分散）強度プロファイルの中で緑色光相当の波長光が最も合焦する光になるような場所（光学ペン１２０の基準位置ＲＰからの距離）にワーク表面１７０ｓが配置された状態で、測定されたピークを表す。
青ピーク３３２ａは、ワーク表面１７０ｓの波長分散強度プロファイルの中で青色光相当の波長光が最も合焦する光になるような場所にワーク表面１７０ｓが配置された状態で、測定されたピークを表す。
赤ピーク３３４ａは、ワーク表面１７０ｓの波長分散強度プロファイルの中で赤色光相当の波長光が最も合焦する光になるような場所にワーク表面１７０ｓが配置された状態で、測定されたピークである。
【0067】
測定軸ＭＡ（ピクセルオーダー）上での緑ピーク３３０ａ、青ピーク３３２ａ及び赤ピーク３３４ａの異なる位置は、それぞれ異なる波長光の主強度が、光学ペン１２０の基準位置ＲＰからワーク表面１７０ｓまでのそれぞれ異なる測定距離に一致していることを示している。
典型的な実施形態では、青ピーク３３２ａを生成するワーク表面１７０ｓは、光学ペン１２０の最も近くに配置され、次が、緑ピーク３３０ａを生成するワーク表面１７０ｓであり、最後に、赤ピーク３３４ａを生成するワーク表面１７０ｓが、光学ペン１２０から最も遠くに配置される。
典型的な実施形態では、青ピーク３３２ａを生成するワーク表面１７０ｓは、光学ペン１２０の最も近くに配置され、次が、緑ピーク３３０ａを生成するワーク表面１７０ｓであり、最後に、赤ピーク３３４ａを生成するワーク表面１７０ｓが、光学ペン１２０から最も遠くに配置される。
【0068】
狭帯域スペクトルフィルター１０８は、反射光１２２の画像化部分１２２ｂのうちの限定された狭帯域の光のみをカメラ１０９へ透過するように設けられているので、ワーク表面１７０ｓは、限定された狭帯域の範囲内の光によって画像化されたワーク表面１７０ｓが合焦するような合焦距離にあることが望ましい。
これにより、カメラ１０９は、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの合焦画像を取得できるようになる。
例えば、狭帯域スペクトルフィルター１０８が特定の狭帯域の緑色波長光を透過するように設けられる場合、その特定の緑色波長光は、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過するが、青色光相当および赤色光相当の波長光は、まず遮蔽される。
従って、図３の緑ピーク３３０ａを生成するために、ワーク表面１７０ｓを緑色光の合焦距離に配置した場合、その（主に）合焦した緑色光は、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過して、ワーク表面の緑色合焦画像３３０ｂを生成する。図３の例では、緑色合焦画像３３０ｂは、ワーク表面上に複数の鮮明な明暗の縦線と、これと同様に１つの鮮明な測定スポットＭＳとを含んでいる。
これにより、カメラ１０９は、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの合焦画像を取得できるようになる。
例えば、狭帯域スペクトルフィルター１０８が特定の狭帯域の緑色波長光を透過するように設けられる場合、その特定の緑色波長光は、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過するが、青色光相当および赤色光相当の波長光は、まず遮蔽される。
従って、図３の緑ピーク３３０ａを生成するために、ワーク表面１７０ｓを緑色光の合焦距離に配置した場合、その（主に）合焦した緑色光は、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過して、ワーク表面の緑色合焦画像３３０ｂを生成する。図３の例では、緑色合焦画像３３０ｂは、ワーク表面上に複数の鮮明な明暗の縦線と、これと同様に１つの鮮明な測定スポットＭＳとを含んでいる。
【0069】
一方、ワーク表面１７０ｓを青色光の合焦距離（光学ペン１２０近く）又は赤色光の合焦距離（光学ペン１２０から遠く）に配置した場合、合焦した青色光または合焦した赤色光は、ワーク表面を反射して、主に（例えば緑色の）狭帯域スペクトルフィルター１０８で遮蔽され、また、合焦しない緑色波長光だけが、主に透過して、複数のぼやけた明暗の縦線と１つのぼやけた測定スポットＭＳとを含んだワーク表面のぼやけた画像３３２ｂ，３３４ｂを生成する。
ぼやけた画像３３２ｂ，３３４ｂは、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過してカメラ部１０９に到達した緑色光（すなわち、合焦しない緑色波長光で構成される）によって形成されることに注意する。
繰り返すと、合焦した青色光または合焦した赤色光は遮蔽されるので、画像３３２ｂ，３３４ｂはぼやける。また、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過する非合焦の緑色光だけが、画像３３２ｂ，３３４ｂの形成に使用される。
上記のように、この実施例では、第２光源１１１により供給される第２光は、緑色の波長光（又は狭帯域スペクトルフィルター１０８に応じた他の波長光）を含む。これに対して、第１光源１６４は、光学ペンの測定レンジ内のどの距離においてもワーク表面１７０ｓまでの距離Ｚを測定できるようにするために（上記の特許文献を参考）、標準的なＣＲＳ動作の一部を担う広帯域光源（例えば、青色光、緑色光および赤色光などを供給する）である。
ぼやけた画像３３２ｂ，３３４ｂは、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過してカメラ部１０９に到達した緑色光（すなわち、合焦しない緑色波長光で構成される）によって形成されることに注意する。
繰り返すと、合焦した青色光または合焦した赤色光は遮蔽されるので、画像３３２ｂ，３３４ｂはぼやける。また、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過する非合焦の緑色光だけが、画像３３２ｂ，３３４ｂの形成に使用される。
上記のように、この実施例では、第２光源１１１により供給される第２光は、緑色の波長光（又は狭帯域スペクトルフィルター１０８に応じた他の波長光）を含む。これに対して、第１光源１６４は、光学ペンの測定レンジ内のどの距離においてもワーク表面１７０ｓまでの距離Ｚを測定できるようにするために（上記の特許文献を参考）、標準的なＣＲＳ動作の一部を担う広帯域光源（例えば、青色光、緑色光および赤色光などを供給する）である。
【0070】
測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの画像が、よく合焦して、ワーク表面１７０ｓをＣＲＳシステム１００に対して適切に配置できるようにユーザーをアシストするガイド光として役立つことを確実にするため、様々な実施形態によれば、狭帯域スペクトルフィルター１０８に一致する狭帯域光によって画像化されたワーク表面１７０ｓが合焦するように、ＣＲＳシステム１００を使って調整（例えば、自動合焦機能を実行して、ワーク表面１７０ｓを合焦距離に配置すること）を実行してもよい。
【0071】
この点においてＣＲＳシステム１００は、測定動作の目的、及び、ワーク表面上の特定の所望表面の点／位置を測定する目的で、測定モード及びガイド光モードを含む複数のモードで動作可能に設けられるとよい。ここで、測定モードでは、光学ペン１２０からワーク表面１７０ｓまでの距離が測定される。また、ガイド光モードでは、ワーク表面１７０ｓ及び／又は光学ペン１２０を相対的に（例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に）適切に配置できるようにユーザーをアシストするガイド光として、測定スポットＭＳが使用される。
ガイド光モードでは、ワーク表面１７０ｓまでの距離が測定され、調整が行われ（例えば、上述の狭帯域スペクトルフィルター１０８に応じた合焦距離と一致するようにその距離を調整する）、及び、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの合焦画像がカメラ１０９によって取得され、（例えば、ユーザーインタフェース１７１に）表示される。ユーザーインタフェース１７１は、キーボード、タッチセンサー、マウス等の適切な手段によって、ＣＲＳシステム１００動作用のユーザー入力を受け取れるように構成されてもよい。
例えば、ユーザーインタフェース１７１は、ＣＲＳシステム１００の複数の動作モードの１つを選択するために、ユーザーが操作可能な１又は複数の動作モード選択手段（例えばユーザー選択ボタン）を含んでいてもよい。
ガイド光モードでは、ワーク表面１７０ｓまでの距離が測定され、調整が行われ（例えば、上述の狭帯域スペクトルフィルター１０８に応じた合焦距離と一致するようにその距離を調整する）、及び、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの合焦画像がカメラ１０９によって取得され、（例えば、ユーザーインタフェース１７１に）表示される。ユーザーインタフェース１７１は、キーボード、タッチセンサー、マウス等の適切な手段によって、ＣＲＳシステム１００動作用のユーザー入力を受け取れるように構成されてもよい。
例えば、ユーザーインタフェース１７１は、ＣＲＳシステム１００の複数の動作モードの１つを選択するために、ユーザーが操作可能な１又は複数の動作モード選択手段（例えばユーザー選択ボタン）を含んでいてもよい。
【0072】
様々な実施形態では、測定モード及びガイド光モードにおいて、ＣＲＳシステム１００が時分割で動作することに対応して、ユーザーは測定モードとガイド光モードの両方を選択してもよい。これにより、ユーザーは、測定動作のためにワーク表面１７０ｓ及び／又は光学ペン１２０を相対的に（例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に）確実に適切に配置するために、そのガイド光を断続的に使用しながら、幾つかの測定動作を実行することができる。
例えば、上述のようにその測定動作に幾つかの非測定期間がある場合は、その非測定期間に（ガイド光モードの）画像化動作を実行してもよく、これによって、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓのガイド光としての画像化を提供できる。
様々な実施形態において、ユーザーインタフェース部１７１は、画像化／ガイド光モード（図３参照）中の測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの画像情報、又は、測定モード中のＣＲＳシステム１００によって測定されたワーク表面１７０ｓまでの距離情報など、複数の動作モードのいずれかの動作に関連する情報を、スクリーンに表示するように設けられてもよい。
例えば、上述のようにその測定動作に幾つかの非測定期間がある場合は、その非測定期間に（ガイド光モードの）画像化動作を実行してもよく、これによって、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓのガイド光としての画像化を提供できる。
様々な実施形態において、ユーザーインタフェース部１７１は、画像化／ガイド光モード（図３参照）中の測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの画像情報、又は、測定モード中のＣＲＳシステム１００によって測定されたワーク表面１７０ｓまでの距離情報など、複数の動作モードのいずれかの動作に関連する情報を、スクリーンに表示するように設けられてもよい。
【0073】
後で図４に関して詳述するように、幾つかの実施形態では、ＣＲＳシステム１００は、マシンビジョン検査システム（ＭＶＩＳ）（又は「ビジョンシステム」）のような測定装置に結合され、又は、組み込まれていてもよい。特に、そのような測定装置（例えばビジョンシステム）は、ＣＲＳシステム１００を用いて、光学ペン１２０及び／又はワーク表面１７０ｓを相対的に配置する自動合焦機能を実行するのに使用されてもよく、上述のように、ワーク表面を、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過する狭帯域の範囲内の光によって画像化されたワーク表面が合焦するような合焦距離にすることができる。
【0074】
図４は、マシンビジョン検査システム（ＭＶＩＳ）４０１の形式の測定装置４００の代表的な実施例を示すブロック図であり、ワーク測定の際、ＣＲＳシステム１００’と組み合わせて使用される。ここに開示の様々な図面において、同様の接尾文字を持っている符号（例えば、符号１ＸＸと１ＸＸ’）は、一般に類似の構成とする。これは、構成１ＸＸ’の動作が一般に、類似する構成１ＸＸに関する先の説明からの類推に基づき、その分野の従来技術の１つによって限定的に理解されるからである。
【0075】
よく知られているように、マシンビジョン検査システム（「ビジョンシステム」）は、被検査物の正確な座標測定値を得て、被検査物の他の様々な特性を検査するのに利用され得る。そのようなシステムは、コンピュータ及びユーザーインタフェース４６０と、カメラ（不図示）と、光学画像化システム４３４と、移動可能な高精度ステージ４７２とを備え、カメラは、検査するワークの特徴をスキャンすることができる。
光学画像化システム４３４のような光学システムを持つマシンビジョン検査システムは、米国特許第７，４５４，０５３号と第８，０８５，２９５号公報に記載されている。マシンビジョン検査システム及び制御システムの様々な側面が、米国特許第７，３２４，６８２号公報（‘６８２号特許）、及び、米国特許出願公開２００５／００３１１９１号公報（‘１１９号公報）に、より詳細に説明されている。
‘６８２号特許及び‘１９１号公開により詳細に説明されている通り、マシンビジョン検査システム（ＭＶＩＳ）４０１は、ビジョンシステム制御装置４１０を含んでもよい。ビジョンシステム制御装置４１０は、取得・保存されたワーク検査画像を呼び出し、そのようなワーク検査画像中のワークの特徴を検査及び解析し、及び、検査結果を保存する及び／又は出力するために使用可能である。
光学画像化システム４３４のような光学システムを持つマシンビジョン検査システムは、米国特許第７，４５４，０５３号と第８，０８５，２９５号公報に記載されている。マシンビジョン検査システム及び制御システムの様々な側面が、米国特許第７，３２４，６８２号公報（‘６８２号特許）、及び、米国特許出願公開２００５／００３１１９１号公報（‘１１９号公報）に、より詳細に説明されている。
‘６８２号特許及び‘１９１号公開により詳細に説明されている通り、マシンビジョン検査システム（ＭＶＩＳ）４０１は、ビジョンシステム制御装置４１０を含んでもよい。ビジョンシステム制御装置４１０は、取得・保存されたワーク検査画像を呼び出し、そのようなワーク検査画像中のワークの特徴を検査及び解析し、及び、検査結果を保存する及び／又は出力するために使用可能である。
【0076】
図４に示すように、対物レンズ４７０を含んでいる光学画像化システム４３４は、光軸ＯＡを有し、ステージ４７２上のワークの表面を拡大して撮像する。光学画像化システム４３４は、Ｚ軸ガイドベアリング４３４ａに沿った移動によって画像の焦点を合わせるようにしてもよく、様々な実施例では、モーション機構４３４ｂ（例えば、Ｚ軸に沿って光学画像化システム４３４を移動させるアクチュエーターを駆動する制御可能モーター）によって移動する。様々な実施例では、モーション機構４３４ｂは、ビジョンシステム制御装置４１０内の移動制御装置４２０によって制御される。
様々な実施例では、ワークは、ガイドベアリング４７２ａのＸ軸及びＹ軸に沿って移動可能なワークステージ４７２上において、光学画像化システム４３４の視野（ＦＯＶ）内に配置される。ワークステージ４７２は、モーション機構４７２ｂ（例えば、Ｘ軸及びＹ軸に沿ってワークステージ４７２を移動させるアクチュエーターを駆動する制御可能モーター）によって移動するようにしてもよい。様々な実施例では、モーション機構４７２ｂは移動制御装置４２０によって制御される。
様々な実施例では、ワークは、ガイドベアリング４７２ａのＸ軸及びＹ軸に沿って移動可能なワークステージ４７２上において、光学画像化システム４３４の視野（ＦＯＶ）内に配置される。ワークステージ４７２は、モーション機構４７２ｂ（例えば、Ｘ軸及びＹ軸に沿ってワークステージ４７２を移動させるアクチュエーターを駆動する制御可能モーター）によって移動するようにしてもよい。様々な実施例では、モーション機構４７２ｂは移動制御装置４２０によって制御される。
【0077】
マシンビジョン検査システム（ＭＶＩＳ）４０１は、適切な取付手段（不図示）で、（光学画像化システム４３４を形成している）ＭＶＩＳ４０１のタレットに装着又は結合されたプローブシステム４３６を含んでいてもよい。プローブシステム４３６は、ＣＲＳシステム１００’の光学ペン１２０’を保持し易く設けられ、上述した様々な測定・画像化機能と組み合わせて使用されるようになっている。
光学ペン１２０’は、図１の光学ペン１２０に類似又は同一の構成（例えば、狭帯域スペクトルフィルター、カメラ、第２光源などと同様、標準的な光学ペン構成）を含んでいるものと理解されよう。光学ペン１２０’は、プローブヘッド・アセンブリー４３９に機構的に結合されていてもよく、また、光ファイバー１１２’及び信号線１１３’（例えば、光ファイバー１１２、信号線１１３ａ，１１３ｂに類似）を含むバスが、光学ペン１２０’をＣＲＳシステム１００’の光学ペン電装部１６０’に接続されていてもよい。
図示の実施形態では、光学ペン電装部１６０’は、ビジョンシステム制御装置４１０の一部であり、画像化電装部（例えば、図１の画像化電装部１６９に類似するもの）を含んでいてもよい。ＭＶＩＳ４０１は、米国イリノイ州オーロラ所在のミツトヨアメリカ社（ＭＡＣ）から入手可能なビジョンシステムの「クイックビジョン」（登録商標） ＱＶ Ａｐｅｘシリーズで利用可能なものに匹敵する関連の制御ソフトウェア、を含んでいてもよい。
光学ペン１２０’は、図１の光学ペン１２０に類似又は同一の構成（例えば、狭帯域スペクトルフィルター、カメラ、第２光源などと同様、標準的な光学ペン構成）を含んでいるものと理解されよう。光学ペン１２０’は、プローブヘッド・アセンブリー４３９に機構的に結合されていてもよく、また、光ファイバー１１２’及び信号線１１３’（例えば、光ファイバー１１２、信号線１１３ａ，１１３ｂに類似）を含むバスが、光学ペン１２０’をＣＲＳシステム１００’の光学ペン電装部１６０’に接続されていてもよい。
図示の実施形態では、光学ペン電装部１６０’は、ビジョンシステム制御装置４１０の一部であり、画像化電装部（例えば、図１の画像化電装部１６９に類似するもの）を含んでいてもよい。ＭＶＩＳ４０１は、米国イリノイ州オーロラ所在のミツトヨアメリカ社（ＭＡＣ）から入手可能なビジョンシステムの「クイックビジョン」（登録商標） ＱＶ Ａｐｅｘシリーズで利用可能なものに匹敵する関連の制御ソフトウェア、を含んでいてもよい。
【0078】
この構成では、標準的な座標測定装置の技術を、標準的なマシンビジョン技術と組み合わせて利用し、その移動制御装置４２０をプローブシステム４３６の制御に利用して、測定ビーム１９６’を有する光学ペン１２０’をワーク１７０’の表面１７０ｓ’に関して自動的に配置してもよい。
これに追加または代わりに、マシンビジョン検査システム４０１を、ワークステージ４７２とワーク１７０’、及び／又は、光学画像化システム４３４の移動のために利用して、測定及び画像化機能（例えば、本書及び特許文献などに記載されたもの）を実行してもよい。特に、ＣＲＳシステム１００’は、上記した全ての構成及び能力（例えば、図１から図３に関するもの）、つまり、測定スポットＭＳ（例えば、測定ビーム１９６’により形成されるもの）を含んだワーク表面１７０ｓ’の合焦画像を提供するための構成及び能力を含んでいてもよい。
これに追加または代わりに、マシンビジョン検査システム４０１を、ワークステージ４７２とワーク１７０’、及び／又は、光学画像化システム４３４の移動のために利用して、測定及び画像化機能（例えば、本書及び特許文献などに記載されたもの）を実行してもよい。特に、ＣＲＳシステム１００’は、上記した全ての構成及び能力（例えば、図１から図３に関するもの）、つまり、測定スポットＭＳ（例えば、測定ビーム１９６’により形成されるもの）を含んだワーク表面１７０ｓ’の合焦画像を提供するための構成及び能力を含んでいてもよい。
【0079】
図４に示すように、プローブシステム４３６は、Ｚ軸ガイドベアリング４３６ａに沿って移動可能であり、また、モーション機構４３６ｂ（例えば、Ｚ軸に沿ってプローブシステム４３６を移動させるアクチュエーターを駆動する制御可能モーター）によって、この移動が実行される。
様々な実施例では、モーション機構４３６ｂは移動制御装置４２０によって制御される。
様々な実施例では、プローブシステム４３６は、光学画像化システム４３４（例えば、最適な取付手段による光学画像化システム４３４を含んでいるタレット）に結合され、これにより、Ｚ軸ガイドベアリング４３４ａ及び／又は４３６ａの一方又は両方が含まれ、及び／又は、利用されるようになって、モーション機構４３４ｂ，４３６ｂの一方又は両方によって制御される光学画像化システム４３４及びプローブシステム４３６のＺ軸モーションが可能になる。
幾つかの実施例では、ＭＶＩＳ４０１のタレット、及び、ＣＲＳシステム１００’の光学ペン１２０’は、Ｚ軸方向に並んで該Ｚ軸方向に移動する。
様々な実施例では、光学画像化システム４３４及び光学ペン１２０’のＺ測定レンジは、互いに及びＭＶＩＳ４０１のＺ軸コントローラー座標に対して、校正され又は参照される。
光学ペン１２０’及び光学画像化システム４３４の座標調整（例えば、機構的な動作の調整）をサポートするため、光学ペン電装部１６０’及びビジョンシステム制御装置４１０が、データ及び制御信号を公知方法に従って取り交わすように構成されてもよい。
様々な実施例では、モーション機構４３６ｂは移動制御装置４２０によって制御される。
様々な実施例では、プローブシステム４３６は、光学画像化システム４３４（例えば、最適な取付手段による光学画像化システム４３４を含んでいるタレット）に結合され、これにより、Ｚ軸ガイドベアリング４３４ａ及び／又は４３６ａの一方又は両方が含まれ、及び／又は、利用されるようになって、モーション機構４３４ｂ，４３６ｂの一方又は両方によって制御される光学画像化システム４３４及びプローブシステム４３６のＺ軸モーションが可能になる。
幾つかの実施例では、ＭＶＩＳ４０１のタレット、及び、ＣＲＳシステム１００’の光学ペン１２０’は、Ｚ軸方向に並んで該Ｚ軸方向に移動する。
様々な実施例では、光学画像化システム４３４及び光学ペン１２０’のＺ測定レンジは、互いに及びＭＶＩＳ４０１のＺ軸コントローラー座標に対して、校正され又は参照される。
光学ペン１２０’及び光学画像化システム４３４の座標調整（例えば、機構的な動作の調整）をサポートするため、光学ペン電装部１６０’及びビジョンシステム制御装置４１０が、データ及び制御信号を公知方法に従って取り交わすように構成されてもよい。
【0080】
図４は、代表的な制御回路及び／又はルーチンを示すブロックを説明している。これらのブロックは、コンピュータ及びユーザーインタフェース４６０と、ビジョンシステム制御装置４１０とを含む。このビジョンシステム制御装置４１０は、光学ペン電装部１６０’と通信するためのホストシステムとして動作し、また、移動制御装置４２０及びプローブヘッド制御装置４３０を含んでいる。
図４の実施形態では、コネクション４９２を介してプローブシステム４３６に接続されている電源及び制御バス４１５によって、全てのブロックが相互に、又、マシンビジョン検査システム４０１の様々な構成と接続されている。
光学ペン電装部１６０’は、光学ペン１２０’を使用して測定を実行し、制御信号及びデータ信号をコンピュータ及びユーザーインタフェース４６０及び／又はビジョンシステム制御装置４１０と取り交わしてもよい。
光学ペン１２０’の狭帯域スペクトルフィルターを透過する狭帯域の範囲内の第２光によって画像化されたワーク表面１７０ｓ’が合焦するような距離と一致するように（例えば、その画像で、測定スポットＭＳとともにワーク１７０’の表面１７０ｓ’が合焦するように）、光学ペン１２０’とワーク表面１７０ｓ’間の距離を調整するために、ＭＶＩＳ４０１の移動制御装置４２０を利用して、モーション機構（例えばモーション機構４３６ｂ）を制御してもよい。
上記のように、様々な実施例では、（例えば、移動制御装置４２０で制御されるモーション機構４７２ｂによる移動のように、ガイドベアリング４７２ａ上のＸ軸及びＹ軸に沿ったワークステージ４７２の移動によって、）ワーク１７０’が光学ペン１２０’に関してＸ軸及びＹ軸方向に位置調整される。
図４の実施形態では、コネクション４９２を介してプローブシステム４３６に接続されている電源及び制御バス４１５によって、全てのブロックが相互に、又、マシンビジョン検査システム４０１の様々な構成と接続されている。
光学ペン電装部１６０’は、光学ペン１２０’を使用して測定を実行し、制御信号及びデータ信号をコンピュータ及びユーザーインタフェース４６０及び／又はビジョンシステム制御装置４１０と取り交わしてもよい。
光学ペン１２０’の狭帯域スペクトルフィルターを透過する狭帯域の範囲内の第２光によって画像化されたワーク表面１７０ｓ’が合焦するような距離と一致するように（例えば、その画像で、測定スポットＭＳとともにワーク１７０’の表面１７０ｓ’が合焦するように）、光学ペン１２０’とワーク表面１７０ｓ’間の距離を調整するために、ＭＶＩＳ４０１の移動制御装置４２０を利用して、モーション機構（例えばモーション機構４３６ｂ）を制御してもよい。
上記のように、様々な実施例では、（例えば、移動制御装置４２０で制御されるモーション機構４７２ｂによる移動のように、ガイドベアリング４７２ａ上のＸ軸及びＹ軸に沿ったワークステージ４７２の移動によって、）ワーク１７０’が光学ペン１２０’に関してＸ軸及びＹ軸方向に位置調整される。
【0081】
上記のように、様々な実施例では、光学ペン１２０’に含まれているような狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅が、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓ’の最適な画像化のために、定義／選択される。このような画像は、操作者がワーク表面１７０ｓ’をＣＲＳシステム１００’の光学ペン１２０’に対して適切に配置（例えば、Ｘ軸及びＹ軸方向の位置調整）できるようにアシストするためのガイド光として使用され得る。
一般に、光学ペン１２０’のレンズ配置によって軸上色分散を有しているとしても、狭帯域スペクトルフィルターを透過した狭帯域幅の波長光は、光学ペン１２０’のカメラによって画像化された際も、まだ、その殆どが共に合焦状態になっている。
対照的に、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅の範囲外の波長光は（、そのために主に狭帯域スペクトルフィルターによって遮蔽／フィルタリングされ得て）、（例えば、ワーク表面１７０ｓ’の画像化のために）カメラによって画像化される際／画像化されるとすれば、非合焦状態である光／非合焦状態になるであろう光と、一致している。
より具体的には、様々な実施例においては、（例えば、光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されるワーク表面１７０ｓ’が合焦状態になるような合焦距離と、一致する場合）その非合焦光が遮蔽／フィルタリングされるように、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅が決定／選択／利用される。
上記のように、様々な実施例では、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅は、ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央と概ね一致する中心波長を有している（例えば、その中心波長がＣＲＳ測定レンジの中央の１０パーセントの範囲内にある）。
本明細書に開示するように、標準的なＣＲＳ測定レンジ内の光（例えば、ＣＲＳ測定レンジの中央付近または中央の光）を利用するような狭帯域設定を使用することで、測定スポットのガイド光として画像化が、一層自然かつロバストに実行される（例えば、容易な設定および配置の実現）ようになった。
一般に、光学ペン１２０’のレンズ配置によって軸上色分散を有しているとしても、狭帯域スペクトルフィルターを透過した狭帯域幅の波長光は、光学ペン１２０’のカメラによって画像化された際も、まだ、その殆どが共に合焦状態になっている。
対照的に、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅の範囲外の波長光は（、そのために主に狭帯域スペクトルフィルターによって遮蔽／フィルタリングされ得て）、（例えば、ワーク表面１７０ｓ’の画像化のために）カメラによって画像化される際／画像化されるとすれば、非合焦状態である光／非合焦状態になるであろう光と、一致している。
より具体的には、様々な実施例においては、（例えば、光学ペンからワーク表面までの距離が、狭帯域スペクトルフィルターの透過光によって画像化されるワーク表面１７０ｓ’が合焦状態になるような合焦距離と、一致する場合）その非合焦光が遮蔽／フィルタリングされるように、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅が決定／選択／利用される。
上記のように、様々な実施例では、狭帯域スペクトルフィルターのスペクトル帯域幅は、ＣＲＳシステムのＣＲＳ測定レンジの中央と概ね一致する中心波長を有している（例えば、その中心波長がＣＲＳ測定レンジの中央の１０パーセントの範囲内にある）。
本明細書に開示するように、標準的なＣＲＳ測定レンジ内の光（例えば、ＣＲＳ測定レンジの中央付近または中央の光）を利用するような狭帯域設定を使用することで、測定スポットのガイド光として画像化が、一層自然かつロバストに実行される（例えば、容易な設定および配置の実現）ようになった。
【0082】
クロマティックレンジセンサーシステムの光学ペン１２０／１２０’を利用して、測定点の経路に沿ってワーク表面上をスキャンするような一実施例において、画像取得の処理（すなわち、測定スポットがワーク上のどこにあるかを説明するための処理）が、その測定経路に沿った異なる選択位置で実行される。
これには、各測定点において、狭帯域スペクトルフィルターを透過した波長光が合焦するような距離と一致する正しい高さになるように、ワーク表面上の測定点毎に区別して光学ペンをＺ軸方向に配置することが要求される。
例えば、一実施例では、測定経路の開始及び終了時に、測定スポットがワーク上に正しく配置されていることを確認するために、測定経路の開始点と終了点の測定スポットを示す２つの画像を取得する。
必要ならば、測定経路に沿った様々な点のために、幾つかの追加画像を取得してもよい。
その測定経路に沿った測定値の取得の前後に、そのような画像化を実行してもよい。つまり、これらの表面上の点を画像化するために各点を区別してワークに対する光学ペンを配置すること、及び、画像を取得することを、その経路に沿って表面上の点を測定する測定処理の前後に実行してもよい。
これに代えて、画像化処理を、その経路に沿った表面上の点の測定処理の一部として、又は、その測定処理中に、実行してもよい。
これには、各測定点において、狭帯域スペクトルフィルターを透過した波長光が合焦するような距離と一致する正しい高さになるように、ワーク表面上の測定点毎に区別して光学ペンをＺ軸方向に配置することが要求される。
例えば、一実施例では、測定経路の開始及び終了時に、測定スポットがワーク上に正しく配置されていることを確認するために、測定経路の開始点と終了点の測定スポットを示す２つの画像を取得する。
必要ならば、測定経路に沿った様々な点のために、幾つかの追加画像を取得してもよい。
その測定経路に沿った測定値の取得の前後に、そのような画像化を実行してもよい。つまり、これらの表面上の点を画像化するために各点を区別してワークに対する光学ペンを配置すること、及び、画像を取得することを、その経路に沿って表面上の点を測定する測定処理の前後に実行してもよい。
これに代えて、画像化処理を、その経路に沿った表面上の点の測定処理の一部として、又は、その測定処理中に、実行してもよい。
【0083】
測定スポットＭＳを含むワーク表面の合焦画像をそれぞれ取得するため、ワーク上の測定点が、狭帯域スペクトルフィルターに一致する（すなわちこれを透過する）波長光が合焦する距離と一致するような光学ペンからの正しいＺ距離になるように、光学ペンのＺ位置を調整することが必要になる場合がある。
例えば、上記のように経路の開始位置で第１画像を取得した後、その測定経路に沿った点で測定値を取得するために、ワーク表面に対するペンの位置を（例えば、図４のステージ４７２の移動によって、）Ｘ軸及びＹ軸方向に移動させる間も、光学ペンを同じＺ位置に（例えば、その機械座標系の範囲内での同じＺ位置で、又は、第１画像が合焦した位置に）維持する場合がある。
もし、例えばワークが比較的平らで、また、（例えば緑色の）狭帯域スペクトルフィルター１０８が光学ペンのレンジの概ね中央である場合、測定経路に沿った全ての測定点が、このＺ高さに配置された光学ペンの測定レンジＲの範囲内であるならば、上記のアプローチが効果的に作用する。上記の場合、比較的平らなワーク表面で、Ｘ方向およびＹ方向への移動に伴うＺ位置が、そのＺ高さから上下に僅かに変化したとしても、どの測定点も、依然として光学ペンの測定範囲Ｒにあるだろう。
例えば、上記のように経路の開始位置で第１画像を取得した後、その測定経路に沿った点で測定値を取得するために、ワーク表面に対するペンの位置を（例えば、図４のステージ４７２の移動によって、）Ｘ軸及びＹ軸方向に移動させる間も、光学ペンを同じＺ位置に（例えば、その機械座標系の範囲内での同じＺ位置で、又は、第１画像が合焦した位置に）維持する場合がある。
もし、例えばワークが比較的平らで、また、（例えば緑色の）狭帯域スペクトルフィルター１０８が光学ペンのレンジの概ね中央である場合、測定経路に沿った全ての測定点が、このＺ高さに配置された光学ペンの測定レンジＲの範囲内であるならば、上記のアプローチが効果的に作用する。上記の場合、比較的平らなワーク表面で、Ｘ方向およびＹ方向への移動に伴うＺ位置が、そのＺ高さから上下に僅かに変化したとしても、どの測定点も、依然として光学ペンの測定範囲Ｒにあるだろう。
【0084】
一方、経路上の幾つかの測定点が、そのＺ位置での光学ペンの測定レンジＲの範囲よりも高い又は低い場合は、これらの測定点が測定レンジの範囲内になるように、光学ペンのＺ位置の調整が必要になる場合がある。
また、測定経路の終了位置において、最終／終了時の測定点がどんなＺ高さであっても、ワーク表面の合焦画像を取得する処理が実行されるようにしてもよい。この処理には、ワーク上の測定経路に沿った最終の測定点が光学ペンからの正しいＺ距離になるように、Ｚ距離（例えば、光学ペンのＺ軸方向の移動）を、狭帯域スペクトルフィルター１０８に一致する波長光で合焦するような距離と一致するように調整する処理が含まれる。
また、測定経路の終了位置において、最終／終了時の測定点がどんなＺ高さであっても、ワーク表面の合焦画像を取得する処理が実行されるようにしてもよい。この処理には、ワーク上の測定経路に沿った最終の測定点が光学ペンからの正しいＺ距離になるように、Ｚ距離（例えば、光学ペンのＺ軸方向の移動）を、狭帯域スペクトルフィルター１０８に一致する波長光で合焦するような距離と一致するように調整する処理が含まれる。
【0085】
画像化処理を実行するどの表面の点も、その表面の点に追加の測定処理を実行することが不要になる場合がある。
より具体的には、様々な実施例では、（例えば、ここに記載されているように）画像化処理自体が、（狭帯域スペクトルフィルター１０８およびカメラ１０９に関して、）ワーク表面を合焦距離まで持っていくために、光学ペンからワークまでの距離をどの程度調整するかを決定するための測定処理の実行を含んでいる場合がある。
より具体的には、様々な実施例において、自動合焦機能を含む画像化処理は、本開示に従って、
（１）光学ペンと表面の点間の初期の距離の測定値を決定すること、及び、
（２）ワーク表面の画像が合焦するように、該距離を、狭帯域スペクトルフィルターの波長光と一致するような合焦距離に（例えば、光学ペンをＺ方向に移動することにより）調整すること、を含む場合がある。よって、画像化処理の一部として、
ステップ（１）は、ワーク表面の点までの初期の距離を測定し、
ステップ（２）は、合焦画像を取得するために初期の距離に実行される調整量を決定し、これにより、（調整後の）ワーク表面の点までの現在の距離が、判明し、又は、ステップ（１）及び（２）の結果に基づいて算出される。
任意のステップ（３）は、ワーク表面の点までの現在の距離について、別の測定値を取得する（例えば、図４のＺ軸モーション機構４３６ｂのような、測定装置の移動機構の正確さを確認するため）。
より具体的には、様々な実施例では、（例えば、ここに記載されているように）画像化処理自体が、（狭帯域スペクトルフィルター１０８およびカメラ１０９に関して、）ワーク表面を合焦距離まで持っていくために、光学ペンからワークまでの距離をどの程度調整するかを決定するための測定処理の実行を含んでいる場合がある。
より具体的には、様々な実施例において、自動合焦機能を含む画像化処理は、本開示に従って、
（１）光学ペンと表面の点間の初期の距離の測定値を決定すること、及び、
（２）ワーク表面の画像が合焦するように、該距離を、狭帯域スペクトルフィルターの波長光と一致するような合焦距離に（例えば、光学ペンをＺ方向に移動することにより）調整すること、を含む場合がある。よって、画像化処理の一部として、
ステップ（１）は、ワーク表面の点までの初期の距離を測定し、
ステップ（２）は、合焦画像を取得するために初期の距離に実行される調整量を決定し、これにより、（調整後の）ワーク表面の点までの現在の距離が、判明し、又は、ステップ（１）及び（２）の結果に基づいて算出される。
任意のステップ（３）は、ワーク表面の点までの現在の距離について、別の測定値を取得する（例えば、図４のＺ軸モーション機構４３６ｂのような、測定装置の移動機構の正確さを確認するため）。
【0086】
図５は、表面に形成された測定スポットＭＳを含む被測定ワーク表面の合焦画像を提供するためのＣＲＳシステムの動作方法５００を示すフロー図である。ＣＲＳシステムは、上述の実施形態に従って構成されている。ステップ５０２は、ＣＲＳ出力スペクトルプロファイルデータに基づく、光学ペン１２０からワーク表面１７０ｓまでの距離を測定するために、ＣＲＳシステム１００を動作させることを含む。ステップ５０４は、光学ペン１２０からワーク表面１７０ｓまでの距離が、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過する該狭帯域の範囲内の光によって画像化されたワーク表面１７０ｓが合焦するような合焦距離と、一致するように調整することを含む。
様々な実施例では、図１に示すＣＲＳシステム１００の移動ステージ１７５及び調整機構１７５ａ、図４に示すようなＺ軸モーション機構４３６ｂ及びＺ軸ガイドベアリング４３６ａ、等を使用して、ワーク表面１７０ｓの位置を光学ペン１２０に対してＺ軸に沿って変化させることで、この調整を実行してもよい。また、色分散レンズ配置１５０Ｌの合焦特性を変化させることで、光学的に調整してもよい。これによって、光学ペン１２０からの物理的距離を同じにしたまま、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過する該狭帯域の範囲内の光によって画像化されるワーク表面１７０ｓが、合焦状態になる。更なる代替手段として、狭帯域スペクトルフィルター１０８の内部フィルター波長を変更して、Ｚ軸上の現在のワーク表面１７０ｓ位置で合焦するような波長（域）に合わせることで、この調整を実行してもよい。
様々な実施例では、図１に示すＣＲＳシステム１００の移動ステージ１７５及び調整機構１７５ａ、図４に示すようなＺ軸モーション機構４３６ｂ及びＺ軸ガイドベアリング４３６ａ、等を使用して、ワーク表面１７０ｓの位置を光学ペン１２０に対してＺ軸に沿って変化させることで、この調整を実行してもよい。また、色分散レンズ配置１５０Ｌの合焦特性を変化させることで、光学的に調整してもよい。これによって、光学ペン１２０からの物理的距離を同じにしたまま、狭帯域スペクトルフィルター１０８を透過する該狭帯域の範囲内の光によって画像化されるワーク表面１７０ｓが、合焦状態になる。更なる代替手段として、狭帯域スペクトルフィルター１０８の内部フィルター波長を変更して、Ｚ軸上の現在のワーク表面１７０ｓ位置で合焦するような波長（域）に合わせることで、この調整を実行してもよい。
【0087】
ステップ５０６は、狭帯域スペクトルフィルターを透過してカメラ１０９に取得された光を含む、反射光１２２のうちの画像化部分１２２ｂに基づく、ワーク表面１７０ｓ上の光学ペン１２０の測定スポットＭＳの画像（すなわち、ワーク表面上に形成される測定スポットＭＳを含んだワーク表面１７０ｓの画像）を表示することを含む。
様々な実施例では、ワーク表面１７０ｓが合焦している状態で表示される画像は、測定スポットＭＳにてワーク特徴点を２μｍ以上の分解能で表示される。
様々な実施例において、ワーク表面１７０ｓをＣＲＳシステム１００に対して適切に位置決めする目的では、２μｍの分解能は十分である。
上述の通り、このような構成に関して、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの最適な画像化のために、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅が定義／選択されるようにしてもよく、このような画像は、操作者がワーク表面１７０ｓをＣＲＳシステム１００に対して（例えば、Ｘ軸及びＹ軸方向へ）適切に配置できるようにアシストするためのガイド光として使用され得る。
様々な実施例では、ワーク表面１７０ｓが合焦している状態で表示される画像は、測定スポットＭＳにてワーク特徴点を２μｍ以上の分解能で表示される。
様々な実施例において、ワーク表面１７０ｓをＣＲＳシステム１００に対して適切に位置決めする目的では、２μｍの分解能は十分である。
上述の通り、このような構成に関して、測定スポットＭＳを含むワーク表面１７０ｓの最適な画像化のために、狭帯域スペクトルフィルター１０８のスペクトル帯域幅が定義／選択されるようにしてもよく、このような画像は、操作者がワーク表面１７０ｓをＣＲＳシステム１００に対して（例えば、Ｘ軸及びＹ軸方向へ）適切に配置できるようにアシストするためのガイド光として使用され得る。
【0088】
一般に、本明細書で概説した様々なブロックは、従来技術で同様の動作に使用されたものと類似または同一の構成および動作を使用して構成され得る。様々な実施形態において、本明細書で概説されるブロックの動作は、汎用プロセッサー等を使用して実行され得ること、また、様々な実施形態において、様々なブロックに関連する回路および／またはルーチンが併合され得る、または区別され得ないことが理解されよう。
【0089】
本発明の好ましい実施形態を図示および説明してきたが、これらの図示および説明された構成および動作シーケンスについての多数の変形例があることは、本開示に基づいて当業者には明らかであろう。例えば、クロマティックポイントセンサー（光学ペン）を含んでいるＣＲＳシステムが本明細書に示されているが、クロマティックラインセンサーを含むＣＲＳシステムは、本明細書に開示されるシステムおよび方法に従って動作するように構成され得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【外国語明細書】