(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】P2024135036
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】測定装置及び測定方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023045527
(22)【出願日】2023-03-22
(71)【出願人】
【識別番号】000151494
【氏名又は名称】株式会社東京精密
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(74)【代理人】
【識別番号】100170069
【弁理士】
【氏名又は名称】大原 一樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128635
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100140992
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲政
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 直希
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA06
2F065BB05
2F065DD12
2F065FF10
2F065GG03
2F065GG04
2F065GG07
2F065GG24
2F065JJ02
2F065JJ03
2F065JJ25
2F065JJ26
2F065LL02
2F065LL28
2F065LL67
2F065SS13
(57)【要約】
【課題】カラー共焦点法における不要な成分の光を遮る一方、測定精度の低下が抑制される、測定装置及び測定方法を提供する。
【解決手段】測定装置（１０）は、多波長光を出射する光源（１２）、多波長光に対して光軸（ＡＸ）に沿う色収差を発生させる第１光学部（５６）、色収差を発生させた多波長光を測定対象物（Ｗ）の測定位置に対して集光させる第２光学部（５６）、第１光学部へ入射する多波長光の一部を遮り、光軸が貫く位置に配置される減光部材（５７）、減光部材が多波長光を遮る面積を可変させる減光調整部、減光部材を通過した多波長光の少なくとも一部を通過させる開口部（ＡＰ）、開口部を通過した多波長光のスペクトル情報を取得するための受光部を備える。
【選択図】図１
【解決手段】測定装置（１０）は、多波長光を出射する光源（１２）、多波長光に対して光軸（ＡＸ）に沿う色収差を発生させる第１光学部（５６）、色収差を発生させた多波長光を測定対象物（Ｗ）の測定位置に対して集光させる第２光学部（５６）、第１光学部へ入射する多波長光の一部を遮り、光軸が貫く位置に配置される減光部材（５７）、減光部材が多波長光を遮る面積を可変させる減光調整部、減光部材を通過した多波長光の少なくとも一部を通過させる開口部（ＡＰ）、開口部を通過した多波長光のスペクトル情報を取得するための受光部を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに異なる波長を有する複数の光が含まれる多波長光を出射する光源と、
前記光源から出射される前記多波長光に対して、光軸に沿う色収差を発生させる第１光学部と、
前記色収差を発生させた前記多波長光を測定対象物の測定位置に対して集光させる第２光学部と、
前記第１光学部へ入射する前記多波長光の一部を遮る減光部材であり、前記光軸が貫く位置に配置される減光部材と、
前記減光部材が配置される位置における前記多波長光の断面積に対する、前記減光部材が前記多波長光を遮る面積比を可変させる減光調整部と、
前記減光部材を通過した前記多波長光の少なくとも一部を通過させる開口部と、
前記開口部を通過した前記多波長光のスペクトル情報を取得するための受光部と、
を備えた測定装置。
前記光源から出射される前記多波長光に対して、光軸に沿う色収差を発生させる第１光学部と、
前記色収差を発生させた前記多波長光を測定対象物の測定位置に対して集光させる第２光学部と、
前記第１光学部へ入射する前記多波長光の一部を遮る減光部材であり、前記光軸が貫く位置に配置される減光部材と、
前記減光部材が配置される位置における前記多波長光の断面積に対する、前記減光部材が前記多波長光を遮る面積比を可変させる減光調整部と、
前記減光部材を通過した前記多波長光の少なくとも一部を通過させる開口部と、
前記開口部を通過した前記多波長光のスペクトル情報を取得するための受光部と、
を備えた測定装置。
【請求項2】
前記減光調整部は、前記光軸に対して平行となる方向における前記減光部材の位置を調整する位置調整部を備えた請求項１に記載の測定装置。
【請求項3】
複数の前記減光部材を備え、
前記位置調整部は、前記光軸に対して平行となる方向において互いに異なる位置に支持される前記複数の減光部材の中から、前記多波長光を遮る位置へ配置させる前記減光部材を選択する選択部を備えた請求項２に記載の測定装置。
前記位置調整部は、前記光軸に対して平行となる方向において互いに異なる位置に支持される前記複数の減光部材の中から、前記多波長光を遮る位置へ配置させる前記減光部材を選択する選択部を備えた請求項２に記載の測定装置。
【請求項4】
前記位置調整部は、前記光軸に対して平行となる方向について前記減光部材を移動させる移動部を備えた請求項２に記載の測定装置。
【請求項5】
前記減光部材は、前記第１光学部又は前記第２光学部と、前記開口部との間に配置される請求項１に記載の測定装置。
【請求項6】
前記減光調整部は、前記多波長光を遮る前記減光部材の面積を可変させるサイズ可変部を備えた請求項１に記載の測定装置。
【請求項7】
前記測定対象物を測定する際の測定条件を取得する測定条件取得部を備え、
前記減光調整部は、前記取得される測定条件に応じて、前記減光部材が配置される位置における前記多波長光の断面積に対する、前記減光部材が前記多波長光を遮る面積比を可変させる請求項１に記載の測定装置。
前記減光調整部は、前記取得される測定条件に応じて、前記減光部材が配置される位置における前記多波長光の断面積に対する、前記減光部材が前記多波長光を遮る面積比を可変させる請求項１に記載の測定装置。
【請求項8】
前記色収差を発生させた前記多波長光を前記測定対象物の前記測定位置へ照射し、かつ、前記測定対象物へ照射された前記多波長光の反射光が入射するプローブを備え、
前記プローブは、
前記第１光学部と、
前記第２光学部と、
前記減光部材と、
を備えた請求項１に記載の測定装置。
前記プローブは、
前記第１光学部と、
前記第２光学部と、
前記減光部材と、
を備えた請求項１に記載の測定装置。
【請求項9】
前記第１光学部と前記第２光学部とは一体に構成される請求項１に記載の測定装置。
【請求項10】
互いに異なる波長を有する複数の光が含まれる多波長光であり、光軸に沿う色収差を発生させた多波長光を測定対象物へ照射して、前記測定対象物の表面を測定する測定方法であって、
前記測定対象物の測定位置に対して前記色収差を発生させた前記多波長光を集光させ、
前記色収差を発生させる第１光学部へ入射する前記多波長光の一部を遮る減光部材であり、前記光軸が貫く位置に配置される減光部材が配置される位置における前記多波長光の断面積に対する、前記減光部材が前記多波長光を遮る面積比を可変させ、
前記減光部材を通過した前記多波長光の少なくとも一部を、前記測定対象物の合焦位置と共役の関係を有する開口部を通過させ、
前記開口部を通過させた前記多波長光のスペクトル情報を取得する測定方法。
前記測定対象物の測定位置に対して前記色収差を発生させた前記多波長光を集光させ、
前記色収差を発生させる第１光学部へ入射する前記多波長光の一部を遮る減光部材であり、前記光軸が貫く位置に配置される減光部材が配置される位置における前記多波長光の断面積に対する、前記減光部材が前記多波長光を遮る面積比を可変させ、
前記減光部材を通過した前記多波長光の少なくとも一部を、前記測定対象物の合焦位置と共役の関係を有する開口部を通過させ、
前記開口部を通過させた前記多波長光のスペクトル情報を取得する測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、カラー共焦点法を用いて計測対象物の表面性状などを計測する測定装置が知られている。カラー共焦点法は、屈折光学系の光軸に沿う方向の色収差を利用した測長原理である。色収差が発生する光学系では、焦点を結ぶ距離が波長に応じて異なる。
【0003】
測定対象物の表面を測定する際に、互いに異なる複数の波長が含まれる多波長光をコントローラから出力させ、光ファイバ及びプローブを介して測定対象物へ向けて多波長光を照射させる。
【0004】
プローブから出射させる多波長光は、色収差に起因して波長ごとに光軸上の異なる位置において焦点を結ぶ。コントローラに具備される分光器は、測定対象物へ照射された多波長光の反射光のうち、測定対象物の表面において合焦した波長を有する光を検出する。分光器を用いて検出された光の波長が距離に換算される。このようにして、非接触の距離測定が実現される。
【0005】
特許文献１は、カラー共焦点法を用いて測定対象物を測定する共焦点計測装置が記載される。同文献に記載の共焦点光学系は、回折レンズの中央部を通過する不要な光を遮る遮光物が具備され、クロストークが低減化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０２０／０５９６７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に記載の装置のように光路上に遮光物が配置されると、測定対象物からの反射光の総量が減少する。反射光の総量の減少は、ピーク検出の精度低下に起因する測定精度低下の要因となり得る。特に、測定対象物に対して反射率が相対的に低い物質が用いられる場合には、ピーク検出そのものが困難になる。
【0008】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、カラー共焦点法における不要な反射光の入射が抑制され、かつ、ピーク検出に必要な反射光の光量が確保される、測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、次の発明態様を提供する。
【0010】
本開示の第１態様に係る測定装置は、互いに異なる波長を有する複数の光が含まれる多波長光を出射する光源と、光源から出射される多波長光に対して、光軸に沿う色収差を発生させる第１光学部と、色収差を発生させた多波長光を測定対象物の測定位置に対して集光させる第２光学部と、第１光学部へ入射する多波長光の一部を遮る減光部材であり、光軸が貫く位置に配置される減光部材と、減光部材が配置される位置における多波長光の断面積に対する、減光部材が多波長光を遮る面積比を可変させる減光調整部と、減光部材を通過した多波長光の少なくとも一部を通過させる開口部と、開口部を通過した多波長光のスペクトル情報を取得するための受光部と、を備えた測定装置である。
【0011】
本開示の第１態様に係る測定装置によれば、第１光学部へ入射する多波長光の一部を遮る減光部材であり、光軸が貫く位置に配置される減光部材が、減光部材が配置される位置における多波長光の断面積に対する、減光部材が多波長光を遮る面積比を可変させる。これにより、測定対象物の測定位置において合焦せずに反射した反射光の受光部への入射が抑制され、かつ、ピーク検出に必要な反射光の光量が確保される。
【0012】
光源から第１光学部へ向かう多波長光を第１光学部へ導光する第３光学部を備えてもよい。第３光学部は、第１光学部へ向かう平行光を生成すうるコリメータレンズが具備されてもよい。
【0013】
減光部材を通過した多波長光の例として、減光部材に遮られずに光軸方向における減光部材の位置を通過した多波長光が挙げられる。
【0014】
開口部は、測定対象物における多波長光の合焦位置と共役の関係を有する位置に配置され得る。
【0015】
第２態様に係る測定装置は、第１態様の測定装置において、減光調整部は、光軸に対して平行となる方向における減光部材の位置を調整する位置調整部を備えてもよい。
【0016】
かかる態様によれば、光軸に対して平行となる方向における減光部材の位置に応じて、減光部材が配置される位置における反射光の断面積に対する、減光部材が反射光を遮る面積比を可変させ得る。
【0017】
第３態様に係る測定装置は、第２態様の測定装置において、複数の減光部材を備え、位置調整部は、光軸に対して平行となる方向において互いに異なる位置に支持される複数の減光部材の中から、多波長光を遮る位置へ配置させる減光部材を選択する選択部を備えてもよい。
【0018】
かかる態様によれば、光軸に対して平行となる方向における規定の複数の位置のそれぞれに対して、減光部材を配置し得る。
【0019】
第４態様に係る測定装置は、第２態様の測定装置において、位置調整部は、光軸に対して平行となる方向について減光部材を移動させる移動部を備えてもよい。
【0020】
かかる態様によれば、光軸に対して平行となる方向における任意の位置に対して、減光部材を配置し得る。
【0021】
第５態様に係る測定装置は、第１態様から第４態様のいずれか一態様の測定装置において、減光部材は、第１光学部又は第２光学部と、開口部との間に配置されてもよい。
【0022】
かかる態様によれば、反射光のビーム径が変化する光路上に対して、減光部材を配置し得る。
【0023】
第６態様に係る測定装置は、第１態様から第５態様のいずれか一態様の測定装置において、減光調整部は、多波長光を遮る減光部材の面積を可変させるサイズ可変部を備えてもよい。
【0024】
かかる態様によれば、減光部材にサイズに応じた多波長光の遮蔽を実現し得る。
【0025】
第７態様に係る測定装置は、第１態様から第６態様のいずれか一態様の測定装置において、測定対象物を測定する際の測定条件を取得する測定条件取得部を備え、減光調整部は、取得される測定条件に応じて、減光部材が配置される位置における多波長光の断面積に対する、減光部材が多波長光を遮る面積比を可変させてもよい。
【0026】
かかる態様によれば、測定条件に応じた好ましい反射光のピーク検出を実現し得る。
【0027】
第８態様に係る測定装置は、第１態様から第７態様のいずれか一態様の測定装置において、色収差を発生させた多波長光を測定対象物の測定位置へ照射し、かつ、測定対象物へ照射された多波長光の反射光が入射するプローブを備え、プローブは、第１光学部と、第２光学部と、減光部材と、を備えてもよい。
【0028】
かかる態様によれば、多波長光を測定対象物の測定位置へ照射し、かつ、反射光が入射するプローブにおいて、反射光におけるピーク検出に不要な反射光の減光が実現される。
【0029】
第９態様に係る測定装置は、第１態様から第９態様のいずれか一態様の測定装置において、第１光学部と第２光学部とは一体に構成されてもよい。
【0030】
本開示に係る測定方法は、互いに異なる波長を有する複数の光が含まれる多波長光であり、光軸に沿う色収差を発生させた多波長光を測定対象物へ照射して、測定対象物の表面を測定する測定方法であって、測定対象物の測定位置に対して色収差を発生させた多波長光を集光させ、色収差を発生させる第１光学部へ入射する多波長光の一部を遮る減光部材であり、光軸が貫く位置に配置される減光部材が配置される位置における多波長光の断面積に対する、減光部材が多波長光を遮る面積比を可変させ、減光部材を通過した前記多波長光の少なくとも一部を、測定対象物の合焦位置と共役の関係を有する開口部を通過させ、開口部を通過させた前記多波長光のスペクトル情報を取得する測定方法である。
【0031】
本開示に係る測定方法によれば、本開示に係る測定装置と同様の作用効果を得ることが可能である。他の態様に係る測定装置の構成要件は、他の態様に係る測定方法の構成要件へ適用し得る。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、測定対象物において反射した反射光の一部を遮る減光部材であり、光軸が貫く位置に配置される減光部材が、減光部材が配置される位置における反射光の断面積に対する、減光部材が反射光を遮る面積比を可変させる。これにより、測定対象物の測定位置において合焦せずに反射した反射光の分光器への入射が抑制され、かつ、ピーク検出に必要な反射光の光量が確保される。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】第１実施形態に係る測定装置の構成例を示す全体構成図である。
【図2】入射光の光路の模式図である。
【図3】反射光の光路の模式図である。
【図4】カラー共焦点法の説明図であり、色収差発生の説明図である。
【図5】対物レンズの周囲部を通過した反射光に対応する分光器の出力信号を示す模式図である。
【図6】カラー共焦点法の課題の説明図であり、対物レンズの中央部を通過した光の模式図である。
【図7】レンズの中央部を通過した反射光に対応する分光器の出力信号を示す模式図である。
【図8】実際に観測される出力信号の模式図である。
【図9】第１実施形態に係る測定装置に適用されるプローブの構成例を示す模式図である。
【図10】第１実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図11】第１実施形態に係る測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図12】第２実施形態に係る測定装置に適用されるプローブの構成例を示す模式図である。
【図13】第２実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図14】変形例に係るプローブの構成例を示す模式図である。
【図15】減光部材のサイズ例を示す減光部材の正面図である。
【図16】第３実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。
【図17】第３実施形態に係る測定方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0034】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。本明細書では、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明は適宜省略する。
【0035】
［第１実施形態に係る測定装置の全体構成］
第１実施形態に係る測定装置の構成例を示す全体構成図である。同図に示す測定装置１０は、屈折光学系の軸上色収差を利用した測定原理が適用されるカラー共焦点法が用いられる。軸上色収差とは、光軸に沿う方向に生じる色収差である。色収差が発生する光学系では、波長ごとに焦点を結ぶ距離が異なり、測定対象物Ｗの測定位置ＷＰにおいて焦点を結んだ反射光が、主として光ファイバＦ３へ戻る。分光器２０を用いて、測定対象物Ｗの測定位置ＷＰにおいて焦点を結んだ反射光が読み取られ、反射光の波長が距離に換算される。このようにして、プローブ５０と測定対象物Ｗの測定位置ＷＰとの間の距離が導出され、非接触の測定対象物Ｗの測定が実現される。
第１実施形態に係る測定装置の構成例を示す全体構成図である。同図に示す測定装置１０は、屈折光学系の軸上色収差を利用した測定原理が適用されるカラー共焦点法が用いられる。軸上色収差とは、光軸に沿う方向に生じる色収差である。色収差が発生する光学系では、波長ごとに焦点を結ぶ距離が異なり、測定対象物Ｗの測定位置ＷＰにおいて焦点を結んだ反射光が、主として光ファイバＦ３へ戻る。分光器２０を用いて、測定対象物Ｗの測定位置ＷＰにおいて焦点を結んだ反射光が読み取られ、反射光の波長が距離に換算される。このようにして、プローブ５０と測定対象物Ｗの測定位置ＷＰとの間の距離が導出され、非接触の測定対象物Ｗの測定が実現される。
【0036】
測定装置１０は、コントローラ１１を備える。コントローラ１１は、光源１２、導光部材１４、光コネクタＣ１、光ファイバＦ１、光分岐器Ｃ２、光ファイバＦ２、光コネクタＣ３、光ファイバＦ４及び光コネクタＣ５を備える。
【0037】
光源１２は、互いに異なる複数の波長が含まれる多波長光Ｌ１を出射させる光源である。光源１２に適用される発光素子の例として、発光ダイオード、レーザダイオード及びハロゲンランプ等が挙げられる。発光ダイオードは、Light-Emitting Diodeの省略語であるＬＥＤと称され得る。多波長光Ｌ１の例として、広帯域光及び白色光等が挙げられる。波長には、上記した色収差の色という概念が含まれ得る。
【0038】
導光部材１４は、光源１２から出射された光を、光ファイバＦ１の入光部である光コネクタＣ１へ向けて集光させる。図１には導光部材１４として１つのレンズを模式的に図示するが、導光部材１４は複数のレンズなど複数の光学素子が含まれてもよい。
【0039】
光コネクタＣ１は光ファイバＦ１の一方の端として機能する。光ファイバＦ１は光分岐器Ｃ２を介して光ファイバＦ２の一方の端及び光ファイバＦ４の一方の端と接続される。光ファイバＦ２の他方の端は、光コネクタＣ３と接続される。
【0040】
光分岐器Ｃ２の合流側のポートは、光ファイバＦ２と接続される。光分岐器Ｃ２の分岐側の第１ポートは、光ファイバＦ１の他方の端と接続される。光分岐器Ｃ２の分岐側の第２ポートは、光ファイバＦ４の一方の端と接続される。光ファイバＦ４の他方の端は、光コネクタＣ５と接続される。光分岐器Ｃ２の例として、光カップラ、スプリッタ及び光サーキュレータ等が挙げられる。
【0041】
コントローラ１１は、分光器２０を備える。分光器２０は、光コネクタＣ５を介して光ファイバＦ４と接続される。分光器２０は、プローブ５０、光ファイバＦ３及び光ファイバＦ４等を介して、測定対象物Ｗの反射光Ｌ２が入力される。
【0042】
プローブ５０は、プローブ筐体５２、集光レンズ５４、対物レンズ５６及び光コネクタＣ４を備える。プローブ５０は、コントローラ１１から出射される多波長光Ｌ１が、光ファイバＦ３を介して光コネクタＣ４から入力される。
【0043】
プローブ筐体５２は、内部において集光レンズ５４及び対物レンズ５６を支持する。なお、集光レンズ５４及び対物レンズ５６を支持する構造の図示は省略される。プローブ筐体５２は、対物レンズ５６が支持される側と反対側の端へ光コネクタＣ４が取り付けられる。集光レンズ５４の光コネクタＣ４の側には、集光レンズ５４へ入射する多波長光Ｌ１の一部を遮る減光部材５７が配置される。なお、減光部材５７の詳細は後述する。
【0044】
図２は入射光の光路の模式図である。図３は反射光の光路の模式図である。図３には、開口ＡＰへ集光される反射光Ｌ２の光強度の分布を図示する。集光レンズ５４は、多波長光Ｌ１を対物レンズ５６へ入射させ、測定対象物Ｗから戻ってきた反射光Ｌ２を再び開口ＡＰへ入射させる。集光レンズ５４は、多波長光Ｌ１のビームサイズを変更する機能を有してもよいし、コリメート機能を有してもよい。本実施形態における集光レンズ５４は、色消しレンズとして機能し、かつ、コリメータレンズとして機能する。
【0045】
対物レンズ５６は、多波長光Ｌ１に対して、多波長光Ｌ１の光軸ＡＸに沿って色収差を生じさせ、色収差を生じさせた多波長光Ｌ１を測定対象物Ｗの測定位置へ集光させる。すなわち、プローブ５０は、測定対象物Ｗの測定位置に対して多波長光Ｌ１のスポット光を照射する。色収差を発生させる機能は、屈折レンズ及び回折レンズの他、意図的に色収差を残存させたレンズ等の既知の部材を使用して達成できる。図１から図３では、対物レンズ５６として、色収差を発生させる機能及び集光機能を有する１つのレンズが図示されるが、対物レンズ５６は複数の機能のそれぞれに対応する複数のレンズを備えるレンズ群として構成されてもよい。例えば、多波長光Ｌ１の光軸に沿って色収差を発生させる第１レンズと、多波長光Ｌ１を測定対象物Ｗへ集光させる第２レンズとを備えてもよい。なお、実施形態に記載の対物レンズ５６は、第１光学部の一例であり、第２光学部の一例である。
【0046】
図１へ戻り、測定対象物Ｗから戻ってきた反射光Ｌ２は、開口ＡＰ、光コネクタＣ４、光ファイバＦ３及び光コネクタＣ３を介してコントローラ１１へ入力される。コントローラ１１へ入力される反射光Ｌ２は、光ファイバＦ２、光分岐器Ｃ２、光ファイバＦ４及び光コネクタＣ５を介して分光器２０へ入力される。
【0047】
分光器２０は、分光素子２２及び光検出器２４を備える。分光素子２２は、分光器２０へ入力された反射光Ｌ２を波長ごとの単成分の光に分光する。なお、波長ごとの単成分の光は、単色光と称され得る。図１には、分光素子２２として反射型の回折格子を例示するが、分光素子２２は透過型の回折格子であってもよいし、プリズムであってもよい。なお、実施形態に記載の分光素子２２は、開口部を通過した前記多波長光のスペクトル情報を取得する受光部の一例である。
【0048】
光検出器２４は、光強度が最大となる波長を検出する。すなわち、光検出器２４は、単色光に分光された反射光Ｌ２を検出する光学素子である。光検出器２４の例として、ＣＣＤイメージセンサ及びＣＭＯＳイメージセンサが挙げられる。なお、ＣＣＤは、Charge Coupled Deviceの省略語である。ＣＭＯＳは、Complementary Metal Oxide Semiconductorの省略語である。なお、図１に示す光検出器２４へ入射する光は、図１における左下に向かって波長が短くなり、右上に向かって波長が長くなる。
【0049】
プローブ５０は、減光部材５７を備える。減光部材５７は、入射光である多波長光Ｌ１の光路上に配置される。減光部材５７は、光コネクタＣ４を介してプローブ５０へ入射され、集光レンズ５４へ入射される多波長光Ｌ１の一部を遮る減光部材である。図示は省略されるが、減光部材５７は支持構造を用いて支持される。
【0050】
図１に示す光検出器２４は、分光素子２２を用いて分光された光の照射方向に沿って、１次元状に画素が配置されるラインセンサが適用される。分光素子２２を用いて分光された単色光は、波長ごとに互いに異なる角度で反射され、光検出器２４の各画素へ入力される。
【0051】
光検出器２４は、ラインセンサに代わり、複数の画素が２次元状に配置されたエリアセンサを適用してもよい。エリアセンサにおいて単色光ごとの光強度を求める場合は、反射光Ｌ２が分光される方向に対して直交する方向に並ぶ画素の画素値を加算してもよい。
【0052】
図１に示すグラフは、光検出器２４の出力信号の例である。同図に示すグラフの横軸は反射光Ｌ２の波長であり、縦軸は光強度であり、同図に示すグラフは反射光Ｌ２の波長ごとの光強度を表す。横軸はラインセンサの画素位置として把握される。光強度はラインセンサの画素ごとの画素値として把握される。
【0053】
図１に示す光検出器２４の読み出し信号処理は、光強度が最大となる画素が特定され、特定された画素に対応する反射光Ｌ２の波長が特定される。光強度が最大となる波長が距離に換算され、プローブ５０から測定対象物Ｗの測定位置までの距離として算出される。プローブ５０から測定対象物Ｗの基準位置までの距離が既知の場合は、測定対象物Ｗにおける基準位置から測定位置までの変位を算出し得る。このようにして、非接触式の測定において、高精度の測定対象物Ｗの測定が実現される。
【0054】
［カラー共焦点法の詳細な説明］
図４はカラー共焦点法の説明図であり、色収差発生の説明図である。多波長光Ｌ１のうち、対物レンズ５６の周囲部５６Ａを通過する多波長光Ｌ１０は、相対的に大きい色収差が発生し、光軸ＡＸにおける焦点位置が波長ごとに異なる。ここで、対物レンズ５６の周囲部５６Ａとは、対物レンズ５６の光が入射する面又は出射する面において、対物レンズ５６の光軸ＡＸの位置が含まれない領域である。なお、対物レンズ５６の光軸ＡＸは、多波長光Ｌ１の光軸ＡＸと一致する。
図４はカラー共焦点法の説明図であり、色収差発生の説明図である。多波長光Ｌ１のうち、対物レンズ５６の周囲部５６Ａを通過する多波長光Ｌ１０は、相対的に大きい色収差が発生し、光軸ＡＸにおける焦点位置が波長ごとに異なる。ここで、対物レンズ５６の周囲部５６Ａとは、対物レンズ５６の光が入射する面又は出射する面において、対物レンズ５６の光軸ＡＸの位置が含まれない領域である。なお、対物レンズ５６の光軸ＡＸは、多波長光Ｌ１の光軸ＡＸと一致する。
【0055】
例えば、対物レンズ５６の光が入射する面又は出射する面において、光軸ＡＸの位置を中心として、対物レンズ５６における直径の２０パーセントの直径を有する領域よりも、対物レンズ５６の縁側の領域を、対物レンズ５６の周囲部５６Ａとして規定し得る。
【0056】
また、対物レンズ５６の光が入射する面又は出射する面において、光軸ＡＸの位置を中心として、対物レンズ５６における直径の２０パーセントの直径を有する領域は、対物レンズ５６の中央部５６Ｂとして規定し得る。図１に示すプローブ５０において、対物レンズ５６と集光レンズ５４との間では、測定対象物Ｗに対する反射光Ｌ２は平行光となるので、対物レンズ５６の周囲部５６Ａの規定は、集光レンズ５４の周囲部の規定として採用し得る。同様に、対物レンズ５６の中央部５６Ｂの規定は、集光レンズ５４の中央部の規定として採用し得る。すなわち、集光レンズ５４の光が入射する面又は出射する面において、光軸ＡＸの位置を中心として、集光レンズ５４における直径の２０パーセントの直径を有する領域よりも、集光レンズ５４の縁側の領域を、集光レンズ５４の周囲部として規定し得る。また、集光レンズ５４の光が入射する面又は出射する面において、光軸ＡＸの位置を中心として、集光レンズ５４における直径の２０パーセントの直径を有する領域は、集光レンズ５４の中央部として規定し得る。
【0057】
図４には、測定対象物Ｗの表面ＷＳにおいて合焦する入射光Ｌ１１、測定対象物Ｗの表面ＷＳにおいて合焦しない入射光Ｌ１２及び入射光Ｌ１３を図示する。ここでいう測定対象物Ｗの表面ＷＳは、測定対象物Ｗのプローブ５０の出射面と対向する面である。
【0058】
図４には、入射光Ｌ１１の光軸ＡＸ上の合焦位置ＦＰ１、入射光Ｌ１２の光軸ＡＸ上の合焦位置ＦＰ２及び入射光Ｌ１３の光軸ＡＸ上の合焦位置ＦＰ３を図示する。図４には、合焦位置ＦＰ１において反射した反射光Ｌ２のうち、対物レンズ５６の周囲部５６Ａを通過する反射光Ｌ２１を図示し、対物レンズ５６の中央部などを通過する反射光Ｌ２光の図示は省略される。
【0059】
反射光Ｌ２のうち、測定対象物Ｗの表面ＷＳの合焦位置ＦＰ１において反射した反射光Ｌ２１は、図１に示す光ファイバＦ４の開口ＡＰにおいて合焦する。そうすると、反射光Ｌ２１の大半は光ファイバＦ４へ導光される。
【0060】
すなわち、測定対象物Ｗの表面ＷＳの合焦位置ＦＰ１と光ファイバＦ４の開口ＡＰの位置とは、光学的に共役の関係となっている、光ファイバＦ４の開口ＡＰは、測定対象物Ｗの表面ＷＳにおいて合焦した入射光に対応する反射光を選択的に通過させる空間フィルタ又はピンホールとして機能する。
【0061】
一方、測定対象物Ｗの表面ＷＳにおいて合焦しない反射光Ｌ２は、光ファイバＦ４の開口ＡＰにおいて合焦しない。すなわち、測定対象物Ｗの表面ＷＳにおいて合焦しない反射光Ｌ２は、光ファイバＦ４の開口ＡＰの付近で拡散する。そうすると、測定対象物Ｗの表面ＷＳにおいて合焦しない反射光Ｌ２は、測定対象物Ｗの表面ＷＳにおいて合焦する反射光Ｌ２１と比較して光ファイバＦ４を通過する際の導光効率が低下する。
【0062】
したがって、反射光Ｌ２のうち、測定対象物Ｗの表面ＷＳの合焦位置ＦＰ１において合焦した入射光Ｌ１１に対応する反射光Ｌ２１は、測定対象物Ｗの表面ＷＳの合焦位置ＦＰ１において合焦しない入射光Ｌ１２に対応する反射光Ｌ２と比較して光強度が高くなる。なお、実施形態に記載の反射光Ｌ２１は、第１反射光の一例である。また、実施形態に記載の測定対象物Ｗの表面ＷＳにおいて合焦しない反射光Ｌ２は、第２反射光の一例である。実施形態に記載の開口ＡＰは、減光部材を通過した多波長光の少なくとも一部を通過させる開口部の一例である。
【0063】
図５は対物レンズの周囲部を通過した反射光に対応する分光器の出力信号を示す模式図である。図５には、グラフ形式を用いて図１に示す分光器２０の出力信号を図示する。図５に示すグラフの横軸は波長であり、縦軸は光強度である。図５におけるグラフの横軸は、左へ向かって波長が長くなり、右へ向かって波長が短くなる。図３、図７及び図８に示すグラフについても同様である。
【0064】
図５に示す波長λ１１は、反射光Ｌ２１の波長を表す。波長λ１２及び波長λ１３のそれぞれは、入射光Ｌ１２に対応する反射光Ｌ２の波長及び入射光Ｌ１３に対応する反射光Ｌ２の波長を表す。波長λ１１を有する反射光Ｌ２１は、光強度を表す出力信号値が最大となる。
【0065】
図６はカラー共焦点法の課題の説明図であり、対物レンズの中央部を通過した光の模式図である。対物レンズ５６の中央部５６Ｂへ入射する多波長光Ｌ１４のうち、入射光Ｌ１５は、測定対象物Ｗの表面ＷＳにおける合焦位置ＦＰ１１で合焦する。一方、多波長光Ｌ１４のうち、入射光Ｌ１６及び入射光Ｌ１７のそれぞれは、測定対象物Ｗの表面ＷＳでない合焦位置ＦＰ１２及び合焦位置ＦＰ１３で合焦する。
【0066】
対物レンズ５６の中央部５６Ｂへ入射する多波長光Ｌ１４は、色収差が発生するが、図４に示す対物レンズ５６の周囲部５６Ａへ入射する多波長光Ｌ１０等と比較して、発生する色収差が小さい。
【0067】
また、入射光Ｌ１５等の光軸ＡＸが通過する対物レンズ５６の中心５６Ｃでは、理論上、色収差は発生しない。すなわち、対物レンズ５６の中心５６Ｃを通過する反射光Ｌ２は、測定対象物Ｗの位置に関係なく全ての波長が分光器２０へ導光される。なお、符号Ｌ２２は、対物レンズ５６の中央部５６Ｂへ入射する多波長光Ｌ１４の反射光を表す。
【0068】
図７はレンズの中央部を通過した反射光に対応する分光器の出力信号を示す模式図である。図７には、グラフ形式を用いて図１に示す分光器２０の出力信号を図示する。図７に示すグラフの横軸は波長であり、縦軸は光強度である。図７に示す光強度を表す曲線は、図５に示す光強度を表す曲線と比較して、ピークに対応する波長帯域が広くなっている。
【0069】
図８は実際に観測される出力信号の模式図である。分光器２０から実際に出力される信号ＳＯは、対物レンズ５６の周囲部５６Ａを通過した反射光に対応する分光器の出力信号ＳＯＰに対して、対物レンズ５６の中央部５６Ｂを通過した反射光に対応する分光器の出力信号ＳＯＣが重畳される。
【0070】
すなわち、分光器２０から実際に出力される信号ＳＯは、対物レンズ５６の周囲部５６Ａを通過した反射光に対応する分光器の出力信号ＳＯＰと比較して、光強度のピークの波長帯域が広くなる。光強度のピークの波長帯域の相対的な広がりは、反射光Ｌ２の波長を計算する際の光強度のピーク検出の精度に影響し、測定分解能の低下の要因となり得る。
【0071】
そこで、実施形態に係る測定装置１０は、プローブ５０に減光部材５７を具備し、減光部材５７が調整される。プローブ５０へ入力される多波長光Ｌ１のうち、図１等に示す集光レンズ５４の中央部を通過する多波長光Ｌ１の少なくとも一部が減光され、その結果、図６に示す対物レンズ５６の中央部５６Ｂを通過する多波長光Ｌ１４が減光される。対物レンズ５６の中央部５６Ｂを通過する多波長光Ｌ１の少なくとも一部が測定対象物Ｗの測定位置へ到達せず、図６に示す対物レンズ５６の中央部５６Ｂを通過する反射光Ｌ２２の少なくとも一部が減光され、集光レンズ５４の中央部を通過する反射光Ｌ２２の少なくとも一部が減光される。これにより、実施形態に係る測定装置１０は、分光器２０へ導光される反射光Ｌ２のうち、不要な光の光量が抑制され、かつ、必要な光の光量の減少が抑制され、規定の光強度の検出精度の確保に起因して規定の測定精度が確保される。
【0072】
［第１実施形態に係る測定装置に適用されるプローブの構成例］
図９は第１実施形態に係る測定装置に適用されるプローブの構成例を示す模式図である。同図に示すプローブ５０は、多波長光Ｌ１のビーム径が変化する光路上の任意の位置に減光部材５７を配置自在に構成される。図９には、減光部材５７を支持し、かつ、減光部材５７の配置を選択的に変更するセレクタ１００を模式的に図示する。
図９は第１実施形態に係る測定装置に適用されるプローブの構成例を示す模式図である。同図に示すプローブ５０は、多波長光Ｌ１のビーム径が変化する光路上の任意の位置に減光部材５７を配置自在に構成される。図９には、減光部材５７を支持し、かつ、減光部材５７の配置を選択的に変更するセレクタ１００を模式的に図示する。
【0073】
セレクタ１００は、複数の減光部材５７を支持する支持部材１０１を備え、光軸ＡＸに対して平行となる方向における互いに異なる減光位置Ｐ１、減光位置Ｐ２及び減光位置Ｐ３に対して複数の減光部材５７のそれぞれを選択的に配置させる選択部材を備える。図９には、３つの減光部材５７を備え、３つの減光部材５７のうち１つの減光部材５７が多波長光Ｌ１の光路上に配置されるプローブ５０が図示される。
【0074】
これにより、多波長光Ｌ１の光路上に配置される減光部材５７のサイズを変えることと同じ効果を得ることが可能となる。例えば、減光位置Ｐ１に対して減光部材５７が配置される場合は、減光位置Ｐ２及び減光位置Ｐ３に対して減光部材５７が配置される場合と比較して、減光部材５７が配置される位置における多波長光Ｌ１の断面積に対する、減光部材５７が被覆する面積比が小さくなり、結果として、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ到達する反射光Ｌ２の光量は、相対的に増加する。なお、多波長光Ｌ１の断面積は、多波長光Ｌ１の光軸と直交する面における多波長光Ｌ１の断面積を表す。
【0075】
同様に、減光位置Ｐ２に対して減光部材５７が配置される場合は、減光位置Ｐ３に対して減光部材５７が配置される場合と比較して、減光部材５７が配置される位置における多波長光Ｌ１の断面積に対する、減光部材５７が被覆する面積比が小さくなり、結果として、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ到達する反射光Ｌ２の光量は、相対的に増加する。すなわち、集光レンズ５４に対して相対的に近い位置に対して減光部材５７が配置される場合は、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ到達する反射光Ｌ２の光量が相対的に大きくなる。一方、集光レンズ５４に対して相対的に遠い位置に対して減光部材５７が配置される場合は、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ到達する反射光Ｌ２の光量が相対的に小さくなる。一方、減光位置Ｐ１、減光位置Ｐ２及び減光位置Ｐ３のいずれに減光部材５７が配置される場合であっても、集光レンズ５４の中央部５４Ｂを通過する反射光Ｌ２の光ファイバＦ４の開口ＡＰへの到達は抑制される。
【0076】
図９には、プローブ５０の外部に支持される減光部材５７をプローブ５０の内部へ挿入させるセレクタ１００の例が図示されるが、セレクタ１００はプローブ５０の内部に具備されてもよい。
【0077】
なお、実施形態に記載のセレクタ１００は、減光部材が配置される位置における多波長光の断面積に対する、減光部材が多波長光を遮る面積比を可変させる減光調整部の構成要素の一例であり、光軸に対して平行となる方向における減光部材の位置を調整する位置調整部の構成要素の一例である。また、実施形態に記載のセレクタ１００は、多波長光を遮る位置へ配置させる減光部材を選択する選択部の構成要素の一例である。
【0078】
［第１実施形態に係る測定装置の電気的構成例］
図１０は第１実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。測定装置１０の制御部１２０は、コンピュータが適用される。コンピュータは、パーソナルコンピュータであってもよいし、ワークステーションであってもよいし、タブレット端末であってもよい。コンピュータは、仮想マシンであってもよい。
図１０は第１実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。測定装置１０の制御部１２０は、コンピュータが適用される。コンピュータは、パーソナルコンピュータであってもよいし、ワークステーションであってもよいし、タブレット端末であってもよい。コンピュータは、仮想マシンであってもよい。
【0079】
制御部１２０は、非一時的な有体物である１つ以上のコンピュータ可読媒体１２２を備える。コンピュータ可読媒体１２２は、主記憶装置として機能するメモリ１２４及び補助記憶装置として機能するストレージ１２６が含まれる。
【0080】
コンピュータ可読媒体１２２は、半導体メモリ、ハードディスク装置及びソリッドステートドライブ装置等を適用し得る。コンピュータ可読媒体１２２は、複数のデバイスの任意の組み合わせを適用し得る。
【0081】
なお、ハードディスク装置は、英語表記のHard Disk Driveの省略語であるＨＤＤと称され得る。ソリッドステートドライブ装置は、英語表記のSolid State Driveの省略語であるＳＳＤと称され得る。
【0082】
コンピュータ可読媒体１２２のメモリ１２４は、プログラム１３０、測定データ１３２及び減光位置データ１３４が記憶される。コンピュータ可読媒体１２２は、プログラム１３０が記憶されるデバイス、測定データ１３２が記憶されるデバイス、及び減光位置データ１３４が記憶されるデバイスを備えてもよい。
【0083】
プログラム１３０は、測定装置１０の各種の機能を実現する各種のプログラムが含まれる。測定データ１３２は図１に示す測定対象物Ｗの測定が実施された際に取得された測定対象物Ｗの測定データが含まれる。測定データは、測定対象物Ｗの各測定位置の座標値が含まれ得る。減光位置データ１３４は、光軸ＡＸに沿う方向における減光部材５７の位置が含まれる。光軸ＡＸに沿う方向における減光部材５７の位置は、測定条件と関連付けされて記憶される。
【0084】
制御部１２０は、光源制御部１４０を備える。光源制御部１４０は、光源制御プログラムを実行して光源１２の動作制御機能を実現する。光源１２の動作制御は、光源１２のオンオフ制御及び光源１２の出射光量の制御などが含まれる。
【0085】
制御部１２０は、光検出信号処理部１４２を備える。光検出信号処理部１４２は、光検出信号処理プログラムを実行して光検出信号処理機能を実現する。光検出信号処理は、分光器２０から取得した光検出信号から光強度が最大となるピーク波長を導出し、ピーク波長に基づき、測定対象物Ｗの測定位置ごとの測定値を導出する。光検出信号処理部１４２は、測定対象物Ｗの測定位置ごとの測定値を、測定位置と関連付けして、測定データ１３２としてメモリ１２４へ記憶する。なお、実施形態に記載の光検出信号処理部１４２は、分光器の検出結果に基づき、測定対象物の測定位置の測定結果を導出する信号処理部の一例である。
【0086】
制御部１２０は、プローブ駆動制御部１４４を備える。プローブ駆動制御部１４４は、プローブ駆動プログラムを実行して、プローブ駆動部１６０の動作制御機能を実現する。プローブ駆動部１６０は、プローブ５０を支持する支持部材及びプローブ５０と測定対象物Ｗとを相対的に移動させる相対移動部材とを備える。
【0087】
プローブ駆動部１６０は、固定された測定対象物Ｗに対してプローブ５０を移動させてもよいし、固定されたプローブ５０に対して測定対象物Ｗを移動させてもよい。また、プローブ駆動部１６０は、測定対象物Ｗ及びプローブ５０の両者を移動させてもよい。
【0088】
制御部１２０は、測定条件取得部１４６を備える。測定条件取得部１４６は、測定対象物Ｗの種類などの測定条件が含まれる。測定条件の例として、測定対象物Ｗの物品名、測定対象物Ｗの材質、測定対象物Ｗの色、測定対象物Ｗの反射率及び測定対象物Ｗの表面処理の種類などが含まれ得る。
【0089】
制御部１２０は、セレクタ制御部１４８を備える。セレクタ制御部１４８は、セレクタ１００の動作を制御する。すなわち、セレクタ制御部１４８は、測定対象物Ｗの測定条件をパラメータとして減光位置データ１３４を参照して、減光部材５７の位置を設定する。セレクタ制御部１４８は、セレクタ１００を動作させて、設定された減光部材５７の位置に対応する減光部材５７を選択し、選択された減光部材５７を規定の位置へ配置させる。なお、セレクタ制御部１４８は、減光調整部の構成要素の一例であり、選択部の構成要素の一例である。
【0090】
制御部１２０は、入出力インターフェース１５０を備える。入出力インターフェース１５０は、外部装置とのデータ通信を実現する。入出力インターフェース１５０は、無線通信が適用されてもよいし、有線通信が適用されてもよい。入出力インターフェース１５０は、互いに異なる複数の規格に対応する複数の種類のポートが具備されてもよい。入出力インターフェース１５０に適用される規格の例としてＵＳＢ（登録商標）などが挙げられる。なお、ＵＳＢは、Universal Serial Busの省略語である。
【0091】
入力信号取得部１５２は、入力装置１６２から送信される入力信号を取得する。入力装置１６２は、キーボード及びマウス等が含まれる。入力信号取得部１５２は、操作者が入力装置１６２を操作して入力した情報を入力信号として取得する。制御部１２０は、入力信号取得部１５２を用いて取得した入力情報に基づく指令信号を、各種の制御部へ送信する。
【0092】
制御部１２０は、表示制御部１５４を備える。表示制御部１５４は、ディスプレイ１６４に対して表示制御信号を送信し、ディスプレイ１６４へ各種の情報を表示させる。ディスプレイ１６４は、入力装置１６２と一体に構成されるタッチパネル方式を適用してもよい。
【0093】
制御部１２０に具備される各種の処理部は１つ以上のプロセッサが適用される。プロセッサは、ＣＰＵを適用してもよいし、専用のデバイスを適用してもよい。なお、ＣＰＵはCentral Processing Unitの省略語である。１つの処理部は１つのプロセッサを用いて構成されてもよいし、複数のプロセッサを用いて構成されてもよい。複数の処理部が１つのプロセッサを用いて構成されてもよい。複数のプロセッサは、同じ種類のデバイスが用いられてもよいし、互いに異なる種類のデバイスが用いられてもよい。
【0094】
［第１実施形態に係る測定方法の手順］
図１１は第１実施形態に係る測定方法の手順を示すフローチャートである。測定開始指令取得工程Ｓ１０では、図１０に示す制御部１２０は、測定対象物Ｗの測定開始を表す測定開始指令信号を取得する。制御部１２０は、測定開始指令信号を取得すると、図１に示す測定対象物Ｗの測定を開始する。測定開始指令取得工程Ｓ１０の後に、測定条件取得工程Ｓ１２へ進む。
図１１は第１実施形態に係る測定方法の手順を示すフローチャートである。測定開始指令取得工程Ｓ１０では、図１０に示す制御部１２０は、測定対象物Ｗの測定開始を表す測定開始指令信号を取得する。制御部１２０は、測定開始指令信号を取得すると、図１に示す測定対象物Ｗの測定を開始する。測定開始指令取得工程Ｓ１０の後に、測定条件取得工程Ｓ１２へ進む。
【0095】
測定条件取得工程Ｓ１２では、測定条件取得部１４６は、測定対象物Ｗの種類等の測定条件を取得する。測定条件の取得は、測定対象物Ｗの設計情報から取得してもよいし、入力装置１６２を用いて操作者が入力した情報を取得してもよい。測定条件取得工程Ｓ１２の後に減光位置設定工程Ｓ１４へ進む。
【0096】
減光位置設定工程Ｓ１４では、セレクタ制御部１４８は、測定条件取得工程Ｓ１２において取得された測定条件に基づき、プローブ５０における減光部材５７の位置を決定し、減光部材５７を配置する。減光位置設定工程Ｓ１４の後に仮測定工程Ｓ１６へ進む。
【0097】
仮測定工程Ｓ１６では、制御部１２０は予め規定される測定対象物Ｗの仮測定位置に対してプローブ５０から多波長光Ｌ１を照射させ、反射光Ｌ２のピーク検出が可能であるか否かを判定する。仮測定工程Ｓ１６において、反射光Ｌ２のピーク検出が困難であると制御部１２０が判定する場合にはＮｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合は、減光位置変更工程Ｓ１８へ進む。
【0098】
減光位置変更工程Ｓ１８では、セレクタ制御部１４８は、減光位置設定工程Ｓ１４において設定された減光部材５７の位置を変更する。減光位置変更工程Ｓ１８の後に仮測定工程Ｓ１６へ進み、仮測定工程Ｓ１６においてＹｅｓ判定となるまで、仮測定工程Ｓ１６及び減光位置変更工程Ｓ１８が繰り返し実行される。仮測定工程Ｓ１６において、減光部材５７の全ての位置において、ピーク検出が困難であると制御部１２０が判定した場合には、その旨を表すエラーが報知されてもよい。エラーの報知は、ディスプレイ１６４へエラーメッセージを表示させもよいし、音声及びアラーム音等の音が用いられてもよい。
【0099】
一方、仮測定工程Ｓ１６において、ピーク検出が可能であると制御部１２０が判定する場合はＹｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は、本測定工程Ｓ２０へ進む。
【0100】
本測定工程Ｓ２０では、制御部１２０は測定対象物Ｗの本測定を実行させる。本測定では、測定対象物Ｗに規定される測定位置とプローブ５０から照射させる多波長光Ｌ１の照射位置との位置合わせが実施され、測定対象物Ｗからの反射光Ｌ２が取得され、測定位置ごとの反射光Ｌ２のピーク検出結果に基づき、測定位置ごとの測定値が導出され、取得される。取得された測定値は、測定位置ごとの測定データ１３２としてメモリ１２４へ記憶される。
【0101】
本測定工程Ｓ２０の実行中は、本測定終了判定工程Ｓ２２が実行される。本測定終了判定工程Ｓ２２では、制御部１２０は測定対象物Ｗの測定が終了したか否かを判定する。本測定終了判定工程Ｓ２２において、測定対象物Ｗの測定が継続されると判定される場合はＮｏ判定となる。Ｎｏ判定の場合は本測定終了判定工程Ｓ２２が継続される。
【0102】
一方、本測定終了判定工程Ｓ２２において、測定対象物Ｗの測定が終了されると判定される場合はＹｅｓ判定となる。Ｙｅｓ判定の場合は終了処理工程Ｓ２４へ進み、規定の終了処理が実行され、測定方法の手順が終了される。測定対象物Ｗの測定終了の例として、規定の測定位置の全てについて測定値が得られる場合、及び測定対象物Ｗの測定が強制的に終了される場合などが挙げられる。
【0103】
［第１実施形態の作用効果］
第１実施形態に係る測定装置１０及び測定方法は、以下の作用効果を得ることが可能である。
第１実施形態に係る測定装置１０及び測定方法は、以下の作用効果を得ることが可能である。
【0104】
〔１〕
測定装置１０に具備されるプローブ５０は、集光レンズ５４と光ファイバＦ４の開口ＡＰとの間に配置される減光部材５７であり、集光レンズ５４の中央部５４Ｂを通過する多波長光Ｌ１を減光する減光部材５７を備える。減光部材５７は、測定対象物Ｗの種類等が含まれる測定対象物Ｗの測定条件に応じて、光軸ＡＸに沿う方向における位置が規定される。これにより、反射光Ｌ２のうち、対物レンズ５６の中央部５６Ｂを通過する多波長光Ｌ１の反射光である不要な反射光Ｌ２の分光器２０への入射が抑制され、かつ、ピーク検出に必要な反射光Ｌ２の光量が確保され、ピーク検出の精度の低下が抑制される。
測定装置１０に具備されるプローブ５０は、集光レンズ５４と光ファイバＦ４の開口ＡＰとの間に配置される減光部材５７であり、集光レンズ５４の中央部５４Ｂを通過する多波長光Ｌ１を減光する減光部材５７を備える。減光部材５７は、測定対象物Ｗの種類等が含まれる測定対象物Ｗの測定条件に応じて、光軸ＡＸに沿う方向における位置が規定される。これにより、反射光Ｌ２のうち、対物レンズ５６の中央部５６Ｂを通過する多波長光Ｌ１の反射光である不要な反射光Ｌ２の分光器２０への入射が抑制され、かつ、ピーク検出に必要な反射光Ｌ２の光量が確保され、ピーク検出の精度の低下が抑制される。
【0105】
〔２〕
測定装置１０は、測定対象物Ｗの測定条件に応じて、光軸ＡＸに沿う方向における複数の減光位置Ｐ１等のいずれかを設定し、設定された減光位置Ｐ１等に対して減光部材５７を配置させるセレクタ１００を備える。これにより、測定対象物Ｗの測定条件に応じた減光部材５７の自動配置が実現される。
測定装置１０は、測定対象物Ｗの測定条件に応じて、光軸ＡＸに沿う方向における複数の減光位置Ｐ１等のいずれかを設定し、設定された減光位置Ｐ１等に対して減光部材５７を配置させるセレクタ１００を備える。これにより、測定対象物Ｗの測定条件に応じた減光部材５７の自動配置が実現される。
【0106】
〔３〕
測定装置１０は、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ到達する反射光Ｌ２の光量を相対的に大きくする場合、減光部材５７は集光レンズ５４へ相対的に近づけられる。一方、測定装置１０は、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ到達する反射光Ｌ２の光量を相対的に小さくする場合、減光部材５７は集光レンズ５４から相対的に遠ざけられる。これにより、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ入力される反射光Ｌ２の光量を調整し得る。
測定装置１０は、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ到達する反射光Ｌ２の光量を相対的に大きくする場合、減光部材５７は集光レンズ５４へ相対的に近づけられる。一方、測定装置１０は、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ到達する反射光Ｌ２の光量を相対的に小さくする場合、減光部材５７は集光レンズ５４から相対的に遠ざけられる。これにより、光ファイバＦ４の開口ＡＰへ入力される反射光Ｌ２の光量を調整し得る。
【0107】
〔４〕
測定装置１０は、測定対象物Ｗの本測定が実施される前に仮測定が実施され、好ましい反射光Ｌ２のピーク検出が実現される減光部材５７の減光位置が規定される。これにより、測定対象物Ｗの測定条件に応じた高精度の測定が実現される。
測定装置１０は、測定対象物Ｗの本測定が実施される前に仮測定が実施され、好ましい反射光Ｌ２のピーク検出が実現される減光部材５７の減光位置が規定される。これにより、測定対象物Ｗの測定条件に応じた高精度の測定が実現される。
【0108】
［第２実施形態に係る測定装置に適用されるプローブの構成例］
図１２は第２実施形態に係る測定装置に適用されるプローブの構成例を示す模式図である。同図に示すプローブ２５０は、図９に示すセレクタ１００に代わり、図１２に示す移動機構２１０を用いて、減光部材５７の位置が決められる。すなわち、移動機構２１０は、光軸ＡＸに対して平行となる方法に延在するガイド２１２及びガイド２１２に沿って移動するキャリッジ２１４及びキャリッジ２１４に対して減光部材５７を支持する減光支持部材２１６を備える。
図１２は第２実施形態に係る測定装置に適用されるプローブの構成例を示す模式図である。同図に示すプローブ２５０は、図９に示すセレクタ１００に代わり、図１２に示す移動機構２１０を用いて、減光部材５７の位置が決められる。すなわち、移動機構２１０は、光軸ＡＸに対して平行となる方法に延在するガイド２１２及びガイド２１２に沿って移動するキャリッジ２１４及びキャリッジ２１４に対して減光部材５７を支持する減光支持部材２１６を備える。
【0109】
移動機構２１０は、光軸ＡＸに対して平行となる方向に沿って減光部材５７を移動させ、減光部材５７を規定の減光位置へ配置する。移動機構２１０は、ボールネジ及びリニアスライダー等の直動移動機構が適用される。なお、実施形態に記載の移動機構２１０は、光軸に対して平行となる方向について減光部材を移動させる移動部の一例である。
【0110】
［第２実施形態に係る測定装置の電気的構成例］
図１３は第２実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。同図に示す測定装置２００は、図１０に示す制御部１２０に代わり制御部２２０を備える。図１３に示す制御部２２０は、図１０に示すセレクタ制御部１４８に代わり移動機構制御部２４８を備える。
図１３は第２実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。同図に示す測定装置２００は、図１０に示す制御部１２０に代わり制御部２２０を備える。図１３に示す制御部２２０は、図１０に示すセレクタ制御部１４８に代わり移動機構制御部２４８を備える。
【0111】
移動機構制御部２４８は、測定対象物Ｗの測定条件に応じて移動機構２１０の動作を制御する。すなわち、移動機構制御部２４８は、測定対象物Ｗの測定条件に応じて規定される減光部材５７の位置を設定し、移動機構２１０を動作させて減光部材５７を規定の減光位置へ移動させる。移動機構２１０の移動分解能は、反射光Ｌ２のピーク検出の精度に応じて規定し得る。
【0112】
移動機構制御部２４８は、反射光Ｌ２のピーク検出が可能となる範囲において、反射光Ｌ２の減光が最大となる位置へ減光部材５７を配置させると、ピーク検出におけるＳＮ比を向上させ得る。例えば、移動機構制御部２４８は、光検出器２４のダイナミックレンジの最大値に対して５０パーセントを超える反射光Ｌ２が得られる位置へ減光部材５７を配置させる。
【0113】
［第２実施形態に係る測定方法の手順］
第２実施形態に係る測定方法は、図１１に示すフローチャートの手順を適用してもよい。第２実施形態に係る測定方法では、本測定工程Ｓ２０において、減光部材５７の位置を変えながらピーク検出を実施してもよい。すなわち、仮測定を実施せずに、本測定において最適な減光部材５７の位置を設定して、測定位置ごとの測定を実施してもよい。
第２実施形態に係る測定方法は、図１１に示すフローチャートの手順を適用してもよい。第２実施形態に係る測定方法では、本測定工程Ｓ２０において、減光部材５７の位置を変えながらピーク検出を実施してもよい。すなわち、仮測定を実施せずに、本測定において最適な減光部材５７の位置を設定して、測定位置ごとの測定を実施してもよい。
【0114】
［第２実施形態の作用効果］
第２実施形態に係る測定装置２００及び測定方法は、以下の作用効果を得ることが可能である。
第２実施形態に係る測定装置２００及び測定方法は、以下の作用効果を得ることが可能である。
【0115】
〔１〕
測定装置２００は、集光レンズ５４と光ファイバＦ４の開口ＡＰとの間において、光軸ＡＸに対して平行となる方向に沿って、減光部材５７を移動させる移動機構２１０を備える。測定装置２００は、測定対象物Ｗの測定条件に応じて移動機構２１０の動作を制御する移動機構制御部２４８を備える。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
測定装置２００は、集光レンズ５４と光ファイバＦ４の開口ＡＰとの間において、光軸ＡＸに対して平行となる方向に沿って、減光部材５７を移動させる移動機構２１０を備える。測定装置２００は、測定対象物Ｗの測定条件に応じて移動機構２１０の動作を制御する移動機構制御部２４８を備える。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
【0116】
〔２〕
測定装置２００は、図１等に示す測定装置１０と比較して、減光部材５７の配置の自由度が向上し得る。
測定装置２００は、図１等に示す測定装置１０と比較して、減光部材５７の配置の自由度が向上し得る。
【0117】
〔３〕
測定装置２００は、測定対象物Ｗの測定において、減光部材５７が配置される減光位置を変えて、反射光Ｌ２のピーク検出を実施し得る。これにより、測定対象物Ｗの測定位置ごとに、減光部材５７を最適な減光位置に調整し得る。
測定装置２００は、測定対象物Ｗの測定において、減光部材５７が配置される減光位置を変えて、反射光Ｌ２のピーク検出を実施し得る。これにより、測定対象物Ｗの測定位置ごとに、減光部材５７を最適な減光位置に調整し得る。
【0118】
［減光部材の配置の変形例］
図１４は変形例に係るプローブの構成例を示す模式図である。図１等には、集光レンズ５４と光ファイバＦ４の開口ＡＰとの間に対して減光部材５７が配置される測定装置１０等を例示したが、減光部材５７の配置はこれに限定されない。
図１４は変形例に係るプローブの構成例を示す模式図である。図１等には、集光レンズ５４と光ファイバＦ４の開口ＡＰとの間に対して減光部材５７が配置される測定装置１０等を例示したが、減光部材５７の配置はこれに限定されない。
【0119】
例えば、図１４に示すように、減光部材５７Ａは、プローブ５０Ａにおける対物レンズ５６と集光レンズ５４との間に配置されてもよい。また、減光部材５７Ｂは、プローブ５０Ａにおける測定対象物Ｗと対物レンズ５６との間に配置されてもよい。すなわち、減光部材５７は、対物レンズ５６の中央部５６Ｂを通過する多波長光Ｌ１を遮り、集光レンズ５４を通過した多波長光Ｌ１のビーム径を変化させることができれば、配置は限定されない。
【0120】
［減光部材の構成例］
図１５は減光部材のサイズ例を示す減光部材の正面図である。同図には、集光レンズ５４に対する減光部材５７の配置及びサイズを模式的に図示する。なお、同図を垂直に貫く方向は集光レンズ５４の光軸ＡＸの方向である。
図１５は減光部材のサイズ例を示す減光部材の正面図である。同図には、集光レンズ５４に対する減光部材５７の配置及びサイズを模式的に図示する。なお、同図を垂直に貫く方向は集光レンズ５４の光軸ＡＸの方向である。
【0121】
図１５には、集光レンズ５４の直径Ｄ１に対して２０パーセントの直径Ｄ２を有する減光部材５７であり、集光レンズ５４の平面形状と同一形状の円形状を有する減光部材５７が図示される。また、同図には、多波長光Ｌ１の光軸ＡＸが中心Ｏを貫く位置に配置される減光部材５７を図示する。
【0122】
減光部材５７の直径Ｄ２は、集光レンズ５４の直径Ｄ１に対して２０パーセント未満であってもよい。減光部材５７の直径Ｄ２の最小値は、減光部材５７の強度及び減光部材５７のハンドリングの観点から規定し得る。例えば、減光部材５７の直径Ｄ２は、集光レンズ５４の直径Ｄ１に対して５パーセント以上、２０パーセント未満の範囲で調整されてもよい。
【0123】
減光部材５７の材料は、多波長光Ｌ１を減光できる材料であれば、材料は限定されない。例えば、減光部材５７は、樹脂及び金属などの材料を適用し得る。また、減光部材５７は、反射光Ｌ２を減光できる色であれば、色は限定されない。例えば、減光部材５７は黒などの色を適用し得る。
【0124】
減光部材５７の平面形状は円に限定されない。減光部材５７の平面形状は、楕円、長方形及び半円と長方形とを組み合わせた形状など、様々な形状を適用し得る。減光部材５７の厚みは、反射光Ｌ２を減光できれば特に限定されない。減光部材５７の厚みは、減光部材５７が配置される領域における光軸ＡＸに沿う方向の全長に応じて規定し得る。
【0125】
［第３実施形態に係る測定装置の構成例］
図１６は第３実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。第３実施形態に係る測定装置３００は、図１０に示す測定装置１０に具備されるセレクタ１００に代わり、減光サイズ変更部３１０を備える。減光サイズ変更部３１０は、測定対象物Ｗの測定条件に応じて減光部材５７のサイズを選択的に切り替える。
図１６は第３実施形態に係る測定装置の電気的構成を示す機能ブロック図である。第３実施形態に係る測定装置３００は、図１０に示す測定装置１０に具備されるセレクタ１００に代わり、減光サイズ変更部３１０を備える。減光サイズ変更部３１０は、測定対象物Ｗの測定条件に応じて減光部材５７のサイズを選択的に切り替える。
【0126】
例えば、減光サイズ変更部３１０は、互いにサイズが異なる複数の減光部材５７の中から、測定対象物Ｗの測定条件に応じて規定されたサイズを有する減光部材５７を１つだけ選択し、規定の減光位置に対して、選択された減光部材５７を配置させる態様を適用し得る。
【0127】
また、測定装置３００は、図１０に示す制御部１２０に代わり、制御部３２０を備える。制御部３２０は、図１０に示すセレクタ制御部１４８に代わり、減光サイズ変更制御部３４８を備える。コンピュータ可読媒体１２２Ａに具備されるメモリ１２４Ａは、図１０等に示す減光位置データ１３４に代わり、減光サイズデータ１３４Ａが記憶される。
【0128】
減光サイズ変更制御部３４８は、メモリ１２４Ａに記憶される減光サイズデータ１３４Ａを参照して、測定対象物Ｗの測定条件に応じた減光部材５７のサイズを選択し、減光サイズ変更部３１０の動作を制御する。
【0129】
なお、実施形態に記載の減光サイズ変更部３１０は、多波長光Ｌ１を遮る減光部材の面積を可変させるサイズ可変部の構成要素の一例である。また実施形態に記載の減光サイズ変更制御部３４８は、サイズ可変部の構成要素の一例である。
【0130】
［第３実施形態に係る測定方法の手順］
図１７は第３実施形態に係る測定方法の手順を示すフローチャートである。同図に示すフローチャートは、図１１に示す減光位置設定工程Ｓ１４に代わり、減光サイズ変更工程Ｓ１３が実行される。
図１７は第３実施形態に係る測定方法の手順を示すフローチャートである。同図に示すフローチャートは、図１１に示す減光位置設定工程Ｓ１４に代わり、減光サイズ変更工程Ｓ１３が実行される。
【0131】
すなわち、測定条件取得工程Ｓ１２において、測定対象物Ｗの測定条件が取得されると、減光サイズ変更工程Ｓ１３が実行される。減光サイズ変更工程Ｓ１３では、測定条件取得工程Ｓ１２において取得される測定対象物Ｗの測定条件に応じたサイズを有する減光部材５７が選択され、選択された減光部材が規定の減光位置へ配置される。
【0132】
また、図１７に示すフローチャートでは、図１１に示す減光位置変更工程Ｓ１８に代わり、減光サイズ調整工程Ｓ１９が実行される。減光サイズ調整工程Ｓ１９では、仮測定工程Ｓ１６においてＮｏ判定の場合に、減光部材５７のサイズ調整を実行する。減光部材５７のサイズ調整は、仮測定工程Ｓ１６においてＹｅｓ判定となるまで繰り返し実行される。
【0133】
【0134】
［第３実施形態の作用効果］
第３実施形態に係る測定装置３００及び測定方法は、以下の作用効果を得ることが可能である。
第３実施形態に係る測定装置３００及び測定方法は、以下の作用効果を得ることが可能である。
【0135】
〔１〕
測定対象物Ｗの測定条件に応じて、集光レンズ５４の中央部５４Ｂを通過する多波長光Ｌ１の一部を遮る減光部材５７のサイズが変更される。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
測定対象物Ｗの測定条件に応じて、集光レンズ５４の中央部５４Ｂを通過する多波長光Ｌ１の一部を遮る減光部材５７のサイズが変更される。これにより、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0136】
〔２〕
第３実施形態に係る測定装置３００及び測定方法は、光軸ＡＸに対して平行となる方向へ減光部材５７を移動させずに、集光レンズ５４の中央部５４Ｂを通過する多波長光Ｌ１の一部を遮る減光部材５７のサイズが変更される。
第３実施形態に係る測定装置３００及び測定方法は、光軸ＡＸに対して平行となる方向へ減光部材５７を移動させずに、集光レンズ５４の中央部５４Ｂを通過する多波長光Ｌ１の一部を遮る減光部材５７のサイズが変更される。
【0137】
以上説明した本発明の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜構成要件を変更、追加、削除することが可能である。本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有する者により、多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【0138】
１０…測定装置、１１…コントローラ、１２…光源、１４…導光部材、２０…分光器、２２…分光素子、２４…光検出器、５０…プローブ、５２…プローブ筐体、５４…集光レンズ、５４Ｂ…中央部、５６…対物レンズ、５６Ａ…周囲部、５６Ｂ…中央部、５７…減光部材、５７Ａ…減光部材、５７Ｂ…減光部材、１００…セレクタ、１０１…支持部材、１２０…制御部、１２２…コンピュータ可読媒体、１２２Ａ…コンピュータ可読媒体、１２４…メモリ、１２４Ａ…メモリ、１２６…ストレージ、１３０…プログラム、１３２…測定データ、１３４…減光位置データ、１３４Ａ…減光サイズデータ、１４０…光源制御部、１４２…光検出信号処理部、１４４…プローブ駆動制御部、１４６…測定条件取得部、１４８…セレクタ制御部、１５０…入出力インターフェース、１５２…入力信号取得部、１５４…表示制御部、１６０…プローブ駆動部、１６２…入力装置、１６４…ディスプレイ、２００…測定装置、２１０…移動機構、２１２…ガイド、２１４…キャリッジ、２１６…減光支持部材、２２０…制御部、２４８…移動機構制御部、２５０…プローブ、３００…測定装置、３１０…減光サイズ変更部、３２０…制御部、３４８…減光サイズ変更制御部、ＡＰ…開口、ＡＸ…光軸、Ｃ１…光コネクタ、Ｃ２…光分岐器、Ｃ３…光コネクタ、Ｃ４…光コネクタ、Ｃ５…光コネクタ、Ｆ１…光ファイバ、Ｆ２…光ファイバ、Ｆ３…光ファイバ、Ｆ４…光ファイバ、ＦＰ１…合焦位置、ＦＰ２…合焦位置、ＦＰ３…合焦位置、ＦＰ１１…合焦位置、ＦＰ１２…合焦位置、ＦＰ１３…合焦位置、Ｌ１…多波長光、Ｌ２…反射光、Ｌ１０…多波長光、Ｌ１１…入射光、Ｌ１２…入射光、Ｌ１３…入射光、Ｌ１４…多波長光、Ｌ１５…入射光、Ｌ１６…入射光、Ｌ１７…入射光、Ｌ２１…反射光、Ｐ１…減光位置、Ｐ２…減光位置、Ｐ３…減光位置、ＳＯ…信号、ＳＯＣ…出力信号、ＳＯＰ…出力信号、Ｗ…測定対象物、ＷＰ…測定位置、ＷＳ…表面、λ１１…波長、λ１２…波長、λ１３…波長、Ｓ１０…測定開始指令取得工程、Ｓ１２…測定条件取得工程、Ｓ１３…減光サイズ変更工程、Ｓ１４…減光位置設定工程、Ｓ１６…仮測定工程、Ｓ１８…減光位置変更工程、Ｓ１９…減光サイズ調整工程、Ｓ２０…本測定工程、Ｓ２２…本測定終了判定工程、Ｓ２４…終了処理工程
【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17】