特開 2024-168264 表面形状測定装置、および表面形状測定方法

(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】P2024168264

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】表面形状測定装置、および表面形状測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084778

(22)【出願日】2023-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】株式会社レゾナック

(71)【出願人】

【識別番号】507050724

【氏名又は名称】バイスリープロジェクツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】幸松 孝治

(72)【発明者】

【氏名】清水 英仁

(72)【発明者】

【氏名】菅野 直

(72)【発明者】

【氏名】備前 克英

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA20

2F065AA53

2F065BB25

2F065FF04

2F065HH06

2F065HH07

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065LL04

2F065LL59

2F065QQ25

(57)【要約】

【課題】小型化が可能な鏡面反射面の表面形状測定装置を提供する。
【解決手段】本表面形状測定装置は、鏡面反射面の表面形状測定装置であって、前記鏡面反射面に第１パターン光を照射する照射部と、前記照射部から照射された前記第１パターン光が前記鏡面反射面により反射された後、前記照射部を透過した光である第２パターン光を撮像する撮像部と、前記撮像部による撮像画像において、前記第２パターン光の所定位置からの位置ずれ量を取得し、該位置ずれ量から得られる前記鏡面反射面の表面形状に関する情報を出力する処理部と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鏡面反射面の表面形状測定装置であって、
前記鏡面反射面に第１パターン光を照射する照射部と、
前記照射部から照射された前記第１パターン光が前記鏡面反射面により反射された後、前記照射部を透過した光である第２パターン光を撮像する撮像部と、
前記撮像部による撮像画像において、前記第２パターン光の所定位置からの位置ずれ量を取得し、該位置ずれ量から得られる前記鏡面反射面の表面形状に関する情報を出力する処理部と、を有する、表面形状測定装置。

【請求項2】

前記照射部は、
１以上の光源と、
光入射面と第１主面と第２主面とを有し、前記１以上の光源から発せられ、前記光入射面を通って入射される光を導光する導光板と、
前記導光板の内部または表面のどちらか一方に配置され、前記導光板により導光された光が入射すると蛍光を発する発光部と、を有し、
前記発光部から発せられる蛍光を含んで形成される前記第１パターン光を照射する、請求項１に記載の表面形状測定装置。

【請求項3】

前記照射部は、前記導光板に配置された前記発光部の前記撮像部が位置する側に遮光部を有する、請求項２に記載の表面形状測定装置。

【請求項4】

平面視における前記発光部および前記遮光部のそれぞれの形状は円形であり、
前記遮光部の直径をＡとし、前記発光部の直径をＢとすると、１．０５×Ｂ≦Ａ≦１．１５×Ｂを満足する、請求項３に記載の表面形状測定装置。

【請求項5】

前記第１パターン光に含まれるパターンは、ドットパターンである、請求項１または請求項２に記載の表面形状測定装置。

【請求項6】

前記照射部と前記撮像部との間に配置されるテレセントリックレンズを有し、
前記撮像部は、前記鏡面反射面により反射された後、前記照射部を透過して、さらに前記テレセントリックレンズを透過した前記第２パターン光を撮像する、請求項１または請求項２に記載の表面形状測定装置。

【請求項7】

鏡面反射面の表面形状測定装置による表面形状測定方法であって、
前記表面形状測定装置が、
照射部により、前記鏡面反射面に第１パターン光を照射し、
撮像部により、前記照射部から照射された前記第１パターン光が前記鏡面反射面により反射された後、前記照射部を透過した光である第２パターン光を撮像し、
処理部により、前記撮像部による撮像画像において、前記第２パターン光の所定位置からの位置ずれ量を取得し、該位置ずれ量から得られる前記鏡面反射面の表面形状に関する情報を出力する、表面形状測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、表面形状測定装置、および表面形状測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、ターゲットの表面に表示されたパターンを鏡面反射面で反射させ、反射光の画像を記録し、反射光の画像とパターンとの位置関係に基づき、鏡面反射面の形状を測定する装置が開示されている。また、特許文献２には、鏡面に近い対象物表面を検査するために、照明ユニットからの光をカメラと対象物表面の光路間で分割するハーフミラーを含み、ハーフミラーを透過した対象物表面からの反射光をカメラで撮影して検査する装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１９７３９１号公報

【特許文献2】特開２００４－３５４２８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、被測定面である鏡面反射面に斜め方向かパターンを照明し、照明光が被測定面で反射された光により得られる画像を記録するため、装置が大型化する場合がある。特許文献２に記載の装置では、鏡面反射面とカメラ等の撮像部との間にハーフミラーを用いた分波および合波光学系を配置するため、装置が大型化する場合がある。

【0005】

本開示は、小型化が可能な鏡面反射面の表面形状測定装置およびこれを用いた表面形状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】

【0006】

本開示の一実施形態に係る表面形状測定装置は、鏡面反射面の表面形状測定装置であって、前記鏡面反射面に第１パターン光を照射する照射部と、前記照射部から照射された前記第１パターン光が前記鏡面反射面により反射された後、前記照射部を透過した光である第２パターン光を撮像する撮像部と、前記撮像部による撮像画像において、前記第２パターン光の所定位置からの位置ずれ量を取得し、該位置ずれ量から得られる前記鏡面反射面の表面形状に関する情報を出力する処理部と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示の実施形態によれば、小型化が可能な鏡面反射面の表面形状測定装置およびこれを用いた表面形状測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る表面形状測定装置の全体構成を模式的に示す図である。

【図2】実施形態に係る照射部の構成を模式的に示す図である。

【図3】テレセントリックレンズの画角を模式的に示す図である。

【図4】非テレセントリックレンズの画角を模式的に示す図である。

【図5】被写体距離が異なる複数の被写体の配置を示す図である。

【図6】テレセントリックレンズを用いた図５の被写体の撮像画像を示す図である。

【図7】非テレセントリックレンズを用いた図５の被写体の撮像画像を示す図である。

【図8】テレセントリックレンズ使用時の照射部を模式的に示す図である。

【図9】非テレセントリックレンズ使用時の照射部を模式的に示す図である。

【図10】実施形態に係る処理部のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図11】実施形態に係る処理部の機能構成を示すブロック図である。

【図12】実施形態に係る第２パターン光の撮像画像を示す図である。

【図13】図１２におけるIV領域の拡大図である。

【図14】実施形態に係る第２パターン光の位置ずれ量を模式的に説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示の実施形態について詳細に説明する。各図面において、同一構成要素には同一符号を付与し、重複した説明を適宜省略する。

【0010】

以下に示す実施形態は、本開示の技術思想を具体化するための表面形状測定装置、および表面形状測定方法を例示するものであって、本開示を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。

【0011】

＜表面形状測定装置１００の構成例＞
図１は、実施形態に係る表面形状測定装置１００の全体構成の一例を模式的に示す図である。表面形状測定装置１００は、鏡面反射面Ｓの表面形状を測定する装置である。鏡面反射面Ｓは、表面形状測定装置１００の被測定物に対応する。図１に示すように、表面形状測定装置１００は、照射部１と、撮像部２と、レンズ３と、処理部４と、を有する。

【0012】

照射部１は、鏡面反射面Ｓに第１パターン光Ｌ１を照射する。撮像部２は、照射部１から照射された第１パターン光Ｌ１が鏡面反射面Ｓにより反射された後、照射部１を透過した光である第２パターン光Ｌ２を撮像する。

【0013】

より詳しくは、第１パターン光Ｌ１は、鏡面反射面Ｓの法線Ｓ０にほぼ沿う方向から鏡面反射面Ｓに照射される。照射部１からの第１パターン光Ｌ１は、鏡面反射面Ｓにより、鏡面反射面Ｓの法線Ｓ０にほぼ沿う方向に反射される。第２パターン光Ｌ２は、照射部１から照射された第１パターン光Ｌ１が鏡面反射面Ｓにより反射された後、照射部１を透過した光である。第２パターン光Ｌ２は、照射部１を透過した後、さらにレンズ３を透過して撮像部２の撮像面２１に到達する。撮像部２は、撮像面２１に到達した第２パターン光Ｌ２を撮像する。

【0014】

レンズ３は、照射部１と撮像部２との間に配置される。鏡胴３１は、レンズ３を内側に収容する。レンズ３は、第２パターン光Ｌ２を撮像部２の撮像面２１上にほぼ結像させる。レンズ３を構成するレンズの数、配置、レンズ面の数、レンズ面の形状およびレンズの材料等は、表面形状測定装置１００の仕様等に応じて適宜選択できる。

【0015】

レンズ３は、テレセントリックレンズであってよい。このテレセントリックレンズについては、図６～１２を参照して別途詳述する。撮像部２は、鏡面反射面Ｓにより反射された後、レンズ３を透過した第２パターン光Ｌ２を撮像することができる。

【0016】

処理部４は、撮像部２から撮像画像を入力する。処理部４は、撮像部２による撮像画像において、第２パターン光Ｌ２の所定位置からの位置ずれ量を取得し、該位置ずれ量から得られる鏡面反射面Ｓの表面形状に関する情報を出力する。

【0017】

ここで、表面形状測定装置１００による鏡面反射面Ｓの表面形状に関する情報の取得方法について説明する。照射された第１パターン光Ｌ１が理想的な平坦面である鏡面反射面Ｓで反射された第２パターン光Ｌ２に含まれるパターンは、第１パターン光Ｌ１に含まれるパターンとほぼ同じとなる。一方、照射された第１パターン光Ｌ１が理想的な平坦面に対して形状誤差を有する鏡面反射面Ｓで反射された第２パターン光Ｌ２に含まれるパターンは、第１パターン光Ｌ１に含まれるパターンに対して位置ずれし、歪んだパターンとなる。第２パターン光Ｌ２の第１パターン光Ｌ１に対する位置ずれは、鏡面反射面Ｓにおける理想的な平坦面に対する形状誤差に対応したものとなる。

【0018】

表面形状測定装置１００は、撮像部２による第２パターン光Ｌ２の撮像画像において、第１パターン光Ｌ１に含まれるパターンに対する第２パターン光Ｌ２に含まれるパターンの歪み量、すなわち第１パターン光Ｌ１に対する第２パターン光Ｌ２の位置ずれ量を取得する。表面形状測定装置１００は、第１パターン光Ｌ１に対する第２パターン光Ｌ２の位置ずれ量に基づき、理想的な平坦面に対する鏡面反射面Ｓのずれとしての鏡面反射面Ｓの表面形状に関する情報を取得する。表面形状測定装置１００は、取得した鏡面反射面Ｓの表面形状に関する情報を、鏡面反射面Ｓの表面形状測定結果として出力することができる。

【0019】

第２パターン光Ｌ２の位置ずれの基準となる第１パターン光Ｌ１の位置は、「所定位置」に対応する。表面形状測定装置１００は、測定対象である鏡面反射面Ｓの測定に先立ち、理想的な平坦面を有する基準の鏡面反射面で反射された第２パターン光Ｌ２を、撮像部２により撮像することで、第１パターン光Ｌ１の撮像画像に対応する基準撮像画像を取得する。基準撮像画像に含まれるパターンの位置は、第１パターン光Ｌ１の位置に対応し、かつ「所定位置」に対応する。表面形状測定装置１００は、測定対象である鏡面反射面Ｓで反射された第２パターン光Ｌ２の撮像部２による撮像画像に含まれるパターンと、基準撮像画像に含まれるパターンと、を比較することで、第２パターン光Ｌ２の所定位置からの位置ずれ量を取得できる。

【0020】

処理部４は、鏡面反射面Ｓの表面形状の測定結果を外部装置に出力する。外部装置には、外部ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、表示装置、記憶装置、ネットワークを介して外部サーバ等と通信する通信装置等が挙げられる。

【0021】

ここで、例えば、鏡面反射面Ｓにより反射され、照射部１を透過しない第２パターン光Ｌ２を用いる表面形状測定装置では、照射部および撮像部が鏡面反射面Ｓの法線Ｓ０に対して傾いた方向、すなわち斜め方向に配置するため、装置が大型化する場合がある。或いは、例えば、鏡面反射面と撮像部との間にハーフミラーを用いた分波および合波光学系を配置する表面形状測定装置では、装置が大型化する場合がある。

【0022】

本実施形態では、表面形状測定装置１００は、照射部１から照射された第１パターン光Ｌ１が鏡面反射面Ｓにより反射された後、照射部１を透過した光である第２パターン光Ｌ２を撮像部２により撮像する。表面形状測定装置１００は、この撮像画像に基づいて、鏡面反射面Ｓの表面形状を測定する。本実施形態では、鏡面反射面Ｓの法線Ｓ０に対して傾いた方向に照射部１および撮像部２を配置しないため、照射部および撮像部を鏡面反射面Ｓの法線Ｓ０に対して傾いた方向に配置する場合と比較して小型化可能な表面形状測定装置１００を提供することができる。また、本実施形態では、鏡面反射面Ｓと撮像部２との間にハーフミラーを用いた分波および合波光学系を配置しないため、鏡面反射面Ｓと撮像部２との間にハーフミラーを用いた分波および合波光学系を配置する場合と比較して小型化可能な表面形状測定装置１００を提供できる。表面形状測定装置１００を小型化する観点では、照射部１および撮像部２は、鏡面反射面Ｓの法線Ｓ０上に配置されることが好ましい。また、表面形状測定装置１００を小型化する観点では、照射部１の中心１０および撮像部２の中心２０は、鏡面反射面Ｓの法線Ｓ０上に配置されることがよりいっそう好ましい。なお、本実施形態では、レンズ３を必ずしも有さなくてよい。レンズ３を有さない場合にも上記の効果が得られる。

【0023】

＜照射部１の構成例＞
図２は、照射部１の詳細構成の一例を模式的に示す図である。図２示すように、照射部１は、光源１２と、導光板１３と、発光部１４と、遮光部１５と、を有する。

【0024】

光源１２は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等であってよい。光源１２は、光源１２から発せられた光が導光板１３の内部に入射可能な位置に配置される。照射部１は、導光板１３の外側に１以上の光源１２を有してよい。図２に示す例では、照射部１は、導光板１３の両側に配置された一対の光源１２を有する。

【0025】

導光板１３は、光入射面１３１と、第１主面１３２と、第２主面１３３と、を有する。光入射面１３１は、第１主面１３２および第２主面１３３のそれぞれに対して交差する。第１主面１３２および第２主面１３３は略平行である。なお、「略平行」は、平行から１０度以下のずれを含んでもよいことを意味する。

【0026】

導光板１３は、光源１２から発せられ、光入射面１３１を通って内部に入射される光を導光する。導光板１３は、入射される光を第１主面１３２および第２主面１３３のそれぞれで全反射させながら導光することができる。例えば、光源１２には白色の光を発するＬＥＤを用いることができる。

【0027】

発光部１４は、導光板１３の表面に配置され、導光板１３により導光された光が入射すると蛍光を発する部分である。発光部１４は、導光板１３の表面ではなく導光板１３の内部に配置されてもよい。例えば、導光板１３の表面に発光部１４を印刷することにより、導光板１３の表面に発光部１４を配置することができる。

【0028】

照射部１は、発光部１４から発せられる第１パターン光Ｌ１を鏡面反射面Ｓに照射することができる。

【0029】

第１パターンＬ１に含まれるパターンは、ドットパターンであってよい。照射部１は、それぞれがドットを形成するように複数の発光部１４を導光板１３に配置することで、複数の発光部１４のそれぞれから発せされる蛍光を用いて、ドットパターンを含む第１パターン光Ｌ１を鏡面反射面Ｓに照射できる。換言すると、ドット状の発光部１４は、導光板１３の内部を導光される光が入射することで蛍光を発し、鏡面反射面Ｓの表面に輝点を映し出すことができる。第２パターンＬ２の所定位置からの位置ずれ量は、第２パターンＬ２に含まれる複数のドットパターンごとに得られる。表面形状測定装置１００は、第１パターン光Ｌ１にドットパターンを用いることで、第２パターン光Ｌ２のドットの所定位置からの位置ずれ量を画像処理により算出しやすくなる。

【0030】

遮光部１５は、導光板１３に配置された発光部１４の撮像部２が位置する側に配置される。例えば、発光部１４から発せられた蛍光が鏡面反射面Ｓを経ずに撮像部２に直接入射すると、鏡面反射面Ｓが反映されていない測定結果が得られるため、測定誤差が生じる。表面形状測定装置１００は、発光部１４から発せられた蛍光を遮光部１５で遮光することにより、該蛍光が撮像部２に直接入射することを回避し、測定誤差を低減することができる。

【0031】

複数の遮光部１５は、導光板１３の表面において、ドット状に配置された複数の発光部１４に合わせてドット状に配置される。複数の遮光部１５は、複数の発光部１４と一対一で対応する。遮光性を高くする観点では、個々の遮光部１５の面積は、個々の発光部１４の面積よりも大きいことが好ましい。

【0032】

本実施形態では、平面視における発光部１４および遮光部１５のそれぞれの形状は円形であり、遮光部１５の直径をＡとし、発光部１４の直径をＢとすると、１．０５×Ｂ≦Ａ≦１．１５×Ｂを満足してもよい。表面形状測定装置１００は、上記条件を満足することにより、発光部１４から発せられた光が撮像部２に直接入射することを好適に回避し、測定誤差を低減することができる。

【0033】

また、鏡面反射面Ｓからの反射光の大きさがドット状の発光部１４の大きさとほぼ一致すると、この反射光はドット状の遮光部１５により遮光されるため、撮像部２によりドットのパターンを撮像できなくなる。しかしながら、表面形状測定装置１００では、鏡面反射面Ｓからの反射光は、鏡面反射面Ｓへの照射光に対してわずかに広がりを有する。このため、反射光はドット状の遮光部１５の周囲から漏れること、或いはドット状の遮光部１５の縁で回折されることで、撮像部２の撮像面２１に入射可能である。従って、表面形状測定装置１００は、鏡面反射面Ｓからの反射光の大きさがドット状の発光部１４の大きさとほぼ一致する場合にも、鏡面反射面Ｓの表面形状を測定することができる。

【0034】

＜テレセントリックレンズの作用＞
図３～９を参照して、レンズ３がテレセントリックレンズである場合の作用について説明する。図３は、テレセントリックレンズの画角を模式的に示す図である。図４は、非テレセントリックレンズの画角を模式的に示す図である。非テレセントリックレンズは、テレセントリックレンズではないレンズを意味する。図５は、被写体距離が異なる複数の被写体の配置を示す図である。図６は、テレセントリックレンズを用いた図５の被写体の撮像画像を示す図である。図７は、非テレセントリックレンズを用いた図５の被写体の撮像画像を示す図である。図８は、テレセントリックレンズ使用時の照射部を模式的に示す図である。図９は、非テレセントリックレンズ使用時の照射部を模式的に示す図である。

【0035】

本実施形態では、照射部１、撮像部２および鏡面反射面Ｓそれぞれの間における距離変動が表面形状測定に与える影響を低減する観点では、レンズ３にテレセントリックレンズを用いることが好ましい。

【0036】

テレセントリックレンズであるレンズ３は、図３に示すように画角が０度である。このため、表面形状測定装置において、図４に示す非テレセントリックレンズであるレンズ３ｘを用いた場合と比較して、視差による撮像画像の変化を無くすことができ、視差が表面形状測定に与える影響を低減することができる。

【0037】

また、図５に示すように、大きさがほぼ等しい第１被写体Ｓ１および第２被写体Ｓ２が撮像部に対して異なる被写体距離に位置する場合に、第１被写体Ｓ１および第２被写体Ｓ２を撮像部により撮像したとする。図６に示すように、テレセントリックレンズであるレンズ３を用いた場合には、撮像画像における第１被写体Ｓ１および第２被写体Ｓ２の大きさはほぼ等しくなる。一方、図７に示すように、非テレセントリックレンズであるレンズ３ｘを用いた場合には、遠くに位置する被写体は小さく、近くに位置する被写体は大きく写るため、撮像画像における第１被写体Ｓ１および第２被写体Ｓ２の大きさは、被写体距離に応じて異なるものとなる。撮像画像における距離に応じた被写体の大きさの差異は、表面形状測定に影響を与える可能性がある。レンズ３にテレセントリックレンズを用いると、被写体距離によって撮像画像に写る被写体の大きさが変わることを低減できるため、被写体距離が表面形状測定に与える影響を低減することができる。

【0038】

また、図８に示すように、テレセントリックレンズであるレンズ３を用いると、画角が０度であるため、表面形状測定装置１００は、鏡面反射面Ｓと同じ程度の大きさを有する照射部１を用いて、鏡面反射面Ｓ全体の表面形状を測定することができる。一方、図９に示すように、非テレセントリックレンズであるレンズ３ｘを用いると、鏡面反射面Ｓよりも大きい照射部１が必要になる場合がある。表面形状測定装置１００は、テレセントリックレンズであるレンズ３を用いることで、照射部１が大型化することを低減し、小型化可能な表面形状測定装置１００を提供できる。また、表面形状測定装置１００は、テレセントリックレンズであるレンズ３を用いることで、被写体距離に応じた光学倍率やレンズ歪みの変化により撮像画像が変化することを低減できる。このため、表面形状測定装置１００は、光学倍率やレンズ歪みを補正する処理を不要とし、表面形状測定のための演算処理を簡素化することができる。

【0039】

＜処理部４の構成例＞
（ハードウェア構成例）
図１０は、処理部４のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。処理部４は、例えばコンピュータによって構築されている。処理部４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０３と、接続Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）４０４と、通信Ｉ／Ｆ４０５と、を有する。これらは、システムバスＡを介して相互に通信可能に接続されている。

【0040】

ＣＰＵ４０１は、各種の演算処理を含む制御処理を実行する。ＲＯＭ４０２は、ＩＰＬ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｌｏａｄｅｒ）等のＣＰＵ４０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１のワークエリアとして使用される。Ｉ／Ｆ４０４は、処理部４を各種の外部機器と接続するためのインターフェースである。ここでの外部機器には、撮像部２等が含まれる。

【0041】

通信Ｉ／Ｆ４０５は、通信ネットワーク等を介して、外部装置との間で通信するためのインターフェースである。例えば、処理部４は、通信Ｉ／Ｆ４０５を介してインターネットに接続し、インターネットを介して外部装置との間で通信する。

【0042】

処理部４は、上記の構成以外にＨＤＤ／ＳＳＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ／Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等を有してもよい。ＨＤＤ／ＳＳＤは、プログラム等の各種情報、撮像部２により取得された撮像画像等を記憶する。

【0043】

（機能構成例）
図１１～１４を参照して、処理部４の機能構成について説明する。図１１は、処理部４の機能構成の一例を示すブロック図である。図１２は、第２パターン光Ｌ２の撮像画像を示す図である。図１３は、図１２におけるIV領域の拡大図である。図１４は、第２パターン光Ｌ２の位置ずれ量を模式的に説明する図である。

【0044】

図１１に示すように、処理部４は、位置ずれ量取得部４１と、形状取得部４２と、出力部４３と、を有する。位置ずれ量取得部４１および形状取得部４２の機能は、ＣＰＵ４０１等のプロセッサがＲＯＭ４０２等の不揮発性メモリに格納されたプログラムに規定された処理を実行すること等により実現できる。出力部４３の機能は、接続Ｉ／Ｆ４０４または通信Ｉ／Ｆ４０５等により実現できる。なお、処理部４が有する上記機能の一部は、ＰＣまたはサーバ等の外部装置により実現されてもよいし、処理部４と外部装置との分散処理により実現されてもよい。

【0045】

位置ずれ量取得部４１は、撮像部２による撮像画像において、第２パターン光Ｌ２の所定位置からの位置ずれ量を取得する。図１２～１３に示すように、撮影画像Ｉｍはドットパターンを含む。複数のドットＤのそれぞれは、図２に示した照射部１に含まれる発光部１４から発せられる蛍光により形成される。鏡面反射面Ｓが理想的な平坦面に対して形状誤差を有すると、複数のドットＤそれぞれの位置が、それぞれに対応する所定位置からずれる。複数のドットＤそれぞれの位置がずれることで、複数のドットＤで形成されるパターンが歪む。位置ずれ量取得部４１は、例えば、撮像画像Ｉｍ上で予め定められている複数の「所定位置」の座標に対する、複数のドットＤそれぞれの重心位置の位置ずれ量Δｐを、演算により取得することができる。

【0046】

図１１において、形状取得部４２は、位置ずれ量取得部４１による位置ずれ量Δｐから得られる鏡面反射面Ｓの表面形状に関する情報を取得する。図１４に示すように、鏡面反射面Ｓに照射される照射光Ｌ１１と、照射光Ｌ１１の鏡面反射面Ｓでの反射光Ｌ２１と、がなす角度θは、次の式（１）により得られる。なお、式（１）において、距離Ｌは、照射部１と鏡面反射面Ｓとの距離である。

【0047】

【数1】

【0048】

また、予め定められているドットパターンの配置間隔ｐｄから、ドットごとの平面の高さ変化量ｚは、次の式（２）により得られる。

【0049】

【数2】

【0050】

図１１において形状取得部４２は、上記の式（１）および式（２）を用いて、鏡面反射面Ｓの表面形状に関する情報として高さ変化量ｚを取得できる。形状取得部４２は、撮像画像Ｉｍ２に写った第２パターンＬ２内で最も変化量の少ない位置から外側方向へ、撮像画像Ｉｍ２に含まれる複数のドットそれぞれの高さ変化量ｚを算出する。これにより、形状取得部４２は、鏡面反射面Ｓ全体の高さ変化量ｚを表面形状に関する情報として取得できる。出力部４３は、形状取得部４２により取得された鏡面反射面Ｓ全体の高さ変化量ｚを外部装置に出力する。

【0051】

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形および置換を加えることができる。

【0052】

実施形態の説明で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係をこれに限定するものではない。

【0053】

本開示によれば、表面形状測定装置の小型化が図れるので、測定がより簡便となり、また、表面形状測定の適用領域の拡大を図ることができる。

【0054】

本開示の態様は、例えば以下の通りである。
＜１＞ 鏡面反射面の表面形状測定装置であって、前記鏡面反射面に第１パターン光を照射する照射部と、前記照射部から照射された前記第１パターン光が前記鏡面反射面により反射された後、前記照射部を透過した光である第２パターン光を撮像する撮像部と、前記撮像部による撮像画像において、前記第２パターン光の所定位置からの位置ずれ量を取得し、該位置ずれ量から得られる前記鏡面反射面の表面形状に関する情報を出力する処理部と、を有する、表面形状測定装置である。
＜２＞ 前記照射部は、１以上の光源と、光入射面と第１主面と第２主面とを有し、前記１以上の光源から発せられ、前記光入射面を通って入射される光を導光する導光板と、前記導光板の内部または表面のどちらか一方に配置され、前記導光板により導光された光が入射すると蛍光を発する発光部と、を有し、前記発光部から発せられる蛍光を含んで形成される前記第１パターン光を照射する、前記＜１＞に記載の表面形状測定装置である。
＜３＞ 前記照射部は、前記導光板に配置された前記発光部の前記撮像部が位置する側に遮光部を有する、前記＜２＞に記載の表面形状測定装置である。
＜４＞ 平面視における前記発光部および前記遮光部のそれぞれの形状は円形であり、前記遮光部の直径をＡとし、前記発光部の直径をＢとすると、１．０５×Ｂ≦Ａ≦１．１５×Ｂを満足する、前記＜３＞に記載の表面形状測定装置である。
＜５＞ 前記第１パターン光に含まれるパターンは、ドットパターンである、前記＜１＞から前記＜４＞のいずれか１つに記載の表面形状測定装置である。
＜６＞ 前記照射部と前記撮像部との間に配置されるテレセントリックレンズを有し、前記撮像部は、前記鏡面反射面により反射された後、前記照射部を透過して、さらに前記テレセントリックレンズを透過した前記第２パターン光を撮像する、前記＜１＞から前記＜５＞のいずれか１つに記載の表面形状測定装置である。
＜７＞ 鏡面反射面の表面形状測定装置による表面形状測定方法であって、前記表面形状測定装置が、照射部により、前記鏡面反射面に第１パターン光を照射し、撮像部により、前記照射部から照射された前記第１パターン光が前記鏡面反射面により反射された後、前記照射部を透過した光である第２パターン光を撮像し、処理部により、前記撮像部による撮像画像において、前記第２パターン光の所定位置からの位置ずれ量を取得し、該位置ずれ量から得られる前記鏡面反射面の表面形状に関する情報を出力する、表面形状測定方法である。

【符号の説明】

【0055】

１…照射部
１２…光源
１３…導光板
１３１…光入射面
１３２…第１主面
１３３…第２主面
１４…発光部
１５…遮光部
２…撮像部
２０…中心
２１…撮像面
３…レンズ
３１…鏡胴
４…処理部
４１…位置ずれ量取得部
４２…形状取得部
４３…出力部
４０１…ＣＰＵ
４０２…ＲＯＭ
４０３…ＲＡＭ
４０４…接続Ｉ／Ｆ
４０５…通信Ｉ／Ｆ
１００…表面形状測定装置
Ａ…システムバス
Ｄ…ドット
Ｉｍ…撮像画像
Ｌ…距離
Ｌ１…第１パターン光
Ｌ１１…照射光
Ｌ２…第２パターン光
Ｌ２１…反射光
ｐｄ…配置間隔
Ｓ…鏡面反射面
Ｓ１、Ｓ２…被写体
Ｓ０…法線
Δｐ…位置ずれ量
θ…角度

【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】