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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-11
(45)【発行日】2023-09-20
(54)【発明の名称】光学測定機器及びそのデータ生成方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20230912BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 G
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2018241236
(22)【出願日】2018-12-25
(65)【公開番号】P2020101499
(43)【公開日】2020-07-02
【審査請求日】2021-12-22
(73)【特許権者】
【識別番号】503249810
【氏名又は名称】株式会社ＸＴＩＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100067736
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100192212
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 貴明
(74)【代理人】
【識別番号】100204032
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 浩之
(72)【発明者】
【氏名】八木 貴郎
(72)【発明者】
【氏名】木島 公一朗
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１３－５３１２３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３４４０４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５４１０１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３６２４６３３（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ１１／００－１１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
観察対象物の構造あるいは観察対象物との距離を光学的に測定する光学測定機器において、前記観察対象物に光コム波形を有する光を照射し前記観察対象物からの反射光を受光する光学ヘッドと、
前記光学ヘッドにおいて前記観察対象物に照射する光および前記観察対象物からの反射光から得られる情報から前記観察対象物の構造情報あるいは観察対象物との距離情報を演算する第１の信号処理回路と、
前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドの少なくとも片方に設けられ、前記観察対象物と前記光学ヘッドとの３次元空間における直交する３成分の方向のうちの前記光学ヘッドの光軸方向を含む少なくとも１方向の相対変位量に応じた検出信号を出力する少なくとも１つのセンサーと、
前記センサーにより得られる検出信号に基づいて前記照射する光の出射位置情報あるいは出射角度情報の少なくとも１つの情報を演算する第２の信号処理回路と、
前記第１の信号処理回路の演算結果と、前記第２の信号処理回路の演算結果とを結合させることにより、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れの影響を補正した前記観察対象物の構造情報あるいは観察対象物との距離情報を出力する第３の信号処理回路と、
前記光学ヘッド内に設けられた前記観察対象物に照射する光の方向を変化させるスキャニング機構と
を有し、
前記第１の信号処理回路は、前記観察対象物に照射する光と前記観察対象物からの反射光との干渉光を検出して得られる干渉信号から、前記スキャニング機構によりスキャニングされる前記光コム波形を有する光による観察領域における前記観察対象物との２次元の距離情報を生成し、
前記第３の信号処理回路における前記第１の信号処理回路の演算結果と前記第２の信号処理回路の演算結果との結合は、前記光学ヘッド内のスキャニング機構の制御と連携したトリガー信号により整合された結合であることを特徴とする光学測定機器。
【請求項2】
前記観察対象物に照射する光は、短時間に波長がシフトするレーザ光あるいは広い波長成分を有する光であり、前記第１の信号処理回路は、前記観察対象物に照射する光と前記観察対象物からの反射光との干渉光を検出して得られる干渉信号から、前記観察対象物の構造情報として、光干渉断面観察画像情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の光学測定機器。
【請求項3】
前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドの少なくとも片方は、２つ以上の自由度を有するアームに取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学測定機器。
【請求項4】
前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドと、前記２つ以上の自由度を有するアームの間には、回転方向の振動を補正する取り付け台が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学測定機器。
【請求項5】
前記アームは、ロボットアームであることを特徴とする請求項３に記載の光学測定機器。
【請求項6】
前記センサーは、前記光学ヘッドから出射される光とほぼ平行な方向の加速度を検知する加速度センサーを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光学測定機器。
【請求項7】
前記センサーは、直交する３成分の方向の加速度を検知する１つの３軸加速度センサーであることを特徴とする請求項６に記載の光学測定機器。
【請求項8】
前記センサーは、直交する３成分の方向の加速度を検知する３つの加速度センサーであることを特徴とする請求項６に記載の光学測定機器。
【請求項9】
前記センサーは、直交する３成分の方向の加速度を検知する加速度センサーとジャイロセンサーであることを特徴とする請求項６に記載の光学測定機器。
【請求項10】
前記第２の信号処理回路は、前記センサーにより得られる検出信号がローパスフィルタを介して供給される積分器を備え、前記積分器により前記検出信号を２回積分することを特徴とする請求項６乃至求項９の何れか１項に記載の光学測定機器。
【請求項11】
観察対象物に光コム波形を有する光を照射し前記観察対象物からの反射光を受光する光学ヘッドを有し、観察対象物の構造あるいは観察対象物との距離を光学的に測定する光学測定機器のデータ生成方法において、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れを考慮しない観察対象物の構造情報あるいは観察対象物との距離情報を記録媒体に記録する第１の記録工程と、
前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドの少なくとも片方に設けられた少なくとも１つのセンサーにより得られる前記観察対象物と前記光学ヘッドとの３次元空間における直交する３成分の方向のうちの前記光学ヘッドの光軸方向を含む少なくとも１方向の相対変位量に応じた検出信号に基づいて、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算する演算工程と、
前記第１の記録工程において前記記録媒体に記録した観察対象物の構造情報あるいは観察対象物との距離情報と、前記演算工程において得られた前記振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報とにより、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れの影響を補正した前記観察対象物の構造情報あるいは前記観察対象物との距離情報を記録媒体に記録する第２の記録工程と
を有し、
前記第１の記録工程において、前記光学ヘッド内に設けられたスキャニング機構により前記観察対象物に照射する光を２次元方向にスキャニングして、前記観察対象物の構造あるいは前記観察対象物との距離を光学的に測定し、前記観察対象物に照射する光と前記観察対象物からの反射光との干渉光を検出して得られる干渉信号から生成される前記スキャニング機構によりスキャニングされる前記光コム波形を有する光による観察領域における前記観察対象物との２次元の距離情報を記録し、
前記第１の記録工程において記録媒体に記録する前記振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報は、前記光学ヘッド内のスキャニング機構の制御と連携したトリガー信号により区切られた２次元構造を有することを特徴とする光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項12】
前記観察対象物に照射する光は、短時間に波長がシフトするレーザ光あるいは広い波長成分を有する光であり、前記第１の記録工程において、前記観察対象物に照射する光と前記観察対象物からの反射光との干渉光を検出して得られる干渉信号から生成される前記観察対象物の光干渉断面観察画像情報を前記観察対象物の構造情報として記録することを特徴とする請求項１１に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項13】
前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドの少なくとも片方を２つ以上の自由度を有するアームに取り付けて、観察対象物の構造あるいは観察対象物との距離を光学的に測定することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項14】
前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドと前記２つ以上の自由度を有するアームの間に取り付け台を配置して回転方向の振動を補正することを特徴とする請求項１３に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項15】
前記アームは、ロボットアームであることを特徴とする請求項１４に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項16】
前記演算工程では、前記観察対象物と前記光学ヘッドとの３次元空間における相対変位量として、前記光学ヘッドから出射される光とほぼ平行な方向を含む直交する３成分の方向の加速度に応じた検出信号を前記センサーにより得て、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算することを特徴とする請求項１１乃至請求項１５の何れか１項に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項17】
前記センサーは、直交する３成分の方向の加速度を検知する３軸加速度センサーであり、前記演算工程では、前記３軸加速度センサーにより得られる検出信号に基づいて、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算することを特徴とする請求項１６に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項18】
前記センサーは、直交する３成分の方向の加速度を検知する３つの加速度センサーであり、前記演算工程では、前記３つの加速度センサーにより得られる検出信号に基づいて、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算することを特徴とする請求項１６に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項19】
前記センサーは、直交する３成分の方向の加速度を検知する加速度センサーとジャイロセンサーであり、前記演算工程では、前記加速度センサーとジャイロセンサーにより得られる検出信号に基づいて、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算することを特徴とする請求項１６に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【請求項20】
前記演算工程では、前記センサーにより得られる検出信号に対してローパスフィルタ処理と２回積分処理を行うことを特徴とする請求項１６乃至請求項１９の何れか１項に記載の光学測定機器のデータ生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、観察対象物の構造あるいは観察対象物との距離を光学的に測定する光学測定機器及びそのデータ生成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
工業製品における品質問題の重要性は増す方向にある。
【0003】
製品の品質を上昇させるためには、製品を構成する部品の品質を高めることが必要である。部品の品質を高めるためには、部品の全品検査が望まれ、３次元形状測定機の測定機会が高まっている。
【0004】
３次元形状測定機における部品の形状測定では、測定時間内において、３次元形状測定機の測定ヘッドおよび被検査部品（測定対象）に振動が生じると、測定結果に誤差が生じる。例えば振動が生じる状況としては、工場内において、検査工程が、振動を生じる機械（プレス機など）に隣接して設置される場合や被検査部品の搬送装置に振動が生じている場合、測定ヘッドおよび被検査部品に振動が生じる。
【0005】
また、測定ヘッドをロボットアームに取り付けて測定する場合には、測定ヘッドにロボット由来の振動が生じる。測定ヘッドをロボットアームに取り付けて測定する方法としては、測定時間内にロボット静止する場合とロボットが動く場合があり、ロボットが動く場合の方がより大きな振動が生じる。
【0006】
門型の骨格を有するシャーシに３次元形状測定機の測定ヘッドを搭載する方法があるが、門型のシャーシに３次元形状測定機を取り付けてしまうと、被測定物の形状、大きさを限定してしまうこととなるので、３次元形状測定機の測定ヘッドをロボットに取り付けて部品の３次元形状の測定を行いたいというニーズがある。
【0007】
図１３に複数の関節を有し、複数の移動自由度を有する多関節ロボット３３０のアーム３３１に光学３次元形状測定機３００の光学ヘッド３０１を搭載した例を示す。この多関節ロボット３３０はアーム３３１への搭載荷重が定まっており、重い荷重を搭載できる多関節ロボット３３０ほど剛性が高いが、剛性を高めることにより多関節ロボット３３０の金額は高騰するので、多関節ロボット３３０を用いる際には掲載重量の軽量化を行い、ロボット価格を安価に抑える努力が一般的に行われている。しかしながら、光学３次元測定用の光学ヘッド３０１の場合には、光学ヘッド３０１の重量が軽量であっても、光学ヘッド３０１の重量をわずかに上回る搭載可能荷重の多関節ロボット３３０を用いると、その多関節ロボット３３０は、アーム３３１の剛性が低いので、光学３次元形状測定機３００の測定分解能を上回る量の振動を検出してしまうという問題がある。そこで、例えば１０ミクロンメートル程度の高分解能の検出性能を有する光学３次元形状測定機３００の場合には、光学ヘッド３０１が軽量であっても、搭載可能重量が大きく剛性の高いアーム３３１を用いる必要があり、システム価格の高騰をもたらしていた。また、観察対象物３６０を多関節ロボット３３０に搭載する場合においても、光学ヘッド３０１を多関節ロボット３３０に搭載する場合と同様に、剛性の低い多関節ロボット３３０に搭載してしまうと、振動が問題となり、観察対象物３６０の正しい形状測定を行うことができないという問題がある。
【0008】
従来より、光学機器に加わる振動を補正する技術として、一眼レフカメラなどにおいて手振れ補正技術（例えば、特許文献１参照）が知られている。カメラにおける手振れ補正技術は、光軸方向であるＺ方向を除く５軸の制御が行われている。カメラのように画像の撮影を目的とした場合には、被写体あるいはカメラのＺ軸方向の動きにより被写体とカメラとの間の距離が変化しても、焦点深度内に被写体があれば画像にぼけは生じない。したがって、カメラにおいてＺ軸方向の振動においては焦点深度内に収まっていれば問題はなく、焦点深度内に被写体を配置するための技術としてレンズのオートフォーカス技術があるので、Ｚ軸方向には振動補正の必要はない。しかしながら、観察対象物３６０の形状を光学的に３次元で測定を行う光学３次元形状測定機３００の場合には、１０ミクロンあるいは１ミクロンといった分解能で距離を測定する必要があるので、光軸方向に分解能を超える大きさの振動が光学ヘッド３０１あるいは観察対象物３６０に外乱として加わる環境においては、Ｚ軸方向の振動補正が必要となるので、特許文献１に示すカメラの手振れ補正技術は、光学３次元形状測定機３００には適用することができない。
【0009】
また、従来より、カメラを搭載する雲台の角度を振動に応じて補正する技術がある。（例えば、特許文献２参照）この技術は、雲台の土台の角度が変化してもセンサーにより雲台に搭載しているカメラの角度が変化しないように姿勢を保つ技術である。しかしながらこの雲台により補正することができる振動は、回転のみであるので、上述したように、光軸方向の直線的な振動についての補正を行うことはできない。
【0010】
また、本件発明者等は、基準面に照射される基準光と測定面に照射される測定光との干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準面により反射された基準光と上記測定面により反射された測定光との干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つ干渉信号の時間差から、上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めることにより、高精度で、しかも短時間に行うことの可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を先に提案している（例えば、特許文献３参照）。
【0011】
また、観察対象物に光を照射しその光の反射光の波長情報を解析することにより光を照射した位置の表面直下の屈折率構造を得ることができる装置として、エリック スワンソンらが発明した光干渉断層撮影装置（例えば、特許文献４参照）が知られており、照射する光のスポットの位置をスキャンすることにより観察対象物の断面の画像が得られることから、眼科における網膜の診断などに現在用いられている。光干渉断層撮影装置により観察することができる深さは光が深達できる範囲に限られてしまうが、超音波診断機器に比較して高い分解能で、かつ、Ｘ線を使用する機器に比較して被ばくもなく極めて非侵襲に内部の情報を得ることができるので、その用途拡大が期待されている。
【0012】
また、島田康史らは、歯科の分野において虫歯の深さ、き裂の有無などの観察に光干渉断層撮影装置を用いる検討（非特許文献１）を行っている。光干渉断層撮影装置の分解能はき裂の発見において十分な約５ミクロンメートルから１０ミクロンメートル程度を有しているので、実用化に期待されている。
【0013】
眼科における光干渉断層撮影装置を用いた網膜観察の方法は、医師が注目している領域の断面構造を得るという方法であるので、医師が注目している領域を含む１断面あるいは直交する２方向の断面画像を得る方法である。１つあるいは２つの断面画像を取得するのに必要な時間が、１秒間に５００００か所のデータ取得が可能な装置（５０ｋＨｚのＡスキャンレートの装置）であれば、２５６か所のデータ取得に必要な時間は、約５．１２ミリ秒であるので、外部の振動は大きな問題にはならない。しかし、歯科におけるき裂の有無の診断に光干渉断層観察装置を用いようとする場合には、医師が注目している領域の１断面あるいは直交する２方向の断面画像を得る方法ではなく、ある程度の大きさの領域内をもれなくスキャンする必要があるので、外部の振動への対応が必要である。
【0014】
ここで、図１４のブロック図は、光干渉断層撮影装置の構成例を示している。
【0015】
この光干渉断層撮影装置１１１０は、光源・検出装置部１１００とスキャンヘッド部１０３６の２つに分離された構成であり、稼働アーム１１５１およびアームアダプタ１１５２、１１５３を介して天井面１１５０にスキャンヘッド部１０３６が取り付けられている。光源１１０１から出射した光はファイバー１１０２を導波した後カプラー１１０３により、光ファイバー１１０５および反射ミラー１１０６よりなる参照光学系と、結像レンズ１０２４を介して観察対象物１０２９に照射され観察対象物１０２９の情報を取得する測定光学系とに分離される。測定光学系においては、光ファイバーコネクタベース１０３７に取り付けられる光ファイバーコネクタ１０１１の端面１０１３を出射点とする光をコリメートレンズ１０３０により平行光とし、Ｘ軸方向移動モーター１０３３、Ｙ軸方向移動モーター１０３４により搭載されたＸ軸ガルバノミラー１０３１、Ｙ軸ガルバノミラー１０３２によりスキャンレンズ１０３５に入射する光束の角度を照射する位置に応じて調整される。スキャンレンズ１０３５に入射した光はその入射角度に応じて、観察対象物１０２９の観察面の結像面１０２６におけるスキャンレンズ１０３５の集光スポットの位置がスキャンされることとなり、観察対象物１０２９の観察面における集光スポットをスキャンする構成となっている。観察対象物１０２９からの反射光は、対物レンズ１０２４、スキャンレンズ１０３５、Ｘ軸ガルバノミラー１０３１、Ｙ軸ガルバノミラー１０３２、コリメートレンズ１０３０、光ファイバー１１０４を介してカプラー１１０３に至ったのち、反射ミラー１１０６により反射された光と合波された干渉光として光ファイバー１１０９を介してディテクター１０１８により検出される。また分光ミラー１０２１により構成される対物レンズ１０２４の他の結像面１０２５には画像撮影が可能な撮像素子１０２２が配置され、光干渉断層撮影装置により観察される観察対象物１０２９の表面のどの位置を光干渉断層撮影装置により観察しているかの情報を得ることができるようにされている。
【0016】
図１５は、スキャンレンズ１０３５に入射する光の角度をＸ軸ガルバノミラー１０３１、Ｙ軸ガルバノミラー１０３２により順次変えることにより、結像面１０２６に集光される光スポットの位置を説明した図である。Ｘ軸ガルバノミラー１０３１を移動させることにより、結像面１０２６における集光スポットの位置が、１０７１ａ、１０７１ｂ、１０７１ｃ、１０７１ｄ、１０７１ｅのようにライン１０７０ａ上を移動した後、Ｙ軸ガルバノミラー１０３２がライン１０７０ｂに対応する位置に移動した後、再びＸ軸ガルバノミラー１０３１を移動させることにより、結像面１０２６における集光スポットの位置が、１０７２ａ、１０７２ｂ、１０７２ｃ、１０７２ｄ、１０７２ｅのようにライン１０７０ｂ上を移動することとなる。スキャンヘッド１０３６に振動などが加わっていな環境であれば、スキャンヘッド内結像面上における集光スポット１０７１ａ、１０７１ｂ、１０７１ｃ、１０７１ｄ、１０７１ｅ、１０７２ａ、１０７２ｂ、１０７２ｃ、１０７２ｄ、１０７２ｅは、観察対象物１０２９上において、ゆがみなく投影されることとなる。
【0017】
しかしながら、実際の環境は、天井面１１５０にはエアーコンディショナー装置などの振動源１１４９などが配置されていることが一般的であるので、スキャンヘッド内結像面上における集光スポット１０７１ａ、１０７１ｂ、１０７１ｃ、１０７１ｄ、１０７１ｅ、１０７２ａ、１０７２ｂ、１０７２ｃ、１０７２ｄ、１０７２ｅの観察対象物１０２９上の投影スポットは、図１６に示す集光スポット１０８１ａ、１０８１ｂ、１０８１ｃ、１０８１ｄ、１０８１ｅ、１０８２ａ、１０８２ｂ、１０８２ｃ、１０８２ｄ、１０８２ｅのようになり直線状で一定間隔の列ではなくなってしまう。
【0018】
光干渉断層撮影装置などの光学測定装置において、振動の影響を図１７から図１９を用いて説明する。観察対象物の例として表面層１０９１と内部層１０９２の２層構造からなり、表面層１０９１の表面１０９３、表面層１０９１と内部層１０９２の界面１０９４ともになめらかな構造の観察対象物とし、振動がない状態で観察された観察対象物の構造を図１７に示すものとする。観察対象物の情報取得方法は、図１５に示したごとく、Ｙ軸ガルバノミラー１０３２を停止させた状態で、Ｘ軸ガルバノミラー１０３１を移動させることによりデータ列を取得した後、Ｙ軸ガルバノミラー１０３２を次のデータ列を取得する位置に対応する位置に移動し停止させた状態で、Ｘ軸ガルバノミラー１０３１を移動させることによりデータ列を取得する方法とする。ここで、Ｘ軸ガルバノミラー１０３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２を順次移動させることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ２５６点の位置のデータを取得することとし、光干渉断層撮影装置は１秒間に５００００か所のデータ取得が可能な装置（５０ｋＨｚのＡスキャンレートの装置）とする。また振動源の主たる振動の要素はＡＣモーターであることを想定し、振動源の主たる周波数は６０Ｈｚとする。
【0019】
Ｘ軸ガルバノミラー３１を順次２５６点移動させる時間は約５．１２ミリ秒であるので、この画像取得に要した時間は約５．１２ミリ秒となる。６０Ｈｚの振動源は約１６．７ミリ秒ごとの振動であるので、図１８に例としてＸ軸ガルバノミラー１０３１を順次移動させながらデータ取得を行った断面の画像（ＸＺ断面画像）を示すが、表面層１０９１の表面位置１０９５、表面層１０９１と内部層９２との界面１０９６の形状に影響はでるが、画像の劣化は大きくない。図１９にデータ取得を行った後に構成したＸＹＺの３次元データから抽出したＹ軸方向の断面の画像（ＹＺ断面画像）を示すが、この断面の画像はＸＺ断面の画像とは異なり短時間に撮影された画像ではなく、２５６×２５６のデータ取得時間である１秒以上の時間をかけて撮影された画像であるので、振動の影響が顕著に現れた画像となり、表面層１０９１の表面位置１０９７、表面層１０９１と内部層１０９２との界面１０９８は不連続となってしまうほどの影響がある。したがって、光干渉断層撮影装置などの光学測定装置においては、ある程度の大きさの領域内をもれなくスキャンする撮影方法の場合に振動の影響が大きいことがわかる。
【0020】
スキャンヘッドからレーザを観察対象物に照射する場合において照射する位置に影響を与える振動成分は、ヨーイング（上下方向を軸として回転する方向）、ピッチング（左右方向を軸として回転する方向）、ローリング（光の進行方向：Ｚ方向を軸として回転する方向）、上下方向のシフト、左右方向のシフト、光の進行方向のシフトの６成分が存在する。図１４に示した光干渉断層撮影装置の構成に特許文献２に示されるヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動を補正する雲台１１５４を採用した構成例を図２０に示す。この技術は、ヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向に移動する雲台の回転中心に搭載物の重心を一致させて搭載することにより、３方向の振動を補正する技術であり、この技術により遠景の風景を撮影する場合などにおける振動によるブレは回避が可能である。しかし、一般の画像撮影においては、光の進行方向の振動は焦点深度内の範囲であれば画像に影響を与えることがないが、光干渉断層撮影装置あるいは特許文献３に示す距離測定装置など、レーザ光を照射した点の距離情報を取得する方法においては、光の進行方向の振動対策は必要である。また、上下方向のシフト、左右方向のシフトについては、観察対象物を拡大して内部監察あるいは形状測定する場合においては、振動対策が必要である。
【0021】
具体的には、１メートル×１メートルの領域を５００×５００の画素数で撮影する遠景撮影カメラの場合には、１画素あたり２ミリメートルとなるので１００ミクロンメートルの振幅の振動は影響しないが、５ミリメートル×５ミリメートルの領域を５００×５００の画素数でデータを取得する歯科用光干渉断層撮影装置においては、１画素あたり１０ミクロンメートルとなるので１００ミクロンメートルの振幅の振動は大きく影響するので対策が必要となる。また、スキャンヘッド３６内にはレンズ、ミラーなど多くの部材があり重いので、振動を補正するようにスキャンヘッド３６を動かすことは容易でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0022】
【文献】特許第４７１７６５１号公報
【文献】特許第６０９０８１８号公報
【文献】特許第５２３１８８３号公報
【文献】米国特許第５３２１５０１号明細書
【非特許文献】
【0023】
【文献】島田康史ら、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ （ＯＣＴ） ｆｏｒ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｏｆ Ｃａｒｉｅｄ， Ｃｒａｃｋｓ， ａｎｄ Ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｓ」，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｒａｌ Ｈｅａｌｔｈ Ｒｅｐｏｒｔｓ，Ｖｏｌ．２，ｐｐ．７３－８０（２０１５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0024】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、観察対象物の構造あるいは観察対象物との距離を光学的に測定する場合に、光学ヘッドや観察対象物が配置される環境に存在する環境振動の影響による測定誤差の発生を防止できるようにした光学測定機器及びそのデータ生成方法を提供することにある。特に、剛性の低いアームおよび稼働するアームに光学ヘッドあるいは観察対象物を搭載する場合における振動の問題を光学測定器側で解決することにある。
【0025】
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【0026】
本発明は、観察対象物の構造あるいは観察対象物との距離を光学的に測定する光学測定機器において、前記観察対象物に光コム波形を有する光を照射し前記観察対象物からの反射光を受光する光学ヘッドと、前記光学ヘッドにおいて前記観察対象物に照射する光および前記観察対象物からの反射光から得られる情報から前記観察対象物の構造情報あるいは観察対象物との距離情報を演算する第１の信号処理回路と、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドの少なくとも片方に設けられ、前記観察対象物と前記光学ヘッドとの３次元空間における直交する３成分の方向のうちの前記光学ヘッドの光軸方向を含む少なくとも１方向の相対変位量に応じた検出信号を出力する少なくとも１つのセンサーと、前記センサーにより得られる検出信号に基づいて前記照射する光の出射位置情報あるいは出射角度情報の少なくとも１つの情報を演算する第２の信号処理回路と、前記第１の信号処理回路の演算結果と、前記第２の信号処理回路の演算結果とを結合させることにより、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れの影響を補正した前記観察対象物の構造情報あるいは観察対象物との距離情報を出力する第３の信号処理回路と、前記光学ヘッド内に設けられた前記観察対象物に照射する光の方向を変化させるスキャニング機構とを有し、前記第１の信号処理回路は、前記観察対象物に照射する光と前記観察対象物からの反射光との干渉光を検出して得られる干渉信号から、前記スキャニング機構によりスキャニングされる前記光コム波形を有する光による観察領域における前記観察対象物との２次元の距離情報を生成し、前記第３の信号処理回路における前記第１の信号処理回路の演算結果と前記第２の信号処理回路の演算結果との結合は、前記光学ヘッド内のスキャニング機構の制御と連携したトリガー信号により整合された結合であることを特徴とする。
【0029】
本発明に係る光学測定機器において、前記観察対象物に照射する光は、例えば、短時間に波長がシフトするレーザ光あるいは広い波長成分を有する光であり、前記第１の信号処理回路は、前記観察対象物に照射する光と前記観察対象物からの反射光との干渉光を検出して得られる干渉信号から、前記観察対象物の構造情報として、光干渉断面観察画像情報を生成するものとすることができる。
【0030】
また、本発明に係る光学測定機器において、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドの少なくとも片方は、例えば、２つ以上の自由度を有するアームに取り付けられているものとすることができる。
【0031】
また、本発明に係る光学測定機器において、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドと、前記２つ以上の自由度を有するアームの間には、例えば、回転方向の振動を補正する取り付け台が配置されているものとすることができる。
【0032】
また、本発明に係る光学測定機器において、前記アームは、例えば、ロボットアームであるものとすることができる。
【0034】
また、本発明に係る光学測定機器において、前記センサーは、例えば、前記光学ヘッドから出射される光とほぼ平行な方向の加速度を検知する加速度センサーを含むものとすることができる。
【0035】
また、本発明に係る光学測定機器において、前記センサーは、例えば、直交する３成分の方向の加速度を検知する１つの３軸加速度センサーであるものとすることができる。
【0036】
また、本発明に係る光学測定機器において、前記センサーは、例えば、直交する３成分の方向の加速度を検知する３つの加速度センサーであるものとすることができる。
【0037】
また、本発明に係る光学測定機器において、前記センサーは、例えば、直交する３成分の方向の加速度を検知する加速度センサーとジャイロセンサーであるものとすることができる。
【0038】
さらに、本発明に係る光学測定機器において、前記第２の信号処理回路は、例えば、前記センサーにより得られる検出信号がローパスフィルタを介して供給される積分器を備え、前記積分器により前記検出信号を２回積分するものとすることができる。
【0039】
本発明は、観察対象物に光コム波形を有する光を照射し前記観察対象物からの反射光を受光する光学ヘッドを有し、観察対象物の構造あるいは観察対象物との距離を光学的に測定する光学測定機器のデータ生成方法において、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れを考慮しない観察対象物の構造情報あるいは観察対象物との距離情報を記録媒体に記録する第１の記録工程と、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドの少なくとも片方に設けられた少なくとも１つのセンサーにより得られる前記観察対象物と前記光学ヘッドとの３次元空間における直交する３成分の方向のうちの前記光学ヘッドの光軸方向を含む少なくとも１方向の相対変位量に応じた検出信号に基づいて、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算する演算工程と、前記第１の記録工程において前記記録媒体に記録した観察対象物の構造情報あるいは観察対象物との距離情報と、前記演算工程において得られた前記振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報とにより、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れの影響を補正した前記観察対象物の構造情報あるいは前記観察対象物との距離情報を記録媒体に記録する第２の記録工程とを有し、前記第１の記録工程において、前記光学ヘッド内に設けられたスキャニング機構により前記観察対象物に照射する光を２次元方向にスキャニングして、前記観察対象物の構造あるいは前記観察対象物との距離を光学的に測定し、前記観察対象物に照射する光と前記観察対象物からの反射光との干渉光を検出して得られる干渉信号から生成される前記スキャニング機構によりスキャニングされる前記光コム波形を有する光による観察領域における前記観察対象物との２次元の距離情報を記録し、前記第１の記録工程において記録媒体に記録する前記振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報は、前記光学ヘッド内のスキャニング機構の制御と連携したトリガー信号により区切られた２次元構造を有することを特徴とする。
【0042】
また、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法において、前記観察対象物に照射する光は、例えば、短時間に波長がシフトするレーザ光あるいは広い波長成分を有する光であり、前記第１の記録工程において、前記観察対象物に照射する光と前記観察対象物からの反射光との干渉光を検出して得られる干渉信号から生成される前記観察対象物の光干渉断面観察画像情報を前記観察対象物の構造情報として記録するものとすることができる。
【0043】
また、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法は、例えば、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドの少なくとも片方を２つ以上の自由度を有するアームに取り付けて、観察対象物の構造あるいは観察対象物との距離を光学的に測定するものとすることができる。
【0044】
また、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法は、例えば、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドと前記２つ以上の自由度を有するアームの間に取り付け台配置して回転方向の振動を補正するものとすることができる。
【0045】
また、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法において、前記アームは、例えば、ロボットアームであるものとすることができる。
【0046】
また、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法は、例えば、前記第１の記録工程において記録媒体に記録する前記振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報は、前記光学ヘッド内のスキャニング機構の制御と連携したトリガー信号により区切られた２次元構造を有するものとすることができる。
【0047】
また、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法において、前記演算工程では、例えば、前記観察対象物と前記光学ヘッドとの３次元空間における相対変位量として、前記光学ヘッドから出射される光とほぼ平行な方向を含む直交する３成分の方向の加速度に応じた検出信号を前記センサーにより得て、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算するものとすることができる。
【0048】
また、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法において、前記センサーは、例えば、直交する３成分の方向の加速度を検知する３軸加速度センサーであり、 前記演算工程では、前記３軸加速度センサーにより得られる検出信号に基づいて、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算するものとすることができる。
【0049】
さらに、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法において、前記センサーは、例えば、直交する３成分の方向の加速度を検知する加速度センサーとジャイロセンサーであり、前記演算工程では、前記加速度センサーとジャイロセンサーにより得られる検出信号に基づいて、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドに加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、前記観察対象物あるいは前記光学ヘッドとの間の距離情報を演算するものとすることができる。
【0050】
また、本発明に係る光学測定機器のデータ生成方法において、前記演算工程では、前記センサーにより得られる検出信号に対してローパスフィルタ処理と２回積分処理を行うものとすることができる。
【発明の効果】
【0051】
本発明では、剛性の低いアームおよび稼働するアームに光学ヘッドあるいは観察対象物を搭載する場合における振動の問題を解決した光学測定機器及びそのデータ生成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明を適用した光学測定器の構成例を示すブロック図である。
【図2】本発明を適用した光学測定器の他の構成例を示すブロック図である。
【図3】本発明を適用した光学測定器により実行されるデータ生成方法の手順を示すフローチャートである。
【図4】本発明の第１の実施例としての光学測定器の概略構成を示すブロック図である。
【図5】第１の実施例の光学測定器としてＯＣＴ（光干渉断面観察装置）を用いた場合の光学ヘッドの構成を示す模式図である。
【図6】第１の実施例の光学測定器におけるセンサーの構成例を示す模式図であり、（Ａ）は３つの加速度センサーを備える場合を示し、（Ｂ）は１つの加速度センサーと３つのジャイロセンサーを備える場合を示している。
【図7】第１の実施例の光学測定器における振れ演算器の備えられる演算回路の構成例を示すブロック図であり、（Ａ）は加速度センサーによる検出信号として得られる加速度信号から変位量を演算するための第１の演算回路を示し、（Ｂ）は２つの加速度センサーによる検出信号として得られる加速度信号から角度変化量を演算するための第２の演算回路を示し、（Ｃ）はジャイロセンサーによる検出信号として得られる角加速度信号から角度変化量を演算するための第３の演算回路を示している。
【図8】第１の実施例の光学測定器において、測定した観察対象物０の高さ情報を補正する信号処理の説明に供する模式図であり、（Ａ）は説明のために準備した観察対象物の形状を示し、（Ｂ）は光学ヘッドに振動が加わった状態で測定した観察対象物の高さデータを示し、（Ｃ）は光学測定機器のクロック周波数により離散化されてディスクリートのデータを示し、（Ｄ）は光学ヘッドに取り付けた加速度センサーの検出信号から振れ演算器の演算回路により算出される測定時に光学ヘッドに加わった振動による変位情報を示し、（Ｅ）は制御・演算コントローラの信号処理部により得られる光学ヘッドに加わった振動による変位を補正した観察面の表面位置情報を示している。
【図9】第１の実施例の光学測定器において、Ｚ方向以外の５方向の振動の影響を補正する方法についての説明に供する模式図であり、（Ａ）は直線上に等間隔に位置する測定点を示し、（Ｂ）は光学ヘットに加えられた振動により測定点が直線から離脱した状態を示し、（Ｃ）は（Ａ）および（Ｂ）に示した測定点の１点である目標の測定点が振動により測定点となってしまった場合を示す鳥観図である。
【図10】本発明の第２の実施例としての光学測定器の概略構成を示すブロック図である。
【図11】第２の実施例の光学測定器に搭載されるセンサーを示す模式図である。
【図12】データ測定格子の間隔の影響についての説明に供する模式図であり、（Ａ）は格子間隔の細かいデータ測定格子を示し、（Ｂ）は格子間隔の粗いデータ測定格子を示している。
【図13】複数の関節を有し、複数の移動自由度を有する多関節ロボットのアームに光学ヘッドを搭載した光学３次元形状測定機の従来例の概略構成を示すブロック図である。
【図14】光干渉断層撮影装置の構成例を示すブロック図である。
【図15】光干渉断層撮影装置において、スキャンレンズに入射する光の角度をＸ軸ガルバノミラー、Ｙ軸ガルバノミラーにより順次変えることにより、結像面に集光される光スポットの位置を示す図である。
【図16】スキャンヘッド内結像面上における集光スポットの観察対象物上の投影スポットが、振動の影響により、直線状で一定間隔の列ではなくなってしまった状態を示す図である。
【図17】振動がない状態で観察された観察対象物の構造を示す図である。
【図18】Ｘ軸ガルバノミラーを順次移動させながらデータ取得を行った断面の画像（ＸＺ断面画像）を示す図である。
【図19】データ取得を行った後に構成したＸＹＺの３次元データから抽出したＹ軸方向の断面の画像（ＹＺ断面画像）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0053】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【0054】
本発明は、例えば図１のブロック図に示すような構成の光学測定器１００Ａに適用される。
【0055】
この光学測定器１００Ａは、光学ヘッド１により観察対象物６０に光を照射し観察対象物６０からの反射光を受光することにより得られる第１の検出信号に基づいて、観察対象物６０の構造あるいは観察対象物６０との距離を光学的に測定するものであって、光学ヘッド１に設けられたセンサー２と、光学ヘッド１により得られる第１の検出信号が供給される第１の信号処理回路３と、センサー２により得られる第２の検出信号が供給される第２の信号処理回路４と、第１の信号処理回路３により処理された第１の検出信号と第２の信号処理回路４により処理された第２の検出信号が供給される第３の信号処理回路５を備える。
【0056】
この光学測定器１００Ａにおいて、光学ヘッド１は、レーザ光を観察対象物６０に照射して観察対象物６０からの反射光を受光することにより第１の検出信号を得るものであって、例えば干渉光学系を介して観察対象物６０に照射する光と参照光及び観察対象物６０からの反射光と参照光との干渉光を検出することにより、第１の検出信号を得るようになっている。
【0057】
光学ヘッド１内には、例えば、観察対象物６０に照射する光の方向を変化させるスキャニング機構を設けることができる。
【0058】
光学ヘッド１により観察対象物６０に照射する光は、例えば、光コム波形を有するレーザ光とすることができる。
【0059】
また、光学ヘッド１により観察対象物６０に照射する光は、例えば、短時間に波長がシフトするレーザ光あるいは広い波長成分を有する光とすることができる。
【0060】
また、この光学測定器１００Ａにおいて、光学ヘッド１に設けられたセンサー２は、観察対象物６０の形状や観察対象物６０との距離を光学ヘッド１により測定する際に光学ヘッド１に加わる振動等の影響で発生する観察対象物６０と光学ヘッド１との相対変位を検出するものであって、例えば加速度センサーあるいはジャイロセンサーの少なくとも一方からなる。センサー２は、観察対象物６０と光学ヘッド１との３次元空間における直交する３成分の方向の相対変位量に応じた第２の検出信号を出力する。
【0061】
この光学測定器１００Ａでは、光学ヘッド１と一体化するように、光学ヘッド１に設けられているが、センサー２は、図２のブロック図に示す光学測定器１００Ｂのように、観察対象物６０と一体化するように、観察対象物６０側に設けられていてもよい。
【0062】
また、第１の信号処理回路３は、光学ヘッド１により得られる第１の検出信号に含まれる情報から観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報を演算するものである。
【0063】
第１の信号処理回路３では、例えば、本件発明者等が先に提案している特許文献３における光学的三次元形状測定機と同様に、光学ヘッド１により、干渉光学系を介して観察対象物６０に照射する光コム波形を有するレーザ光と参照光及び観察対象物６０からの反射光と参照光との干渉光を検出して得られる第１の検出信号すなわち干渉信号から、スキャニング機構によりスキャニングされる光コム波形を有するレーザ光による観察領域における観察対象物６０との２次元の距離情報を生成することができる。
【0064】
また、第１の信号処理回路３では、例えば、光学ヘッド１により観察対象物６０に照射する光は、例えば、短時間に波長がシフトするレーザ光あるいは広い波長成分を有する光とすることで、観察対象物６０に照射する光と前記観察対象物６０からの反射光との干渉光を検出して得られる第１の検出信号すなわち干渉信号から、観察対象物６０の構造情報として、光干渉断面観察画像情報を生成することができる。
【0065】
また、第２の信号処理回路４は、センサー２により得られる第２の検出信号に基づいて、観察対象物６０に照射する光の出射位置情報あるいは出射角度情報の少なくとも１つの情報を演算するものである。
【0066】
第２の信号処理回路４では、センサー２として備えられる加速度センサーあるいはジャイロセンサーにより得られる第２の検出信号、すなわち、加速度信号あるいは角速度信号を２回積分することにより、光学ヘッド１により加えられた振動などに応じた変位情報あるいは角度変化情報を得ることができる。
【0067】
そして、第３の信号処理回路５は、第１の信号処理回路３の演算結果と、第２の信号処理回路４の演算結果とを結合させることにより、光学ヘッド１に加わる振れの影響を補正した観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報を出力する。
【0068】
また、第３の信号処理回路５では、例えば、第１の信号処理回路３の演算結果として得られる観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報と、第２の信号処理回路４による演算結果として得られる観察対象物６０に照射する光の出射位置情報あるいは出射角度情報の少なくとも１つの情報を、光学ヘッド１内のスキャニング機構の制御と連携したトリガー信号により整合させた状態で、第１の信号処理回路３の演算結果から第２の信号処理回路４による演算結果を減算する結合処理を行うことにより、光学ヘッド１に加わる振れの影響を補正した観察対象物６０の２次元の構造情報あるいは２次元の観察対象物６０との距離情報を得ることができる。
【0069】
なお、図２のブロック図に示す光学測定器１００Ｂは、観察対象物６０と一体化するように観察対象物６０側にセンサー２を設けて、観察対象物６０の形状や観察対象物６０との距離を光学ヘッド１により測定する際に観察対象物６０に加わる振動等の影響で発生する光学ヘッド１と観察対象物６０との相対変位を検出するようにしたものであって、センサー２の配置以外は光学測定器１００Ａの構成と同じなので、光学測定器１００Ａと同一の構成要素については、図２に同一符号を付して示し、詳細な説明を省略する。
【0070】
ここで、光学測定機器１００Ａ，１００Ｂにおいて、光学ヘッド１により観察対象物６０に光を照射し観察対象物６０からの反射光を受光することにより得られる第１の検出信号及び光学ヘッド１に設けられたセンサー２により得られる第２の検出信号は、どちらもアナログ信号であるが、第１の信号処理回路３及び第２の信号処理回路４は、デジタル化した第１の検出信号及びデジタル化した第２の検出信号について、上述の如き信号処理を行うデジタル信号処理回路とすることができる。第１の信号処理回路３により処理された第１の検出信号と第２の信号処理回路４により処理された第２の検出信号が供給される第３の信号処理回路５もデジタル信号処理回路とすることができる。
【0071】
このような構成の光学測定器１００Ａ，１００Ｂでは、例えば、図３のフローチャートに示す手順に従って、観察対象物６０の構造あるいは観察対象物６０との距離を光学的に測定して、観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報を生成するデータ生成方法を実行することができる。
【0072】
図３は、観察対象物６０に光を照射し観察対象物６０からの反射光を受光する光学ヘッド１を有し、観察対象物６０の構造あるいは観察対象物６０との距離を光学的に測定する光学測定機器１００Ａ，１００Ｂのデータ生成方法の手順を示すフローチャートである。
【0073】
図３のフローチャートに示す手順において、第１の記録工程ＳＴ１では、光学測定機器１００Ａ，１００Ｂの第１の信号処理回路３において、光学ヘッド１による第１の検出信号から得られる観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報、すなわち、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１に加わる振れを考慮しない状態での観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報を記録媒体に記録する。
【0074】
次の演算工程ＳＴ２では、光学測定機器１００Ａ，１００Ｂの第２の信号処理回路４において、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１の少なくとも片方に設けられた少なくとも１つのセンサー２により得られる観察対象物６０と光学ヘッド１との３次元空間における直交する３成分の方向の相対変位量に応じた第２の検出信号に基づいて、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１に加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１との間の距離情報を演算する。
【0075】
そして、 第２の記録工程ＳＴ３では、光学測定機器１００Ａ，１００Ｂの第３の信号処理回路５において、第１の記録工程ＳＴ１において記録媒体に記録した観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報と、演算工程ＳＴ２において得られた振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、観察対象物あるいは光学ヘッド１との間の距離情報とにより、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１に加わる振れの影響を補正した観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報を記録媒体に記録する。
【0076】
上述の如き構成の光学測定器１００Ａ，１００Ｂにおいて、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１の少なくとも片方は、例えば、２つ以上の自由度を有するアームに取り付けられているものとすることができる。
【0077】
例えば、図４のブロック図に示すような構成の光学測定器１００のように、多関節型の産業ロボットに適用することもできる。
【0078】
なお、一般的な３次元形状測定機では振動抑制の必要があり、光学測定器１００Ａ，１００Ｂは、門型構造の移動機構を備える産業ロボットに適用することもできる。
【0079】
図４は、第１の実施例としての本発明に係る光学測定器１００の概略構成を示すブロック図である。
【0080】
この光学測定器１００は、２つの関節１３１Ａ、１３１Ｂを介して連結された２つのアーム１３２Ａ、１３２Ｂからなるロボットアーム１３１を備える多関節型ロボット１３０に搭載されて、光学ヘッド１により観察対象物６０に光を照射し観察対象物６０からの反射光を受光することにより得られるえられる第１の検出信号に基づいて、観察対象物６０の構造あるいは観察対象物６０との距離を光学的に測定するものである。
【0081】
光学測定器１００の光学ヘッド１は、多関節型ロボット１３０のロボットアーム１３１の先端に搭載されている。
光学測定器１００は、例えば、図５の模式図に示すような構成のＯＣＴ（光干渉断面観察装置）が用いられる。
光学測定器１００は、例えば、図５の模式図に示すような構成のＯＣＴ（光干渉断面観察装置）が用いられる。
【0082】
図５は、光学測定器１００としてＯＣＴ（光干渉断面観察装置）を用いた場合の光学ヘッド１の構成を示す模式図である。
【0083】
すなわち、光学測定器１００は、光源１１１、参照ミラー１１２、ディテクタ１１３が格納されているＯＣＴエンジン１１０を備える制御・演算コントローラ１２０と、観察対象物６０への光の照射と観察対象物６０からの反射光の受光を行う光学ヘッド１が、光ファイバー２１と制御ケーブル２２により接続されている。
【0084】
また、この光学測定器１００の光学ヘッド１は、２つの関節１３１Ａ、１３１Ｂを介して連結された２つのアーム１３２Ａ、１３２Ｂからなるロボットアーム１３１の先端、すなわち、アームの１３２Ｂの先端にアーム取り付け部１７を介して取り付けられている。
【0085】
光学ヘッド１の中には、制御・演算コントローラ１２０に設けられた制御部１２１から制御ケーブル２２を介して送られてくる制御信号に応じて、観察対象物６０にレーザ光をスキャン照射するためのスキャンミラー（例えばガルバノミラー）１１が搭載されている。この光学測定器１００は、観察対象物６０への光の照射を２次元で行うことが可能なＯＣＴ装置であり、２つのスキャンミラー１１Ａ、１１Ｂを搭載している。また、光の照射位置を画像として記録することができるようにイメージャー１２も搭載している。
イメージャー１２には、スキャンレンズ１４、ハーフミラー１５、対物レンズ１６を介して観察対象物６０に照射される光の観察対象物６０による反射光が、ハーフミラー１５を介して、入射されるようになっている。
この光学測定器１００において、光源１１１から出射されたレーザ光は、光ファイバーカプラー１１４を介して２つに分岐されて一方が参照光として参照ミラー１１２に入射され、他方が測定光として光ファイバー２１を介して光学ヘッド１に入射されるようになっている。
イメージャー１２には、スキャンレンズ１４、ハーフミラー１５、対物レンズ１６を介して観察対象物６０に照射される光の観察対象物６０による反射光が、ハーフミラー１５を介して、入射されるようになっている。
この光学測定器１００において、光源１１１から出射されたレーザ光は、光ファイバーカプラー１１４を介して２つに分岐されて一方が参照光として参照ミラー１１２に入射され、他方が測定光として光ファイバー２１を介して光学ヘッド１に入射されるようになっている。
【0086】
光学ヘッド１に入射された測定光は、コリメートレンズ１３を介してスキャンミラー１１に入射され、２つのスキャンミラー１１Ａ、１１Ｂにより２次元方向にスキャニングされて、スキャンレンズ１４、ハーフミラー１５、対物レンズ１６を介して観察対象物６０に照射される。
【0087】
観察対象物６０に照射された測定光の観察対象物６０による反射光は、逆の経路、すなわち、対物レンズ１６、ハーフミラー１５、スキャンレンズ１４、スキャンミラー１１、コリメートレンズ１３、光ファイバー２１を介してＯＣＴエンジン１１０の光ファイバーカプラー１１４に戻される。
【0088】
また、参照ミラー１１２に入射された参照光は、参照ミラー１１２による反射光が光ファイバーカプラー１１４に戻される。
【0089】
ディテクタ１１３は、光ファイバーカプラー１１４に戻された測定光の観察対象物６０による反射光と参照光の参照ミラー１１２による反射光が光ファイバーカプラー１１４において互いに干渉することにより得られる干渉光が入射されることにより、干渉光を検出する。
【0090】
この光学測定器１００では、ＯＣＴエンジン１１０を備える制御・演算コントローラ１２０において、ＯＣＴエンジン１１０のディテクタ１１３により干渉光の検出信号（干渉信号）として得られる第１の検出信号を用いて、信号処理部１２２により光干渉断面画像情報を生成する信号処理を行うことができる。
【0091】
また、この光学測定器１００では、観察対象物６０と光学ヘッド１との３次元空間における直交する３成分の方向のうちの少なくとも１つの方向の相対変位量に応じた第２の検出信号を出力するセンサー２が、ロボットアーム１１の先端に搭載された光学測定器１００の光学ヘッド１と一体化するように、光学ヘッド１に設けられている。
【0092】
センサー２は信号ケーブル２３を介して振れ演算器１４０と接続されている。
【0093】
センサー２としては、観察対象物６０と光学ヘッド１との３次元空間における直交する３成分の方向のうちの少なくとも１つの方向の相対変位量に応じた第２の検出信号を出力する加速度センサーあるいはジャイロセンサーの少なくとも１つのセンサーが用いられる。
【0094】
このセンサー２による第２の検出信号に基づいて、形状測定中の光学ヘッド１の振れによる変位（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）および光学ヘッド１から出射される光束ＢＭの方向の変化（Ｙａｗ，Ｐｉｔｃｈ，Ｒｏｌｌ方向）を振れ演算器１４０により算出し、光学ヘッド１から観察対象物６０までの距離の測定結果における振れの影響および観察対象物６０における測定位置の振れの影響によるずれを算出する。
【0095】
この光学測定器１００では、観察対象物６０と光学ヘッド１との３次元空間における直交する３成分の方向のうちの少なくとも１つの方向の相対変位量に応じた第２の検出信号を出力するセンサー２が光学ヘッド１側に設けられているが、センサー２は、観察対象物６０と光学ヘッド１との相対変位量応じた第２の検出信号を出力するものであるから、観察対象物６０側に設けられるようにしてもよい。
【0096】
例えば、図４中に破線にて示すように、観察対象物６０を保持するステージ１５０にセンサー２を設けて、センサー２と観察対象物６０を一体化するようにすることもできる。
【0097】
また、この光学測定器１００では、光学ヘッド１が多関節型ロボット１３０のロボットアーム１１の先端に搭載されていているが、ステージ１５０に光学ヘッド１を保持されるように設け、観察対象物６０を多関節型ロボット１３０のロボットアーム１１の先端に搭載するようにしてもよい。
【0098】
ここで、この光学測定器１００においては、センサー２として、例えば図６の（Ａ）に示すように、ＸＹＺの互いに直交する３軸方向の加速度の検出が可能な３つの加速度センサー２Ａ、２Ｂ、２Ｃが、光学ヘッド１の上面に設けられ、光学ヘッド１と一体化されている。これらの加速度センサー２Ａ、２Ｂ、２Ｃにより、光学ヘッド１の振動が、Ｘ、Ｙ、Ｚ，Ｙａｗｉｎｇ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの６方向の検出が可能となる。
【0099】
また、例えば図６の（Ｂ）に示すように、１つの３軸加速度センサー２ＡによりＸ，Ｙ，Ｚ方向の変位を算出し、Ｙａｗｉｎｇ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの方向の角度変化をジャイロセンサー２Ｄ、２Ｅ、２Ｆにより測定することも可能である。
【0100】
加速度センサー２Ａ、２Ｂ、２Ｃによる第２の検出信号として得られる加速度信号は変位量の２回微分信号であるから、振れ演算器１４０では、加速度信号を２回積分することにより変位量を求めることができる。
【0101】
振れ演算器１４０では、例えば、図７の（Ａ）のブロック図に示す構成の第１の演算回路１４１により、加速度センサー２Ａによる第２の検出信号として得られる加速度信号がローパスフィルタ１４１Ａを介して積分器１４１Ｂにより加速度信号を２回積分することにより変位量を得るようにしている。
【0102】
ここで、発明者らが、測定分解能：０．００３ｍ／ｓ２、測定周波数範囲１～４０００ＨｚのＰＣＢ社の３軸加速度センサー（３５２Ａ３２）でアーム先端の変位を、５１．２ｋＨｚのクロック周波数で測定したところ、１ミクロン以上の変位を有する振動成分は概ね１００Ｈｚ以下の低周波成分の変位であった。
【0103】
加速度センサーにおいては、高周波成分の信号を強く計測してしまうので、図７の（Ａ）に示す第１の演算回路１４１のように、積分器１４１Ｂにより積分を行う前にローパスフィルタ１４１Ａにより高周波成分を取り除くことが望ましい。
【0104】
光学測定器１００の分解能が例えば１０ミクロンであるとすると、１ミクロン以下の振幅で光学ヘッド１が振動しても測定結果には影響はない。したがって１０ミクロン以上の変位を有する振幅の振動を算出することが必要である。
【0105】
そこで、加速度センサーに測定される信号の大きさを考えると、３０Ｈｚの周波数成分で２０ミクロンの振幅の変位の加速度と、３００Ｈｚで０．００５ミクロンの振幅の変位の加速度が同等となる。
【0106】
また、Ｙａｗｉｎｇ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの方向の角度変化は、互いに直交する３軸（ＸＹＺ）の各軸回り方向の角度変化であるから、図６の（Ａ）に示すセンサー２のように加速度センサー２Ｂ、２Ｃの距離を例えば１０ｃｍ程度あけて配置することにより、加速度センサー２Ｂ、２Ｃによる第２の検出信号として得られる３軸方向の加速度信号から算出される３軸方向の変位量に対する差分処理により得ることができる。
【0107】
振れ演算器１４０では、例えば、図７の（Ｂ）のブロック図に示す構成の第２の演算回路１４２により、Ｙａｗｉｎｇ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの方向の角度変化を得るようにしている。
第２の演算回路１４２は、加速度センサー２Ｂによる第２の検出信号として得られる加速度信号がローパスフィルタ１４２Ａ１を介して供給される積分器１４２Ｂ１と、加速度センサー２Ｃによる第２の検出信号として得られる加速度信号がローパスフィルタ１４２Ａ２を介して供給される積分器１４２Ｂ２と、積分器１４２Ｂ１による２回積分出力信号と積分器１４２Ｂ２による２回積分出力信号が供給される差分処理器１４２Ｃを備える。
第２の演算回路１４２は、加速度センサー２Ｂによる第２の検出信号として得られる加速度信号がローパスフィルタ１４２Ａ１を介して供給される積分器１４２Ｂ１と、加速度センサー２Ｃによる第２の検出信号として得られる加速度信号がローパスフィルタ１４２Ａ２を介して供給される積分器１４２Ｂ２と、積分器１４２Ｂ１による２回積分出力信号と積分器１４２Ｂ２による２回積分出力信号が供給される差分処理器１４２Ｃを備える。
【0108】
この第２の演算回路１４２は、加速度センサー２Ｂにより検出された加速度信号を積分器１４２Ｂ１により加速度信号を２回積分した２回積分出力信号として得られる変位量と、加速度センサー２Ｂにより検出された加速度信号した２回積分出力信号として得られる変位量について、差分処理器１４２Ｃにより差分処理を行うことによって、各軸回り方向の角度変化量、すなわち、Ｙａｗｉｎｇ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの方向の角度変化量を得るようにしている。
【0109】
また、図６の（Ｂ）のようにジャイロセンサー２Ｄ、２Ｅ、２ＦによりＹａｗｉｎｇ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの方向の角度変化を測定する場合には、振れ演算器１４０では、例えば、図７の（Ｃ）のブロック図に示す構成の第３の演算回路１４３により、ジャイロセンサー２Ｄ、２Ｅ、２Ｆによる第２の検出信号として得られる互いに直交する３軸（ＸＹＺ）の各軸回り方向の角度変化の応じた角加速度信号がローパスフィルタ１４３Ａを介して積分器１４３Ｂにより角加速度信号を２回積分することにより、各軸回り方向の角度変化量、すなわち、Ｙａｗｉｎｇ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの方向の角度変化を得るようにしている。
【0110】
ここで、後述する振動による変位の演算を容易にするために、スキャンミラー１１を中央位置とした位置に光線が出射される光軸を光学測定装置１００の主光軸とした際に、光学ヘッド１のＸＹＺ方向の変位を測定する加速度センサー２Ａは、図６の（Ａ）、（Ｂ）に示すセンサー２のように、主光軸（Ｘ軸）上の位置に設置することが望ましく、Ｙａｗｉｎｇ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの回転もこの主光軸からの回転量として定義・算出することが望ましい。
【0111】
また、この光学測定機器１００においては、観察対象物６０に照射される光の位置はスキャンミラー１１により制御がなされるので、制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２では、スキャンミラー１１への制御信号と同期した信号により測定結果の画像化を行う。つまり、光学測定器１００からの測定結果は、１次元構造の連続したデータであるが、スキャンミラー１１に送る制御信号に同期したトリガー信号により区切られた２次元の構造を有するデータとされ、その２次元の構造のデータは、スキャンミラー１１に送る速度信号、およびステップ移動時の移動量などのデータから、２次元化されたデータを実際の距離情報を有するデータとすることができる。
【0112】
制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２では、振れ演算器１４０において加速度センサー２Ａによる第２の検出信号すなわち加速度信号から算出されたＯＣＴエンジン１１０のディテクタ１１３の光軸方向に平行なＺ方向の振動情報により、測定した観察対象物６０の高さ情報を補正する信号処理を行う
【0113】
次に、高さ情報の補正方法について図８を参照して説明する。
【0114】
【0115】
また、光学ヘッド１に振動が加わった状態で測定した観察対象物６０の高さデータを図８の（Ｂ）に示す。図８の（Ｂ）は光学測定機器１００のクロック周波数により離散化されてディスクリートのデータとなっている。この図８の（Ｂ）におけるディスクリートしたデータの間隔は、説明を容易にするために選定した間隔であるので、振動の周波数あるいはデータ取得の際のクロックとの関連性は考慮していない。
【0116】
振れ演算器１４０では、第１の演算回路１４１により、光学ヘッド１に取り付けた加速度センサー２Ａの第２の検出信号すなわち加速度信号から、測定時に光学ヘッド１に加わった振動による図８の（Ｃ）に示すような変位情報が算出される。
【0117】
第１の演算回路１４１による演算結果として得られる図８の（Ｃ）に示した変位情報は、ローパスフィルタ１４１Ａにより高周波成分が取り除かれたデータとなっているが、加速度センサー１は例えば５１．２ｋＨｚのクロック周波数での読み出しがなされたデータであるとすると、時間情報としては５１．２ｋＨｚのクロック周波数に応じたデータを有している。
【0118】
制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２では、図８の（Ｃ）に示した演算された変位情報を、図８の（Ｂ）に示した光学測定器１００のディスクリート構造の測定結果と結合を行うために、図８の（Ｄ）に示すように、スキャンミラー１１の制御信号に同期した信号であるトリガー信号およびデータ取得クロック情報によりディスクリート化を行う。
【0119】
このように第１の演算回路１４１による演算結果として得られる変位情報をディスクリート化することにより、第１の演算回路１４１に得られる変位情報に基づいて図８の（Ｂ）に示す測定結果の補正を容易に行うことができ、図８の（Ｂ）に示すデータから図８の（Ｄ）に示すデータを引くこと、すなわち、測定データから振動による影響を除くことにより、図８の（Ｅ）のように振動を補正した観察面の表面位置情報を得ることができる。
【0120】
また、制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２では、振れ演算器１４０において加速度センサー２Ａによる第２の検出信号すなわち加速度信号から算出されたＯＣＴエンジン１１０のディテクタ１１３の光軸方向に平行なＺ方向以外の５方向の振動の影響を補正する信号処理を行う。
【0121】
次に、Ｚ方向以外の５方向の振動の影響を補正する方法について図９を参照して説明する。
【0122】
光学測定器１００による測定は、制御・演算コントローラ１２０の制御部１２１により、図９の（Ａ）に示すように、直線８３ａあるいは直線８３ｂ上に等間隔な測定点８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、８４ｅ、８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ、８５ｅとなるようにスキャンミラー１１を制御しているが、光学ヘッド１に加わる振動により、図９の（Ｂ）に示す測定点７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅのように測定点が乱れることとなる。
【0123】
上述したように、データ測定を行うクロック周波数よりも振動は低周波数であるので、測定点の順序が入れ替わることはないが、図９の（Ｂ）に示すように振動により測定点が直線から離脱すること、間隔が一様でなくなることがある。図９の（Ｃ）は図９の（Ａ）および図９の（Ｂ）に示した測定点の１点である目標の測定点８５ａが振動により測定点７５ａとなってしまった場合を示す鳥観図である。光学ヘッド１からは振動がない状態として光線Ｓ（８５ａ）に示す軌跡で測定点８５ａに照射されるはずが、光学ヘッド１に加わる振動により光線Ｓ（７５ａ）に示す軌跡で測定点７５ａに照射されてしまう例を示している。ここで振動成分には、Ｘ、Ｙ、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ、Ｙａｗｉｎｇ、Ｒｏｌｌｉｎｇの５軸が存在するが、この５軸の振動による測定点の移動を２つに分類して補正を行う。ここでは、光軸（Ｚ軸）方向に垂直な面（Ｘ方向、Ｙ方向を含む面）の回転方向をＲｏｌｌｉｎｇ方向の回転と定義し、その回転中心は光学ヘッド１の主光軸であるとする。Ｘ方向とＹ方向の振動により測定点８５ａが仮想の測定点９５ａに移動し、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ方向とＹａｗｉｎｇ方向さらにはとＲｏｌｌｉｎｇ方向の回転により、仮想の測定点９５ａから測定点７５ａに移動したこととする。仮想の測定点９５ａの位置は、Ｘ軸方向とＹ方向の振動により測定点８５ａが移動するものであるが、この移動において光学ヘッド１と観察対象物６０との距離あるいは、スキャンミラー１１の位置に依存することなくＸ方向とＹ方向の振動量により算出することができる。
【0124】
したがって、制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２では、生成する光干渉断面画像情報について、図７の（Ａ）に示した振れ演算器１４０の第１の演算回路１４１により演算されたＸ方向とＹ方向の変位情報をディスクリート化して補正データとすることにより、上述の如き高さ情報の補正すなわちＺ軸方向の変位量の補正と同様な手法で、光学ヘッド１に加わる振動によるＸ方向とＹ方向の変位情報の変動を補正することができる。
【0125】
次に、Ｐｉｔｃｈｉｎｇ方向とＹａｗｉｎｇ方向さらにはＲｏｌｌｉｎｇ方向の回転により移動する測定点の算出を行う。
【0126】
Ｐｉｔｃｈｉｎｇ方向とＹａｗｉｎｇ方向の移動は図９の（Ｃ）における光線Ｓ（９５ａ）と光線Ｓ（７５ａ）のなす角度が振動による影響であり、測定点の移動量は、光線Ｓ（９５ａ）と光線Ｓ（７５ａ）のなす角度に光線Ｓ（７５ａ）あるいは光線Ｓ（９５ａ）の長さを乗じた数値となる。ここでは、光線Ｓ（９５ａ）と光線Ｓ（７５ａ）のなす角度はわずかであり、光線Ｓ（７５ａ）と光線Ｓ（９５ａ）の長さはほぼ等しいと考えられるので、光学測定器１００により測定される距離情報である光線Ｓ（７５ａ）の長さを用いることができる。
【0127】
次に、Ｒｏｌｌｉｎｇ方向の補正について説明する。
【0128】
Ｒｏｌｌｉｎｇ方向の回転は、主光軸を中心とした回転であるので、図９の（Ｃ）における主光軸Ｓ（orig）から測定位置までの距離Ｄに角度を乗じた数値となる。
【0129】
Ｐｉｔｃｈｉｎｇ方向とＹａｗｉｎｇ方向さらにはＲｏｌｌｉｎｇ方向の回転により移動する測定点の算出においては、上述したように測定値である光線Ｓ（７５ａ）を用いて算出することが正確であるが、振動の程度により光学測定器１００の標準的な観察対象物６０との距離であるワーキングディスタンスの数値を用いることも可能である。同様に距離Ｄの数値においても、ワーキングディスタンスの数値にスキャンミラー１１への制御値から換算される数値を用いることも可能である。測定値を用いないことにより、計算の高速化が実現できる。
【0130】
Ｐｉｔｃｈｉｎｇ方向とＹａｗｉｎｇ方向さらにはＲｏｌｌｉｎｇ方向の回転により移動する測定点の算出において測定値である光線Ｓ（７５ａ）を用いる場合には、光学測定器１００の測定結果を一旦保存しておきそのデータにアクセスすることとなるが、測定値の値を用いない場合においても、振動による影響を補正するデータは、上述したように、ローパスフィルタによるフィルタリング処理が施されているので、光学測定器１００のクロック速度に応じてリアルタイムにデータを輩出することが困難であり、少なくともスキャンミラー１１による１ラインでの測定ごとにデータ補正を行う方が簡便であり、一旦保存された複数の光学測定器１００の測定結果のデータ群と、複数の補正データとの結合を行う方が、演算工程ＳＴ２における演算処理および第２の記録処理工程ＳＴ３における結合処理が簡便となる。
【0131】
図１０は、第２の実施例としての本発明に係る光学測定器２００の概略構成を示すブロック図である。
【0132】
この第２の実施例としての光学測定器２００では、ロボットアーム１３１の先端に光学ヘッド１の姿勢制御機能を有する電動雲台１７Ａが設けれ、電動雲台１７Ａに光学ヘッド１が搭載されている。
【0133】
なお、この光学測定器２００は、ロボットアーム１３１の先端に設けられた電動雲台１７Ａに光学ヘッド１を搭載した構成以外は、図４に示した第１の実施例の光学測定器１００の構成と同じなので、光学測定器１００と同一の構成要素については、図１０に同一符号を付して示し、詳細な説明を省略する。
【0134】
この光学測定器２００における電動雲台１７Ａは、例えば、カメラを搭載する雲台の角度を振動に応じて補正するようにした特許文献２の開示技術における雲台と同様に、雲台の土台の角度が変化してもセンサーにより搭載している光学ヘッド１の角度が変化しないように姿勢を保つようにした姿勢制御機能を有するものである。
【0135】
電動雲台１７Ａは、光学ヘッド１とロボットアーム１３１の間において、電動雲台１７Ａは、光学ヘッド１に加えられる回転方向の振動を補正する取り付け台として機能する。
【0136】
この光学測定器２００では、このようにロボットアーム１３１の先端に設けられた光学ヘッド１の姿勢制御機能を有する電動雲台１７Ａに光学ヘッド１を搭載することにより、光学ヘッド１に加わるＰｉｔｃｈｉｎｇ方向とＹａｗｉｎｇ方向さらにはＲｏｌｌｉｎｇ方向の回転は電動雲台１７Ａにおいて除去することができる。
【0137】
したがって、この光学測定器２００におけるセンサー２は、図１１に示すように１つの３軸加速度センサー２Ａのみとすることができる。
【0138】
この光学測定器２００では、第１の実施例の光学測定器１００と同様に、図７の（Ａ）に示す構成の第１の演算回路１４１により、加速度センサー２Ａによる第２の検出信号として得られる加速度信号がローパスフィルタ１４１Ａを介して積分器１４１Ｂにより加速度信号を２回積分することにより変位量を得ることができる。
【0139】
そして、この光学測定器２００では、第１の実施例の光学測定器１００と同様に、制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２では、振れ演算器１４０において加速度センサー２Ａによる第２の検出信号すなわち加速度信号から算出されたＯＣＴエンジン１１０のディテクタ１１３の光軸方向に平行なＺ方向の振動情報により、測定した観察対象物６０の高さ情報を補正する信号処理を行う。また、制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２では、振れ演算器１４０において加速度センサー２Ａによる第２の検出信号すなわち加速度信号から算出されたＯＣＴエンジン１１０のディテクタ１１３の光軸方向に平行なＺ方向以外の５方向の振動の影響を補正する信号処理を行う。
【0140】
ここで、この光学測定器２００では、上述の如くセンサー２は１つの３軸加速度センサー２Ａのみとすることができるので、第１の実施例の光学測定器１００において行われている図７の（Ｂ）に示した第２の演算回路１４２による演算処理と、図７の（Ｃ）に示した第３の演算回路１４３による演算処理を省略することができる。
【0141】
さらには、照射位置の補正に関して、Ｘ方向とＹ方向の平行変位のみの演算と補正のみで照射位置の補正が可能となるので、演算に係る処理を軽減できる。
【0142】
なお、電動雲台１７Ａに光学ヘッド１を搭載した後において回転方向の振動が残存している場合においては、図６の（Ａ）に示したセンサー２あるいは図６の（Ｂ）に示したセンサー２のように回転を検出する加速度センサー２Ｂ、２Ｃやジャイロセンサー２Ｄ～２Ｆを配置し、回転に起因する補正を行う必要があるが、回転方向の振動量は軽減されているので、照射位置の補正の際に、測定データではなくワーキングディスタンスのデータを採用し演算の付加を低減できる可能性が高くなる。
【0143】
なお、この第２の実施例としての光学測定器２００では、ロボットアーム１３１に設けた電動雲台１７Ａに光学ヘッド１を搭載して、観察対象物６０に加えられる回転方向の振動を電動雲台１７Ａにより補正したが、観察対象物６０が載置固定されるステージ１５０側に観察対象物６０の角度が変化しないように姿勢を保つ姿勢制御機能を有する取り付け台を設けて、ステージ１５０側において観察対象物６０に加えられる回転方向の振動を補正するようにしてもよい。
【0144】
上述の如き第１の実施例としての光学測定器１００及び第２の実施例としての光学測定器２００では、先に説明した光学測定器１００Ａ、１００Ｂにおける第１の信号処理回路３の信号処理機能と第３の信号処理回路５の信号処理機能が制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２に搭載されており、第２の信号処理回路４の信号処理機能が振れ演算器１４０に搭載されている。
【0145】
このような構成の光学測定器１００、２００では、制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２と振れ演算器１４０により、先に説明した図３のフローチャートに示す手順に従って、観察対象物６０の構造あるいは観察対象物６０との距離を光学的に測定して、観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報を生成するデータ生成方法を実行することができる。
【0146】
すなわち、上述の如き第１の実施例としての光学測定器１００及び第２の実施例としての光学測定器２００では 制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２において、第１の信号処理回路３の信号処理機能により、光学ヘッド１による第１の検出信号から得られる観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報、すなわち、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１に加わる振れを考慮しない状態での観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報を記録媒体に記録する第１の記録工程ＳＴ２の処理を行う。
【0147】
また、振れ演算器１４０において、第２の信号処理回路４の信号処理機能により、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１の少なくとも片方に設けられた少なくとも１つのセンサー２により得られる観察対象物６０と光学ヘッド１との３次元空間における直交する３成分の方向の相対変位量に応じた第２の検出信号に基づいて、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１に加わる振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１との間の距離情報を演算する演算工程ＳＴ２の処理を行う。
【0148】
そして、制御・演算コントローラ１２０の信号処理部１２２において、第３の信号処理回路５の信号処理機能により、第１の記録工程ＳＴ１において記録媒体に記録した観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報と、演算工程ＳＴ２において得られた振れに起因する光の照射位置情報、あるいは、観察対象物あるいは光学ヘッド１との間の距離情報とにより、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１に加わる振れの影響を補正した観察対象物６０の構造情報あるいは観察対象物６０との距離情報を記録媒体に記録する第２の記録工程ＳＴ３の処理を行う。
【0149】
ここで、観察対象物６０あるいは光学ヘッド１に加わる振れの影響を補正する場合、基本的には、観察対象物６０と光学ヘッド１との３次元空間における直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の相対変位量に応じた検出信号を得て振動補正を行うのであるが、回転方向の振動補正と３次元空間における直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の振動補正を行うには、離間させて配置した２つの加速度センサーにより回転の検出ができるので、１つの加速度センサーとジャイロセンサー、あるいは、複数の加速度センサーが必要となる。
【0150】
また、回転方向の振動がすでに雲台により補正されているのであれば、残るＸ，Ｙ，Ｚの方向の振動検出を１つの３軸加速度センサーで行うことができる。
【0151】
なお、三次元の距離計や形状測定機において、図１２の（Ａ）に示すように、データ測定格子ＬＡが細かい場合には、観察対象物６０と光学ヘッド１との３次元空間における直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の振動補正を行う必要があるが、図１２の（Ｂ）に示すように、データ測定格子ＬＡが粗い場合には、ＸＹ方向に振動があっても格子点の間隔ｄに比べて振動が小さければ、測定データへ影響は問題にならないのでの、Ｚ方向すなわち光軸方向のみの振動補正で十分である。
【符号の説明】
【0152】
１ 光学ヘッド、２ センサー、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 加速度センサ、２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ ジャイロセンサ、３ 第１の信号処理回路、４ 第２の信号処理回路、５ 第３の信号処理回路、６０ 観察対象物、１１、１１Ａ、１１Ｂ スキャンミラー、１２ イメージャー、１３ コリメートレンズ、１４ スキャンレンズ、１５ ハーフミラー、１６ 対物レンズ、１７ アーム取り付け部、１７Ａ 電動雲台、１００Ａ、１００Ｂ、１００，２００ 光学測定器、１３０ 多関節型ロボット、１３１Ａ、１３１Ｂ 関節、１３２Ａ、１３２Ｂ アーム、１３１ ロボットアーム、１１１ 光源、１１２ 参照ミラー、１１３ ディテクタ、１１０ ＯＣＴエンジン、１２０ 制御・演算コントローラ、１２１ 制御部、１２２ 信号処理部、１４１ 第１の演算回路、１４２ 第２の演算回路、１４３ 第３の演算回路、ＳＴ１ 第１の記録工程、ＳＴ２ 演算工程、ＳＴ３ 第２の記録工程
【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】
【図18】
【図19】
【図20】
