[发明专利]共焦扫描仪及使用它的光学测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用光的测量装置。特别涉及使用共焦光学系统进行物体的三维测量或表面形状测量的装置的高速化、简洁化。

背景技术

如果使用共焦光学系统拍摄图像（以下，将由共焦光学系统形成的图像称作共焦图像），则焦点没有对上而模糊扩散的光没有被图像化，仅将焦点对上的部分的光图像化。在一般的成像光学系统中，焦点没有对上而模糊的光在像面上扩散，使图像变差，但在共焦光学系统中没有这样的情况（或者非常少），所以能够得到对比度较高的锐利的图像。此外，还已知使用仅将焦点对上部分的光图像化的特征能够测量摄像物体的三维形状，利用这样的特征，近年来其向产业界的应用正在扩大。

在图7中表示共焦光学系统（反射型）的基本构造。从点光源701射出的光被物镜703聚光而投影到物体上。从物体反射并再次入射到物镜703中的光经由半反射镜702入射到处于与点光源701在光学上为相同的位置的针孔704中，通过检测器705检测通过针孔704后的光的量。这是共焦光学系统的基本的构造。

通过利用该光学系统，能够如以下这样测量物体表面的各位置的高度。在物体表面处于与点光源701共轭的位置的情况下，反射光收敛在同样是共轭的位置的针孔704面上，许多反射光通过针孔704。但是，如果物体表面从与点光源701共轭的位置离开，则通过针孔704的光量迅速减少。因此，只要使物体与物镜703之间的距离变化而找到检测器705呈现最大输出的点，就知道物体表面的高度。

由于共焦光学系统基本上是点检测的光学系统，所以为了得到共焦图像而一般需要进行XY扫描。作为XY扫描的方法，一般是激光束扫描或使用具有许多螺旋状的针孔列的称作Nipkow disk的旋转圆盘的扫描，使用这些扫描方法得到共焦图像的光学系统周知有共焦显微镜。

使用共焦显微镜的三维测量也基本上与前面的使用点测量型共焦光学系统的高度测量相同，使物体与物镜703之间的距离变化而找到检测器705呈现最大输出的点，但在每次使物体与物镜703之间的距离变化得到的数据不是物体表面1点的数据而是2维的图像数据、最大输出位置按照图像数据的像素求出这一点上不同。

具体而言，如果设高度测量的分辨率为a，则使物体与物镜703之间的距离每变化a而取得并保存共焦图像，将光轴方向测量范围全部扫描（即，使物体与物镜703之间的距离变化）结束后，通过按照像素探索检测器705的输出最大的图像的位置，能够按照像素求出物体表面的位置，能够得到三维的形状测量数据。在专利文献1中，公开了使物体与物镜的距离在光学上变化的方法。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8－304043

发明内容

发明要解决的技术问题

如上述那样，在通过共焦光学系统的三维测量中，最终需要进行XYZ的三轴全部的扫描。因此，构造变得复杂且大规模，导致高成本化。此外，从测量速度的观点出发也要求高速化。

鉴于这样的状况，本发明的目的是实现简单且高速的共焦三维测量装置。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述课题，构成一种共焦扫描仪，其特征在于，由以下部分构成：移动工作台，具有至少一轴的移动轴；开口阵列，安装在上述移动工作台上，与上述移动工作台一起移动，具有多个共焦开口；移动棱镜，具有相对于上述移动工作台的移动轴相互向反方向以相等的角度倾斜的对面的两个面，安装在上述移动工作台上而移动；固定棱镜，具有相对于上述移动工作台的移动轴以与上述移动棱镜正确地相同的角度相互向反方向倾斜的对面的两个面，设置在上述移动工作台外，不移动；通过将上述移动棱镜与上述固定棱镜组合，成为等效的平行平面基板；随着上述移动工作台的移动，等效的平行平面基板的厚度变化。

或者，构成一种共焦扫描仪，还具备安装在上述移动工作台上、与上述移动工作台一起移动的、用来防止异物向上述开口阵列附着的至少一片保护透明板。

上述开口阵列是针孔阵列，按照间隔P设置各针孔以发挥共焦效果；在移动方向上相邻的针孔配置为，在与移动方向正交的方向上错开微小距离S，并且P/S为整数。

此外，上述开口阵列是代替针孔阵列的狭缝阵列，各狭缝在移动方向上隔开一定间隔P配置，以发挥共焦效果。