JP7662996B2 - 計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、計測装置に関する。

近年、半導体チップの多段積層、ハードディスクドライブ用のロータリー・アクチュエータの組み立て、スマートフォンに内蔵されるカメラモジュールの組み立て、及びＬＥＤの配光制御等において、部品のアライメントに対する高精度化が求められている。

これらの部品を含む測定対象物について、計測及び検査するための装置として光学系を利用した計測装置が知られている。

特許文献１では、干渉方式の形状測定装置に関する技術が開示されている。当該形状測定装置では、測定光の光路長と参照光の光路長との差により変化する受光量の干渉パターンを特定し、当該干渉パターンに基づいて測定対象物の表面形状を取得している。

特開２０１８－６３１５３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される形状測定装置では、複数点を移動計測したり、膨大なデータ量を取得して処理したりする必要があるため、高速に計測できないという問題がある。

そこで、本発明は、高速かつ高精度な計測装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る計測装置は、対象物までの距離を計測する計測装置であって、光を投光する光源と、ミラーと、光源から投光された光を、対象物に導く測定光とミラーに導く参照光とに分割するビームスプリッタと、ミラーに反射された参照光と対象物に反射された測定光との干渉波形について、受光する輝度値の変化を検知してデータを取得するイベントベースカメラと、干渉波形のデータに基づいて対象物までの距離を計測する処理部と、イベントベースカメラが取得する受光量を変化させるように制御する制御手段と、を備える。

この態様によれば、イベントベースカメラは、配列された各画素において、ミラーに反射された参照光と対象物に反射された測定光との干渉波形について、受光する輝度値の変化を検知して、当該検知のタイミングで干渉波形部分のデータを取得するため、対象物までの距離を計測する上で必要なデータを取得しつつ、取得するデータ量を低減することができる。すなわち、計測装置は、高速かつ高精度に対象物を計測することができる。

上記態様において、制御手段は、測定光と参照光との光路長差を変化させるように、ミラーを駆動させる駆動部を含んでもよい。

この態様によれば、計測装置は、白色干渉方式の計測方法で、高速かつ高精度に対象物を計測することができる。

上記態様において、制御手段は、光源から投光される光の波長が連続的に変化するように、光源として波長掃引光源を用いてもよい。

この態様によれば、計測装置は、波長掃引方式の計測方法で、高速かつ高精度に対象物を計測することができる。

上記態様において、イベントベースカメラが取得する受光量の増減を極性データとし、当該極性データの累積に基づいて、当該イベントベースカメラが取得する受光量として算出するログアンプを含んでもよい。

この態様によれば、ログアンプは、イベントベースカメラが取得する受光量の増減を極性データとし、微小な変化を高速に捉えることができるため、撮像時間を短縮することができる。

上記態様において、イベントベースカメラが処理するデータ量を調整可能な調整部を、さらに備えてもよい。

この態様によれば、調整部は、イベントベースカメラが処理するデータ量を調整するため、複数の画素において同時にイベントが発生する場合であっても、イベントベースカメラは、適切に処理することができる。

上記態様において、調整部は、所定の一部領域のデータを読み出すＲＯＩ機能を有してもよい。

この態様によれば、ＲＯＩ機能を用いて、対象物の計測に必要な領域をデータを読み出す領域として設定されるため、より適切に、対象物を計測することができる。

上記態様において、調整部は、所定の一部領域に照射される光をイベントベースカメラまで導き、それ以外の領域に照射される光をイベントベースカメラまで導かないように構成される削光部を含んでもよい。

この態様によれば、所定の一部領域に照射される光をイベントベースカメラまで導き、それ以外の領域に照射される光をイベントベースカメラまで導かないように構成される削光部が配置されるため、対象物のうち計測に必要な領域について、より適切に、対象物を計測することができる。

上記態様において、削光部は、液晶パネルで構成されてもよい。

この態様によれば、液晶パネルを用いて、所定の一部領域に照射される光を透過させる透過領域と、それ以外の領域では遮光する遮光領域とを含む削光部を構成することができる。

上記態様において、削光部は、測定光及び参照光の共通する光路上に配置されてもよい。

この態様によれば、測定光及び参照光における光路が同一条件となるため、干渉精度に影響を与える可能性を低減することができる。

上記態様において、所定の一部領域は、対象物の形状に応じて予め設定されてもよい。

この態様によれば、対象物の形状に応じて、対象物の特徴部分である領域、及び計測対象となる領域等を、データを読み出す、又は光を透過させる、所定の一部領域として設定されるため、より適切に、対象物を計測することができる。

本発明によれば、高速かつ高精度な計測装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る計測装置１００の構成を示す概要図である。 撮像素子として用いられているイベントベースカメラ１３０によってデータが取得される様子を示す模式図である。 撮像素子としてイベントベースカメラ１３０を用いた計測装置１００によって対象物の表面形状（表面までの距離）が計測される様子を示す図である。 イベントベースカメラ１３０が取得する受光量の変化（増減）を両極性として示し、当該両極性データの累積に基づく包絡線を示す図である。 イベントベースカメラ１３０が処理するデータ量を調整可能な調整部として、ＲＯＩ（Region Of Interest）機能を用いる一例を示す図である。 イベントベースカメラ１３０を用いてデータを読み出す領域をティーチングする様子の一例を示す図である。 図面情報を参照してデータを読み出す領域をティーチングする様子の一例を示す図である。 イベントベースカメラ１３０が処理するデータ量を調整可能な調整部として、遮光部を用いる一例を示す図である。 図１に示された計測装置１００において、遮光部が配置される構成を示す概要図である。 本発明の第１実施形態に係る計測装置１００を応用した計測装置１００Ａの構成及び機能を示す概要図である。 本発明の第２実施形態に係る計測装置２００の構成を示す概要図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、あくまで、本発明を実施するための具体的な一例を挙げるものであって、本発明を限定的に解釈させるものではない。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する場合がある。

＜第１実施形態＞
［計測装置の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る計測装置１００の構成を示す概要図である。図１に示されるように、計測装置１００は、光源１１０と、光学系１２０と、イベントベースカメラ１３０と、処理部１４０とを備える。光学系１２０は、ビームスプリッタ１２１、複数のレンズ１２２～１２６及び複数のミラー１２７～１２９を含む。さらに、ミラー１２９を駆動させる駆動部１５０（制御手段）を備える。

光源１１０は、光Ｌ０を投光する。光源１１０は、典型的には、白色光源であって、例えば、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）光源であっても構わない。ＳＬＤ光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）と半導体レーザ（ＬＤ）の２つの特性を有する広帯域光源であり、コヒーレンス性は、ＬＥＤ光源によりも高く、レーザ光のコヒーレンス性よりも低い。なお、光源１１０は、一定の強度で発光し、発光強度は変化しない。

また、光源１１０には、その他、例えば、ハロゲンランプ、白色ＬＥＤ及び白色レーザ光源を用いても構わない。

光源１１０から投光された光Ｌ０は、レンズ１２２（例えば、コリメータレンズ）を透過して平行化され、ミラー１２７によって反射される。ミラー１２７により反射された光Ｌ０は、その後、レンズ１２３を透過することにより集光されつつ、ビームスプリッタ１２１に入射する。

ビームスプリッタ１２１は、光Ｌ０を、対象物Ｔに導く測定光Ｌ１とミラー１２９に導く参照光とに分割する。換言すれば、光Ｌ０の一部は、ビームスプリッタ１２１により反射され（測定光Ｌ１）、光Ｌ０の残りの一部はビームスプリッタ１２１を透過する（参照光Ｌ２）。

レンズ１２４（例えば、対物レンズ）では、測定光Ｌ１は、レンズ１２４を透過することにより平行化される。その後、測定光Ｌ１は、対象物Ｔの領域に照射されて、対象物Ｔにより反射された測定光Ｌ１の一部は、レンズ１２４を透過することにより集光されつつ、再び、ビームスプリッタ１２１に入射する。

一方、ビームスプリッタ１２１を透過した参照光Ｌ２は、レンズ１２５を透過して平行化され、ミラー１２８によって反射され、ミラー１２９に照射される。ミラー１２９は、所謂、参照ミラーである。

そして、ミラー１２９により反射された参照光Ｌ２は、ミラー１２８によって反射され、レンズ１２５を透過することにより集光されつつ、再び、ビームスプリッタ１２１に入射する。

対象物Ｔによって反射されてビームスプリッタ１２１に入射した測定光Ｌ１と、ミラー１２９によって反射されてビームスプリッタ１２１に入射した参照光Ｌ２とは干渉し、干渉光Ｌ３としてレンズ１２６を透過して平行化され、イベントベースカメラ１３０に導かれる。イベントベースカメラ１３０は、干渉波形Ｌ３について、受光する輝度値の変化を検知してデータを取得する。イベントベースカメラ１３０が取得するデータについては、後述する。

処理部１４０は、イベントベースカメラ１３０によって取得された干渉波形Ｌ３のデータ、及び後述する駆動部１５０によって制御されるミラー１２９の位置（参照光Ｌ２の光路長）等に基づいて対象物Ｔまでの距離を計測する。

駆動部１５０（制御手段）は、例えば、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等で構成されるアクチュエータであって、参照光Ｌ２の光路長が変化するようにミラー１２９を光軸方向に沿って移動させる。

このように、参照光Ｌ２の光路長を変化させて、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との光路長差を変化させることによって干渉波形を発生させる。具体的には、位相差が０の位置を中心に干渉縞が観察でき、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との光路長が一致するときに、干渉波形が発生する。当該干渉波形を利用して対象物を計測する方法は、例えば、白色干渉方式と呼ばれる計測方法である。

［イベントベースカメラについて］
ここで、撮像素子として用いられているイベントベースカメラ１３０について、説明する。イベントベースカメラ１３０は、配列された各画素において、受光する輝度値の変化を検知して、当該検知のタイミングで変化を検知した部分（画素）における干渉波形を撮像して、輝度変化の両極性、時間及び座標のデータを取得する。

図２は、撮像素子として用いられているイベントベースカメラ１３０によってデータが取得される様子を示す模式図である。図２に示されるように、イベントベースカメラ１３０は、配列された各画素において、受光する輝度値の変化を検知して、当該検知のタイミングで計測に必要な干渉波形部分のデータを取得し、それ以外の部分では、データを取得しない。

従来、撮像素子として用いられるＣＭＯＳでは、各画素における全データを取得しており、そのデータ量は膨大なものである。換言すれば、イベントベースカメラ１３０は、ＣＭＯＳ撮像素子に比べて、対象物Ｔまでの距離を計測するために必要な干渉波形部分のデータを効率良く取得している。

上述のように、撮像素子としてイベントベースカメラ１３０を用いて、配列された各画素において、受光する輝度値の変化を検知して、当該検知のタイミングで干渉波形部分のデータを取得するため、対象物Ｔまでの距離を計測する上で必要なデータを取得しつつ、取得するデータ量を低減することができる。

図３は、撮像素子としてイベントベースカメラ１３０を用いた計測装置１００によって対象物の表面形状（表面までの距離）が計測される様子を示す図である。図３に示されるように、ダイボンディング及びカメラモジュールの計測について、複数点（面一括）において、イベントベースカメラ１３０が計測に必要なデータを取得し、当該必要なデータを効率よく高速に処理（読み込み等）している。その結果、計測装置１００は、対象物について、高速かつ高精度に計測することができる。

さらに、イベントベースカメラ１３０は、配列された各画素において、受光する輝度値の変化を検知して、当該検知のタイミングで干渉波形部分のデータを取得するため、微小な受光量の変化を捉えるログアンプを含んでいても構わない。

図４は、イベントベースカメラ１３０が取得する受光量の変化（増減）を両極性として示し、当該両極性データの累積に基づく包絡線を示す図である。図４に示されるように、ログアンプは、イベントベースカメラ１３０が取得する受光量の微小な変化を捉え、その変化の増減を両極性データとしている。そして、当該両極性データの累積に基づいて、受光量分布の包絡線を特定して、イベントベースカメラ１３０が取得する受光量として算出する。

このように、イベントベースカメラ１３０にログアンプを含むことによって、イベントベースカメラ１３０が取得する受光量について、微小な変化を高速に捉えることができるため、撮像時間を短縮することができる。

なお、上述したように、イベントベースカメラ１３０は、配列された各画素において、それぞれ受光量（輝度値）の変化というイベントの発生を検知している。そして、イベントベースカメラ１３０は、当該イベントが発生したと検知した画素において、干渉波形部分のデータを取得する。ここで、複数の画素において同時にイベントが発生する場合であっても、適切に処理できるように、イベントベースカメラ１３０の容量及び性能等に応じて、処理するデータ量を調整可能な調整部を備えていても構わない。

［ＲＯＩ機能について］
図５は、イベントベースカメラ１３０が処理するデータ量を調整可能な調整部として、ＲＯＩ（Region Of Interest）機能を用いる一例を示す図である。図５に示されるように、イベントベースカメラ１３０として撮像可能な領域である最大有効撮像領域のうち、データを読み出す５個の矩形領域０～４が設定され、その他の領域ではデータを読み出さないように設定されている。

これにより、イベントベースカメラ１３０は、矩形領域０～４内に配列されている画素においては、受光する輝度値の変化（イベントの発生）を検知してデータを取得するが、その他の領域では、イベント発生の有無に関わらず、データを取得しない。イベントベースカメラ１３０は、当該その他の領域においては、イベント発生の有無を監視しなくても構わない。

なお、ここでは、データを読み出す領域として、５個の矩形領域０～４が設定されることを一例として挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば、矩形領域を４個以下、又は６個以上が設定されても構わない。

また、データを読み出す領域として、各矩形領域の大きさ及び形状は、同一でもあっても異なっていても構わないし、矩形以外の形状であっても構わない。

データを読み出す領域（例えば、個数、形状及び位置等）は、イベントベースカメラ１３０の種類、容量及び性能、及び計測する対象物の種類及び形状等に応じて、適宜、設定されればよいが、当該設定は、予め、ユーザによって設定されても構わないし、ティーチングによって設定されても構わない。

図６は、イベントベースカメラ１３０を用いてデータを読み出す領域をティーチングする様子の一例を示す図である。例えば、計測装置ｌ００として、対象物Ｔを計測するように、イベントベースカメラ１３０を用いてデータを読み出す領域をティーチングする。

図６に示されるように、イベントベースカメラ１３０により、最大有効撮像領域における全画素について、上述した白色干渉方式の計測方法を用いてデータを取得する。イベントベースカメラ１３０は、例えば、種類、容量及び性能等に応じて、全画素において同時にデータを取得できない場合があるため、同時に取得可能な画素数毎に、順次データを取得する。なお、ここでは、データを読み出す領域をティーチングすることを目的としているため、イベントベースカメラ１３０が取得するデータとして、詳細なデータを必要としない場合には、全画素を対象としなくても構わない。例えば、イベントベースカメラ１３０が取得するデータとして、数画素毎の画素を対象として、間引いた態様でデータを取得するようにしても構わない。

そして、イベントベースカメラ１３０によって取得されたデータに基づいて、対象物Ｔの３Ｄデータが生成され、当該３Ｄデータを参照して、データを読み出す領域が設定される。データを読み出す領域は、例えば、対象物Ｔの特徴部分である領域、及び計測対象となる領域等を、ユーザが設定しても構わないし、所定の高さを有する領域等について自動的に設定されるようにしても構わない。

なお、ここでは、上述した白色干渉方式の計測方法を用いながら、イベントベースカメラ１３０により、最大有効撮像領域における全画素についてデータを取得したが、当該ティーチングにおいては、撮像素子としてＣＭＯＳを用いても構わない。

例えば、図１を用いて説明した干渉波形Ｌ３を、イベントベースカメラ１３０とは別に配置されたＣＭＯＳ撮像素子が受光できるように、ハーフミラー等を配置すればよい。これにより、ティーチングにおいて、当該ハーフミラーによって反射された干渉波形Ｌ３をＣＭＯＳ撮像素子が受光する。

そして、上述した白色干渉方式の計測方法を用いながら、ＣＭＯＳ撮像素子により、最大有効撮像領域における全画素についてデータを取得すれば、図６を用いて説明したのと同様に、対象物Ｔの３Ｄデータが生成され、当該３Ｄデータを参照して、データを読み出す領域が設定される。

さらに、データを読み出す領域をティーチングにより設定する方法として、例えば、対象物ＴのＣＡＤデータ等の図面情報を取り込み、当該図面情報を参照して、データを読み出す領域が設定されることが考えられる。

図７は、図面情報を参照してデータを読み出す領域をティーチングする様子の一例を示す図である。図７に示されるように、計測装置１００が計測する対象物ＴのＣＡＤデータを図面情報として取り込み、当該取り込まれた図面情報を参照して、データを読み出す領域が設定される。データを読み出す領域は、例えば、対象物Ｔの特徴部分である領域、及び計測対象となる領域等を、ユーザが設定しても構わないし、所定の高さを有する領域等について自動的に設定されるようにしても構わない。

また、距離画像（高さを画素値とするような画像データ）を生成し、距離画像を参照しながらデータを読み出す領域の設定を行っても構わない。３Ｄ空間上の座標データとして扱う場合に比べて、表示処理の計算コストを低減できる効果がある。

また、３Ｄデータをもとにレンダリング処理（光学シミュレーションにより擬似的な映像を生成する）を行って濃淡画像を生成し、濃淡画像を参照して領域設定を行っても構わない。これにより、表示処理の計算コストを低減する効果がある。

［遮光部について］
図８は、イベントベースカメラ１３０が処理するデータ量を調整可能な調整部として、遮光部を用いる一例を示す図である。図８に示されるように、光学系１２０のうち、光源１１０から投光された光（Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２）の光路において、当該光を透過させる領域及び遮光する領域を含む遮光部を配置する。図８に示されるように、光照射領域に光が照射された場合、当該光が透過する領域である４個の透過領域が設定され、その他の領域では光が遮光されるように遮光領域が設定されている。

これにより、イベントベースカメラ１３０は、透過領域を透過した光を受光するため、イベントベースカメラ１３０において配列されている複数の画素のうち、当該透過領域に対応して配列されている画素について、受光する輝度値の変化（イベントの発生）を検知してデータを取得することになる。一方、イベントベースカメラ１３０は、遮光領域で遮光された光は受光しないため、イベントベースカメラ１３０において配列されている複数の画素のうち、当該遮光領域に対応して配列されている画素については、イベント発生の有無を監視しなくても構わない。

なお、ここでは、光を透過する領域として、４個の円形状の透過領域が設定されることを一例として挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば、透過領域を３個以下、又は５個以上設定されても構わない。

また、各透過領域の大きさ及び形状は、同一でもあっても異なっていても構わないし、円形以外（例えば、楕円形、長円形及び矩形等）であっても構わないし、計測する対象物の形状に応じて適宜設定されても構わない。

透過領域（例えば、個数、形状及び位置等）は、イベントベースカメラ１３０の種類、容量及び性能、及び計測する対象物の種類及び形状等に応じて、適宜、設定されればよいが、当該設定は、予めユーザによって設定されても構わないし、ティーチングによって設定されても構わない。

なお、透過領域の設定については、上述したデータを読み出す領域をティーチング方法を適用することができる。例えば、図６及び図７に示されたデータを読み出す領域について、遮光部としては、データを読み出す領域に対応する領域を透過領域として設定すればよいし、その他の領域を遮光領域として設定すればよい。

さらに、このような透過領域及び遮光領域を備える遮光部については、例えば、液晶パネルを用いて実現されても構わない。

ここで、液晶パネルは、偏光フィルタ（垂直）、ガラス基板（個別電極）、配向層に挟まれた液晶、ガラス基板（共通電極）、及び偏光フィルタ（水平）で構成されており、偏光フィルタで直線偏光となった光は、当該偏光方向を維持したままでは、偏光フィルタ（水平）を通過することができない（遮光状態）。一方、配向層に挟まれた液晶で光の偏光方向が９０度曲げられると偏光フィルタ（水平）を通過することができる（非遮光状態）。ガラス基板（個別電極）とガラス基板（共通電極）との電極は、液晶に対して、遮光状態及び非遮光状態を切り替えるために設けられている。

図９は、図１に示された計測装置１００において、遮光部が配置される構成を示す概要図である。図９に示されるように、レンズ１２２とミラー１２７との間に、遮光部１６０が配置されている。

なお、遮光部１６０が配置される位置は、レンズ１２２とミラー１２７との間に限定されるものではなく、例えば、光源１１０とレンズ１２２との間、ミラー１２７とレンズ１２３との間、レンズ１２３とビームスプリッタ１２１との間、ビームスプリッタ１２１とレンズ１２６との間、レンズ１２６とイベントベースカメラ１３０との間等であっても構わないし、光学系１２０のうち、測定光Ｌ１及び参照光Ｌ２の共通する光路上（光Ｌ０及びＬ３の光路上）であればよい。

遮光部１６０を配置することによって、照射された光が液晶で偏光及び回折して状態が変化する可能性があるが、測定光Ｌ１及び参照光Ｌ２の共通する光路上であれば、測定光Ｌ１及び参照光Ｌ２における光路が同一条件となるため、干渉精度に影響を与える可能性を低減することができる。

ここで、透過領域及び遮光領域を備える遮光部として液晶パネルを例に挙げて説明したが、所定の一部領域に照射される光をイベントベースカメラ１３０まで導き、それ以外の領域に照射される光をイベントベースカメラ１３０まで導かないようにするためには、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いて実現しても構わない。

例えば、図１に示された計測装置１００を構成するミラー１２７にＤＭＤを用いる。ＤＭＤでは、所定の一部領域に照射される光を反射させ、それ以外の領域に照射される光を吸収する。すなわち、所定の一部領域に照射される光を反射させてミラー１２３へ入射させて、最終的には、イベントベースカメラ１３０まで導くことができる。

このように、液晶パネル及びＤＭＤ等は、所定の一部領域に照射される光をイベントベースカメラ１３０まで導き、それ以外の領域に照射される光を遮光したり、吸収したりすることによってイベントベースカメラ１３０まで導かないように削減するものである。すなわち、照射された光の一部を削減する削光部と言える。

以上のように、本発明の第１実施形態に係る計測装置１００によれば、撮像素子としてイベントベースカメラ１３０を用いるとともに、さらに、ログアンプにより受光量の微小な変化を適切に捉え、ＲＯＩ機能及び遮光部１６０によりイベントベースカメラ１３０が処理するデータ量を適切に調整する。その結果、計測装置１００は、より適切に、対象物Ｔについて、高速かつ高精度に計測することができる。

なお、本実施形態では、光学系１２０は、図１及び図９に示されたように、ビームスプリッタ１２１、複数のレンズ１２２～１２６及び複数のミラー１２７～１２９等で構成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、光源１１０によって投光された光Ｌ０を、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分離し、最終的に、対象物及びミラーで反射した測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との干渉光をイベントベースカメラ１３０で受光でき、白色干渉方式の計測方法ができるのであれば、どのような光学系を構成しても構わない。

また、本実施形態では、イベントベースカメラ１３０が処理するデータ量を調整可能な調整部として、ＲＯＩ機能及び遮光部１６０を例に挙げて、さらに、データを読み出す領域、透過領域及び遮光領域等のティーチングについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、イベントベースカメラ１３０における画素数を小さくし（解像度を落とし）、全画素において同時にイベントが発生したとしても、データを取得できるようにしても構わない。

［応用例］
図１０は、本発明の第１実施形態に係る計測装置１００を応用した計測装置１００Ａの構成及び機能を示す概要図である。図１０に示されるように、計測装置１００Ａは、光源１１０と、光学系１２０Ａと、イベントベースカメラ１３０と、ＣＭＯＳ撮像素子１７０とを備える。なお、図１０では、模式的に示されているが、計測装置１００Ａは、図１に示された計測装置１００と比べて、ＣＭＯＳ撮像素子１７０及びハーフミラー１７１Ａが追加されている点で異なる。

計測装置１００Ａは、基本的には、計測装置１００において説明したように、白色干渉方式の計測方法によって対象物Ｔを計測する。イベントベースカメラ１３０は、計測装置１００において説明したように、対象物ＴについてＺ軸方向のデータを取得する撮像素子として機能する。

さらに、計測装置１００Ａでは、ＣＭＯＳ撮像素子１７０は、ハーフミラー１７１Ａによって反射された光を受光し、対象物Ｔの画像データを取得する。より詳細には、ＣＭＯＳ撮像素子１７０は、ＸＹ軸平面における計測によって対象物Ｔの画像を取得する撮像素子として機能する。

上述のように、計測装置１００Ａによれば、ＣＭＯＳ撮像素子１７０で取得した画像とイベントベースカメラ１３０を用いた白色干渉方式の計測方法とを融合させることによって、対象物ＴについてＸＹＺ座標軸における計測を１つのセンサで実現することができる。

なお、ＣＭＯＳ撮像素子１７０と同様の役割を、イベントベースカメラ１３０を用いて実現しても構わない。イベントベースカメラ１３０は、輝度変化を検知するものであるが、輝度変化の極性だけではなく、輝度変化量を出力するタイプも存在する。この場合は、積分処理を行うことにより、輝度情報を復元することが可能である。

さらに、上述したＲＯＩ機能及び削光部を組み合わせて用いても構わない。画面を分割して得た複数のＲＯＩ領域を順次切り替えて撮像し、合成して一枚の画像とすることができる。

このように、ＣＭＯＳ撮像素子１７０と同様の役割を、イベントベースカメラ１３０を用いて実現すれば、ＣＭＯＳ撮像素子１７０を新たに設ける必要がなく、構造をシンプルにすることができる。

なお、計測装置１００Ａにおいて、計測装置１００で適用した、ログアンプ、ＲＯＩ機能及び遮光部１６０等を適用することも可能である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態では、イベントベースカメラが取得する受光量を変化させるように制御する制御手段として波長掃引光源を用いる計測装置について説明する。なお、本実施形態では、主に、本発明の第１実施形態と異なる構成について詳しく説明し、第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略又は簡略化する。

図１１は、本発明の第２実施形態に係る計測装置２００の構成を示す概要図である。図１１に示されるように、計測装置２００は、光源２１０と、光学系１２０と、イベントベースカメラ１３０と、処理部１４０とを備える。光学系１２０は、ビームスプリッタ１２１、複数のレンズ１２２～１２６及び複数のミラー１２７～１２９を含む。

図１に示された本発明の第１実施形態に係る計測装置１００では、イベントベースカメラ１３０が取得する受光量を変化させるように制御する制御手段として、ミラー１２９を駆動させる駆動部１５０を備え、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との光路長差を変化させることによって干渉波形を発生させて、白色干渉方式の計測方法で対象物Ｔを計測していた。

本実施形態に係る計測装置２００では、イベントベースカメラ１３０が取得する受光量を変化させるように制御する制御手段として、光源２１０に波長掃引光源を用いて、光源２１０から投光される光の波長を連続的に変化させることによって測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との干渉波形を発生させて、波長掃引方式と呼ばれる計測方法で対象物Ｔを計測する。

光源２１０は、例えば、波長掃引光源として、ＭＥＭＳ－ＶＣＳＥＬ（Micro Electro Mechanical Systems - Vertical Cavity Surface Emitting Laser）、ＤＦＢ（Distributed feedback）レーザ、及びＳＳＧ－ＤＢＲ（Super Structure Grating - Distributed Bragg reflector）レーザ等が用いられる。なお、光源２１０は、第１実施形態に係る計測装置１００の光源１１０と同様に、一定の強度で発光し、発光強度は変化しない。

ＭＥＭＳ－ＶＣＳＥＬは、共振ミラーをＭＥＭＳで駆動させることによって、レーザ発振波長を変化（波長掃引）し、ＤＦＢレーザは、レーザダイオードの駆動電流を変化させることによって波長掃引し、ＳＳＧ－ＤＢＲは、２つの共振ミラーに分布反射器と呼ばれる回折格子が形成されており、電流を注入することによって波長掃引する。

イベントベースカメラ１３０は、光源２１０から投光される光の波長を変動させことによって発生する、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との干渉波形Ｌ３について、本発明の第１実施形態で説明したのと同様に、受光する輝度値の変化を検知してデータを取得する。

処理部１４０は、イベントベースカメラ１３０によって取得された干渉波形Ｌ３のデータ、及び光源２１０から投光された光の波長（周波数）等に基づいて対象物Ｔまでの距離を計測する。

以上のように、本発明の第２実施形態に係る計測装置２００によれば、光源２１０として波長掃引光源を用いて波長掃引方式の計測方法で対象物Ｔを計測するに際し、撮像素子としてイベントベースカメラ１３０を用いて、配列された各画素において、受光する輝度値の変化を検知して、当該検知のタイミングで干渉波形部分のデータを取得するため、対象物Ｔまでの距離を計測する上で必要なデータを取得しつつ、取得するデータ量を低減することができる。

なお、本実施形態に係る計測装置２００において、本発明の第１実施形態に係る計測装置１００で適用した、ログアンプ、ＲＯＩ機能及び遮光部１６０等を適用することも可能である。

さらには、図１０を用いて説明した計測装置１００Ａのように、本実施形態に係る計測装置２００にＣＭＯＳ撮像素子１７０等を追加して備えることにより、ＣＭＯＳ撮像素子１７０で取得した画像とイベントベースカメラ１３０を用いた波長掃引方式の計測方法とを融合させることによって、対象物ＴについてＸＹＺ座標軸における計測を１つのセンサで実現することもできる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

［附記］
対象物までの距離を計測する計測装置（１００，２００）であって、
光を投光する光源（１１０，２１０）と、
ミラー（１２９）と、
前記光源から投光された光を、前記対象物に導く測定光と前記ミラーに導く参照光とに分割するビームスプリッタ（１２１）と、
前記ミラーに反射された参照光と前記対象物に反射された測定光との干渉波形について、受光する輝度値の変化を検知してデータを取得するイベントベースカメラ（１３０）と、
前記干渉波形のデータに基づいて前記対象物までの距離を計測する処理部（１４０）と、
前記イベントベースカメラが取得する受光量を変化させるように制御する制御手段（１５０，２１０）と、
を備える、計測装置（１００，２００）。

１００，１００Ａ，２００…計測装置、１１０，２１０…光源、１２０，１２０Ａ…光学系、１２１…ビームスプリッタ、１２２～１２６…レンズ、１２７～１２９…ミラー、１３０…イベントベースカメラ、１４０…処理部、１５０…駆動部、１６０…遮光部、１７０…ＣＭＯＳ撮像素子、１７１Ａ…ハーフミラー、Ｌ０～Ｌ３…光、Ｔ…対象物

Claims (10)

1. 対象物までの距離を計測する計測装置であって、
   光を投光する光源と、
   ミラーと、
   前記光源から投光された光を、前記対象物に導く測定光と前記ミラーに導く参照光とに分割するビームスプリッタと、
   前記ミラーに反射された参照光と前記対象物に反射された測定光との干渉波形について、受光する輝度値の変化を検知してデータを取得するイベントベースカメラと、
   前記干渉波形のデータに基づいて前記対象物までの距離を計測する処理部と、
   前記イベントベースカメラが取得する受光量を変化させるように制御する制御手段と、
   を備える、計測装置。
2. 前記制御手段は、前記測定光と前記参照光との光路長差を変化させるように、前記ミラーを駆動させる駆動部を含む、
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記制御手段は、前記光源から投光される光の波長が連続的に変化するように、前記光源として波長掃引光源を用いる、
   請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記イベントベースカメラが取得する受光量の増減を極性データとし、当該極性データの累積に基づいて、当該イベントベースカメラが取得する受光量として算出するログアンプを含む、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の計測装置。
5. 前記イベントベースカメラが処理するデータ量を調整可能な調整部を、さらに備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の計測装置。
6. 前記調整部は、所定の一部領域のデータを読み出すＲＯＩ機能を有する、
   請求項５に記載の計測装置。
7. 前記調整部は、所定の一部領域に照射される光を前記イベントベースカメラまで導き、それ以外の領域に照射される光を前記イベントベースカメラまで導かないように構成される削光部を含む、
   請求項５又は６に記載の計測装置。
8. 前記削光部は、液晶パネルで構成される、
   請求項７に記載の計測装置。
9. 前記削光部は、前記測定光及び前記参照光の共通する光路上に配置される、
   請求項７又は８に記載の計測装置。
10. 前記所定の一部領域は、前記対象物の形状に応じて予め設定される、
    請求項６から９のいずれか一項に記載の計測装置。

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