例性光学探测器；
[0028]图11示出根据本发明第三实施例的光学探测器；
[0029]图12A和12B示出根据本发明第四实施例的光学探测器；以及
[0030]图13示出根据本发明第四实施例的另一示例性光学探测器。
【具体实施方式】
[0031]这里所示的细节是举例，仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为了提供被认为是针对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细节，其中利用附图所进行的说明使本领域技术人员显而易见地明白在实践中如何可以实现本发明的各形式。
[0032]以下参考附图来说明本发明的实施例。
[0033]第一实施例
[0034]图1是主要示出根据本发明实施例的形状测量设备的立体图。形状测量设备100包括光学探测器(以下称为“探测器”)40、台15和移位机构10。
[0035]将工件W放置在台15上作为被测物。移位机构10被配置为使得探测器40能够以三维(X，Y, Z)方式移位。具体地，移位机构10包括:Z移位机构11，其使探测器40沿着Z方向移位；X移位机构12，其使Z移位机构11沿着X方向移位；以及Y移位机构13，其使Z移位机构11和X移位机构12在Y方向上一体地进行移位。
[0036]形状测量设备100连接至由例如计算机构成的控制装置(图中未示出)。该控制装置控制移位机构10的驱动。另外，该控制装置包括用于基于从探测器40获得的信号来测量工件W的形状的测量处理器。将该测量处理器所生成的信息显示在显示器(图中未示出)上。
[0037]图2是示意性示出探测器40的结构的截面图。图3是从探测器40的底面45a的视图。探测器40包括探测器盖45和安装在探测器盖45内的光学系统50。
[0038]探测器盖45包括四个侧面45b、(图2所示的)圆弧状的顶面45c和平面状的底面45a。底面45a形成与放置在台15上的工件W相对的相对区域。代替圆弧形状，顶面45c还可以具有直线形状或任何其它形状。
[0039]光学系统50包括照射光学系统20和接收光学系统30。照射光学系统20包括:作为光源的激光二极管21 ;准直透镜22，用于使来自激光二极管21的激光成为平行光；以及线性光生成元件23，用于根据平行的激光在一个方向(这里为Y方向)上生成线状激光LO0作为线性光生成元件23，例如使用棒状透镜。
[0040]接收光学系统30包括具有多个透镜的成像透镜单元32和摄像元件31。所使用的摄像元件31的示例可以包括CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)装置。
[0041 ] 从照射光学系统20射出的激光经由探测器盖45的底面45a所设置的出射区域43而射出。使所射出的激光LO作为线激光照射工件W。工件W反射的反射光LI经由探测器盖45的底面45a所设置的入射区域44入射到接收光学系统30。
[0042]探测器盖45由树脂或金属作为主要材料构成。出射区域43和入射区域44由相对于照射光学系统20所生成的激光为透明的材料构成。构成出射区域43和入射区域44的材料例如在激光是可见光的情况下为亚克力或玻璃。
[0043]此外，出射区域43和入射区域44中的至少一个可以是通过在探测器盖45中具有开口所形成的孔。
[0044]将Scheimpflug光学系统的基本原理应用于探测器40的光学系统50。图4是示出Scheimpflug光学系统的说明图。ScheimpfIug原理说明如下:在摄像元件31的摄像面31a、包含成像透镜32’的焦点的主平面和向工件W照射的线激光的发射面(还称为照射面)各自被配置成延伸并且相交于直线(图4中的一个点)的情况下，摄像元件31的摄像面31a整体聚焦。在本实施例中，通过使用Scheimpflug光学系统，摄像面31a整体在照射线激光的范围内在Y方向和Z方向上处于聚焦。
[0045]图5A和5B分别是向例如具有三角柱形状的工件W照射来自探测器40的线激光的状态的Y方向和X方向的图。图5C是在这种情况下在摄像元件31的摄像面31a上所获得的工件的观察图像。
[0046]工件W在Y方向(线激光的线方向)上的形状与摄像面31a上的Y’方向信号的形状相对应。工件W在线激光的Z方向上的形状与摄像面31a上的Z’方向信号的形状相对应。由于X移位机构12在X方向上扫描探测器40，因此可以测量工件W的整体形状。基于针对摄像元件31所获得的各像素而接收到的光量的峰值(的轨迹)所计算出的空间坐标值形成了所测量形状。
[0047]利用测量处理器来进行峰检测。例如，测量处理器从摄像面31a上的沿着Z’方向的像素行中检测具有峰值的像素位置(即，峰位置)。通过沿着与该像素行垂直的方向(即，沿着Y’方向)重复该处理，可以针对一条线进行形状测量。
[0048]这里，在工件具有漫反射性高的表面的情况下，工件W的表面反射的光的漫反射成分较强，而反射成分(这里为接近镜面反射的反射成分)较弱。此外，多次反射使光随着反射次数而相应衰减。因此，在反射离开探测器盖之后的二次反射不具有足以被误检测为峰的强度。
[0049]然而，工件W具有诸如镜面等的反射率相对较高的表面的情况例如产生了以下情形。图6A示出该情形。如图所示，在向具有镜面的工件W照射从光学探测器110射出的激光LO的情况下，镜面反射方向上的反射光L2的强度变大。在探测器110的底面上，反射光L2被照射光学系统112的出射区域和周围区域反射，并且使反射光L3再次照射工件W。具体地，在探测器110的底面上发生二次反射。在图中利用附图标记D来标定发生二次反射的区域。在摄像元件捕获到属于工件W反射的二次反射光并且入射到探测器110的接收光学系统113上的光的情况下，该光的图像是虚像并且被误检测为峰，由此导致错误值。
[0050]图7示出使用传统探测器的针对具有镜面的工件的形状测量结果的示例图像。工件的形状例如是具有角度R的长方体。如图中利用虚线描绘的部分所示，由于发生二次反射，因此在工件的具有角度R的部分处检测到接收光分布的错误值(虚像)。
[0051]如图6B所示，为了防止这些错误值的发生，根据本实施例的探测器盖45的底面45a由用于使反射离开工件的光中沿着镜面反射方向(图2中的Z方向)的光L2从点R起、在远离入射区域44(向着图中左侧)的方向上反射的面构成，其中该点R是来自出射区域43的激光LO照射在工件W上的位置(入射位置)。
[0052]这种面的一个示例构成具有如下平面的底面45a，其中该平面被形成为至少跨度从出射区域43至入射区域44，并且不与出射光轴(Z方向)垂直(S卩，平面是倾斜的)。具体地，如图2所示，底面45a由相对于出射光轴具有预定角度α的斜面构成。
[0053]如图6Β所示，在以这种方式构成了底面45a的情况下，沿着镜面反射方向的强度高的反射光L2入射到探测器盖45的底面45a，并且反射光L3发生的范围D被配置为远离入射区域44。因此，可以抑制入射到入射区域44的反射光L2(强度高的二次反射光)的量。具体地，即使在工件W的表面具