JP6476897B2 - 光硬化樹脂の硬度分布計測装置及び硬度分布計測方法 - Google Patents

Description

本願の開示する技術は、光硬化樹脂の硬度分布計測装置及び硬度分布計測方法に関する。

光硬化樹脂の硬度計測をするための装置としては、励起光を出力する光源と、光源から出力された励起光を光硬化樹脂に導く光学系と、光硬化樹脂で発生された蛍光を検出する検出器とを備える光硬化樹脂の硬度計測装置がある。

特開２００９−１４６６７号公報 特開２０１３−２２８２７０号公報 特開２０１０−１９７０９９号公報 特開２０１３−１３７１９９号公報

このような硬度計測装置が計測対象とする光硬化樹脂では、一般に、硬化用の照明が照射された表面と内部では、硬化の早さが異なる。従って、硬度計測装置を用いて、光硬化樹脂の表面で発生した蛍光を検出すると共に該検出された蛍光に基づいて光硬化樹脂全体の硬度を判定する場合、光硬化樹脂の硬度の判定精度が低下する虞がある。従って、硬度の判定精度を向上させるためには、光硬化樹脂の表面に対する深さ方向の硬度分布を計測できることが望まれる。

本願の開示する技術は、一つの側面として、光硬化樹脂の表面に対する深さ方向の硬度分布を計測できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本願の開示する技術の一観点によれば、光源、ビームスプリッタ、対物レンズ、結像レンズ、共焦点ピンホール部材、検出器、第一走査部、及び、第二走査部を備える光硬化樹脂の硬度分布計測装置が提供される。

光源は、励起光を出力する。ビームスプリッタは、前記光源から出力された前記励起光を反射する。対物レンズは、前記ビームスプリッタで反射された前記励起光を計測対象である光硬化樹脂に集光させる。結像レンズは、前記対物レンズにより集光された前記励起光の照射により前記光硬化樹脂で発生されると共に前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを透過した蛍光を集光させる。共焦点ピンホール部材は、前記結像レンズにより集光された前記蛍光を通過させる共焦点ピンホールを有する。

検出器は、前記共焦点ピンホールを通過した前記蛍光の強度を検出する。第一走査部は、前記結像レンズの集光点が前記共焦点ピンホールを通過するように前記共焦点ピンホールを前記結像レンズの光軸方向に相対移動させる。第二走査部は、前記対物レンズの集光点の位置が前記光硬化樹脂の表面に対する深さ方向に変化するように前記光硬化樹脂を前記対物レンズの集光点に対して前記光硬化樹脂の高さ方向に相対移動させる。

本願の開示する技術によれば、光硬化樹脂の表面に対する深さ方向の硬度分布を計測することができる。

光硬化樹脂の硬度分布計測装置における共焦点光学系を示す図である。 共焦点光学系を作動させる電気的な構成要素を示す図である。 制御部の動作を示すフローチャートである。 対物レンズの集光点の位置が光硬化樹脂の表面に対する深さ方向に変化される様子を示す図である。 結像レンズの集光点が共焦点ピンホールを通過するように共焦点ピンホールが結像レンズの光軸方向に移動される様子を示す図である。 光硬化樹脂の複数の高さ位置の各々について共焦点ピンホールの走査位置と蛍光強度との関係を示す図である。 表面に対する深さ方向に一様に硬化している光硬化樹脂から得られた計測結果を示す図である。 表面から浅い部位が硬化している光硬化樹脂から得られた計測結果を示す図である。 制御部の動作の変形例を示すフローチャートである。

以下、本願の開示する技術の一実施形態を説明する。

図１には、本実施形態の光硬化樹脂の硬度分布計測装置１０（以後、単に硬度分布計測装置１０と略称する）における共焦点光学系１２が示されている。この共焦点光学系１２は、光源１４、レンズ１６、ピンホール部材１８、レンズ２０、ダイクロイックミラー２２、対物レンズ２４、台２６、フィルタステージ２８、結像レンズ３０、共焦点ピンホール部材３２、及び、検出器３４を備える。

光源１４は、一例として、レーザ光源であり、励起光３６としてのレーザ光を出力する。レンズ１６、ピンホール部材１８、レンズ２０、及び、ダイクロイックミラー２２は、光源１４の光軸上に配置されている。レンズ１６、ピンホール部材１８、及び、レンズ２０は、光源１４からダイクロイックミラー２２側へ順に配置されている。

ピンホール部材１８には、光源１４の光軸方向に貫通するピンホール３８が形成されている。光源１４から出力された励起光３６は、レンズ１６を透過し、ピンホール３８を通過する。ピンホール３８を通過した励起光３６は、レンズ２０を透過し、ダイクロイックミラー２２で反射される。ダイクロイックミラー２２は、「ビームスプリッタ」の一例である。

対物レンズ２４は、ダイクロイックミラー２２と台２６との間に配置されている。ダイクロイックミラー２２で反射された励起光３６は、対物レンズ２４により集光される。台２６には、計測対象である光硬化樹脂４０が載置される。対物レンズ２４により集光された励起光３６は、台２６に載置された光硬化樹脂４０に照射される。光硬化樹脂４０に励起光３６が照射されると、光硬化樹脂４０で蛍光４２が発生し、この蛍光４２は、対物レンズ２４及びダイクロイックミラー２２を透過する。

なお、本実施形態では、一例として、光硬化樹脂４０そのものが計測対象として台２６に載置されているが、光硬化樹脂４０を備える部品や製品等が台２６に載置され、この部品や製品等の光硬化樹脂４０が計測対象とされても良い。

ダイクロイックミラー２２、結像レンズ３０、共焦点ピンホール部材３２、及び、検出器３４は、対物レンズ２４の光軸上に配置されている。フィルタステージ２８は、ダイクロイックミラー２２と結像レンズ３０との間に配置されている。このフィルタステージ２８には、「複数の波長フィルタ」の一例として、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６が設けられている。第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６は、互いに異なる透過波長特性を有する。フィルタステージ２８は、対物レンズ２４及び結像レンズ３０の光軸と直交する方向にスライドされる。

フィルタステージ２８のスライド位置の切替により、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６のうち、ダイクロイックミラー２２を透過した蛍光４２が透過するフィルタが切り替えられる。つまり、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６には、蛍光４２が選択的に透過される。第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６のいずれか一方を透過した蛍光４２は、結像レンズ３０に入射され、この結像レンズ３０により集光される。

共焦点ピンホール部材３２は、結像レンズ３０と検出器３４との間に配置されている。この共焦点ピンホール部材３２には、結像レンズ３０の光軸方向に貫通する共焦点ピンホール４８が形成されている。結像レンズ３０により集光された蛍光４２は、共焦点ピンホール４８を通過する。

検出器３４は、共焦点ピンホール４８を通過した蛍光４２の強度を検出し、検出した蛍光強度に応じて信号を出力する。

図２には、上述の共焦点光学系１２を作動させるための電気的な構成要素が示されている。本実施形態の硬度分布計測装置１０は、電気的な構成要素として、第一走査部５０、第二走査部５２、切替部５４、及び、情報処理部５６を備えている。

第一走査部５０、第二走査部５２、及び、切替部５４には、例えば、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータ、空圧アクチュエータ等の駆動装置が用いられる。第一走査部５０は、共焦点ピンホール４８を有する共焦点ピンホール部材３２を結像レンズ３０の光軸方向に移動させる。第二走査部５２は、台２６を昇降させることで、この台２６を対物レンズ２４の光軸方向に移動させる。切替部５４は、フィルタステージ２８を結像レンズ３０の光軸方向と直交する方向にスライドさせる。

情報処理部５６には、例えば、パーソナルコンピュータ等のコンピュータが用いられる。この情報処理部５６は、信号入力部５８、制御部６０、駆動回路６２、制御回路６４、及び、記憶部６６等を備える。信号入力部５８は、検出器３４と電気的に接続されている。検出器３４から出力された信号（アナログ信号）は、信号入力部５８に入力される。信号入力部５８からは、検出器３４から出力された信号に応じた信号（デジタル信号）が出力され、この信号入力部５８から出力された信号は、制御部６０に入力される。

制御部６０には、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が用いられる。この制御部６０には、信号処理部６８が設けられており、この信号処理部６８には、信号入力部５８から出力された信号が入力される。この信号処理部６８を含む制御部６０では、後述する如く複数の処理（図３参照）が実行される。

駆動回路６２は、上述の第一走査部５０、第二走査部５２、及び、切替部５４と電気的に接続されている。制御部６０から出力された駆動信号は、駆動回路６２を介して第一走査部５０、第二走査部５２、及び、切替部５４に入力される。第一走査部５０、第二走査部５２、及び、切替部５４は、駆動回路６２を介して制御部６０から出力された駆動信号に応じて作動する。

制御回路６４は、上述の光源１４と電気的に接続されている。制御部６０から出力された制御信号は、制御回路６４を介して光源１４に入力される。光源１４は、制御回路６４を介して制御部６０から出力された制御信号に応じて作動する。記憶部６６には、例えば、揮発性メモリ等の記憶素子が用いられる。記憶部６６には、制御部６０から出力された蛍光強度に関するデータが記憶される。

次に、上述の硬度分布計測装置１０を用いた光硬化樹脂の硬度分布計測方法について説明する。

以下に説明する硬度分布計測装置１０を用いた光硬化樹脂の硬度分布計測方法において、硬度分布計測装置１０の共焦点光学系１２、及び、この共焦点光学系１２を作動させるための電気的な構成要素については、図２を参照することにする。また、制御部６０の処理内容及びそのステップ番号については、図３のフローチャートを参照することにする。

制御部６０は、光硬化樹脂の硬度分布計測方法を実行するための処理を開始すると、先ず、光源１４を作動させる（ステップＳ１）。光源１４が作動すると、光源１４から励起光３６が出力され、光源１４から出力された励起光３６は、レンズ１６を透過し、ピンホール３８を通過する。ピンホール３８を通過した励起光３６は、レンズ２０を透過し、ダイクロイックミラー２２で反射される。ダイクロイックミラー２２で反射された励起光３６は、対物レンズ２４により集光される（図４（Ａ）参照）。

次いで、制御部６０は、第二走査部５２を制御し、台２６を上昇させる（ステップＳ２）。このとき、図４（Ｂ）に示されるように、台２６と共に光硬化樹脂４０が上昇され、対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０の表面近辺に位置される。光硬化樹脂４０に励起光３６が照射されると、光硬化樹脂４０で蛍光４２が発生し、この蛍光４２は、対物レンズ２４及びダイクロイックミラー２２を透過する。

次いで、制御部６０は、切替部５４を制御し、フィルタステージ２８をスライドさせる（ステップＳ１１）。このとき、フィルタステージ２８は、対物レンズ２４及び結像レンズ３０の光軸上に第一波長フィルタ４４が配置されるようにスライドされる。これにより、ダイクロイックミラー２２を透過した蛍光４２は、第一波長フィルタ４４を透過する。また、第一波長フィルタ４４を透過した蛍光４２は、結像レンズ３０により集光される。

次いで、制御部６０は、第一走査部５０を制御し、共焦点ピンホール部材３２を開始位置（始めの走査位置）に移動させる（ステップＳ１２）。図５（ａ）に示されるように、共焦点ピンホール部材３２の開始位置は、結像レンズ３０の集光点３０Ａよりも検出器３４側の位置とされる。この共焦点ピンホール部材３２の開始位置は種々の計測条件を考慮して予め設定される。

次いで、制御部６０は、記憶部６６に記憶されている最大の蛍光強度をリセットする（ステップＳ１３）。初回のステップＳ１３の処理では、最初に検出された蛍光強度が最大の蛍光強度に設定される。

そして、制御部６０は、検出器３４から出力された信号を入力する（ステップＳ１４）。図５（ａ）に示されるように、共焦点ピンホール部材３２が開始位置に位置されている状態では、共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の集光点３０Ａに対してずれている。従って、検出器３４に入射される蛍光４２が少ないので、検出器３４からの出力信号のレベルは低とされる。

次いで、制御部６０は、第一走査部５０を制御し、共焦点ピンホール部材３２を次の走査位置に移動させる（ステップＳ１５）。つまり、図５（ａ）に示される共焦点ピンホール部材３２が結像レンズ３０の集光点３０Ａに近づく方向に僅かに移動される。このときの共焦点ピンホール部材３２の移動距離は、種々の計測条件、光硬化樹脂４０の材質、光硬化樹脂４０の高さ寸法等を考慮して予め設定される。

次いで、制御部６０は、検出器３４から出力された信号を入力する（ステップＳ１６）。また、制御部６０は、ステップＳ１６の処理において今回検出された蛍光強度と、記憶部６６に記憶されている過去の蛍光強度とを比較する。そして、制御部６０は、今回検出された蛍光強度が過去の蛍光強度よりも高いか否か、すなわち、今回検出された蛍光強度が最大であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。検出器３４からの出力信号のレベルが低い場合、制御部６０は、今回検出された蛍光強度が最大でないと判断し、ステップＳ１８の処理をスキップする。

次いで、制御部６０は、共焦点ピンホール部材３２が終了位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ１９）。図５（ｃ）に示されるように、共焦点ピンホール部材３２の終了位置は、結像レンズ３０の集光点３０Ａよりも結像レンズ３０側の位置とされる。この共焦点ピンホール部材３２の終了位置は、種々の計測条件を考慮して予め設定される。

ここで、制御部６０は、共焦点ピンホール部材３２が終了位置に到達していないと判断した場合には、上述のステップＳ１５の処理に戻る。そして、制御部６０は、共焦点ピンホール部材３２が終了位置に到達したと判断するまで、上述のステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を繰り返し実行する。

このようにして上述のステップＳ１５〜Ｓ１９の処理が繰り返し実行されると、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、共焦点ピンホール部材３２が開始位置から終了位置へ段階的に移動される。また、共焦点ピンホール部材３２が上述のステップＳ１５の処理毎に少しずつ移動されることにより、共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の光軸方向における複数の走査位置に段階的に移動される。図５（ａ）〜図５（ｃ）では、一例として三カ所の走査位置Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｍ，Ｐ_Ｌが示されているが、本実施形態では、走査位置Ｐ_Ｕ〜Ｐ_Ｌの間の複数の走査位置に共焦点ピンホール４８が段階的に移動される。

また、本実施形態では、上述のステップＳ１５〜Ｓ１９の処理が繰り返し実行されるうちのステップＳ１６の処理毎に、すなわち、共焦点ピンホール４８の走査位置毎に、検出器３４から蛍光強度に応じて出力された信号が制御部６０に入力される。

ここで、例えば、図５（ａ）に示されるように、共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の集光点３０Ａよりも検出器３４側にずれている状態では、検出器３４に入射される蛍光４２が少ないので、検出器３４からの出力信号のレベルは低とされる。

一方、例えば、図５（ｂ）に示されるように、共焦点ピンホール４８の位置と結像レンズ３０の集光点３０Ａの位置が一致する状態では、検出器３４に入射される蛍光４２が多いので、検出器３４からの出力信号のレベルは最高となる。また、共焦点ピンホール４８の位置と結像レンズ３０の集光点３０Ａの位置が一致しなくても、略一致する状態では、検出器３４に入射される蛍光４２が多いので、検出器３４からの出力信号のレベルは高となる。

そして、このように検出器３４からの出力信号のレベルが高い状態である場合には、制御部６０が、上述のステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を繰り返し実行するうちのステップＳ１７の処理において、今回検出された蛍光強度が最大であると判断する。また、制御部６０は、今回検出された蛍光強度が最大であると判断した場合には、この今回検出された蛍光強度を最大の蛍光強度として取得し、この最大の蛍光強度を記憶部６６に記憶させる（ステップＳ１８）。

次いで、制御部６０は、共焦点ピンホール部材３２が終了位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ１９）。ここで、制御部６０は、共焦点ピンホール部材３２が終了位置に到達していないと判断した場合には、上述のステップＳ１５の処理に戻る。そして、制御部６０は、共焦点ピンホール部材３２が終了位置（図５（ｃ）参照）に到達したと判断するまで、上述のステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を繰り返し実行する。

上述のステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を繰り返し実行されると、図５（ｃ）に示されるように、共焦点ピンホール部材３２が結像レンズ３０の集光点３０Ａの位置から終了位置へ移動される。また、共焦点ピンホール部材３２が結像レンズ３０の集光点３０Ａの位置から終了位置へ移動されるときには、共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の集光点３０Ａよりも結像レンズ３０側にずれた状態となる。共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の集光点３０Ａよりも結像レンズ３０側にずれた状態では、検出器３４に入射される蛍光４２が少ないので、検出器３４からの出力信号のレベルは低とされる。

そして、このように検出器３４からの出力信号のレベルが低である場合、制御部６０は、上述のステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を繰り返し実行するうちのステップＳ１７の処理において、今回検出された蛍光強度は最大ではないと判断する。制御部６０は、今回検出された蛍光強度が最大ではないと判断した場合には、ステップＳ１８の処理をスキップし、上述の最大の蛍光強度を維持させる。そして、共焦点ピンホール部材３２が終了位置に到達したときには、制御部６０において共焦点ピンホール部材３２が終了位置に到達したと判断され、上述のステップＳ１５〜Ｓ１９の処理が終了される。

このように、本実施形態では、光硬化樹脂４０が任意の高さ位置にあるときに、結像レンズ３０の集光点３０Ａが共焦点ピンホール４８を通過するように共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の光軸方向の複数の走査位置に段階的に移動される。また、複数の走査位置の各々において蛍光４２の強度が検出器３４により検出される。つまり、本実施形態では、共焦点ピンホール４８の移動範囲（走査位置Ｐ_Ｕ〜Ｐ_Ｌ）に亘って断続的に蛍光強度が検出される。

また、この検出器３４により検出された複数の蛍光強度のうち最大の蛍光強度が取得され、この最大の蛍光強度は、光硬化樹脂４０が任意の高さ位置にあるときの最大の蛍光強度として記憶部６６に記憶される。さらに、この最大の蛍光強度は、第一波長フィルタ４４を用いた場合の最大の蛍光強度として記憶部６６に記憶される。

続いて、制御部６０は、切替部５４を制御し、フィルタステージ２８を上述のステップＳ１１の場合と反対側へスライドさせる（ステップＳ２１）。つまり、フィルタステージ２８は、対物レンズ２４及び結像レンズ３０の光軸上に第二波長フィルタ４６が配置されるようにスライドされる。これにより、ダイクロイックミラー２２を透過した蛍光４２は、第二波長フィルタ４６を透過する。また、第二波長フィルタ４６を透過した蛍光４２は、結像レンズ３０により集光される。

次いで、制御部６０は、第一走査部５０を制御し、図５（ａ）に示される如く、共焦点ピンホール部材３２を再び開始位置（始めの走査位置）に移動させる（ステップＳ２２）。そして、制御部６０は、ステップＳ２３からステップＳ２９の処理を実行する。このステップＳ２２からステップＳ２９の処理は、第二波長フィルタ４６が用いられる以外は、上述のステップＳ１２からステップＳ１９の処理と同様である。

そして、このようにして上述のステップＳ２２からステップＳ２９の処理が実行されることにより、第二波長フィルタ４６が用いられた場合についても、第一波長フィルタ４４が用いられた場合と同様に、最大の蛍光強度が記憶部６６に記憶される。

そして、以上により、光硬化樹脂４０が任意の高さ位置にあるときにおける、第一波長フィルタ４４を用いた場合の最大の蛍光強度、及び、第二波長フィルタ４６を用いた場合の最大の蛍光強度が取得される。

次いで、制御部６０は、蛍光４２波長法を用いた硬度計算を行う（ステップＳ３１）。このステップＳ３１の処理では、ｈ、Ｉ_Ａ（ｈ）、Ｉ_Ｂ（ｈ）、Ｈ（ｈ）が用いられる。ｈは、光硬化樹脂４０が移動される複数の高さ位置のうち任意の高さ位置である。Ｉ_Ａ（ｈ）は、第一波長フィルタ４４が用いられた場合の上述の任意の高さ位置について取得された最大の蛍光強度である。また、Ｉ_Ｂ（ｈ）は、第二波長フィルタ４６が用いられた場合の上述の任意の高さ位置について取得された最大の蛍光強度である。さらに、Ｈ（ｈ）は、光硬化樹脂４０における上述の任意の高さ位置についての硬度である。制御部６０では、次式を用いて硬度Ｈ（ｈ）が算出される。

そして、制御部６０は、上述のステップＳ３１で算出されたデータを記憶部６６に保存させる（ステップＳ３２）。

次いで、制御部６０は、計測対象である光硬化樹脂４０が終了位置に移動されたか否かを判断する（ステップＳ３３）。図４（Ｅ）に示されるように、光硬化樹脂４０の終了位置は、結像レンズ３０の集光点３０Ａが光硬化樹脂４０の裏面を超えた位置とされる。この光硬化樹脂４０の終了位置は、種々の計測条件、光硬化樹脂４０の材質、光硬化樹脂４０の高さ寸法等を考慮して予め設定される。

制御部６０は、計測対象である光硬化樹脂４０が終了位置に移動されていないと判断した場合には、上述のステップＳ２の処理に戻る。そして、制御部６０は、第二走査部５２を制御し、台２６を上昇させる（ステップＳ２）。台２６が上昇されると、光硬化樹脂４０が対物レンズ２４の集光点２４Ａに対して上側（光硬化樹脂４０の高さ方向の上側）に移動し、対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０の表面に対する深さ方向の深い位置に移動される（例えば図４（Ｃ）参照）。

そして、制御部６０は、計測対象である光硬化樹脂４０が終了位置に移動されたと判断するまで、上述のステップＳ２〜Ｓ３３の処理を繰り返し実行する。このステップＳ２〜Ｓ３３の処理が繰り返し実行されるうちのステップＳ２の処理毎に、光硬化樹脂４０が上側に移動される。また、光硬化樹脂４０が上側に移動されることで、対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０の表面に対する深さ方向の深い位置に移動される。

そして、図４（Ｅ）に示されるように、光硬化樹脂４０が終了位置に移動されると、制御部６０において光硬化樹脂４０が終了位置に移動されたと判断され、上述のステップＳ２〜Ｓ３３の処理が終了される。

このように、本実施形態では、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６の各々を用いた場合の最大の蛍光強度の取得と、光硬化樹脂４０の高さ方向の移動（上昇）とが繰り返し行われる。そして、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６の各々を用いた場合における、光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々について最大の蛍光強度が取得される。

さらに、本実施形態では、上述の式により、この光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々について、硬度Ｈ（ｈ）が算出される。なお、上述の最大の蛍光強度の取得を実行するステップＳ１１〜Ｓ２９の処理は、「第一処理」の一例である。また、上述の光硬化樹脂４０の高さ方向の移動を実行するステップＳ２の処理は、「第二処理」の一例である。

制御部６０は、上述の如く光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々について硬度Ｈ（ｈ）を算出した後、光源１４を停止させ（ステップＳ３４）、一連の処理を終了する。

ここで、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）には、光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々について共焦点ピンホール４８の走査位置と蛍光強度との関係が示されている。

図６（Ａ）は、図４（Ａ）に示されるように、光硬化樹脂４０の高さ位置ｈ_０のとき、すなわち、対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０の表面よりも上方に位置されたときの共焦点ピンホール４８の走査位置と蛍光強度との関係を示す。また、図６（Ｂ）は、図４（Ｂ）に示されるように、光硬化樹脂４０の高さ位置ｈ_ｓのとき、すなわち、対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０の表面に位置されたときの共焦点ピンホール４８の走査位置と蛍光強度との関係を示す。

また、図６（Ｃ）は、図４（Ｃ）に示されるように、光硬化樹脂４０の高さ位置ｈ_ｍのとき、すなわち、対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０の内部に位置されたときの共焦点ピンホール４８の走査位置と蛍光強度との関係を示す。また、図６（Ｄ）は、図４（Ｄ）に示されるように、光硬化樹脂４０の高さ位置ｈ_ｅのとき、すなわち、対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０の裏面に位置されたときの共焦点ピンホール４８の走査位置と蛍光強度との関係を示す。

また、図６（Ｅ）は、図４（Ｅ）に示されるように、光硬化樹脂４０の高さ位置ｈ_ｎのとき、すなわち、対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０の裏面よりも下方に位置されたときの共焦点ピンホール４８の走査位置と蛍光強度との関係を示す。

図６（Ｂ）〜図６（Ｄ）における走査位置Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｍ，Ｐ_Ｌは、図５（ａ）〜図５（ｃ）における共焦点ピンホール４８の走査位置Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｍ，Ｐ_Ｌを示す。上述の如く、図５（ａ）〜図５（ｃ）では、一例として三カ所の走査位置Ｐ_Ｕ，Ｐ_Ｍ，Ｐ_Ｌが示されているが、本実施形態では、走査位置Ｐ_Ｕ〜Ｐ_Ｌの間の複数の走査位置に共焦点ピンホール４８が段階的に移動される。図６（Ｃ）では走査位置Ｐ_Ｍにおいて蛍光強度が最大になっているが、図６（Ｂ），図６（Ｄ）では走査位置Ｐ_Ｍからずれた位置で蛍光強度が最大になっている。これは、励起光や蛍光４２が光硬化樹脂４０の表面にて屈折すること等により、図５に示される結像レンズ３０の集光点３０Ａの位置が変化するためである。

本実施形態では、この複数の走査位置の各々において検出された複数の蛍光強度のうち最大の蛍光強度が採用される。

なお、図６（Ａ），図６（Ｅ）では、図４（Ａ），図４（Ｅ）に示される如く対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０から外れているので、検出される蛍光強度は低となる。従って、上述の硬度Ｈ（ｈ）は、最大の蛍光強度が得られる高さ位置ｈ_ｓから高さ位置ｈ_ｅの範囲で算出されるのが望ましい。

図７（Ａ）〜図７（Ｃ）には、表面に対する深さ方向に一様に硬化している光硬化樹脂４０から得られた計測結果が示されている。図７（Ａ）は、第一波長フィルタ４４を用いた場合における、光硬化樹脂４０の高さ位置と蛍光強度との関係を示す。また、図７（Ｂ）は、第二波長フィルタ４６を用いた場合における、光硬化樹脂４０の高さ位置と蛍光強度との関係を示す。また、図７（Ｃ）は、光硬化樹脂４０の高さ位置と、上述の式により算出される硬度との関係を示す。

図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示されるように、表面に対する深さ方向に一様に硬化している光硬化樹脂４０では、光硬化樹脂４０の高さ位置ｈｓから高さ位置ｈｅに亘って一様な蛍光強度が得られる。

一方、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）には、表面から浅い部位が硬化している光硬化樹脂４０から得られた計測結果が示されている。図８（Ａ）は、第一波長フィルタ４４を用いた場合における、光硬化樹脂４０の高さ位置と蛍光強度との関係を示す。また、図８（Ｂ）は、第二波長フィルタ４６を用いた場合における、光硬化樹脂４０の高さ位置と蛍光強度との関係を示す。また、図８（Ｃ）は、光硬化樹脂４０の高さ位置と、上述の式により算出される硬度との関係を示す。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示されるように、表面から浅い部位が深い部位よりも早く硬化している光硬化樹脂４０では、表面から浅い部位が硬化しているため、この表面から浅い部位での蛍光強度および硬度が表面から深い部位での蛍光強度および硬度よりも高くなっている。

このように、本実施形態では、光硬化樹脂４０の表面に対する深さ方向の硬度分布が得られる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本実施形態では、図４（Ａ）〜図４（Ｅ）に示されるように、対物レンズ２４の集光点２４Ａの位置が光硬化樹脂４０の表面に対する深さ方向に変化するように光硬化樹脂４０が複数の高さ位置に移動される。これにより、光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々において発生した蛍光が得られる。この光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々において発生した蛍光は、図２に示される第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６を選択的に透過し、結像レンズ３０で集光される。

ここで、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６の透過波長特性が互いに異なることや、励起光や蛍光４２が光硬化樹脂４０の表面にて屈折すること等により、結像レンズ３０の集光点の位置が変化する。従って、仮に共焦点ピンホール４８の位置を光硬化樹脂４０の高さ位置に合わせて移動させた場合でも、共焦点ピンホール４８と結像レンズ３０の集光点の位置が一致しないことがある。この場合、蛍光強度を精度良く検出することが困難であり、光硬化樹脂４０の表面に対する深さ方向の硬度分布計測を実現することが困難となる。

しかしながら、本実施形態では、光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々（図４参照）について、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように、共焦点ピンホール４８が走査位置Ｐ_Ｕ〜Ｐ_Ｌの間の複数の走査位置に移動される。この複数の走査位置の各々において検出器３４により検出された複数の蛍光強度のうち、共焦点ピンホール４８の位置と結像レンズ３０の集光点３０Ａの位置が一致又は略一致する状態のときには蛍光強度が最大になる。また、この最大となる蛍光強度が光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々についての蛍光強度として採用される。

従って、如く第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６の透過波長特性の違いや励起光の屈折等により、結像レンズ３０の集光点３０Ａの位置が変化する場合でも、光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々における蛍光強度を精度良く検出することができる。これにより、光硬化樹脂４０の表面に対する深さ方向の硬度分布を得ることが可能になる。

また、本実施形態によれば、光硬化樹脂４０の表面に対する深さ方向の硬度分布を得ることができるので、例えば、光硬化樹脂４０を表面から削る等により硬度分布を計測する方法に比して、計測時間を短縮することができる。

さらに、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６の各々を用いた場合における任意の高さ位置について取得された最大の蛍光強度から、光硬化樹脂４０における任意の高さ位置についての硬度Ｈ（ｈ）が上記式により算出される。これにより、硬度分布を定量的に示すことができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、図４に示されるように、台２６が昇降されることで光硬化樹脂４０が対物レンズ２４の集光点２４Ａに対して移動される。しかしながら、例えば、光源１４側のレンズ２０等（図２参照）が光源１４の光軸方向に移動されることで対物レンズ２４の集光点２４Ａが光硬化樹脂４０に対して移動されても良い。

また、上記実施形態では、図５に示されるように、共焦点ピンホール部材３２が移動されることで共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の集光点３０Ａに対して移動される。しかしながら、結像レンズ３０に焦点可変レンズが用いられると共に、この焦点可変レンズの焦点が変化されることで、結像レンズ３０の集光点３０Ａが共焦点ピンホール４８に対して移動されても良い。

また、上記実施形態において、図１に示される光源１４を点光源とできる場合には、光源１４側に設けられたピンホール部材１８の代わりに、シングルモードファイバなどが用いられても良い。

また、上記実施形態では、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６の二種類の波長フィルタが用いられているが、三つ以上の波長フィルタが用いられても良い。

また、上記実施形態では、好ましくは、複数の波長フィルタが用いられるが、一つの波長フィルタが用いられても良い。そして、この一つの波長フィルタが用いられた場合における光硬化樹脂４０の複数の高さ位置の各々について最大の蛍光強度が取得されても良い。

また、上記実施形態では、特定の波長の光を反射及び透過させるダイクロイックミラー２２が用いられているが、通常のビームスプリッタが用いられても良い。

また、上記実施形態では、共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の光軸方向の複数の走査位置に段階的に移動される。そして、この複数の走査位置の各々で蛍光強度が検出される。しかしながら、共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の光軸方向に連続的に移動されても良い。また、共焦点ピンホール４８が結像レンズ３０の光軸方向に連続的に移動される場合に、共焦点ピンホール４８の移動範囲に亘って蛍光強度が連続的に検出されても良く、また、断続的に検出され点も良い。

また、上記実施形態では、対物レンズ２４の集光点２４Ａの位置が光硬化樹脂４０の表面側から裏面側に移動されるが、対物レンズ２４の集光点２４Ａの位置が光硬化樹脂４０の裏面側から表面側に移動されても良い。

また、上記実施形態では、台２６を水平方向にスライドさせる機構が用いられても良い。そして、台２６を水平方向にスライドさせることで光硬化樹脂４０の同一水平面内について硬度分布が測定されても良い。また、例えば、ガルバノミラーが用いられることで対物レンズ２４の集光点２４Ａが走査され、これにより、光硬化樹脂４０の同一水平面内について硬度分布が測定されても良い。

また、上記実施形態では、円周上に複数のピンホール３８を有するニポウディスクがピンホール部材１８として用いられると共に、検出器３４に例えばカメラ等の二次元検出器が用いられても良い。そして、台２６を水平方向にスライドさせることなく光硬化樹脂４０の同一水平面内について硬度分布が測定されても良い。なお、この場合には、二次元検出器の複数の画素毎に最大の蛍光強度の検出と硬度の算出が行われることが望ましい。

また、上記実施形態では、検出器３４によって検出される蛍光強度が所定の閾値以下になった場合に、ステップＳ３３の処理において計測終了と判断されても良い。

また、上記実施形態では、上述のステップＳ３１〜Ｓ３４の代わりに、図９に示されるステップＳ４１〜Ｓ４７が実行されても良い。

すなわち、制御部６０は、第一波長フィルタ４４及び第二波長フィルタ４６について、光硬化樹脂４０が任意の高さ位置にあるときの最大の蛍光強度を得た後、これらの最大の蛍光強度を記憶部６６に保存させる（ステップＳ４１）。次いで、制御部６０は、計測対象である光硬化樹脂４０が終了位置に移動されたか否かを判断する（ステップＳ４２）。そして、制御部６０は、光硬化樹脂４０が終了位置に移動されたと判断した場合には、光源１４を停止させる（ステップＳ４３）。

続いて、制御部６０は、光硬化樹脂４０の深さ方向における任意の位置を指定する（ステップＳ４４）。この指定された任意の位置は、例えば操作者が任意に指定することが可能である。

そして、制御部６０は、指定された任意の位置に対応する高さ位置ｈについて、上述の式により蛍光４２波長法を用いた硬度Ｈ（ｈ）の計算を行う（ステップＳ４５）。また、制御部６０は、上述のステップＳ４５で算出されたデータを記憶部６６に保存させる（ステップＳ４６）。

このように、全ての高さ位置に対応する最大の蛍光強度が得られた後に、指定された任意の位置について硬度Ｈ（ｈ）が算出されても良い。

以上、本願の開示する技術の一実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

なお、上述の本願の開示する技術の一実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
励起光を出力する光源と、
前記光源から出力された前記励起光を反射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタで反射された前記励起光を計測対象である光硬化樹脂に集光させる対物レンズと、
前記対物レンズにより集光された前記励起光の照射により前記光硬化樹脂で発生されると共に前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを透過した蛍光を集光させる結像レンズと、
前記結像レンズにより集光された前記蛍光を通過させる共焦点ピンホールを有する共焦点ピンホール部材と、
前記共焦点ピンホールを通過した前記蛍光の強度を検出する検出器と、
前記結像レンズの集光点が前記共焦点ピンホールを通過するように前記共焦点ピンホールを前記結像レンズの光軸方向に相対移動させる第一走査部と、
前記対物レンズの集光点の位置が前記光硬化樹脂の表面に対する深さ方向に変化するように前記光硬化樹脂を前記対物レンズの集光点に対して前記光硬化樹脂の高さ方向に相対移動させる第二走査部と、
を備える光硬化樹脂の硬度分布計測装置。
（付記２）
前記第一走査部及び前記第二走査部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記結像レンズの集光点が前記共焦点ピンホールを通過するように前記第一走査部を制御して前記共焦点ピンホールを前記結像レンズの光軸方向に相対移動させ、前記共焦点ピンホールの相対移動範囲に亘って前記共焦点ピンホールを通過する前記蛍光の強度を前記検出器により検出させると共に、前記検出器により検出された蛍光強度のうち最大の蛍光強度を取得する第一処理と、
前記対物レンズの集光点の位置が前記光硬化樹脂の表面に対する深さ方向に変化するように前記第二走査部を制御して前記光硬化樹脂を前記対物レンズの集光点に対して前記光硬化樹脂の高さ方向に相対移動させる第二処理とを繰り返し行うことで、前記光硬化樹脂が相対移動された複数の高さ位置の各々について前記最大の蛍光強度を取得する、
付記１に記載の光硬化樹脂の硬度分布計測装置。
（付記３）
前記ビームスプリッタと前記結像レンズとの間に配置され、互いに異なる透過波長特性を有し、前記蛍光が選択的に透過される複数の波長フィルタをさらに備え、
前記制御部は、前記複数の波長フィルタの各々を用いた場合の前記第一処理と、前記第二処理とを繰り返し行うことで、前記複数の波長フィルタの各々を用いた場合における前記光硬化樹脂の前記複数の高さ位置の各々について前記最大の蛍光強度を取得する、
付記２に記載の光硬化樹脂の硬度分布計測装置。
（付記４）
前記複数の波長フィルタは、第一波長フィルタ及び第二波長フィルタを含み、
前記複数の高さ位置のうち任意の高さ位置をｈとし、
前記第一波長フィルタが用いられた場合の前記任意の高さ位置について取得された前記最大の蛍光強度をＩ_Ａ（ｈ）とし、
前記第二波長フィルタが用いられた場合の前記任意の高さ位置について取得された前記最大の蛍光強度をＩ_Ｂ（ｈ）とした場合に、
前記制御部は、次式を用いて、前記光硬化樹脂における前記任意の高さ位置についての硬度Ｈ（ｈ）を算出する、

付記３に記載の光硬化樹脂の硬度分布計測装置。
（付記５）
対物レンズ、結像レンズ、及び、共焦点ピンホールを有する共焦点光学系を用い、計測対象である光硬化樹脂に前記対物レンズを通じて励起光を照射して、前記光硬化樹脂から蛍光を発生させると共に、前記対物レンズを透過した前記蛍光を前記結像レンズで集光させ、
前記結像レンズの集光点が前記共焦点ピンホールを通過するように前記共焦点ピンホールを前記結像レンズの光軸方向に相対移動させ、前記共焦点ピンホールの相対移動範囲に亘って前記共焦点ピンホールを通過する前記蛍光の強度を検出すると共に、該検出した蛍光強度のうち最大の蛍光強度を取得し、
前記対物レンズの集光点の位置が前記光硬化樹脂の表面に対する深さ方向に変化するように前記光硬化樹脂を前記対物レンズの集光点に対して前記光硬化樹脂の高さ方向に相対移動させ、
前記最大の蛍光強度の取得と前記光硬化樹脂の相対移動とを繰り返し行うことで、前記光硬化樹脂が相対移動された複数の高さ位置の各々について前記最大の蛍光強度を取得することを含む、
光硬化樹脂の硬度分布計測方法。
（付記６）
互いに異なる透過波長特性を有する複数の波長フィルタを用いると共に、前記複数の波長フィルタの各々を用いた場合の前記最大の蛍光強度の取得と、前記光硬化樹脂の相対移動とを繰り返し行うことで、前記複数の波長フィルタの各々を用いた場合における前記光硬化樹脂の前記複数の高さ位置の各々について前記最大の蛍光強度を取得することを含む、
付記５に記載の光硬化樹脂の硬度分布計測方法。
（付記７）
前記複数の波長フィルタとして、第一波長フィルタ及び第二波長フィルタを用い、
前記複数の高さ位置のうち任意の高さ位置をｈとし、
前記第一波長フィルタが用いられた場合の前記任意の高さ位置について取得された前記最大の蛍光強度をＩ_Ａ（ｈ）とし、
前記第二波長フィルタが用いられた場合の前記任意の高さ位置について取得された前記最大の蛍光強度をＩ_Ｂ（ｈ）とした場合に、
次式を用いて、前記光硬化樹脂における前記任意の高さ位置についての硬度Ｈ（ｈ）を算出することを含む、

付記６に記載の光硬化樹脂の硬度分布計測方法。

１０ 硬度分布計測装置
１２ 共焦点光学系
１４ 光源
２２ ダイクロイックミラー（ビームスプリッタの一例）
２４ 対物レンズ
２６ 台
２８ フィルタステージ
３０ 結像レンズ
３２ 共焦点ピンホール部材
３４ 検出器
３６ 励起光
４０ 光硬化樹脂
４２ 蛍光
４４ 第一波長フィルタ
４６ 第二波長フィルタ
４８ 共焦点ピンホール
５０ 第一走査部
５２ 第二走査部
５４ 切替部
６０ 制御部

Claims (5)

1. 励起光を出力する光源と、
   前記光源から出力された前記励起光を反射するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタで反射された前記励起光を計測対象である光硬化樹脂に集光させる対物レンズと、
   前記対物レンズにより集光された前記励起光の照射により前記光硬化樹脂で発生されると共に前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを透過した蛍光を集光させる結像レンズと、
   前記結像レンズにより集光された前記蛍光を通過させる共焦点ピンホールを有する共焦点ピンホール部材と、
   前記共焦点ピンホールを通過した前記蛍光の強度を検出する検出器と、
   前記結像レンズの集光点が前記共焦点ピンホールを通過するように前記共焦点ピンホールを前記結像レンズの光軸方向に相対移動させる第一走査部と、
   前記対物レンズの集光点の位置が前記光硬化樹脂の表面に対する深さ方向に変化するように前記光硬化樹脂を前記対物レンズの集光点に対して前記光硬化樹脂の高さ方向に相対移動させる第二走査部と、
   を備える光硬化樹脂の硬度分布計測装置。
2. 前記第一走査部及び前記第二走査部を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記結像レンズの集光点が前記共焦点ピンホールを通過するように前記第一走査部を制御して前記共焦点ピンホールを前記結像レンズの光軸方向に相対移動させ、前記共焦点ピンホールの相対移動範囲に亘って前記共焦点ピンホールを通過する前記蛍光の強度を前記検出器により検出させると共に、前記検出器により検出された蛍光強度のうち最大の蛍光強度を取得する第一処理と、
   前記対物レンズの集光点の位置が前記光硬化樹脂の表面に対する深さ方向に変化するように前記第二走査部を制御して前記光硬化樹脂を前記対物レンズの集光点に対して前記光硬化樹脂の高さ方向に相対移動させる第二処理とを繰り返し行うことで、前記光硬化樹脂が相対移動された複数の高さ位置の各々について前記最大の蛍光強度を取得する、
   請求項１に記載の光硬化樹脂の硬度分布計測装置。
3. 前記ビームスプリッタと前記結像レンズとの間に配置され、互いに異なる透過波長特性を有し、前記蛍光が選択的に透過される複数の波長フィルタをさらに備え、
   前記制御部は、前記複数の波長フィルタの各々を用いた場合の前記第一処理と、前記第二処理とを繰り返し行うことで、前記複数の波長フィルタの各々を用いた場合における前記光硬化樹脂の前記複数の高さ位置の各々について前記最大の蛍光強度を取得する、
   請求項２に記載の光硬化樹脂の硬度分布計測装置。
4. 前記複数の波長フィルタは、第一波長フィルタ及び第二波長フィルタを含み、
   前記複数の高さ位置のうち任意の高さ位置をｈとし、
   前記第一波長フィルタが用いられた場合の前記任意の高さ位置について取得された前記最大の蛍光強度をＩ_Ａ（ｈ）とし、
   前記第二波長フィルタが用いられた場合の前記任意の高さ位置について取得された前記最大の蛍光強度をＩ_Ｂ（ｈ）とした場合に、
   前記制御部は、次式を用いて、前記光硬化樹脂における前記任意の高さ位置についての硬度Ｈ（ｈ）を算出する、
   
   請求項３に記載の光硬化樹脂の硬度分布計測装置。
5. 対物レンズ、結像レンズ、及び、共焦点ピンホールを有する共焦点光学系を用い、計測対象である光硬化樹脂に前記対物レンズを通じて励起光を照射して、前記光硬化樹脂から蛍光を発生させると共に、前記対物レンズを透過した前記蛍光を前記結像レンズで集光させ、
   前記結像レンズの集光点が前記共焦点ピンホールを通過するように前記共焦点ピンホールを前記結像レンズの光軸方向に相対移動させ、前記共焦点ピンホールの相対移動範囲に亘って前記共焦点ピンホールを通過する前記蛍光の強度を検出すると共に、該検出した蛍光強度のうち最大の蛍光強度を取得し、
   前記対物レンズの集光点の位置が前記光硬化樹脂の表面に対する深さ方向に変化するように前記光硬化樹脂を前記対物レンズの集光点に対して前記光硬化樹脂の高さ方向に相対移動させ、
   前記最大の蛍光強度の取得と前記光硬化樹脂の相対移動とを繰り返し行うことで、前記光硬化樹脂が相対移動された複数の高さ位置の各々について前記最大の蛍光強度を取得することを含む、
   光硬化樹脂の硬度分布計測方法。