特許 6046929 光学測定装置

(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】6046929

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】光学測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/02 20060101AFI20161212BHJP

   G01B 11/14 20060101ALI20161212BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/02 H

   G01B11/14 H

   G01B11/24 K

【請求項の数】7

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2012-141532(P2012-141532)

(22)【出願日】2012年6月25日

(65)【公開番号】特開2014-6134(P2014-6134A)

(43)【公開日】2014年1月16日

【審査請求日】2015年3月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(72)【発明者】

【氏名】藤本 隆司

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−３４４４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５０８８８２７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３９７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４７７２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物が配置されるべき測定空間へ第１の方向に帯状の平行光を投射する投光部と、
第１および第２のイメージセンサと、
前記測定空間内に第１の焦点を有し、前記測定空間を通過する前記投光部からの光を前記第１のイメージセンサに導く第１の光学系と、
前記測定空間内で前記第１の方向における前記第１の焦点の位置と異なる位置に第２の焦点を有し、前記測定空間を通過する前記投光部からの光を前記第２のイメージセンサに導く第２の光学系と、
制御部とを備え、
前記第１のイメージセンサは、前記第１の光学系により導かれた平行光の幅方向に並ぶ複数の画素を有し、前記平行光の幅方向における受光量分布を示す信号を出力し、
前記第２のイメージセンサは、前記第２の光学系により導かれた平行光の幅方向に並ぶ複数の画素を有し、前記平行光の幅方向における受光量分布を示す信号を出力し、
前記制御部は、
前記第１のイメージセンサの出力信号に基づいて前記第１の方向に交差する第２の方向における前記測定対象物の寸法および位置を算出するとともに、前記第１のイメージセンサの出力信号の演算により前記第１の方向における前記第１の焦点からの前記測定対象物の位置ずれ量に対応する第１の値を算出し、
前記第２のイメージセンサの出力信号の演算により前記第１の方向における前記第２の焦点からの前記測定対象物の位置ずれ量に対応する第２の値を算出し、
前記第１および第２の値に基づいて、前記第１の方向における前記測定対象物の位置を算出し、
算出された前記第１の方向における前記測定対象物の位置および前記第２の方向における前記測定対象物の位置に基づいて、前記第１および第２の方向に平行な平面内における前記測定対象物の位置を示す画像データを生成する、光学測定装置。

【請求項2】

前記測定空間に前記測定対象物が存在しない場合における前記第１および第２のイメージセンサによる基準の受光量分布をそれぞれ示す第１および第２の基準データを予め記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記測定対象物の測定時に、前記記憶部に記憶された前記第１および第２の基準データに基づいて、前記第１および第２のイメージセンサの出力信号により示される受光量分布のうち前記測定対象物を除く前記測定空間の部分に対応する受光量分布が基準の受光量分布に等しくなるように前記第１および第２のイメージセンサの出力信号を補正し、補正された前記第１のイメージセンサの出力信号に基づいて前記第２の方向における前記測定対象物の寸法および位置を算出し、補正された前記第１および第２のイメージセンサの出力信号に基づいて前記第１および第２の値を算出する、請求項１記載の光学測定装置。

【請求項3】

前記第１の値は、前記測定対象物が予め定められた有効測定領域内に位置する場合にしきい値以上になり、前記測定対象物が予め定められた有効測定領域外に位置する場合に前記しきい値よりも小さくなり、
前記制御部は、前記第１の値が前記しきい値よりも小さいか否かを判定し、前記第１の値が前記しきい値よりも小さい場合に、前記測定対象物が前記有効測定領域から外れたことを示す報知信号を生成する、請求項１または２記載の光学測定装置。

【請求項4】

前記第２のイメージセンサは、前記第２の光学系により導かれた平行光の幅方向および厚み方向に二次元的に並ぶ複数の画素を有し、
前記制御部は、前記第２のイメージセンサの出力信号に基づいて前記平行光の厚み方向に対する前記測定対象物のエッジの傾きを検出し、検出された傾きに基づいて、算出された前記測定対象物のエッジの位置を補正するように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学測定装置。

【請求項5】

受光量を示す信号を出力する第３のイメージセンサと、
前記測定空間を通過した平行光を前記第３のイメージセンサに導く第３の光学系とをさらに備え、
前記第３のイメージセンサは、前記第３の光学系により導かれた平行光の幅方向および厚み方向に二次元的に並ぶ複数の画素を有し、
前記制御部は、前記第３のイメージセンサの出力信号に基づいて前記平行光の厚み方向に対する前記測定対象物のエッジの傾きを検出し、検出された傾きに基づいて、算出された前記測定対象物のエッジの位置を補正するように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学測定装置。

【請求項6】

前記制御部により生成される画像データに基づいて前記測定対象物の位置を示す画像を表示する表示部をさらに備え、
前記制御部は、現時点よりも前の時点で算出された前記測定対象物の位置を示す画像を、現時点で算出される前記測定対象物の位置を示す画像とは異なる態様で前記表示部に表示させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学測定装置。

【請求項7】

前記制御部により生成される画像データに基づいて前記測定対象物の位置を示す画像を表示する表示部をさらに備え、
前記制御部は、前記測定対象物の位置を示す画像とともに、前記測定対象物が位置すべき領域を示す画像を前記表示部に表示させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物に光を照射し、その透過光または反射光の光量分布を測定する光学測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、物体に光源からの光を照射し、その透過光または反射光の光量分布を測定することにより、物体の寸法、物体間の間隔、物体の位置、物体の形状等を測定する光学測定装置が用いられる。

【0003】

特許文献１に記載された光学測定装置においては、投光部の光源から出射された光が、拡散部により拡散され、投光レンズにより略平行な光に変換される。変換後の平行光は、測定対象物を介して受光部に投射される。

【0004】

投光部から投射された光は、受光部の第１のレンズにより集光され、絞りの開口部を通過し、第２のレンズによりＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサの受光面に結像される。ＣＣＤイメージセンサは、受光量に対応するアナログの出力信号を出力する。コントローラのＡ／Ｄ変換器は、ＣＣＤイメージセンサの出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を受光量データとしてデータ用メモリに書き込む。ＣＰＵ（中央演算処理装置）は、データ用メモリに記憶された受光量データに基づいて測定対象物のエッジ位置を検出するとともに、操作スイッチにより指定されたエッジ間の距離を算出し、算出結果を出力する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−２７７２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の光学測定装置においては、第１のレンズからＣＣＤイメージセンサの受光面までの受光部の光学系の焦点が、投光部の投光レンズと受光部の第１のレンズとの間に位置する。測定対象物のエッジが受光部の光学系の焦点位置（以下、合焦点位置と呼ぶ。）にある場合、受光量データにより示される受光量分布において、測定対象物のエッジ位置に対応する部分で受光量が急峻に変化する。それにより、測定対象物のエッジ位置を容易かつ正確に検出することができる。

【0007】

一方、測定対象物のエッジが合焦位置からずれていると、受光量データにより示される受光量分布において、測定対象物のエッジ位置に対応する部分で受光量がなだらかに変化する。この場合、測定対象物のエッジ位置を正確に検出できない可能性がある。したがって、測定対象物のエッジ位置を検出する場合には、測定対象物をできる限り合焦点位置に配置することが好ましい。

【0008】

測定対象物のエッジが合焦点位置にあるか否かは、受光量データにより示される受光量分布において、測定対象物のエッジ位置に対応する部分の受光量の変化率に基づいて判定することができる。しかしながら、測定対象物が合焦点位置よりも投光部に近い側にあるか、測定対象物が合焦点位置よりも投光部から遠い側にあるかを判定することはできない。この場合、測定対象物を合焦点位置へ移動させることが難しい。そのため、測定対象物のエッジ位置の測定精度を向上させることは容易でない。

【0009】

本発明の目的は、測定対象物の測定精度を容易に向上させることを可能にする光学測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）本発明に係る光学測定装置は、測定対象物が配置されるべき測定空間へ第１の方向に帯状の平行光を投射する投光部と、第１および第２のイメージセンサと、測定空間内に第１の焦点を有し、測定空間を通過する投光部からの光を第１のイメージセンサに導く第１の光学系と、測定空間内で第１の方向における第１の焦点の位置と異なる位置に第２の焦点を有し、測定空間を通過する投光部からの光を第２のイメージセンサに導く第２の光学系と、制御部とを備え、第１のイメージセンサは、第１の光学系により導かれた平行光の幅方向に並ぶ複数の画素を有し、平行光の幅方向における受光量分布を示す信号を出力し、第２のイメージセンサは、第２の光学系により導かれた平行光の幅方向に並ぶ複数の画素を有し、平行光の幅方向における受光量分布を示す信号を出力し、制御部は、第１のイメージセンサの出力信号に基づいて第１の方向に交差する第２の方向における測定対象物の寸法および位置を算出するとともに、第１のイメージセンサの出力信号の演算により第１の方向における第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量に対応する第１の値を算出し、第２のイメージセンサの出力信号の演算により第１の方向における第２の焦点からの測定対象物の位置ずれ量に対応する第２の値を算出し、第１および第２の値に基づいて、第１の方向における測定対象物の位置を算出し、算出された第１の方向における測定対象物の位置および第２の方向における測定対象物の位置に基づいて、第１および第２の方向に平行な平面内における測定対象物の位置を示す画像データを生成するものである。

【0011】

その光学測定装置においては、投光部から測定空間へ第１の方向に帯状の平行光が投射される。測定空間を通過する光が第１の光学系を通して第１のイメージセンサに導かれる。第１のイメージセンサは受光量分布を示す信号を出力する。また、測定空間を通過する光が第２の光学系を通して第２のイメージセンサに導かれる。第２のイメージセンサは受光量分布を示す信号を出力する。

【0012】

測定空間内で第１の方向における第１の焦点の位置と第１の方向における第２の焦点の位置とが互いに異なる。

【0013】

第１のイメージセンサの出力信号に基づいて第１の方向に交差する第２の方向における測定対象物の寸法および位置が算出される。

【0016】

第１のイメージセンサの出力信号の演算により第１の方向における第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量に対応する第１の値が算出される。第２のイメージセンサの出力信号の演算により第１の方向における第２の焦点からの測定対象物の位置ずれ量に対応する第２の値が算出される。算出された第１および第２の値に基づいて第１の方向における測定対象物の位置が算出される。算出された第１の方向における測定対象物の位置および第２の方向における測定対象物の位置に基づいて、第１および第２の方向に平行な平面内における測定対象物の位置を示す画像データが生成される。
この場合、画像データに基づいて第１の方向および第２の方向における測定対象物の位置を示す画像を表示することが可能になる。それにより、使用者は、画像データに基づく画像を視認することにより、第１の方向および第２の方向における測定対象物の位置を容易かつ即座に認識することができる。

【0023】

（２）光学測定装置は、測定空間に測定対象物が存在しない場合における第１および第２のイメージセンサによる基準の受光量分布をそれぞれ示す第１および第２の基準データを予め記憶する記憶部をさらに備え、制御部は、測定対象物の測定時に、記憶部に記憶された第１および第２の基準データに基づいて、第１および第２のイメージセンサの出力信号により示される受光量分布のうち測定対象物を除く測定空間の部分に対応する受光量分布が基準の受光量分布に等しくなるように第１および第２のイメージセンサの出力信号を補正し、補正された第１のイメージセンサの出力信号に基づいて第２の方向における測定対象物の寸法および位置を算出し、補正された第１および第２のイメージセンサの出力信号に基づいて第１および第２の値を算出してもよい。

【0024】

第１および第２の光学系にくもりが発生すること、または第１および第２の光学系に汚れが付着することにより、測定空間に測定対象物が存在しない場合における第１および第２のイメージセンサによる受光量分布が、基準の受光量分布から変化する場合がある。

【0025】

本発明においては、測定空間に測定対象物が存在しない場合における第１および第２のイメージセンサによる基準の受光量分布をそれぞれ示す第１および第２の基準データが予め記憶部に記憶される。測定対象物の測定時には、記憶部に記憶された第１および第２の基準データに基づいて、第１および第２のイメージセンサの出力信号により示される受光量分布のうち測定対象物を除く測定空間の部分に対応する受光量分布が基準の受光量分布に等しくなるように第１および第２のイメージセンサの出力信号が補正される。

【0026】

それにより、第１のイメージセンサの補正された出力信号に基づいて第１の方向に交差する第２の方向における測定対象物の位置が高い精度で算出される。また、第１のイメージセンサの補正された出力信号および第２のイメージセンサの補正された出力信号に基づいて、第１および第２の値が算出される。

【0029】

（３）第１の値は、測定対象物が予め定められた有効測定領域内に位置する場合にしきい値以上になり、測定対象物が予め定められた有効測定領域外に位置する場合にしきい値よりも小さくなり、制御部は、第１の値がしきい値よりも小さいか否かを判定し、第１の値がしきい値よりも小さい場合に、測定対象物が有効測定領域から外れたことを示す報知信号を生成してもよい。

【0030】

この場合、測定対象物が有効測定領域内に位置しない場合に、報知信号により測定対象物が有効測定領域から外れたことが示される。それにより、測定対象物の位置が有効測定領域から外れた場合でも、報知信号に基づいて測定対象物を有効測定領域内へ移動させることができる。

【0035】

（４）第２のイメージセンサは、第２の光学系により導かれた平行光の幅方向および厚み方向に二次元的に並ぶ複数の画素を有し、制御部は、第２のイメージセンサの出力信号に基づいて平行光の厚み方向に対する測定対象物のエッジの傾きを検出し、検出された傾きに基づいて、算出された測定対象物のエッジの位置を補正するように構成されてもよい。

【0036】

この場合、測定空間を通過した平行光が、第２の光学系により第２のイメージセンサに導かれ、第２のイメージセンサの二次元的に並ぶ複数の画素に入射する。それにより、第２のイメージセンサからの出力信号に基づいて、第２のイメージセンサに導かれた平行光の幅方向および厚み方向における受光量分布が得られる。得られた受光量分布に基づいて、平行光の厚み方向に対する測定対象物のエッジの傾きを正確に検出することが可能になる。

【0037】

検出された傾きに基づいて、算出された測定対象物のエッジの位置が補正される。それにより、平行光の幅方向および厚み方向における受光量分布を得るための新たな構成を必要とすることなく、低コストで測定対象物のエッジの位置の測定精度をより向上させることが可能になる。

【0038】

（５）光学測定装置は、受光量を示す信号を出力する第３のイメージセンサと、測定空間を通過した平行光を第３のイメージセンサに導く第３の光学系とをさらに備え、第３のイメージセンサは、第３の光学系により導かれた平行光の幅方向および厚み方向に二次元的に並ぶ複数の画素を有し、制御部は、第３のイメージセンサの出力信号に基づいて平行光の厚み方向に対する測定対象物のエッジの傾きを検出し、検出された傾きに基づいて、算出された測定対象物のエッジの位置を補正するように構成されてもよい。

【0039】

この場合、測定空間を通過した平行光が、第３の光学系により第３のイメージセンサに導かれ、第３のイメージセンサの二次元的に並ぶ複数の画素に入射する。それにより、第３のイメージセンサからの出力信号に基づいて、第３のイメージセンサに導かれた平行光の幅方向および厚み方向における受光量分布が得られる。得られた受光量分布に基づいて、平行光の厚み方向に対する測定対象物のエッジの傾きを正確に検出することが可能になる。検出された傾きに基づいて、算出された測定対象物のエッジの位置が補正される。それにより、簡単な構成で測定対象物のエッジの位置の測定精度をより向上させることが可能になる。
（６）光学測定装置は、制御部により生成される画像データに基づいて測定対象物の位置を示す画像を表示する表示部をさらに備え、制御部は、現時点よりも前の時点で算出された測定対象物の位置を示す画像を、現時点で算出される測定対象物の位置を示す画像とは異なる態様で表示部に表示させてもよい。
（７）光学測定装置は、制御部により生成される画像データに基づいて測定対象物の位置を示す画像を表示する表示部をさらに備え、制御部は、測定対象物の位置を示す画像とともに、測定対象物が位置すべき領域を示す画像を表示部に表示させてもよい。

【発明の効果】

【0040】

本発明によれば、測定対象物の測定精度を容易に向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】第１の実施の形態に係る光学測定装置の外観斜視図である。

【図2】第１の実施の形態に係る光学測定装置の構成を示すブロック図である。

【図3】図２の第１のイメージセンサに対応する第１の光学系の焦点を示す模式図である。

【図4】図２の第２のイメージセンサに対応する第２の光学系の焦点を示す模式図である。

【図5】第１の実施の形態に係る光学測定装置による測定対象物の測定方法を説明するための図である。

【図6】第１の実施の形態に係る光学測定装置による測定対象物の測定方法を説明するための図である。

【図7】Ｘ方向における測定対象物の位置の算出手順を示すフローチャートである。

【図8】Ｘ方向における測定対象物の位置の算出手順を示すフローチャートである。

【図9】（ａ）は図７および図８のフローチャートに基づく測定対象物の位置の一算出例を説明するためのグラフであり、（ｂ）は図７および図８のフローチャートに基づく測定対象物の位置の他の算出例を説明するためのグラフである。

【図10】測定対象物の測定時における図１および図２の表示部の一表示例を示す図である。

【図11】図２のＣＰＵにより生成された画像データに基づいて表示装置の画面上に表示される一画像例である。

【図12】第１の実施の形態に係る光学測定装置の一適用例を示す模式図である。

【図13】（ａ）は断面円形の線状部材である測定対象物の測定時に受光部の位置から測定空間を見た場合の一例を示す図であり、（ｂ）は断面円形の線状部材である測定対象物の測定時に受光部の位置から測定空間を見た場合の他の例を示す図である。

【図14】傾き補正を説明するための模式図である。

【図15】第２の実施の形態に係る光学測定装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0042】

［１］第１の実施の形態
（１）光学測定装置の構成
以下、第１の実施の形態に係る光学測定装置について図面を参照しながら説明する。図１は第１の実施の形態に係る光学測定装置の外観斜視図であり、図２は第１の実施の形態に係る光学測定装置の構成を示すブロック図である。

【0043】

第１の実施の形態に係る光学測定装置１は、投光部１０、受光部２０およびコントローラ３０を備える。図１に示すように、投光部１０と受光部２０とがケーブルＣＡ１により互いに接続される。また、受光部２０とコントローラ３０とがケーブルＣＡ２により互いに接続される。投光部１０、受光部２０およびコントローラ３０の間では、ケーブルＣＡ１，ＣＡ２を通して種々の信号が伝送される。さらに、コントローラ３０には、ケーブルＣＡ３により表示装置４０が接続され、ケーブルＣＡ４によりプログラマブルコントローラ５０が接続される。コントローラ３０と表示装置４０との間でケーブルＣＡ３を通して種々の信号が伝送され、コントローラ３０とプログラマブルコントローラ５０との間でケーブルＣＡ４を通して種々の信号が伝送される。

【0044】

図２に示すように、投光部１０は、発光ダイオード等からなる光源１１、拡散部１２および投光レンズ１３を含む。光源１１、拡散部１２および投光レンズ１３は、それぞれ投光部１０の筐体１０ａ内に収容される。

【0045】

受光部２０は、第１のレンズ２１、絞り２２、第２のレンズ２３、第１のイメージセンサ２４、ビームスプリッタ２５、ハーフミラー２６、第２のイメージセンサ２７および第３のイメージセンサ２８を含む。第１のレンズ２１、絞り２２、第２のレンズ２３、第１のイメージセンサ２４、ビームスプリッタ２５、ハーフミラー２６、第２のイメージセンサ２７および第３のイメージセンサ２８は、それぞれ筐体２０ａに収容される。

【0046】

本実施の形態においては、第１および第２のイメージセンサ２４，２７として一次元ＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサが用いられる。一次元ＣＣＤイメージセンサは一方向に配列された複数の画素を有する。また、第３のイメージセンサ２８として二次元ＣＣＤイメージセンサが用いられる。二次元ＣＣＤイメージセンサは、二次元的に配列された複数の画素を有する。

【0047】

図２に示すように、コントローラ３０は、３つのＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器３１ａ，３１ｂ，３１ｃおよび信号処理部３２を含む。３つのＡ／Ｄ変換器３１ａ，３１ｂ，３１ｃおよび信号処理部３２は、それぞれ筐体３０ａに収容される。信号処理部３２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）３２１、データ用メモリ３２２、プログラム用メモリ３２３、表示部３２４、操作部３２５および出力回路３２６を含む。

【0048】

投光部１０の光源１１から出射された光は、拡散部１２により一方向に拡散され、投光レンズ１３により帯状の平行光に変換される。その平行光は、一定幅および一定厚みを有し、受光部２０に向かって投射される。

【0049】

以下の説明では、平行光が通過する投光部１０と受光部２０との間の空間を測定空間ＭＳと呼ぶ。また、以下の説明では、測定空間ＭＳにおいて互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。Ｘ方向は測定空間ＭＳを通過する平行光の光軸に平行な方向であり、Ｙ方向は測定空間ＭＳを通過する平行光の厚み方向に平行な方向であり、Ｚ方向は測定空間ＭＳを通過する平行光の幅方向に平行な方向である。

【0050】

投光部１０から投射された平行光は、受光部２０の第１のレンズ２１により集光され、絞り２２の開口部を通過し、第２のレンズ２３により再び平行な光に戻される。第２のレンズ２３を透過した平行光の一部がビームスプリッタ２５およびハーフミラー２６を透過して第１のイメージセンサ２４に導かれる。第１のイメージセンサ２４は、第１のイメージセンサ２４の複数の画素が第２のレンズ２３から導かれる平行光の幅方向に並ぶように配置される。

【0051】

第２のレンズ２３を透過した平行光のさらに一部がビームスプリッタ２５により反射され、第２のイメージセンサ２７に導かれる。第２のイメージセンサ２７は、第２のイメージセンサ２７の複数の画素が第２のレンズ２３およびビームスプリッタ２５から導かれる平行光の幅方向に並ぶように配置される。

【0052】

第２のレンズ２３を透過した平行光の残りがビームスプリッタ２５を透過し、ハーフミラー２６により反射され、第３のイメージセンサ２８に導かれる。第３のイメージセンサ２８は、第３のイメージセンサ２８の複数の画素が第２のレンズ２３およびハーフミラー２６から導かれる平行光の幅方向および厚み方向に二次元的に並ぶように配置される。

【0053】

本実施の形態においては、受光部２０における第１のレンズ２１から第１のイメージセンサ２４までの光の経路が、第１のイメージセンサ２４に対応する第１の光学系２０１を構成する。また、受光部２０における第１のレンズ２１から第２のイメージセンサ２７までの光の経路が、第２のイメージセンサ２７に対応する第２の光学系２０２を構成する。第１の光学系２０１および第２の光学系２０２のうち互いに共通する第１のレンズ２１、絞り２２および第２のレンズ２３が、両側テレセントリック光学系を構成する。

【0054】

図３は図２の第１のイメージセンサ２４に対応する第１の光学系２０１の焦点を示す模式図である。図３に示すように、本例では、第１の光学系２０１の焦点面が測定空間ＭＳ内に位置する。測定空間ＭＳ内の第１の光学系２０１の焦点面を第１の焦点ＦＰ１と呼ぶ。

【0055】

本実施の形態では、第１の光学系２０１について測定対象物５００の測定を行うための好適な焦点深度の範囲としてＸ方向に有効測定領域ＭＡが定められている。図３の例では、有効測定領域ＭＡは、第１の焦点ＦＰ１よりも受光部２０側に距離ｓｐ分離れた位置から、第１の焦点ＦＰ１よりも投光部１０側に距離ｓｐ分離れた位置までの範囲である。

【0056】

図４は図２の第２のイメージセンサ２７に対応する第２の光学系２０２の焦点を示す模式図である。図４に示すように、本例では、第２の光学系２０２の焦点面が測定空間ＭＳ内に位置する。測定空間ＭＳ内の第２の光学系２０２の焦点面を第２の焦点ＦＰ２と呼ぶ。

【0057】

受光部２０においては、第１の焦点ＦＰ１の位置および第２の焦点ＦＰ２の位置が測定空間ＭＳ内のＸ方向において互いに離間するようにかつ第２の焦点ＦＰ２が第１の焦点ＦＰ１よりも投光部１０側に距離ｓｐ分離れて位置するように、第１および第２のイメージセンサ２４，２７が筐体２０ａ内に設けられる。

【0058】

図２に示すように、第１および第２のイメージセンサ２４，２７は、それぞれ受光した平行光の幅方向における受光量分布を示すアナログの信号ＣＤ１，ＣＤ２を出力する。また、第３のイメージセンサ２８は、受光した平行光の幅方向および厚み方向における受光量分布を示すアナログの信号ＣＤ３を出力する。

【0059】

コントローラ３０のＡ／Ｄ変換器３１ａは、第１のイメージセンサ２４から出力される信号ＣＤ１をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を受光量分布を示すデータとしてデータ用メモリ３２２に書き込む。

【0060】

コントローラ３０のＡ／Ｄ変換器３１ｂは、第２のイメージセンサ２７から出力される信号ＣＤ２をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を受光量分布を示すデータとしてデータ用メモリ３２２に書き込む。

【0061】

コントローラ３０のＡ／Ｄ変換器３１ｃは、第３のイメージセンサ２８から出力される信号ＣＤ３をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を受光量分布を示すデータとしてデータ用メモリ３２２に書き込む。

【0062】

プログラム用メモリ３２３には制御プログラムが記憶される。操作部３２５は、筐体３０ａに取り付けられる複数のスイッチ３２５ｓ（図１）を含み、光学測定装置１における種々の設定等を行うために用いられる。

【0063】

ＣＰＵ３２１は、プログラム用メモリ３２３に記憶された制御プログラムに従って投光部１０の光源１１を制御するとともに、受光部２０に内蔵された図示しないタイミング発生回路等を制御する。また、ＣＰＵ３２１は、制御プログラムに従って測定対象物５００の測定を行う。光学測定装置１による測定対象物５００の測定方法についての詳細は後述する。

【0064】

さらに、ＣＰＵ３２１は、例えば測定対象物５００の測定結果を出力回路３２６に与える。また、ＣＰＵ３２１は、例えば測定対象物５００の測定結果に基づく画像データを出力回路３２６に与える。出力回路３２６は、ＣＰＵ３２１から与えられた測定結果および画像データ等を出力信号ＯＴ１として光学測定装置１の外部（図１および図２の表示装置４０およびプログラマブルコントローラ５０等）に出力する。

【0065】

表示部３２４は、例えば操作部３２５による光学測定装置１の種々の設定内容ならびに測定対象物５００の測定結果等を表示する。また、表示部３２４は、ＣＰＵ３２１から後述する測定不可信号が与えられることにより、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡから外れたことを示す画像または文字を表示する。

【0066】

（２）測定対象物の測定方法
図５および図６は、第１の実施の形態に係る光学測定装置１による測定対象物５００の測定方法を説明するための図である。本例では、測定対象物５００は断面円形の線状部材である。以下に説明する測定方法によれば、Ｚ方向における測定対象物５００の一方のエッジＥ１と他方のエッジＥ２との間の距離が算出される。また、Ｚ方向における測定対象物５００の一方のエッジＥ１および他方のエッジＥ２の位置が算出される。また、Ｘ方向における測定対象物５００の位置（測定対象物５００の中心部５００ｃの位置）が算出される。

【0067】

図５（ａ）に主として投光部１０および受光部２０を示す模式的側面図が示される。図５（ａ）に示すように、まず投光部１０と受光部２０との間の測定空間ＭＳ内に測定対象物５００が配置される。

【0068】

投光部１０から受光部２０に向かって平行光が照射される。それにより、第１および第２のイメージセンサ２４，２７から平行光の幅方向における受光量分布を示すアナログの信号ＣＤ１，ＣＤ２（図２）がそれぞれ出力される。コントローラ３０においては、アナログの信号ＣＤ１，ＣＤ２がデジタルの信号に変換される。

【0069】

図５（ｂ）に第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づく受光量分布ＲＬａが示される。図５（ｂ）の縦軸は第１のイメージセンサ２４の各画素に入射する光の受光量を示し、図５（ｂ）の横軸は第１のイメージセンサ２４における複数の画素の位置を示す。

【0070】

図５（ｂ）に示すように、本例ではＺ方向において測定対象物５００が存在する部分に対応する第１のイメージセンサ２４の複数の画素上の受光量がほぼ０になる。一方、Ｚ方向において測定対象物５００が存在しない部分に対応する第１のイメージセンサ２４の複数画素上の受光量は０よりも大きい。それにより、Ｚ方向における測定対象物５００の一方のエッジＥ１および他方のエッジＥ２にそれぞれ対応する第１のイメージセンサ２４の画素およびその近傍の画素上で受光量分布が大きく変化する。

【0071】

図５（ｂ）の受光量分布ＲＬａが図２のデータ用メモリ３２２に記憶される。同様に、第２のイメージセンサ２７の出力信号に基づく受光量分布が図２のデータ用メモリ３２２に記憶される。

【0072】

光源１１により発生される光の強さが一定である場合に、拡散部１２（図２）、投光レンズ１３（図２）、第１の光学系２０１および第２の光学系２０２のいずれかにくもりまたは汚れが生じると、第１のイメージセンサ２４および第２のイメージセンサ２７における受光量の大きさが低下する。このように、受光量の大きさが本来得られるべき大きさよりも小さくなると、測定対象物５００の測定精度が低下する。

【0073】

そこで、本実施の形態では、第１および第２のイメージセンサ２４，２７の出力信号にそれぞれ対応する受光量分布が、それぞれ拡散部１２、投光レンズ１３、第１の光学系２０１および第２の光学系２０２にくもりおよび汚れが生じていない状態で得られる受光量分布と等しくなるように補正される。

【0074】

図５（ｂ）の受光量分布ＲＬａの補正について説明する。受光量分布ＲＬａの補正を行うために、拡散部１２、投光レンズ１３、第１の光学系２０１および第２の光学系２０２にくもりおよび汚れが生じておらず、測定空間ＭＳに測定対象物５００が存在しない状態で、第１のイメージセンサ２４により得られるべき受光量分布を示す第１の基準データが予めデータ用メモリ３２２に記憶されている。図５（ｂ）に、第１の基準データの受光量分布ＩＬａが太い一点鎖線で示される。

【0075】

まず、ＣＰＵ３２１は、受光量分布ＲＬａを微分することにより第１のイメージセンサ２４の受光量分布ＲＬａに対応する微分波形ＤＬａを生成する。

【0076】

図５（ｃ）に、図５（ｂ）の受光量分布ＲＬａに対応する微分波形ＤＬａが示される。図５（ｃ）の縦軸は微分値を示し、図５（ｃ）の横軸は第１のイメージセンサ２４における複数の画素の位置を示す。

【0077】

図５（ｃ）に示すように、微分波形ＤＬａにおいては、受光量分布ＲＬａにおける受光量の変化の大きい部分で微分値が極大または極小となる。

【0078】

本例では、微分波形ＤＬａにおいて微分値が極大となるときの画素位置が符号ｐ１で示され、微分値が極小となるときの画素位置が符号ｐ２で示される。この場合、画素位置ｐ１がＺ方向における測定対象物５００の一方のエッジＥ１に対応する画素位置を表す。また、画素位置ｐ２がＺ方向における測定対象物５００の他方のエッジＥ２に対応する画素位置を表す。

【0079】

受光量分布ＲＬａを補正する場合、Ｚ方向において測定対象物５００が存在する部分に対応する部分の受光量分布を用いても、画素ごとの正確な補正量を得ることは難しい。そこで、本例では、測定対象物５００の一方のエッジＥ１に対応する画素位置ｐ１から他方のエッジＥ２に対応する画素位置ｐ２の反対側に一定画素ｃｎ分離間した位置を受光量分布ＲＬａの補正用画素位置ｐｃ１として決定する。同様に、測定対象物５００の他方のエッジＥ２に対応する画素位置ｐ２から一方のエッジＥ１に対応する画素位置ｐ１の反対側に一定画素ｃｎ分離間した位置を受光量分布ＲＬａの補正用画素位置ｐｃ２として決定する。

【0080】

その後、ＣＰＵ３２１は、図６（ａ）に示すように、決定された２つの補正用画素位置ｐｃ１，ｐｃ２における受光量ｉ１，ｉ２に基づいて、測定空間ＭＳに測定対象物５００が存在しない状態で得られる受光量分布ＮＬを推定する。

【0081】

続いて、ＣＰＵ３２１は、推定された受光量分布ＮＬを第１の基準データの受光量分布ＩＬａに等しくするための画素ごとの補正量を算出する。ＣＰＵ３２１は、算出された画素ごとの補正量に基づいて受光量分布ＲＬａを補正する。図６（ｂ）に、補正前の受光量分布ＲＬａが太い点線で示され、補正後の受光量分布ＲＬｂが太い実線で示される。補正後の受光量分布ＲＬｂはデータ用メモリ３２２に記憶される。

【0082】

第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づく受光量分布ＲＬａの補正と同様に、第２のイメージセンサ２７の出力信号に基づく受光量分布が補正される。この場合、第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づく受光量分布ＲＬａの補正時と同様に、拡散部１２、投光レンズ１３、第１の光学系２０１および第２の光学系２０２にくもりおよび汚れが生じておらず、測定空間ＭＳに測定対象物５００が存在しない状態で、第２のイメージセンサ２７により得られるべき受光量分布を示す第２の基準データが予めデータ用メモリ３２２に記憶されている。

【0083】

ＣＰＵ３２１は、第２のイメージセンサ２７に対応する受光量分布を微分することにより２つの補正用画素位置を決定し、決定された２つの補正用画素位置で得られる受光量に基づいて、測定空間ＭＳに測定対象物５００が存在しない状態で得られる受光量分布を推定する。

【0084】

続いて、ＣＰＵ３２１は、推定された受光量分布を第２の基準データの受光量分布に等しくするための画素ごとの補正量を算出する。ＣＰＵ３２１は、算出された画素ごとの補正量に基づいて受光量分布を補正する。補正後の受光量分布はデータ用メモリ３２２に記憶される。

【0085】

その後、ＣＰＵ３２１は、補正後の２つの受光量分布をそれぞれ微分することにより、２つの受光量分布にそれぞれ対応する２つの微分波形を生成する。図６（ｃ）に、図６（ｂ）の補正後の受光量分布ＲＬｂを微分することにより生成される微分波形ＤＬｂが示される。図６（ｃ）の縦軸は微分値を示し、図６（ｃ）の横軸は第１のイメージセンサ２４における複数の画素の位置を示す。

【0086】

図６（ｃ）に示すように、微分波形ＤＬｂにおいては、図６（ｂ）の受光量分布ＲＬｂにおける受光量の変化の大きい部分で微分値が極大または極小となる。

【0087】

ＣＰＵ３２１は、生成された微分波形ＤＬｂにおける極大値ｄ１および極小値ｄ２をそれぞれ第１の極大値および第１の極小値としてデータ用メモリ３２２に記憶する。また、ＣＰＵ３２１は、微分波形ＤＬｂにおいて極大値ｄ１および極小値ｄ２を示すときの画素位置を、それぞれ第１の極大画素位置ｐｐ１および第１の極小画素位置ｐｐ２としてデータ用メモリ３２２に記憶する。

【0088】

この場合、第１の極大画素位置ｐｐ１はＺ方向における測定対象物５００のエッジＥ１の位置に対応し、第１の極小画素位置ｐｐ２はＺ方向における測定対象物５００のエッジＥ２の位置に対応する。そこで、ＣＰＵ３２１は、データ用メモリ３２２に記憶された第１の極大画素位置ｐｐ１および第１の極小画素位置ｐｐ２に基づいて、Ｚ方向における測定対象物５００の一方のエッジＥ１および他方のエッジＥ２の位置を算出する。また、ＣＰＵ３２１は、Ｚ方向における測定対象物５００の一方のエッジＥ１と他方のエッジＥ２との間の距離を算出する。Ｚ方向におけるエッジＥ１，Ｅ２の位置およびエッジＥ１，Ｅ２間の距離の算出結果はデータ用メモリ３２２に記憶される。

【0089】

ＣＰＵ３２１は、データ用メモリ３２２に記憶されたエッジＥ１，Ｅ２の位置およびエッジＥ１，Ｅ２間の距離の算出結果に基づく画像データまたはテキストデータを生成し、表示部３２４に与える。それにより、エッジＥ１，Ｅ２の位置およびエッジＥ１，Ｅ２間の距離の算出結果が表示部３２４に表示される。

【0090】

第２のイメージセンサ２７に対応して生成される微分波形においても、補正後の受光量分布の変化の大きい部分で微分値が極大または極小となる。それにより、ＣＰＵ３２１は、生成された微分波形における極大値および極小値をそれぞれ第２の極大値および第２の極小値としてデータ用メモリ３２２に記憶する。また、ＣＰＵ３２１は、第２のイメージセンサ２７に対応する微分波形において極大値および極小値を示すときの画素位置を、それぞれ第２の極大画素位置および第２の極小画素位置としてデータ用メモリ３２２に記憶する。

【0091】

ここで、第１のイメージセンサ２４に対応して生成される微分波形ＤＬｂの第１の極大値ｄ１および第１の極小値ｄ２の絶対値は、Ｘ方向において測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に近づくほど大きくなり、Ｘ方向において測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１から遠ざかるほど小さくなる。そこで、本実施の形態では、第１の極大値の絶対値および第１の極小値の絶対値の和の平均値が、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量に対応する第１の評価値としてＣＰＵ３２１により算出される。

【0092】

また、第２のイメージセンサ２７に対応して生成される微分波形の第２の極大値および第２の極小値の絶対値は、Ｘ方向において測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に近づくほど大きくなり、Ｘ方向において測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２から遠ざかるほど小さくなる。そこで、本実施の形態では、第２の極大値の絶対値および第２の極小値の絶対値の和の平均値が、第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量に対応する第２の評価値としてＣＰＵ３２１により算出される。

【0093】

さらに、本実施の形態においては、Ｘ方向における測定対象物５００の位置と第１の評価値との間の予め定められた関係が第１の関係として図２のデータ用メモリ３２２に記憶され、Ｘ方向における測定対象物５００の位置と第２の評価値との間の予め定められた関係が第２の関係として図２のデータ用メモリ３２２に記憶される。

【0094】

第１の関係は、例えば測定空間ＭＳ内で測定対象物５００をＸ方向に沿って移動させつつＸ方向における複数の位置で上記の第１の評価値を算出することにより生成することができる。同様に、第２の関係は、例えば測定空間ＭＳ内で測定対象物５００をＸ方向に沿って移動させつつＸ方向における複数の位置で上記の第２の評価値を算出することにより生成することができる。

【0095】

第１の関係においては、第１の評価値の大きさが、第１の焦点ＦＰ１の位置で最大となり、第１の焦点ＦＰ１の位置から遠ざかるにつれて指数関数的に低下する。第２の関係においては、例えば第２の評価値の大きさが、第２の焦点ＦＰ２の位置で最大となり、第２の焦点ＦＰ２の位置から遠ざかるにつれて指数関数的に低下する。

【0096】

図７および図８は、Ｘ方向における測定対象物５００の位置の算出手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ３２１は、以下のようにしてＸ方向における測定対象物５００の位置を算出する。

【0097】

まず、ＣＰＵ３２１は、上記のように、第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づいて第１の評価値を算出するとともに、第２のイメージセンサ２７の出力信号に基づいて第２の評価値を算出する（ステップＳ１１）。

【0098】

次に、ＣＰＵ３２１は、算出された第２の評価値およびデータ用メモリ３２２に記憶されている第２の関係に基づいて第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２を算出する（ステップＳ１２）。

【0099】

上記のステップＳ１２の処理では、測定対象物５００が、第２の焦点ＦＰ２に関して投光部１０に近い側に位置するか、または第２の焦点ＦＰ２に関して投光部１０から遠い側に位置するかが不明である。

【0100】

上記のように、第１の関係においては、第１の評価値が第１の焦点ＦＰ１の位置で最大となり、第１の焦点ＦＰ１の位置から遠ざかるにつれて指数関数的に低下する。そのため、測定対象物５００が上記の有効測定領域ＭＡ内に位置する場合には、第１の評価値が所定のしきい値以上になる。また、本例では、第１の焦点ＦＰ１と第２の焦点ＦＰ２との間の距離ｓｐが既知であり、第２の焦点ＦＰ２は有効測定領域ＭＡの一端に位置する。そのため、測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に位置する場合には第１の評価値が所定のしきい値に等しくなる。

【0101】

そこで、本実施の形態では、第１の評価値についての上記のしきい値ＴＨが、予めデータ用メモリ３２２に記憶される。それにより、ＣＰＵ３２１は、ステップＳ１２の処理後、第１の評価値がしきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

【0102】

第１の評価値がしきい値ＴＨ以上である場合には、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡ内に位置すること、すなわち測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に関して投光部１０から遠い側に位置することまたは測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に位置することがわかる。一方、第１の評価値がしきい値ＴＨよりも小さい場合には、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡ外に位置すること、すなわち測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に関して投光部１０に近い側に位置することがわかる。

【0103】

これにより、ＣＰＵ３２１は、第１の評価値がしきい値ＴＨ以上である場合に、第１の焦点ＦＰ１と第２の焦点ＦＰ２との間の距離ｓｐおよび位置ずれ量ΔＬ２に基づいて、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１を算出する（ステップＳ１４）。

【0104】

第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量、第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量、および第１の焦点ＦＰ１と第２の焦点ＦＰ２との間の距離をそれぞれΔＬ１、ΔＬ２およびｓｐで表した場合に、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１は下記式（１）で算出される。

【0105】

ΔＬ１＝ｓｐ−ΔＬ２ …（１）
続いて、ＣＰＵ３２１は、算出された第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が０であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。

【0106】

位置ずれ量ΔＬ１が０である場合、ＣＰＵ３２１は、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に位置すると判定し（ステップＳ１６）、判定結果をデータ用メモリ３２２に記憶する（ステップＳ１７）。

【0107】

位置ずれ量ΔＬ１が０でない場合、ＣＰＵ３２１は、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１８）。

【0108】

位置ずれ量ΔＬ１が０よりも大きい場合、ＣＰＵ３２１は、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０に近い側に位置すると判定し（ステップＳ１９）、判定結果を位置ずれ量ΔＬ１とともにデータ用メモリ３２２に記憶する（ステップＳ１７）。

【0109】

一方、位置ずれ量ΔＬ１が０よりも小さい場合、ＣＰＵ３２１は、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０から遠い側に位置すると判定し（ステップＳ２０）、判定結果を位置ずれ量ΔＬ１とともにデータ用メモリ３２２に記憶する（ステップＳ１７）。

【0110】

このようにして、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡ内に位置する場合に、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が算出される。また、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に位置するか、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０に近い側に位置するか、または測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０から遠い側に位置するかが判定される。

【0111】

ＣＰＵ３２１は、データ用メモリ３２２に記憶された位置ずれ量ΔＬ１および第１の焦点ＦＰ１に対する測定対象物５００の位置の判定結果に基づく画像データまたはテキストデータを生成し、表示部３２４に与える。それにより、位置ずれ量ΔＬ１および第１の焦点ＦＰ１に対する測定対象物５００の位置の判定結果が表示部３２４に表示される。

【0112】

上記のステップＳ１３において、第１の評価値がしきい値ＴＨよりも小さい場合には、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡから外れる。それにより、ＣＰＵ３２１は、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡから外れたことを示す測定不可信号を生成する（ステップＳ２１）。ＣＰＵ３２１は、生成された測定不可信号を表示部３２４に与える。それにより、表示部３２４に、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡから外れたことを示す画像または文字が表示される。

【0113】

図９（ａ）は図７および図８のフローチャートに基づく測定対象物５００の位置の一算出例を説明するためのグラフであり、図９（ｂ）は図７および図８のフローチャートに基づく測定対象物５００の位置の他の算出例を説明するためのグラフである。図９（ａ），（ｂ）の各々においては、縦軸は評価値を示し、横軸は測定空間ＭＳにおけるＸ方向の位置を示す。また、曲線ＣＬ１はデータ用メモリ３２２に記憶された第１の関係を示し、曲線ＣＬ２はデータ用メモリ３２２に記憶された第２の関係を示す。さらに、図９（ａ），（ｂ）の各々においては、有効測定領域ＭＡの中心部に第１の焦点ＦＰ１が示され、有効測定領域ＭＡの一端部に第２の焦点ＦＰ２が示される。また、有効測定領域ＭＡの他端部には符号ＵＰが付されている。

【0114】

図９（ａ）に示すように、例えば算出された第２の評価値がしきい値ＴＨよりも大きく曲線ＣＬ２の最大値よりも小さい値Ｖ２１である場合を想定する。この場合、ＣＰＵ３２１は、算出された値Ｖ２１および曲線ＣＬ２に基づいて、第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２を算出する。

【0115】

次に、ＣＰＵ３２１は、測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に関して投光部１０から遠い側、すなわち有効測定領域ＭＡ側にあるか否かを判定するために、算出された第１の評価値がしきい値ＴＨ以上であるか否かを判定する。

【0116】

第１の評価値がしきい値ＴＨよりも大きい値Ｖ１ａである場合、ＣＰＵ３２１は、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡ内に位置する、すなわち測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に関して投光部１０から遠い側に位置すると判定する。

【0117】

そこで、ＣＰＵ３２１は、上式（１）により第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１を算出する。図９（ａ）の例では、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が０よりも大きくなる。その結果、第２の評価値が値Ｖ２１でありかつ第１の評価値がしきい値ＴＨよりも大きい値Ｖ１ａである場合には、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０に近い側にΔＬ１分ずれていることがわかる。

【0118】

一方、図９（ａ）の例においては、第１の評価値がしきい値ＴＨよりも小さい値Ｖ１ｂである場合に、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡ外に位置することがわかる。

【0119】

図９（ｂ）に示すように、例えば算出された第２の評価値がしきい値ＴＨよりも小さい値Ｖ２２である場合を想定する。この場合、ＣＰＵ３２１は、算出された値Ｖ２２および曲線ＣＬ２に基づいて、第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２を算出する。

【0120】

次に、ＣＰＵ３２１は、測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に関して投光部１０から遠い側、すなわち有効測定領域ＭＡ側にあるか否かを判定するために、算出された第１の評価値がしきい値ＴＨ以上であるか否かを判定する。

【0121】

第１の評価値がしきい値ＴＨよりも大きい値Ｖ１ｃである場合、ＣＰＵ３２１は、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡ内に位置する、すなわち測定対象物５００が第２の焦点ＦＰ２に関して投光部１０から遠い側に位置すると判定する。

【0122】

そこで、ＣＰＵ３２１は、上式（１）により第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１を算出する。図９（ｂ）の例では、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が０よりも小さくなる。その結果、第２の評価値が値Ｖ２２でありかつ第１の評価値がしきい値ＴＨよりも大きい値Ｖ１ｃである場合には、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０から遠い側にΔＬ１分ずれていることがわかる。

【0123】

なお、図９（ｂ）の例においても、第１の評価値がしきい値ＴＨよりも小さい値である場合には、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡ外に位置することがわかる。

【0124】

（３）測定対象物の位置の表示例
上記のように、図１および図２の表示部３２４には、測定対象物５００の測定により算出されたＺ方向のエッジＥ１，Ｅ２の位置、エッジＥ１，Ｅ２間の距離、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１および第１の焦点ＦＰ１に対する測定対象物５００の位置の判定結果等が表示される。さらに、表示部３２４には、図２の第３のイメージセンサ２８からの出力信号により示される受光量分布が表示される。

【0125】

図１０は、測定対象物５００の測定時における図１および図２の表示部３２４の一表示例を示す図である。図１０の例では、表示部３２４の画面３２４ｄ上に２つの表示領域ＤＲ１，ＤＲ２が表示される。

【0126】

一方の表示領域ＤＲ１には、例えば測定対象物５００のエッジＥ１，Ｅ２間の距離、Ｚ方向におけるエッジＥ１，Ｅ２の位置、Ｘ方向における測定対象物５００の位置および第１の焦点ＦＰ１の位置が表示される。また、他方の表示領域ＤＲ２には、例えば、第３のイメージセンサ２８からの出力信号により示される受光量分布が表示される。図１０の例では、測定対象物５００に対応する受光量分布の部分５００ｓにハッチングが施される。

【0127】

ＣＰＵ３２１は、例えばＺ方向におけるエッジＥ１，Ｅ２の位置およびＸ方向における測定対象物５００の位置の算出結果に基づいて、Ｘ方向およびＺ方向における測定対象物５００の位置を表示するための画像データを生成する。また、ＣＰＵ３２１は、例えば生成された画像データを出力回路３２６から表示装置４０に与える。

【0128】

図１１は、図２のＣＰＵ３２１により生成された画像データに基づいて表示装置４０の画面上に表示される一画像例である。図１１の例では、表示装置４０の画面４０ｓの略中央部分にＸ方向およびＺ方向における測定対象物５００の位置を示すＸＺ平面画像４０１が表示される。ＸＺ平面画像４０１においては、測定対象物５００の現在の位置が黒丸印で示され、測定対象物５００の位置の履歴が白丸印で示される。また、ＸＺ平面画像４０１においては、測定対象物５００が位置すべき領域を示す目標円４０４が示される。

【0129】

表示装置４０がキーボード等の操作部を含む場合、図１１に示すように、目標円４０４の直径および位置をそれぞれ設定するための入力スペース４０２，４０３が画面４０ｓ上に表示されてもよい。また、ＸＺ平面画像４０１をＸ方向に沿う軸に対して反転させるため、またはＸＺ平面画像４０１をＺ方向に沿う軸に対して反転させるための反転ボタン４０５，４０６が画面４０ｓ上に表示されてもよい。

【0130】

（４）光学測定装置の一適用例
本実施の形態に係る光学測定装置１は、例えば光ファイバの線引き装置に適用することができる。図１２は、第１の実施の形態に係る光学測定装置１の一適用例を示す模式図である。

【0131】

図１２に示すように、光ファイバの線引き装置においては、光ファイバの母材６１１を加熱炉６１０内で加熱し、溶融したガラスを連続的に巻き取ることにより光ファイバ６１２が作製される。光ファイバ６１２の巻き取り工程においては、光ファイバ６１２の外径が測定される。

【0132】

そこで、本例では、光ファイバの母材６１１の下方に光学測定装置１の投光部１０および受光部２０が配置される。このとき、光ファイバ６１２の外径を高い精度で測定するためには、母材６１１から下方に延びる光ファイバ６１２が、投光部１０と受光部２０との間の有効測定領域ＭＡ内に正確に導かれる必要がある。

【0133】

この場合、例えばコントローラ３０からプログラマブルコントローラ５０に、Ｚ方向における光ファイバ６１２のエッジＥ１，Ｅ２の位置およびＸ方向における光ファイバ６１２の位置の算出結果が与えられてもよい。

【0134】

それにより、プログラマブルコントローラ５０は、与えられた算出結果に基づいて移動装置６０を制御することにより、光ファイバ６１２が常に有効測定領域ＭＡ内へ導かれるように加熱炉６１０または母材６１１を移動させてもよい。なお、図１２の例では、移動装置６０が加熱炉６１０または母材６１１を移動させるが、移動装置６０は、加熱炉６１０または母材６１１を移動させる代わりに図示しない光ファイバ６１２の巻き取り装置を移動させてもよい。

【0135】

（５）傾き補正
図１３（ａ）は断面円形の線状部材である測定対象物５００の測定時に受光部２０の位置から測定空間ＭＳを見た場合の一例を示す図であり、図１３（ｂ）は断面円形の線状部材である測定対象物５００の測定時に受光部２０の位置から測定空間ＭＳを見た場合の他の例を示す図である。

【0136】

図１３（ａ），（ｂ）の各々においては、矢印により測定空間ＭＳにおけるＹ方向およびＺ方向が示される。また、第１および第２のイメージセンサ２４，２７において一列に並ぶ複数の画素位置に対応する部分に一点鎖線ＭＬが示される。さらに、測定対象物５００にハッチングが施される。

【0137】

図１３（ａ）に示すように、例えば測定対象物５００の軸心がＹ方向に平行な状態で、測定対象物５００が測定空間ＭＳに配置される。それにより、第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づいて、一点鎖線ＭＬ上に位置する測定対象物５００の一方のエッジＥ１と他方のエッジＥ２との間の距離Ｗａが算出される。この場合、測定対象物５００の軸心がＹ方向に平行であるので、２つのエッジＥ１，Ｅ２間の距離Ｗａは測定対象物５００の外径を表す。

【0138】

一方、図１３（ｂ）に示すように、例えば測定対象物５００の軸心がＹ方向に平行な軸に対して所定角度θ傾斜した状態で、測定対象物５００が測定空間ＭＳに配置される。それにより、第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づいて、一点鎖線ＭＬ上に位置する測定対象物５００の一方のエッジＥ１と他方のエッジＥ２との間の距離Ｗｂが算出される。この場合、測定対象物５００の軸心がＹ方向に平行な軸に対して傾斜しているので、２つのエッジＥ１，Ｅ２間の距離Ｗｂは測定対象物５００の外径よりも大きくなる。

【0139】

そのため、測定対象物５００の軸心がＹ方向に平行な軸に対して傾斜していると、測定対象物５００の外径を正確に測定することができない。そこで、測定空間ＭＳ内に測定対象物５００が傾斜して配置される場合に発生する測定誤差を補正するために、ＣＰＵ３２１は第３のイメージセンサ２８の出力信号が示す受光量分布に基づいて以下の傾き補正を行う。

【0140】

図１４は、傾き補正を説明するための模式図である。図１４では、測定対象物５００の軸心がＹ方向に平行な軸に対して所定角度θ傾斜した状態で、測定対象物５００が測定空間ＭＳに配置された場合の第３のイメージセンサ２８上の受光量分布の一例が示される。

【0141】

図１４においては、測定空間ＭＳにおけるＹ方向およびＺ方向にそれぞれ対応するｙ方向およびｚ方向の矢印が示される。また、測定対象物５００に対応する受光量分布の部分５００ｓにハッチングが施される。

【0142】

この場合、ＣＰＵ３２１は、まず第３のイメージセンサ２８のｚ方向に平行な一側辺上で受光量分布が大きく変化する部分の画素位置ｍ１，ｍ２を検出し、２つの画素位置ｍ１，ｍ２の中心位置ｍ３を算出する。

【0143】

同様に、ＣＰＵ３２１は、第３のイメージセンサ２８のｚ方向に平行な他側辺上で受光量分布が大きく変化する部分の画素位置ｎ１，ｎ２を検出し、２つの画素位置ｎ１，ｎ２の中心位置ｎ３を算出する。

【0144】

なお、ｚ方向に平行な一側辺および他側辺上で第３のイメージセンサ２８上の受光量分布が大きく変化する部分は、Ｚ方向における測定対象物５００のエッジの部分をに対応する。それにより、算出された２つの中心位置ｍ３，ｎ３を結ぶ直線ＶＬは、Ｙ方向およびＺ方向に平行な面上の測定対象物５００の軸心に対応する。

【0145】

第３のイメージセンサ２８においては、ｙ方向の画素数ｙｓが既知である。そこで、ＣＰＵ３２１は、ｚ方向における２つの中心位置ｍ３，ｎ３間の画素数ｚｓを算出し、第３のイメージセンサ２８のｙ方向の画素数ｙｓと算出された画素数ｚｓとに基づいて、ｙ方向に平行な軸に対する直線ＶＬの傾き角度θを算出する。本例では、傾き角度θは、下記式（２）により求めることができる。

【0146】

θ＝ｔａｎ^−１（ｚｓ／ｙｓ） …（２）
算出された傾き角度θは、Ｙ方向に平行な軸に対する測定対象物５００の軸心の傾斜角度を表す。ＣＰＵ３２１は、算出された傾き角度θに基づいて、第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づいて算出された２つのエッジＥ１，Ｅ２間の距離の値を補正する。

【0147】

第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づいて算出された２つのエッジＥ１，Ｅ２間の距離、算出された傾き角度、および補正後の２つのエッジＥ１，Ｅ２の間の距離をそれぞれＷ１、θおよびＷ２で表した場合に、補正後の２つのエッジＥ１，Ｅ２の間の距離Ｗ２は下記式（３）で算出される。

【0148】

Ｗ２＝Ｗ１×ｃｏｓθ …（３）
このように、傾き補正によれば、測定対象物５００の測定精度をより向上させることができる。なお、ＣＰＵ３２１は、算出された傾き角度θに基づいて、Ｚ方向における測定対象物５００のエッジＥ１，Ｅ２の位置の算出結果を補正してもよい。

【0149】

コントローラ３０の操作部３２５には、ＣＰＵ３２１に傾き補正を指令するためのスイッチ３２５ｓが設けられてもよい。この場合、使用者は、傾き補正用のスイッチ３２５ｓを操作することにより、ＣＰＵ３２１に上記の傾き補正を実行させることができる。

【0150】

（６）効果
（６−１）本実施の形態に係る光学測定装置１においては、測定空間ＭＳ内で、Ｘ方向における第１の光学系２０１の第１の焦点ＦＰ１の位置と、Ｘ方向における第２の光学系２０２の第２の焦点ＦＰ２の位置とが互いに異なる。それにより、第１のイメージセンサ２４および第２のイメージセンサ２７の出力信号に基づいて、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に位置するか、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０に近い側に位置するか、または測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０から遠い側に位置するかが容易かつ正確に判定される。また、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が算出される。

【0151】

第１のイメージセンサ２４の出力信号に基づいてＺ方向における測定対象物５００のエッジＥ１，Ｅ２の位置およびエッジＥ１，Ｅ２間の距離が算出される。この場合、第１の焦点ＦＰ１に対する測定対象物５００の位置の判定結果、および第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１に基づいて、測定対象物５００を第１の焦点ＦＰ１へ移動させることにより、測定対象物５００のエッジＥ１，Ｅ２の位置の測定精度を容易に向上させることができる。

【0152】

（６−２）測定対象物５００がＸ方向における第１の焦点ＦＰ１の位置の近傍にある場合には、第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２が、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１よりも大きくなる。

【0153】

それにより、第１の評価値を用いた演算により第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１を算出する場合に比べて、第２の評価値を用いた演算により第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２を高い精度で算出することが可能になる。

【0154】

その結果、第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２および第１の焦点ＦＰ１と第２の焦点ＦＰ２との間の距離ｓｐに基づいて、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１を高い精度で算出することができる。また、算出された第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１および第１の評価値に基づいて、第１の焦点ＦＰ１に対する測定対象物５００の位置が高い精度で判定される。

【0155】

なお、第１のイメージセンサ２４は、測定対象物５００のエッジＥ１，Ｅ２の位置を検出するために用いられ、第２のイメージセンサ２７は第１の焦点ＦＰ１に対する測定対象物５００の位置を判定するために用いられる。そのため、第２のイメージセンサ２７は、第１のイメージセンサ２４に比べて、必ずしも高い分解能を有する必要がない。したがって、第２のイメージセンサ２７としては、第１のイメージセンサ２４に比べて低廉でかつ小型の一次元ＣＣＤイメージセンサを用いることができる。

【0156】

（６−３）本実施の形態においては、第１のイメージセンサ２４の出力信号により示される受光量分布のうち測定対象物５００を除く測定空間ＭＳの部分に対応する受光量分布が、第１の基準データに基づいて第１の光学系２０１にくもりおよび汚れが生じていない状態で得られる受光量分布と等しくなるように補正される。

【0157】

同様に、第２のイメージセンサ２７の出力信号により示される受光量分布のうち測定対象物５００を除く測定空間ＭＳの部分に対応する受光量分布が、第２の基準データに基づいて第２の光学系２０２にくもりおよび汚れが生じていない状態で得られる受光量分布と等しくなるように補正される。

【0158】

それにより、第１の光学系２０１および第２の光学系２０２にくもりおよび汚れが生じている場合でも、測定対象物５００を高い精度で測定することができる。

【0159】

（６−４）上記のように、ＣＰＵ３２１は、Ｘ方向およびＺ方向における測定対象物５００の位置を表示するための画像データを生成する。生成された画像データに基づいて、図１１に示すように、Ｘ方向およびＺ方向における測定対象物５００の位置を示すＸＺ平面画像４０１を得ることができる。この場合、使用者はＸＺ平面画像４０１を視認することにより、Ｘ方向およびＺ方向における測定対象物５００の位置を用意かつ即座に認識することができる。

【0160】

（６−５）上記のように、表示部３２４は、ＣＰＵ３２１から後述する測定不可信号が与えられることにより、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡから外れたことを示す画像または文字を表示する。それにより、測定対象物５００が有効測定領域ＭＡから外れた場合でも、表示部３２４の表示に基づいて測定対象物５００を有効測定領域ＭＡ内へ移動させることができる。

【0161】

［２］第２の実施の形態
図１５は、第２の実施の形態に係る光学測定装置１の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、本実施の形態に係る光学測定装置１においては、受光部２０に図２のビームスプリッタ２５および第２のイメージセンサ２７が設けられず、コントローラ３０に図２のＡ／Ｄ変換器３１ｂが設けられない。

【0162】

第３のイメージセンサ２８においては、二次元的に配列された複数の画素のうち第２のレンズ２３およびハーフミラー２６から導かれる平行光の幅方向に並ぶように配置された一部の画素が、第１の実施の形態における第２のイメージセンサ２７として機能する。それにより、測定空間ＭＳにおいては、第１の焦点ＦＰ１からずれた位置に、第２の焦点ＦＰ２として第３のイメージセンサ２８に対応する第３の光学系２０３の焦点が位置する。本実施の形態では、受光部２０における第１のレンズ２１から第３のイメージセンサ２８までの光の経路が第３の光学系２０３を構成する。

【0163】

それにより、ＣＰＵ３２１は、第１のイメージセンサ２４からの出力信号および第３のイメージセンサ２８の一部の画素からの出力信号に基づいて、測定対象物５００の測定を行う。また、ＣＰＵ３２１は、第３のイメージセンサ２８の全ての画素からの出力信号に基づいて上記の傾き補正を行う。

【0164】

このように、第２の実施の形態に係る光学測定装置１によれば、図２の第２のイメージセンサ２７を設けることなく、第１のイメージセンサ２４および第３のイメージセンサ２８の出力信号に基づいて、Ｘ方向における測定対象物５００の位置を算出し、傾き補正を行うことができる。それにより、低コストで測定対象物５００の測定精度を向上させることができる。

【0165】

［３］他の実施の形態
（１）上記の実施の形態では、第１のイメージセンサ２４からの出力信号により示される受光量分布が微分される。受光量分布の微分値に基づいて第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量に対応する第１の評価値が算出される。これに限らず、第１の評価値は、他の方法により算出されてもよい。例えば、第１の評価値は、受光量分布の微分値のピーク幅に基づいて算出されてもよい。

【0166】

同様に、第２のイメージセンサ２７または第３のイメージセンサ２８からの出力信号により示される受光量分布が微分される。受光量分布の微分値に基づいて第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量に対応する第２の評価値が算出される。これに限らず、第２の評価値は、他の方法により算出されてもよい。例えば、第２の評価値は、受光量分布の微分値のピーク幅に基づいて算出されてもよい。

【0167】

（２）上記の実施の形態では、第２の評価値を用いた演算により第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２が算出され、算出された測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２および第１の焦点ＦＰ１と第２の焦点ＦＰ２との間の距離ｓｐに基づいて、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が算出される。第２の評価値を用いる代わりに、第１の評価値を用いた演算により第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が算出されてもよい。この場合、第２の焦点ＦＰ２からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ２を算出することなく、第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が直接的に算出される。したがって、位置ずれ量ΔＬ１の算出時間が短縮される。

【0168】

（３）上記の実施の形態では、測定空間ＭＳに帯状の平行光が投射されるが、測定空間ＭＳに平行光以外の広がりを有する光が投射されてもよい。この場合においても、受光部２０における第１の光学系２０１の第１の焦点ＦＰ１の位置と、受光部２０における第２の光学系２０２または第３の光学系２０３の第２の焦点ＦＰ２の位置とが互いに異なることにより、第１および第２のイメージセンサ２４，２７の出力信号または第１および第３のイメージセンサ２４，２８の出力信号に基づいて、Ｘ方向における第１の焦点ＦＰ１に対する測定対象物５００の位置を判定することができる。

【0169】

（４）上記の実施の形態では、第２の評価値を用いた演算により第１の焦点ＦＰ１からの測定対象物５００の位置ずれ量ΔＬ１が算出される。そのため、データ用メモリ３２２に上記のしきい値ＴＨが記憶される場合には、Ｘ方向における測定対象物５００の位置と第１の評価値との間の第１の関係はデータ用メモリ３２２記憶されなくてもよい。

【0170】

［４］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

【0171】

上記の実施の形態においては、測定対象物５００が測定対象物の例であり、測定空間ＭＳが測定空間の例であり、Ｘ方向が第１の方向の例であり、投光部１０が投光部の例であり、第１のイメージセンサ２４が第１の受光部の例であり、第１の実施の形態における第２のイメージセンサ２７および第２の実施の形態における第３のイメージセンサ２８が第２の受光部の例である。

【0172】

また、第１の焦点ＦＰ１が第１の焦点の例であり、第１の光学系２０１が第１の光学系の例であり、第２の焦点ＦＰ２が第２の焦点の例であり、第１の実施の形態における第２の光学系２０２および第２の実施の形態における第３の光学系２０３が第２の光学系の例である。

【0173】

また、Ｚ方向が第２の方向の例であり、ＣＰＵ３２１が制御部の例であり、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０に近い側に位置する状態が第１の状態の例であり、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に関して投光部１０から遠い側に位置する状態が第２の状態の例であり、測定対象物５００が第１の焦点ＦＰ１に位置する状態が第３の状態の例であり、光学測定装置１が光学測定装置の例である。

【0174】

また、第１の評価値が第１の値の例であり、第２の評価値が第２の値の例であり、第１の基準データが第１の基準データの例であり、第２の基準データが第２の基準データの例であり、データ用メモリ３２２が記憶部の例であり、有効測定領域ＭＡが有効測定領域の例であり、測定不可信号が報知信号の例である。

【0175】

また、第１のイメージセンサ２４が第１のイメージセンサの例であり、第１の実施の形態における第２のイメージセンサ２７および第２の実施の形態における第３のイメージセンサ２８が第２のイメージセンサの例である。

【0176】

また、第２の実施の形態における第３のイメージセンサ２８が第３の受光部および第３のイメージセンサの例であり、第２の実施の形態における第３の光学系２０３が第３の光学系の例である。

【0177】

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
［５］参考形態
（１）参考形態に係る光学測定装置は、測定対象物が配置されるべき測定空間へ第１の方向に平行に光を投射する投光部と、受光量を示す信号を出力する第１および第２の受光部と、測定空間内に第１の焦点を有し、測定空間を通過する投光部からの光を第１の受光部に導く第１の光学系と、測定空間内で第１の方向における第１の焦点の位置と異なる位置に第２の焦点を有し、測定空間を通過する投光部からの光を第２の受光部に導く第２の光学系と、第１の受光部の出力信号に基づいて第１の方向に交差する第２の方向における測定対象物の位置を算出する制御部とを備え、制御部は、第１および第２の受光部の出力信号に基づいて、測定対象物が第１の方向において第１の焦点に関して投光部に近い側に位置する第１の状態、第１の焦点に関して投光部から遠い側に位置する第２の状態または第１の焦点に位置する第３の状態のいずれにあるかを判定するものである。
その光学測定装置においては、投光部から測定空間へ第１の方向に平行に光が投射される。測定空間を通過する光が第１の光学系を通して第１の受光部に導かれる。第１の受光部は受光量を示す信号を出力する。また、測定空間を通過する光が第２の光学系を通して第２の受光部に導かれる。第２の受光部は受光量を示す信号を出力する。
測定空間内で第１の方向における第１の焦点の位置と第１の方向における第２の焦点の位置とが互いに異なる。それにより、第１および第２の受光部の出力信号に基づいて、測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかが容易かつ正確に判定される。
第１の受光部の出力信号に基づいて第１の方向に交差する第２の方向における測定対象物の位置が算出される。この場合、測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかの判定結果に基づいて、第１の方向において測定対象物を第１の焦点へ移動させることにより、測定対象物の位置の測定精度を容易に向上させることができる。
（２）制御部は、第１の受光部の出力信号および第２の受光部の出力信号の少なくとも一方に基づいて、第１の方向における第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量を算出してもよい。
この場合、第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量が算出される。それにより、測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかの判定結果と測定対象物の位置ずれ量の算出結果とに基づいて、測定対象物を第１の焦点の位置へ容易かつ正確に移動させることが可能となる。
（３）制御部は、第１の受光部の出力信号の演算により第１の方向における第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量に対応する第１の値を算出し、第２の受光部の出力信号の演算により第１の方向における第２の焦点からの測定対象物の位置ずれ量に対応する第２の値を算出し、算出された第１および第２の値の少なくとも一方に基づいて第１の方向における第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量を算出するとともに、第１および第２の値に基づいて測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかを判定するように構成されてもよい。
この場合、第１の値および第２の値が算出されることにより、算出された第１の値および第２の値の少なくとも一方に基づいて、第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量が算出される。また、第１および第２の値に基づいて測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかが判定される。
このように、第１の値および第２の値が算出されることにより、第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量の算出および測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかの判定を行うことができる。
（４）制御部は、算出された第２の値を用いた演算により第１の方向における第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量を算出するとともに、算出された位置ずれ量および第１の値に基づいて測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかを判定するように構成されてもよい。
測定対象物が第１の方向における第１の焦点の位置の近傍にある場合には、第２の焦点からの測定対象物の位置ずれ量が、第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量よりも大きくなる。
それにより、第１の値を用いた演算により第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量を算出する場合に比べて、第２の値を用いた演算により第２の焦点からの測定対象物の位置ずれ量を高い精度で算出することが可能になる。
その結果、第２の焦点からの測定対象物の位置ずれ量に基づいて、第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量を高い精度で算出することができる。また、算出された第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量および第１の値に基づいて測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかが高い精度で判定される。
（５）光学測定装置は、測定空間に測定対象物が存在しない場合における第１および第２の受光部による基準の受光量分布をそれぞれ示す第１および第２の基準データを予め記憶する記憶部をさらに備え、制御部は、測定対象物の測定時に、記憶部に記憶された第１および第２の基準データに基づいて、第１および第２の受光部の出力信号により示される受光量分布のうち測定対象物を除く測定空間の部分に対応する受光量分布が基準の受光量分布に等しくなるように第１および第２の受光部の出力信号を補正し、補正された第１の受光部の出力信号に基づいて第１の方向に交差する第２の方向における測定対象物の位置を算出し、補正された第１および第２の受光部の出力信号に基づいて、測定対象物が第１の状態、第２の状態または第３の状態のいずれにあるかを判定し、補正された第１の受光部の出力信号および補正された第２の受光部の出力信号の少なくとも一方に基づいて、第１の方向における第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量を算出してもよい。
第１および第２の光学系にくもりが発生すること、または第１および第２の光学系に汚れが付着することにより、測定空間に測定対象物が存在しない場合における第１および第２の受光部による受光量分布が、基準の受光量分布から変化する場合がある。
本参考形態においては、測定空間に測定対象物が存在しない場合における第１および第２の受光部による基準の受光量分布をそれぞれ示す第１および第２の基準データが予め記憶部に記憶される。測定対象物の測定時には、記憶部に記憶された第１および第２の基準データに基づいて、第１および第２の受光部の出力信号により示される受光量分布のうち測定対象物を除く測定空間の部分に対応する受光量分布が基準の受光量分布に等しくなるように第１および第２の受光部の出力信号が補正される。
それにより、第１の受光部の補正された出力信号に基づいて第１の方向に交差する第２の方向における測定対象物の位置が高い精度で算出される。また、第１および第２の受光部の補正された出力信号に基づいて、測定対象物が第１の状態、第２の状態または第３の状態のいずれにあるかが高い精度で判定される。さらに、第１の受光部の補正された出力信号および第２の受光部の補正された出力信号の少なくとも一方に基づいて、第１の焦点からの測定対象物の位置ずれ量が高い精度で算出される。
（６）制御部は、算出された測定対象物の第２の方向における位置および測定対象物の第１の方向の位置ずれ量に基づいて、第１の方向および第２の方向における測定対象物の位置を示す画像を表示するための画像データを生成してもよい。
この場合、画像データに基づいて第１の方向および第２の方向における測定対象物の位置を示す画像を表示することが可能になる。それにより、使用者は、画像データに基づく画像を視認することにより、第１の方向および第２の方向における測定対象物の位置を容易かつ即座に認識することができる。
（７）制御部は、算出された測定対象物の第２の方向における位置および測定対象物の第１の方向の位置ずれ量に基づいて、測定対象物が予め定められた有効測定領域内に位置するか否かを判定し、測定対象物が有効測定領域内に位置しない場合に、測定対象物が有効測定領域から外れたことを示す報知信号を生成してもよい。
この場合、第１の方向および第２の方向において測定対象物が予め定められた有効測定領域内に位置するか否かが判定される。測定対象物が有効測定領域内に位置しない場合に、報知信号により測定対象物が有効測定領域から外れたことが示される。それにより、測定対象物の位置が有効測定領域から外れた場合でも、報知信号に基づいて測定対象物を有効測定領域内へ移動させることができる。
（８）投光部は、測定空間に一定幅を有する平行光を投射するように構成され、第１の光学系は、測定空間を通過した平行光を第１の受光部に導くように構成され、第２の光学系は、測定空間を通過した平行光を第２の受光部に導くように構成され、第１の受光部は、第１の光学系により導かれた平行光の幅方向に並ぶ複数の画素を有する第１のイメージセンサを含み、第２の受光部は、第２の光学系により導かれた平行光の幅方向に並ぶ複数の画素を有する第２のイメージセンサを含み、制御部は、第１のイメージセンサの出力信号に基づいて第２の方向における測定対象物のエッジの位置を算出するように構成されてもよい。
この場合、投光部から一定幅を有する平行光が投射される。測定空間を通過した平行光が、第１の光学系により第１の受光部に導かれ、第１のイメージセンサの複数の画素に入射する。第１のイメージセンサは受光量を示す信号を出力する。また、測定空間を通過した平行光が、第２の光学系により第２の受光部に導かれ、第２のイメージセンサの複数の画素に入射する。第２のイメージセンサは受光量を示す信号を出力する。
第１のイメージセンサおよび第２のイメージセンサの出力信号に基づいて、測定対象物が第１、第２または第３の状態のいずれにあるかが容易かつ正確に判定される。また、第１のイメージセンサの出力信号に基づいて第２の方向における測定対象物の位置が算出される。
さらに、第１のイメージセンサの出力信号に基づいて、第２の方向における測定対象物のエッジの位置が算出される。この場合、第１の方向において測定対象物を第１の焦点に移動させることにより、測定対象物のエッジの位置の測定精度を容易に向上させることができる。
（９）第２のイメージセンサは、第２の光学系により導かれた平行光の幅方向および厚み方向に二次元的に並ぶ複数の画素を有し、制御部は、第２のイメージセンサの出力信号に基づいて平行光の厚み方向に対する測定対象物のエッジの傾きを検出し、検出された傾きに基づいて、算出された測定対象物のエッジの位置を補正するように構成されてもよい。
この場合、測定空間を通過した平行光が、第２の光学系により第２の受光部に導かれ、第２のイメージセンサの二次元的に並ぶ複数の画素に入射する。それにより、第２のイメージセンサからの出力信号に基づいて、第２の受光部に導かれた平行光の幅方向および厚み方向における受光量分布が得られる。得られた受光量分布に基づいて、平行光の厚み方向に対する測定対象物のエッジの傾きを正確に検出することが可能になる。
検出された傾きに基づいて、算出された測定対象物のエッジの位置が補正される。それにより、平行光の幅方向および厚み方向における受光量分布を得るための新たな構成を必要とすることなく、低コストで測定対象物のエッジの位置の測定精度をより向上させることが可能になる。
（１０）光学測定装置は、受光量を示す信号を出力する第３の受光部と、測定空間を通過した平行光を第３の受光部に導く第３の光学系とをさらに備え、第３の受光部は、第３の光学系により導かれた平行光の幅方向および厚み方向に二次元的に並ぶ複数の画素を有する第３のイメージセンサを含み、制御部は、第３のイメージセンサの出力信号に基づいて平行光の厚み方向に対する測定対象物のエッジの傾きを検出し、検出された傾きに基づいて、算出された測定対象物のエッジの位置を補正するように構成されてもよい。
この場合、測定空間を通過した平行光が、第３の光学系により第３の受光部に導かれ、第３のイメージセンサの二次元的に並ぶ複数の画素に入射する。それにより、第３のイメージセンサからの出力信号に基づいて、第３の受光部に導かれた平行光の幅方向および厚み方向における受光量分布が得られる。得られた受光量分布に基づいて、平行光の厚み方向に対する測定対象物のエッジの傾きを正確に検出することが可能になる。検出された傾きに基づいて、算出された測定対象物のエッジの位置が補正される。それにより、簡単な構成で測定対象物のエッジの位置の測定精度をより向上させることが可能になる。

【産業上の利用可能性】

【0178】

本発明は、種々の光学測定装置および光学測定方法に有効に利用することができる。

【符号の説明】

【0179】

１ 光学測定装置
１０ 投光部
１０ａ，２０ａ，３０ａ 筐体
１１ 光源
１２ 拡散部
１３ 投光レンズ
２１ 第１のレンズ
２２ 絞り
２３ 第２のレンズ
２４ 第１のイメージセンサ
２５ ビームスプリッタ
２６ ハーフミラー
２７ 第２のイメージセンサ
２８ 第３のイメージセンサ
３０ コントローラ
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ Ａ／Ｄ変換器
３２ 信号処理部
４０ 表示装置
５０ プログラマブルコントローラ
６０ 移動装置
２０１ 第１の光学系
２０２ 第２の光学系
２０３ 第３の光学系
３２１ ＣＰＵ
３２２ データ用メモリ
３２３ プログラム用メモリ
３２４ 表示部
３２５ 操作部
３２６ 出力回路
５００ 測定対象物
６１２ 光ファイバ
６１０ 加熱炉
６１１ 母材
ＣＡ１，ＣＡ２，ＣＡ４，ＣＡ４ ケーブル
Ｅ１，Ｅ２ エッジ
ＦＰ１ 第１の焦点
ＦＰ２ 第２の焦点
ＭＡ 有効測定領域
ＭＳ 測定空間

【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】