知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024020620
(43)【公開日】2024-02-14
(54)【発明の名称】光学式変位計
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20240206BHJP
G01B 11/24 20060101ALI20240206BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 A
G01B11/24 K
【審査請求】有
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023206072
(22)【出願日】2023-12-06
(62)【分割の表示】P 2019203520の分割
【原出願日】2019-11-08
(71)【出願人】
【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】100108523
【弁理士】
【氏名又は名称】中川 雅博
(74)【代理人】
【識別番号】100187931
【弁理士】
【氏名又は名称】澤村 英幸
(72)【発明者】
【氏名】冬野 明
(57)【要約】
【課題】プロファイルの測定精度を低下させることなくワークに対する位置調整を容易に行うことが可能な光学式変位計を提供する。
【解決手段】撮像ヘッド１００は、測定光をワークＷに照射するレーザ投光部１１０と、一様な観察光をワークＷに照射するＬＥＤ投光部１２０と、ワークＷからの測定光および観察光の反射光を集束する受光レンズ１３２と、２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面を有する受光部１３１と、処理装置２００とを備える。レーザ投光部１１０、受光部１３１および受光レンズ１３２は、受光面を含む平面および受光レンズ１３２の主面を含む平面がレーザ投光部１１０の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置されることにより、測定時に測定光が照射される測定位置近傍の領域に、受光部１３１の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成される。
【選択図】図５
【解決手段】撮像ヘッド１００は、測定光をワークＷに照射するレーザ投光部１１０と、一様な観察光をワークＷに照射するＬＥＤ投光部１２０と、ワークＷからの測定光および観察光の反射光を集束する受光レンズ１３２と、２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面を有する受光部１３１と、処理装置２００とを備える。レーザ投光部１１０、受光部１３１および受光レンズ１３２は、受光面を含む平面および受光レンズ１３２の主面を含む平面がレーザ投光部１１０の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置されることにより、測定時に測定光が照射される測定位置近傍の領域に、受光部１３１の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成される。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象物のプロファイルを測定する光切断方式の光学式変位計であって、
第１の投光軸を有し、第１方向に延びる帯状のレーザ光、または前記第１方向に走査される点状のレーザ光を測定光として測定対象物に照射するためのレーザ投光部と、
一様な光を観察光として測定対象物に照射するためのＬＥＤ投光部と、
測定対象物からの測定光および観察光の反射光を集束する受光レンズと、
２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面を有し、前記受光レンズにより集束された光を受光して受光量分布を出力する受光部と、
測定時に前記受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定対象物のプロファイルを示すプロファイルデータを生成する処理と、前記受光部により出力された観察光の受光量分布に基づいて観察光が照射されている測定対象物の画像を観察画像として示す観察画像データを生成する処理とを実行するための処理装置とを備え、
前記レーザ投光部、前記受光部および前記受光レンズは、前記受光面を含む平面および前記受光レンズの主面を含む平面が前記第１の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置されることにより、前記測定時に前記測定光が照射される測定位置近傍の領域に、前記受光部の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成され、
前記ＬＥＤ投光部が、前記測定位置近傍の領域よりも前記第１方向と直交する第２方向に広い領域に前記観察光を照射することにより、前記観察画像には、前記測定位置近傍の領域から前記第２方向に離れるほど前記受光部の焦点の合致度合が低下していくことが使用者に視認可能な明るさで示されることを特徴とする、光学式変位計。
第１の投光軸を有し、第１方向に延びる帯状のレーザ光、または前記第１方向に走査される点状のレーザ光を測定光として測定対象物に照射するためのレーザ投光部と、
一様な光を観察光として測定対象物に照射するためのＬＥＤ投光部と、
測定対象物からの測定光および観察光の反射光を集束する受光レンズと、
２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面を有し、前記受光レンズにより集束された光を受光して受光量分布を出力する受光部と、
測定時に前記受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定対象物のプロファイルを示すプロファイルデータを生成する処理と、前記受光部により出力された観察光の受光量分布に基づいて観察光が照射されている測定対象物の画像を観察画像として示す観察画像データを生成する処理とを実行するための処理装置とを備え、
前記レーザ投光部、前記受光部および前記受光レンズは、前記受光面を含む平面および前記受光レンズの主面を含む平面が前記第１の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置されることにより、前記測定時に前記測定光が照射される測定位置近傍の領域に、前記受光部の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成され、
前記ＬＥＤ投光部が、前記測定位置近傍の領域よりも前記第１方向と直交する第２方向に広い領域に前記観察光を照射することにより、前記観察画像には、前記測定位置近傍の領域から前記第２方向に離れるほど前記受光部の焦点の合致度合が低下していくことが使用者に視認可能な明るさで示されることを特徴とする、光学式変位計。
【請求項2】
前記処理装置は、測定光および観察光が同時に出射されるように前記レーザ投光部および前記ＬＥＤ投光部を制御し、測定対象物における測定光が照射されている測定位置に測定光の輝線が重畳表示された観察画像データを生成する、請求項１記載の光学式変位計。
【請求項3】
前記処理装置は、測定光および観察光が交互に出射されるように前記レーザ投光部および前記ＬＥＤ投光部を制御し、前記受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定光が照射されている測定対象物の画像を測定画像として示す測定画像データを生成する処理と前記観察画像データを生成する処理とを交互に実行する、請求項１記載の光学式変位計。
【請求項4】
前記処理装置は、測定画像と観察画像とを自動的に切り替えて表示させる、請求項３記載の光学式変位計。
【請求項5】
前記処理装置は、観察画像データに測定画像データを合成し、測定対象物における測定光が照射されている測定位置に測定光の輝線が重畳表示された観察画像を表示させる、請求項３記載の光学式変位計。
【請求項6】
前記処理装置は、前記受光部の同一の露光期間内において、測定光および観察光が交互に出射されるように前記レーザ投光部および前記ＬＥＤ投光部を制御し、測定対象物における測定光が照射されている測定位置に測定光の輝線が重畳表示された観察画像を示す観察画像データを生成する、請求項１記載の光学式変位計。
【請求項7】
測定光と観察光とが同時に出射されることを禁止するように構成された排他制御回路をさらに備える、請求項３～６のいずれか一項に記載の光学式変位計。
【請求項8】
前記レーザ投光部、前記ＬＥＤ投光部、前記受光レンズおよび前記受光部を収容する内部空間を有するハウジング内部において、前記ＬＥＤ投光部は、前記レーザ投光部の前記第１の投光軸に略平行な第２の投光軸を有し、
前記ハウジングは、
前記第１および第２の投光軸に略垂直な第１の面と、
前記第１の面に対して傾斜した第２の面と、
前記第１の面に設けられ、前記レーザ投光部から測定対象物に照射される測定光が透過する測定窓と、
前記第１の面に設けられ、前記ＬＥＤ投光部から測定対象物に照射される観察光が透過する観察窓と、
前記第２の面に設けられ、測定対象物からの測定光および観察光の反射光が透過する受光窓とを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学式変位計。
前記ハウジングは、
前記第１および第２の投光軸に略垂直な第１の面と、
前記第１の面に対して傾斜した第２の面と、
前記第１の面に設けられ、前記レーザ投光部から測定対象物に照射される測定光が透過する測定窓と、
前記第１の面に設けられ、前記ＬＥＤ投光部から測定対象物に照射される観察光が透過する観察窓と、
前記第２の面に設けられ、測定対象物からの測定光および観察光の反射光が透過する受光窓とを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学式変位計。
【請求項9】
前記観察窓は、前記測定窓よりも前記受光窓に近い位置に設けられた、請求項８記載の光学式変位計。
【請求項10】
測定対象物からの反射光の光路上に設けられたバンドパスフィルタをさらに備え、
前記レーザ投光部は、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長を有する測定光を出射し、
前記ＬＥＤ投光部は、測定光の波長を含む波長範囲を有する観察光を出射し、
測定光の波長範囲内における前記バンドパスフィルタの透過率は、測定光の波長範囲外における前記バンドパスフィルタの透過率よりも高い、請求項１～９のいずれか一項に記載の光学式変位計。
前記レーザ投光部は、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長を有する測定光を出射し、
前記ＬＥＤ投光部は、測定光の波長を含む波長範囲を有する観察光を出射し、
測定光の波長範囲内における前記バンドパスフィルタの透過率は、測定光の波長範囲外における前記バンドパスフィルタの透過率よりも高い、請求項１～９のいずれか一項に記載の光学式変位計。
【請求項11】
前記処理装置は、前記受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定光が照射されている測定対象物の画像を測定画像として示す測定画像データとプロファイルデータとを合成することによりプロファイルに測定光の輝線が重畳表示された第１の合成画像を示す合成画像データを生成し、前記第１の合成画像と前記観察画像とを表示させる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学式変位計。
【請求項12】
測定対象物のプロファイルを測定する光切断方式の光学式変位計であって、
第１の投光軸を有し、一方向に延びる帯状のレーザ光、または前記一方向に走査される点状のレーザ光を測定光として測定対象物に照射するためのレーザ投光部と、
一様な光を観察光として測定対象物に照射するためのＬＥＤ投光部と、
測定対象物からの測定光および観察光の反射光を集束する受光レンズと、
２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面を有し、前記受光レンズにより集束された光を受光して受光量分布を出力する受光部と、
測定時に前記受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定対象物のプロファイルを示すプロファイルデータを生成する処理と、前記受光部により出力された観察光の受光量分布に基づいて観察光が照射されている測定対象物の画像を観察画像として示す観察画像データを生成する処理とを実行するための処理装置とを備え、
前記レーザ投光部、前記受光部および前記受光レンズは、前記受光面を含む平面および前記受光レンズの主面を含む平面が前記第１の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置されることにより、前記測定時に前記測定光が照射される測定位置近傍の領域に、前記受光部の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成され、
前記処理装置は、前記受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定光が照射されている測定対象物の画像を測定画像として示す測定画像データとプロファイルデータとを合成することによりプロファイルに測定光の輝線が重畳表示された第１の合成画像を示す合成画像データを生成し、前記第１の合成画像と前記観察画像とを表示させることを特徴とする、光学式変位計。
第１の投光軸を有し、一方向に延びる帯状のレーザ光、または前記一方向に走査される点状のレーザ光を測定光として測定対象物に照射するためのレーザ投光部と、
一様な光を観察光として測定対象物に照射するためのＬＥＤ投光部と、
測定対象物からの測定光および観察光の反射光を集束する受光レンズと、
２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面を有し、前記受光レンズにより集束された光を受光して受光量分布を出力する受光部と、
測定時に前記受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定対象物のプロファイルを示すプロファイルデータを生成する処理と、前記受光部により出力された観察光の受光量分布に基づいて観察光が照射されている測定対象物の画像を観察画像として示す観察画像データを生成する処理とを実行するための処理装置とを備え、
前記レーザ投光部、前記受光部および前記受光レンズは、前記受光面を含む平面および前記受光レンズの主面を含む平面が前記第１の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置されることにより、前記測定時に前記測定光が照射される測定位置近傍の領域に、前記受光部の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成され、
前記処理装置は、前記受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定光が照射されている測定対象物の画像を測定画像として示す測定画像データとプロファイルデータとを合成することによりプロファイルに測定光の輝線が重畳表示された第１の合成画像を示す合成画像データを生成し、前記第１の合成画像と前記観察画像とを表示させることを特徴とする、光学式変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定対象物のプロファイルを測定する光切断方式の光学式変位計に関する。
【背景技術】
【0002】
測定対象物（以下、ワークと呼ぶ。）のプロファイルを測定するために、光切断方式の光学式変位計が用いられることがある。例えば、特許文献１に記載された光学式変位計においては、レーザダイオードから線状の計測光がワーク上に照射され、その反射光が２次元のＣＣＤ（電荷結合素子）により受光される。ＣＣＤにより生成される映像信号に基づいて、ワークの高さ方向の変位が測定される。
【0003】
使用者は、ワークの所望位置を正確に測定するために、光学式変位計とワークとの相対位置を調整することにより計測光の照射位置をワークの計測したい位置に正確に一致させなければならない。しかしながら、光学式変位計とワークとが近接している場合には、計測光の照射位置を肉眼で観察することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第０１／７３３７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載された光学式変位計においては、ワークの正視画像を取得するためにＣＣＤがワークに対して物理的または光学的に正対視される。この構成においては、全体的に鮮明なワークの画像を取得することができ、光学式変位計の位置調整が容易となるが、ワークの計測位置上に高さが大きく異なる部分が存在する場合、計測位置の各部分にＣＣＤの焦点が一致した斜視画像を取得することができない。この場合、計測位置の高さに応じて変位の測定精度が異なるため、ワークのプロファイルを高い精度で測定することができない。
【0006】
本発明の目的は、プロファイルの測定精度を低下させることなくワークに対する位置調整を容易に行うことが可能な光学式変位計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第１の発明に係る光学式変位計は、測定対象物のプロファイルを測定する光切断方式の光学式変位計であって、第１の投光軸を有し、第１方向に延びる帯状のレーザ光、または第１方向に走査される点状のレーザ光を測定光として測定対象物に照射するためのレーザ投光部と、一様な光を観察光として測定対象物に照射するためのＬＥＤ投光部と、測定対象物からの測定光および観察光の反射光を集束する受光レンズと、２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面を有し、受光レンズにより集束された光を受光して受光量分布を出力する受光部と、測定時に受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定対象物のプロファイルを示すプロファイルデータを生成する処理と、受光部により出力された観察光の受光量分布に基づいて観察光が照射されている測定対象物の画像を観察画像として示す観察画像データを生成する処理とを実行するための処理装置とを備え、レーザ投光部、受光部および受光レンズは、受光面を含む平面および受光レンズの主面を含む平面が第１の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置されることにより、測定時に測定光が照射される測定位置近傍の領域に、受光部の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成され、ＬＥＤ投光部が、測定位置近傍の領域よりも第１方向と直交する第２方向に広い領域に観察光を照射することにより、観察画像には、測定位置近傍の領域から第２方向に離れるほど受光部の焦点の合致度合が低下していくことが使用者に視認可能な明るさで示されることを特徴とする。
【0008】
この光学式変位計においては、一方向に延びる帯状のレーザ光、または一方向に走査される点状のレーザ光が測定光としてレーザ投光部により測定対象物に照射される。測定対象物から反射された測定光が受光レンズにより集束される。受光レンズにより集束された測定光が受光部の２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面により受光され、受光量分布が出力される。測定時に受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて、測定対象物のプロファイルを示すプロファイルデータが生成される。
【0009】
また、一様な光が観察光としてＬＥＤ投光部により測定対象物に照射される。測定対象物から反射された観察光が受光レンズにより集束される。受光レンズにより集束された観察光が受光部の受光面により受光され、受光量分布が出力される。受光部により出力された観察光の受光量分布に基づいて、観察光が照射されている測定対象物の画像を観察画像として示す観察画像データが生成される。
【0010】
ここで、レーザ投光部、受光部および受光レンズは、受光部の受光面を含む平面および受光レンズの主面を含む平面がレーザ投光部の第１の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置される。この場合、測定対象物に高さが大きく異なる部分が存在する場合でも、測定時に測定光が照射される測定位置近傍の領域に、受光部の焦点が相対的に合致する。そのため、プロファイルデータが高い精度で生成される。
【0011】
また、測定時に測定光が照射される測定位置近傍の領域に、受光部の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成される。これにより、観察画像には、測定対象物における測定光による測定位置が鮮明に現れる。したがって、使用者は、観察画像における測定対象物の所望の部分が鮮明になるように光学式変位計または測定対象物の位置を調整することにより、測定対象物に対する光学式変位計の位置調整を容易に行うことが可能になる。これらの結果、プロファイルの測定精度を低下させることなく測定対象物に対する光学式変位計の位置調整を容易に行うことができる。
【0012】
処理装置は、測定光および観察光が同時に出射されるようにレーザ投光部およびＬＥＤ投光部を制御し、測定対象物における測定光が照射されている測定位置に測定光の輝線が重畳表示された観察画像データを生成してもよい。
【0013】
この場合、観察画像には、測定対象物における測定光が照射されている測定位置が輝線として鮮明に現れる。使用者は、観察画像における測定対象物の所望の部分に輝線が重なるように光学式変位計または測定対象物の位置を調整することにより、測定対象物に対する光学式変位計の位置調整をより容易にかつより精密に行うことができる。
【0014】
処理装置は、測定光および観察光が交互に出射されるようにレーザ投光部およびＬＥＤ投光部を制御し、受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定光が照射されている測定対象物の画像を測定画像として示す測定画像データを生成する処理と観察画像データを生成する処理とを交互に実行してもよい。
【0015】
この場合、測定画像には、測定光の輝線が現れる。使用者は、測定画像における測定光の輝線と観察画像における測定対象物とを視認しつつ、光学式変位計または測定対象物の位置を調整することが可能になる。これにより、測定対象物に対する光学式変位計の位置調整を精密に行うことができる。
【0016】
処理装置は、測定画像と観察画像とを自動的に切り替えて表示させてもよい。この場合、使用者は、自動的に切り替えて表示される測定画像と観察画像とを視認しつつ、測定画像における輝線が観察画像における測定対象物の所望の部分に重なるように光学式変位計または測定対象物の位置を調整することが可能になる。これにより、測定対象物に対する光学式変位計の位置調整をより容易にかつより精密に行うことができる。
【0017】
処理装置は、観察画像データに測定画像データを合成し、測定対象物における測定光が照射されている測定位置に測定光の輝線が重畳表示された観察画像を表示させてもよい。この場合、使用者は、観察画像における輝線が測定対象物の所望の部分に重なるように光学式変位計または測定対象物の位置を調整することが可能になる。これにより、測定対象物に対する光学式変位計の位置調整をより容易にかつより精密に行うことができる。
【0018】
処理装置は、受光部の同一の露光期間内において、測定光および観察光が交互に出射されるようにレーザ投光部およびＬＥＤ投光部を制御し、測定対象物における測定光が照射されている測定位置に測定光の輝線が重畳表示された観察画像を示す観察画像データを生成してもよい。
【0019】
この場合、観察画像には、測定対象物における測定光が照射されている測定位置が輝線として鮮明に現れる。使用者は、観察画像における測定対象物の所望の部分に輝線が重なるように光学式変位計または測定対象物の位置を調整することにより、測定対象物に対する光学式変位計の位置調整をより容易にかつより精密に行うことができる。
【0020】
光学式変位計は、測定光と観察光とが同時に出射されることを禁止するように構成された排他制御回路をさらに備えてもよい。
【0021】
光学式変位計から出射される光の強度が所定の上限値を超えないように制限されることが望まれることがある。上記の構成によれば、測定光と観察光とが同時に出射されることが排他制御回路により禁止されるので、測定光の強度が上限値である場合でも、光学式変位計から出射される光の強度が上限値を超えることがない。したがって、測定光の強度を上限値に維持することが可能となる。これにより、測定光の強度不足による処理効率の低下を防止することができる。
【0022】
レーザ投光部、ＬＥＤ投光部、受光レンズおよび受光部を収容する内部空間を有するハウジング内部において、ＬＥＤ投光部は、レーザ投光部の第１の投光軸に略平行な第２の投光軸を有し、ハウジングは、第１および第２の投光軸に略垂直な第１の面と、第１の面に対して傾斜した第２の面と、第１の面に設けられ、レーザ投光部から測定対象物に照射される測定光が透過する測定窓と、第１の面に設けられ、ＬＥＤ投光部から測定対象物に照射される観察光が透過する観察窓と、第２の面に設けられ、測定対象物からの測定光および観察光の反射光が透過する受光窓とを含んでもよい。この場合、シャインプルーフの条件を成立しつつレーザ投光部、ＬＥＤ投光部および撮像部をコンパクトに収容することができる。
【0023】
観察窓は、測定窓よりも受光窓に近い位置に設けられてもよい。この場合、観察窓、測定窓および受光窓が並ぶ方向において、ハウジングが大型化することを防止することができる。
【0024】
光学式変位計は、測定対象物からの反射光の光路上に設けられたバンドパスフィルタをさらに備え、レーザ投光部は、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長を有する測定光を出射し、ＬＥＤ投光部は、測定光の波長を含む波長範囲を有する観察光を出射し、測定光の波長範囲内におけるバンドパスフィルタの透過率は、測定光の波長範囲外におけるバンドパスフィルタの透過率よりも高くてもよい。
【0025】
この場合、バンドパスフィルタは、測定光または測定光と略等しい波長を有する観察光の成分を透過させ、他の波長を有する観察光の成分および外乱光を遮蔽する。そのため、プロファイルデータおよび観察画像データを正確に生成することができる。また、測定光は４００ｎｍ以上の波長を有するので、使用者は測定光を肉眼で容易に認識することができる。これにより、光学式変位計の使い易さが向上する。さらに、測定光は４８０ｎｍ以下の波長を有するので、プロファイルデータを高い精度で生成することができる。
【0026】
処理装置は、受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定光が照射されている測定対象物の画像を測定画像として示す測定画像データとプロファイルデータとを合成することによりプロファイルに測定光の輝線が重畳表示された第１の合成画像を示す合成画像データを生成し、第１の合成画像と観察画像とを表示させてもよい。
【0027】
第２の発明に係る光学式変位計は、測定対象物のプロファイルを測定する光切断方式の光学式変位計であって、第１の投光軸を有し、一方向に延びる帯状のレーザ光、または一方向に走査される点状のレーザ光を測定光として測定対象物に照射するためのレーザ投光部と、一様な光を観察光として測定対象物に照射するためのＬＥＤ投光部と、測定対象物からの測定光および観察光の反射光を集束する受光レンズと、２次元に配置された複数の受光素子により構成される受光面を有し、受光レンズにより集束された光を受光して受光量分布を出力する受光部と、測定時に受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定対象物のプロファイルを示すプロファイルデータを生成する処理と、受光部により出力された観察光の受光量分布に基づいて観察光が照射されている測定対象物の画像を観察画像として示す観察画像データを生成する処理とを実行するための処理装置とを備え、レーザ投光部、受光部および受光レンズは、受光面を含む平面および受光レンズの主面を含む平面が第１の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置されることにより、測定時に測定光が照射される測定位置近傍の領域に、受光部の焦点が相対的に合致した観察画像を示す観察画像データが生成され、処理装置は、受光部により出力された測定光の受光量分布に基づいて測定光が照射されている測定対象物の画像を測定画像として示す測定画像データとプロファイルデータとを合成することによりプロファイルに測定光の輝線が重畳表示された第１の合成画像を示す合成画像データを生成し、第１の合成画像と観察画像とを表示させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、プロファイルの測定精度を低下させることなく測定対象物に対する光学式変位計の位置調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】第１の実施の形態に係る光学式変位計の構成を示すブロック図である。
【図6】光学フィルタの通過波長帯域の一例を示す図である。
【図7】ワークの表面における測定光の照射位置と受光部における光の入射位置との関係を示す図である。
【図8】ワークの表面における測定光の照射位置と受光部における光の入射位置との関係を示す図である。
【図9】ワークの表面における測定光の照射位置と受光部における光の入射位置との関係を示す図である。
【図10】受光部の受光面における受光量分布を示す図である。
【図14】表示部の画面の一例を示す図である。
【図15】表示部の画面の一例を示す図である。
【図16】画像表示領域の他の表示例を示す図である。
【図17】画像表示領域のさらに他の表示例を示す図である。
【図18】測定画像生成部により生成された測定画像データに基づく測定画像を示す図である。
【図19】観察画像生成部により生成された観察画像データに基づく測定画像を示す図である。
【図20】撮像ヘッドに与えられる制御パルスのタイムチャートである。
【図21】排他制御回路の一例を示す図である。
【図22】ハウジングの他の例を示す図である。
【図23】ハウジングのさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
［１］第１の実施の形態
（１）光学式変位計の構成
以下、本発明の実施の形態に係る光学式変位計として、光切断方式の光学式変位計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式変位計の構成を示すブロック図である。図１に示すように、光学式変位計５００は、撮像ヘッド１００、処理装置２００、入力部３００および表示部４００を備える。撮像ヘッド１００は、処理装置２００に対して着脱可能に構成される。撮像ヘッド１００と処理装置２００とは一体的に構成されてもよい。
（１）光学式変位計の構成
以下、本発明の実施の形態に係る光学式変位計として、光切断方式の光学式変位計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式変位計の構成を示すブロック図である。図１に示すように、光学式変位計５００は、撮像ヘッド１００、処理装置２００、入力部３００および表示部４００を備える。撮像ヘッド１００は、処理装置２００に対して着脱可能に構成される。撮像ヘッド１００と処理装置２００とは一体的に構成されてもよい。
【0031】
撮像ヘッド１００は、レーザ投光部１１０、ＬＥＤ投光部１２０および撮像部１３０を含む。レーザ投光部１１０は、一方向に延びる帯状の測定光を測定対象物（以下、ワークＷと呼ぶ。）に照射可能に構成される。レーザ投光部１１０は、一方向に延びる帯状の測定光に代えて、一方向に走査される点状の光を測定光としてワークＷに照射可能に構成されてもよい。ＬＥＤ投光部１２０は、ワークＷに一様な観察光を照射可能に構成される。撮像部１３０は、ワークＷにより反射された測定光または観察光を受光し、受光量分布を出力する。
【0032】
処理装置２００は、記憶部２０１および制御部２０２を含む。記憶部２０１は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ハードディスクまたは半導体メモリ等により構成され、測定プログラムを記憶する。制御部２０２は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。
【0033】
また、処理装置２００は、機能部として、設定部２１０、ヘッド制御部２２０、測定画像生成部２３０、観察画像生成部２４０、プロファイル生成部２５０、計測部２６０および表示処理部２７０を含む。制御部２０２が記憶部２０１に記憶された測定プログラムを実行することにより処理装置２００の機能部が実現される。処理装置２００の機能部の一部または全てが電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。
【0034】
処理装置２００の表示処理部２７０は、観察画像、測定画像および合成画像（それぞれ後述）の表示を切り替えることができる。設定部２１０は、入力部３００により与えられる指定に基づいて、表示部４００に表示する画像を観察画像、測定画像および合成画像のいずれかに設定する。
【0035】
また、設定部２１０は、入力部３００により与えられる指定に基づいて、測定光の明るさ（強度）、観察光の明るさ（強度）または撮像部１３０の露光期間等の撮像条件を設定する。使用者は、入力部３００を操作することにより、撮像条件を設定部２１０に指定することができる。ヘッド制御部２２０は、設定部２１０に設定された撮像条件に基づいてレーザ投光部１１０、ＬＥＤ投光部１２０および撮像部１３０の動作を制御する。
【0036】
測定画像生成部２３０は、撮像部１３０により出力された測定光の受光量分布に基づいて、測定光が照射されたときのワークＷの画像（以下、測定画像と呼ぶ。）を示す測定画像データを生成する。観察画像生成部２４０は、撮像部１３０により出力された観察光を含む光の受光量分布に基づいて、観察光を含む光が照射されたときのワークＷの画像（以下、観察画像と呼ぶ。）を示す観察画像データを生成する。
【0037】
なお、本発明における「観察画像」とは、レーザ投光部１１０が点灯状態であるか否かを問わず、ＬＥＤ投光部１２０がワークＷに観察光を照射し、撮像部１３０がワークＷを撮像することにより生成された画像データが示す画像である。本発明における「測定画像
」とは、レーザ投光部１１０が測定光を照射し、ＬＥＤ投光部１２０がワークＷに観察光を照射していない状態で、撮像部１３０がワークＷを撮像することにより生成された画像データが示す画像である。本発明における「合成画像」とは、プロファイルを測定画像上または観察画像上に重畳表示するように生成された画像データが示す画像である。
」とは、レーザ投光部１１０が測定光を照射し、ＬＥＤ投光部１２０がワークＷに観察光を照射していない状態で、撮像部１３０がワークＷを撮像することにより生成された画像データが示す画像である。本発明における「合成画像」とは、プロファイルを測定画像上または観察画像上に重畳表示するように生成された画像データが示す画像である。
【0038】
プロファイル生成部２５０は、測定画像生成部２３０により生成された測定画像データに基づいてワークＷのプロファイルを示すプロファイルデータを生成する。計測部２６０は、プロファイル生成部２５０により生成されたプロファイルデータに基づいて計測処理を行う。ここで、計測処理とは、プロファイルデータに基づいてワークＷの表面の任意の部分の寸法（変位）を算出する処理である。使用者は、入力部３００を操作することにより、計測処理を行うワークＷの所望の部分をプロファイルデータ上に指定することができる。
【0039】
表示処理部２７０は、測定画像、観察画像、プロファイルまたは計測部２６０による計測結果を示す画像等の種々の画像を表示部４００に表示させる。使用者は、入力部３００を操作することにより、表示される画像を表示処理部２７０に指定し、または表示される画像の切り替えを表示処理部２７０に指示することができる。表示処理部２７０の詳細については後述する。
【0040】
入力部３００は、キーボードおよびポインティングデバイスを含み、使用者により操作可能に構成される。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。また、入力部３００として専用のコンソールを用いてもよい。表示部４００は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。
【0041】
（２）撮像ヘッド
図２は、図１の撮像ヘッド１００を示す外観斜視図である。図３は、図１の撮像ヘッド１００を示す底面図である。図２および図３に示すように、撮像ヘッド１００においてハウジング１４０は、略直方体の外観形状および内部空間を有する。レーザ投光部１１０、ＬＥＤ投光部１２０および撮像部１３０は、ハウジング１４０の内部空間に収容される。ハウジング１４０には、互いに直交する幅方向、長手方向および上下方向が定義される。
図２は、図１の撮像ヘッド１００を示す外観斜視図である。図３は、図１の撮像ヘッド１００を示す底面図である。図２および図３に示すように、撮像ヘッド１００においてハウジング１４０は、略直方体の外観形状および内部空間を有する。レーザ投光部１１０、ＬＥＤ投光部１２０および撮像部１３０は、ハウジング１４０の内部空間に収容される。ハウジング１４０には、互いに直交する幅方向、長手方向および上下方向が定義される。
【0042】
ハウジング１４０の下部には、下面１４１および傾斜面１４２が設けられる。また、ハウジング１４０の下部における長手方向の略中央部には、上方に凹む凹部１４３が形成される。下面１４１は、上下方向に略直交し、下方を向く。傾斜面１４２は、凹部１４３に位置し、斜め下方を向く。下面１４１には、測定窓１４４および観察窓１４５が形成される。傾斜面１４２には、受光窓１４６が形成される。
【0043】
測定窓１４４は、幅方向に延びる略矩形状を有し、ハウジング１４０に収容された図１のレーザ投光部１１０からの帯状の測定光を下方に透過可能に配置される。観察窓１４５は、略正方形状を有し、ハウジング１４０に収容された図１のＬＥＤ投光部１２０からの観察光を下方に透過可能に幅方向の略中央部に配置される。受光窓１４６は、円形状を有し、斜め下方からの光をハウジング１４０に収容された図１の撮像部１３０に透過可能に幅方向の略中央部に配置される。
【0044】
本例では、観察窓１４５は、測定窓１４４と凹部１４３との間に位置する。すなわち、観察窓１４５は、長手方向において測定窓１４４よりも受光窓１４６に近い位置に設けられる。この配置によれば、長手方向において、ハウジング１４０が大型化することを防止することができる。
【0045】
図４および図５は、図１のレーザ投光部１１０、ＬＥＤ投光部１２０および撮像部１３０の配置を説明するための図である。図４は長手方向に見た撮像ヘッド１００を示し、図５は幅方向に見た撮像ヘッド１００を示す。図４に示すように、レーザ投光部１１０は、ＬＤ（レーザダイオード）１１１、コリメータレンズ１１２および投光レンズ１１３，１１４を含む。
【0046】
ＬＤ１１１、コリメータレンズ１１２および投光レンズ１１３，１１４は、この順で上方から下方に並ぶようにハウジング１４０内に配置される。投光レンズ１１４の下方には、図２の測定窓１４４が位置する。ＬＤ１１１、コリメータレンズ１１２および投光レンズ１１３，１１４により形成されるレーザ投光部１１０の投光軸は、上下方向に略平行であり、ハウジング１４０の下面１４１と略直交する。
【0047】
ＬＤ１１１は、例えば４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長を有するレーザ光を測定光として下方に出射する。コリメータレンズ１１２は、ＬＤ１１１により出射された測定光を平行化しつつ透過させる。投光レンズ１１３，１１４は、コリメータレンズ１１２により平行化された測定光を幅方向に帯状に拡張しつつ透過させる。投光レンズ１１３，１１４により帯状に拡張された測定光は、測定窓１４４を透過してワークＷに照射される。
【0048】
ＬＥＤ投光部１２０は、ＬＥＤにより実現され、図２の観察窓１４５に近接するようにハウジング１４０内に配置される。ＬＥＤ投光部１２０の投光軸は、上下方向に略平行であり、ハウジング１４０の下面１４１と略直交する。すなわち、レーザ投光部１１０の投光軸と略平行である。ＬＥＤ投光部１２０は、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長を有する光を観察光として下方に出射する。ＬＥＤ投光部１２０により出射された観察光は、観察窓１４５を透過してワークＷに照射される。
【0049】
図５に示すように、撮像部１３０は、受光部１３１、受光レンズ１３２および光学フィルタ１３３を含む。受光部１３１は、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサであり、複数の受光素子が２次元に配置された受光面を有する。受光素子は、例えばフォトダイオードである。受光部１３１および受光レンズ１３２は、受光部１３１の受光面を含む平面と受光レンズ１３２の主面を含む平面とがレーザ投光部１１０の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するようにハウジング１４０内に配置される。
【0050】
受光レンズ１３２は、図２の受光窓１４６に近接しかつ主面がハウジング１４０の傾斜面１４２と略平行になるように設けられる。これらの配置によれば、ハウジング１４０は、上記のシャインプルーフの条件を成立しつつレーザ投光部１１０、ＬＥＤ投光部１２０および撮像部１３０をコンパクトに収容することができる。
【0051】
受光レンズ１３２は、ワークＷから反射して受光窓１４６を透過した測定光または観察光を集束しつつ受光部１３１に導く。受光部１３１は、受光レンズ１３２により集束された測定光または観察光を光学フィルタ１３３を通して受光し、受光量分布を出力する。
【0052】
光学フィルタ１３３は、例えばバンドパスフィルタであり、受光部１３１の受光面に取り付けられる。図６は、光学フィルタ１３３の通過波長帯域の一例を示す図である。図６の横軸は光の波長を示し、縦軸は規格化された光の強度を示す。また、測定光の波長分布が実線で示され、観察光の波長分布が点線で示され、光学フィルタ１３３の通過波長帯域がハッチングパターンで示される。
【0053】
図６の例では、測定光の波長は約４５０ｎｍであり、観察光の中心波長は測定光の波長と略一致する。光学フィルタ１３３は、波長４５０ｎｍ付近の光を通過させ、他の波長帯域の光を遮蔽する。この場合、測定光または測定光と略等しい波長を有する観察光の成分は、光学フィルタ１３３を通過して受光部１３１により受光される。一方、測定光とは離間した波長を有する観察光の成分およびその他の外乱光は、光学フィルタ１３３により遮蔽される。
【0054】
この場合、プロファイルデータおよび観察画像データを正確に生成することができる。また、測定光は４００ｎｍ以上の波長を有するので、使用者は測定光を肉眼で容易に認識することができる。これにより、光学式変位計５００の使い易さが向上する。さらに、測定光は４８０ｎｍ以下の波長を有するので、プロファイルデータを高い精度で生成することができる。
【0055】
なお、図６の例では、観察光の中心波長は測定光の波長と略一致するが、実施の形態はこれに限定されない。観察光の波長分布の範囲内に測定光の波長が含まれる限り、観察光の中心波長は測定光の波長と一致しなくてもよい。また、測定光の波長範囲内における光学フィルタ１３３の透過率が測定光の波長範囲外における光学フィルタ１３３の透過率よりも高い限り、光学フィルタ１３３の通過波長帯域は図６の例よりも狭くてもよいし、広くてもよい。
【0056】
（３）プロファイルデータの生成
図７は、撮像ヘッド１００およびワークＷの外観斜視図である。図８および図９は、ワークＷの表面における測定光の照射位置と受光部１３１における光の入射位置との関係を示す図である。図７～図９では、水平面内で互いに直交する２方向をＸ１方向およびＹ１方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ１，Ｙ１で示す。また、鉛直方向をＺ１方向と定義し、矢印Ｚ１で示す。Ｘ１方向、Ｙ１方向およびＺ１方向は、図２のハウジング１４０の幅方向、長手方向および上下方向にそれぞれ一致する。図８および図９では、受光部１３１の受光面上で互いに直交する２方向をＸ２方向およびＺ２方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ２，Ｚ２で示す。
図７は、撮像ヘッド１００およびワークＷの外観斜視図である。図８および図９は、ワークＷの表面における測定光の照射位置と受光部１３１における光の入射位置との関係を示す図である。図７～図９では、水平面内で互いに直交する２方向をＸ１方向およびＹ１方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ１，Ｙ１で示す。また、鉛直方向をＺ１方向と定義し、矢印Ｚ１で示す。Ｘ１方向、Ｙ１方向およびＺ１方向は、図２のハウジング１４０の幅方向、長手方向および上下方向にそれぞれ一致する。図８および図９では、受光部１３１の受光面上で互いに直交する２方向をＸ２方向およびＺ２方向と定義し、それぞれ矢印Ｘ２，Ｚ２で示す。
【0057】
図７の例では、ワークＷの表面にＹ１方向に延びる断面台形状の溝が形成される。撮像ヘッド１００は、Ｘ１方向に沿った帯状の測定光をワークＷの表面に照射する。以下、帯状の測定光が照射されるワークＷの表面の線状の領域を照射領域Ｔ１と呼ぶ。図８に示すように、照射領域Ｔ１で反射される測定光が、受光レンズ１３２を通して受光部１３１に入射する。この場合、照射領域Ｔ１における光の反射位置がＺ１方向に異なると、受光部１３１への反射光の入射位置がＺ２方向に異なる。
【0058】
また、図９に示すように、照射領域Ｔ１における光の反射位置がＸ１方向に異なると、受光部１３１への反射光の入射位置がＸ２方向に異なる。これにより、受光部１３１のＺ２方向における光の入射位置が、照射領域Ｔ１のＺ１方向における位置（高さ）を表し、受光部１３１のＸ２方向における光の入射位置が、照射領域Ｔ１におけるＸ１方向の位置を表す。
【0059】
図１０は、受光部１３１の受光面における受光量分布を示す図である。図１０に示すように、受光部１３１の複数の画素ｐは、Ｘ２方向およびＺ２方向に沿うように２次元に配置される。Ｚ２方向に沿った複数の画素ｐの列の各々を画素列ＳＳと呼ぶ。図７の照射領域Ｔ１で反射された光は、主として図１０に示される受光領域Ｒ１に入射する。それにより、受光領域Ｒ１に位置する画素ｐの受光量が大きくなる。図１０の測定光の受光量分布に基づいて測定画像データが図１の測定画像生成部２３０により生成される。
【0060】
測定画像データに基づいて画素列ＳＳごとの波形データが図１のプロファイル生成部２５０により生成される。図１１は、図１０の１つの画素列ＳＳにおける波形データを示す図である。図１１において、横軸はＺ２方向の位置を示し、縦軸は受光量を示す。図１１に示すように、１つの画素列ＳＳにおける波形データには、図１０の受光領域Ｒ１に対応するピークＰ（極大値）が現れる。ピークＰのＺ２方向における位置（以下、ピーク位置ＰＰと呼ぶ。）は、照射領域Ｔ１におけるワークＷの表面（反射面）の高さを示す。
【0061】
複数の画素列ＳＳに対応する複数の波形データの各々において１つのピーク位置ＰＰがプロファイル生成部２５０により検出される。また、複数のピーク位置ＰＰに基づいて、ワークＷのプロファイル（照射領域Ｔ１の形状）を示すプロファイルデータがプロファイル生成部２５０により生成される。
【0062】
図１２は、図１０の受光量分布における全てのピーク位置ＰＰを示す図である。図１３は、図１２のピーク位置ＰＰに基づいて生成されたプロファイルデータを示す図である。図１２および図１３に示すように、検出された全てのピーク位置ＰＰが、連続的な線として示されることにより、ワークＷのプロファイルを示すプロファイルデータが生成される。
【0063】
（４）画像の取得条件設定
上記のように、光学式変位計５００は、観察画像と測定画像と合成画像との表示切替および画像生成条件を指定することができる。本実施の形態では、図１のＬＥＤ投光部１２０は、レーザ投光部１１０と同時に点灯するように制御される。すなわち、観察光と測定光とは同時に出射される。ここで、レーザ投光部１１０および撮像部１３０にはシャインプルーフの条件が成立しているので、ワークＷに高さが大きく異なる部分が存在する場合でも、ワークＷにおける測定光による測定位置の全部に受光部１３１の焦点が一致する。そのため、ワークＷにおける測定光の照射部分とその近傍領域とを示す観察画像データが生成される。
上記のように、光学式変位計５００は、観察画像と測定画像と合成画像との表示切替および画像生成条件を指定することができる。本実施の形態では、図１のＬＥＤ投光部１２０は、レーザ投光部１１０と同時に点灯するように制御される。すなわち、観察光と測定光とは同時に出射される。ここで、レーザ投光部１１０および撮像部１３０にはシャインプルーフの条件が成立しているので、ワークＷに高さが大きく異なる部分が存在する場合でも、ワークＷにおける測定光による測定位置の全部に受光部１３１の焦点が一致する。そのため、ワークＷにおける測定光の照射部分とその近傍領域とを示す観察画像データが生成される。
【0064】
生成された観察画像データに基づいて観察画像が表示部４００に表示される。図１４および図１５は、表示部４００の画面の一例を示す図である。図１４に示すように、表示部４００の画面には、画像表示領域４１０および指定受付領域４２０が並ぶように設けられる。画像表示領域４１０には、種々の画像を表示可能である。図１４および図１５の例では、画像表示領域４１０に観察画像が表示されている。
【0065】
指定受付領域４２０には、操作ボタン、操作バーまたは数値入力欄等を含むＧＵＩ（Graphical User Interface）が表示される。使用者は、図１の入力部３００を用いて指定受付領域４２０のＧＵＩを操作することにより、撮像条件を指定することができる。図１の設定部２１０は、指定受付領域４２０を通して与えられる指定に基づいて撮像条件を設定する。
【0066】
図１４に示すように、観察画像には、ワークＷにおける測定光の照射部分が輝線として鮮明に現れる。しかしながら、図１４の例では、観察光の明るさが小さいため、ワークＷにおける測定光の照射部分の近傍領域は鮮明には現れていない。この場合、使用者は、指定受付領域４２０のＧＵＩを操作することにより、観察光の明るさを大きくする。これにより、図１５に示すように、ワークＷにおける測定光の照射部分とその近傍領域とが鮮明に現れかつ他の領域が不鮮明となった観察画像を画像表示領域４１０に表示させることができる。
【0067】
使用者は、画像表示領域４１０に表示された観察画像を視認しつつ、観察画像におけるワークＷの所望の部分が鮮明になるように撮像ヘッド１００とワークＷとの位置調整を行う。これにより、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整を容易に行うことができる。また、使用者は、観察画像におけるワークＷの所望の部分に輝線が重なるように撮像ヘッド１００またはワークＷの位置を調整することにより、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整をより精密に行うことができる。
【0068】
なお、観察画像には、ワークＷにおける測定光の照射部分が鮮明に現れることが重要であり、照射部分の近傍領域がどの程度鮮明に現れるべきかは、観察状況により異なる。そのため、ＬＥＤ投光部１２０の自動点灯および観察光の明るさの自動調整が行われる場合、光学式変位計５００の使い易さがかえって低下する。そこで、本例では、ＬＥＤ投光部１２０の自動点灯は行われず、使用者の指示に応答してＬＥＤ投光部１２０が点灯する。また、観察光の明るさの自動調整は行われず、使用者の手動による指定に応答して観察光の明るさが調整される。
【0069】
画像表示領域４１０には、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整を容易にする他の画像を表示可能である。図１６は、画像表示領域４１０の他の表示例を示す図である。図１の表示処理部２７０は、測定画像データとプロファイルデータとを合成することにより、測定画像にプロファイルが重ね合わされた第１の合成画像を示す第１の合成画像データを生成する。図１６の画像表示領域４１０には、第１の合成画像データに基づく第１の合成画像が表示されている。
【0070】
ワークＷの表面で測定光が多重反射する場合、またはワークＷの内部に測定光が潜り込む場合には、ワークＷの表面以外の位置から反射した光が撮像部１３０により受光される。その結果、実際のワークＷの断面形状とは異なるプロファイルが得られる。このような場合、図１６に示すように、測定光の輝線とプロファイルとを重畳表示することにより、使用者は、どの部分が原因で正しいプロファイルが取得できていないかを把握することができる。
【0071】
表示処理部２７０は、図１の入力部３００からの指示に応答して、図１５の観察画像と図１６の第１の合成画像とを切り替えて画像表示領域４１０に表示させる。ワークＷには、例えば集積回路チップのように、類似した構造を有する複数の部分がＹ１方向（ハウジング１４０の長手方向）に並ぶように形成されていることがある。このような場合においても、使用者は、観察画像においてワークＷにおける測定光の照射部分を視認しつつ、第１の合成画像においてプロファイルを視認することにより、ワークＷの所望の部分に測定光が照射されているか否かを容易に認識することができる。
【0072】
図１７は、画像表示領域４１０のさらに他の表示例を示す図である。表示処理部２７０は、観察画像データとプロファイルデータとを合成することにより、観察画像にプロファイルが重ね合わされた第２の合成画像を示す第２の合成画像データを生成する。図１７の例では、第２の合成画像が画像表示領域４１０に表示されている。使用者は、第２の合成画像において観察画像およびプロファイルを視認することにより、ワークＷの所望の部分に測定光が照射されているか否かを容易に認識することができる。
【0073】
（５）効果
本実施の形態に係る光学式変位計５００においては、測定光がレーザ投光部１１０によりワークＷに照射され、ワークＷから反射された測定光が受光レンズ１３２により集束される。受光レンズ１３２により集束された測定光が受光部１３１により受光され、受光量分布が出力される。受光部１３１により出力された測定光の受光量分布に基づいてプロファイルデータが生成される。
本実施の形態に係る光学式変位計５００においては、測定光がレーザ投光部１１０によりワークＷに照射され、ワークＷから反射された測定光が受光レンズ１３２により集束される。受光レンズ１３２により集束された測定光が受光部１３１により受光され、受光量分布が出力される。受光部１３１により出力された測定光の受光量分布に基づいてプロファイルデータが生成される。
【0074】
また、観察光がＬＥＤ投光部１２０によりワークＷに照射され、ワークＷから反射された観察光が受光レンズ１３２により集束される。受光レンズ１３２により集束された観察光が受光部１３１により受光され、受光量分布が出力される。受光部１３１により出力された観察光の受光量分布に基づいて観察画像データが生成される。
【0075】
ここで、レーザ投光部１１０、受光部１３１および受光レンズ１３２は、受光部１３１の受光面を含む平面および受光レンズ１３２の主面を含む平面がレーザ投光部１１０の投光軸に対してシャインプルーフの条件を満足するように配置される。この場合、ワークＷに高さが大きく異なる部分が存在する場合でも、ワークＷにおける測定光による測定位置の全部に受光部１３１の焦点が一致する。そのため、プロファイルデータが高い精度で生成される。
【0076】
また、ワークＷにおける測定光による測定位置に受光部１３１の焦点が一致した観察画像を示す観察画像データが生成される。これにより、観察画像には、ワークＷにおける測定光による測定位置が鮮明に現れる。さらに、観察画像データは、使用者が上方からワークＷを視認した際に認識されるワークＷの自然な観察画像を示す。
【0077】
したがって、使用者は、観察画像におけるワークＷの所望の部分が鮮明になるように撮像ヘッド１００またはワークＷの位置を調整することにより、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整を容易に行うことが可能になる。これらの結果、プロファイルの測定精度を低下させることなくワークＷに対する光学式変位計５００の位置調整を容易に行うことができる。
【0078】
［２］第２の実施の形態
以下、第２の実施の形態に係る光学式変位計５００について、第１の実施の形態に係る光学式変位計５００と異なる点を説明する。なお、本実施の形態に係る光学式変位計５００は、第１の実施の形態に係る図１の光学式変位計５００と同様の構成を有する。本実施の形態においては、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが交互に点灯するようにヘッド制御部２２０により制御される。また、測定画像データおよび観察画像データは、測定画像生成部２３０および観察画像生成部２４０により交互に生成される。
以下、第２の実施の形態に係る光学式変位計５００について、第１の実施の形態に係る光学式変位計５００と異なる点を説明する。なお、本実施の形態に係る光学式変位計５００は、第１の実施の形態に係る図１の光学式変位計５００と同様の構成を有する。本実施の形態においては、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが交互に点灯するようにヘッド制御部２２０により制御される。また、測定画像データおよび観察画像データは、測定画像生成部２３０および観察画像生成部２４０により交互に生成される。
【0079】
図１８は、測定画像生成部２３０により生成された測定画像データに基づく測定画像を示す図である。図１９は、観察画像生成部２４０により生成された観察画像データに基づく観察画像を示す図である。図１８に示すように、測定画像には、ワークＷにおける測定光の照射部分が輝線として現れる。一方、図１９に示すように、本実施の形態の観察画像には、ワークＷにおける測定光の照射部分を示す輝線は現れない。
【0080】
表示処理部２７０は、図１８の測定画像と図１９の観察画像とを繰り返し交互に表示部４００に表示させる。使用者は、交互に表示される測定画像と観察画像とを視認しつつ、測定画像における輝線が観察画像におけるワークＷの所望の部分に重なるように撮像ヘッド１００またはワークＷの位置を調整する。これにより、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整を容易にかつ精密に行うことができる。
【0081】
表示処理部２７０は、例えば１秒間に１０回以上の頻度で測定画像と観察画像との表示の切り替えを行ってもよい。この場合、使用者は、測定画像と観察画像との表示の切り替えをほとんど認識することができない。そのため、使用者には、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが同時に点灯した場合と同様の画像（すなわち図１５の観察画像）が表示部４００に表示されているように認識される。使用者は、このような画像を視認することにより、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整をより効率よく行うことができる。
【0082】
あるいは、表示処理部２７０は、測定画像データと観察画像データと合成することにより、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが同時に点灯した場合と同様の画像を示す画像データを生成し、当該画像を表示部４００に表示させてもよい。この場合でも、使用者は、表示部４００に表示された画像を視認することにより、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整をより効率よく行うことができる。
【0083】
［３］第３の実施の形態
以下、第３の実施の形態に係る光学式変位計５００について、第１の実施の形態に係る光学式変位計５００と異なる点を説明する。なお、第３の実施の形態に係る光学式変位計５００は、第１の実施の形態に係る図１の光学式変位計５００と同様の構成を有する。本実施の形態においては、撮像部１３０の同一の露光期間内にレーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが交互に点灯するようにヘッド制御部２２０により制御される。また、観察画像データが観察画像生成部２４０により生成される。
以下、第３の実施の形態に係る光学式変位計５００について、第１の実施の形態に係る光学式変位計５００と異なる点を説明する。なお、第３の実施の形態に係る光学式変位計５００は、第１の実施の形態に係る図１の光学式変位計５００と同様の構成を有する。本実施の形態においては、撮像部１３０の同一の露光期間内にレーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが交互に点灯するようにヘッド制御部２２０により制御される。また、観察画像データが観察画像生成部２４０により生成される。
【0084】
具体的には、ヘッド制御部２２０は、撮像ヘッド１００のレーザ投光部１１０、ＬＥＤ投光部１２０および撮像部１３０の各々を制御するための２値の制御パルスを生成する。撮像部１３０を制御するための制御パルスを撮像パルスと呼ぶ。レーザ投光部１１０を制御するための制御パルスを測定パルスと呼ぶ。ＬＥＤ投光部１２０を制御するための制御パルスを観察パルスと呼ぶ。
【0085】
撮像部１３０は、“Ｈ”レベルの撮像パルスに応答して露光状態となり、“Ｌ”レベルの撮像パルスに応答して非露光状態となる。レーザ投光部１１０は、“Ｈ”レベルの測定パルスに応答して点灯状態となり、“Ｌ”レベルの測定パルスに応答して消灯状態となる。ＬＥＤ投光部１２０は、“Ｈ”レベルの観察パルスに応答して点灯状態となり、“Ｌ”レベルの観察パルスに応答して消灯状態となる。
【0086】
図２０は、撮像ヘッド１００に与えられる制御パルスのタイムチャートである。図２０に示すように、初期時点ｔ０においては、測定パルスＰ１、観察パルスＰ２および撮像パルスＰ３の各々が“Ｌ”レベルにある。したがって、レーザ投光部１１０は消灯状態にあり、ＬＥＤ投光部１２０は消灯状態にあり、撮像部１３０は非露光状態にある。
【0087】
時点ｔ１に、撮像パルスＰ３が“Ｈ”レベルに立ち上がり、測定パルスＰ１が“Ｈ”レベルに立ち上がる。この場合、撮像部１３０が露光状態となる。また、レーザ投光部１１０が点灯状態となり、ワークＷに測定光が照射される。時点ｔ２に、測定パルスＰ１が“
Ｌ”レベルに立ち下がり、観察パルスＰ２が“Ｈ”レベルに立ち上がる。この場合、レーザ投光部１１０が消灯状態となる。また、ＬＥＤ投光部１２０が点灯状態となり、ワークＷに観察光が照射される。
Ｌ”レベルに立ち下がり、観察パルスＰ２が“Ｈ”レベルに立ち上がる。この場合、レーザ投光部１１０が消灯状態となる。また、ＬＥＤ投光部１２０が点灯状態となり、ワークＷに観察光が照射される。
【0088】
時点ｔ３に、撮像パルスＰ３が“Ｌ”レベルに立ち下がり、観察パルスＰ２が“Ｌ”レベルに立ち下がる。この場合、撮像部１３０が非露光状態となる。また、ＬＥＤ投光部１２０が消灯状態となる。この状態が時点ｔ４まで維持される。その後、時点ｔ１から時点ｔ４の動作が繰り返される。
【0089】
時点ｔ１と時点ｔ３との間の期間が露光期間となる。撮像部１３０は、露光期間に受光されたワークＷからの反射光の受光量分布を時点ｔ３と時点ｔ４との間の期間に出力する。撮像部１３０により出力された受光量分布に基づいて観察画像データが観察画像生成部２４０により生成される。表示処理部２７０は、観察画像生成部２４０により生成された観察画像データに基づいて観察画像を表示部４００に表示させる。
【0090】
本実施の形態の観察画像データは、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが同時に点灯した場合と同様の観察画像（すなわち図１５の観察画像）を示す。そのため、使用者は、表示部４００に表示された観察画像を視認しつつ、観察画像におけるワークＷの所望の部分に輝線が重なるように撮像ヘッド１００またはワークＷの位置を調整する。これにより、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整を容易にかつ精密に行うことができる。
【0091】
本実施の形態においては、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とは同時に点灯状態にならないように制御される。しかしながら、ヘッド制御部２２０の故障等により、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが同時に点灯する可能性がある。
【0092】
ここで、撮像ヘッド１００から出射される光の強度が所定の上限値を超えないように制限されることが望まれることがある。このような制限がある場合には、測定光の強度と観察光の強度との合計が上限値を超えないように、測定光の強度を上限値よりも小さくする必要がある。この場合、撮像部１３０の露光時間を長くする必要があるため、処理効率が低下する。
【0093】
一方、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが同時に点灯することが禁止される場合には、測定光の強度を上限値に維持することができる。したがって、撮像部１３０の露光時間を長くする必要がなく、処理効率の低下を防止することが可能になる。そこで、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが同時に点灯することを禁止する排他制御回路がさらに設けられてもよい。
【0094】
図２１は、排他制御回路の一例を示す図である。図２１に示すように排他制御回路１０は、増幅回路１，２、ＮＯＴ回路３，４、ＡＮＤ回路５およびｎｐｎ型バイポーラトランジスタ６（以下単にトランジスタ６と呼ぶ。）を含む。測定パルスＰ１を出力するためのヘッド制御部２２０の端子２２１に増幅回路１の入力部およびＮＯＴ回路３の入力部が接続される。観察パルスＰ２を出力するためのヘッド制御部２２０の端子２２２にＡＮＤ回路５の一方の入力部が接続される。ＮＯＴ回路３の出力部とＡＮＤ回路５の他方の入力部とが接続される。ＡＮＤ回路５の出力部と増幅回路２の入力部とが接続される。
【0095】
増幅回路１の出力部にレーザ投光部１１０のＬＤ１１１のアノードが接続される。トランジスタ６のコレクタにＬＤ１１１のカソードが接続される。トランジスタ６のエミッタは接地される。増幅回路２の出力部にＬＥＤ投光部１２０のＬＤのアノードおよびＮＯＴ回路４の入力部が接続される。ＬＥＤのカソードは接地される。トランジスタ６のベースにＮＯＴ回路４の出力部が接続される。
【0096】
この排他制御回路１０によれば、測定パルスＰ１が“Ｈ”レベルにあるときは、観察パルスＰ２が“Ｈ”レベルおよび“Ｌ”レベルのいずれにあっても、ＬＥＤ投光部１２０に
“Ｌ”レベルの制御パルスが与えられる。したがって、測定パルスＰ１および観察パルスＰ２が同時に“Ｈ”レベルになった場合には、ＬＥＤ投光部１２０は点灯状態にならない。これにより、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが同時に点灯することが禁止される。このような排他制御回路は、第２の実施の形態に係る光学式変位計５００に設けられてもよい。
“Ｌ”レベルの制御パルスが与えられる。したがって、測定パルスＰ１および観察パルスＰ２が同時に“Ｈ”レベルになった場合には、ＬＥＤ投光部１２０は点灯状態にならない。これにより、レーザ投光部１１０とＬＥＤ投光部１２０とが同時に点灯することが禁止される。このような排他制御回路は、第２の実施の形態に係る光学式変位計５００に設けられてもよい。
【0097】
［４］他の実施の形態
（１）上記実施の形態において、ハウジング１４０に凹部１４３が形成されるが、実施の形態はこれに限定されない。図２２は、ハウジング１４０の他の例を示す図である。図２２に示すように、撮像ヘッド１００とワークＷとの間の測定距離によっては、受光レンズ１３２がハウジング１４０の下面１４１よりも下方に位置することがある。このような場合には、ハウジング１４０に凹部１４３が形成されなくてもよい。
（１）上記実施の形態において、ハウジング１４０に凹部１４３が形成されるが、実施の形態はこれに限定されない。図２２は、ハウジング１４０の他の例を示す図である。図２２に示すように、撮像ヘッド１００とワークＷとの間の測定距離によっては、受光レンズ１３２がハウジング１４０の下面１４１よりも下方に位置することがある。このような場合には、ハウジング１４０に凹部１４３が形成されなくてもよい。
【0098】
（２）上記実施の形態において、ＬＥＤ投光部１２０は長手方向においてレーザ投光部１１０よりも撮像部１３０に近い位置に設けられるが、実施の形態はこれに限定されない。図２３は、ハウジング１４０のさらに他の例を示す図である。図２３に示すように、ハウジング１４０が長手方向にわずかに大型化してもよい場合には、ＬＥＤ投光部１２０は、長手方向においてレーザ投光部１１０よりも撮像部１３０から遠い位置に設けられてもよい。この場合、観察窓１４５は、長手方向において測定窓１４４よりも受光窓１４６から遠い位置に設けられる。
【0099】
（３）上記実施の形態において、測定窓１４４と観察窓１４５とがハウジング１４０の下面１４１に別個に設けられるが、実施の形態はこれに限定されない。測定窓１４４および観察窓１４５に代えて、測定光および観測光を透過させる共通の窓がハウジング１４０の下面１４１に設けられてもよい。
【0100】
（４）上記実施の形態において、観察画像に測定光の輝線が重畳表示されるが、実施の形態はこれに限定されない。観察画像には測定光の輝線が重畳表示されなくてもよい。この場合でも、使用者は、観察画像を視認しつつ、観察画像におけるワークＷの所望の部分が鮮明になるように撮像ヘッド１００またはワークＷの位置を調整することにより、ワークＷに対する撮像ヘッド１００の位置調整を容易に行うことができる。
【0101】
（５）上記実施の形態において、測定光は４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長を有するが、実施の形態はこれに限定されない。測定光の照射部分を肉眼で確認できなくてもよい場合には、測定光は４００ｎｍよりも短い波長を有してもよい。あるいは、プロファイルの測定精度がほとんど低下しない場合には、測定光は４８０ｎｍよりも長い波長を有してもよい。
【0102】
また、観察光の波長および光学フィルタ１３３の通過波長帯域は、測定光の波長に応じて変更されてもよい。また、受光部１３１に外乱光がほとんど入射しない場合には、受光部１３１の受光面に光学フィルタ１３３が取り付けられなくてもよい。
【0103】
［５］請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応関係
上記実施の形態では、ワークＷが測定対象物の例であり、光学式変位計５００が光学式変位計の例であり、レーザ投光部１１０がレーザ投光部の例であり、ＬＥＤ投光部１２０がＬＥＤ投光部の例である。受光レンズ１３２が受光レンズの例であり、受光部１３１が受光部の例であり、処理装置２００が処理装置の例であり、排他制御回路１０が排他制御回路の例であり、ハウジング１４０がハウジングの例である。下面１４１および傾斜面１４２がそれぞれ第１および第２の面の例であり、凹部１４３が凹部の例である。測定窓１４４が測定窓の例であり、観察窓１４５が観察窓の例であり、受光窓１４６が受光窓の例であり、光学フィルタ１３３がバンドパスフィルタの例である。
上記実施の形態では、ワークＷが測定対象物の例であり、光学式変位計５００が光学式変位計の例であり、レーザ投光部１１０がレーザ投光部の例であり、ＬＥＤ投光部１２０がＬＥＤ投光部の例である。受光レンズ１３２が受光レンズの例であり、受光部１３１が受光部の例であり、処理装置２００が処理装置の例であり、排他制御回路１０が排他制御回路の例であり、ハウジング１４０がハウジングの例である。下面１４１および傾斜面１４２がそれぞれ第１および第２の面の例であり、凹部１４３が凹部の例である。測定窓１４４が測定窓の例であり、観察窓１４５が観察窓の例であり、受光窓１４６が受光窓の例であり、光学フィルタ１３３がバンドパスフィルタの例である。
【符号の説明】
【0104】
１，２…増幅回路，３，４…ＮＯＴ回路，５…ＡＮＤ回路，６…トランジスタ，１０…
排他制御回路，１００…撮像ヘッド，１１０…レーザ投光部，１１１…ＬＤ，１１２…コリメータレンズ，１１３，１１４…投光レンズ，１２０…ＬＥＤ投光部，１３０…撮像部，１３１…受光部，１３２…受光レンズ，１４０…ハウジング，１４１…下面，１４２…
傾斜面，１４３…凹部，１４４…測定窓，１４５…観察窓，１４６…受光窓，２００…処理装置，２０１…記憶部，２０２…制御部，２１０…設定部，２２０…ヘッド制御部，２３０…測定画像生成部，２４０…観察画像生成部，２５０…プロファイル生成部，２６０…計測部，２７０…表示処理部，３００…入力部，４００…表示部，４１０…画像表示領域，４２０…指定受付領域，５００…光学式変位計，ｐ…画素，Ｐ…ピーク，Ｐ１…測定パルス，Ｐ２…観察パルス，Ｐ３…撮像パルス，ＰＰ…ピーク位置，Ｒ１…受光領域，ＳＳ…画素列，Ｔ１…照射領域，Ｗ…ワーク
排他制御回路，１００…撮像ヘッド，１１０…レーザ投光部，１１１…ＬＤ，１１２…コリメータレンズ，１１３，１１４…投光レンズ，１２０…ＬＥＤ投光部，１３０…撮像部，１３１…受光部，１３２…受光レンズ，１４０…ハウジング，１４１…下面，１４２…
傾斜面，１４３…凹部，１４４…測定窓，１４５…観察窓，１４６…受光窓，２００…処理装置，２０１…記憶部，２０２…制御部，２１０…設定部，２２０…ヘッド制御部，２３０…測定画像生成部，２４０…観察画像生成部，２５０…プロファイル生成部，２６０…計測部，２７０…表示処理部，３００…入力部，４００…表示部，４１０…画像表示領域，４２０…指定受付領域，５００…光学式変位計，ｐ…画素，Ｐ…ピーク，Ｐ１…測定パルス，Ｐ２…観察パルス，Ｐ３…撮像パルス，ＰＰ…ピーク位置，Ｒ１…受光領域，ＳＳ…画素列，Ｔ１…照射領域，Ｗ…ワーク
【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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】