特許 7074400 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】

(24)【登録日】2022-05-16

(45)【発行日】2022-05-24

(54)【発明の名称】光学測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/59 20060101AFI20220517BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20220517BHJP

【ＦＩ】

G01N21/59 Z

G01B11/24 K

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2018129807

(22)【出願日】2018-07-09

(65)【公開番号】P2020008430

(43)【公開日】2020-01-16

【審査請求日】2021-06-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100160989

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 正好

(74)【代理人】

【識別番号】100168745

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 彩子

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100197398

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 絢子

(74)【代理人】

【識別番号】100197619

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 智久

(72)【発明者】

【氏名】金原 圭吾

【審査官】大森 努

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２８６２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４８２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０３４４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２４７７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０８８５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３３０９１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表昭６２－５０２７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０６３６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１２９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２５７６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－２１／０１，２１／１７－２１／６１，

Ｇ０１Ｎ １５／０６，

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物が配置される測定空間へ照射光を照射する照射部と、
前記測定空間を通過する前記照射光を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記対象物の形状を測定する測定部と、
前記対象物の形状を測定する測定フェーズで検出された前記検出結果と、非測定フェーズで検出された前記検出結果とに基づいて、前記測定フェーズにおける前記測定空間の塵埃による汚染度を判定する判定部と
を具備する光学測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の光学測定装置であって、
前記検出部は、前記測定空間を通過する前記照射光を受光することで、前記照射光の画像信号を生成する受光素子を有し、
前記判定部は、前記測定フェーズ及び前記非測定フェーズの各々で生成された前記照射光の画像信号に基づいて、前記汚染度を判定する
光学測定装置。

【請求項3】

請求項２に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、前記受光素子により生成された前記画像信号に基づいて前記画像信号の明るさを表す受光量を算出し、前記算出された受光量に基づいて前記汚染度を判定する
光学測定装置。

【請求項4】

請求項３に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、
前記測定フェーズで連続的に生成された複数の画像信号間の前記受光量の差分に基づいて受光量変動値を算出し、
前記非測定フェーズで連続的に生成された複数の画像信号間の前記受光量の差分に基づいて基準変動値を算出し、
前記基準変動値に対する前記受光量変動値の差分に基づいて前記汚染度を判定する
光学測定装置。

【請求項5】

請求項４に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、前記基準変動値に対する前記受光量変動値の差分が大きくなるに従い、前記汚染度が高いと判定する
光学測定装置。

【請求項6】

請求項５に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、
前記受光量変動値が、前記基準変動値に基づいて設定された閾値以上であるか否か判定し、
前記閾値以上である場合に、第１の汚染度であると判定し、
前記閾値未満である場合に、前記第１の汚染度よりも低い第２の汚染度であると判定する
光学測定装置。

【請求項7】

請求項４から６のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、
前記非測定フェーズにおいて連続的に生成された前記複数の画像信号間の前記受光量の差分の平均値を、前記基準変動値として算出する
光学測定装置。

【請求項8】

請求項３から７のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記受光素子は、二次元的に配列された複数の画素を有する二次元イメージセンサを含み、
前記受光量は、前記二次元イメージセンサの所定領域内に配列された複数の画素における受光強度の合計値として算出される
光学測定装置。

【請求項9】

請求項８に記載の光学測定装置であって、
前記受光素子は、前記対象物を撮像可能な受光面を有し、
前記受光面は、前記所定領域を含む
光学測定装置。

【請求項10】

請求項３から９のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記受光量は、前記生成された画像信号の輝度値の情報を含む
光学測定装置。

【請求項11】

請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記非測定フェーズでは、前記対象物が前記測定空間に配置された状態で前記検出結果が出力される
光学測定装置。

【請求項12】

請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記判定された汚染度の結果を出力する出力部をさらに具備する
光学測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象物に光を投射して、イメージセンサでその透過光又は反射光を受けて受光量分布を測定することで、測定対象物の寸法、位置、形状等を測定する光学測定装置が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、第１のイメージセンサ及び第２のイメージセンサから検出される受光量分布に基づいて、測定空間内に配置された測定対象物のエッジ位置を検出することが可能な光学測定装置が記載されている。この光学測定装置では、第１のイメージセンサ及び第２のイメージセンサの光軸方向における焦点位置が異なることを利用して、測定対象物の位置を検出し、測定対象物のエッジ位置を補正する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－６１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の光学測定装置では、測定空間の状況については考慮されていない。これにより、測定空間の状況によっては、同一の測定対象物を繰り返し測定した場合に十分な測定精度を得られないことがあり、測定値の信頼性を高めることが難しかった。

【0006】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、測定値の信頼性を高めることが可能な光学測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る光学測定装置は、照射部と、検出部と、測定部と、判定部と、を具備する。
上記照射部は、対象物が配置される測定空間へ照射光を照射する。
上記検出部は、上記測定空間を通過する上記照射光を検出する。
上記測定部は、上記検出部による検出結果に基づいて上記対象物の形状を測定する。
上記判定部は、上記対象物の形状を測定する測定フェーズで検出された上記検出結果と、非測定フェーズで検出された上記検出結果とに基づいて、上記測定フェーズにおける上記測定空間の塵埃による汚染度を判定する。

【0008】

この光学測定装置では、測定空間へ測定光が照射され、測定空間を通過した測定光が検出される。この検出結果を使って、測定空間に配置される対象物の形状が測定される。また対象物の形状を測定する測定フェーズ、及び非測定フェーズの検出結果から、測定フェーズでの測定空間の塵埃による汚染度が判定される。これにより、測定空間の環境の変化等を検出することが可能となり、測定値の信頼性を高めることが可能となる。

【0009】

上記検出部は、上記測定空間を通過する上記照射光を受光することで、上記照射光の画像信号を生成する受光素子を有し、
上記判定部は、上記測定フェーズ及び上記非測定フェーズの各々で生成された上記照射光の画像信号に基づいて、上記汚染度を判定してもよい。
上記構成では、受光素子により生成された画像信号を用いて塵埃による汚染度を検出できる。画像信号を用いることにより、判定空間の汚染度を精度よく判定することができる。

【0010】

上記判定部は、上記受光素子により生成された上記画像信号に基づいて上記画像信号の明るさを表す受光量を算出し、上記算出された受光量に基づいて上記汚染度を判定してもよい。
上記構成では、受光素子が得た受光量の情報を用いて塵埃による汚染度を検出できる。これにより、判定部による画像処理の負担を低減することができる。

【0011】

さらに、上記判定部は、
上記測定フェーズで連続的に生成された複数の画像信号間の上記受光量の差分に基づいて受光量変動値を算出し、
上記非測定フェーズで連続的に生成された複数の画像信号間の上記受光量の差分に基づいて基準変動値を算出し、
上記基準変動値に対する上記受光量変動値の差分に基づいて上記汚染度を判定してもよい。
上記構成では、判定部が、測定フェーズにおける各画像信号間の受光量変動値と、非測定フェーズにおける基準変動値と、を比較して汚染度を判定する。受光量の変動値を用いることにより、測定空間の環境に変化が生じたことを精度よく検出することができる。

【0012】

より具体的には、上記判定部は、上記基準変動値に対する上記受光量変動値の差分が大きくなるに従い、上記汚染度が高いと判定してもよい。
上記構成により、対象物とは別に測定空間の一部が遮蔽されたことを検出できる。つまり、測定空間に塵埃が存在することを検出することができ、汚染度の判定が容易になる。

【0013】

この場合、上記判定部は、
上記受光量変動値が、上記基準変動値に基づいて設定された閾値以上であるか否か判定し、
上記閾値以上である場合に、第１の汚染度であると判定し、
上記閾値未満である場合に、上記第１の汚染度よりも低い第２の汚染度であると判定してもよい。
上記構成により、汚染度を数値化し、ユーザに対して汚染度の判定結果を明確に提示することができる。

【0014】

また、上記判定部は、
上記非測定フェーズにおいて連続的に生成された上記複数の画像信号間の上記受光量の差分の平均値を、上記基準変動値として算出してもよい。
上記構成により、適切な基準値を設定することができる。

【0015】

また、上記受光素子は、二次元的に配列された複数の画素を有する二次元イメージセンサを含み、
上記受光量は、上記二次元イメージセンサの所定領域内に配列された複数の画素における受光強度の合計値として算出されてもよい。
これにより、各画素に対する処理負担を削減し、処理速度を向上させることができる。

【0016】

またこの場合、上記受光素子は、上記対象物を撮像可能な受光面を有し、
上記受光面は、上記所定領域を含んでいてもよい。
これにより、上記判定部が形状測定時のデータを用いて汚染度を判定でき、処理負担をさらに軽減できる。

【0017】

上記受光量は、上記生成された画像信号の輝度値の情報を含んでいてもよい。
これにより、画像信号の受光量を容易に数値化でき、上記判定部の画像処理負担を軽減することができる。

【0018】

上記非測定フェーズでは、上記対象物が上記測定空間に配置された状態で上記検出結果が出力されてもよい。
これにより、非測定フェーズから測定フェーズへの移行が円滑になる。

【0019】

上記光学測定装置は、
上記判定された汚染度の結果を出力する出力部をさらに具備してもよい。
これにより、上記光学測定装置がユーザに対して汚染度の結果を出力することができる。

【発明の効果】

【0020】

以上のように、本発明によれば、測定値の信頼性を高めることが可能な光学測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係る光学測定装置の構成例を示す図である。

【図2】上記光学測定装置の構成を示すブロック図である。

【図3】上記光学測定装置の受光素子の一構成例を示す平面図である。

【図4】上記光学測定装置の動作例を示すフローチャートである。

【図5】画像信号が撮像された上記受光素子のイメージ図である。

【図6】上記光学測定装置の判定部の動作例を示すフローチャートである。

【図7】上記判定部による汚染度判定処理において算出される各値と判定結果との関係を視覚的に説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0023】

［光学測定装置の基本構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る光学測定装置１００の構成例を示す図である。図２は、光学測定装置１００の構成を示すブロック図である。
光学測定装置１００は、照射部１０と、検出部２０と、測定部３０と、判定部４０と、出力部５０と、入力部６０と、を備える。測定部３０、判定部４０、出力部５０及び入力部６０は、本実施形態において制御装置７０を構成する。

【0024】

光学測定装置１００は、照射部１０と検出部２０との間の測定空間Ｓに対象物Ｐを配置し、対象物Ｐの形状を測定することが可能に構成される。ここでいう対象物Ｐの形状とは、対象物の外径、幅、膜厚、隙間の寸法等、対象物Ｐの平面形状に関する情報をいう。さらに、光学測定装置１００では、後述する測定フェーズにおける測定空間Ｓの塵埃による汚染度も判定することができる。

【0025】

照射部１０は、測定される対象物Ｐが配置された測定空間Ｓへ照射光Ｌを照射する。
検出部２０は、測定空間Ｓを通過する照射光Ｌを検出する。測定空間Ｓを通過する照射光Ｌは、対象物Ｐによって一部遮られる。このため、検出部２０は、対象物Ｐの形状に応じたパターンの照射光を検出することができる。
測定部３０は、検出部２０による検出結果に基づいて対象物Ｐの形状を測定する。
判定部４０は、後述する測定フェーズにおける測定空間Ｓの塵埃による汚染度を判定する。
出力部５０は、判定された汚染度の結果及び形状の測定結果を出力する。
入力部６０は、光学測定装置１００の起動及び停止、並びに測定の開始及び各種設定値の入力等の、ユーザによる入力操作を受け付ける。

【0026】

［光学測定装置の各部の構成］
（照射部）
図２に示すように、照射部１０は、光源１１と、拡散部１２と、投光レンズ１３と、を有する。照射部１０の各構成は、例えば第１の筐体Ｃ１内に配置されている。
光源１１は、照射光を出射可能なレーザ光源、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源等で構成される。
拡散部１２は、光源１１から出射された照射光Ｌを等方的に拡散することが可能な拡散板等の光学部品で構成される。
投光レンズ１３は、例えば拡散された照射光Ｌを平行光とし、測定空間Ｓに向かって投射する。

【0027】

（測定空間）
測定空間Ｓは、照射部１０と検出部２０との間の、対象物Ｐが配置される空間である。測定空間Ｓには、対象物Ｐの測定箇所が照射光Ｌの光軸と交差する（典型的には直交する）ように対象物Ｐが配置される。図１及び２に示す例において、対象物Ｐは、一軸方向に長手を有する棒状物であって、照射光Ｌの光軸と当該長手方向が直交するように測定空間Ｓ内に配置されている。
測定空間Ｓは、例えば開放された空間として構成される。これにより、光学測定装置１００を大型化することなく、一軸方向に長い線状物や棒状物の外径の連続測定や、膜状物の厚みムラの測定等、多様な測定態様を実現することができる。測定空間Ｓには、対象物Ｐを支持するための図示しない測定台や治具等が設置されていてもよい。

【0028】

（検出部）
検出部２０は、光学系２１と、受光素子２２と、を有する。検出部２０の各構成は、例えば図１に示す第２の筐体Ｃ２内に配置されている。第２の筐体Ｃ２は、例えばベースＢによって第１の筐体Ｃ１と接続されている（図１参照）。これにより、ベースＢ上の空間が測定空間Ｓとして規定される。

【0029】

光学系２１は、測定空間Ｓを通過した照射光Ｌを受光素子２２へと導光する。
光学系２１は、例えば、第１のレンズ２３と、絞り２４と、第２のレンズ２５と、を有する。
第１のレンズ２３は、例えば集光レンズとして構成される。
絞り２４は、開口を有し、第１のレンズ２３によって集光された照射光Ｌを通過させる。
第２のレンズ２５は、絞り２４を通過した照射光Ｌを平行光にし、受光素子２２へ向かって照射光Ｌを出射する。
光学系２１は、例えば両側テレセントリック光学系として構成される。これにより、対象物Ｐの光軸方向の位置がばらついた場合でも、受光素子２２における像の寸法変動を回避することができる。なお、光学系２１の構成は上記に限定されない。

【0030】

図３は、受光素子２２の一構成例を示す平面図である。
受光素子２２は、測定空間Ｓを通過する照射光Ｌを受光することで、照射光Ｌの画像信号を生成する。すなわち受光素子２２は、受光した照射光Ｌに基づく画像信号を撮像する。
図３に示す例では、受光素子２２は、二次元的に配列された複数の画素２７を有する二次元イメージセンサを含んでいる。二次元イメージセンサとしては、二次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、二次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が挙げられる。

【0031】

受光素子２２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に画素２７が配列された受光面２６を有し、受光面２６において各画素２７が受光した照射光Ｌの情報を、電気的な画像信号として出力する。
ここでいう画素２７とは、受光した光に基づいて電気的な信号を出力可能な単位素子をいい、本実施形態では、複数の画素２７の集合体を受光素子２２と定義する。
受光面２６は、受光素子２２の撮像可能な領域である。受光面２６は、汚染度判定の処理に供される信号を出力する画素２７の範囲として、判定領域Ｒを含む。
画像信号は、例えば各画素２７における受光強度に応じて出力される電気的な信号である。「１回の撮像で出力された画像信号」は、判定領域Ｒ内の全画素２７から、１ショット又は１スキャンで出力された電気的な信号のセットと定義する。

【0032】

（制御装置）
制御装置７０は、測定部３０と、判定部４０と、出力部５０と、入力部６０と、を有する。制御装置７０の各構成は、例えば第３の筐体Ｃ３内に配置されている。制御装置７０は、図１に示すように、照射部１０及び検出部２０とケーブルによって接続されていてもよいし、無線によって接続されていてもよい。あるいは、制御装置７０は、照射部１０及び検出部２０と一体に構成され、同一のベース上又は筐体内に配置されていてもよい。

【0033】

測定部３０及び判定部４０は、本実施形態において、ＣＰＵ７１（Central Processing Unit）によって実現される。
ＣＰＵ７１は、制御装置７０内のメモリ７２と協働し、測定部３０及び判定部４０の各処理を実行する。ＣＰＵ７１は、演算結果をメモリ７２に記憶するとともに、必要な情報をメモリ７２から読み出す。
メモリ７２は、光学測定装置１００の記憶部として構成され、画像信号、測定結果及び判定結果等を記憶する。メモリ７２は、さらに、測定部３０及び判定部４０の各処理を実行するためのプログラムを記憶していてもよい。
さらに、制御装置７０は、画像信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ７１に出力するＡ／Ｄ変換器７３を有していてもよい。

【0034】

出力部５０は、例えば、ディスプレイ５１と、外部出力端子５２と、を有する。
ディスプレイ５１は、例えば液晶ディスプレイ等として構成され、光学測定装置１００における各種の設定内容、データ、測定の進捗状況、測定結果やユーザの操作に供する情報を表示することができる。
外部出力端子５２は、各種のデータや測定結果などを光学測定装置１００の外部に出力するための構成であり、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポートなどの各種の構成を採り得る。
出力部５０の構成は上記に限定されず、例えば測定結果及び判定結果を印刷するプリンタ等を含んでいてもよい。

【0035】

入力部６０は、光学測定装置１００に各種のデータやコマンドを与えるための装置として構成され、入力ボタン、フットスイッチ、ジョイスティック、キーボード、マウス、ＵＳＢポートなどの各種の構成を採り得る。

【0036】

［光学測定装置の動作］
図４は、光学測定装置１００（ＣＰＵ７１）の動作例を示すフローチャートである。
ここでは、図１に示すように、棒状の対象物Ｐを光学測定装置１００の測定空間Ｓに配置し、対象物Ｐの外径を測定する例を示す。
ＣＰＵ７１は、一定時間の非測定フェーズを有し、その後、測定フェーズに移行して対象物Ｐの形状の測定を行う。非測定フェーズについては後述し、まず、測定フェーズにおけるＣＰＵ７１（測定部３０）の動作例を説明する。

【0037】

（測定部の動作例）
測定部３０（ＣＰＵ７１）は、検出部２０の検出結果として、受光素子２２によって生成された画像信号を取得する（Ｓ１１）。

【0038】

続いて測定部３０は、上記画像信号に基づいて、測定空間Ｓに配置された対象物Ｐの形状を測定する（Ｓ１２）。測定部３０は、例えば、各画素２７の受光強度の面内分布に基づいて、測定空間Ｓに配置された対象物Ｐの形状を測定する。
受光強度は、輝度値として数値化することができ、例えば６４階調、２５６階調等の値を採り得る。これにより、各画素２７から出力された信号に基づいて受光強度を容易に数値化することができる。

【0039】

図５は、画像信号が撮像された受光素子２２のイメージ図である。図中のＸ軸方向及びＹ軸方向は、図３に示すＸ軸方向及びＹ軸方向に対応する。なお、図５では、判定領域Ｒの四隅の画素２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ以外の画素２７の図示を省略している。

【0040】

測定部３０の測定原理について説明する。
まず、図１に示すように、測定空間Ｓに対象物Ｐが配置されると、平行光として照射された照射光Ｌの一部が対象物Ｐによって遮られる。これにより、対象物Ｐの配置される領域に対応する画素２７と、配置されない領域に対応する画素２７とで、受光強度に大きな差異が生じる。つまり、図５に示すように、対象物Ｐの形状に対応する像Ｐｇが受光強度の低い領域（陰影）として検出される。
測定部３０は、画像信号Ｇに対してエッジ検出処理等を行うことで像Ｐｇの輪郭を検出し、検出されたエッジ位置に基づいて、対象物Ｐの寸法を算出することが可能となる。

【0041】

算出された対象物Ｐの測定結果は、出力部５０に出力され（Ｓ１３）、例えばディスプレイ５１に表示される。また、測定結果は、外部出力端子５２を介してＰＣ（Personal Computer）等の外部機器に記憶され、表示されてもよい。なお、出力部５０への測定結果の出力は、入力部６０に対する入力操作に応じて行われてもよいし、自動的に行われてもよい。

【0042】

Ｓ１１～Ｓ１３の測定処理は、同一の対象物Ｐに対して例えば複数回行われる。これにより、対象物を繰り返し測定した場合の測定精度（以下、繰り返し精度と称する）等を算出し、測定値の信頼性を確保することができる。

【0043】

一方で、従来、測定処理において所望の繰り返し精度を得られないことがあった。この要因として、測定空間Ｓ内の環境の変動が考えられる。例えば、測定空間Ｓに塵埃が分布した場合、乱反射や光路の遮断によって受光強度に影響が生じる。特に、測定空間Ｓが開放空間の場合、多様な測定物を測定できる一方で、測定空間Ｓが外部からの塵埃の影響を受けるリスクが高まる。

【0044】

そこで、本実施形態では、判定部４０が測定空間Ｓの塵埃による汚染度を判定することで、測定時における測定空間Ｓの環境変動を的確に把握し、測定値の信頼性を向上させることができる。以下、判定部４０の基本的な動作例について説明する。

【0045】

（判定部の基本的な動作例）
判定部４０は、測定フェーズ及び非測定フェーズの各々で生成された照射光Ｌの画像信号に基づいて、汚染度を判定する。具体的には、後述する画像信号の受光量を用いて、測定空間Ｓの汚染度の判定処理が実行される。
判定部４０（ＣＰＵ７１）は、測定フェーズの前の非測定フェーズにおいて、検出部２０の検出結果としての画像信号を取得する（Ｓ２１）。非測定フェーズでは、判定部４０により汚染度の判定のためのリファレンスデータが算出される。このため、非測定フェーズでは、リファレンスデータの取得に適した特性（繰り返し精度等）が得られるように、測定空間Ｓを清浄に維持することが好ましい。なお、ここで取得された画像信号は、測定部３０における、例えば繰り返し精度の算出等の処理に用いられてもよいが、ここでは説明を省略する。

【0046】

続いて判定部４０は、受光素子２２により生成された画像信号に基づいて画像信号の明るさを表す受光量を算出する（Ｓ２２）。
受光量は、本実施形態において、判定領域Ｒ内の画素２７各々で検出された受光強度の総和として算出される。算出された受光量は、主に照射光Ｌの判定領域Ｒへの入射量に基づく値であるが、測定空間Ｓが開放空間の場合には、例えば外光の入射量を含んでいてもよい。

【0047】

判定部４０は、この受光量に基づいて、汚染度を判定するために用いられるリファレンスデータを生成する（Ｓ２３）。リファレンスデータは、本実施形態において、所定回数繰り返し生成された画像信号から検出された受光量の平均値として算出される。
受光量の算出（Ｓ２２）及びリファレンスデータの生成（Ｓ２３）の詳細な処理については後述する。

【0048】

続いて、測定フェーズに移行し、判定部４０は、測定部３０と同様に画像信号を取得し、検出結果を取得する（Ｓ１１）。この画像信号は、本実施形態において、測定部３０の処理に供される画像信号と同一である。

【0049】

判定部４０は、測定フェーズにおいても、非測定フェーズと同様に、画像信号に基づいて当該画像信号の受光量を算出する（Ｓ２４）。

【0050】

そして、判定部４０は、測定フェーズ及び非測定フェーズの各々で生成された画像信号の明るさを表す受光量に基づいて汚染度を判定する（Ｓ２５）。非測定フェーズで算出された受光量のデータとしては、Ｓ２３で算出されたリファレンスデータが用いられる。

【0051】

判定された汚染度は、出力部５０に出力され（Ｓ２６）、例えばディスプレイ５１に表示される。また、汚染度は、外部出力端子５２を介してＰＣ等の外部機器に記憶され、当該外部機器にディスプレイ等に表示されてもよい。

【0052】

このように、本実施形態では、非測定フェーズと測定フェーズとにおける検出部２０の検出結果を比較することで、測定フェーズにおける測定空間の塵埃による汚染度を判定することができる。

【0053】

ここでいう汚染度は、塵埃による測定空間Ｓの汚染度であり、測定空間Ｓ内における塵埃の分布量を示す指標である。測定空間Ｓにおける塵埃の分布は、測定空間Ｓ周囲の空気の流れや作業状況によって時間的に変化し得る。測定空間Ｓに多くの塵埃が流入した場合、これらの塵埃によって照射光Ｌの乱反射や遮断が発生し、検出部２０の検出結果に影響が生じる。

【0054】

そこで、測定空間Ｓが清浄とみなされる非測定フェーズと、対象物Ｐの形状測定を行う測定フェーズと検出部２０の検出結果の差異を利用することで、形状測定中の測定空間Ｓへの塵埃の流入を的確に把握することができる。したがって、測定空間の状況や測定データの見直しを効率的に行うことができ、測定データの信頼性を高めることができる。

【0055】

例えば、対象物Ｐの寸法測定の結果が不良と判定されても、測定時の汚染度が高かった場合には、再度清浄な環境で測定を行うことができる。この結果、当初の判定が覆り良品と判定されることもあり得るため、歩留まりを向上させることができる。

【0056】

さらに、検出部２０の検出結果として、画像信号の明るさを表す受光量を用いて汚染度を判定することができる。
例えば、測定空間Ｓへの塵埃の流入に伴い、判定領域Ｒの受光量がある一定時間の間増加し続ける、又は減少し続けるといった現象が起こり得る。このような受光量の変動を検出することで、塵埃によって生じた照射光Ｌの乱反射や遮断の影響を捉え、的確な汚染度の判定を行うことができる。

【0057】

また、複雑な画像処理を必要としないため、判定部４０の処理負担を抑えることができる。さらに、汚染度の判定のための追加のハードウェアを必要とせず、装置構成の複雑化を防止できる。したがって、汚染度の判定処理に伴う製造コストの上昇を抑えることができる。

【0058】

［判定部の詳細な動作例］
図６は、判定部４０の詳細な動作例を示すフローチャートである。
ここでは、判定部４０によって繰り返し画像信号が取得される例を示し、より具体的な判定部４０の処理について説明する。

【0059】

まず非測定フェーズにおいて、判定部４０が画像信号を取得する（Ｓ２１－１）。このとき、測定空間Ｓには、測定フェーズにおいて測定予定の対象物Ｐが配置された状態でもよい。ＣＰＵ７１は、カウンタによって、非測定フェーズにおける画像信号の生成回数ｋのカウントを開始する（後述する図７の最上段参照）。

【0060】

そして、判定部４０は、画像信号に含まれる各画素２７の受光強度の情報に基づいて、画像信号の受光量を算出する（Ｓ２２－１）。

【0061】

図５を参照し、受光量の算出方法について説明する。
受光面２６における判定領域Ｒは、上述のように、判定処理に供される画像信号を出力する画素２７を含む領域である。判定領域Ｒは、対象物Ｐの像ｐｇが検出される領域を含んでいればよく、例えば受光面２６の中央部を占める。
判定領域Ｒにおいて、各画素２７の位置座標（ｎ，ｍ）を定義する。ｎはＸ軸方向の位置を表す自然数であり、０以上Ｎｍａｘ以下の値を採り得る。ｍはＹ軸方向の位置を表す自然数であり、０以上Ｙｍａｘ以下の値を採り得る。つまり、判定領域Ｒには、Ｘ軸方向に（Ｎｍａｘ＋１）個、Ｙ軸方向に（Ｍｍａｘ＋１）個の画素２７が並んでいる（Ｎｍａｘ，Ｍｍａｘは自然数）。
例えば、４隅の画素２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄの位置座標は、画素２７ａが（０，０），画素２７ｂが（Ｎｍａｘ，０），画素２７ｃが（０，Ｍｍａｘ），画素２７ｄが（Ｎｍａｘ，Ｍｍａｘ）と表される。

【0062】

各画素２７は、上述のように、受光強度に応じた電圧値の信号を出力する。判定部４０は、この電圧値を所定の階調の輝度値に変換する。各フェーズでの画像信号の生成開始からｋ番目（ｋは自然数）に生成（撮像）された画像信号の、画素（ｎ，ｍ）における輝度値をLum（ｋ，ｎ，ｍ）と定義する。例えば、ｋ番目に生成した画像信号における、画素２７ａの輝度値はLum（ｋ，０，０）、画素２７ｂの輝度値はLum（ｋ，Ｎｍａｘ，０）、画素２７ｃの輝度値はLum（ｋ，０，Ｍｍａｘ）、画素２７ｄの輝度値はLum（ｋ，Ｎｍａｘ，Ｍｍａｘ）と定義される。

【0063】

Ｓ２２（Ｓ２２－１，Ｓ２２－２）において、受光量は、判定領域Ｒ内に配列された複数の画素２７における受光強度（輝度値）の合計値LumTotal(k)として算出される。つまり、LumTotal(k)は、以下の式（１）で表される。

【数1】

【0064】

受光量の算出後（Ｓ２２－１）、判定部４０は、連続的に画像信号を生成する（Ｓ２１－２）。連続して画像信号を生成するタイミングは限定されず、例えば数千分の１～数分の１秒程度に設定される。
そして、判定部４０は、Ｓ２２－１と同様に画像信号の受光量を算出する（Ｓ２２－２）。

【0065】

続いて、判定部４０は、連続的に生成された複数の画像信号間の受光量の差分に基づいて、受光量変動値ΔLumTotal(k)を算出する（Ｓ２３－１）。
受光量変動値ΔLumTotal(k)は、ｋ回目に生成された画像信号の受光量LumTotal(k)及び（ｋ－１）回目に生成された画像信号の受光量LumTotal(k-1)の差分であり、以下の式（２）で表される。

【数2】

なお、受光量変動値ΔLumTotal(k)は、受光量LumTotal(k)及びLumTotal(k-1)の差分の絶対値であってもよい。

【0066】

判定部４０は、カウンタの情報を参照し、画像信号がkinitialmax回生成されたか否か判定し（Ｓ２３－２）、生成回数がkinitialmax回に到達していない場合（Ｓ２３－２でＮ）、連続して画像信号を生成する（Ｓ２１－２）。本実施形態では、非測定フェーズにおいて画像信号がkinitialmax回生成され、Ｓ２１－２からＳ２３－１の処理が（kinitialmax－１）回繰り返される。但し、kinitialmaxは２以上の自然数とし、本実施形態では予め設定された値とする。

【0067】

Ｓ２３－２において、生成回数がkinitialmax回に達したと判定された場合（Ｓ２３－２でＹ）、非測定フェーズにおいて連続的に検出された複数の画像信号間の受光量の差分ΔLumTotal(k)を合計する（Ｓ２３－３）。

【0068】

そして、判定部４０は、ΔLumTotal(k)の合計値を、差分の算出回数である（kinitialmax－１）回で除し、受光量の差分ΔLumTotal(k)の平均値を算出する（Ｓ２３－４）。この平均値は、基準変動値LumInitialAverageと定義され、以下の式（３）で表される。

【数3】

【0069】

このように、本実施形態の非測定フェーズでは、受光量に関するリファレンスデータとして、画像信号間の受光量の差分の平均値である基準変動値LumInitialAverageを算出する。算出された基準変動値LumInitialAverageは、例えばメモリ７２に記憶される。

【0070】

図７は、汚染度判定処理において算出される各値と判定結果との関係を視覚的に説明するための図である。図７の最上段は、各フェーズの開始からの各画像信号の生成回数ｋを示し、２段目以降は、各画像信号に対応する処理値や判定結果を示す。図７の各グラフにおいて、横軸は時間軸を示し、縦軸は輝度値を示す。

【0071】

図７の２段目は、各画像信号に対応する受光量LumTotal(k)を示す棒グラフである。同グラフを参照し、Ｓ２３－１では、ｋ番目の受光量LumTotal(k)とこれに隣接する（連続する）（ｋ－１）番目の受光量LumTotal(k-1)との差分を算出する。この差分が、３段目のグラフに示す受光量変動値ΔLumTotal(k)に相当する。
また、３段目の受光量変動値ΔLumTotal(k)の、１番目からkinitialmax番目までの平均値が、実線で示す基準変動値LumInitialAverageに相当する。

【0072】

このように、測定空間Ｓが清浄な状態における受光量変動値ΔLumTotal(k)の平均値をリファレンスデータとすることで、続く測定フェーズにおける汚染度判定処理において、各画像信号間における受光量の変動を容易に検出することができる。したがって、受光量の変動値から汚染度を精度よく判定することができる。

【0073】

また、本実施形態では、非測定フェーズにおいて、対象物Ｐが測定空間Ｓに配置された状態でリファレンスデータを算出することができる。このため、非測定フェーズから測定フェーズへ円滑に移行することができ、例えば、ユーザの入力操作を省略することができる。

【0074】

測定フェーズでは、図６に示すように、まず判定部４０（ＣＰＵ７１）が画像信号を取得する（Ｓ１１－１）。ＣＰＵ７１は、カウンタをリセットし、測定フェーズの開始とともに再度生成回数ｋのカウントを開始してもよい。

【0075】

そして、判定部４０は、画像信号に含まれる各画素２７の受光強度の情報に基づいて、画像信号の受光量を算出する（Ｓ２４－１）。受光量の算出方法は、Ｓ２２と同様の方法を用いることができる。

【0076】

測定フェーズでも非測定フェーズと同様に、判定部４０が連続して画像信号を生成する（Ｓ１１－２）。連続して画像信号を生成するタイミングは、非測定フェーズと同一でもよいし、異なっていてもよい。

【0077】

そしてＳ２２と同様に、判定部４０が画像信号の受光量LumTotal(k)を算出し（Ｓ２４－２）、連続的に生成された複数の画像信号間の受光量の差分に基づいて受光量変動値ΔLumTotal(k)を算出する（Ｓ２５－１）。図７には、非測定フェーズと同様に、２段目に受光量LumTotal(k)を、３段目に受光量変動値ΔLumTotal(k)を、それぞれ示す。

【0078】

続いて、判定部４０は、基準変動値LumInitialAverageに対する受光量変動値ΔLumTotal(k)の差分ΔLumDiff(k)を算出する。ΔLumDiff(k)は、以下の式（４）で表される。

【数4】

【0079】

続いて、受光量変動値ΔLumTotal(k)の差分ΔLumDiff(k)が、基準変動値に基づいて設定された第１の閾値未満であるか否か判定する（Ｓ２５－３）。

【0080】

第１の閾値は、本実施形態において、測定空間が非常に清浄であり十分高い繰り返し精度が得られる場合の上記差分値の値として設定される。一例として、第１の閾値は、所定の検査規格をクリアした繰り返し精度の６０％以下の繰り返し精度が得られる場合における、輝度変化量LumTotal(k)と基準変動値LumInitialAverageの差分値と設定することができる。あるいは、第１の閾値は、基準変動値に対して所定の倍率を乗じた値であってもよい。

【0081】

受光量変動値ΔLumTotal(k)が第１の閾値未満であった場合（Ｓ２５－３でＹ）、判定部４０は、第１のフラグを付して判定結果を出力する（Ｓ２７－１）。第１のフラグは、測定空間の汚染度が低く、清浄であることを示すフラグであり、例えば「green」フラグと表される。判定結果は、例えば、画像信号の撮像時間に関する情報に第１のフラグを付したものでもよく、対応する測定結果とともに出力されてもよい。

【0082】

一方で、受光量変動値ΔLumTotal(k)が第１の閾値以上であった場合（Ｓ２５－３でＹ）、第１の閾値よりも大きい第２の閾値未満か否か判定する（Ｓ２５－４）。

【0083】

第２の閾値は、例えば、判定空間がほぼ清浄であり検査規格をクリアできる繰り返し精度が得られる場合の上記差分値の値として設定される。一例として、第２の閾値は、所定の検査規格をクリアした繰り返し精度の１００％未満の繰り返し精度が得られる場合における、輝度変化量LumTotal(k)と基準変動値LumInitialAverageの差分値と設定することができる。あるいは、第２の閾値は、基準変動値LumInitialAverageに対して所定の倍率を乗じた値であってもよい。

【0084】

第２の閾値未満であった場合（Ｓ２５－４でＹ）、判定部４０は、第２のフラグを付して判定結果を出力する（Ｓ２６－２）。第２のフラグは、汚染度が高くはないものの注意を要するレベルであることを示す
第２の閾値以上であった場合（Ｓ２５－４でＮ）、判定部４０は、第３のフラグを付して判定結果を出力する（Ｓ２６－２）。第３のフラグは、汚染度が高いことを示すフラグである。

【0085】

図７を用いて、Ｓ２５－１～Ｓ２６－３の処理をより具体的に説明する。
図７の４段目に、受光量変動値ΔLumTotal(k)と基準変動値LumInitialAverageとの差分ΔLumDiff(k)のグラフを示す。各差分ΔLumDiff(k)は、３段目のグラフを参照し、基準変動値LumInitialAverageから受光量変動値ΔLumTotal(k)が上回った分に相当する。
このΔLumDiff(k)のグラフには、第１の閾値GreenThrを破線で、第２の閾値YellowThrを一点鎖線で示している。
さらに、図７の５段目に、フラグが付された判定結果を例示する。

【0086】

図７において、測定フェーズのｋ＝１，５の画像信号では、４段目のグラフの差分ΔLumDiff(k)が第１の閾値GreenThrを下回っている。これにより、ｋ＝１，５の画像信号の判定結果は、図７の５段目に示すように、第１のフラグが付された「Green」となる。

【0087】

図７の差分ΔLumDiff(k)のグラフに示すように、測定フェーズのｋ＝２，３，４の画像信号では、差分ΔLumDiff(k)が第１の閾値GreenThr以上である。このうち、ｋ＝２，４の画像信号では、差分ΔLumDiff(k)が第２の閾値YellowThrより下回っている。これにより、ｋ＝２，４の画像信号の判定結果は、第２のフラグが付された「Yellow」となる。
測定フェーズのｋ＝３の画像信号では、差分ΔLumDiff(k)が、さらに第２の閾値YellowThr以上である。これにより、ｋ＝３の画像信号の判定結果は、第３のフラグが付された「Red」となる。

【0088】

判定結果の出力方法は、例えば、測定結果が表示されたディスプレイ５１に各フラグに対応する文字、図形を表示すること、及びディスプレイ５１に各フラグに対応する色の文字、図形を表示すること等が挙げられる。また、測定結果とは別に、画像信号の撮像時間とそれに対応する判定結果をディスプレイ５１に表示してもよい。あるいは、外部出力端子５２を介してＰＣ等の外部装置のディスプレイ５１等に判定結果を出力してもよい。また、全ての画像信号に対する判定結果を表示する態様に限られず、例えば第３のフラグが付された場合のみ、判定結果を出力するように構成されてもよい。

【0089】

以上のように、本実施形態では、判定部４０が、基準変動値に対する受光量変動値の差分に基づいて汚染度を判定する。これにより、清浄とみなされる測定空間の変動値から、測定時の測定空間がどの程度変動しているか判定することができる。したがって、塵埃の流入による測定空間の環境変動を検出でき、塵埃による汚染度を的確に判定することができる。

【0090】

さらに、判定部４０は、受光量変動値から基準変動値を減じた値が大きくなるに従い、汚染度が高いと判定する。これにより、汚染度を必要に応じて多段階で判定することができ、ユーザに的確な情報を出力することができる。
また、判定結果に対してフラグを付すことにより、ユーザに対して明確に判定結果を提示することができる。

【0091】

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【0092】

例えば、以上の実施形態では受光量変動値に基づいて汚染度を判定したが、受光量自体に基づいて汚染度を判定することもできる。この場合、例えば非測定フェーズにおけるリファレンスデータとして複数回撮像した場合における受光量の平均値を算出し、これと測定時における受光量とを比較して、汚染度を判定してもよい。これによっても、塵埃の分布に基づく乱反射や遮光等の影響を検出することができる。

【0093】

また、図４では、測定フェーズにおいてＣＰＵ７１が取得した同一の画像信号を用いて、測定部３０と判定部４０とがそれぞれ処理を行う例を示したが、これに限定されない。例えば、測定部３０と判定部４０とがそれぞれ異なる画像信号に基づいて処理を行ってもよい。この場合、例えば、ＣＰＵ７１が取得して画像信号を測定部３０と判定部４０とが交互に処理してもよい。

【0094】

また、汚染度は、３段階で判定する例に限定されず、２段階で判定してもよいし、４段階以上で判定してもよい。

【0095】

受光強度としては、６４階調又は２５６階調等の輝度値に限定されず、例えば所定の画素の受光強度を基準とした相対値等であってもよい。

【0096】

また、受光素子は２次元イメージセンセに限定されず、一方向にのみ画素がならぶラインセンサでもよい。また、複数のラインセンサを用いてもよい。

【0097】

非測定フェーズから測定フェーズへの移行は、入力部６０からの移行を指示する入力操作に基づいて移行してもよい。この場合、所定回数生成したか判定する処理（Ｓ２３－２）に替えて、当該入力操作があったか否か判定してもよい。また、所定回数生成していない場合（Ｓ２３－２でＮ）でも、移行を指示する入力操作があった場合は、測定フェーズへ移行するように構成してもよい。

【0098】

光学測定装置１００は、出力部５０及び入力部６０の少なくとも一方を有していなくてもよい。この場合、例えば光学測定装置１００が図示しない出力装置、入力装置及び情報処理装置等と接続され、これらの装置によって入力処理や結果の出力処理が行われてもよい。

【符号の説明】

【0099】

１００…光学測定装置
１０…照射部
２０…検出部
３０…測定部
４０…判定部
５０…出力部
６０…入力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】