特許 7237766 光学式測定装置

(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】2023-03-03

(45)【発行日】2023-03-13

(54)【発明の名称】光学式測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/08 20060101AFI20230306BHJP

【ＦＩ】

G01B11/08 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019136827

(22)【出願日】2019-07-25

(65)【公開番号】P2021021587

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-06-09

(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】110001612

【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金原 圭吾

(72)【発明者】

【氏名】藤原 秀朗

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２６５３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０３８５０９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６２－０４９２０２（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測定領域と、
前記測定領域に光ビームを照射し、前記光ビームの照射方向と交差する走査方向に前記光ビームを走査する光ビーム走査部と、
前記測定領域を通過した前記光ビームを受光して受光信号を出力する受光部と、
前記受光信号に基づいて、前記測定対象物の前記走査方向における寸法を示すデータを出力する信号処理部と、
前記寸法を表示する表示部と
を備え、
前記表示部は、前記測定対象物を位置決めする際に幾何学形状を表示し、
前記幾何学形状の位置、大きさ、形状、模様及び色の少なくとも一つは、前記光ビームの照射方向における前記測定対象物の位置と、前記光ビームの焦点位置と、の位置関係と対応する
光学式測定装置。

【請求項2】

前記幾何学形状の位置は、前記光ビームの走査方向における前記測定対象物の位置と対応する
請求項１記載の光学式測定装置。

【請求項3】

測定対象物が配置される測定領域と、
前記測定領域に光ビームを照射し、前記光ビームの照射方向と交差する走査方向に前記光ビームを走査する光ビーム走査部と、
前記測定領域を通過した前記光ビームを受光して受光信号を出力する受光部と、
前記受光信号に基づいて、前記測定対象物の前記走査方向における寸法を示すデータを出力する信号処理部と、
前記寸法を表示する表示部と
を備え、
前記表示部は、前記測定対象物を位置決めする際に幾何学形状を表示し、
前記幾何学形状の位置、大きさ、形状、模様及び色の少なくとも一つは、前記受光信号の傾きの大きさ、及び、前記傾きの大きさが所定の大きさ以上となる時間の長さの少なくとも一方と対応する
光学式測定装置。

【請求項4】

前記幾何学形状の位置は、前記受光信号の傾きの大きさが所定の大きさ以上となるタイミングと対応する
請求項３記載の光学式測定装置。

【請求項5】

前記表示部は、前記測定対象物を位置決めする際に、前記光ビームの走査方向における基準位置を示す情報を表示する
請求項１～４のいずれか１項記載の光学式測定装置。

【請求項6】

前記表示部は、前記測定対象物を位置決めする際に、前記位置決めが開始されてから、前記測定対象物が前記光ビームの焦点位置に最も近づいたタイミングにおける前記幾何学形状の位置、大きさ、形状、模様及び色の少なくとも一つを表示する
請求項１～５のいずれか１項記載の光学式測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物が配置される測定領域と、この測定領域に光ビームを照射し、この光ビームを走査方向に走査して、この走査方向における測定対象物の寸法等を測定する光学式測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象物が配置される測定領域と、この測定領域に光ビームを照射して光ビームの照射方向と交差する走査方向に光ビームを走査する光ビーム走査部と、測定領域を通過した光ビームを受光して受光信号を出力する受光部と、受光信号に基づいて測定対象物の走査方向における寸法を示すデータを出力する信号処理部と、を備える光学式測定装置が知られている（特許文献１）。

【0003】

測定対象物が配置された測定領域に光ビームを照射してこの光ビームを走査方向に走査すると、光ビームが測定対象物によって遮光される間は光ビームが測定領域を通過せず、上記受光信号の大きさは最小値程度となる。また、光ビームが測定対象物によって遮光されない間は光ビームが測定領域を通過し、上記受光信号の大きさは最大値程度となる。従って、例えば、受光信号の大きさがしきい値より小さくなる時間の長さを検出することにより、この時間の長さに基づいて測定対象物の上記走査方向における寸法等を測定することが出来る。

【0004】

ここで、上記光ビームのスポット径は、光ビームの焦点面上で最小となる。従って、測定対象物が光ビームの焦点面上に位置決めされた状態で光ビームを走査すると、光ビームが測定対象物に到達したタイミングで光ビーム全体が速やかに遮光され、上記受光信号が急峻に立ち下がる。同様に、上記光ビームが測定対象物を通過したタイミングで光ビーム全体が速やかに測定領域を通過する様になり、上記受光信号が急峻に立ち上がる。従って、上記受光信号の立ち上がり及び立ち下りを精度良く検出することが出来る。

【0005】

一方、上記光ビームのスポット径は、光ビームの焦点面上から離れた位置において、ある程度の大きさを有する。従って、測定対象物が光ビームの焦点面上に位置決めされていない状態で光ビームを走査すると、光ビームが測定対象物に到達したタイミングの近傍で光ビームが徐々に遮光され、上記受光信号がなだらかに立ち下がる。同様に、上記光ビームが測定対象物を通過したタイミングの近傍で光ビームが徐々に測定領域を通過する様になり、上記受光信号がなだらかに立ち上がる。この様な態様では、上記受光信号の立ち上がり及び立ち下りのタイミングに、ばらつきが生じてしまう場合がある。

【0006】

従って、上記光学式測定装置による測定に際しては、上記光ビームの照射方向において、上記測定対象物を光ビームの焦点面上に位置決めしておくことが望ましい。

【0007】

測定対象物の位置決めに際しては、例えば、光学式測定装置にオシロスコープを接続して上記受光信号を観察し、受光信号の立ち上がり及び立ち下がりが急峻となる様に、上記測定対象物の位置を調整することが出来る。

【0008】

また、下記特許文献２に記載されている様に、上記位置決めに際して上記受光信号の微分信号等を検出し、この微分信号等に基づいて受光信号の変化率を算出し、この変化率を数値として表示して、この数値が最大となる様に上記測定対象物の位置を調整することも出来る。

【0009】

また、下記特許文献３に記載されている様に、上記位置決めに際して上記受光信号を２つのしきい値と比較して、上記受光信号の大きさがこれら２つのしきい値の間の大きさとなる時間の長さが最小となる様に、上記測定対象物の位置を自動で調整することも出来る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開昭６２－４９２０２号公報

【文献】特開平６－２６５３１９号公報

【文献】実開平５－３８５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上記オシロスコープを使用する方法及び上記特許文献２記載の方法は、測定者の知識及び経験を必要とするものである。また、上記特許文献３の方法は測定対象物の位置を自動で調整することが出来るものの、光学式測定装置の高コスト化、大型化につながってしまう場合がある。

【0012】

本発明は、この様な点に鑑みなされたもので、測定対象物を容易に位置決めすることが可能な光学式測定装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

かかる課題を解決すべく、本発明の一の実施形態に係る光学式測定装置は、測定対象物が配置される測定領域と、測定領域に光ビームを照射して光ビームの照射方向と交差する走査方向に光ビームを走査する光ビーム走査部と、測定領域を通過した光ビームを受光して受光信号を出力する受光部と、受光信号に基づいて測定対象物の走査方向における寸法を示すデータを出力する信号処理部と、寸法を表示する表示部と、を備える。表示部は、測定対象物を位置決めする際に幾何学形状を表示する。この幾何学形状の大きさ、形状、模様及び色の少なくとも一つは、光ビームの照射方向における測定対象物の位置と、光ビームの焦点位置と、の位置関係と対応する。

【0014】

この様な光学式測定装置によれば、例えば、測定対象物の位置が光ビームの焦点位置と合っている場合に円等の幾何学形状の半径等が最小となり、測定対象物の位置が光ビームの焦点位置から離れる程円等の幾何学形状等の半径が最大となる様な表示を行うことが出来る。この様な表示により、測定対象物の位置決めを直感的に行うことが出来る。

【0015】

また、例えば、上記幾何学形状の位置を、光ビームの走査方向における測定対象物の位置と対応させることも出来る。例えば、光ビームの走査方向と上記幾何学形状の表示部における位置とを対応させて表示して、測定対象物を上に動かした場合には表示部における幾何形状の位置も上に動かすことが出来る。この様な表示により、光ビームの照射方向だけでなく、光ビームの走査方向についても、測定対象物の位置決めを直感的に行うことが出来る。

【0016】

本発明の一の実施形態に係る光学式測定装置は、測定対象物が配置される測定領域と、測定領域に光ビームを照射し、光ビームの照射方向と交差する走査方向に光ビームを走査する光ビーム走査部と、測定領域を通過した光ビームを受光して受光信号を出力する受光部と、受光信号に基づいて、測定対象物の走査方向における寸法を示すデータを出力する信号処理部と、寸法を表示する表示部と、を備える。表示部は、測定対象物を位置決めする際に幾何学形状を表示する。この幾何学形状の大きさ、形状、模様及び色の少なくとも一つは、受光信号の傾きの大きさ、及び、この傾きの大きさが所定の大きさ以上となる時間の長さの少なくとも一方と対応する。

【0017】

また、この幾何学形状の位置を、受光信号の傾きの大きさが所定の大きさ以上となるタイミングと対応させることも出来る。

【0018】

また、上述のいずれかの実施形態に係る光学式測定装置において測定対象物を位置決めする際、上記表示部に、光ビームの走査方向における基準位置を示す情報を表示させることも出来る。

【0019】

また、上述のいずれかの実施形態に係る光学式測定装置において測定対象物を位置決めする際、上記表示部に、位置決めが開始されてから測定対象物が光ビームの焦点位置に最も近づいたタイミングにおける幾何学形状の位置、大きさ、形状、模様及び色の少なくとも一つを表示させることも出来る。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、測定対象物を容易に位置決めすることが可能な光学式測定装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光学式測定装置の構成を示す斜視図である。

【図2】同光学式測定装置の構成を示す模式的なブロック図である。

【図3】同光学式測定装置によって測定対象物Ｗの外径Ｄ１を測定する際に取得される受光信号Ｓ１、エッジ検出信号Ｓ２、リセット信号ＲＳＴ及びエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）の様子を示す模式的なグラフである。

【図4】同光学式測定装置によって測定対象物Ｗの位置決めを行う際に取得される受光信号Ｓ１、スロープ検出信号Ｓ２´、リセット信号ＲＳＴ及びスロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１～ｔ１４）の様子を示す模式的なグラフである。

【図5】同位置決めにおいてＰＣ３００のディスプレイ（表示部）に表示される円３０３等の様子を示す模式的な図である。

【図6】同位置決めにおいて測定対象物Ｗがレーザ光Ｌの焦点面Ｆ上に位置決めされた時の様子を示す模式的な図である。

【図7】同位置決めにおいて測定対象物Ｗがレーザ光Ｌの焦点面Ｆ上に位置決めされていない時の様子を示す模式的な図である。

【図8】同位置決めを行う際に取得される受光信号Ｓ１、スロープ検出信号Ｓ２´、リセット信号ＲＳＴ及びスロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１～ｔ１４）の様子を示す模式的なグラフである。

【図9】同位置決めにおいてＰＣ３００のディスプレイ（表示部）に表示される円３０３等の様子を示す模式的な図である。

【図10】同位置決めにおいて測定対象物Ｗが基準位置よりも上方に位置している時の様子を示す模式的な図である。

【図11】同位置決めを行う際に取得される受光信号Ｓ１、スロープ検出信号Ｓ２´、リセット信号ＲＳＴ及びスロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１～ｔ１４）の様子を示す模式的なグラフである。

【図12】同位置決めにおいてＰＣ３００のディスプレイ（表示部）に表示される円３０３等の様子を示す模式的な図である。

【図13】他の実施形態に係る位置決めにおいてＰＣ３００のディスプレイ（表示部）に表示される円３０３等の様子を示す模式的な図である。

【図14】エッジ検出回路２０１の構成例を示す模式的な回路ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

［第１の実施形態］
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態に係る光学式測定装置について説明する。

【0023】

［概略構成］
図１に示す様に、本実施形態に係る光学式測定装置は、測定部１００と、測定部１００を制御する制御部２００（信号処理部）と、制御部２００に接続されたＰＣ３００と、を備える。測定部１００は、測定対象物Ｗが配置される測定領域１０１と、測定領域１０１に光ビーム（レーザ光Ｌ）を照射してこの光ビームを走査方向（－Ｚ方向）に走査する光ビーム走査部１１０と、測定領域１０１を通過した光ビームを受光する受光部１２０と、光ビーム走査部１１０及び受光部１２０を連結する連結部１３０と、を備える。

【0024】

尚、図１の例では、光ビーム走査部１１０及び受光部１２０がＸ方向に離間しており、光ビーム走査部１１０及び受光部１２０の間の空間が測定領域１０１となっている。また、測定領域１０１にはＹ方向に延伸する円柱状の測定対象物Ｗと、この測定対象物Ｗを支持する支持具１４０と、が配置されている。支持具１４０は、連結部１３０の上面に載置される台座部１４１と、測定対象物Ｗを支持する支持部１４２と、これら台座部１４１と支持部１４２との位置関係をＸ方向及びＺ方向に調整可能な図示しない調整機構と、を備える。また、光ビーム走査部１１０は、光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａに設けられた窓部１１０ｂを介して－Ｘ方向に進行するレーザ光Ｌを出射し、－Ｚ方向に走査している。

【0025】

図２は、測定部１００の光ビーム走査部１１０及び受光部１２０、並びに、制御部２００の構成を例示している。

【0026】

光ビーム走査部１１０は、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源１１１と、出射されたレーザ光Ｌを反射するミラー１１２と、ミラー１１２で反射されたレーザ光Ｌを更に反射するポリゴンミラー１１３と、ポリゴンミラー１１３で反射されたレーザ光Ｌを測定領域１０１に導くｆθレンズ１１４（照射光学系）と、レーザ光Ｌの走査終了時にリセット信号ＲＳＴ（第２受光信号）を出力するフォトダイオード等の受光素子１１５と、を備える。また、光ビーム走査部１１０は、ポリゴンミラー１１３を回転させるモータ１１６と、モータ１１６を駆動するモータ駆動回路１１７と、クロック信号ＣＬＫに応じてモータ駆動回路１１７に同期信号を入力するモータ同期回路１１８と、を備える。

【0027】

受光部１２０は、測定領域１０１を通過したレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１２１と、集光されたレーザ光Ｌを受光するフォトダイオード等の受光素子１２２と、受光素子１２２の出力信号を増幅して受光信号Ｓ１（第１受光信号）として出力するアンプ１２３と、を備える。

【0028】

制御部２００は、受光信号Ｓ１を２値化してエッジ検出信号Ｓ２を出力するエッジ検出回路２０１と、エッジ検出信号Ｓ２の立ち上がり及び立ち下がりに応じてエッジ選択信号Ｓ３を立ち上げるセグメント選択回路２０２と、エッジ選択信号Ｓ３及びクロック信号ＣＬＫのＡＮＤ信号を一又は複数のゲート信号Ｓ４として出力するゲート回路２０３と、一又は複数のゲート信号Ｓ４に含まれるクロックパルスの数を数えるカウント回路２０４と、補正テーブルが記録されるメモリ２０５と、を備える。また、制御部２００は、バス２０６を介してこれらの構成に接続されたＣＰＵ２０７と、これらの構成にクロック信号ＣＬＫを出力するクロック信号出力回路２０８と、を備える。

【0029】

尚、本実施形態に係るエッジ検出回路２０１は、受光信号Ｓ１の傾きの大きさが所定の大きさ以上となる時間の長さを検出して、スロープ検出信号Ｓ２´を出力する。スロープ検出信号Ｓ２´は、例えば、受光信号Ｓ１の微分信号ｄＳｔ／ｄｔの絶対値が所定のしきい値より大きい場合に“Ｈ”状態となり、それ以外の場合に“Ｌ”状態となる信号とすることも出来る。また、スロープ検出信号Ｓ２´は、例えば、受光信号Ｓ１が第１のしきい値より大きく、且つ、第２のしきい値より小さい場合に“Ｈ”状態となり、それ以外の場合に“Ｌ”状態となる信号とすることも出来る。

【0030】

［寸法測定時の動作］
図３は、本実施形態に係る光学式測定装置の寸法測定時の動作を模式的に示している。図３の例では、上記光学式測定装置によって４つのエッジＥ１～Ｅ４を検出する例について説明する。

【0031】

レーザ光Ｌの走査は、ポリゴンミラー１１３（図２）を回転させることによって行う。例えばポリゴンミラー１１３が正１６角柱状の形状を有し、１６個の反射面を備えている場合、ポリゴンミラー１１３を１回回転させるごとに、レーザ光Ｌは１６回ずつ走査される。

【0032】

タイミングｔ１では、レーザ光Ｌの中心部がエッジＥ１に到達する。エッジＥ１は、例えば、光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａに設けられる窓部１１０ｂの上端である（図１参照）。タイミングｔ１では、レーザ光Ｌが測定領域１０１を通過して受光部１２０に受光される。また、受光信号Ｓ１がしきい値Ｖｔｈよりも大きい値となり、エッジ検出信号Ｓ２が立ち上がる。また、カウント回路２０４は、エッジＥ１に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、エッジＥ１に対応するクロックパルスの数を、「エッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１）」等と呼ぶ。

【0033】

タイミングｔ２では、レーザ光Ｌの中心部がエッジＥ２に到達する。エッジＥ２は、例えば、測定対象物Ｗの上端である。タイミングｔ２では、レーザ光Ｌが測定対象物Ｗによって遮光され、測定領域１０１を通過しなくなる。また、受光信号Ｓ１がしきい値Ｖｔｈよりも小さい値となり、エッジ検出信号Ｓ２が立ち下がる。また、カウント回路２０４は、エッジＥ２に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、エッジＥ２に対応するクロックパルスの数を、「エッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２）」等と呼ぶ。

【0034】

タイミングｔ３では、レーザ光Ｌの中心部がエッジＥ３に到達する。エッジＥ３は、例えば、測定対象物Ｗの下端である。タイミングｔ３では、レーザ光Ｌが測定領域１０１を通過して受光部１２０に受光される。また、受光信号Ｓ１がしきい値Ｖｔｈよりも大きい値となり、エッジ検出信号Ｓ２が立ち上がる。また、カウント回路２０４は、エッジＥ３に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、エッジＥ３に対応するクロックパルスの数を、「エッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ３）」等と呼ぶ。

【0035】

タイミングｔ４では、レーザ光Ｌの中心部がエッジＥ４に到達する。エッジＥ４は、例えば、光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａに設けられる窓部１１０ｂの下端である（図１参照）。タイミングｔ４では、レーザ光Ｌが光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａによって遮光され、測定領域１０１を通過しなくなる。また、受光信号Ｓ１がしきい値Ｖｔｈよりも小さい値となり、エッジ検出信号Ｓ２が立ち下がる。また、カウント回路２０４は、エッジＥ４に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、エッジＥ４に対応するクロックパルスの数を、「エッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ４）」等と呼ぶ。

【0036】

その後のタイミングｔ５において、レーザ光Ｌは光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａ内部に配置された受光素子１１５（図２）によって受光され、リセット信号ＲＳＴが立ち上がる。カウント回路２０４は、リセット信号ＲＳＴを受信して、エッジＥ１～Ｅ４に対応する４通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）をＣＰＵ２０７に出力する。また、カウント回路２０４は、保持していたエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）をリセットする。ＣＰＵ２０７は、例えば、メモリ２０５に記録された補正テーブルを参照し、エッジカウント値ＥＣＶを補正して、補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´を取得する。その後、例えば補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´（Ｅ２）から補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´（Ｅ３）を減算して差分値を取得する。また、この差分値と、レーザ光Ｌが１クロックあたりに－Ｚ方向に走査される距離と、を乗算し、その結果を測定対象物Ｗの外径を示す寸法データとしてＰＣ３００に出力する。ＰＣ３００は、出力された寸法データを記録し、寸法データが示す外径をディスプレイ（表示部）に表示する。

【0037】

尚、図３には４通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）を取得する例を示したが、何通りのエッジカウント値を取得するかは、測定の目的等によって適宜調整することが出来る。例えば、図３に例示した様な測定対象物Ｗの外径を測定する場合、又は、メモリ２０５に記録される補正テーブルを取得する場合であれば、図３に例示する様に、４通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）を取得することが出来る。また、測定の態様に応じて、６通り以上のエッジカウント値ＥＣＶを取得することも出来る。ただし、測定の原理上、取得するエッジカウント値ＥＣＶの数は、受光信号Ｓ１の立ち上がり及び立ち下がりに対応する偶数通りの値となる。

【0038】

［測定対象物Ｗの位置決め］
図４及び図５は、本実施形態に係る光学式測定装置の位置決め時の動作を模式的に示している。尚、図４に示す動作は、図３に示す動作とは別に実行することも出来るし、図３に示す動作と並行して実行することも出来る。

【0039】

タイミングｔ１１では、レーザ光Ｌの下端がエッジＥ２に到達する。タイミングｔ１１では、レーザ光Ｌの測定対象物Ｗによる遮光が開始される。また、受光信号Ｓ１の減少が開始される。本実施形態に係るエッジ検出回路２０１は、受光信号Ｓ１の減少の開始を検出して、スロープ検出信号Ｓ２´を立ち上げる。また、カウント回路２０４は、タイミングｔ１１に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、タイミングｔ１１に対応するクロックパルスの数を、「スロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１）」等と呼ぶ。

【0040】

タイミングｔ１２では、レーザ光Ｌの上端がエッジＥ２に到達する。タイミングｔ１２では、レーザ光Ｌが測定対象物Ｗによって完全に遮光される。また、受光信号Ｓ１の減少が終了する。本実施形態に係るエッジ検出回路２０１は、受光信号Ｓ１の減少の終了を検出して、スロープ検出信号Ｓ２´を立ち下げる。また、カウント回路２０４は、タイミングｔ１２に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、タイミングｔ１２に対応するクロックパルスの数を、「スロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１２）」等と呼ぶ。

【0041】

タイミングｔ１３では、レーザ光Ｌの下端がエッジＥ３に到達する。タイミングｔ１３では、レーザ光Ｌの測定領域１０１の通過が開始される。また、受光信号Ｓ１の増大が開始される。本実施形態に係るエッジ検出回路２０１は、受光信号Ｓ１の増大の開始を検出して、スロープ検出信号Ｓ２´を立ち上げる。また、カウント回路２０４は、タイミングｔ１３に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、タイミングｔ１３に対応するクロックパルスの数を、「スロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１３）」等と呼ぶ。

【0042】

タイミングｔ１４では、レーザ光Ｌの上端がエッジＥ３に到達する。タイミングｔ１４では、レーザ光Ｌが測定領域１０１を完全に通過する。また、受光信号Ｓ１の増大が終了する。本実施形態に係るエッジ検出回路２０１は、受光信号Ｓ１の増大の終了を検出して、スロープ検出信号Ｓ２´を立ち下げる。また、カウント回路２０４は、タイミングｔ１４に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、タイミングｔ１４に対応するクロックパルスの数を、「スロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１４）」等と呼ぶ。

【0043】

その後のタイミングｔ１５において、レーザ光Ｌは光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａ内部に配置された受光素子１１５（図２）によって受光され、リセット信号ＲＳＴが立ち上がる。カウント回路２０４は、リセット信号ＲＳＴを受信して、タイミングｔ１１～ｔ１４に対応する４通りのスロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１～ｔ１４）をＣＰＵ２０７に出力する。また、カウント回路２０４は、保持していたスロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１～ｔ１４）をリセットする。ＣＰＵ２０７は、例えば、メモリ２０５に記録された補正テーブルを参照し、スロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１～ｔ１４）を補正して、補正後のスロープカウント値ＳＣＶ´（ｔ１１～ｔ１４）を取得する。その後、例えば補正後のスロープカウント値ＳＣＶ´（ｔ１１）から補正後のスロープカウント値ＳＣＶ´（ｔ１２）を減算して差分値を取得する。また、補正後のスロープカウント値ＳＣＶ´（ｔ１３）から補正後のスロープカウント値ＳＣＶ´（ｔ１４）を減算して差分値を取得する。また、これら２通りの差分値の平均値と、４通りのスロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１～ｔ１４）の平均値と、を取得して、ＰＣ３００に出力する。

【0044】

ＰＣ３００は、例えば図５に示す様に、ＰＣ３００のディスプレイ（表示部）上に、横軸３０１、縦軸３０２及び円３０３を表示する。円３０３の半径は、Ｘ方向における測定対象物Ｗの位置と、焦点面Ｆとの位置関係に対応しており、測定対象物Ｗの位置が焦点面Ｆと近づく程、円３０３の半径は小さくなる。円３０３の半径は、例えば、上記差分値の平均値と比例する大きさとすることが出来る。また、円３０３の縦方向の位置は、Ｚ方向における測定対象物Ｗの位置に対応しており、測定対象物Ｗが上方に位置している場合程、円３０３も上方に表示される。円３０３の縦方向の位置は、例えば、上記スロープカウント値ＳＣＶ（ｔ１１～ｔ１４）の平均値に比例する大きさとすることが出来る。尚、この様な表示は、例えば、ＰＣ３００中に含まれるメモリ等にインストールされたソフトウェア等によって実現される。

【0045】

次に、本実施形態に係る測定対象物Ｗの位置決め方法について説明する。

【0046】

図６に示す様に、レーザ光Ｌのスポット径は、レーザ光Ｌの焦点面Ｆ上で最小となる。従って、測定対象物Ｗの上端及び下端がレーザ光Ｌの焦点面Ｆ上に位置決めされた状態でレーザ光Ｌを走査すると、図４に示す様に、レーザ光Ｌが測定対象物Ｗの上端を通過するタイミングｔ１１からタイミングｔ１２にかけてレーザ光Ｌ全体が速やかに遮光され、受光信号Ｓ１が急峻に立ち下がる。同様に、レーザ光Ｌが測定対象物Ｗの下端を通過するタイミングｔ１３からタイミングｔ１４にかけてレーザ光Ｌ全体が速やかに測定領域１０１を通過する様になり、受光信号Ｓ１が急峻に立ち上がる。この様な場合には、図５に示す様に、ＰＣ３００のディスプレイに表示された円３０３の半径が小さくなる。

【0047】

一方、図７に示す様に、レーザ光Ｌのスポット径は、レーザ光Ｌの焦点面Ｆ上から離れた位置において、ある程度の大きさを有する。従って、測定対象物Ｗの上端及び下端がレーザ光Ｌの焦点面Ｆ上に位置決めされていない状態でレーザ光Ｌを走査すると、図８に示す様に、レーザ光Ｌが測定対象物Ｗの上端を通過するタイミングｔ１１からタイミングｔ１２にかけてレーザ光Ｌが徐々に遮光され、受光信号Ｓ１がなだらかに立ち下がる。同様に、レーザ光Ｌが測定対象物Ｗの下端を通過するタイミングｔ１３からタイミングｔ１４にかけてレーザ光Ｌが徐々に測定領域１０１を通過する様になり、受光信号Ｓ１がなだらかに立ち上がる。この様な場合には、図９に示す様に、ＰＣ３００のディスプレイに表示された円３０３の半径が大きくなる。従って、測定者は、円３０３の半径が最小となる様に支持具１４０（図１）を操作して、測定対象物ＷをＸ方向に移動させる。

【0048】

尚、ＰＣ３００のディスプレイ上には、測定対象物Ｗの位置決めを開始してから表示された最小の円３０３と同じ半径を有する円３０３´を、円３０３と重ねて表示することも出来る。この場合、測定者は、例えば、測定対象物Ｗが焦点面Ｆを通過する様に測定対象物ＷをＸ方向に移動させ、円３０３の輪郭線が円３０３´の輪郭線に重なる様に、測定対象物Ｗを－Ｘ方向に移動させることが出来る。

【0049】

また、図１０に示す様に、測定対象物ＷがＺ軸方向の基準位置よりも上方に位置する場合、図１１に示す様に、受光信号Ｓ１の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングｔ１１～ｔ１４が早めのタイミングとなり、上記エッジカウント値（ｔ１１～ｔ１４）は大きめの値となる。この様な場合には、図１２に示す様に、ＰＣ３００のディスプレイに表示された円３０３の位置が、基準位置よりも上となる。従って、測定者は、円３０３の位置が基準位置と合う様に支持具１４０（図１）を操作して、測定対象物Ｗを－Ｚ方向に移動させる。

【0050】

尚、ＰＣ３００のディスプレイ上には、円３０３の中心点３０４表示することも出来る。この場合、測定者は、例えば、円３０３の中心点３０４が基準位置を示す線３０５と重なる様に、測定対象物ＷをＺ方向に移動させる。

【0051】

以上の様な表示は、例えば、カメラのピントを合わせる際に、ピントが合っている場合には被写体が明確に観察され、ピントが合っていない場合には被写体の輪郭がぼやけて観察される様子と似ている。従って測定者は、この様な表示によって、測定対象物Ｗとレーザ光Ｌの焦点面Ｆとの位置関係を直感的に把握して、測定対象物Ｗを容易に位置決めすることが出来る。

【0052】

また、この様な表示によって測定対象物ＷのＺ軸方向の位置を直感的に把握して、測定対象物Ｗを容易に位置決めすることが出来る。

【0053】

尚、この様な表示方法は例示に過ぎず、具体的な構成、方法等は適宜調整することが出来る。

【0054】

例えば、図５、図９及び図１２の例では、ＰＣ３００のディスプレイに円３０３を表示し、この円３０３の半径及び高さ位置によって、測定対象物Ｗとレーザ光Ｌの焦点面Ｆとの関係、及び、測定対象物ＷのＺ方向の位置を表現した。

【0055】

しかしながら、ＰＣ３００のディスプレイに表示される幾何学形状は、円でなくても良く、矩形又はその他の多角形とすることも出来るし、測定対象物Ｗと同様の形状とすることも出来るし、その他の形状とすることも出来る。

【0056】

また、測定対象物Ｗとレーザ光Ｌの焦点面Ｆとの関係を示す表示は、幾何学形状の大きさでなくても良く、例えば、幾何学形状の左右方向の位置とすることも出来る。この様な場合には、例えば図１３に示す様に、円３０３の中心点３０４から理想値を示す線３０６までの距離が、Ｘ方向における測定対象物Ｗの位置と、焦点面Ｆとの位置関係に対応する。この距離は、例えば、上記差分値の平均値と比例する大きさとすることが出来る。この場合、測定者は、円３０３の中心点３０４から理想値を示す線３０６までの距離が最小となる様に支持具１４０（図１）を操作して、測定対象物ＷをＸ方向に移動させる。この様な表示によっても、測定者は、測定対象物ＷのＸ方向の位置とＰＣ３００のディスプレイに表示される円３００の位置との関係を直感的に把握することが出来る。

【0057】

また、測定対象物Ｗとレーザ光Ｌの焦点面Ｆとの関係を示す表示は、形状の変更によるもの（例えば、アスペクト比等の変更等）とすることも出来る。また、この様な表示は、模様又は色の変更によるものとすることも出来る。例えば、測定対象物ＷのＸ方向の位置が許容範囲内である場合には幾何学形状の色を緑色に表示し、許容範囲外である場合には幾何学形状の色を赤色に表示し、その中間である場合には幾何学形状の色を黄色に表示することも出来る。

【0058】

また、測定対象物ＷのＺ方向の位置を示す表示も、適宜調整することが出来る。

【0059】

［エッジ検出回路２０１］
次に、エッジ検出信号Ｓ２及びスロープ検出信号Ｓ２´を生成するエッジ検出回路２０１の構成例について説明する。

【0060】

図１４は、エッジ検出回路２０１の構成例を示す模式的なブロック図である。本実施形態に係るエッジ検出回路２０１は、比較回路２１１と、しきい値調整回路２１２と、比較回路２１３と、を備える。

【0061】

比較回路２１１は、しきい値Ｖｔｈ及び受光信号Ｓ１を受信して、エッジ検出信号Ｓ２を出力する。

【0062】

しきい値調整回路２１２は、レーザ光Ｌが走査される間に受光信号Ｓ１を取得し、この受光信号Ｓ１に基づいてしきい値Ｖｔｈを調整する。しきい値調整回路２１２は、例えば、受光信号Ｓ１の微分信号ｄＳｔ／ｄｔを取得し、微分信号ｄＳｔ／ｄｔが最小値Ｖ１となるタイミングの受信信号の値Ｖ２と、微分信号ｄＳｔ／ｄｔが最大値Ｖ３となるタイミングの受信信号の値Ｖ４と、を取得し、これらの値Ｖ２及びＶ４の平均値をしきい値Ｖｔｈとして出力する。尚、しきい値調整回路２１２は、例えば、レーザ光Ｌの走査が１回以上行われた後でしきい値Ｖｔｈを更新する。レーザ光Ｌのｍ（ｍは自然数）回目の走査に際して取得されたしきい値Ｖｔｈは、例えば、レーザ光Ｌのｍ＋１回目以降の走査に際して比較回路２１１に出力される。

【0063】

しきい値調整回路２１２は、受光信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２２１と、Ａ／Ｄ変換器２２１から出力されたデータをラッチするラッチ回路２２２及びフリップフロップ回路２２３と、フリップフロップ回路２２３から出力されたデータをラッチするラッチ回路２２４と、を備える。Ａ／Ｄ変換器２２１及びフリップフロップ回路２２３には、所定の周期でＡ／Ｄスタート信号が入力される。レーザ光Ｌの走査が開始されてからｎ＋１（ｎは自然数）回目のＡ／Ｄスタート信号が入力されると、Ａ／Ｄ変換器２２１は、受光信号Ｓ１のｎ＋１回目のサンプリングを開始する。これにより、Ａ／Ｄ変換された受光信号Ｓ１を構成するデータ列のうちのｎ＋１番目のデータ（以下、「受光信号Ｓ１のｎ番目のデータ」等と呼ぶ。）が生成される。また、Ａ／Ｄ変換器２２１は、受光信号Ｓ１のｎ番目のデータを出力する。ラッチ回路２２２及びフリップフロップ回路２２３は、受光信号Ｓ１のｎ番目のデータを受信してラッチする。また、フリップフロップ回路２２３は、スタート信号の入力に応じて、受光信号Ｓ１のｎ－１番目のデータを出力する。ラッチ回路２２４は、受光信号Ｓ１のｎ－１番目のデータを受信してラッチする。

【0064】

また、しきい値調整回路２１２は、ラッチ回路２２２にラッチされたデータが示す値（以下、「ラッチ回路２２２にラッチされた値」等と呼ぶ。）からラッチ回路２２４にラッチされた値を減算する減算回路２２５と、ラッチ回路２２２にラッチされた値とラッチ回路２２４にラッチされた値とを加算する加算回路２２６と、加算回路２２６から出力されたデータが示す値（以下、「加算回路２２６から出力された値」等と呼ぶ。）を１／２倍する割算回路２２７と、減算回路２２５から出力された値をラッチするラッチ回路２２８と、割算回路２２７から出力された値をラッチするラッチ回路２２９と、を備える。減算回路２２５から出力されるデータは、微分信号ｄＳ１／ｄｔのｎ番目のデータに対応する。割算回路２２７から出力されるデータは、受光信号Ｓ１のｎ番目のデータが示す値と受光信号Ｓ１のｎ－１番目のデータが示す値との平均値を示す。

【0065】

また、しきい値調整回路２１２は、上述の値Ｖ２及び値Ｖ４を抽出する抽出回路２３０を備える。抽出回路２３０は、例えば、上記微分信号ｄＳｔ／ｄｔの最小値Ｖ１及びこれに対応するエッジ検出信号Ｓ２の値Ｖ２、並びに、上記微分信号ｄＳｔ／ｄｔの最大値Ｖ３及びこれに対応するエッジ検出信号Ｓ２の値Ｖ４の候補となる値を保持する。また、抽出回路２３０は、例えば、保持している最小値Ｖ１よりもラッチ回路２２８にラッチされた値の方が小さかった場合には、最小値Ｖ１をラッチ回路２２８にラッチされた値に更新し、値Ｖ２をラッチ回路２２９にラッチされた値に更新する。同様に、保持している最大値Ｖ３よりもラッチ回路２２８にラッチされた値の方が大きかった場合には、最大値Ｖ３をラッチ回路２２８にラッチされた値に更新し、値Ｖ４をラッチ回路２２９にラッチされた値に更新する。また、抽出回路２３０は、例えば、リセット信号ＲＳＴの受信に応じて値Ｖ２及び値Ｖ４を示すデータを出力し、ラッチしているデータをリセットする。

【0066】

また、しきい値調整回路２１２は、抽出回路２３０から出力された値Ｖ２及び値Ｖ４を加算する加算回路２３１と、加算回路２３１から出力された値を１／２倍する割算回路２３２と、割算回路２３２から出力された値をラッチするラッチ回路２３３と、ラッチ回路２３３にラッチされたデータをＤ／Ａ変換してしきい値Ｖｔｈを示す信号として出力するＤ／Ａ変換器２３４と、を備える。

【0067】

また、しきい値調整回路２１２は、ラッチ回路２２８の出力信号を絶対値に変換する変換回路２３５と、変換回路２３５の出力信号をＤ／Ａ変換して出力するＤ／Ａ変換器２３６を備える。

【0068】

比較回路２１３は、Ｄ／Ａ変換器２３６の出力信号及び所定のしきい値を受信して、スロープ検出信号Ｓ２´を出力する。

【0069】

ここで、しきい値調整回路２１２に含まれる構成のうち、変換回路２３５及びＤ／Ａ変換器２３６以外の構成はエッジ検出信号Ｓ２の生成に用いられる。即ち、図１４に例示した構成によれば、エッジ検出信号Ｓ２の生成に用いる回路構成の一部を利用して、構成等の増大をほぼ招くことなくスロープ検出信号Ｓ２´を生成することが出来る。

【0070】

尚、図１４を参照して説明した構成はあくまでも例示であり、具体的な構成は適宜調整することが出来る。例えば、図１４を参照して説明した工程には、ノイズ除去のためのフィルタ等を設けても良い。また、例えば、ラッチ回路２２２、フリップフロップ回路２２３、ラッチ回路２２４、減算回路２２５、加算回路２２６、割算回路２２７、ラッチ回路２２８、ラッチ回路２２９、抽出回路２３０、加算回路２３１、割算回路２３２、ラッチ回路２３３及び変換回路２３５は、電子回路等によって実現されていても良いし、ＣＰＵ又はＦＰＧＡ等によって実現されても良い。

【0071】

［その他の実施形態］
以上、第１の実施形態に係る光学式測定装置について説明した。しかしながら、第１の実施形態は例示に過ぎず、具体的な構成等は適宜調整することが出来る。

【0072】

例えば、第１の実施形態では、図１を参照して説明した様に、測定部１００の連結部１３０上に支持具１４０が載置され、この支持具１４０によって測定対象物Ｗが支持されている例を説明した。この場合には、上述の通り、位置決めに際して支持具１４０を操作して、測定対象物ＷのＸ方向及びＺ方向の位置を調整する。しかしながら、位置決めに際しては、測定部１００のＸ方向及びＺ方向の位置を調整することも出来る。

【0073】

また、第１の実施形態では、測定対象物ＷのＸ方向の位置決めに際して、スロープカウント値ＳＣＶを利用していた。しかしながら、スロープカウント値ＳＣＶを用いることなく測定対象物Ｗの位置決めを行うことも出来る。例えば、測定対象物Ｗが焦点面Ｆ上に位置決めされている場合、上記受光信号Ｓ１の傾きの大きさは最大値となる。従って、例えば、上記微分信号ｄＳｔ／ｄｔの絶対値に対応する情報を幾何形状の位置、大きさ等に対応させることも出来る。この場合、測定者は、例えば、上記微分信号ｄＳｔ／ｄｔが最大値となる様に、測定対象物ＷをＸ方向に位置決めする。また、上記スロープカウント値ＳＣＶ及び上記微分信号ｄＳｔ／ｄｔの双方を用いて測定対象物Ｗの位置決めを行うことも出来る。

【符号の説明】

【0074】

１００…測定部、１０１…測定領域、１１０…光ビーム走査部、１１１…レーザ光源、１１２…ミラー、１１３…ポリゴンミラー、１１４…ｆθレンズ、１１５…受光素子、１１６…モータ、１１７…モータ駆動回路、１１８…モータ同期回路、１２０…受光部、１２１…集光レンズ、１２２…受光素子、１２３…アンプ、１３０…連結部、２００…制御部、２０１…エッジ検出回路、２０２…ゲート回路、２０３…カウント回路、２０４…メモリ、２０５…バス、２０６…ＣＰＵ、２０７…クロック信号出力回路、２１１…比較回路、２１２…しきい値調整回路、ＣＬＫ…クロック信号、Ｓ１…受光信号、ＥＣＶ…エッジカウント値。

【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】