光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラム
【課題】２次元状に受光素子が配置された光学式変位計において、ワークに応じて安定した受光量を得ることを可能とする。
【解決手段】測定対象物ＷＫに光を照射するための投光部３と、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性曲線を有し、測定対象物ＷＫからの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子１５と、２次元受光素子１５の受光特性曲線を調整するための受光素子制御部５２と、受光素子制御部５２により受光特性曲線が調整された２次元受光素子１５からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部３からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物ＷＫのプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部５４とを備える。
【解決手段】測定対象物ＷＫに光を照射するための投光部３と、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性曲線を有し、測定対象物ＷＫからの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子１５と、２次元受光素子１５の受光特性曲線を調整するための受光素子制御部５２と、受光素子制御部５２により受光特性曲線が調整された２次元受光素子１５からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部３からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物ＷＫのプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部５４とを備える。
【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、測定対象物からの光を受光素子で受光して得られる電気信号から、投光部から測定対象物までの距離、測定対象物の変位等を計測する光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物（ワーク）の寸法や移動量等を測定するために、三角測量を応用した光学式変位計が用いられている。図９３は従来の光学式変位計の主要部の構成を示すブロック図である。図９３において、駆動回路１０１は、光出力制御信号Ｖａに基づいてレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）１０２を駆動する。レーザダイオード１０２から出射されたレーザ光は投光レンズ１０３を通してワークＷＫに照射される。ワークＷＫからの反射光のうち拡散反射成分や正反射成分が受光レンズ１０４を通してＰＳＤ等の光位置検出素子により受光される。矢印Ｘで示す方向にワークＷＫが変位すると、光位置検出素子１０５の受光面での光スポットの位置が移動する。光位置検出素子１０５からは、受光面上での光スポットの位置に応じた２つの出力信号が出力され、それらの出力信号はそれぞれ電流電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換回路）１０６ａ、１０６ｂにより電流電圧変換される。光位置検出素子１０５の一方の出力信号は受光面の一端部から光スポットまでの距離に比例した電流値を有し、他方の出力信号は受光面の他端部から光スポットまでの距離に比例した電流値を有する。したがって、これらの２つの出力信号の電流値に基づいてワークＷＫの変位を検出することができる。
【０００３】
このような光学式変位計においては、ワークＷＫの材質や表面状態によって反射光の強度が異なるため、光位置検出素子１０５での受光量がある一定のレベルとなるように、レーザダイオード１０２の光出力を調整する必要がある。図９４は光位置検出素子１０５での受光量を制御するための従来の制御回路の一例を示すブロック図である。図９４の制御回路は、電流電圧変換回路１０６ａ、１０６ｂ、加算器１１２、減算器１１３、誤差積分回路１１４、基準電圧発生回路１１５および光出力調整回路１１１を含む。電流電圧変換回路１０６ａ、１０６ｂは、光位置検出素子１０５の電流信号を電圧信号に変換する。加算器１１２は、ＦＡＲ側およびＮＥＡＲ側のそれぞれの電圧信号を加算することによって、光位置検出素子１０５の受光量を受光量電圧ＶＬとして出力する。基準電圧発生回路１１５は、所定の基準電圧Ｖｒを発生する。減算器１１３は、加算器１１２により得られる受光量電圧ＶＬと基準電圧発生回路１１５により発生される基準電圧Ｖｒとの差を誤差信号ＶＥとして出力する。誤差積分回路１１４は、減算器１１３から出力される誤差信号ＶＥを積分し、積分された誤差信号を制御電圧ＶＣとして光出力調整回路１１１に与える。これにより、加算器１１２から出力される受光量電圧ＶＬが基準電圧発生回路１１５により発生される基準電圧Ｖｒと等しくなるように光出力調整回路１１１の電圧が制御される。したがって、光出力調整回路１１１から図９３の駆動回路１０１に与えられる光出力制御信号Ｖａの電圧を制御することにより、光位置検出素子１０５での受光量を一定のレベルに制御することができる。
【０００４】
このような光学式変位計においては、ワークの表面の色、粗さ、角度等の条件に応じて光の反射率、ひいては受光量が大きく変動する。受光信号が小さすぎても、飽和する等して大きすぎても、測定精度が悪化する。そこで、例えば受光量（画像信号レベル）のピーク値が目標値になるように、発光素子の発光量や増幅器の増幅率（ゲイン）を調整するフィードバック制御を行う技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。この光学式変位計は、図９５に示すように、ワークＷＫに光を照射するための発光素子１０２Ｂと、ワークＷＫからの光を受光して画像信号を生成するためのイメージセンサ１０５Ｂと、イメージセンサ１０５Ｂからの画像信号を増幅する増幅器１４６Ｂを含む信号処理回路と、信号処理回路からの画像信号に基づいて発光素子１０２Ｂの発光量及び増幅器１４６Ｂの増幅率を含む操作量の少なくとも一つのフィードバック制御を実行する制御部１４４Ｂとを備え、フィードバック制御における操作量の少なくとも一つの可変幅が変更設定可能である。制御部１４４Ｂは、可変幅設定モードにおいて所定期間の操作量のデータに基づいて操作量の適切な可変幅を設定する。この結果、図９６に示すように、発光素子１０２Ｂの発光量や増幅器１４６Ｂの増幅率のフィードバック制御を行うことの利点を残しながら、計測の高速化に対応可能としている。
【特許文献１】特開２００６−０１０３６１号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、光切断の原理を用いたワークの形状（プロファイル）を測定する装置が開発されている。光切断とは、図９７（ａ）、（ｂ）に示すように、三角測距の原理を２次元に拡張したものである。すなわち、図９７（ａ）に示すようにセンサヘッド部ＳＨからワークＷＫに照射されるレーザ光ＬＢを帯状にして、三角測距を幅（Ｘ方向）に拡大している。その結果、図９７（ｂ）に示すように三角測距が幅方向に拡大されたようになる。このため、三角測距においてはライン状（１次元状）の受光素子を使用するのに対し、光切断においては受光素子に２次元状に配置した受光素子ＪＳを使用する。
【０００６】
このような光切断の原理を使ったプロファイルを測定する光学式変位計を用いて、ワークの立体形状を測定することが行われている。立体形状を計測する場合、ワークの表面状態や角度で受光輝度が大幅に変動することがある。従来は受光素子として感度特性（受光特性）がリニアなＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いていた。このため、ワークによって光量変化が激しい場合には、投光光量や受光側のシャッタ時間を変えながら、ワークを複数回撮像し、得られた複数の受光画像中から、光量が適切な範囲を抽出し、これらを合成して一画像を得るというマルチ露光（多重露光、多重露出）処理を行っていた。
【０００７】
しかしながら、マルチ露光では複数回の撮像を行うため、一のプロファイルを得るために要する時間が長くなるという問題があった。例えば一回の露光で１５〜１６ｍｓ要する受光画像の撮像を５〜１０枚連続して撮像するため、０．５〜１ｓ程度かかることになる。このため、インライン処理等、即時性が求められる用途には不向きであった。また複数回の撮像を行う間に、ワークが位置ずれした場合には、マルチ露光の合成の際に誤差となる。このような場合、ソフトウェア上で補正することも可能であるが、この場合はさらに処理負荷が増大する。
【０００８】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の第一の目的は、高速に安定した撮像が行える光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムを提供することにある。
【０００９】
一方、発光素子に使用されるレーザダイオードの発光量の調整幅は極めて広く、またワークの状態が変化すると反射光量も大きく変動する。このため、フィードバック制御による自動制御のみでは制御が安定せず、発散することもあり得る。
【００１０】
本発明は、さらにこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の第二の目的は、発散を防止し、フィードバック制御の操作量につきユーザが最適な範囲を指定することで安定した制御が行える光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１１】
以上の目的を達成するために本発明の第１の光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性曲線を有し、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子の受光特性曲線を調整するための受光素子制御部と、受光素子制御部により受光特性曲線が調整された２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部とを備えることができる。
第２の光学式変位計によれば、受光素子制御部は、プロファイル演算部により計測されたプロファイル形状のピークの分布が、所定の光量範囲に入るように、受光特性曲線を調整することができる。
第３の光学式変位計によれば、２次元受光素子は、受光感度曲線として段階的に切り替え可能な複数のＬｏｇ特性を備えることができる。
第４の光学式変位計によれば、プロファイル演算部は、受光素子制御部で異なる受光特性曲線に調整された２次元受光素子で、複数の異なる受光信号を検出し、各受光信号に基づいて第１の方向におけるピークが所定の範囲内にある部分を有効プロファイル形状として演算すると共に、複数の有効プロファイル形状を合成して測定対象物のプロファイル形状を演算可能とできる。
第５の光学式変位計によれば、さらに、プロファイル形状の精度を重視し、受光特性曲線を異ならせる受光感度条件を多くする精細モードと、処理速度を重視し、受光感度条件を少なくする高速モードとを切り替え可能なモード切替手段を備えることができる。
第６の光学式変位測定方法によれば、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、測定対象物からの反射光を、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるよう調整可能な受光特性曲線を有する２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、受光特性曲線が調整された２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を演算する一方、デジタル変換手段で得られたデジタル信号の第１方向におけるピークが所定の範囲内となるように、２次元受光素子の受光特性曲線を調整する工程と、を含むことができる。
第７の光学式変位測定プログラムは、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、測定対象物からの反射光を、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるよう調整可能な受光特性曲線を有する２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、受光特性曲線が調整された２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、デジタル信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、２次元受光素子の受光特性曲線をフィードバック制御する機能と、２次元受光素子の受光特性が調整可能であって、該受光特性を調整する機能と、をコンピュータに実現させることができる。
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを調整するための受光レベル制御手段とを備えることができる。これにより、測定対象物に応じて操作量を受光レベル制御手段で調整して、２次元受光素子で測定対象物の適切な受光画像を得ることができる。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを制御するための受光レベル制御手段とを備え、２次元受光素子が、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性を有することができる。これにより、受光信号が高い領域で飽和しないように絶対値が抑えられる結果、相対的に低い領域の信号との差が縮まり、第１方向のライン間における受光信号に高低差があってもこれを軽減して、一枚の受光画像で対応可能な受光信号の範囲を広く取ることができる。すなわち、１度の撮像で済ませることができ、また複数枚の受光画像を合成するマルチ露光を行う場合においても、撮像回数を低減できる。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを制御するための受光レベル制御手段とを備え、２次元受光素子が、受光特性を任意に調整可能に構成できる。これにより、測定対象物に応じた感度に２次元受光素子の受光特性を調整し、適切な測定が実現できる。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを調整するための受光レベル制御手段と、測定対象物の変位を測定する測定モードと、操作量を設定する設定モードと、を切り替えるためのモード切替手段とを備え、２次元受光素子の受光特性を操作量として、受光レベル制御手段で調整可能に構成されており、受光レベル制御手段が、設定モードにおいて２次元受光素子で撮像された測定対象物の受光画像から輝度分布データを取り込み、該輝度分布情報に基づいて、これら輝度信号の分布を一の受光画像中で適切に捕捉できるよう、２次元受光素子の受光特性を自動調整する機能を備えることができる。これにより、測定モードに入る前に測定対象物を撮像して、取得した輝度分布に応じて２次元受光素子の感度特性を予め設定できるため、安定した制御がより確実に見込まれる。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計はさらに、設定された操作量を、ユーザが手動で調整するための操作量調整手段を備えることができる。これにより、必要に応じてユーザが更なる微調整を行える。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを制御するための受光レベル制御手段と、演算結果及び／又は撮像された画像データを表示可能な表示部とを備え、受光レベル制御手段が２次元受光素子の受光特性を自動調整した複数の操作量にて、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を各々演算して候補パターンとし、異なる操作量にて取得された複数の候補パターンを表示部に表示し、ユーザに選択可能に構成できる。これにより、複数の候補パターンとして得られたプロファイル形状に基づいて、ユーザは最も好ましいパターンを選択できる。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、表示部が、プロファイル演算部で演算された測定対象物のプロファイル形状を表示するためのプロファイル表示領域と、プロファイル形状の位置毎の光量を示す光量グラフを表示するための光量グラフ表示領域とを備えることができる。これにより、制御の候補パターンを表示できることと相俟って、プロファイル形状を表示させて、候補パターンの選択の際の指標として利用できる。
【００１８】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、表示部にプロファイル形状を表示する際、プロファイル形状の各位置における光量のレベルに応じて、プロファイル形状をハイライト処理するプロファイルハイライト手段を備えることができる。これにより、プロファイル形状の位置毎の光量を視覚的に把握できるので、プロファイル形状の視認性をさらに高め、候補パターンの選択に際して一層寄与できる。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計はさらに、表示部で表示されるプロファイル形状に対して、所望の計測領域を指定するための計測領域指定手段と、領域指定手段で指定された計測領域に対して所望の演算を行うことが可能な計測処理部とを備えることができる。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子であって、受光特性を調整可能な２次元受光素子と、２次元受光素子で検出された受光信号の、第１方向におけるピークが所定の範囲内となるように、２次元受光素子の受光特性を調整するための受光素子制御部と、受光素子制御部で異なる受光特性に調整された２次元受光素子で、複数の異なる受光信号を検出し、各受光信号に基づいて前記第１の方向におけるピークが所定の範囲内にある部分を有効プロファイル形状として演算すると共に、複数の有効プロファイル形状を合成して測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部とを備えることができる。これにより、測定対象物の表面状態などに応じて反射光が異なる場合でも、２次元受光素子の受光特性を変化させて受光することで、受光信号が飽和、或いは不足しない適切な状態で有効プロファイル形状を得ることができ、これらを合成すれば高精度なプロファイル形状が得られる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を演算する一方、デジタル変換手段で得られたデジタル信号のピークが所定のレベルとなるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する工程とを含んでおり、２次元受光素子が受光信号を出力する工程が、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性を有する２次元受光素子を用いて行うことができる。これにより、受光信号が高い領域で飽和しないように絶対値が抑えられる結果、相対的に低い領域の信号との差が縮まり、第１方向のライン間における受光信号に高低差があってもこれを軽減して、一枚の受光画像で対応可能な受光信号の範囲を広く取ることができる。すなわち、１度の撮像で済ませることができ、また複数枚の受光画像を合成するマルチ露光を行う場合においても、撮像回数を低減できる。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、デジタル変換手段で得られたデジタル信号である輝度信号の分布情報に基づいて、これら輝度信号の分布を一の受光画像中で適切に捕捉できるよう、２次元受光素子の受光特性を自動調整する工程とを含むことができる。これにより、測定モードに入る前に測定対象物を撮像して、取得した輝度分布に応じた状態に２次元受光素子の感度特性を予め設定できるため、安定したフィードバック制御がより確実に見込まれる。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法はさらに、フィードバック制御工程で調整された操作量を、ユーザが手動で調整する工程を有することができる。これにより、必要に応じてユーザが更なる微調整を行える。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、さらに、２次元受光素子の受光特性を自動調整した操作量にて、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を演算して候補パターンとし、同様の手順で調整された異なる操作量にて候補パターンを複数取得して、これら複数の候補パターンのいずれかをユーザに選択させるために表示部に表示する工程とを含むことができる。これにより、複数の候補の中から、ユーザは最も好ましいパターンを選択できる。
【００２５】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、候補パターンを表示部に表示する工程が、プロファイル演算部で演算された測定対象物のプロファイル形状、及び／又はプロファイル形状の位置毎の光量を示す光量グラフを表示部に表示することができる。これにより、制御の候補パターンを表示できることと相俟って、プロファイル形状を表示させて、候補パターンの選択の際の指標として利用できる。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、表示部にプロファイル形状を表示する際、プロファイル形状の各位置における光量のレベルに応じて、プロファイル形状をハイライト処理することができる。これにより、プロファイル形状の位置毎の光量を視覚的に把握できるので、プロファイル形状の視認性をさらに高め、候補パターンの選択に際して一層寄与できる。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状の少なくとも一部を有効プロファイル形状として演算する工程と、２次元受光素子の受光特性を変化させた状態で上記工程を繰り返し、各工程で得られた有効プロファイル形状を合成して、測定対象物のプロファイル形状として出力する工程とを含むことができる。これにより、測定対象物の表面状態などに応じて反射光が異なる場合でも、２次元受光素子の受光特性を変化させて受光することで、受光信号が飽和、或いは不足しない適切な状態で有効プロファイル形状を得ることができ、これらを合成すれば高精度なプロファイル形状が得られる。
【００２８】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、デジタル信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する機能と、２次元受光素子の受光特性が調整可能であって、該受光特性を調整する機能とをコンピュータに実現させることができる。これにより、測定対象物に応じた感度に２次元受光素子の受光特性を調整し、適切な測定が実現できる。
【００２９】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、デジタル信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する機能と、２次元受光素子の受光特性を操作量として調整する機能と、２次元受光素子で撮像された測定対象物の受光画像から輝度分布データを取り込み、該輝度分布情報に基づいて、２次元受光素子の受光特性を自動調整する機能とをコンピュータに実現させることができる。これにより、測定モードに入る前に測定対象物を撮像して、取得した輝度分布に応じた状態に２次元受光素子の感度特性を予め設定できるため、安定したフィードバック制御がより確実に見込まれる。
【００３０】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、デジタル信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する機能と、フィードバック制御により、操作量の調整パターンとして複数の候補パターンを演算し、これら複数の候補パターンのいずれかをユーザに選択させるために表示部に表示する機能とをコンピュータに実現させることができる。これにより、適切と思われる複数の候補の中から、ユーザは最も好ましいパターンを選択できる。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、候補パターンを表示部に表示する機能が、測定対象物のプロファイル形状、及び／又はプロファイル形状の位置毎の光量を示す光量グラフを表示部に表示可能とすることができる。これにより、制御の候補パターンを表示できることと相俟って、プロファイル形状を表示させて、候補パターンの選択の際の指標として利用できる。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、表示部にプロファイル形状を表示する際、プロファイル形状の各位置における光量のレベルに応じて、プロファイル形状をハイライト処理可能に構成できる。これにより、プロファイル形状の位置毎の光量を視覚的に把握できるので、プロファイル形状の視認性をさらに高め、候補パターンの選択に際して一層寄与できる。
【００３３】
本発明の実施の形態に係るプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、上記プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）、ＨＤ ＤＶＤ等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムを例示するものであって、本発明は光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムを以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施の形態１）
【００３５】
図１〜図３に、本発明の実施の形態１に係る光学式変位計１００を示す。図１は本発明の実施例１に係る光学式変位計１００の構成を示すブロック図、図２は光学式変位計１００のシステム構成を示す斜視図、図３はマイクロプロセッサ４４によるフィードバック制御の構成を示すブロック図を、それぞれ示している。ここでは主にフィードバック制御の一例について説明する。
【００３６】
図１は、光学式変位計１００の測定原理を示している。光学式変位計１００はレーザ変位計ともいわれ、三角測量の原理を用いて対象物の変位を非接触で測定するのに用いられる。ＬＤドライバ１１の制御によってレーザダイオード１２から発せられたレーザ光は、投光レンズ１３を通りワークＷＫを照射する。ワークＷＫで反射したレーザ光の一部は、受光レンズ１４を通って２次元受光素子１５により受光される。２次元受光素子１５は、複数の画素構成部が平面状に配列されたＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサであり、受光量に相当する電荷が画素構成部ごとに蓄積され、取り出される。
【００３７】
ワークＷＫが図１に破線で示すように変位すると、ワークＷＫで反射して２次元受光素子１５に達するレーザ光の光路が破線のように変化する。その結果、２次元受光素子１５の受光面における受光スポットの位置が移動し、上記の受光信号波形、すなわち受光像の位置が変化する。２次元受光素子１５の各画素構成部における受光量に応じた蓄積電荷が読み出し回路１６によって読み出され、信号処理によって一次元の受光量分布である受光波形が得られる。この受光波形のピーク位置や重心からワークＷＫの変位が求まる。
【００３８】
図２は、光学式変位計１００のシステム構成を示している。この光学式変位計１００は、センサヘッド部２１とコントローラ部２２、表示器２７からなる。センサヘッド部２１は、図１で示したＬＤドライバ１１、レーザダイオード１２、投光レンズ１３、受光レンズ１４、２次元受光素子１５及び読み出し回路１６を内蔵している。コントローラ部２２は、センサヘッド部２１を接続するヘッド接続部２４と共に、表示部を構成する表示器２７を接続する表示器接続部２５を備える。コントローラ部２２は、マイクロプロセッサ（制御部）を有し、センサヘッド部２１のＬＤドライバ１１を介してレーザダイオード１２の出力（発光量）を制御すると共に、２次元受光素子１５から読み出された信号からワークＷＫの変位を求める処理を実行する。なお、レーザダイオード１２の制御を、センサヘッド部２１で行わせることも可能であり、この場合はセンサヘッド部に制御部を持たせる。また、コントローラ部２２の前面には、各種の設定、操作を行うための入力インターフェースとして、押ボタンスイッチやコンソール、あるいはこれらを接続するためのコネクタ類を備えることもできる。さらにコントローラ部２２は、半導体メモリを挿入するためのスロットや電源端子台、拡張コネクタ、ＵＳＢやＲＳ２３２Ｃ等のシリアルポートといったインターフェースを備える。さらにまたコントローラ部２２は、複数台のセンサヘッド部２１を接続するため、増設ユニット２６を接続することもできる。図２の例では、コントローラ部２２を構成するメインのアンプユニット２８に対して、１台の増設ユニット２６を接続しており、計２台のセンサヘッド部２１を接続可能としている。増設ユニット２６を更に増やすことで、より多くのセンサヘッド部を接続可能とできる。なお、コントローラ部２２を構成するアンプユニット自体に複数のセンサヘッド部２１を接続するためのヘッド接続部を複数設けたり、増設ユニットに２以上のヘッド接続部を設けてもよいことは言うまでもない。センサヘッド部２１とコントローラ部２２は電気ケーブル２３で接続され、相互に電気信号がやりとりされると共に、電源電圧がコントローラ部２２からセンサヘッド部２１に供給される。表示器２７は、計測結果の数値表示や各種設定値の表示に使用される。この表示器２７は、ＬＣＤやＣＲＴ等を用いたディスプレイを備える。
【００３９】
図１に示すように、レーザダイオード１２から発せられたレーザ光は、投光レンズ１３を通りワークＷＫを照射する。ワークＷＫで反射したレーザ光の一部は、受光レンズ１４を通って２次元受光素子１５に入射する。２次元受光素子１５の各画素構成部に蓄積された電荷は、読み出し回路１６によって読み出される。読み出し回路１６は、読み出し用パルス信号である画素選択信号を２次元受光素子１５に与えて各画素構成部を順次走査することによって、一次元の受光量分布に相当する時系列の電圧信号を得る。
【００４０】
例えば、２次元受光素子１５が２５６画素からなり、画素ごとの転送レートが１マイクロ秒の場合は、２５６マイクロ秒要して全画素構成部の蓄積電荷が読み出され、読み出し回路１６から時系列の電圧信号として出力される。この全画素の蓄積電荷を読み出すのに要する時間に、制御演算に要する時間を加えたものがサンプリング周期である。読み出し回路１６の出力信号は、コントローラ部２２に渡される。
【００４１】
レーザダイオード１２から発せられるレーザ光の強さ（発光量）はＬＤドライバ１１を介して図３に示すマイクロプロセッサ４４によって制御される。レーザ光の強さが変われば、ワークＷＫで反射され、２次元受光素子１５に入射する光量（受光量）も変化する。そこで、ワークＷＫの光反射率（明るさ）に応じてレーザダイオード１２から発せられるレーザ光の強さを調節することにより、２次元受光素子１５の各画素構成部における蓄積電荷の飽和を回避しながら、そのダイナミックレンジを十分に活用できるようにしている。具体的には、レーザダイオード１２を駆動するパルスのパルス幅又はデューティ比を変えることによってレーザ光の強さを調節する。もちろん、パルス電圧（ピーク値）を変えることによって、レーザ光の強さを調節してもよい。
【００４２】
上記のようなマイクロプロセッサ４４による発光量（レーザ光の強さ）の制御は、一種のフィードバック制御として行われる。つまり、受光量に相当する値（例えばピーク値）が所定の目標値になるように、発光量（レーザ光の強さ）のフィードバック制御が行われる。発光量のフィードバック制御に代えて、増幅器のゲイン（増幅率）のフィードバック制御を行ってもよい。あるいは、発光量のフィードバック制御と増幅器の増幅率のフィードバック制御とを併用するようにしてもよい。例えば目標値に対するフィードバック量の誤差が所定の範囲内に収まっている間は増幅器の増幅率のフィードバック制御を行い、フィードバック量の誤差が所定の範囲を超えたときは発光量のフィードバック制御を行うように構成することが可能である。したがって、レーザダイオード１２の発光量及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくとも一つのフィードバック制御を実行すればよい。
【００４３】
図３は、マイクロプロセッサ４４によるフィードバック制御の構成を示すブロック図である。マイクロプロセッサ４４（が実行するプログラム）によって、比較部４４１、操作量算出部４４２及び出力部４４３が構成されている。また、図１におけるＬＤドライバ１１及びレーザダイオード１２が制御対象４５１に相当し、２次元受光素子１５、読出し回路１６等がフィードバック回路（ＦＢ回路）５２に相当する。
【００４４】
比較部４４１は、あらかじめ定められた目標値とフィードバック量とを比較し、その誤差を出力する。この誤差に基づいて操作量算出部４４２が操作量を算出し、出力部４４３に与える。この操作量は、上述の発光量又は（及び）増幅率に相当する。操作量は、マイクロプロセッサ４４の出力部４４３から制御信号として制御対象４５１に与えられる。すなわち、ＬＤドライバ１１又は（及び）増幅器に制御信号が与えられ、レーザダイオード１２の発光量又は（及び）増幅器の増幅率が制御される。そして、フィードバック回路４５２（２次元受光素子１５、読出し回路１６等）によって得られる受光量のピーク値が再びマイクロプロセッサ４４の比較部４４１にフィードバックされることにより、フィードバックループが形成されている。
【００４５】
光学式変位計は、プロファイル形状の生成に加えて、生成されたプロファイル形状に基づいて各種の演算を行う計測処理部と、所望の計測領域を指定する計測領域指定手段とを備えているため、ユーザ側でアプリケーションに応じた専用の変位演算プログラム等を組む必要がなく、容易にワークのプロファイル形状測定と変位測定を行うことができる。
（実施の形態２）
【００４６】
次に本発明の実施２の形態に係る光学式変位計２００のブロック図を、図４に示す。この図に示す光学式変位計２００も、センサヘッド部１とコントローラ部２とを接続して構成される。センサヘッド部１は、ワークＷＫに帯光を照射する投光部３と、ワークからの帯光の反射光を受光して受光画像を撮像し、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子１５とを備える。コントローラ部２は、投光部３に含まれる投光素子の光量を制御するドライバなどの光量制御部５１と、２次元受光素子１５の受光特性を制御する受光素子制御部５２と、受光素子で撮像された受光画像を読み込む画像読込部５６と、画像読込部５６で取得された受光信号に基づいて光量制御部５１や受光素子制御部５２をフィードバック制御する受光データ制御部６０と、受光データ制御部６０で得られたプロファイルに対して所望の演算を行うための計測処理部５４と、受光データ制御部６０で取得された受光画像やプロファイル形状を表示する表示部７０と、受光データ制御部６０や表示部７０を操作するためのインターフェース部８０と、必要なデータを保持するメモリ部９０と、受光ピーク波形の安定度を出力する安定度出力手段５８と、測定モードと設定モードとを切り替えるモード切替手段５３と、アラーム信号を生成するアラーム検出手段５５とを備える。また画像読込部５６は、２次元受光素子１５からの受光信号を増幅するための増幅器と、増幅器で得られた増幅信号をデジタル信号に変換するためのデジタル変換手段を含む。
（投光部３）
【００４７】
投光部３は、投光素子、投光レンズを備える。投光素子としては、半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）の他、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いることもできる。投光レンズは、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズ及びロッドレンズで構成される。投光部３の投光素子である半導体レーザから発光される光を、投光レンズで帯状とし、測定対象物に照射する。帯光はレーザシート光、スリット光、ラインビーム等とも呼ばれる。
【００４８】
投光部３の発光量は、投光素子の駆動電流の振幅、ＯＮデューティ等のパラメータを調整することで制御できる。したがって操作量には、このような投光素子の駆動電流の振幅又は発光レベル、デューティ比又は発光時間、２次元受光素子１５の露光時間、あるいは増幅器の増幅率（信号レベルのゲイン）等のパラメータが含まれる。
（２次元受光素子１５）
【００４９】
投光素子の帯光は、ワーク表面（あるいは裏面、中間）で反射され、受光レンズを介して２次元受光素子１５で受光され、受光画像が取得される。２次元受光素子１５としては、リニアイメージセンサであるＣＣＤやＣＭＯＳセンサを複数列配置して２次元状とした２次元イメージセンサが使用できる。例えば１次元のリニアイメージセンサであるＣＣＤを画素のライン数分だけ平行に配置して２次元受光素子１５を構成する。ＣＣＤは受光波形のピークの検出に好適な撮像素子である。特に、受光素子にポジションセンシティブディテクタ（ＰＳＤ）を使用すると、受光面全体での照度重心位置を検出するため２次反射や３次反射、乱反射等による影響が大きい。これに対しＣＣＤは、画素情報に基づいて受光ピーク位置を正確に検出でき、このような乱反射の影響を受けず正確な測定が可能となる。
（受光データ制御部６０）
【００５０】
受光データ制御部６０は、受光画像から各ラインのピークレベル等を算出し、受光量制御を行う受光レベル制御手段６１と、受光画像データからプロファイル形状を演算する等、各種の画像処理を行う画像処理部６２と、ワークの状態を判別する等、各種の演算を行う演算部６１０の機能を実現する。さらに画像処理部６２は、プロファイルを演算するプロファイル演算手段６４、トレンドグラフを作成するトレンドグラフ作成手段６５、プロファイル着色手段６６やプロファイルハイライト手段６７、受光画像着色手段６８、多重合成手段６９等の機能を実現する。
（演算部６１０）
【００５１】
また演算部６１０は、水平基準位置と現実の水平線とがなす傾斜角を演算する傾斜角演算手段６１１、高低差基準位置同士の間の高低差を演算する高低差演算手段６１２、ワークの段差を示すプロファイル形状に対してワークに対するセンサヘッド部の傾きを補正する傾き補正手段６１３、複数のプロファイル形状の段差部分に基づきプロファイル形状同士を合成するためプロファイルサーチを行うプロファイルマッチング手段６１４、プロファイルマッチング手段６１４で合成された共通するプロファイル形状から差分情報を抽出する差分抽出手段６１５、ワークの状態を判別するワーク判定手段６３、受光画像に対して画像サーチを行う画像サーチ手段６１６、画像サーチ結果に応じて適切な位置に受光マスク領域を移動させるマスク移動手段６１７、照射光と略平行なエッジ面を有するワークの受光画像中から、隣接する２次元受光素子の画素間の受光光量の変化に基づいてエッジ面の位置を算出するエッジ面算出手段６１８等の機能を実現する。これらの詳細については後述する。この受光データ制御部６０はＡＳＩＣ等のマイクロプロセッサで構成できる。なお図４、図１０等の例では、光量フィードバック制御を行う受光データ制御部６０をコントローラ部２に設けているが、センサヘッド部１側でレーザダイオード１２の制御を行わせてもよい。例えば、図５に示すように、センサヘッド部１側にヘッド制御部５０を設け、ヘッド制御部５０でレーザダイオード１２の発光量の制御、あるいは光量フィードバック制御を行わせることもできる。
（受光レベル制御手段６１）
【００５２】
受光レベル制御手段６１は、デジタル変換手段で得られたデジタル信号の、各ラインにおける受光信号波形のピークレベルの分布が適切な範囲に収まるよう、投光部３の発光量や２次元受光素子１５の利得、増幅器の増幅率等を適正値に設定する。また、全範囲にわたって受光量を取得する他、測定に必要な領域のみに制限して制御することもできる。例えば暗い部位の情報のみが必要な場合は、明るい部位の飽和を無視して制御でき、測定目的に適したより高精度な受光画像を得ることができる。
【００５３】
これに加えて、ライン間の受光信号波形のピークレベルの分布が所定の範囲内となるように、投光部３の発光量や増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する。ここでは、受光量が一定となるようなフィードバック制御を行う。操作量は、受光レベル制御手段６１にて演算、調整する他、インターフェース部８０の操作量調整手段８１からユーザが操作することもできる。
（プロファイル演算手段６４）
【００５４】
プロファイル演算手段６４は、光切断法に基づきワークの変位を測定し、ワークのプロファイル形状を演算する。演算されたワークのプロファイル形状は、表示部７０上で波形状に表示される。
（計測処理部５４）
【００５５】
計測処理部５４は、プロファイル演算手段６４で演算されたプロファイル形状に対して、設置補正処理、位置補正処理、計測処理等を行う。計測処理としては、指定した線分の高低差測定や傾斜角度検出、指定した面積の演算等、各種の演算が含まれる。
（インターフェース部８０）
【００５６】
インターフェース部８０は、コントローラ部２に対する設定等、必要な入力や操作を行うための入力手段を構成する。ユーザが設定や操作を行うための部材として、入出力デバイスを利用することもできる。また光学式変位測定計を操作するための光学式変位測定プログラムのユーザインターフェース画面としてもよい。インターフェース部を構成する入出力デバイスはコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータ等に固定されている。一般的な入力部としては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの入出力デバイスは、プログラムの操作のみに限られず、光学式変位測定計等のハードウェアの操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示する表示部７０のディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、表示部７０とインターフェース部８０とを兼用させることもでき、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、または音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。
【００５７】
図４の例では、インターフェース部８０は、操作量調整手段８１、計測領域指定手段８２、時刻指定手段８３、サンプリング指定部８４、制御領域指定手段８５、マスク領域指定手段８６、多重合成条件設定手段８７、多重合成範囲制限手段８８、合成前画像選択手段８９、プロファイル形状中から水平基準位置を指定する水平部位指定手段８１２、既知の高低差を有する段差形状を有するワークのプロファイル形状中で段差を構成する面を各々高低差基準位置として指定する高低差指定手段８１４、傾斜角演算手段６１１で演算された傾斜角を手動で調整するための傾斜角調整手段８１６、高低差演算手段６１２で演算された高低差を手動で調整するための高低差調整手段８１８、段差形状を有するワークのプロファイル形状中から段差を示す段差プロファイル形状を各々指定するための共通プロファイル指定手段８２０、表示部に表示されるプロファイル形状を上下又は左右に反転可能な反転手段８２２、表示部に表示されるプロファイル形状を手動で移動及び／又は回転可能なプロファイル移動手段８２４、傾き補正手段６１３で演算された傾きを手動で調整するための傾き調整手段８２６、ワークの変位を測定する測定モードにおいて２以上のセンサヘッド部の配置レイアウトを、横配置、縦配置、挟み込み配置のいずれかから選択する配置モード選択手段８２８、プロファイル形状中からプロファイルサーチを行うための基準となる登録プロファイルを指定する登録プロファイル指定手段８３０、登録プロファイル中でプロファイルサーチの際の重要度を低下させた無効領域を指定する無効領域指定手段８３２、登録プロファイル中で変化の大きい部位を自動的に抽出し無効領域として設定する無効化手段８３４、表示部上の所望の計測ライン上に複数の受光信号波形が存在する場合に、いずれの受光信号波形を計測光として計測対象とするかを選択するための計測光選択手段８３６等の機能を実現する。操作量調整手段８１は、フィードバック制御の操作量を調整するための手段である。計測領域指定手段８２は、計測処理部５４で計測を行う対象となる計測領域を、表示部７０のプロファイル表示領域７１から指定する。時刻指定手段８３は、表示部７０のトレンドグラフ表示領域７２から時刻を指定する。サンプリング指定部８４は、メモリ部９０でプロファイル形状を記録するタイミング及び／又は枚数を指定する。制御領域指定手段８５は、フィードバック制御の対象とする制御領域を指定する。マスク領域指定手段８６は、フィードバック制御の対象としないマスク領域を指定する。ここでは、プロファイル形状上に設定するプロファイルマスク領域と、受光画像上に設定する受光マスク領域とを、共通のマスク領域指定手段８６で指定可能としている。また、個別のマスク領域指定手段を設け、プロファイルマスク領域を設定するプロファイルマスク領域指定手段と、受光マスク領域を指定する受光マスク領域指定手段とを備えることもできる。
（プロファイルマスク領域指定機能）
【００５８】
逆に、フィードバック制御の対象としないプロファイルマスク領域を、プロファイル形状上に指定することもできる。ここでは、マスク領域指定手段８６によって、プロファイル表示領域７１上から、フィードバック制御の対象としないプロファイルマスク領域ＰＭを指定する。図６の例では、プロファイル形状が不安定になっている範囲を一点鎖線で示す枠状のプロファイルマスク領域ＰＭを指定する。フィードバック制御に際しては、プロファイルマスク領域ＰＭの計測値が無視されるため、このような不安定な領域が排除された正確なフィードバック制御結果を得ることができ、安定した信頼性の高い制御と測定が実現される。
【００５９】
また多重合成条件設定手段８７は、多重合成を行うための多重合成条件を設定するための部材であって、さらに多重合成範囲を制限するための多重合成範囲制限手段８８を備える。さらにまた合成前画像選択手段８９は、合成前画像の撮像条件を指定するための部材である。
（メモリ部９０）
【００６０】
メモリ部９０は、受光ピーク記憶手段９１及び合成前画像記憶手段９２として機能する。受光ピーク記憶手段９１は、ワーク判定手段６３でピーク数記憶受光量制御を行う際に、計数した受光ピーク数を保持する。
【００６１】
またメモリ部９０で撮像された受光画像及び演算されたプロファイル形状を、測定した時間情報と共に逐次保存するプロファイルストレージ機能を実現することもできる。これにより過去のプロファイル変化の履歴を保持できる。保存するデータは、プロファイルを波形状のラインとして保存する他、数値データ（点）の集合、あるいはプロファイル形状を表示するプロファイル画像として保存することもできる。また、各種の設定を保持するメモリ部９０と兼用することもできる。さらにメモリ部９０に、トレンドグラフや、アラーム検出手段５５がアラーム信号を出力した期間を記録することもできる。
（プロファイルデータストレージ機能）
【００６２】
また、プロファイルデータをメモリ部のプロファイルデータストレージ領域に保存するプロファイルデータストレージ機能を有しており、これにより後でデータを呼び出して確認することができる。これを利用することで、ワークの形状が時間的に異なる場合に、その変化量の測定に好適に利用できる。例えば図１０３の斜視図及び図１０４の断面図に示すように、接着剤ＳＺを塗布する塗布装置ＴＳがワークＷＫ１５上の所定の位置に適量の接着剤ＳＺを正しい形状に塗布しているかどうかを確認する用途においては、バックグラウンド、すなわち塗布対象のワークＷＫ１５の形状が一定であれば、これを登録画像として予め登録しておき、測定モードにおいては塗布後のプロファイル形状のみを登録画像と対比すれば確認できる。しかしながら、現実にはワークの形状が一定でないことがあるため、個別に塗布前のプロファイル形状と塗布後のプロファイル形状を計測する必要がある。この場合、同一のワークに対して時間的に異なるタイミングでプロファイル形状を取得しなければならない。
【００６３】
このような用途においては、プロファイル形状を保存するプロファイルデータストレージ機能が好適に利用できる。すなわち、所定のタイミングで接着剤塗布前、塗布後のワークのプロファイル形状を各々取得し、これをメモリ部のデータストレージ領域に保存した上で、取得時間を指定して表示部に呼び出すことにより、容易に前後のプロファイル形状を対比することができる。表示部においては、取得時間の異なるプロファイル形状を複数並べて表示することも、またこれらを切り替えて表示させることもできる。さらに必要に応じてプロファイル形状の差分を差分プロファイルとして表示することもできる。
【００６４】
プロファイルデータストレージ機能を利用すれば、センサヘッド部が１台でも、同一のセンサヘッド部で同一のワークを異なるタイミングで各々撮像し、後にこれらをデータストレージ領域から読み出して表示部で表示させることができる。図１０６に、１台のセンサヘッド部でワークの加工前の形状及び加工後の形状を測定するタイミングチャートを示す。図において、Ｎ、Ｍ等で示す位置は、センサヘッド部１によるワークの計測位置を示している。図１０６では、Ｎの位置にあるセンサヘッド部１で加工前のワークの形状を測定し、同じワークの加工後の形状をＭの位置にあるセンサヘッド部１で測定する。同様に、Ｎ＋１の位置にあるセンサヘッド部１で加工前のワークの形状を、Ｍ＋１にあるセンサヘッド部で加工後のワークの形状を、各々測定する。この場合、測定の順序としては一のセンサヘッド部１又はワークを相対的に移動させて、Ｎ→Ｍ→Ｎ＋１→Ｍ＋１の順に測定する。このようにして、センサヘッド部を加工前、加工後の測定に共用し、少ないハードウェア資源でも効率よく時間差処理、すなわち時間的に異なるタイミングのプロファイル形状を取得、対比等することができる。この場合は、図１０４に示すように、接着剤ＳＺ塗布前のワークＷＫ１５及び塗布後のワークＷＫ１５を撮像できる位置にセンサヘッド部１を移動させる機構、あるいはワークＷＫ１５側を、搬送後にセンサヘッド部１の垂下に戻す機構が必要となる。このため、好ましくは２台若しくはそれ以上のセンサヘッド部を用いて、塗布前後のワークを個別のセンサヘッド部で各々撮像する。この構成であれば、センサヘッド部やワークの移動機構を簡略化できる。本実施の形態では、後述する図４０に示すように、２台のセンサヘッド部を使用し、図１０３、図１０４に示すワークＷＫ１５に対して、接着剤ＳＺの塗布前のプロファイル形状と塗布後のプロファイル形状を、各々のセンサヘッド部１で取得している。図４０は２台のセンサヘッド部を接続可能なコントローラ部２のブロック図を示している。このセンサヘッド部１で、図１０５（ａ）に示す接着剤塗布前のプロファイル形状と、図１０５（ｂ）に示す塗布後のプロファイル形状を各々計測し、後述するマッチング手段を用いて、ワークの形状に基づきこれらのプロファイル形状を合成し、図１０５（ｃ）のような合成プロファイルを得る。さらに図１０５（ｄ）に示すように、これらの差分プロファイルを抽出することで、塗布された接着剤の正確なプロファイルを得ることができる。
【００６５】
なお、図１０３の例では、ワークＷＫ１５上の接着剤ＳＺ塗布位置とは異なる部位を、塗布前のプロファイル形状として測定している。図１０３に示すように、塗布位置がワークの溝状で、どの位置でも同一のプロファイルが得られる場合は、塗布位置と異なる部位を塗布前のプロファイル形状として代用してもよい。この方法であれば、実質的に同一のタイミングで塗布前と塗布後のプロファイル形状を同時に取得できる。もちろん、同一部位のプロファイル形状を、塗布前後で撮像することもでき、これによって特にワークの成形精度が劣る場合でもより正確な接着剤の測定が可能となる。
【００６６】
また、ここでは一例として接着材の塗布量を計測する例を説明したが、本実施の形態はこれに限られず、加工形状の確認など、処理の前後で変化する形状を比較する用途において広く活用できる。
【００６７】
さらに、逐次的に表示や処理などを行う形態の他、所定のデータが集まった時点で一括して処理する用途にも利用できる。例えば図１０７に示すように、接着剤の塗布前のプロファイル形状を複数箇所で測定して保存しておき、塗布後にこれら複数箇所の形状を計測し、例えば接着剤塗布面積の和など、複数のプロファイル形状を利用した一括処理を行うこともできる。図１０７の例では、纏めて加工前のワークについて測定した後、加工後のワークを測定するよう、Ｎ→Ｎ＋１→Ｎ＋２→．．．→Ｍ→Ｍ＋１→Ｍ＋２の順で測定する。この場合は、２台のセンサヘッド部１を利用して、各々加工前のワーク、加工後のワークを測定する構成とすることも、また１台のセンサヘッド部１で加工前後のワークを測定する構成とすることもできる。
（計測ピッチ）
【００６８】
メモリ部のデータストレージ領域にプロファイル形状を保存するタイミング又は計測ピッチは、ワークの搬送ラインの速度や求められるプロファイル形状の精度等に応じて、任意に設定できる。図１０８に示すように、計測ピッチが比較的粗い場合には直前で取得したプロファイル形状を順次表示できる。図１０８の例では、同一のワークにつき、加工前、加工後を順次測定することができ、Ｎ→Ｍ→Ｎ＋１→Ｍ＋１→Ｎ＋２の順に、ワークを測定して順次読み出し、加工前後の形状を対比できる。一方、計測ピッチを細かくしたい場合には、接着剤塗布前のプロファイルデータが複数存在するため、これらを一旦保存しておき、表示の際に改めて読み出す必要がある。図１０９の例では、接着剤塗布前の計測位置から塗布後の計測位置までの間に、４周期進んでいる。すなわち、塗布前のワークの計測位置Ｎに対応する塗布後の計測位置はＭ＋４であり、また塗布前の計測位置Ｎ＋１に対応する塗布後の計測位置はＭ＋５、同様にＮ＋２に対応する位置はＭ＋６となる。このため、保存のタイミングと表示のタイミングに応じて、計測ピッチを設定し、例えば表示部で表示させるプロファイル形状が、何回分の計測ピッチあるいはサンプリング周期に相当するのか、等で指定できるようにする。
【００６９】
また、プロファイル形状を保存するタイミングは、種々の方法で指定でき、例えばコントローラ部内部で自律的に作成されるタイミング信号を利用したり、外部から入力されるトリガ信号を利用して保存することもできる。また複数のセンサヘッド部を接続している態様においては、タイミング信号やトリガ信号は、各センサヘッド部共通としたり、あるいはセンサヘッド部毎に個別の信号とすることもできる。例えば、一のトリガ信号に応じて、個々のセンサヘッド部が個別に動作する態様、あるいはトリガ信号に応じて２個のセンサヘッド部が同期して動作する態様、あるいはトリガ信号に応じて動作するが、１個のトリガ信号に対して複数回のプロファイル取得を行う態様など、種々の動作を設定できる。
【００７０】
なお、保存したプロファイル形状を単に表示部に表示させるのみならず、他の処理を含めることが可能であることはいうまでもない。例えば、図１０５（ｄ）に示すような差分プロファイルを演算して表示部に表示させる処理、あるいはプロファイル形状の表示を省略して、差分プロファイルの面積や高さを演算して、演算結果のみを表示させる等、種々の処理とできる。
（保存データ種別設定）
【００７１】
また保存する対象となるデータは、任意に設定でき、例えば全てのプロファイルとする他、異常が発生しているプロファイル（ＮＧプロファイル）のみとしてもよい。全プロファイルを保存する場合、異常が頻発している場合にはさほど問題にならないが、一方異常の発生が少ない場合には、多数保存されたプロファイルデータの中から、不具合の発生しているプロファイルデータを見つけ出すことは容易でない。
【００７２】
そこで、本実施の形態においては、プロファイルデータストレージ領域にプロファイルデータを保存する際、異常の発生しているプロファイルデータについては、その旨を付記して保存する。図７に、保存されたプロファイルデータの一覧を示す。この例では、一覧表示される各プロファイルデータに、プロファイル番号とプロファイル取得時刻に加えて、計測でエラー（ＮＧ）が発生しているデータには、エラー発生を示すフラグを付加している。
【００７３】
保存されたプロファイルデータは、表示部にて一覧表示することが可能であり、例えば図７のような表形式で表示できる。一覧表示からプロファイル番号を選択すると、選択されたプロファイル波形がプロファイル表示領域７１に表示される。また、選択されたプロファイル以外にも、比較用のプロファイルを複数表示させることもできる。このように複数のプロファイルを並列的に表示し、これらを対比しやすくして異常発生箇所の確認や発生過程の確認などに利用できる。さらに、プロファイルに着色等のハイライト処理を施して表示部に表示させることもできる。例えば、全てのプロファイルデータを表示した上に、選択されているプロファイルのみを異なる色で重ねて表示することで、プロファイルの傾向やばらつき等を直感的に把握できるようにする。
【００７４】
なお、異常が発生しているプロファイルデータかどうかの判断は、予め設定した判定条件に従う。例えば、プロファイルデータに飽和点が含まれている場合、所定の下限閾値よりも低い受光量の点が含まれている場合等とできる。
（表示部７０）
【００７５】
表示部７０は、演算結果や撮像された画像データ等を表示する。図４に示す例では、プロファイル形状を表示するためのプロファイル表示領域７１、トレンドグラフを表示するためのトレンドグラフ表示領域７２、光量グラフを表示するための光量グラフ表示領域７３、受光画像を表示するための受光画像表示領域７４等を備える。これらの領域は、表示部の領域を適宜分割して一画面で複数表示させたり、あるいは複数の画面を切り替えて表示することもできる。例えば、図８に示すようにプロファイル演算手段６４で演算されたワークのプロファイル形状を表示する。これにより、ワークのプロファイル形状を視覚的に確認できる。また、プロファイル形状に対して、計測処理部５４により各種演算を行うことができる。例えば、段差部分の高低差を演算したり、指定した線分の長さや面積等を演算できる。演算すべき部位は、インターフェース部８０を構成するマウスやキーボード等のポインティングデバイスで構成される計測領域指定手段８２で指定する。
【００７６】
また図９に示すように、２次元受光素子１５で撮像した受光画像を受光画像表示領域７４に表示することもできる。受光画像は、ワークのプロファイル形状が適切に計測できていない場合等に、受光素子で取得した生画像として受光輝度分布を確認する際に好適に利用できる。これらプロファイル形状や受光画像の表示は、表示画面を切り替えて行う他、同時に表示させることもできる。特に、２画面で個別にプロファイル形状と受光画像を並べて表示させる他、これらを一画面で重ねて表示することもできる。この表示部７０は、ＣＲＴモニタや液晶ディスプレイ等が利用できる。また表示部７０は、コントローラ部２に組み込む構成の他、コントローラ部２と別部材に構成することもできる。
【００７７】
図４のブロック図において、太線で示す矢印は画像データの流れ、破線矢印はプロファイルデータの流れ、細線矢印は制御信号の流れを、それぞれ示している。この光学式変位計２００では、まず投光部３の投光素子を点灯させ、帯光をワークに照射し、その反射光を受光素子で結像する。このアナログ信号は画像読込部５６で取り込まれ、増幅器で増幅され変換手段でデジタル信号に変換される。これにより画像読込部５６で受光画像が取得されると共に、受光データ制御部６０の画像処理部６２でプロファイル形状が生成される。これらの画像データは、表示部７０にて表示される。また一方で受光レベル制御手段６１がフィードバック制御を行い、受光量のピーク値が適切に得られるよう、操作量が調整される。
【００７８】
なお、以上のセンサヘッド部とコントローラ部との切り分けは一例に過ぎず、コントローラ部の機能の一部をセンサヘッド部に持たせたり、センサヘッド部とコントローラ部とを一体とすることもできる。また、一のコントローラ部に複数のセンサヘッド部を接続し、これらを制御することも可能である。コントローラ部とセンサヘッド部との接続は、Ｉ／Ｏ接続の他、データ通信によることも可能である。
（通信手段５７）
【００７９】
光学式変位計はさらに、外部機器ＧＫとの通信を行うための通信手段５７を備えることもできる。実施の形態２の変形実施例として、図１０に通信手段５７を備える光学式変位計３００のブロック図を示す。この光学式変位計３００は、測定モードと、操作量調整手段８１が通信手段５７を介して外部機器ＧＫと通信することによって操作量を調整する操作量調整モードとを、モード切替手段５３で切り替える。操作量調整モードにおいて、受光レベル制御手段６１で演算された操作量は、操作量調整手段８１及び通信手段５７を介して外部機器ＧＫに送信され、外部機器ＧＫで操作量データが記憶される。このように光学式変位計は、フィードバック制御の操作量の調整を操作量調整手段８１で行う他、通信手段５７を介して光学式変位計と接続された外部機器ＧＫから調整することもできる。例えば、外部機器ＧＫとしてコンピュータを接続し、該コンピュータ上で動作するプログラムによって操作量調整機能を実現できる。この場合は、コンピュータの表示装置や入力装置によって提供されるユーザインターフェイスにより、操作量の調整操作をより分かりやすいものとすることができる。
【００８０】
なお通信手段５７による外部機器ＧＫとの通信は、有線に限られず無線接続も利用できる。また、外部機器ＧＫであるコンピュータ上で動作するプログラムが、操作量データに基づいて適切な操作量の調整量を決定するのではなく、ユーザが調整量を任意に設定又は変更するための表示等のユーザインターフェイスを提供することもできる。
（受光画像撮像条件の最適化）
【００８１】
実際に光学式変位計で計測対象として考えられるワークのパターンとしては、図１１に示すような表面が平坦で表面状態も均一なワークＷＫ１、又は図１２に示すように表面は平坦であるが、部位によって表面状態、特に反射率が異なるワークＷＫ２、あるいは図１３に示すように、立体形状であり、部位によって反射状態が異なるワークＷＫ３等が考えられる。図１１のようなワークＷＫ１では、反射光量の分布がほぼ一定であるため、ピークレベルのばらつきも少なく、一枚の受光画像で全体の反射量を把握できる。一方、図１２のようなワークＷＫ２では、部位によって反射光量が異なるため、操作量の調整が必要となり、あるいは撮像条件を変更した複数の受光画像を撮像して、これらを合成するマルチ露光が必要となる。さらに図１３のようなワークＷＫ３でも同様の処理が必要となる。この場合において、ワークのどのようなプロファイル情報を利用したいかに応じて、撮像すべきポイントも異なる。例えば、極力、多くの部位を計測したい場合は、上述のように全体の受光量分布を把握できるよう、露光時間の調整やマルチ露光が必要となる。一方で、ワークＷＫ３において、極端に反射光量が少ない隅部の測定精度が無視できる場合は、ワークの頂点部分に受光量制御が働けばよい。あるいは幅などの測定用途等、頂点部分の精度よりも隅部の精度が求められる場合は、隅部に受光量制御が働けばよい。このように、用途や目的に応じた受光量制御を行うことで、極端に反射光量が少ない部位は計測しなくても良い用途であれば、ワークの表面部分のみを撮像できれば足りる。あるいは、極端に反射光量が多い部分は計測しなくても良い用途であれば、逆にワークの表面部分を撮像対象あるいは処理対象、制御対象から省いて、隅部のみを撮像すれば足りる。このように、用途や目的に応じた撮像を適切に行うことで、効率よく、また精度よくプロファイル情報を取得できる。本実施の形態は、このような用途別の撮像に好適な機能を備えている。以下、具体的に各機能について説明する。
【００８２】
受光画像やプロファイル形状が適切に得られるように調整すべき操作量としては、発光素子の発光レベルや発光時間、２次元受光素子の露光時間、増幅器の回路増幅率の信号レベルのゲイン等が挙げられる。これらの操作量は、操作量調整手段でユーザが直接設定する他、光学式変位計側で自動的に設定することもできる。特に、受光レベル制御手段でフィードバック制御することによって、適切な値に設定できる。しかしながら、操作量の設定可能な範囲が広大であり、またワークに応じて反射光量などが大きく変化するため、受光レベル制御手段による自動制御が追従できないことがあり、フィードバック制御が働かず発散したり、あるいは制御が安定するまで時間がかかることもある。そこで、より安定した動作を得るための手法として、２次元受光素子の感度特性を調整し、飽和しないような曲線の受光特性を有する２次元受光素子を使用する。具体的には、Ｌｏｇ特性を備える２次元受光素子を使用する。これによって、受光信号の高い領域で絶対値が抑えられ、低い領域の信号との差が相対的に縮まり、２次元受光素子のライン間で受光信号に高低差があってもこれを軽減できるので、一枚の受光画像で対応可能な受光信号の範囲を広く取ることができる。すなわち、１度の撮像で済ませることができ、また複数枚の受光画像を合成するマルチ露光を行う場合においても、撮像回数を低減できる。
（モード切替手段５３）
【００８３】
モード切替手段５３は、測定対象物の変位を測定する測定モードと、操作量を設定する設定モードとを切り替える。設定モードにおいては、予め測定対象物に対して投光部３で帯光を照射し、第１の方向の各位置における増幅信号のピークの分布状態を測定し、受光レベル制御手段６１が、第１の方向における分布状態に応じて操作量を調整することができる。これにより、受光レベル制御手段６１が第１の方向における各位置でのピークの分布に基づいて、適切な操作量に調整できるので、２次元受光素子１５で得られるピークレベルの第１方向におけるライン間の格差を低減し、有効にピークレベルを捕捉して変位量を測定できる。このように、実際の運用に先立ち、一旦ワークをラインに流して、最適な調整を行うなど、予め設定モードで適切な操作量に調整した状態で測定モードを実行することにより、敢えてフィードバック制御を行わずとも適切な制御が実現できる。特に、実際のワークに対して変化させるべき範囲を予め設定しておくことで、フィードバック制御させた場合の発散を防止して、より安定した動作が見込まれる。
【００８４】
あるいは、用途や目的によっては、測定モードにおいても受光レベル制御手段６１でフィードバック制御を実行しながら測定対象物の変位を測定する構成も可能であり、設定モードを経ることなく測定モード中で適切な操作量に設定したり、あるいは予め設定モードで大まかな操作量を設定した後、測定モードでさらに最適な操作量に調整しながら稼働させることもできる。
（自動調整機能）
【００８５】
さらに後述するように２次元受光素子として受光特性を調整可能な素子を使用する場合は、設定モードにおいて、受光画像の輝度分布情報から２次元受光素子の受光感度を受光レベル制御手段で自動調整する機能を持たせてもよい。具体的には、実際にワークを配置あるいはラインに流し、ワークの受光画像を２次元受光素子で撮像し、輝度分布データを取り込む。この輝度分布情報に基づいて、受光レベル制御手段が２次元受光素子の受光特性を自動調整する。すなわち、実際のワークを撮像して得られた輝度分布データから、すべての輝度情報を適切に取得できるよう、受光特性を調整する。具体的には、図１４のプロファイル表示領域７１の例に示すように、ワークＷＫの各位置における反射光量を２次元受光素子でライン毎に検出する。図１４において示す矢印は、２次元受光素子のラインに相当する。この結果、各ラインの受光量のピーク値を抽出し、受光画像全体でピーク値（輝度）の頻度をカウントして、図１５に示すような受光画像の輝度分布のヒストグラムを取得する。このヒストグラムに基づき、分布の範囲を把握し、この範囲をカバーできるように、２次元受光素子の受光特性（図１６等）を調整あるいは選択する。最も適切な選択肢あるいは調整が不可能な場合は、近接した設定を行うと共に、ユーザに対して最適設定が不可能であることを警告することもできる。また必要に応じて受光特性を変化させて２枚以上の受光画像を撮像することもできる。これにより、測定モードに入る前のセッティング時において、適切な受光特性となるよう予め設定できるので、測定モードでより安定した運用を図ることができる。
【００８６】
さらに、このような自動調整は、輝度分布のすべての範囲が一枚の受光画像で捉えられる方向で２次元受光素子の受光特性を調整する方法に限られず、輝度分布の一部のみを捉えるよう受光特性を調整する方法も採用できる。特に、計測に際してすべての輝度情報が必要でない場合は、必要な部位の輝度がカバーされるように調整することで、より効率よく、また精度も確保した受光画像を取得できる。
【００８７】
さらに調整すべき対象として、２次元受光素子の受光特性の選択に限られず、上述した操作量を適宜利用できる。例えば、発光素子の発光レベルや発光時間、２次元受光素子の露光時間、増幅器の回路増幅率の信号レベルのゲイン等が挙げられる。
【００８８】
さらに、以上のようにして受光レベル制御手段等により自動調整された操作量、あるいはフィードバック制御により調整された操作量を、ユーザがさらに操作量調整手段から調整することもできる。ユーザは、必要に応じて微調整や再設定を行うことができ、計算値や理論値と異なる挙動を示す場合の調整や、自動調整が働かない場合に手動で設定し直す、あるいは当初から設定を行う場合などに利用できる。
（候補パターンの提示）
【００８９】
さらに、自動調整に際しては、一の結果（操作量）のみを演算するのでなく、用途に応じた複数の候補パターンを生成し、これを表示部上でユーザに提示して選択させるように構成してもよい。具体的には、受光レベル制御手段等により複数の候補パターンを演算し、表示部に一覧表示に表示する。図１７に、このような候補パターンＫＰの表示例を示す。候補パターンＫＰは、異なる操作量でプロファイル形状を演算した場合に得られるプロファイル形状として表示している。表示部は、プロファイル形状を表示するプロファイル表示領域７１を複数有している。これによりユーザは、所望の結果が得られている候補パターンＫＰを表示部の画面上から選択することで、容易に必要な結果を得ることができる。図１７の例では、３つの候補パターンＫＰを表示しているが、この例に限られず４つ以上あるいは２つ以下を表示することもできる。候補パターンをサムネイル状に小さく表示すれば、一画面で表示できる候補パターンの数を多くできる。また一画面で候補パターンを一覧表示する例に限られず、複数の画面を切り替えて表示すれば、候補パターンを大きく表示でき、細かな点の視認性も良くなる。
（ハイライト処理）
【００９０】
図１８にプロファイル表示領域７１の拡大図を示す。この図に示すように、プロファイル形状に対し、プロファイルハイライト手段で受光量に応じたハイライト処理を施すこともできる。この例では、プロファイル形状の各位置における受光量のレベルに応じて、異なる色を着色している。例えば、光量が適切な範囲にある部位は青色（図１８においてＢＡで示す幅狭ハッチング領域）、閾値以上で光量過多の部位は赤色（図１８においてＲＡで示す２線ハッチング領域）、光量不足の部位は灰色（図１８においてＧＡで示す幅広ハッチング領域）等、受光量のレベルに応じて異なる色に着色する。これにより、プロファイル形状の位置毎の受光量をユーザは視覚的に把握でき、測定に必要な部位にて光量が不適切な部分の少ないプロファイル形状を容易に選択できる。プロファイルハイライト手段による色分けは、受光量のレベルと色の割り当てが予め設定される。またプロファイルハイライト手段は、受光量のレベルに応じてプロファイルの描画色を変更する他、蛍光色やグレーアウト、枠線の表示、太字・細字・破線などの線種のパターン変更、ハッチングのパターンを変更するなど、他の部位と区別できる手法が適宜利用できる。
（光量グラフ）
【００９１】
さらに、図１９に示すように、候補パターンＫＰとしてプロファイル形状に加えて、プロファイル形状の位置毎の光量を示す光量グラフを表示することもできる。光量グラフは、図２０の拡大図に示すように、各々プロファイル表示領域７１の下に設けられた光量グラフ表示領域７３に表示される。これにより、プロファイル形状と光量レベルが同時に表示され、特に上下に配置することで、プロファイル形状の対応する位置における光量を視認でき、選択の際のより客観的な指標として利用できる。
【００９２】
また、候補パターンとして光量グラフのみを表示させたり、受光画像を表示することもできる。また画像全体でなく、一部のみを表示させることもできる。特に、測定に必要な領域が限られている場合は、該領域のみを表示あるいは拡大表示することで、より対比、確認が容易で、視認性を一層高めることができる。
（複数ラインでのフィードバック制御）
【００９３】
２次元受光素子を用いた光学式変位計では、リニアイメージセンサを２次元状に配列しているため、リニアイメージセンサでの受光量のフィードバック制御に加えて、複数列のリニアイメージセンサ同士の間、すなわちライン間での受光量の分布を考慮したフィードバック制御も必要となる。具体的には、２次元受光素子１５の場合は、図２１（ａ）のようなリニアイメージセンサＬＩが画素のライン数分だけ並列に配置されたような構造となるため、図２１（ｂ）に示すように一の受光信号のピークなども画素列数分存在する。１次元ＣＣＤやＣＭＯＳなどのリニアイメージセンサの場合は、受光信号のピークなどに基づいてレーザ光のパワーなど決定するのみで足りていたのに対し、２次元受光素子１５の場合は、ピークレベルが複数列存在するので、これらライン間のピーク高低差も考慮した制御を行う必要がある。特に表面状態の大きく異なる部位が混在しているワークの場合、列毎にピークレベルが大きく異なるため、安定制御や高精度な変位算出に悪影響が生じる。このため本実施の形態では、受光レベル制御手段６１で受光量をフィードバック制御する手法として、以下の方法を採用している。
（１）計測したピークレベルのうち大きさの上位ａ％目を抽出し、制御対象とする方法
（２）計測したピークレベルのうち大きさの上位ｂ％〜ｃ％目までの平均を算出し、制御対象とする方法
（３）受光特性（受光量−出力電圧関係）が非線形の２次元受光素子を用いることにより、ピークレベルの列間格差を軽減した上で上記（１）又は（２）の制御を行う方法
【００９４】
（１）の方法では、ピークレベルが大きい箇所に注目することで、受光信号が飽和し難い制御が可能になる。ａ％は、任意の値に設定でき、好ましくは５０％に設定できる。一例として、５％〜１５％、例えば上位１０％目に設定することで、突発的、局所的に反射光量が大きい列を除外し、より安定的な制御を行うことができる。
【００９５】
（２）の方法では、ピークレベルの大きい箇所のみならず、小さい箇所にも注目することで、反射光量の小さいワークを検出しつつ、反射光量の大きいワーク部分も光量過多にならないような制御を実現できる。ｂ％〜ｃ％目は、５％〜９５％、好ましくは１０％〜９０％とする。特に上位１０％〜９０％とすることで、突発的、局所的にピークレベルが大きい、もしくは小さい異常点を除外することができる。
【００９６】
（３）の方法では、非線形の受光特性、具体的には高出力の領域で飽和し難くなるような特性を有する２次元受光素子を用いる。通常のＣＣＤやＣＭＯＳなどの受光特性は直線状であり、受光光量が強すぎると出力信号は飽和するが、高出力の領域で非線形とすることで広いダイナミックレンジを確保できる。特に、受光光量の強い領域での出力信号の大きさが抑えられる結果、相対的に低い領域の信号との差が縮まり、列間におけるピークの高低差を軽減し、上記（１）、（２）の処理をより効果的に行うことができる。好ましくは、Ｌｏｇ特性等と呼ばれる、２次元受光素子の受光特性（感度曲線）が、対数のグラフのような曲線若しくはこれに近い折れ線を有する２次元受光素子を使用する。Ｌｏｇ特性を強くする程、受光信号の高い領域を低く抑えることができる。
（Ｌｏｇ特性）
【００９７】
Ｌｏｇ特性とは、図１６に示すように、入出力特性が非線形なカーブを示す特性である。ここでは、受光量が高い領域で、感度が低下するようなカーブを有するものとする。これにより、受光量が飽和する虞を低減し、広いレンジで受光量を再現できるようになる。このことは、受光レベルに高低差のあるワークでも、適切に一枚の受光画像で撮像できることに繋がる。またマルチ露光を行う際の合成前画像の枚数を低減できる。これにより、撮像に要する処理時間を短くし、また処理量を低減して高速且つ低負荷の処理が実現される。
【００９８】
Ｌｏｇ特性を強くする程、受光光量の高い領域での、出力信号の大きさを抑えることができる。例えば光量ピークの分布の下端が相対値で５００を下回る場合にはＬｏｇ特性を強くする。
【００９９】
また、受光特性として、受光量が低い領域でピークを増すような特性を付加してもよい。さらに、任意の受光特性カーブを作成可能なマルチスロープ特性を備える２次元受光素子や、受光特性曲線を任意に調整可能な２次元受光素子を利用することもできる。複数の特性カーブの切り替えや受光特性曲線の調整は、受光素子制御部５２にて行う。また、これらの受光特性は曲線状のもののみならず、直線状、折れ線状のものを利用することも可能であることは言うまでもない。これにより、測定対象物に応じた感度に２次元受光素子の受光特性を選択あるいは調整し、適切な測定が実現できる。なお測定モードにおいてフィードバック制御を行う例に限られず、設定モードにおいてもＬｏｇ特性等の非線形な受光特性を備える２次元受光素子を使用することは有効である。
【０１００】
受光特性の調整は、フィードバック制御と関連させて行うこともできる。例えば、計測したプロファイル形状の波形ピークの分布を示す光量グラフを作成した際、光量グラフ中の明るい側の１０％、及び暗い側の１０％を測定対象から排除し、これらを除いた残りの８０％が、所定の光量範囲に入るように、受光特性を調整する。このように、すべての受光レベルをカバーせずとも、中心的な値を網羅できるように調整すれば、より正確で信頼性の高い制御結果が期待できる。なお、この例では光量は相対値で表示され、例えばレベル５００〜９００に入るように受光特性が決定される。
（ワーク判定手段６３）
【０１０１】
さらに２次元受光素子１５で受光する受光量のフィードバック制御を行う際の問題点として、受光ピークが確認されない列の処置が挙げられる。受光ピークが確認されない場合の原因として、（ａ）レーザの発光量が足りない、（ｂ）列に対応した位置に実際にワークがない、の２つの理由が挙げられる。しかしながら、従来はフィードバック制御系でいずれの原因が該当するかを区別することは不可能であった。
【０１０２】
原因が（ａ）であれば、レーザの光量を大きくする方向で制御をかけることで対応できる。しかしながら、実際の原因が（ｂ）であった場合は、レーザ光量をどれほど大きくしても受光ピークを確認できない。それどころか、レーザ光量を上げる結果、受光ピークを確認できていた他の列の受光信号まで飽和してしまい、精度悪化を招くこともありえる。
【０１０３】
このような問題に対して、本実施の形態では、適切なフィードバック制御が行えるように、ワーク判定手段６３が受光ピーク数に基づいてワークの状態を判別する。具体的には、図２２のフローチャートに示すように、まず前準備としてステップＳ２２１で発光素子を最大発光量で発光させ、計測できた受光ピーク数をカウントし、メモリ部９０の受光ピーク記憶手段９１に記憶しておく（ステップＳ２２２）。この状態で受光ピークを検出する際に受光ピーク数をカウントし（ステップＳ２２３）、検出された受光ピーク数を、受光ピーク記憶手段９１に保存されている受光ピーク数と比較する（ステップＳ２２４）。比較の結果、検出受光ピーク数と保存受光ピーク数との差が既定値以下であれば、ワークに変化無しとして受光量フィードバック制御、すなわち上記（１）〜（３）のいずれかの制御を行うと共に、ステップＳ２２３に戻って制御を繰り返す。一方、検出受光ピーク数と保存受光ピーク数との差が既定値よりも大きい場合、ワークの状態に大きな変化が生じていると判断し、再びステップＳ２２１に戻り、最大光量での受光ピーク数をカウントし直した上で、比較を行う。このようにワーク判定手段６３で、ワークの状態変化を受光ピーク数に基づいて確認するというピーク数記憶受光量制御を行うことで、受光量の変化がワークの状態変化によるものか、単に反射光量が不足しているかを判別できるので、受光レベル制御手段６１において正確なフィードバック制御を実現できる。
（制御領域指定手段８５）
【０１０４】
さらに別の方法として、受光量制御を行う範囲として制御領域を指定可能とすることも、制御の安定に好適である。例えば、光学式変位計においてはマスク機能など、計測対象とする計測領域を計測領域指定手段８２で指定する機能を備えたものが存在する。しかしながら、これはあくまでも変位測定など、計測領域の設定を主眼としているため、制御すべき操作量の安定化とは異なる観点から選定される。その結果、計測領域内にワークの存在しない部位が含まれていたり、反射光量の極端に小さい、もしくは大きい部位等が混在することがある。このような部位は、受光量ピークレベルが他の部位と大きく異なるため、このようなデータを含めたままフィードバック制御を行ったのでは正確な操作量に調整することができなくなる虞がある。
【０１０５】
そこで、本実施の形態ではこのような計測領域とは別個に、制御対象の範囲として制御領域を制御領域指定手段８５で指定可能とし、これにより制御に適した領域範囲を独自に設定可能とした。この様子を図２３に基づいて説明する。この例では、図２３（ｂ）に示すようなワークＷＫ４に対してレーザ光の複数の特性カーブの切り替えや受光特性曲線の調整は、受光素子制御部５２にて行う。を照射する例を考える。図２３（ａ）は、図２３（ｂ）に示すワークＷＫ４を上面から撮像した受光画像を表示部７０上に表示させた状態を示している。この画面上で、計測領域指定手段８２にて矩形状で示す計測領域ＫＲを指定している。計測領域ＫＲ内には、丸で囲んだ領域にはワークが存在せず、したがってこの部分の反射光量は他の部位に比べて極めて低く、変動の要因となる。そこで、計測領域と別に制御領域ＳＲを指定する。図２３（ｃ）は、図２３（ａ）で示す計測領域ＫＲに重ねて、このような制御領域ＳＲを制御領域指定手段８５から指定した例を示している。この図に示すように、制御領域ＳＲは帯状に指定されており、特にワークの存在しない部位を排除して指定しているため、受光量ピークレベルが低い部位、或いはばらつく部位を排除して、全体のレベルを一定化でき、より高精度で安定した受光量フィードバック制御が実現できる。図２３（ｃ）の例では制御領域ＳＲを帯状に指定したが、これに限られず、矩形状、多角形状、円形状、楕円状や任意の領域等に設定することも可能であることは言うまでもない。
【０１０６】
なお、制御領域ＳＲを指定する制御領域指定手段８５は、計測領域を指定する計測領域指定手段８２と同じ部材を使用することもできる。すなわち、一の指定手段で、制御領域と計測領域を各々指定するよう部材を共通化できる。
（安定度出力手段５８）
【０１０７】
さらに一方、受光ピーク波形の安定性に関する指標である安定度を出力する安定度出力手段５８を備えることもできる。受光信号に基づきフィードバック制御を行う際には、高速でワーク形状で搬送する場合、反射率が異なる場合や、受光量が安定するまでの過渡的な期間に受光信号が飽和、もしくは不足した状態で撮像されることもある。このような場合、変位等計測値の精度は、受光量制御が安定した場合に比べて低下したり、真値と大きく異なる異常値を示すといった問題がある。図２４は正常な受光信号の波形を示しており、これに対して図２５は異常な受光信号の波形を示している。具体的には、図２５（ａ）はブロードな波形、図２５（ｂ）はノイズなどの外乱が加わりギザギザした波形、図２５（ｃ）はＣＣＤの端で切れている波形をそれぞれ示している。信号波形が異常を示す状態で、このような信号波形を処理して計測演算を行うと、誤差要因となる。
【０１０８】
これに対して本実施の形態では、フィードバック制御が安定したかどうかを示す指標として、安定度を安定度出力手段５８で出力でき、算出された計測値の信頼度や、この状態で計測値を算出するかどうかの指標として利用できる。本実施の形態では、（１）飽和した受光量ピークの数、及び／又は光量不足の受光量ピークのライン数、（２）受光信号が異常な形状を示すピークのライン数に基づいて、制御の安定／不安定を判別する。安定度は、異常な受光ピークのライン数等、予め設定されたアラーム条件を満たすと、アラーム出力を出力する。また、異常なピークのライン数や種別などの情報を、安定度情報として直接出力することもできる。
【０１０９】
さらに安定度出力手段５８が出力する安定度に基づいて、段階的な警告を発する警告手段５９を備えてもよい。図４に示したブロック図の例では、安定度出力手段５８が、アラームレベルを段階的に設定可能な警告手段５９を含んでいる。例えば「１列でも飽和又は光量不足があれば、アラーム出力とする」段階や、「飽和又は光量不足が幾つあっても計測値を算出する」段階等、用途や目的などに応じて任意に設定できる。このような安定度出力手段５８を用いた受光量制御安定検出機能により、ユーザの求める精度と計測安定性に即した変位計測が可能になる。
（計測光選択手段８３６）
【０１１０】
また図１０１や図１０２に示すようなワークＷＫ１３、ＷＫ１４に対してプロファイルを計測しようとすると、計測ライン上に複数の受光信号波形が生じる場合がある。このような場合に、いずれの受光信号波形を計測光として計測対象とするかを選択するための計測光選択手段８３６を、光学式変位計に設けることもできる。具体的には、計測ライン上に複数の波形が存在する場合に、波形の順番を認識して、一番Ｎｅａｒ側を計測する、あるいはＮｅａｒ側からｎ番目、Ｆａｒ側からｍ番目といった方法で、波形の順番を認識して何番目の波形を計測対象として処理するか選択できる。このように、適切な計測光を計測光選択手段８３６で選択することで、反射光が多く発生する場合でも不要な反射光を排除して、本来の計測光を計測対象とできる。
（受光マスク機能）
【０１１１】
上記の方法は、反射が安定していて、どの位置でも波形数が安定している場合には好適に利用できる。しかしながら、波形数が不安定な場合もあり、この場合は上記の方法では計測光を定める、あるいは他の波形を排除する方法として不十分である。このような場合には、マスク領域指定手段８６で受光マスク領域ＪＭを指定することで対処できる。具体的には、図２６に示すように、受光画像を表示した表示部の画面上で、計測処理の対象外とする受光マスク領域ＪＭを設定する。図２６の例では、２本の反射光が確認されているので、この内、測定に不要な反射光成分を含むように、受光マスク領域ＪＭを設定する。受光マスク領域ＪＭは、長方形や台形、三角形、あるいは直線や円弧などにより指定可能である。図２６の例では、長方形と２つの台形を組み合わせてＭ字状に受光マスク領域ＪＭを指定している。この結果、図２７に示すように、波線で示す反射光成分が適切に排除され、実線で示す反射光成分を残して、この情報に基づいて計測処理部５４が計測を行う。
（マスク移動手段６１７）
【０１１２】
受光マスク領域ＪＭは、図２８に示すように計測光に合わせてぎりぎりに設定すると、正確な測定が見込まれる。しかしながら、ワークによっては、マスク機能を使用した場合でもワーク位置が安定しない場合もあり得る。例えばライン上を搬送されるワークをＣＣＤカメラで撮像するような用途では、ワークの位置が撮像毎に変化し、波形の出現位置も一定しない。このような場合に、図２８のように受光マスク領域ＪＭを計測光に合わせてぎりぎりに設定すると、図２９に示すようにワークが位置ずれした結果、本来の計測対象である計測光の一部がマスクされ、測定ができなくなることがある。これに対して、図３０に示すようにワークの位置ずれを見越して余裕をもって受光マスク領域ＪＭを設定すると、図３１に示すように計測光をマスクしてしまう事態は回避できるが、逆にこれらの図で波線枠ＵＭで示すように、反射光の一部を除外できなくなる。このように、ワークの位置ずれが生じる用途においては、受光マスク領域ＪＭの設定が適切に行えないという不都合が生じ得る。
【０１１３】
そこで、予め受光画像に対して画像サーチを行い、サーチ結果に応じて適切な位置に受光マスク領域ＪＭを移動させるためのマスク移動手段６１７を用意する。以下、設定モードにおいてマスク移動手段６１７の設定手順と、計測モードにおいて実際にマスク移動手段６１７が受光マスク領域ＪＭを移動させる手順を、図３２、図３５のフローチャート、及び図３３〜図３４、図３６〜図３７のイメージ図に基づいて説明する。まず、設定時の手順を図３２のフローチャートに基づいて説明すると、ステップＳ３２１で基準となる受光画像を取得し、この画像中から、サーチの際の基準となる登録画像ＴＧを登録する。ここでは図３３に示すように、受光画像中の安定している領域に対して、登録画像ＴＧを枠線などにより設定する。次にステップＳ３２２で、画像サーチを行う範囲を設定する。例えば、画像の全領域に対して画像サーチを行う他、ワークが移動する範囲が予め判明している範囲は、その移動範囲を画像サーチ範囲として指定する。さらにステップＳ３２３で、受光画像中からマスク領域指定手段８６により受光マスク領域ＪＭを指定する。好ましくは図３４に示すように、測定に不要な反射光をほぼカバーできるよう、ぎりぎりの範囲に指定する。
【０１１４】
以上のようにして設定モードでマスク画像及びマスク移動の設定を行った上で、計測モードにてマスク移動が行われる手順を以下、図３５のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ３５１で受光画像取得のトリガ入力を受けると、ステップＳ３５２で受光画像の取り込みが実行される。次にステップＳ３５３で、入力された受光画像中から、登録画像ＴＧがどの位置に存在するかを調べるため、画像サーチ手段６１６が画像サーチを行う。画像サーチ手段６１６が実行する画像サーチとしては、パターンマッチングなど、既存の画像処理の手法が適宜利用できる。画像サーチを行った結果、図３６に示すように、受光画像中における登録画像ＴＧの位置が特定される。そしてステップＳ３５４で、サーチ結果に基づいて、受光マスク領域ＪＭを移動させる。具体的には、図３６に示すようにサーチされた登録画像ＴＧの座標位置に応じて、図３７に示すように受光マスク領域ＪＭを追従させるように貼り付ける。そしてステップＳ３５５で、マスク処理を行い、受光画像データからプロファイル演算手段がプロファイル形状を作成し、ステップＳ３５６でプロファイル形状に対して、計測処理部５４が計測処理を実行する。この手順を、入力された受光画像毎に繰り返す。
【０１１５】
このように、入力された受光画像に対して各々画像サーチを行い、サーチ結果に応じて、受光マスク領域ＪＭを移動させることで、受光マスク領域ＪＭを計測光或いは反射光にぎりぎりに設定しても、ワーク位置の変動に追従でき、不要な反射光などの外乱を確実にカットでき、精度の高い演算が行える。
（センサヘッド部較正機能）
【０１１６】
また一方、光学式変位計は、センサヘッド部の設営に際して、センサヘッド部の投光部が発する照射光とワークとの位置関係を較正するためのセンサヘッド部較正機能を備えている。照射光である帯光とワークとの角度が正確に調整されていないと、正確な変位測定結果を得ることができない。例えば図９８に示すように、凸状を有するワークＷＫ５が水平に載置され、帯光ＯＫが垂直に入射する状態で、図９８で実線矢印で示すワークＷＫ５の凸状の高さＨを測定する例を考えると、図９９に示すように帯光ＯＫの入射面に対してワークＷＫ５が傾斜していると、波線矢印で示す高さＨ’が測定されることとなって、測定誤差が生じる。同様に、帯光ＯＫの幅方向と直交する方向にワークが傾いても、測定誤差が生じる。例えば図１００に示すように帯光ＯＫがワークＷＫ１２の入射面に対して傾いた場合、波線で示す帯光ＯＫ’が入射されて測定誤差を生じる。このような問題を解消するために、物理的にセンサヘッド部とワークとの相対位置の位置決めを行う方法と、センサヘッド部とワークとの相対位置の位置ずれを予め光学式変位計に較正値として記憶させておき、計測結果を較正値で補正した結果を演算結果として表示する方法が挙げられる。いずれの方法に対しても、センサヘッド部較正機能は有効である。以下、センサヘッド部較正機能について説明する。
（傾き補正機能）
【０１１７】
図３８に示すように、平坦なワークＷＫ６が水平面に対して傾斜している状態を考える。この状態で帯光が鉛直方向に入射されるとした場合、測定誤差が生じる。そこで、この傾斜角を検出する。まず、平坦なワークＷＫ６に対して投光部から帯光を照射して、プロファイル形状を表示部に表示させる。この状態で、プロファイル形状中で、水平部位指定手段８１２により、水平とみなす水平線上に位置する水平基準位置として２つの部位を水平部位指定手段８１２で指定する。この指定は、図３８に示すように矩形状の領域で水平基準位置指定枠ＳＫとして指定する。そして傾斜角演算手段６１１が、水平基準位置同士を結ぶ見なし水平線と、現実の水平線とがなす傾斜角を演算する。さらに、見なし水平線を水平として扱うよう、較正角を設定する。具体的には、指定された領域中に含まれるプロファイル形状を、傾斜角演算手段６１１で抽出し、さらに領域内に含まれるプロファイルの中心位置と平均高さを算出する。そして２箇所の領域で得られた平均高さが水平となるように、較正角に基づき、計測に際して角度補正を行う。このように、センサヘッド部とワークとの物理的な位置調整を行うことなく、傾斜角を較正量として保持し、光学式変位計の内部処理で演算結果を補正することにより、面倒な位置調整をソフトウェア的に処理でき、設置時の調整作業を大幅に省力化できる。
【０１１８】
また、水平基準位置を点で指定するのでなく、領域として指定できるので、指定作業を容易にできる。また、指定された領域内からプロファイルの傾斜角を傾斜角演算手段６１１で自動的に演算できるので、より精度良く且つ確実に水平位置を較正できる利点も得られる。
【０１１９】
なお、マウスなどのポインティングデバイスを使用して水平基準位置を点で指定する構成としても良い。この場合は、エッジ検出処理などを用いて、自動的にプロファイル形状の線状が選択されるようなスナップ機能を備えることで、選択を容易にできる。
【０１２０】
また、較正角に基づく補正を行う他、傾斜角の演算のみを傾斜角演算手段６１１で行うようにしてもよい。演算結果に基づき、物理的にセンサヘッド部とワークとの角度調整を行うこともできる。例えば演算された傾斜角を表示部に表示させる、あるいは外部に出力することで、本来水平面に設定すべきワークの傾斜角度が判明するので、この角度を０にするよう、ワークやセンサヘッド部の位置を調整する。また調整結果に対して同様の作業を繰り返すことで、再調整を可能とし、最終的に見なし水平線と現実の水平線を一致させることができる。
【０１２１】
また傾斜角演算手段６１１が、演算された傾斜角に基づいて光学式変位計の傾斜を自動的に補正する機能を持たせても良い。例えば、投光部を備えるセンサヘッド部の角度調整機構を備え、角度調整機構を傾斜角演算手段６１１の演算結果に応じて制御し、センサヘッド部がワークに対して水平位置となるよう自動調整する。これにより、面倒な設置時の水平位置較正を自動化できる。
【０１２２】
なお、ここでいう水平線は説明のための一例であって、実際の用途に応じて、水平線に代わって垂直線や任意の角度の線あるいは平面に一致させるよう調整できることは言うまでもない。また、水平基準位置は３以上指定することもできる。
（傾斜角調整手段８１６）
【０１２３】
さらに、演算された傾斜角を調整する傾斜角調整手段８１６を設けても良い。これにより、傾斜角をユーザが手動で微調整することができ、現実の設置状態や計測目的に適応させた柔軟な調整が可能となる。
（高低差補正機能）
【０１２４】
以上は、センサヘッド部較正機能の内、傾斜角を調整する傾き補正機能について説明した。これに加えて、高低差を較正する高低差補正機能、すなわち図１００に示したように、投光の帯光の幅方向と直交する方向に傾斜している場合の較正も行うことができる。以下、図３９に基づいて高低差補正機能について説明する。ここでは、高低差が既知の凸状を有するワークＷＫ７を配置して計測を行う。図３９に示すように、プロファイル形状を取得し、表示部に表示させた状態で、段差を構成する第１の面である上面と第２の面である下面を各々、高低差基準位置として、高低差指定手段８１４で指定する。高低差指定手段８１４による高低差基準位置の指定は、上記水平部位指定手段８１２と同様、矩形状の領域で高低差基準位置指定枠ＫＫとして指定することで安定して指定できる。これにより、高低差演算手段６１２が、領域内の平均高さを各々算出し、さらにこれら２つの領域の平均高さの高低差を算出する。このようにして得られた高低差に対し、既知の凸状の高低差（実寸）を入力することで、これらの差から、帯光の幅方向と直交する方向への傾斜が演算できる。よって、高低差が実寸と一致するように較正量を設定することで、以降の演算において高低差を較正した演算結果を得ることができる。また、上述の通りプロファイルの高低差が実寸値と一致するように、物理的な調整を行う際の指標として利用することもできる。
【０１２５】
なお、水平部位指定手段８１２や高低差指定手段８１４による水平基準位置、高低差基準位置等の基準位置の指定は、矩形状による指定に限られず、円や楕円、任意の領域などとすることもできる。また、指定された領域内からエッジ面を検出する他、直接点若しくは線でこれら基準位置を指定してもよい。
（実施の形態３）
【０１２６】
上記の光学式変位計は、１台のコントローラ部に１台のセンサヘッド部を接続する例を説明した。一方、１台のコントローラ部に２台以上のセンサヘッド部を接続するヘッド接続部を設けることもできる。図４０に実施の形態３として、２台のセンサヘッド部を接続可能なヘッド接続部４を備えるコントローラ部の例を示す。この光学式変位計では、２台のセンサヘッド部を使った処理が可能である。すなわち、２台のセンサヘッド部で同一のワークの異なる部位を計測したり、同一のワークを異なるタイミングで計測したり、あるいは異なるワークを計測することもでき、これらの演算結果を組み合わせることで高度な計測が可能となる。図４１（ａ）に、２台のセンサヘッド部を横並びに配置して、測定可能な領域を実質的に拡張して使用する例を示す。理想的には、各センサヘッド部をワークＷＫ８に対して同じ姿勢で設置することで、図４１（ｂ）に示すように各センサヘッド部で得られたプロファイル形状を、図４１（ｃ）に示すように合成することができる。しかしながら現実には、同一のワークＷＫ８に対して２台のセンサヘッド部の位置を誤差なく設置することは困難である。この結果、図４２（ａ）に示すようにセンサヘッド部の傾きなどによって、図４２（ｂ）等に示すように得られたプロファイルにも誤差が生じ、そのまま連結することはできない。そこで、光学式変位計は複数台のセンサヘッド部を連結するためのセンサヘッド部結合機能を備える。
（センサヘッド部結合機能）
【０１２７】
２台のセンサヘッド部で各々得られたプロファイル形状を重ねるために、図４１（ａ）に示すように、帯光ＯＫの照射光が一部重なるように配置されることがあるが、実際に得られた２個のプロファイル形状を結合する際には、どれだけ重ねれば良いか、その判断は容易でない。特に、センサヘッド部の設置に際して傾斜や位置ずれがあるため、これらを解消するには、高さ方向と幅方向にプロファイルを移動させた上で、結合のための処理を行う必要がある。
（補正プロファイル作成機能）
【０１２８】
このため、上述した傾き補正手段６１３を用いて、各プロファイル形状の段差部を利用して、ワークに対する各センサヘッド部の傾きを補正する補正プロファイル作成機能を備える。ここでは、傾き補正機能及び高低差補正機能を利用する。この手順を、図４３の模式図に基づいて説明する。まず図４３（ａ）に示すように、凸状などの段差を有するワークＷＫ９を用意し、２台のセンサヘッド部の帯光ＯＫの照射領域がいずれも段差を含むように配置する。そして図４の傾き補正手段６１３で、図４３（ｂ）に示すように各センサヘッド部の傾き補正及び／又は高低差補正を行い、補正プロファイルを作成する。さらに図４３（ｃ）に示すように、各センサヘッド部の補正プロファイルに対して、同じ部位、すなわち段差部分に相当する共通プロファイル形状を共通プロファイル指定手段８２０で指定する。ここでは、ユーザが共通プロファイル指定手段８２０により、手動で段差部を指定する構成としている。ただ、共通プロファイル指定手段８２０が各補正プロファイルを比較して、共通プロファイル形状を自動的に抽出するよう構成してもよい。そして、共通プロファイル指定手段８２０で指定された共通プロファイル形状が一致するように、プロファイルマッチング手段６１４がプロファイルサーチ（後述）を行い、２個のプロファイル形状の高さや間隔等を自動的に調整した上で、これらを合成する。なお、プロファイルマッチング手段６１４による共通プロファイル形状の高さや間隔等を自動演算結果に対して、ユーザが手動で微調整できる機能を設けてもよい。図４の例では、プロファイル形状のオフセット量を設定可能なプロファイル移動手段８２４、傾斜角を調整可能な傾き調整手段８２６を設けている。また、高低差演算手段で演算された高低差を手動で調整するための高低差調整手段８１４を利用することもできる。このようにして、図４３（ｄ）に示すように、複数のセンサヘッド部で測定されたプロファイルを連結するよう合成できる。
（直接マッチング機能）
【０１２９】
さらに、センサヘッド部毎に傾き補正や高低差補正を行うことなく、図４４に示すように、補正前の各プロファイル形状に対して、共通プロファイル指定手段８２０で共通プロファイル形状の指定を行い、直接マッチングを行う直接マッチング機能を備えることもできる。この手順を、図４４の模式図及び図４５のフローチャートに基づいて説明する。まず、必要に応じてステップＳ４５１でセンサヘッド部の個々の傾斜を補正する。プロファイルの結合のみを行うのであれば、この高低を省略することもできる。次にステップＳ４５２で、２つのセンサヘッド部からの照射光の重複部分にワークＷＫ９の凸状部分が位置するよう、ワークＷＫ９を配置する。そしてステップＳ４５３で、各センサヘッド部でプロファイル形状を取り込む。次にステップＳ４５４で、各センサヘッド部のプロファイル形状に対し、共通プロファイル形状の範囲を共通プロファイル指定手段８２０で各々指定する。なお、各センサヘッド部で得られる共通プロファイル形状が同一の場合は、一方のセンサヘッド部でのみ共通プロファイル形状を指定すれば足りる。またこの際も、ユーザが共通プロファイル指定手段８２０を操作して手動で共通プロファイル形状を指定する他、共通プロファイル指定手段８２０で自動的に共通プロファイル形状を抽出することもできる。この方法であれば、ユーザによる領域指定を省いて極めて簡単に複数プロファイルのマッチングを実現できる。次にステップＳ４５５で、両方のセンサヘッド部で共通プロファイル形状が一致するように、プロファイルマッチング手段６１４でプロファイルサーチを行う。最後にステップＳ４５６で、プロファイルサーチの結果に基づき、プロファイル形状の結合条件をプロファイルマッチング手段６１４で演算し、合成を行う。
【０１３０】
なお、上記の例では２つのセンサヘッド部を利用した２つのプロファイル形状の合成について説明したが、３以上のプロファイル形状の合成についても同様に行えることは言うまでもない。すなわち、例えば３台のセンサヘッド部Ａ、Ｂ、Ｃを接続した光学式変位計においては、まずセンサヘッド部Ａ、Ｂのプロファイル形状の合成を行った後、合成後のプロファイル形状Ａ＋Ｂとプロファイル形状Ｃとの合成を行えばよい。
（プロファイル反転機能）
【０１３１】
以上は、センサヘッド部を横並びに配置した例について説明した。複数のセンサヘッド部をレイアウトする例としては、他にもセンサヘッド部同士を対向させて配置することも考えられる。複数のセンサヘッド部を隣接して配置する際には、物理的にセンサヘッド部が干渉しないように配置するスペースが確保できるかどうかが問題となる。言い換えると、配置スペースの関係からセンサヘッド部を同じ姿勢で配置することができず、上下左右に反転した姿勢で配置しなければならない事態も起こり得る。例えば、図４６に示すようにセンサヘッド部を鏡面状に配置する結果、得られたプロファイル形状が左右反転した状態となり、そのままでは形状の比較などに不都合となる。このため、プロファイル形状を反転させる機能を備えており、具体的には反転手段８２２がプロファイル形状を、必要に応じて上下又は左右に反転させて表示部に表示可能としている。これにより、センサヘッド部の配置状態の制約によらず、各センサヘッド部で取得されたプロファイル形状の対比を、適切に行うことが可能となる。
（左右反転）
【０１３２】
反転手段８２２により、プロファイルの差分を取得する例を、図４７に基づいて説明する。まず、図４８に示すように一のワークＷＫ１０に対して、異なる部位のプロファイル形状を取得するよう、２台のセンサヘッド部を配置する。各センサヘッド部で得られたプロファイル形状に対して、各々傾き補正及び／又は高低差補正を実行し、図４７（ａ）に示すように補正プロファイルを作成する。次に、共通プロファイル指定手段８２０を用いて、各センサヘッド部の補正プロファイルに対して、共通の部位を指定する。具体的には、図４７（ｂ）で波線で示す枠状の共通プロファイル指定枠ＫＷに共通プロファイル形状を含める。そして、設定された枠内の共通プロファイル形状がマッチングするように、プロファイルマッチング手段６１４が２個のプロファイルの高さと位置を自動演算する。この結果、図４７（ｃ）に示すように２個のプロファイル形状が重ね合わせて表示部に表示される。ここでは、異なる部位を観察しているため、完全一致でなく部分一致のパターンマッチングを行う。また、図４７（ｄ）に示すようにプロファイルの差分を差分プロファイルとして表示することもできる。またこの方法に限られず、上述の通り自動演算されたプロファイル形状の高さや位置をユーザが微調整する機能を設けたり、あるいはセンサヘッド部毎に傾き補正や高低差補正を行うことなく、補正前のプロファイル形状に対して共通プロファイル形状を指定し、直接マッチングを行うこともできる。
（上下反転）
【０１３３】
さらに、図４９に示すように２台のセンサヘッド部で同一のワークＷＫ１１を挟み込んで計測することもできる。この際、ワークＷＫ１１上の計測箇所が離れて存在する場合には、センサヘッド部を同じ向きに設置することもできる。しかしながら、計測箇所が近い場合は、図５０に示すように、センサヘッド部の投光側が対向するように設置する必要がある。この場合には、２台のセンサヘッド部でプロファイルの左右が反転されてしまうので、形状の比較に不都合となる。そこで、反転手段８２２により左右反転や上下反転を組み合わせることで、調整できる。この例を図５１に基づいて説明する。ここでは、図４９に示すようにワークＷＫ１１の上下を２台のセンサヘッド部で挟み込んで、凸状部分の厚さｄを計測する。図５１（ａ）に示すように、各センサヘッド部で計測されたプロファイル形状の傾き補正及び／又は高低差補正を行い、補正プロファイルを作成する。次に図５１（ｂ）に示すように、補正プロファイルの一方（図５１（ａ）において右側）を反転手段８２２で上下反転し、さらに図５１（ｃ）に示すように左右反転する。この状態で、各補正プロファイルに対して位置合わせを行う部位を共通プロファイル指定手段８２０で指定する。図５１（ｃ）の例では、凸状の立ち上がり部分を含めるよう波線で示す枠状の共通プロファイル指定枠ＫＷで囲む。そして共通プロファイル指定枠ＫＷ内のプロファイルが一致するように、プロファイルマッチング手段６１４が２個のプロファイル形状の高さと位置を自動演算し、これらを合成する。ここでは、プロファイルを連結するのでなく、図５１（ｄ）に示すように、ワークＷＫ１１の凸状の厚さｄが計測できるように、上下にプロファイルを配置している。
【０１３４】
なお、プロファイル形状の上下反転／左右反転は反転手段８２２により個別に行われるが、計測用途に応じて自動的に反転処理が選択、実行されるよう構成することもできる。具体的には、ワークの変位を測定する測定モードとして、２台以上のセンサヘッド部の配置レイアウトを、横配置、縦配置、挟み込み配置のいずれかから選択する配置モード選択手段８２８を設け、配置モード選択手段８２８で選択された配置モードに応じて、反転手段８２２の反転方向を自動的に選択するよう構成する。これにより、２台以上のセンサヘッド部の配置レイアウトに応じたプロファイル波形の反転が自動的に行われ、設定の手間を省くと共に設定ミスを回避できる。一例として、センサヘッド部Ａ、Ｂの２つで得られたプロファイル形状を反転手段８２２で反転させる手順を、図５２のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ５２１で、センサヘッド部Ａを上下反転させるかどうかを判定する。反転させない場合は、そのままステップＳ５２３に進み、反転させる場合は、ステップＳ５２２に進み、センサヘッド部Ａで得られたプロファイル形状を反転手段８２２で上下に反転させた上で、ステップＳ５２３に進む。次にステップＳ５２３では、センサヘッド部Ａのプロファイル形状を左右反転させるかどうかを判定し、反転させない場合はステップＳ５２５に進み、反転させる場合はステップＳ５２４に進み、センサヘッド部Ａのプロファイル形状を左右反転させた上でステップＳ５２５に進む。以下同様にしてセンサヘッド部Ｂについても、先ずステップＳ５２５で上下反転の有無を判定し、反転させる場合はステップＳ５２６を介して上下反転させた後、ステップＳ５２７に進む。さらにステップＳ５２７では左右反転の有無を判定し、反転させる場合はステップＳ５２８を介して左右反転させた後、ステップＳ５２９に進み、後処理を行う。このように、各センサヘッド部毎に上下、左右の反転の有無を判定し、必要な反転を行わせることにより、対比させやすい姿勢でプロファイル形状を表示部に表示、あるいは計測処理部５４で演算することができる。
（プロファイルサーチ）
【０１３５】
受光マスク領域ＪＭの自動追従や傾き補正／高低差補正、２以上のプロファイルの合成等においては、プロファイル形状に対するプロファイルサーチが有効に機能する。上記で説明したプロファイルサーチでは、登録プロファイルを一旦設定した上で、同じ登録プロファイルに基づいてマッチングを行っている。プロファイルサーチは、登録プロファイルを構成する座標位置情報に基づいて、入力されたプロファイル形状を構成する座標位置情報に、登録プロファイルを構成する座標位置情報が含まれているかどうかを検索する。プロファイル形状は画像データと異なり、座標位置情報であるため、プロファイルサーチは、画像データのサーチに比較してデータ量や処理量が少なく、低負荷で高速なサーチが実現できる。なおプロファイルサーチは実寸法で行われる。一方、ワークによっては登録プロファイル自体が確定し難いものもある。このような場合には、登録プロファイルを毎回変更することも可能である。以下、プロファイル形状に対するプロファイルサーチの詳細な手順について説明する。
（回転／移動のプロファイルサーチ）
【０１３６】
先ず、図９８、図９９に示すようにワークＷＫ５が傾いた場合にも安定して計測できるように、プロファイル波形を登録プロファイルとしてプロファイルサーチを行う例について説明する。ここでは、表示部７０のプロファイル表示領域７１に表示されたプロファイル形状上から予めプロファイル形状を登録プロファイルとして、図４に示す登録プロファイル指定手段８３０を用いて領域で指定し（図５４（ａ）において破線枠で示す登録プロファイル指定領域ＰＳ）、入力された測定対象のプロファイル形状中から、最も合致する位置をプロファイルマッチング手段６１４がプロファイルサーチで検出し、サーチ結果に基づいて計測プロファイルを回転・移動させて形状測定を行う。この手順を、図５３のフローチャート及び図５４のイメージ図に基づいて説明する。まず、ステップＳ６１１に示すように、プロファイルサーチを開始する回転角度及び移動距離を設定する。次にステップＳ６１２で登録プロファイルのプロファイルを回転／移動させる。さらにステップＳ６１３で、プロファイルマッチング手段６１４が入力プロファイルの各点との差を演算する。次にステップＳ６１４で、各点の差を基にプロファイルのマッチング度を演算する。さらにステップＳ６１５で、マッチング度の最も高い条件（ここでは回転角度・移動量）を記憶する。上記の手順を所定のサーチ範囲（回転角度・移動量）で繰り返す。具体的にはステップＳ６１６で、入力プロファイルのすべての範囲を走査したかどうか判定し、未だの場合はステップＳ６１２に戻って上記処理を継続し、一方すべての範囲を走査し終えた場合は、ステップＳ６１７に進み、マッチング度の最も高い条件を検出位置として出力する。このようにして、図５４（ｂ）に示すように入力プロファイルから、登録プロファイルのプロファイルサーチにより、回転されたプロファイルを検出し、その座標位置を出力できる。この結果に従い、プロファイルマッチング手段６１４は必要に応じて入力プロファイルを回転、移動させて表示部７０に表示させることもできる。
（無効領域設定）
【０１３７】
一方、光切断の原理を使った光学式変位計ではワークのエッジ部分の形状が安定しない場合がある。例えば図５５（ａ）に示すような凸状を有するワークにおいては、図５５（ｂ）に示すように凸状のエッジ部分でピーク状のノイズが載ることがある。このようなノイズ成分によって、測定誤差が低下する。そこで、登録プロファイル中に、プロファイルサーチの対象としない無効領域を設けることで、このような形状変動の影響を受け難くすることができる。無効領域は、プロファイル表示領域７１上から、図４に示す無効領域指定手段８３２で指定する。図５５の例では図５５（ｂ）に示すように、凸状のエッジ部分に生じるピーク状ノイズを含むよう、登録プロファイル指定領域ＰＳ中に矩形状の無効領域ＭＡを設定する。
【０１３８】
なお、この例では無効領域を１のみ設定したが、２以上設定することも可能であることは言うまでもない。例えば図５５（ｃ）に示すように、登録プロファイル指定領域ＰＳ中で凸状のエッジ部分２カ所に、各々無効領域ＭＡを設定することができる。また、無効領域についてプロファイルサーチの対象から完全に除外する他、プロファイルサーチの対象とはするが重み付けを低く設定することもできる。
（傾き無効化機能）
【０１３９】
また、図５６に示すようなエッジ部分を有するワーク等、形状の安定しないワークにおいて、登録プロファイル中から手動で無効領域を設定する他、自動的に傾斜の変化が大きい領域を登録プロファイル中から抽出して、これらの部分を無効化あるいは重み付けを低くするよう設定することもできる。この処理は、図４に示す無効化手段８３４が自動的に行う。以下、この手順を図５７のフローチャート及び図５６のイメージ図に基づいて説明する。先ず図５３と同様にステップＳ６５１で、プロファイルサーチを開始する回転角度及び移動距離を設定し、次いでステップＳ６５２で、登録プロファイルのプロファイルを回転／移動させる。さらにステップＳ６５３で、無効化手段８３４が登録プロファイルのデータを解析し、形状の変化が急峻な領域と緩やかな領域とを抽出する。さらにステップＳ６５４で、プロファイルマッチング手段６１４が入力プロファイルの各点との差を演算する。そしてステップＳ６５５で、形状の変化が急峻な部分については、この影響を低減する処理を行う。すなわち、この領域を処理の対象から除外したり、あるいは比重が軽くなるよう重み付けを行う。その上でステップＳ６５６で、各点の差に基づいてプロファイル形状のマッチング度をプロファイルマッチング手段６１４が演算する。そしてステップＳ６５７で、マッチング度が最も高い条件を検出位置とする。さらにステップＳ６５８で、入力プロファイルのすべての範囲を走査したかどうか判定し、未だの場合はステップＳ６５２に戻って上記処理を継続し、一方すべての範囲を走査し終えた場合は、ステップＳ６５９に進み、マッチング度の最も高い条件を検出位置として出力する。このようにして、エッジ部分を有するワークにおいても、登録プロファイルの中の傾きの変化に応じた軽重によって精度の高いマッチングが実現でき、検出精度を向上させることができる。
（死角処理機能）
【０１４０】
一方で、図５８に示すように光切断の原理を使った光学式変位計で凸状を有するワークを計測する場合、プロファイル形状の段差部分等、死角になる可能性のある形状については高精度で測定することが困難である。例えば図５８（ａ）に示すワークが回転して図５８（ｂ）のようになると、上方向から照射光を照射させても凸状の付け根部分には照射光が届かず、図５８（ｃ）に示すようなプロファイルとして観測されることになる。このように死角が発生すると、形状のマッチング精度が低下し、マッチングの結果が安定しなくなる。このような問題に対し、登録プロファイル中で、無効化手段８３４が傾斜が垂直に近い部位を自動的に抽出し、このような部位を計測に際して排除あるいは重み付けを軽くする処理を行う。この様子を、図５８のイメージ図及び図５９のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ６７１で、図５３等と同様にプロファイルサーチを開始する回転角度及び移動距離を設定し、次いでステップＳ６７２で、登録プロファイルのプロファイルを回転／移動させる。登録プロファイルが登録された時点で、この登録プロファイルの回転によって死角が生じ得る部位が含まれるかどうかを判断できるので、ステップＳ６７３で、無効化手段８３４によりこのような部位が含まれるかどうか、含まれる場合はその位置を確認する。次にステップＳ６７４で、プロファイルマッチング手段６１４が入力プロファイルの各点との差を演算する。ここで、画像の回転によって死角になる部位については、この影響を低減する処理を行う（ステップＳ６７５）。すなわち、この領域を処理の対象から除外したり、あるいは比重が軽くなるよう重み付けを行う。以下図５７等と同様にステップＳ６７６で、各点の差に基づいてプロファイル形状のマッチング度をプロファイルマッチング手段６１４が演算する。そしてステップＳ６７７で、マッチング度が最も高い条件を検出位置とする。さらにステップＳ６７８で、入力プロファイルのすべての範囲を走査したかどうか判定し、未だの場合はステップＳ６７２に戻って上記処理を継続し、一方すべての範囲を走査し終えた場合は、ステップＳ６７９に進み、マッチング度の最も高い条件を検出位置として出力する。このようにして、エッジ部分を有するワークにおいても、登録プロファイルの中の傾きの変化に応じた軽重によって精度の高いマッチングが実現でき、検出精度を向上させることができる。
（横方向精度の向上）
【０１４１】
一方、光切断の原理を用いて垂直に近い断面を計測する場合には、受光素子の分解能のため横方向の精度が制限されるという問題が生じる。すなわち、図６０に示すように凸状に変化するワークのエッジ面ＥＤ、すなわち凸状立ち上がり部分、立ち下がり部分のような、プロファイルが急峻に変化する部位では、隣接する画素間で高い位置と低い位置が生じ、中間の位置が存在しない離散的なデータとなって精度が悪くなってしまう。一方で、エッジ位置の変化に応じて、受光画像自体は図６１に示すように受光量の変化を有している。特に、ＣＣＤのような２次元受光素子では、図６２に示すようにエッジ面の近傍で隣接する画素の受光光量が段階的に変化する。そこで、垂直に近いエッジ位置を計測する場合には、プロファイル形状に変換した状態で位置補正をするよりも、プロファイル形状に変換する前の受光画像データを使って位置検出を行うことにより、エッジ位置の精度を向上させることができる。この検出は、図４に示すエッジ面算出手段６１８が行う。これにより、ＣＣＤの分解能による制限を受けることなくサブピクセルオーダでの高精度な立ち上がり位置、立ち下がり位置の検出が可能となる。この手順を、図６３のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ７１１で、プロファイル形状上で設定された登録プロファイルの範囲に基づいて、対応する受光画像上で該当する領域を演算する。次にステップＳ７１２で、該当領域の登録プロファイルを移動させる。そしてステップＳ７１３で登録プロファイルと入力プロファイルで正規化相関を行い、相関値を演算する。次にステップＳ７１４で、相関値の最も高い条件（移動量）を記憶する。さらに上記の処理を、すべての部位で処理し終わるまで所定の領域内を走査するよう、上記ステップＳ７１２に戻って処理を繰り返す（ステップＳ７１５）。そしてステップＳ７１６で、相関値の最も高い条件と、その周囲の相関値に基づき、補間処理を行い、サブピクセルオーダでピーク位置を算出する。最後に、ステップＳ７１７で、ピーク位置が受光画像上で演算されるため、その結果をリニアライズして距離情報に変換する。このようにして、受光画像を利用した極めて高精度なマッチング処理を実現できる。
（形状測定機能）
【０１４２】
上述したプロファイルサーチ処理は、プロファイル形状の位置補正のみならず、プロファイル形状の計測等にも使用できる。例えば、図６４の例では対向するワークＷＫ１４について、各々の対向部分である２箇所の形状について共通プロファイル指定枠ＫＷを指定し、プロファイルマッチング手段６１４でプロファイルサーチを行うことにより、これら２箇所の中点を検出するといった処理も可能となる。このように、プロファイルサーチは位置補正のみならず、計測においても有効に機能させることができる。
（プロファイル演算機能）
【０１４３】
さらに、プロファイル形状を手動で移動させるプロファイル移動手段８２４や、プロファイルの加算、反転等の操作機能を備えることもできる。図６５に、表示部７０上に表示されたプロファイル形状を手動で操作する画面例を示す。この図に示す表示部７０は、ワークのプロファイル形状をプロファイル表示領域７１に示しており、図６５（ａ）の例では、プロファイル表示領域７１の右側を上下に分割して、２台のセンサヘッド部２で取得したプロファイル形状ＰＲ１、ＰＲ２を各々表示している。さらにプロファイル表示領域７１の左側に、プロファイル形状ＰＲ１、ＰＲ２を加算した加算プロファイル形状ＰＲ３を表示している。このように、複数のプロファイル形状に対して、加算、減算、差分抽出等の演算を行うことができる。特に、プロファイルサーチ等により合成されたプロファイル形状の、共通する形状部分の差分情報を差分抽出手段６１５で抽出することで、プロファイルの差分を演算、表示することができ、指定された部位の相違点の比較が容易に行える。
（プロファイル移動手段）
【０１４４】
また図６５（ｂ）の例では、プロファイル表示領域７１の下側を左右に分割して、プロファイル形状ＰＲ１、ＰＲ２を各々表示し、さらにプロファイル表示領域７１の上側に、プロファイル形状Ａ、Ｂを合成した合成プロファイル形状ＰＲ４を表示している。プロファイル同士の合成は、プロファイルマッチング手段６１４のプロファイルサーチにより行われる。さらに、図６５の画面から、各プロファイル形状の上下、左右への移動や反転を行うことができる。また、回転や拡大／縮小機能を備えてもよい。これにより、プロファイルサーチで合成された合成プロファイル形状を、さらにオフセット量を設定するなど、手動で微調整することが可能となる。
（プロファイル形状の着色表示機能）
【０１４５】
表示部上で図８に示すようにプロファイル形状を表示することにより、ワークのプロファイル形状を確認できる。しかしながら、プロファイル形状では、受光量の多寡や変化等を知ることができないため、ワークの正確な形状が測定できているかどうかは、この画像だけでは判断できない。このため、図９に示すように表示部の表示を受光画像に切り替えて、プロファイル形状の各部の受光状態を確認することが行われる。ただ、受光画像は白黒の濃淡画像であり、受光の分布状態が判り難いという問題がある。またプロファイル形状と受光画像とを個別に表示させたのでは、対応位置の確認が容易でなく、また表示画面を一々切り替える必要がある等操作も面倒である。そこで、本実施の形態では、プロファイル着色手段によりプロファイル形状のプロファイル形状を着色処理し、プロファイル形状のみから、受光量やその変化等を把握できるようにすることができる。
（プロファイル着色機能）
【０１４６】
プロファイル着色手段は、プロファイル形状を構成する位置毎の光量に応じて、予め光量の範囲を区分けし、各範囲毎に割り当てられた異なる色を着色する着色処理を施した状態で表示部に表示可能である。また、プロファイル着色手段は、プロファイル形状に対し、プロファイル形状の位置毎の光量の変化量に応じて、予め光量変化の範囲を区分けし、各範囲毎に割り当てられた異なる色を着色する着色処理を施した状態で表示部に表示することもできる。以下、プロファイル着色手段でプロファイル形状を着色する様子を、図６６〜図６８で示す表示部上で表示されるプロファイル形状のイメージ図に基づいて説明する。
【０１４７】
図６６は、プロファイル形状を表示する際にプロファイルの光量状態、具体的には光量の多寡に応じて、プロファイル着色手段が表示する色を変化させている。この例では、光量が適切な部分を青色（図６６において実線のハッチングで示す）、光量が所定の上限閾値よりも多い部分を白色（図６６において太線かつ間隔の狭いハッチングで示す）、逆に光量が所定の下限閾値よりも少ない場合に赤色（図６６において３本線のハッチングで示す）で示している。このように、プロファイル形状を色分けして表示部上に表示させることで、プロファイル形状を見るだけで、安定して計測できているかを判断できる。閾値の例としては、例えば受光量を０〜２５５の２５６階調（８ビット）で検出する場合、上限閾値を１９１以上、下限閾値を６４以下等に設定する。このような閾値は、光学式変位計側で予め設定しておく他、ユーザが任意に指定、調整するよう構成してもよい。特に、測定条件等に応じて適切な閾値を設定することにより、よりアプリケーションに即したカラー表示にてプロファイル形状の安定度を確認することができる。
【０１４８】
また図６７は、プロファイルの光量変化に応じてプロファイル着色手段が着色処理を行う例を示している。プロファイル形状が安定しない場合としては、光量変化が激しい場合も考えられる。この場合に光量変化が激しい部位が特定できるよう、前後の位置で受光量の変化が所定範囲内であれば受光量変化が適切であるとして青色（図６７の例では実線のハッチング）、所定の範囲を超える場合は受光量の変化が激しいとして緑色（図６７の例では破線のハッチング）に、それぞれプロファイル着色手段で着色して表示する。受光量範囲の例としては、上記同様０〜２５５の８ビットで検出する場合、プロファイル形状を構成する画素の前後で受光量の差が６４以内を受光量変化が適切とする。またこの範囲も、光学式変位計側で予め設定しておく他、ユーザが任意に設定する構成とすることもできる。さらに、対象となる画素の前後数画素の受光レベルを参照し、平均値に対して最大・最小の変化量の割合にて判断することもできる。
【０１４９】
さらに、図６８に示すようにプロファイル着色手段で上記を組み合わせて着色処理することもできる。図６８の例では、プロファイルの各位置における受光量の多寡及び変化量に応じて着色している。この着色の判定手順の一例を図６９のフローチャートに基づいて説明する。先ずステップＳ６９１でプロファイル形状の着色処理の対象となる画素の初期位置に移動する。プロファイル形状はライン状であるため、プロファイル形状を表示する画像のすべての画素を走査する必要はなく、プロファイル形状の位置に該当する受光画像の画素のみを順次走査することで、効率よく着色処理を行える。また、プロファイル形状の中で、着色処理を行う範囲をさらに絞ることもできる。次にステップＳ６９２で該画素の受光量が適切かどうか、所定の閾値と比較して判定する。適切な場合はさらにステップＳ６９３−１に進み、受光量が安定しているかどうかを判定する。具体的には、該画素と隣接する直前の画素と受光量を比較し、その差が所定の閾値よりも少ない場合は安定、大きい場合は安定していない、と判定する。安定の場合はステップＳ６９４−１に進み、受光量が適切かつ安定と判定した場合の着色処理（例えば青色）を行い、ステップＳ６９５に進む。一方、ステップＳ６９３−１で受光量が安定していないと判定された場合はステップＳ６９４−２に進み、受光量が適切であるが不安定と判定した場合の着色処理（例えば緑色）を行い、ステップＳ６９５に進む。さらに一方、ステップＳ６９２で、受光量が適切でないと判定された場合は、ステップＳ６９３−２に進み、受光量の多寡を判定する。具体的には、受光量を所定の閾値と比較して多いかどうかを判定し、多い場合はステップＳ６９４−３に進み、受光量が多い場合の着色処理（例えば白色）を行いステップＳ６９５に進む。また受光量が少ない場合はステップＳ６９４−４に進み、受光量が少ない場合の着色処理（例えば赤色）を行い、ステップＳ６９５に進む。このようにして、該画素の着色処理が終了すると、ステップＳ６９５で画素位置が最終位置に達したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ６９６に進み、着色処理の対象画素を移動すると共に、ステップＳ６９２に戻り、上記のステップを繰り返す。そしてステップＳ６９５で画素の最終位置に達したと判定されると、処理を終了する。以上の手順によって、対象の画素を順次走査して、プロファイル形状に着色処理を行うことができる。
【０１５０】
またプロファイルを着色処理する手順は、上記に限られず、他の方法、例えば図７０のフローチャートに示す手順も利用できる。この手順を説明すると、先ずステップＳ７０１で画素の初期位置に移動し、次にステップＳ７０２で該画素の受光量が適切かどうかを判定する手順は上記図６９と同様である。受光量が適切な場合はステップＳ７０３−１に進み、受光量が適切と判定した場合の着色処理（例えば青色）を行う。一方、受光量が所定の下限閾値よりも少ない場合は、ステップＳ７０３−２に進み、受光量が安定しているかどうかを判定する。具体的には、該画素と隣接する直前の画素と受光量を比較し、その差が所定の閾値よりも少ない場合は安定、大きい場合は安定していない、と判定する。安定の場合はステップＳ７０４−１に進み、受光量が少ない場合の着色処理（例えば赤色）を行い、ステップＳ７０５に進む。一方、ステップＳ７０３−２で安定していないと判定された場合はステップＳ７０４−２に進み、受光量変化が大きい場合の着色処理（例えば緑色）を行い、ステップＳ７０５に進む。さらに一方、ステップＳ７０２で受光量が上限閾値よりも多いと判定された場合は、ステップＳ７０３−３に進み、上記と同様に受光量が安定しているかどうかをさらに判定する。安定している場合はステップＳ７０４−３に進み、受光量が多い場合の着色処理（例えば白色）を行いステップＳ７０５に進む。また安定していない場合は、ステップＳ７０４−４に進み、受光量変化が大きい場合の着色処理（例えば緑色）を行い、ステップＳ７０５に進む。このようにして、該画素の着色処理が終了した後の処理は、上記図６９と同様に、ステップＳ７０５で画素位置が最終位置に達したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ７０６に進み、着色処理の対象画素を移動すると共に、ステップＳ７０２に戻り、上記のステップを繰り返す。またステップＳ７０５で画素の最終位置に達したと判定されると、処理を終了する。このような手順によっても、対象の画素を順次走査してプロファイル形状に着色処理を行うことができる。
【０１５１】
これらの手順は一例であり、例えば先に受光量が安定しているかどうかを判定した後、受光量の多寡を判定するように順序を入れ替えても、同様の結果を得ることができる。また上述した着色の例は一例であって、他と区別しやすく、また表示部上で視認し易い色の組み合わせを適宜選択できる。
（プロファイルの経時的な表示機能）
【０１５２】
以上の方法では、測定の一時点におけるプロファイル形状を表示部上で確認することができる。一方、ライン上を順次搬送されるワークを測定する場合等、時間的に変化するワークを測定することもあり、このような場合は測定されるワークのプロファイルも経時的に変化する。光学式変位計は、測定したプロファイル形状のデータをメモリ部に保持することができ、必要に応じて過去のある時点に遡って、その時点におけるプロファイル形状を表示させることが可能となる。しかしながら、従来の光学式変位計では、各時点でのプロファイル形状を切り替えて表示するに止まり、経時的、連続的なプロファイルの変化の状態や、その時点でプロファイルが安定して測定できていたかどうかを判断することが容易でなかった。
【０１５３】
これに対し、本実施の形態では、各時点でのプロファイル形状を表示部上に重ねて表示することができ、しかもプロファイルハイライト手段でプロファイル形状毎に異なるハイライト処理を加えることで、各時点でのプロファイル形状を区別でき、プロファイル形状の時間的な変化を視覚的に確認し易くできる。この様子を、図７１〜図７３に基づいて説明する。
（プロファイルハイライト機能）
【０１５４】
プロファイルハイライト手段は、異なるタイミングで複数測定したプロファイル形状を表示部で重ねて表示すると共に、時系列的に各プロファイル形状に対して異なるハイライト処理を施した状態で表示部に表示する。図７１の例では、一定の時間間隔で得られた複数のプロファイル形状を重ねて表示部に表示すると共に、最新のプロファイル形状ほど太く表示され、古いプロファイル形状ほど細く表示されるようにプロファイルハイライト手段でハイライト処理している。また、図７２に示すように、最新のプロファイル形状ほど濃く、古いプロファイル形状ほど薄く表示されるようなハイライト処理としてもよい。さらに、着色の度合いを漸増的、漸減的に変化させたり（例えば新しいほど青く、古いほど赤く）、ラインのパターンを実線、破線、１点鎖線、２点鎖線等と変化させる、あるいは上記を組み合わせる等、ハイライト処理のパターンは他と区別できる態様が適宜利用できる。これにより、異なるタイミングで測定された複数のプロファイル形状に基づき、プロファイルの時間的な安定度を表示することができる。
（プロファイル幅表示機能）
【０１５５】
またプロファイルハイライト手段は、異なるタイミングで複数測定したプロファイル形状を表示部で重ねて表示し、各位置における最大値と最小値で区画される幅状を着色して表示することもできる。このようなプロファイル幅表示機能より、プロファイルの取り得る範囲を視覚的に把握できる。また必要に応じてプロファイルの分布表示や、包絡線で囲まれた領域を着色する機能等を付加することもできる。
（平均プロファイル表示機能）
【０１５６】
さらに、各位置におけるプロファイルの平均値を、幅状の表示色と異なる色に着色して表示する平均プロファイル表示機能も備えることができる。図７３の例では、プロファイル形状の軌跡を黄色（図７３においてハッチングで示す）に塗り潰して帯状に表示すると共に、各位置における平均値を青色（図７３において太線で示す）に着色して、平均のプロファイル形状として表示部に表示している。これによって、過去に取得したプロファイルの履歴情報から、プロファイルの取り得る範囲と平均値を知ることができ、解析に役立てることができる。
【０１５７】
さらに、上記のプロファイル幅表示機能や平均プロファイル表示機能は、過去に撮像されメモリ部に保持されているすべてのデータについて実行する他、特定の期間内、あるいはデータ数にて実行することもできる。例えば、計測開始からリセットされるまでの全プロファイル形状に対して実行したり、最新のプロファイルからN個、あるいはサンプリングトリガ発生期間や過去ｔ秒まで遡った範囲等に限定して、プロファイル幅や平均プロファイルを表示することができる。このように複数のプロファイル形状を重ねて表示し、さらに必要に応じてこの状態にて変位や高度差、面積等の演算、計測を可能とすることで、計測範囲の設定等も容易となる。
（受光画像着色機能）
【０１５８】
以上は、プロファイル形状を表示部に表示させる手段を説明した。このようなプロファイル形状の表示に加えて、２次元受光素子で撮像した受光画像を単独もしくはプロファイル形状と重ねて表示部に表示することもできる。例えば、ワークのプロファイル形状が適切に計測できていない場合には、図８に示すプロファイル形状から図９に示す受光画像に切り替えて判断することがある。しかしながら、受光画像は白黒の濃淡画像であるため、受光の分布状態が判り難い。
【０１５９】
そこで本実施の形態では、図７４に示すように受光画像着色手段で受光画像に着色処理を施した状態で表示部に表示させることができる。受光画像着色手段は、受光画像に対し、画素毎の受光信号の階調に応じて着色処理を行う。予め階調を複数の範囲に区分けし、範囲毎に異なる色を割り当て、受光画像の画素毎に、その階調に割り当てられた色を着色する。これにより、受光画像が等高線図のように表示されるので、受光信号の輝度分布を視覚的に把握できる。また等高線の境界輪郭線の粗密によって受光分布勾配が急峻であるか、緩やかであるか等が認識し易くなり、プロファイルの傾斜の度合い等を視覚的に把握できる。さらにプロファイル形状のピークレベルの高低も、色により認識し易くなる。例えば２次元受光素子が受光信号を０〜２５５の２５６階調（８ビット）で受光する際には、１６階調ずつ、１６の範囲に区分けし、それぞれに異なる色（例えば高い順に黄色、緑色、青色、紫色、橙色、桃色、赤色等）を割り当てることにより、１６色で受光量のレベルを表現できる。図７４の例では、受光画像表示領域７４上のＷＫａの部分で、上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの７つの領域に色分けされており、またＷＫｂの部分では上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、黄色ＹＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの９つの領域に色分けされており、さらにＷＫｃの部分でも上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、黄色ＹＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの９つの領域に色分けされている。このような等高線表示機能によって、平面的な受光画像を、輝度値を高さ方向とした等高線モデルのように表現でき、単なる白黒の濃淡画像でなく、カラーで色分け表示することによって遙かに見易く、輝度の高低や分布、勾配等を視覚的に把握できるようになる。また等高線表示機能はＯＮ／ＯＦＦ可能であり、必要に応じて実行できる。なお等高線の色分けは一例であり、任意の色の組み合わせが利用できることは言うまでもない。
【０１６０】
また、受光信号の輝度分布のすべてに色分けを行う構成に限られず、指定された範囲についてのみ色分けを実行するよう構成してもよい。さらに色分けに代わって、あるいはこれに加えて、異なるハッチングやドット等のパターンを加えることもでき、これによってさらに視覚的に受光画像の輝度分布を把握し易くできる。
【０１６１】
さらに、光切断方式では複数の受光が発生するような場合には、表示部で受光画像を表示させていても、どの部分を計測しているかが判別し難い。そこで、図７５に示すように受光画像着色手段で着色処理した受光画像に重ねてプロファイル形状を表示することにより、受光分布のどの位置を検出しているかを視覚的に認識し易くできる。図７５の例では、図７４で示した受光画像表示領域７４上に、プロファイル形状を赤色ＲＣで表示している。すなわち、受光画像表示領域７４上のＷＫａの部分で、上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、赤色ＲＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの７つの領域に色分けされており、またＷＫｂの部分では上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、赤色ＲＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの９つの領域に色分けされており、さらにＷＫｃの部分でも上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、赤色ＲＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの９つの領域に色分けされている。
（トレンドグラフ）
【０１６２】
さらに表示部は、プロファイル形状として表示するためのプロファイル表示領域と別に、投光部の発光量又は２次元受光素子の受光量の時間変化を示すトレンドグラフを表示するためのトレンドグラフ表示領域を設けることができる。図７６に、このような表示部の表示例を示し、上部にプロファイル表示領域を設けて最新の時刻に生成されたプロファイル形状を表示すると共に、下部にトレンドグラフ表示領域を設けてトレンドグラフを表示している。この例では、トレンドグラフ表示領域は表示部の一画面を分割して設けられており、一画面でプロファイル形状とトレンドグラフとを同時に確認できる。また、プロファイル形状を表示する表示部と別途、トレンドグラフを表示するためのトレンドモニタ画面を設ける構成としてもよい。
【０１６３】
トレンドグラフは横軸を時間軸として、時系列変化を記録するトレンド記録機能を実現する。トレンドグラフの縦軸は、発光量や受光量に限らず、増幅器の増幅率の変化等、フィードバック制御される操作量や、制御対象である計測値を表示することもできる。またエラー発生の有無を判定するための閾値をトレンドグラフ上に重ねて表示させることもできる。
（時刻指定手段）
【０１６４】
さらに、トレンドグラフ表示領域上で時刻を指定する時刻指定手段によって、指定された時刻におけるプロファイル形状をプロファイル表示領域に表示させることができる。時刻指定手段を操作して異なる時刻を指定すると、プロファイル表示領域は新たに指定された時刻におけるプロファイル形状の表示に切り替えられる。このように、トレンドグラフ表示領域とプロファイル表示領域とを連動させることで、より使い勝手のよい操作環境が実現される。図７６の例では、時刻指定手段としてマウス等のポインティングデバイスでトレンドグラフ上で所定の時刻を直接指定する。指定された時刻は、横軸に垂直な破線で表示され、ユーザは現在プロファイル表示領域に表示されるプロファイル形状の撮像時刻をトレンドグラフ上で確認できる。またマウスを操作して破線の位置を調整することにより、前後の時刻に容易に変更可能としてもよい。
【０１６５】
トレンドグラフ及びプロファイル形状は、取得した時間情報と共にメモリ部に保存されており、時刻指定手段で指定された時刻（あるいはその近傍の時刻）に計測されたプロファイル形状がメモリ部から読み出されて、プロファイル表示領域に展開される。
（アラーム発生期間表示機能）
【０１６６】
このようなトレンドグラフは、発光量や受光量のフィードバック制御の状態を監視するモニタリング作業に好適であり、特に異常発生時の原因究明や処置改善効果の観測等に好適に利用できる。視覚化されたトレンドグラフでアラームの発生タイミングを特定し、原因を解析すると共に、改善策を施した後も、正しく改善結果が反映されたかどうかをトレンドグラフから確認できる。例えば、図７６に示すようにワークの有無によって反射率が急激に変化し、フィードバック制御が瞬時に対応できず、発光量が急激に増加してエラーが発生する場合の対応を考える。まず、ユーザはエラーの発生箇所をトレンドグラフで確認する。この際、図７７に示すように、アラーム発生期間をトレンドグラフ上に表示することで、ユーザは問題の発生箇所を速やかに把握できる。
（アラーム検出機能）
【０１６７】
アラーム信号は、アラーム検出手段で生成される。例えば受光レベル制御手段でフィードバック制御する際に、操作量又は受光量が所定の閾値を越えると、アラーム検出手段がアラーム信号を出力する。アラーム検出手段がアラーム信号を出力すると、その発生期間をメモリ部に保持しておく。そしてトレンドグラフを表示する際には、メモリ部からアラーム発生期間を読み出して、トレンドグラフ作成手段がトレンドグラフの時間軸上でアラーム発生期間を自動的にハイライト表示してトレンドグラフ表示領域にて表示する。ハイライト表示は、図７７に示すようにアラーム発生期間を帯状に色分けして表示する他、ハッチングや反転表示、点滅、トレンドグラフの線の太さや色、線種をアラーム発生期間で他の期間と変更する等、他の部分と区別するための各種の手法が適宜採用できる。これにより、ユーザはアラーム発生期間をトレンドグラフ上で即座に識別できるので、問題発生のタイミングを速やかに把握できる。ユーザはトレンドグラフを解析して、アラーム発生期間を短くするためフィードバック制御の操作量を調整する作業を行う。
【０１６８】
また、必要な対策を行った後、処置改善効果をトレンドグラフで観測できる。図７８の例では、移動するワークが測定対象領域に侵入した部位において発光量のオーバーシュートが生じないように、投光部の発光量を破線で示すように徐々に増加させることで、発光量が閾値を越えないように設定できる。このような設定を行った後、実際にワークを投入して、システムがエラーを発生させることなく正しく運用できることをトレンドグラフにて確認できる。また必要に応じて、発光量の微調整等の再設定を行うこともでき、再設定の結果が正しく反映されたかどうかもトレンドグラフで容易に確認することができる。
このようにトレンドグラフを用いてフィードバック制御による応答を観察することで、フィードバック制御の操作量を調整し、ワークの反射率や進入速度等、使用環境に応じた調整が行える。またこの作業において、トレンドグラフ上にアラーム発生期間を重ねて表示可能とすることは、エラー発生に対する処置改善の作業性を向上させ、さらに設定後のエラー発生の有無の確認にも便利で、使い勝手の改善に資する。
（受光量と発光量の同時表示機能）
【０１６９】
上述の通り、トレンドグラフの縦軸は発光量に限られず、受光量や発光量と受光量の同時表示等とすることもできる。図７９に、発光量と受光量とを同時に表示したトレンドグラフの例を示す。図７９のトレンドグラフの例では、発光量を実線で、受光量を破線で示している。フィードバック制御では受光量の変化に対応して発光量が変化するため、発光量のみならず受光量を表示できることは、解析の全般に資する。
（計測領域指定機能）
【０１７０】
さらにプロファイル表示領域で表示するプロファイル形状上から、計測領域指定手段で計測領域を指定して、指定された計測領域における受光量の平均、ピーク値等を計測処理部で演算して表示することもできる。図７９の例では、計測領域指定手段としてマウス等のポインティングデバイスでプロファイル形状上で所望の領域を矩形状の枠で囲んで計測領域を指定し、指定された計測領域内でのピーク光量や平均光量を、トレンドグラフ表示領域で表示できる。このようにプロファイル表示領域とトレンドグラフ表示領域とを連動させ、トレンドグラフ表示領域上にて時刻指定手段で指定された時刻におけるプロファイル形状をプロファイル表示領域に表示させる他、逆にプロファイル表示領域上にて計測領域指定手段で指定された計測領域の発光量や受光量をトレンドグラフ表示領域にてトレンドグラフとして表示することもできる。
（計測値表示機能）
【０１７１】
また、トレンドグラフで表示する対象として、発光量や受光量に限られず、計測値を表示することもできる。フィードバック制御の制御対象となる計測値を直接、時系列的に表示することで、制御結果が正しく得られていることをダイレクトに確認できる。図８０は、計測値の平均値をトレンドグラフ中に表示する例を示す。ユーザは、直接計測値を確認しながら、アラームが発生する期間を短くしたり、計測値が不安定になる期間を縮小するために、フィードバックの操作量を調整できる。また調整後に得られた計測値を再度トレンドグラフで確認して微調整することもできる。このようにトレンドグラフ上に計測値を表示することで、フィードバック制御の操作量の調整結果を容易に確認できる。また、調整前のトレンドグラフと調整後のトレンドグラフを、トレンドグラフ表示領域に重ねて表示してもよく、操作量の調整と実際に反映された結果とをさらに対比し易くできる。また操作量として増幅器の増幅率や発光量、受光量等を適宜計測値に重ねて表示可能としてもよい。
（プロファイルデータストレージ機能とトレンドグラフの連携）
【０１７２】
さらに、上述したプロファイルデータをメモリ部のプロファイルデータストレージ領域に保存するプロファイルデータストレージ機能に、トレンドグラフの機能をリンクさせることもできる。これによれば、トレンドグラフ表示領域上で時刻を指定する時刻指定手段によって、指定された時刻におけるプロファイル形状をプロファイル表示領域に表示させることができる。時刻指定手段を操作して異なる時刻を指定すると、プロファイル表示領域は新たに指定された時刻におけるプロファイル形状の表示に切り替えられる。このように、トレンドグラフ表示領域とプロファイル表示領域とを連動させることで、より使い勝手のよい操作環境が実現される。図８１の例では、時刻指定手段としてトレンドグラフの横軸に垂直な細線（赤色）が表示されており、マウス等のポインティングデバイスで時刻指定手段を操作して所定の時刻を直接指定する。これにより、時刻指定手段の細線が示す時刻におけるプロファイル形状がメモリ部から呼び出されてプロファイル表示領域に表示される。ユーザはプロファイル形状の撮像時刻をトレンドグラフ上で確認できる。またマウスを操作して細線の位置を調整することにより、前後の時刻に容易に変更できる。
【０１７３】
プロファイルデータストレージ機能を実現するために、トレンドグラフ及びプロファイル形状は、取得した時間情報と共にメモリ部に保存されており、時刻指定手段で指定された時刻（あるいはその近傍の時刻）に計測されたプロファイル形状がメモリ部から読み出されて、プロファイル表示領域に展開される。図８１の例では、図８１（ｂ）では下部のトレンドグラフ表示領域にて右端（現在時刻）に時刻指定手段が位置しており、上部のプロファイル表示領域では現在時刻のプロファイル形状が表示される。また図８１（ａ）に示すように時刻指定手段をマウスにより右側に移動させると、プロファイル形状の表示も、指定された時刻における画像（アラーム発生時点でのプロファイル形状）に変更される。
【０１７４】
このようにプロファイル形状を保存するプロファイルデータストレージ機能とトレンドモニタ表示機能とを組み合わせることで、時刻を戻すとその時点で取得されたプロファイル形状を参照できるようになり、計測処理部でワークに対する計測を行う際にはプロファイル波形の安定性などを考慮して適切な対策を講じることができる。例えば、図８１（ａ）に示すようにトレンドグラフ上で受光量が異常を示している場合、この領域（あるいはアラーム発生期間）でのプロファイル形状を表示させると、部分的に不安定になっていることが確認できる。このような不安定領域は、ワークの測定誤差の原因となるので、ワークの高さ測定等を安定して行うために、不安定領域を生じない範囲で測定を行うことが好ましい。
（制御領域指定機能）
【０１７５】
そこで制御領域指定手段を用いて、プロファイル表示領域上でフィードバック制御の対象とする制御領域を指定する。制御領域は、不安定領域が発生していない範囲で可能な限り広く設定することが好ましい。図８１（ａ）の例では、凸状のプロファイル波形の平坦な領域である頂部分と左右の裾部分の計３カ所に、枠状の制御領域を指定する。これにより受光データ制御部によるフィードバック制御は、安定したプロファイルが得られている領域にて行われるため、不安定領域を排除してより正確なフィードバック制御結果が得られ、また計測処理部で正確なワークの測定を行うことができる。
（マスク領域指定機能）
【０１７６】
逆に、フィードバック制御の対象としないプロファイルマスク領域を指定することもできる。ここでは、マスク領域指定手段８６によって、プロファイル表示領域７１上から、フィードバック制御の対象としないプロファイルマスク領域ＰＭを指定する。図８１（ａ）の例では、プロファイル形状の不安定領域を一点鎖線で示す枠状のプロファイルマスク領域ＰＭを指定する。フィードバック制御に際しては、プロファイルマスク領域ＰＭの計測値が無視されるため、このような不安定領域が排除された正確なフィードバック制御結果を得ることができ、安定した信頼性の高い制御と測定が実現される。また制御領域指定機能やマスク領域指定機能は、いずれか一方のみ設定する他、図８１（ａ）に示すように両方を同時に利用してもよい。
（サンプリングトリガ）
【０１７７】
また、メモリ部でプロファイル形状を記録するタイミング及び／又は枚数を指定可能なサンプリング指定手段を備えることもできる。これにより、サンプリング指定手段で指定されたサンプリング間隔で撮像された一定枚数の画像、あるいはサンプリングトリガに基づいて一定期間あるいは一定枚数の画像を保存できるようになる。このように、メモリ部で記録するプロファイル形状の枚数を制限することで、無尽蔵に大量の画像データを記録する必要をなくし、メモリ量の削減を図ることができる。また、古い画像データを上書きするよう設定してもよい。
【０１７８】
サンプリングトリガを発生させる要因は、ユーザがサンプリング指定手段から指定する。例えば、所定の閾値（トリガレベル）を計測値や投光量、受光量等が越えた場合あるいは下回る場合等に設定する。図８２の例では、トレンドグラフ表示領域に受光量のトレンドグラフ（実線）とトリガレベル（破線）が重ねて表示されており、受光量がトリガレベルを越えるとサンプリングトリガが出力され、トリガ発生から一定期間（網掛けで示すトリガ発生期間）のプロファイル形状を取得してメモリ部に保存している。このように、プロファイル形状の保存期間を、所定の閾値を越えた異常発生時に制限することで、参照の必要があるデータのみを効率よく収集して利用でき、メモリ量を有効に活用できる。
（多重合成）
【０１７９】
上記は、受光画像を各々異なる多重合成条件、あるいはタイミング毎に撮像する例を説明した。一方、より鮮明な受光画像を得るために、受光画像である合成前画像を複数撮像して合成する多重合成も可能である。しかしながら、多重合成では複数回の撮像を行う必要があるため、生成までに時間がかかるという問題がある。また、多重合成を行う時間や範囲を設定することは従来できず、そもそも多重合成を行うための多重合成条件を柔軟に設定できるようなインターフェースも提供されていなかった。ユーザにおいては、多重合成で得られる受光画像の仕上がり状態を確認しながら設定項目を調整可能とすることで、より適切な多重合成の条件を設定できると思われる。そこで本実施の形態では、多重合成を行う範囲や領域を制限することで、無駄な撮像を排除して効率を改善し、撮像時間を短縮しつつ高精度な受光画像を得ることを可能としている。この様子を、図８３〜図８５に基づいて説明する。
【０１８０】
図８３は、全範囲につき多重合成を行った例を示す。ここでは、多重合成条件で変化させるパラメータとして、２次元受光素子の露光時間を段階的に変化させている。図８３の例のように、一画面中に非常に反射率の高い部分（図８３の中央上、「明るい部分」という）、非常に反射率の低い部分（図８３の左下、「暗い部分」という）、中間的な反射率の部分（図８３の右中央）が含まれている場合は、明るい部分から暗い部分まで変化させて合成前画像を撮像して多重合成を行う必要がある。すなわち、図８３に示すように、全範囲において段階的に露光時間を変化させて、広範囲に複数枚の合成前画像を撮像する必要がある。これによって、反射率の差が大きいワーク等、一画面中で明暗の差の大きい部分を含んでいても一の受光画像として確認できる。
【０１８１】
一方、撮像対象のワークによっては、撮像回数を減らせる場合がある。例えば、反射率が異なるワークであっても、その程度が小さい場合や、その反射率の分布が２〜３点に固まって存在する場合（一例として明るいワークと暗いワークの２種類があるが、その中間のワークが存在しない場合）がある。こういったワークに対しては、明るい部分と暗い部分の２箇所に対して、限定的な合成前画像の撮像（一例として明るい部分と暗い部分に１回づつの撮像）を行うだけでも、必要にして十分な多重合成画像を得ることができ、結果として計測時間の短縮、多重合成処理の効率化を図ることができる。このような例を図８４に示す。図８４において、非常に暗い部分は計測に必要がない、あるいは非常に暗い部分が画像中に含まれていない場合等は、このような範囲での合成前画像の撮像を省くことができる。この結果、露光時間を変化させる段階数を減らすことができ、必要な範囲内のみで合成前画像を撮像して全体の撮像枚数を減らすことができ、計測の高速化が図れる。
（多重合成範囲制限手段８８）
【０１８２】
図８４の例では、露光時間を変化させる範囲をゲージ状に表示しており、このゲージ状から、露光時間を変化させない、すなわち合成前画像を撮像しない範囲を指定することができる。このようにゲージ状は多重合成範囲制限手段８８を構成し、実際に露光時間を変化させる多重合成範囲を指定することができる。
【０１８３】
ゲージ状は、多重合成範囲の開始位置と終了位置を指定する。例えば、開始位置を示す矢印と、終了位置を示す矢印を各々スライド自在に調整する。あるいは、ゲージ状の長さを直接伸縮させたり、スライダで調整することもできる。図８３の例では、伸縮自在な矢印によって多重合成範囲を指定している。
【０１８４】
また、この例ではゲージ状で露光時間を変化させる範囲を示しており、露光時間が長くなるほど暗い部分の検出に好適であり、露光時間が短くなるほど明るい部分の検出に好適であることを示すように、露光時間の大小と共に、実際に取得される画素の輝度を併せて表示している。これによりユーザは、視覚的にどのような輝度までを記録するように把握できるため、調整作業を感覚的に行うことができ好都合である。また、この例では多重合成条件で変化させるパラメータとして、２次元受光素子の露光時間（ここでは２次元受光素子であるＣＣＤの露光開始時間から露光終了時間までの時間幅）を調整しているが、シャッタースピードや絞り等により調整することもできる。あるいは、他のパラメータとして発光素子の発光量（照射光量、発光出力）、発光時間や増幅器の増幅率（受光ゲイン）、発光時間、Ｌｏｇ特性等の受光特性、投光部に入力する入力量、得られた受光画像の輝度等のパラメータを単独、若しくは組み合わせて調整してもよい。
【０１８５】
さらには、結果として得られる受光画像の輝度でもって多重合成条件を指定することもできる。具体的には、ユーザが輝度変化させたい範囲の終端値（初期値及び最終値）を指定することで、指定された輝度が得られるように単独のパラメータあるいは複数パラメータの組み合わせを逆算して、調整する。この方法では、ユーザがパラメータの意味を理解せずとも、所望の輝度でもって範囲を指定でき、光学式変位計側で指定された輝度となるように内部で該当するパラメータを自動設定することができるので、設定が容易であり、特に初心者に適している。
【０１８６】
多重合成画像の合成に際しては、まず指定された範囲で、所定の幅で変化させて合成前画像を各々撮像する。この変化幅は、光学式変位計側で指定する他、ユーザが指定することもできる。例えば露光時間で指定する場合、露光時間の初期値と変化幅を多重合成範囲制限手段８８で指定することで、指定された多重合成条件に従い合成前画像を撮像する。また、多重合成範囲制限手段８８で撮像回数、あるいは撮像したい合成前画像の枚数を指定することもできる。この場合は、指定した範囲で必要な枚数の合成前画像が撮像されるように、範囲の終端値から自動的に時間間隔が演算される。また範囲を制限せず、対象範囲の全範囲で均等に時間幅を設定して合成前画像を撮像することでき、この方法でも合成前画像の撮像処理を短縮できる。
【０１８７】
また多重合成範囲制限手段８８は、多重合成を行う多重合成範囲を対象範囲中から複数指定することもできる。図８５の例では、受光画像中に含まれる非常に暗い部分と、非常に明るい部分の２点のみ計測できれば足りる用途を示している。この場合に図８５に示すように、伸縮自在な矢印を２つ用いて、２つの多重合成範囲を指定している。これにより、中間部分の合成前画像の取得を省くことができ、全体的な計測時間の短縮が図られる。
（トラックバック機能）
【０１８８】
さらに、上述したプロファイルストレージ機能を用いて、既に撮像した任意の合成前画像を遡って表示させることができる。まず、図８６に示すように、対象範囲の全範囲、又は多重合成範囲制限手段８８で指定された多重合成範囲で合成前画像を撮像し、多重合成を行う。この際に撮像された合成前画像データを全て、撮像時の撮像条件と関連付けて合成前画像メモリ部に保存しておき、後で合成前画像選択手段８９により多重合成条件を指定して合成前画像を読み出し、表示部に表示させることができる。合成前画像選択手段８９は、例えばスライドバー状に構成し、矢印で多重合成条件を指定する。これによりユーザは直感的に多重合成条件を指示、調整することができる。特にスライドバー状は、連続的に前後の条件に変化させることができるので、操作性に優れる。また、数値で多重合成条件を直接指定する構成としてもよいことはいうまでもない。また指定する多重合成条件としては、上記実施例で採用した２次元受光素子の露光時間の他、発光素子の発光量等、他のパラメータ、あるいは合成前画像を撮像した時刻などとしてもよい。このようにして、過去に撮像した合成前画像の中から、所望の合成前画像を合成前画像選択手段８９で呼び出して表示部上に表示させ、さらに合成前画像選択手段８９で撮像時刻も含めた撮像条件を変更すると、これに応じて表示部における合成前画像の表示が逐次更新され、ユーザは前後の変化の様子などを表示部上から容易に把握できる。
【０１８９】
さらにこの際、上述した受光画像の等高線表示機能やプロファイル形状の着色表示機能、ラインブライト波形表示機能等を利用することで、光量が適切に得られているかどうかをビジュアルに確認できる。
（一部のみを保存）
【０１９０】
また上記では、対象範囲の全範囲において撮像した合成前画像をすべて保存する例を説明したが、一部の合成前画像のみを保存する構成とすることもできる。例えば、合成前画像を撮像し多重合成画像を生成した後、使用した合成前画像の内、代表的な合成前画像のみを抽出して合成前画像記憶手段９２に保存する。一例として、５枚おき、１０枚おきといった間隔を指定して抽出する方法や、露光時間の代表値に該当する画像のみを抽出する方法、トリガ等に基づく所定のタイミングに従い画像を抽出する方法等が挙げられる。このように、保存する合成前画像を制限することで、必要なデータ容量を少なく抑え、ハードウェア資産を効率よく活用できる。あるいは、変化量の大きい範囲など、重要と思われる領域については重点的にデータを保存し、そうでない範囲はデータの保存を少なく、あるいは省略するなど、重み付けや緩急を付けた保存を行うこともできる。このような重み付けは、ユーザが重点的に保存する領域を手動で指定する他、光学式変位計側で変化量を自動的に検出して変化の激しい領域を自動抽出する方法でも実現できる。またこの例においても、上記と同様に光量による色分け表示等各種のハイライト表示を適用できる。さらに露光時間を変化させる範囲を制限することもできる。また、保存した合成前画像をすべて利用して合成画像を合成、あるいは合成前画像を表示部に表示させる必要はなく、一部のみを利用可能であることは言うまでもない。
（サムネイル表示）
【０１９１】
さらに、保存された合成前画像の呼び出しは、上述したスライドバー状で選択する他、図８７に示すように選択対象の合成前画像を一覧表示して選択する構成としてもよい。この例では、合成前画像を示す縮小画像を、表示部の上部に縮小表示し、ユーザはこれらの内から所望の合成前画像を選択することで、該当する合成前画像を表示部に表示させることができる。このように選択対象の画像データ数が少ない場合は、直接ボタン状に表示して、ユーザに選択するよう構成してもよい。また縮小画像は、撮像条件を輝度や露光時間で示すことで、ユーザは小さな画像からでも撮像条件を視覚的に把握でき、特に複数の縮小画像を並べて表示することで相互の画像間の対比も容易となり、視認性及び操作性に優れる。
【０１９２】
あるいは縮小画像を、合成前画像を縮小表示したサムネイル画像としてもよい。ただ、図８７の状態でサムネイル画像を表示すると小さくて見辛くなる虞があるので、好ましくは図８８に示すように、表示部全体を使って複数の合成前画像を並べて表示する。図８８の例では、左上の画像が最も露光時間が長く、右に進むほど露光時間が短くなる。また右上の画像は左下の画像に連なり、右下の画像が露光時間の最も少ない画像である。これにより、合成前画像の全体を一覧表示でき、前後の撮像条件を対比させつつ所望の画像を選択できる。またこの例においても、上記と同様に光量による色分け表示等各種のハイライト表示を適用できる。
（多重合成画像のリアルタイム表示）
【０１９３】
このように、合成前画像を確認しながら、多重合成画像の生成に適した合成前画像の条件や範囲を選択し、多重合成条件を再設定して多重合成を行う。この作業を容易にするために、多重合成条件の再設定に応じて多重合成画像を表示部上にリアルタイム表示することもできる。図８９（ａ）、（ｂ）は、このような多重合成画像のリアルタイム表示の一例を示している。図８９（ａ）は、表示領域右上のスライドバー状で指定された露光時間の多重合成範囲で合成画像を生成して表示部に表示した状態を示しており、この状態から光量が適切かどうかなどを検討し、スライドバー状で再度、露光範囲を調整すると、図８９（ｂ）に示すように表示部に表示される多重合成画像が更新される。このように、現在設定されている多重合成条件に応じて多重合成画像を表示できるため、ユーザは多重合成を行う範囲や条件の設定を調整しやすくなる。またこの例においても、必要に応じて光量による色分け表示等各種のハイライト表示を適用できる。ここで多重合成画像のリアルタイム更新をスムーズに行うため、合成前画像は合成前画像記憶手段９２に保存された画像データを用いて行われる。これにより、リアルタイム更新が可能となり、スムーズな設定作業が行えるようになる。
（多重合成領域の指定）
【０１９４】
上記の例では、表示部上に表示されるすべての領域を使用して多重合成を行う例を説明した。一方、一画像中で限られた領域内でのみ多重合成を行うこともでき、多重合成を行う多重合成領域（面積）を縮小することで、画像のデータサイズを縮小してさらに多重合成処理を高速化できる。このような例を図９０、図９１に基づいて説明する。図９０の例では、上述した図８５等と同様に、受光画像中に非常に明るい部分（図９０の中央上部分）と、非常に暗い部分（右下部分）、中間的な明るさの部分（左下）が含まれており、この内、非常に明るい部分と暗い部分のみで計測を行えば足りる用途を考える。この場合、先ず上述した多重合成範囲制限手段８８を用いて、対象範囲中から、多重合成を行う多重合成範囲を２カ所設定する。すなわち、非常に暗い部分に相当する露光時間の比較的長い範囲（多重合成範囲１）と、非常に明るい部分に相当する露光時間の比較的短い範囲（多重合成範囲２）をそれぞれ設定する。
【０１９５】
同時に、それぞれの多重合成範囲において、受光画像を全エリアで撮像するのでなく、撮像範囲を制限して割り当てる。この例では、図９１に示すように、多重合成範囲１において撮像すべき領域、すなわち非常に暗い領域を、受光画像中から多重合成領域制限手段で指定する。ここではポインティングデバイスを利用して、該当する多重合成領域１を受光画像中で領域指定し、さらに多重合成範囲１に関連付ける。同様に、多重合成範囲２に相当する多重合成領域２として、非常に明るい領域を受光画像中から多重合成領域制限手段で領域指定し、これを多重合成範囲２に割り当てる。このようにして、多重合成範囲毎に多重合成領域を割り当てた後、受光画像の撮像を行い、多重合成手段６９で多重合成画像を生成する。この際、露光時間の範囲を制限できることと相俟って、実際に撮像を行う面積を制限することで、撮像すべき画像データ量を低減でき、処理すべきデータ量を少なくすることで処理の低負荷化と高速化を図ることができる。
【０１９６】
なお、上記の例では先に多重合成範囲制限手段８８を用いて多重合成範囲を複数指定した後に、多重合成領域制限手段を用いて多重合成領域を指定し、多重合成範囲毎に多重合成領域を割り当てる手順としたが、この手順に限られず、例えば先に多重合成領域制限手段を用いて多重合成領域を複数指定した後に、多重合成範囲制限手段８８を用いて多重合成範囲を指定し、多重合成領域毎に多重合成範囲を割り当てる手順としてもよい。あるいは、一括して多重合成領域や多重合成範囲を指定した後、これらを割り当てる他、一の多重合成範囲を指定した後、該当する多重合成領域を指定して割り当てる作業を順次繰り返す手順としてもよい。
【０１９７】
このようにして多重合成の高速化を図り、リアルタイムでの処理にも十分対応でき、インライン処理等、即時性が求められる用途にも対応可能とできる。
（受光特性調整機能）
【０１９８】
さらに、多重合成の方法として、２次元受光素子の受光特性を変化させてプロファイル形状を部分的に撮像し、これらを合成することで一のプロファイル形状を得ることもできる。この様子を、図１１０〜図１１５に基づいて説明する。図１１０は、部位によって反射光量の変わるワークの一例として、凸面状に湾曲したワークＷＫ１６の斜視図を示している。図１１０に示すようにワークＷＫ１６に対し、上方から帯光ＯＫ”を照射してプロファイル形状を取得しようとすると、ワークＷＫ１６表面の傾斜角度に応じて受光量が大きく異なる。このため、２次元受光素子の受光特性を一意的に設定することが困難となる。具体的には、平面部分では受光量が多く、湾曲部分では傾斜が垂直面に近付くにつれ受光量が少なくなる。したがって、例えば図１１０のワークＷＫ１６に対して図１１１（ａ）に示すように帯光ＯＫ”を照射する際、湾曲部分での受光量が十分に得られるように２次元受光素子の受光感度を高く設定すると、図１１１（ｂ）に示すように平面部分の受光量が飽和してしまい、図１１１（ｃ）に示すように平面部分のプロファイル形状を検出できない。逆に図１１２（ａ）に示すように同様のワークＷＫ１６に対して、平面部分の受光量を適切に検出できるよう受光感度を抑えた設定では、図１１２（ｂ）に示すように湾曲部分での受光量が不足し、図１１２（ｃ）に示すようにこの領域のプロファイル形状を検出できない。このように、ワークの表面形状によって受光量が大きく変化する場合、または金属や黒ゴムなど、反射率の異なる材質が混在するワークなど、部位によって反射光量のばらつきが大きいワークに対して、適切な受光特性を設定することは困難である。
【０１９９】
そこで本実施の形態では、受光特性を可変とした２次元受光素子を使用し、複数回の投光で各々得られた受光量に基づき部分的なプロファイル形状を演算し、これらを合成して全体のプロファイル形状を構成する受光特性調整機能（マルチトリガ機能）を備えている。ここでは、受光感度曲線として上述したＬｏｇ特性を備えるＣＣＤを使用し、さらに図１１３に示すように受光特性を１から６の６段階に切り替え可能なＣＣＤを使用している。各受光特性曲線は、受光感度あるいは露光条件を示しており、受光素子制御部５２によって切り替え可能としている。また受光レベル制御手段６１で受光感度条件を切り替え可能とすることもできる。
【０２００】
なお、受光特性が５段階以下や７段階以上、あるいは連続的に変化させることが可能なＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を使用することもできる。このＣＣＤを用いて、図１１０に示すワークＷＫ１６に対して、プロファイル形状を複数回測定する。すなわち、図１１４に示すようにＣＣＤの受光感度を（１）から（６）に順次切り替えて、各々の受光感度で検出された受光量に基づいてプロファイル形状をプロファイル演算部であるプロファイル演算手段６４で演算し、これらを合成する。この例では、受光感度（１）は図１１３に示すように感度が低いので、図１１４（ａ）に示すように反射光量の多い平面部分が検出され、部分的なプロファイルが有効プロファイル形状として生成される。また受光感度（２）では、図１１３に示すように受光感度が少し高くなるため、図１１４（ｂ）に示すように若干傾斜した領域のみが検出される。以下同様に、受光感度（３）、（４）、（５）、（６）と感度が高くなるにつれ、反射光量の少ない領域でのプロファイル形状が検出されるため、図１１４（ｃ）〜（ｆ）に示すように有効プロファイル形状が各々部分的に生成される。これらのプロファイル形状を合成することで、図１１４（ｇ）に示すようにワーク全体のプロファイル形状が生成され、出力される。この方法であれば、最適な光量高さの波形のみ処理し合成するため、飽和波形による検出精度の低下や光量不足による検出不能領域などが生じず、正確なプロファイルの検出が可能となる。特に光量差のあるワークの暗い箇所、明るい箇所ともに最適な受光量で処理できるので、プロファイル検出精度が向上する。このため、基板部分とランド部分の光量差が大きいプリント基板や、角度によって光量が大きく異なる円筒状ワーク等、光量差のあるワークの測定を効果的に行える利点が得られる。
（マルチトリガ機能の実行手順）
【０２０１】
このマルチトリガ機能でプロファイル形状の合成処理を行う手順を、図１１５のフローチャートに基づいて説明する。まず、マルチトリガ機能の設定を行う。具体的には、ステップＳ１１５１でコントローラ部２２からセンサヘッド部２１に対して、マルチトリガ機能のＯＮと、実行するマルチトリガのモード、すなわち受光感度条件の数を設定する。ここではトリガモードとして、標準又は高速のいずれかを選択させる。標準モードを選択すると、図１１３の受光感度（１）〜（６）の６個の条件で露光を行い、高速モードを選択すると、図１１３の内、３個の条件（例えば受光感度（１）、（３）、（６））のみを実行する。このように、プロファイル形状の精度を重視する場合は受光感度条件を多くし、処理速度を重視する場合は少なくする。また、受光感度条件の数をユーザに指定させたり、トリガモードを３以上（標準、高速、精細等）設けてもよい。あるいは、一定条件のマルチトリガに固定することもでき、この場合はトリガモードの選択を行わない。
【０２０２】
次に、ステップＳ１１５２で設定されたトリガモードに応じて、センサヘッド部２１側で設定すべき受光感度条件の数とその具体的な条件内容を設定する。この例では、センサヘッド部２１は２次元受光素子の受光感度特性（ここでは２次元ＣＣＤの露光条件）を演算した後、最初の条件として図１１３の受光感度（１）に設定する。受光感度（１）は、入力される受光量が大きくてもＣＣＤの出力値を小さくする条件である。以上のようにして設定を行った後、実際の測定を行う。この際、必要に応じて設定モードから測定モードへの切り替えを行うこともできる。
【０２０３】
測定の手順として、具体的にはステップＳ１１５３においてコントローラ部２２からセンサヘッド部２１に対し、レーザダイオード１２の発光信号を送信する。次にステップＳ１１５４において、設定された受光感度条件で２次元ＣＣＤにて撮像して得られた受光信号のうち、適切な範囲内の受光高さが得られたラインについてのみ変位値を取得し、合成前画像記憶手段９２であるプロファイルバッファに保存する。取得できる受光高さは受光感度条件で規定され、例えば受光感度（１）では２００〜８００ＬＳＢのピーク高さに設定される。次にステップＳ１１５５で、まだ測定されていない受光感度条件が残っているかどうかを判定し、残っている場合はステップＳ１１５６に進み、残っていない場合はステップＳ１１５７に進む。ステップＳ１１５６では、次の受光感度条件（ここでは受光感度（２））を設定する。さらにステップＳ１１５３に戻って、再度レーザダイオード１２の発光信号をセンサヘッド部２１に送信し、ステップＳ１１５４でセンサヘッド部２１は受光感度（２）の条件とした２次元ＣＣＤで撮像し、同様に適切な範囲内の受光高さが得られたラインについてのみ変位値を取得し、先ほどのプロファイルバッファに合成する。同様にして受光感度を（１）から（６）まで順次変更してこの作業を繰り返す。そして、すべての受光感度でのプロファイル形状が測定されると、ステップＳ１１５７に進み、受光感度（１）に戻すなどの初期化処理を必要に応じて行った後、プロファイルバッファに格納されているプロファイルデータを最終的なプロファイルデータとして出力する。
【０２０４】
以上の例では、露光条件、すなわち受光側の特性を変化させて受光量の異なるワークのプロファイル形状を取得している。一方、受光側でなく、投光側の照射光量を変化させることでも同様の効果を得ることができる。具体的には、投光側のレーザダイオード１２の発光量を変化させて複数枚のプロファイル画像を取得し、合成する。ただ、この場合は一回のレーザダイオード照射で得られる受光量の範囲、即ちダイナミックレンジが狭いため、多くの枚数の撮像を行わなければならず、要処理時間が長くなるという問題がある。また、照射光量を少なくすると、ノイズの影響を受けやすくなる弊害も生じる。一方、照射光量を一定値として受光側の感度を調整する方法では、一定量の受光量を確保できるため安定した測定が得られる。特にＬｏｇ特性を有する受光素子を使用すれば、受光可能な光量のダイナミックレンジが広いため、一回の撮像で広範囲の受光信号を検出できる。この結果、撮像枚数が少なくて済み、一のプロファイル形状を得るまでに要する処理時間を短縮できるという利点が得られる。したがって、発光量を固定して、受光側の受光特性を変化させる方が有利であると言える。なお、照射光量と受光感度の両方を調整して、さらに適切なプロファイル形状を取得することも可能であることはいうまでもない。
（レーザスキャン式２次元変位センサ）
【０２０５】
また本発明をレーザスキャン式２次元変位センサに適用することもできる。レーザスキャン式２次元変位センサ４００の概要を図９２に示す。この図に示すようにレーザスキャン式２次元変位センサ４００は、発光素子４０１と、非球面ガラスである投光レンズ４０２と、スキャナ４０３と、ハーフミラー４０４と、Ｘ方向受光素子４０５と、受光レンズ４０６と、Ｚ方向受光素子４０７とを備える。受光素子４０５、４０７は、２次元のＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサが利用できる。また、１次元のイメージセンサを利用して、各ライン毎に切り替えて受光信号を取得することもできる。この方法であれば、ライン毎に個別にフィードバック制御を行うことができる。また、合成画像を生成せずとも、ライン毎に適切な光量に調整した受光画像を得ることができる。レーザスキャン式２次元変位センサ４００は、帯光に変わって、発光素子４０１が発するスポット状のレーザ光をスキャナ４０３でＸ軸方向に偏光して線状に走査する。線状のレーザ光はハーフミラー４０４により、表面反射光と透過光に分離される。ハーフミラー４０４の表面反射光はＸ方向受光素子４０５上にスポットを結像し、Ｘ方向での測定点を決定する。一方ハーフミラー４０４を透過した透過光は、ワークＷＫ１３に照射される。そしてワークＷＫ１３の拡散反射光が受光レンズ４０６で集光され、Ｚ方向受光素子４０７上にスポットを結ぶ。このスポットの位置の変化によりワークＷＫ１３のＺ方向の移動を測定する。このようにＸ方向受光素子４０５で検知した測定点と、Ｚ方向受光素子４０７で検知した測定点とを照合することで、ワークＷＫ１３の形状を検出できる。
【産業上の利用可能性】
【０２０６】
本発明の光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムは、透明体や樹脂、黒ゴム等のワークの変位を測定可能なＣＣＤレーザ変位センサとして好適に適用でき、基板の反り測定やタイヤの表面形状測定、ディスペンサのノズル高さ制御、ステージの位置制御等の用途に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２０７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式変位計の測定原理を示す図である。
【図２】光学式変位計の外観を示す平面図及び側面図である。
【図３】マイクロプロセッサによるフィードバック制御の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光学式変位計を示すブロック図である。
【図５】センサヘッド部に制御部を備える光学式変位計を示すブロック図である。
【図６】プロファイル形状に枠状のプロファイルマスク領域を指定する状態を示す模式図である。
【図７】保存されたプロファイルデータの一覧を示す表である。
【図８】ワークのプロファイル形状を表示部に表示する例を示す模式図である。
【図９】ワークの受光画像を表示部に表示する例を示す模式図である。
【図１０】通信手段を備える光学式変位計を示すブロック図である。
【図１１】表面が平坦で表面状態も均一なワークを示す模式図である。
【図１２】表面が平坦で部位によって表面状態が異なるワークを示す模式図である。
【図１３】部位によって反射状態が異なる立体形状のワークを示す模式図である。
【図１４】２次元受光素子の各ラインで受光量を検出する様子を示す模式図である。
【図１５】受光画像の輝度分布のヒストグラムを示すグラフである。
【図１６】２次元受光素子の受光特性の例を示すグラフである。
【図１７】候補パターンとしてプロファイル形状を表示した状態を示す模式図である。
【図１８】プロファイル表示領域を拡大した模式図である。
【図１９】候補パターンとしてプロファイル形状と光量グラフを表示した状態を示す模式図である。
【図２０】プロファイル表示領域と光量グラフ表示領域を拡大した模式図である。
【図２１】受光信号の波形を示す模式図である。
【図２２】ピーク数を記憶して受光量を制御する手順を示すフローチャートである。
【図２３】制御領域を指定する様子を説明する斜視図及び模式図である。
【図２４】正常な受光信号波形の一例を示す模式図である。
【図２５】異常な受光信号波形の例を示す模式図である。
【図２６】受光画像に受光マスク領域を設定する様子を示す模式図である。
【図２７】図２６から反射光を分離する様子を示す模式図である。
【図２８】受光マスク領域を計測光に合わせてぎりぎりに設定する例を示す模式図である。
【図２９】位置ずれによって受光マスク領域で計測光の一部がマスクされた状態を示す模式図である。
【図３０】位置ずれを考慮して受光マスク領域を設定した例を示す模式図である。
【図３１】図３０の受光マスク領域で位置ずれが発生した例を示す模式図である。
【図３２】マスク移動の設定時の手順を示すフローチャートである。
【図３３】受光画像中で登録画像を設定する様子を示す模式図である。
【図３４】受光マスク領域をぎりぎりに設定する様子を示す模式図である。
【図３５】マスク移動の実行手順を示すフローチャートである。
【図３６】画像サーチにより受光画像中における登録画像の位置を特定した状態を示す模式図である。
【図３７】受光画像に応じて、受光マスク領域が追従する様子を示す模式図である。
【図３８】傾斜しているワークに対して傾き補正機能を実行する様子を示す模式図である。
【図３９】高低差が既知の凸状を有するワークに対して高低差補正機能を実行する様子を示す模式図である。
【図４０】本発明の実施の形態３に係る光学式変位計を示すブロック図である。
【図４１】２台のセンサヘッド部を横並びに配置して、照射光の面積を実質的に拡張して使用する例を示す模式図である。
【図４２】図４１のセンサヘッド部の一方が傾いて配置された状態を示す模式図である。
【図４３】センサヘッド部結合機能を説明する模式図である。
【図４４】直接マッチング機能を説明する模式図である。
【図４５】直接マッチング機能の手順を説明するフローチャートである。
【図４６】センサヘッド部を鏡面状に配置する状態を示す模式図である。
【図４７】反転手段によりプロファイルの差分を取得する様子を示すイメージ図である。
【図４８】一のワークに対して、異なる部位のプロファイル形状を取得するよう帯光を照射する様子を示す斜視図である。
【図４９】２台のセンサヘッド部で同一のワークを挟み込んで計測する様子を示す側面図である。
【図５０】センサヘッド部の投光側が対向するように設置する様子を示す側面図である。
【図５１】反転手段によりワークの凸状部分の厚さを計測する様子を示す側面図である。
【図５２】プロファイル形状を反転手段で反転させる手順を示すフローチャートである。
【図５３】プロファイル形状中から、合致する位置をプロファイルサーチで検出する手順を示すフローチャートである。
【図５４】登録プロファイルと、これに基づきプロファイル形状にプロファイルサーチを行った結果を示すイメージ図である。
【図５５】無効領域を設定する様子を示すイメージ図である。
【図５６】ワーク中の傾斜の変化が大きい領域を自動的に抽出する様子を示すイメージ図である。
【図５７】傾き無効化機能で無効化を行う手順を示すフローチャートである。
【図５８】死角の発生により計測されるプロファイル形状を示すイメージ図である。
【図５９】死角処理機能により死角を自動抽出する手順を示すフローチャートである。
【図６０】凸状に変化するワークでプロファイルが離散的となる様子を示すイメージ図である。
【図６１】図６０のワークの受光画像を示す平面図である。
【図６２】エッジ部分における２次元受光素子の受光光量の変化を示すグラフである。
【図６３】受光画像を用いたエッジ位置の検出手順を示すフローチャートである。
【図６４】プロファイルサーチを利用したワークの測定例を示す模式図である。
【図６５】プロファイル形状を手動で操作する画面例を示すイメージ図である。
【図６６】プロファイルの光量状態に応じてプロファイル形状を着色して表示する例を示すイメージ図である。
【図６７】プロファイルの光量変化に応じてプロファイル形状を着色して表示する例を示すイメージ図である。
【図６８】プロファイルの光量状態及び光量変化に応じてプロファイル形状を着色して表示する例を示すイメージ図である。
【図６９】着色の判定手順を示すフローチャートである。
【図７０】着色の他の判定手順を示すフローチャートである。
【図７１】最新のプロファイル形状ほど太くなるよう、複数のプロファイル形状を重ねて表示する状態を示すイメージ図である。
【図７２】最新のプロファイル形状ほど濃くなるよう、複数のプロファイル形状を重ねて表示する状態を示すイメージ図である。
【図７３】平均プロファイルを表示する状態を示すイメージ図である。
【図７４】受光画像に着色処理を施して表示する状態を示すイメージ図である。
【図７５】着色処理した受光画像にプロファイル形状を重ねて表示する状態を示すイメージ図である。
【図７６】トレンドグラフ表示領域を設けた表示部を示すイメージ図である。
【図７７】トレンドグラフ上にアラーム発生期間を表示する状態を示すイメージ図である。
【図７８】トレンドグラフ上でオーバーシュートの発生を回避するようゲイン調整する様子を示すイメージ図である。
【図７９】発光量と受光量とを同時に表示したトレンドグラフを示すイメージ図である。
【図８０】計測値の平均値をトレンドグラフ中に表示する状態を示すイメージ図である。
【図８１】プロファイルデータストレージ機能とトレンドグラフを連携させた状態を示すイメージ図である。
【図８２】トレンドグラフ表示領域にトリガレベルを表示する状態を示すイメージ図である。
【図８３】複数の合成前画像に基づき多重合成を行った合成画像を示すイメージ図である。
【図８４】暗い部分を省いた合成画像を示すイメージ図である。
【図８５】多重合成範囲を複数指定した合成画像を示すイメージ図である。
【図８６】トラックバック機能により既に撮像した合成前画像を読み込む様子を示すイメージ図である。
【図８７】合成前画像を一覧表示して既に撮像した合成前画像を読み込む様子を示すイメージ図である。
【図８８】複数の合成前画像を並べて表示する様子を示すイメージ図である。
【図８９】多重合成画像をリアルタイム表示する様子を示すイメージ図である。
【図９０】多重合成を行う多重合成領域を制限する様子を示すイメージ図である。
【図９１】多重合成を行う多重合成領域を制限する様子を示すイメージ図である。
【図９２】レーザスキャン式２次元変位センサを示す模式図である。
【図９３】従来の光学式変位計の主要部の構成を示すブロック図である。
【図９４】光位置検出素子での受光量を制御するための従来の制御回路の一例を示すブロック図である。
【図９５】従来の他の光学式変位計の主な回路構成を示すブロック図である。
【図９６】可変幅の設定方法の例を説明するための模式図である。
【図９７】光切断の原理を示す模式図である。
【図９８】凸状突起を有するワークに対し帯光を投光して凸状突起の高さを計測する様子を示す模式図である。
【図９９】図９８のワークが幅方向に傾いて設置された場合に凸状突起の高さを計測する様子を示す模式図である。
【図１００】帯光の幅方向と直交する方向に傾いて設置された場合に誤差が生じる様子を示す模式図である。
【図１０１】Ｖ字状の谷を形成したワークに投光する様子を示す模式図である。
【図１０２】ローラ状のワークに投光する様子を示す模式図である。
【図１０３】凹凸のあるワーク上に塗布された接着剤のプロファイルを測定する様子を示す斜視図である。
【図１０４】図１０３のワークに接着剤を塗布する様子を示す側面図である。
【図１０５】図１０３のワークで測定された接着剤塗布前後のプロファイル形状を示すイメージ図である。
【図１０６】一のセンサヘッド部で同一のワークを異なるタイミングで撮像する様子を示すタイミングチャートである。
【図１０７】処理前の複数のプロファイル形状及び処理後の複数のプロファイル形状に基づく一括処理の例を示すタイミングチャートである。
【図１０８】処理前と処理後のタイミングが比較的粗い例を示すタイミングチャートである。
【図１０９】処理前と処理後のタイミングが比較的密な例を示すタイミングチャートである。
【図１１０】部位によって反射光量の変わるワークの一例を示す斜視図である。
【図１１１】図１１０のワークを２次元受光素子の受光感度を高く設定してプロファイル形状を測定した様子を示す模式図である。
【図１１２】図１１０のワークを２次元受光素子の受光感度を低く設定してプロファイル形状を測定した様子を示す模式図である。
【図１１３】受光特性を調整可能な２次元受光素子の受光感度曲線を示すグラフである。
【図１１４】マルチトリガ機能でプロファイル形状を合成する様子を示す模式図である。
【図１１５】マルチトリガ機能でプロファイル形状の合成処理を行う手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２０８】
１００、２００…光学式変位計
１…センサヘッド部
２…コントローラ部
３…投光部
４…ヘッド接続部
１１…ドライバ
１２…レーザダイオード
１３…投光レンズ
１４…受光レンズ
１５…２次元受光素子
１６…読み出し回路
２１…センサヘッド部
２２…コントローラ部
２３…電気ケーブル
２４…ヘッド接続部
２５…表示器接続部
２６…増設ユニット
２７…表示器
２８…アンプユニット
４４…マイクロプロセッサ；４４１…比較部；４４２…操作量算出部；４４３…出力部
４５１…制御対象；４５２…フィードバック回路
５０…ヘッド制御部
５１…光量制御部
５２…受光素子制御部
５３…モード切替手段
５４…計測処理部
５５…アラーム検出手段
５６…画像読込部
５７…通信手段
５８…安定度出力手段
５９…警告手段
６０…受光データ制御部
６１…受光レベル制御手段
６２…画像処理部
６３…ワーク判定手段
６４…プロファイル演算手段
６５…トレンドグラフ作成手段
６６…プロファイル着色手段
６７…プロファイルハイライト手段
６８…受光画像着色手段
６９…多重合成手段
７０…表示部
７１…プロファイル表示領域
７２…トレンドグラフ表示領域
７３…光量グラフ表示領域
７４…受光画像表示領域
８０…インターフェース部
８１…操作量調整手段
８２…計測領域指定手段
８３…時刻指定手段
８４…サンプリング指定部
８５…制御領域指定手段
８６…マスク領域指定手段
８７…多重合成条件設定手段
８８…多重合成範囲制限手段
８９…合成前画像選択手段
９０…メモリ部
９１…受光ピーク記憶手段
９２…合成前画像記憶手段
１０１…駆動回路
１０２…レーザダイオード；１０２Ｂ…発光素子
１０３…投光レンズ
１０４…受光レンズ
１０５…光位置検出素子；１０５Ｂ…イメージセンサ
１０６ａ、１０６ｂ…電流電圧変換回路
１１１…光出力調整回路
１１２…加算器
１１３…減算器
１１４…誤差積分回路
１１５…基準電圧発生回路
１４４Ｂ…制御部；１４６Ｂ…増幅器
４００…レーザスキャン式２次元変位センサ
４０１…発光素子；４０２…投光レンズ；４０３…スキャナ；４０４…ハーフミラー
４０５…Ｘ方向受光素子；４０６…受光レンズ；４０７…Ｚ方向受光素子
６１０…演算部
６１１…傾斜角演算手段
６１２…高低差演算手段
６１３…傾き補正手段
６１４…プロファイルマッチング手段
６１５…差分抽出手段
６１６…画像サーチ手段
６１７…マスク移動手段
６１８…エッジ面算出手段
８１２…水平部位指定手段
８１４…高低差指定手段
８１６…傾斜角調整手段
８１８…高低差調整手段
８２０…共通プロファイル指定手段
８２２…反転手段
８２４…プロファイル移動手段
８２６…傾き調整手段
８２８…配置モード選択手段
８３０…登録プロファイル指定手段
８３２…無効領域指定手段
８３４…無効化手段
８３６…計測光選択手段
ＷＫ、ＷＫ１〜ＷＫ１６…ワーク
ＰＲ１〜４、ＷＫａ、ＷＫｂ、ＷＫｃ…プロファイル形状
ＶＣ…制御電圧；ＶＥ…誤差信号；ＶＬ…受光量電圧
Ｖａ…光出力制御信号；Ｖｒ…基準電圧
ＳＨ…センサヘッド部；ＬＢ…レーザ光；ＪＳ…受光素子
ＯＫ、ＯＫ’、ＯＫ”…帯光；Ｈ、Ｈ’…高さ；ｄ…凸状部分の厚さ
ＢＡ…青色領域；ＲＡ…赤色領域；ＧＡ…灰色領域
ＤＣ…橙色；ＰＣ…紫色；ＢＣ…青色；ＧＣ…緑色；ＹＣ…黄色；ＲＣ…赤色
ＬＩ…リニアイメージセンサ
ＪＭ…受光マスク領域
ＵＭ…波線枠
ＳＫ…水平基準位置指定枠
ＫＫ…高低差基準位置指定枠
ＫＷ…共通プロファイル指定枠；ＰＳ…登録プロファイル指定領域
ＭＡ…無効領域
ＥＤ…エッジ面
ＧＫ…外部機器
ＫＰ…候補パターン
ＰＭ…プロファイルマスク領域
ＴＧ…登録画像
ＳＺ…接着剤；ＴＳ…塗布装置
ＳＲ…制御領域；ＫＲ…計測領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に光を照射し、測定対象物からの光を受光素子で受光して得られる電気信号から、投光部から測定対象物までの距離、測定対象物の変位等を計測する光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物（ワーク）の寸法や移動量等を測定するために、三角測量を応用した光学式変位計が用いられている。図９３は従来の光学式変位計の主要部の構成を示すブロック図である。図９３において、駆動回路１０１は、光出力制御信号Ｖａに基づいてレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）１０２を駆動する。レーザダイオード１０２から出射されたレーザ光は投光レンズ１０３を通してワークＷＫに照射される。ワークＷＫからの反射光のうち拡散反射成分や正反射成分が受光レンズ１０４を通してＰＳＤ等の光位置検出素子により受光される。矢印Ｘで示す方向にワークＷＫが変位すると、光位置検出素子１０５の受光面での光スポットの位置が移動する。光位置検出素子１０５からは、受光面上での光スポットの位置に応じた２つの出力信号が出力され、それらの出力信号はそれぞれ電流電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換回路）１０６ａ、１０６ｂにより電流電圧変換される。光位置検出素子１０５の一方の出力信号は受光面の一端部から光スポットまでの距離に比例した電流値を有し、他方の出力信号は受光面の他端部から光スポットまでの距離に比例した電流値を有する。したがって、これらの２つの出力信号の電流値に基づいてワークＷＫの変位を検出することができる。
【０００３】
このような光学式変位計においては、ワークＷＫの材質や表面状態によって反射光の強度が異なるため、光位置検出素子１０５での受光量がある一定のレベルとなるように、レーザダイオード１０２の光出力を調整する必要がある。図９４は光位置検出素子１０５での受光量を制御するための従来の制御回路の一例を示すブロック図である。図９４の制御回路は、電流電圧変換回路１０６ａ、１０６ｂ、加算器１１２、減算器１１３、誤差積分回路１１４、基準電圧発生回路１１５および光出力調整回路１１１を含む。電流電圧変換回路１０６ａ、１０６ｂは、光位置検出素子１０５の電流信号を電圧信号に変換する。加算器１１２は、ＦＡＲ側およびＮＥＡＲ側のそれぞれの電圧信号を加算することによって、光位置検出素子１０５の受光量を受光量電圧ＶＬとして出力する。基準電圧発生回路１１５は、所定の基準電圧Ｖｒを発生する。減算器１１３は、加算器１１２により得られる受光量電圧ＶＬと基準電圧発生回路１１５により発生される基準電圧Ｖｒとの差を誤差信号ＶＥとして出力する。誤差積分回路１１４は、減算器１１３から出力される誤差信号ＶＥを積分し、積分された誤差信号を制御電圧ＶＣとして光出力調整回路１１１に与える。これにより、加算器１１２から出力される受光量電圧ＶＬが基準電圧発生回路１１５により発生される基準電圧Ｖｒと等しくなるように光出力調整回路１１１の電圧が制御される。したがって、光出力調整回路１１１から図９３の駆動回路１０１に与えられる光出力制御信号Ｖａの電圧を制御することにより、光位置検出素子１０５での受光量を一定のレベルに制御することができる。
【０００４】
このような光学式変位計においては、ワークの表面の色、粗さ、角度等の条件に応じて光の反射率、ひいては受光量が大きく変動する。受光信号が小さすぎても、飽和する等して大きすぎても、測定精度が悪化する。そこで、例えば受光量（画像信号レベル）のピーク値が目標値になるように、発光素子の発光量や増幅器の増幅率（ゲイン）を調整するフィードバック制御を行う技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。この光学式変位計は、図９５に示すように、ワークＷＫに光を照射するための発光素子１０２Ｂと、ワークＷＫからの光を受光して画像信号を生成するためのイメージセンサ１０５Ｂと、イメージセンサ１０５Ｂからの画像信号を増幅する増幅器１４６Ｂを含む信号処理回路と、信号処理回路からの画像信号に基づいて発光素子１０２Ｂの発光量及び増幅器１４６Ｂの増幅率を含む操作量の少なくとも一つのフィードバック制御を実行する制御部１４４Ｂとを備え、フィードバック制御における操作量の少なくとも一つの可変幅が変更設定可能である。制御部１４４Ｂは、可変幅設定モードにおいて所定期間の操作量のデータに基づいて操作量の適切な可変幅を設定する。この結果、図９６に示すように、発光素子１０２Ｂの発光量や増幅器１４６Ｂの増幅率のフィードバック制御を行うことの利点を残しながら、計測の高速化に対応可能としている。
【特許文献１】特開２００６−０１０３６１号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、光切断の原理を用いたワークの形状（プロファイル）を測定する装置が開発されている。光切断とは、図９７（ａ）、（ｂ）に示すように、三角測距の原理を２次元に拡張したものである。すなわち、図９７（ａ）に示すようにセンサヘッド部ＳＨからワークＷＫに照射されるレーザ光ＬＢを帯状にして、三角測距を幅（Ｘ方向）に拡大している。その結果、図９７（ｂ）に示すように三角測距が幅方向に拡大されたようになる。このため、三角測距においてはライン状（１次元状）の受光素子を使用するのに対し、光切断においては受光素子に２次元状に配置した受光素子ＪＳを使用する。
【０００６】
このような光切断の原理を使ったプロファイルを測定する光学式変位計を用いて、ワークの立体形状を測定することが行われている。立体形状を計測する場合、ワークの表面状態や角度で受光輝度が大幅に変動することがある。従来は受光素子として感度特性（受光特性）がリニアなＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いていた。このため、ワークによって光量変化が激しい場合には、投光光量や受光側のシャッタ時間を変えながら、ワークを複数回撮像し、得られた複数の受光画像中から、光量が適切な範囲を抽出し、これらを合成して一画像を得るというマルチ露光（多重露光、多重露出）処理を行っていた。
【０００７】
しかしながら、マルチ露光では複数回の撮像を行うため、一のプロファイルを得るために要する時間が長くなるという問題があった。例えば一回の露光で１５〜１６ｍｓ要する受光画像の撮像を５〜１０枚連続して撮像するため、０．５〜１ｓ程度かかることになる。このため、インライン処理等、即時性が求められる用途には不向きであった。また複数回の撮像を行う間に、ワークが位置ずれした場合には、マルチ露光の合成の際に誤差となる。このような場合、ソフトウェア上で補正することも可能であるが、この場合はさらに処理負荷が増大する。
【０００８】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の第一の目的は、高速に安定した撮像が行える光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムを提供することにある。
【０００９】
一方、発光素子に使用されるレーザダイオードの発光量の調整幅は極めて広く、またワークの状態が変化すると反射光量も大きく変動する。このため、フィードバック制御による自動制御のみでは制御が安定せず、発散することもあり得る。
【００１０】
本発明は、さらにこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の第二の目的は、発散を防止し、フィードバック制御の操作量につきユーザが最適な範囲を指定することで安定した制御が行える光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１１】
以上の目的を達成するために本発明の第１の光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性曲線を有し、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子の受光特性曲線を調整するための受光素子制御部と、受光素子制御部により受光特性曲線が調整された２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部とを備えることができる。
第２の光学式変位計によれば、受光素子制御部は、プロファイル演算部により計測されたプロファイル形状のピークの分布が、所定の光量範囲に入るように、受光特性曲線を調整することができる。
第３の光学式変位計によれば、２次元受光素子は、受光感度曲線として段階的に切り替え可能な複数のＬｏｇ特性を備えることができる。
第４の光学式変位計によれば、プロファイル演算部は、受光素子制御部で異なる受光特性曲線に調整された２次元受光素子で、複数の異なる受光信号を検出し、各受光信号に基づいて第１の方向におけるピークが所定の範囲内にある部分を有効プロファイル形状として演算すると共に、複数の有効プロファイル形状を合成して測定対象物のプロファイル形状を演算可能とできる。
第５の光学式変位計によれば、さらに、プロファイル形状の精度を重視し、受光特性曲線を異ならせる受光感度条件を多くする精細モードと、処理速度を重視し、受光感度条件を少なくする高速モードとを切り替え可能なモード切替手段を備えることができる。
第６の光学式変位測定方法によれば、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、測定対象物からの反射光を、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるよう調整可能な受光特性曲線を有する２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、受光特性曲線が調整された２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を演算する一方、デジタル変換手段で得られたデジタル信号の第１方向におけるピークが所定の範囲内となるように、２次元受光素子の受光特性曲線を調整する工程と、を含むことができる。
第７の光学式変位測定プログラムは、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、測定対象物からの反射光を、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるよう調整可能な受光特性曲線を有する２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、受光特性曲線が調整された２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、デジタル信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、２次元受光素子の受光特性曲線をフィードバック制御する機能と、２次元受光素子の受光特性が調整可能であって、該受光特性を調整する機能と、をコンピュータに実現させることができる。
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを調整するための受光レベル制御手段とを備えることができる。これにより、測定対象物に応じて操作量を受光レベル制御手段で調整して、２次元受光素子で測定対象物の適切な受光画像を得ることができる。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを制御するための受光レベル制御手段とを備え、２次元受光素子が、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性を有することができる。これにより、受光信号が高い領域で飽和しないように絶対値が抑えられる結果、相対的に低い領域の信号との差が縮まり、第１方向のライン間における受光信号に高低差があってもこれを軽減して、一枚の受光画像で対応可能な受光信号の範囲を広く取ることができる。すなわち、１度の撮像で済ませることができ、また複数枚の受光画像を合成するマルチ露光を行う場合においても、撮像回数を低減できる。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを制御するための受光レベル制御手段とを備え、２次元受光素子が、受光特性を任意に調整可能に構成できる。これにより、測定対象物に応じた感度に２次元受光素子の受光特性を調整し、適切な測定が実現できる。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを調整するための受光レベル制御手段と、測定対象物の変位を測定する測定モードと、操作量を設定する設定モードと、を切り替えるためのモード切替手段とを備え、２次元受光素子の受光特性を操作量として、受光レベル制御手段で調整可能に構成されており、受光レベル制御手段が、設定モードにおいて２次元受光素子で撮像された測定対象物の受光画像から輝度分布データを取り込み、該輝度分布情報に基づいて、これら輝度信号の分布を一の受光画像中で適切に捕捉できるよう、２次元受光素子の受光特性を自動調整する機能を備えることができる。これにより、測定モードに入る前に測定対象物を撮像して、取得した輝度分布に応じて２次元受光素子の感度特性を予め設定できるため、安定した制御がより確実に見込まれる。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計はさらに、設定された操作量を、ユーザが手動で調整するための操作量調整手段を備えることができる。これにより、必要に応じてユーザが更なる微調整を行える。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部と、増幅器で得られた増幅信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータを制御するための受光レベル制御手段と、演算結果及び／又は撮像された画像データを表示可能な表示部とを備え、受光レベル制御手段が２次元受光素子の受光特性を自動調整した複数の操作量にて、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を各々演算して候補パターンとし、異なる操作量にて取得された複数の候補パターンを表示部に表示し、ユーザに選択可能に構成できる。これにより、複数の候補パターンとして得られたプロファイル形状に基づいて、ユーザは最も好ましいパターンを選択できる。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、表示部が、プロファイル演算部で演算された測定対象物のプロファイル形状を表示するためのプロファイル表示領域と、プロファイル形状の位置毎の光量を示す光量グラフを表示するための光量グラフ表示領域とを備えることができる。これにより、制御の候補パターンを表示できることと相俟って、プロファイル形状を表示させて、候補パターンの選択の際の指標として利用できる。
【００１８】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、表示部にプロファイル形状を表示する際、プロファイル形状の各位置における光量のレベルに応じて、プロファイル形状をハイライト処理するプロファイルハイライト手段を備えることができる。これにより、プロファイル形状の位置毎の光量を視覚的に把握できるので、プロファイル形状の視認性をさらに高め、候補パターンの選択に際して一層寄与できる。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計はさらに、表示部で表示されるプロファイル形状に対して、所望の計測領域を指定するための計測領域指定手段と、領域指定手段で指定された計測領域に対して所望の演算を行うことが可能な計測処理部とを備えることができる。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る光学式変位計は、測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子であって、受光特性を調整可能な２次元受光素子と、２次元受光素子で検出された受光信号の、第１方向におけるピークが所定の範囲内となるように、２次元受光素子の受光特性を調整するための受光素子制御部と、受光素子制御部で異なる受光特性に調整された２次元受光素子で、複数の異なる受光信号を検出し、各受光信号に基づいて前記第１の方向におけるピークが所定の範囲内にある部分を有効プロファイル形状として演算すると共に、複数の有効プロファイル形状を合成して測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部とを備えることができる。これにより、測定対象物の表面状態などに応じて反射光が異なる場合でも、２次元受光素子の受光特性を変化させて受光することで、受光信号が飽和、或いは不足しない適切な状態で有効プロファイル形状を得ることができ、これらを合成すれば高精度なプロファイル形状が得られる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を演算する一方、デジタル変換手段で得られたデジタル信号のピークが所定のレベルとなるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する工程とを含んでおり、２次元受光素子が受光信号を出力する工程が、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性を有する２次元受光素子を用いて行うことができる。これにより、受光信号が高い領域で飽和しないように絶対値が抑えられる結果、相対的に低い領域の信号との差が縮まり、第１方向のライン間における受光信号に高低差があってもこれを軽減して、一枚の受光画像で対応可能な受光信号の範囲を広く取ることができる。すなわち、１度の撮像で済ませることができ、また複数枚の受光画像を合成するマルチ露光を行う場合においても、撮像回数を低減できる。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、デジタル変換手段で得られたデジタル信号である輝度信号の分布情報に基づいて、これら輝度信号の分布を一の受光画像中で適切に捕捉できるよう、２次元受光素子の受光特性を自動調整する工程とを含むことができる。これにより、測定モードに入る前に測定対象物を撮像して、取得した輝度分布に応じた状態に２次元受光素子の感度特性を予め設定できるため、安定したフィードバック制御がより確実に見込まれる。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法はさらに、フィードバック制御工程で調整された操作量を、ユーザが手動で調整する工程を有することができる。これにより、必要に応じてユーザが更なる微調整を行える。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、さらに、２次元受光素子の受光特性を自動調整した操作量にて、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を演算して候補パターンとし、同様の手順で調整された異なる操作量にて候補パターンを複数取得して、これら複数の候補パターンのいずれかをユーザに選択させるために表示部に表示する工程とを含むことができる。これにより、複数の候補の中から、ユーザは最も好ましいパターンを選択できる。
【００２５】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、候補パターンを表示部に表示する工程が、プロファイル演算部で演算された測定対象物のプロファイル形状、及び／又はプロファイル形状の位置毎の光量を示す光量グラフを表示部に表示することができる。これにより、制御の候補パターンを表示できることと相俟って、プロファイル形状を表示させて、候補パターンの選択の際の指標として利用できる。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、表示部にプロファイル形状を表示する際、プロファイル形状の各位置における光量のレベルに応じて、プロファイル形状をハイライト処理することができる。これにより、プロファイル形状の位置毎の光量を視覚的に把握できるので、プロファイル形状の視認性をさらに高め、候補パターンの選択に際して一層寄与できる。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定方法は、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状の少なくとも一部を有効プロファイル形状として演算する工程と、２次元受光素子の受光特性を変化させた状態で上記工程を繰り返し、各工程で得られた有効プロファイル形状を合成して、測定対象物のプロファイル形状として出力する工程とを含むことができる。これにより、測定対象物の表面状態などに応じて反射光が異なる場合でも、２次元受光素子の受光特性を変化させて受光することで、受光信号が飽和、或いは不足しない適切な状態で有効プロファイル形状を得ることができ、これらを合成すれば高精度なプロファイル形状が得られる。
【００２８】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、デジタル信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する機能と、２次元受光素子の受光特性が調整可能であって、該受光特性を調整する機能とをコンピュータに実現させることができる。これにより、測定対象物に応じた感度に２次元受光素子の受光特性を調整し、適切な測定が実現できる。
【００２９】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、デジタル信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する機能と、２次元受光素子の受光特性を操作量として調整する機能と、２次元受光素子で撮像された測定対象物の受光画像から輝度分布データを取り込み、該輝度分布情報に基づいて、２次元受光素子の受光特性を自動調整する機能とをコンピュータに実現させることができる。これにより、測定モードに入る前に測定対象物を撮像して、取得した輝度分布に応じた状態に２次元受光素子の感度特性を予め設定できるため、安定したフィードバック制御がより確実に見込まれる。
【００３０】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、測定対象物からの反射光を２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、デジタル信号の、第１方向における各ピークの分布が所定の範囲内となるように、投光部の発光量、発光時間、２次元受光素子の露光時間、及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する機能と、フィードバック制御により、操作量の調整パターンとして複数の候補パターンを演算し、これら複数の候補パターンのいずれかをユーザに選択させるために表示部に表示する機能とをコンピュータに実現させることができる。これにより、適切と思われる複数の候補の中から、ユーザは最も好ましいパターンを選択できる。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、候補パターンを表示部に表示する機能が、測定対象物のプロファイル形状、及び／又はプロファイル形状の位置毎の光量を示す光量グラフを表示部に表示可能とすることができる。これにより、制御の候補パターンを表示できることと相俟って、プロファイル形状を表示させて、候補パターンの選択の際の指標として利用できる。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る光学式変位測定プログラムは、表示部にプロファイル形状を表示する際、プロファイル形状の各位置における光量のレベルに応じて、プロファイル形状をハイライト処理可能に構成できる。これにより、プロファイル形状の位置毎の光量を視覚的に把握できるので、プロファイル形状の視認性をさらに高め、候補パターンの選択に際して一層寄与できる。
【００３３】
本発明の実施の形態に係るプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、上記プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）、ＨＤ ＤＶＤ等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記録した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムを例示するものであって、本発明は光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムを以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施の形態１）
【００３５】
図１〜図３に、本発明の実施の形態１に係る光学式変位計１００を示す。図１は本発明の実施例１に係る光学式変位計１００の構成を示すブロック図、図２は光学式変位計１００のシステム構成を示す斜視図、図３はマイクロプロセッサ４４によるフィードバック制御の構成を示すブロック図を、それぞれ示している。ここでは主にフィードバック制御の一例について説明する。
【００３６】
図１は、光学式変位計１００の測定原理を示している。光学式変位計１００はレーザ変位計ともいわれ、三角測量の原理を用いて対象物の変位を非接触で測定するのに用いられる。ＬＤドライバ１１の制御によってレーザダイオード１２から発せられたレーザ光は、投光レンズ１３を通りワークＷＫを照射する。ワークＷＫで反射したレーザ光の一部は、受光レンズ１４を通って２次元受光素子１５により受光される。２次元受光素子１５は、複数の画素構成部が平面状に配列されたＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサであり、受光量に相当する電荷が画素構成部ごとに蓄積され、取り出される。
【００３７】
ワークＷＫが図１に破線で示すように変位すると、ワークＷＫで反射して２次元受光素子１５に達するレーザ光の光路が破線のように変化する。その結果、２次元受光素子１５の受光面における受光スポットの位置が移動し、上記の受光信号波形、すなわち受光像の位置が変化する。２次元受光素子１５の各画素構成部における受光量に応じた蓄積電荷が読み出し回路１６によって読み出され、信号処理によって一次元の受光量分布である受光波形が得られる。この受光波形のピーク位置や重心からワークＷＫの変位が求まる。
【００３８】
図２は、光学式変位計１００のシステム構成を示している。この光学式変位計１００は、センサヘッド部２１とコントローラ部２２、表示器２７からなる。センサヘッド部２１は、図１で示したＬＤドライバ１１、レーザダイオード１２、投光レンズ１３、受光レンズ１４、２次元受光素子１５及び読み出し回路１６を内蔵している。コントローラ部２２は、センサヘッド部２１を接続するヘッド接続部２４と共に、表示部を構成する表示器２７を接続する表示器接続部２５を備える。コントローラ部２２は、マイクロプロセッサ（制御部）を有し、センサヘッド部２１のＬＤドライバ１１を介してレーザダイオード１２の出力（発光量）を制御すると共に、２次元受光素子１５から読み出された信号からワークＷＫの変位を求める処理を実行する。なお、レーザダイオード１２の制御を、センサヘッド部２１で行わせることも可能であり、この場合はセンサヘッド部に制御部を持たせる。また、コントローラ部２２の前面には、各種の設定、操作を行うための入力インターフェースとして、押ボタンスイッチやコンソール、あるいはこれらを接続するためのコネクタ類を備えることもできる。さらにコントローラ部２２は、半導体メモリを挿入するためのスロットや電源端子台、拡張コネクタ、ＵＳＢやＲＳ２３２Ｃ等のシリアルポートといったインターフェースを備える。さらにまたコントローラ部２２は、複数台のセンサヘッド部２１を接続するため、増設ユニット２６を接続することもできる。図２の例では、コントローラ部２２を構成するメインのアンプユニット２８に対して、１台の増設ユニット２６を接続しており、計２台のセンサヘッド部２１を接続可能としている。増設ユニット２６を更に増やすことで、より多くのセンサヘッド部を接続可能とできる。なお、コントローラ部２２を構成するアンプユニット自体に複数のセンサヘッド部２１を接続するためのヘッド接続部を複数設けたり、増設ユニットに２以上のヘッド接続部を設けてもよいことは言うまでもない。センサヘッド部２１とコントローラ部２２は電気ケーブル２３で接続され、相互に電気信号がやりとりされると共に、電源電圧がコントローラ部２２からセンサヘッド部２１に供給される。表示器２７は、計測結果の数値表示や各種設定値の表示に使用される。この表示器２７は、ＬＣＤやＣＲＴ等を用いたディスプレイを備える。
【００３９】
図１に示すように、レーザダイオード１２から発せられたレーザ光は、投光レンズ１３を通りワークＷＫを照射する。ワークＷＫで反射したレーザ光の一部は、受光レンズ１４を通って２次元受光素子１５に入射する。２次元受光素子１５の各画素構成部に蓄積された電荷は、読み出し回路１６によって読み出される。読み出し回路１６は、読み出し用パルス信号である画素選択信号を２次元受光素子１５に与えて各画素構成部を順次走査することによって、一次元の受光量分布に相当する時系列の電圧信号を得る。
【００４０】
例えば、２次元受光素子１５が２５６画素からなり、画素ごとの転送レートが１マイクロ秒の場合は、２５６マイクロ秒要して全画素構成部の蓄積電荷が読み出され、読み出し回路１６から時系列の電圧信号として出力される。この全画素の蓄積電荷を読み出すのに要する時間に、制御演算に要する時間を加えたものがサンプリング周期である。読み出し回路１６の出力信号は、コントローラ部２２に渡される。
【００４１】
レーザダイオード１２から発せられるレーザ光の強さ（発光量）はＬＤドライバ１１を介して図３に示すマイクロプロセッサ４４によって制御される。レーザ光の強さが変われば、ワークＷＫで反射され、２次元受光素子１５に入射する光量（受光量）も変化する。そこで、ワークＷＫの光反射率（明るさ）に応じてレーザダイオード１２から発せられるレーザ光の強さを調節することにより、２次元受光素子１５の各画素構成部における蓄積電荷の飽和を回避しながら、そのダイナミックレンジを十分に活用できるようにしている。具体的には、レーザダイオード１２を駆動するパルスのパルス幅又はデューティ比を変えることによってレーザ光の強さを調節する。もちろん、パルス電圧（ピーク値）を変えることによって、レーザ光の強さを調節してもよい。
【００４２】
上記のようなマイクロプロセッサ４４による発光量（レーザ光の強さ）の制御は、一種のフィードバック制御として行われる。つまり、受光量に相当する値（例えばピーク値）が所定の目標値になるように、発光量（レーザ光の強さ）のフィードバック制御が行われる。発光量のフィードバック制御に代えて、増幅器のゲイン（増幅率）のフィードバック制御を行ってもよい。あるいは、発光量のフィードバック制御と増幅器の増幅率のフィードバック制御とを併用するようにしてもよい。例えば目標値に対するフィードバック量の誤差が所定の範囲内に収まっている間は増幅器の増幅率のフィードバック制御を行い、フィードバック量の誤差が所定の範囲を超えたときは発光量のフィードバック制御を行うように構成することが可能である。したがって、レーザダイオード１２の発光量及び増幅器の増幅率を含む操作量の少なくとも一つのフィードバック制御を実行すればよい。
【００４３】
図３は、マイクロプロセッサ４４によるフィードバック制御の構成を示すブロック図である。マイクロプロセッサ４４（が実行するプログラム）によって、比較部４４１、操作量算出部４４２及び出力部４４３が構成されている。また、図１におけるＬＤドライバ１１及びレーザダイオード１２が制御対象４５１に相当し、２次元受光素子１５、読出し回路１６等がフィードバック回路（ＦＢ回路）５２に相当する。
【００４４】
比較部４４１は、あらかじめ定められた目標値とフィードバック量とを比較し、その誤差を出力する。この誤差に基づいて操作量算出部４４２が操作量を算出し、出力部４４３に与える。この操作量は、上述の発光量又は（及び）増幅率に相当する。操作量は、マイクロプロセッサ４４の出力部４４３から制御信号として制御対象４５１に与えられる。すなわち、ＬＤドライバ１１又は（及び）増幅器に制御信号が与えられ、レーザダイオード１２の発光量又は（及び）増幅器の増幅率が制御される。そして、フィードバック回路４５２（２次元受光素子１５、読出し回路１６等）によって得られる受光量のピーク値が再びマイクロプロセッサ４４の比較部４４１にフィードバックされることにより、フィードバックループが形成されている。
【００４５】
光学式変位計は、プロファイル形状の生成に加えて、生成されたプロファイル形状に基づいて各種の演算を行う計測処理部と、所望の計測領域を指定する計測領域指定手段とを備えているため、ユーザ側でアプリケーションに応じた専用の変位演算プログラム等を組む必要がなく、容易にワークのプロファイル形状測定と変位測定を行うことができる。
（実施の形態２）
【００４６】
次に本発明の実施２の形態に係る光学式変位計２００のブロック図を、図４に示す。この図に示す光学式変位計２００も、センサヘッド部１とコントローラ部２とを接続して構成される。センサヘッド部１は、ワークＷＫに帯光を照射する投光部３と、ワークからの帯光の反射光を受光して受光画像を撮像し、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子１５とを備える。コントローラ部２は、投光部３に含まれる投光素子の光量を制御するドライバなどの光量制御部５１と、２次元受光素子１５の受光特性を制御する受光素子制御部５２と、受光素子で撮像された受光画像を読み込む画像読込部５６と、画像読込部５６で取得された受光信号に基づいて光量制御部５１や受光素子制御部５２をフィードバック制御する受光データ制御部６０と、受光データ制御部６０で得られたプロファイルに対して所望の演算を行うための計測処理部５４と、受光データ制御部６０で取得された受光画像やプロファイル形状を表示する表示部７０と、受光データ制御部６０や表示部７０を操作するためのインターフェース部８０と、必要なデータを保持するメモリ部９０と、受光ピーク波形の安定度を出力する安定度出力手段５８と、測定モードと設定モードとを切り替えるモード切替手段５３と、アラーム信号を生成するアラーム検出手段５５とを備える。また画像読込部５６は、２次元受光素子１５からの受光信号を増幅するための増幅器と、増幅器で得られた増幅信号をデジタル信号に変換するためのデジタル変換手段を含む。
（投光部３）
【００４７】
投光部３は、投光素子、投光レンズを備える。投光素子としては、半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）の他、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いることもできる。投光レンズは、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズ及びロッドレンズで構成される。投光部３の投光素子である半導体レーザから発光される光を、投光レンズで帯状とし、測定対象物に照射する。帯光はレーザシート光、スリット光、ラインビーム等とも呼ばれる。
【００４８】
投光部３の発光量は、投光素子の駆動電流の振幅、ＯＮデューティ等のパラメータを調整することで制御できる。したがって操作量には、このような投光素子の駆動電流の振幅又は発光レベル、デューティ比又は発光時間、２次元受光素子１５の露光時間、あるいは増幅器の増幅率（信号レベルのゲイン）等のパラメータが含まれる。
（２次元受光素子１５）
【００４９】
投光素子の帯光は、ワーク表面（あるいは裏面、中間）で反射され、受光レンズを介して２次元受光素子１５で受光され、受光画像が取得される。２次元受光素子１５としては、リニアイメージセンサであるＣＣＤやＣＭＯＳセンサを複数列配置して２次元状とした２次元イメージセンサが使用できる。例えば１次元のリニアイメージセンサであるＣＣＤを画素のライン数分だけ平行に配置して２次元受光素子１５を構成する。ＣＣＤは受光波形のピークの検出に好適な撮像素子である。特に、受光素子にポジションセンシティブディテクタ（ＰＳＤ）を使用すると、受光面全体での照度重心位置を検出するため２次反射や３次反射、乱反射等による影響が大きい。これに対しＣＣＤは、画素情報に基づいて受光ピーク位置を正確に検出でき、このような乱反射の影響を受けず正確な測定が可能となる。
（受光データ制御部６０）
【００５０】
受光データ制御部６０は、受光画像から各ラインのピークレベル等を算出し、受光量制御を行う受光レベル制御手段６１と、受光画像データからプロファイル形状を演算する等、各種の画像処理を行う画像処理部６２と、ワークの状態を判別する等、各種の演算を行う演算部６１０の機能を実現する。さらに画像処理部６２は、プロファイルを演算するプロファイル演算手段６４、トレンドグラフを作成するトレンドグラフ作成手段６５、プロファイル着色手段６６やプロファイルハイライト手段６７、受光画像着色手段６８、多重合成手段６９等の機能を実現する。
（演算部６１０）
【００５１】
また演算部６１０は、水平基準位置と現実の水平線とがなす傾斜角を演算する傾斜角演算手段６１１、高低差基準位置同士の間の高低差を演算する高低差演算手段６１２、ワークの段差を示すプロファイル形状に対してワークに対するセンサヘッド部の傾きを補正する傾き補正手段６１３、複数のプロファイル形状の段差部分に基づきプロファイル形状同士を合成するためプロファイルサーチを行うプロファイルマッチング手段６１４、プロファイルマッチング手段６１４で合成された共通するプロファイル形状から差分情報を抽出する差分抽出手段６１５、ワークの状態を判別するワーク判定手段６３、受光画像に対して画像サーチを行う画像サーチ手段６１６、画像サーチ結果に応じて適切な位置に受光マスク領域を移動させるマスク移動手段６１７、照射光と略平行なエッジ面を有するワークの受光画像中から、隣接する２次元受光素子の画素間の受光光量の変化に基づいてエッジ面の位置を算出するエッジ面算出手段６１８等の機能を実現する。これらの詳細については後述する。この受光データ制御部６０はＡＳＩＣ等のマイクロプロセッサで構成できる。なお図４、図１０等の例では、光量フィードバック制御を行う受光データ制御部６０をコントローラ部２に設けているが、センサヘッド部１側でレーザダイオード１２の制御を行わせてもよい。例えば、図５に示すように、センサヘッド部１側にヘッド制御部５０を設け、ヘッド制御部５０でレーザダイオード１２の発光量の制御、あるいは光量フィードバック制御を行わせることもできる。
（受光レベル制御手段６１）
【００５２】
受光レベル制御手段６１は、デジタル変換手段で得られたデジタル信号の、各ラインにおける受光信号波形のピークレベルの分布が適切な範囲に収まるよう、投光部３の発光量や２次元受光素子１５の利得、増幅器の増幅率等を適正値に設定する。また、全範囲にわたって受光量を取得する他、測定に必要な領域のみに制限して制御することもできる。例えば暗い部位の情報のみが必要な場合は、明るい部位の飽和を無視して制御でき、測定目的に適したより高精度な受光画像を得ることができる。
【００５３】
これに加えて、ライン間の受光信号波形のピークレベルの分布が所定の範囲内となるように、投光部３の発光量や増幅器の増幅率を含む操作量の少なくともいずれかのパラメータをフィードバック制御する。ここでは、受光量が一定となるようなフィードバック制御を行う。操作量は、受光レベル制御手段６１にて演算、調整する他、インターフェース部８０の操作量調整手段８１からユーザが操作することもできる。
（プロファイル演算手段６４）
【００５４】
プロファイル演算手段６４は、光切断法に基づきワークの変位を測定し、ワークのプロファイル形状を演算する。演算されたワークのプロファイル形状は、表示部７０上で波形状に表示される。
（計測処理部５４）
【００５５】
計測処理部５４は、プロファイル演算手段６４で演算されたプロファイル形状に対して、設置補正処理、位置補正処理、計測処理等を行う。計測処理としては、指定した線分の高低差測定や傾斜角度検出、指定した面積の演算等、各種の演算が含まれる。
（インターフェース部８０）
【００５６】
インターフェース部８０は、コントローラ部２に対する設定等、必要な入力や操作を行うための入力手段を構成する。ユーザが設定や操作を行うための部材として、入出力デバイスを利用することもできる。また光学式変位測定計を操作するための光学式変位測定プログラムのユーザインターフェース画面としてもよい。インターフェース部を構成する入出力デバイスはコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータ等に固定されている。一般的な入力部としては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの入出力デバイスは、プログラムの操作のみに限られず、光学式変位測定計等のハードウェアの操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示する表示部７０のディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、表示部７０とインターフェース部８０とを兼用させることもでき、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、または音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。
【００５７】
図４の例では、インターフェース部８０は、操作量調整手段８１、計測領域指定手段８２、時刻指定手段８３、サンプリング指定部８４、制御領域指定手段８５、マスク領域指定手段８６、多重合成条件設定手段８７、多重合成範囲制限手段８８、合成前画像選択手段８９、プロファイル形状中から水平基準位置を指定する水平部位指定手段８１２、既知の高低差を有する段差形状を有するワークのプロファイル形状中で段差を構成する面を各々高低差基準位置として指定する高低差指定手段８１４、傾斜角演算手段６１１で演算された傾斜角を手動で調整するための傾斜角調整手段８１６、高低差演算手段６１２で演算された高低差を手動で調整するための高低差調整手段８１８、段差形状を有するワークのプロファイル形状中から段差を示す段差プロファイル形状を各々指定するための共通プロファイル指定手段８２０、表示部に表示されるプロファイル形状を上下又は左右に反転可能な反転手段８２２、表示部に表示されるプロファイル形状を手動で移動及び／又は回転可能なプロファイル移動手段８２４、傾き補正手段６１３で演算された傾きを手動で調整するための傾き調整手段８２６、ワークの変位を測定する測定モードにおいて２以上のセンサヘッド部の配置レイアウトを、横配置、縦配置、挟み込み配置のいずれかから選択する配置モード選択手段８２８、プロファイル形状中からプロファイルサーチを行うための基準となる登録プロファイルを指定する登録プロファイル指定手段８３０、登録プロファイル中でプロファイルサーチの際の重要度を低下させた無効領域を指定する無効領域指定手段８３２、登録プロファイル中で変化の大きい部位を自動的に抽出し無効領域として設定する無効化手段８３４、表示部上の所望の計測ライン上に複数の受光信号波形が存在する場合に、いずれの受光信号波形を計測光として計測対象とするかを選択するための計測光選択手段８３６等の機能を実現する。操作量調整手段８１は、フィードバック制御の操作量を調整するための手段である。計測領域指定手段８２は、計測処理部５４で計測を行う対象となる計測領域を、表示部７０のプロファイル表示領域７１から指定する。時刻指定手段８３は、表示部７０のトレンドグラフ表示領域７２から時刻を指定する。サンプリング指定部８４は、メモリ部９０でプロファイル形状を記録するタイミング及び／又は枚数を指定する。制御領域指定手段８５は、フィードバック制御の対象とする制御領域を指定する。マスク領域指定手段８６は、フィードバック制御の対象としないマスク領域を指定する。ここでは、プロファイル形状上に設定するプロファイルマスク領域と、受光画像上に設定する受光マスク領域とを、共通のマスク領域指定手段８６で指定可能としている。また、個別のマスク領域指定手段を設け、プロファイルマスク領域を設定するプロファイルマスク領域指定手段と、受光マスク領域を指定する受光マスク領域指定手段とを備えることもできる。
（プロファイルマスク領域指定機能）
【００５８】
逆に、フィードバック制御の対象としないプロファイルマスク領域を、プロファイル形状上に指定することもできる。ここでは、マスク領域指定手段８６によって、プロファイル表示領域７１上から、フィードバック制御の対象としないプロファイルマスク領域ＰＭを指定する。図６の例では、プロファイル形状が不安定になっている範囲を一点鎖線で示す枠状のプロファイルマスク領域ＰＭを指定する。フィードバック制御に際しては、プロファイルマスク領域ＰＭの計測値が無視されるため、このような不安定な領域が排除された正確なフィードバック制御結果を得ることができ、安定した信頼性の高い制御と測定が実現される。
【００５９】
また多重合成条件設定手段８７は、多重合成を行うための多重合成条件を設定するための部材であって、さらに多重合成範囲を制限するための多重合成範囲制限手段８８を備える。さらにまた合成前画像選択手段８９は、合成前画像の撮像条件を指定するための部材である。
（メモリ部９０）
【００６０】
メモリ部９０は、受光ピーク記憶手段９１及び合成前画像記憶手段９２として機能する。受光ピーク記憶手段９１は、ワーク判定手段６３でピーク数記憶受光量制御を行う際に、計数した受光ピーク数を保持する。
【００６１】
またメモリ部９０で撮像された受光画像及び演算されたプロファイル形状を、測定した時間情報と共に逐次保存するプロファイルストレージ機能を実現することもできる。これにより過去のプロファイル変化の履歴を保持できる。保存するデータは、プロファイルを波形状のラインとして保存する他、数値データ（点）の集合、あるいはプロファイル形状を表示するプロファイル画像として保存することもできる。また、各種の設定を保持するメモリ部９０と兼用することもできる。さらにメモリ部９０に、トレンドグラフや、アラーム検出手段５５がアラーム信号を出力した期間を記録することもできる。
（プロファイルデータストレージ機能）
【００６２】
また、プロファイルデータをメモリ部のプロファイルデータストレージ領域に保存するプロファイルデータストレージ機能を有しており、これにより後でデータを呼び出して確認することができる。これを利用することで、ワークの形状が時間的に異なる場合に、その変化量の測定に好適に利用できる。例えば図１０３の斜視図及び図１０４の断面図に示すように、接着剤ＳＺを塗布する塗布装置ＴＳがワークＷＫ１５上の所定の位置に適量の接着剤ＳＺを正しい形状に塗布しているかどうかを確認する用途においては、バックグラウンド、すなわち塗布対象のワークＷＫ１５の形状が一定であれば、これを登録画像として予め登録しておき、測定モードにおいては塗布後のプロファイル形状のみを登録画像と対比すれば確認できる。しかしながら、現実にはワークの形状が一定でないことがあるため、個別に塗布前のプロファイル形状と塗布後のプロファイル形状を計測する必要がある。この場合、同一のワークに対して時間的に異なるタイミングでプロファイル形状を取得しなければならない。
【００６３】
このような用途においては、プロファイル形状を保存するプロファイルデータストレージ機能が好適に利用できる。すなわち、所定のタイミングで接着剤塗布前、塗布後のワークのプロファイル形状を各々取得し、これをメモリ部のデータストレージ領域に保存した上で、取得時間を指定して表示部に呼び出すことにより、容易に前後のプロファイル形状を対比することができる。表示部においては、取得時間の異なるプロファイル形状を複数並べて表示することも、またこれらを切り替えて表示させることもできる。さらに必要に応じてプロファイル形状の差分を差分プロファイルとして表示することもできる。
【００６４】
プロファイルデータストレージ機能を利用すれば、センサヘッド部が１台でも、同一のセンサヘッド部で同一のワークを異なるタイミングで各々撮像し、後にこれらをデータストレージ領域から読み出して表示部で表示させることができる。図１０６に、１台のセンサヘッド部でワークの加工前の形状及び加工後の形状を測定するタイミングチャートを示す。図において、Ｎ、Ｍ等で示す位置は、センサヘッド部１によるワークの計測位置を示している。図１０６では、Ｎの位置にあるセンサヘッド部１で加工前のワークの形状を測定し、同じワークの加工後の形状をＭの位置にあるセンサヘッド部１で測定する。同様に、Ｎ＋１の位置にあるセンサヘッド部１で加工前のワークの形状を、Ｍ＋１にあるセンサヘッド部で加工後のワークの形状を、各々測定する。この場合、測定の順序としては一のセンサヘッド部１又はワークを相対的に移動させて、Ｎ→Ｍ→Ｎ＋１→Ｍ＋１の順に測定する。このようにして、センサヘッド部を加工前、加工後の測定に共用し、少ないハードウェア資源でも効率よく時間差処理、すなわち時間的に異なるタイミングのプロファイル形状を取得、対比等することができる。この場合は、図１０４に示すように、接着剤ＳＺ塗布前のワークＷＫ１５及び塗布後のワークＷＫ１５を撮像できる位置にセンサヘッド部１を移動させる機構、あるいはワークＷＫ１５側を、搬送後にセンサヘッド部１の垂下に戻す機構が必要となる。このため、好ましくは２台若しくはそれ以上のセンサヘッド部を用いて、塗布前後のワークを個別のセンサヘッド部で各々撮像する。この構成であれば、センサヘッド部やワークの移動機構を簡略化できる。本実施の形態では、後述する図４０に示すように、２台のセンサヘッド部を使用し、図１０３、図１０４に示すワークＷＫ１５に対して、接着剤ＳＺの塗布前のプロファイル形状と塗布後のプロファイル形状を、各々のセンサヘッド部１で取得している。図４０は２台のセンサヘッド部を接続可能なコントローラ部２のブロック図を示している。このセンサヘッド部１で、図１０５（ａ）に示す接着剤塗布前のプロファイル形状と、図１０５（ｂ）に示す塗布後のプロファイル形状を各々計測し、後述するマッチング手段を用いて、ワークの形状に基づきこれらのプロファイル形状を合成し、図１０５（ｃ）のような合成プロファイルを得る。さらに図１０５（ｄ）に示すように、これらの差分プロファイルを抽出することで、塗布された接着剤の正確なプロファイルを得ることができる。
【００６５】
なお、図１０３の例では、ワークＷＫ１５上の接着剤ＳＺ塗布位置とは異なる部位を、塗布前のプロファイル形状として測定している。図１０３に示すように、塗布位置がワークの溝状で、どの位置でも同一のプロファイルが得られる場合は、塗布位置と異なる部位を塗布前のプロファイル形状として代用してもよい。この方法であれば、実質的に同一のタイミングで塗布前と塗布後のプロファイル形状を同時に取得できる。もちろん、同一部位のプロファイル形状を、塗布前後で撮像することもでき、これによって特にワークの成形精度が劣る場合でもより正確な接着剤の測定が可能となる。
【００６６】
また、ここでは一例として接着材の塗布量を計測する例を説明したが、本実施の形態はこれに限られず、加工形状の確認など、処理の前後で変化する形状を比較する用途において広く活用できる。
【００６７】
さらに、逐次的に表示や処理などを行う形態の他、所定のデータが集まった時点で一括して処理する用途にも利用できる。例えば図１０７に示すように、接着剤の塗布前のプロファイル形状を複数箇所で測定して保存しておき、塗布後にこれら複数箇所の形状を計測し、例えば接着剤塗布面積の和など、複数のプロファイル形状を利用した一括処理を行うこともできる。図１０７の例では、纏めて加工前のワークについて測定した後、加工後のワークを測定するよう、Ｎ→Ｎ＋１→Ｎ＋２→．．．→Ｍ→Ｍ＋１→Ｍ＋２の順で測定する。この場合は、２台のセンサヘッド部１を利用して、各々加工前のワーク、加工後のワークを測定する構成とすることも、また１台のセンサヘッド部１で加工前後のワークを測定する構成とすることもできる。
（計測ピッチ）
【００６８】
メモリ部のデータストレージ領域にプロファイル形状を保存するタイミング又は計測ピッチは、ワークの搬送ラインの速度や求められるプロファイル形状の精度等に応じて、任意に設定できる。図１０８に示すように、計測ピッチが比較的粗い場合には直前で取得したプロファイル形状を順次表示できる。図１０８の例では、同一のワークにつき、加工前、加工後を順次測定することができ、Ｎ→Ｍ→Ｎ＋１→Ｍ＋１→Ｎ＋２の順に、ワークを測定して順次読み出し、加工前後の形状を対比できる。一方、計測ピッチを細かくしたい場合には、接着剤塗布前のプロファイルデータが複数存在するため、これらを一旦保存しておき、表示の際に改めて読み出す必要がある。図１０９の例では、接着剤塗布前の計測位置から塗布後の計測位置までの間に、４周期進んでいる。すなわち、塗布前のワークの計測位置Ｎに対応する塗布後の計測位置はＭ＋４であり、また塗布前の計測位置Ｎ＋１に対応する塗布後の計測位置はＭ＋５、同様にＮ＋２に対応する位置はＭ＋６となる。このため、保存のタイミングと表示のタイミングに応じて、計測ピッチを設定し、例えば表示部で表示させるプロファイル形状が、何回分の計測ピッチあるいはサンプリング周期に相当するのか、等で指定できるようにする。
【００６９】
また、プロファイル形状を保存するタイミングは、種々の方法で指定でき、例えばコントローラ部内部で自律的に作成されるタイミング信号を利用したり、外部から入力されるトリガ信号を利用して保存することもできる。また複数のセンサヘッド部を接続している態様においては、タイミング信号やトリガ信号は、各センサヘッド部共通としたり、あるいはセンサヘッド部毎に個別の信号とすることもできる。例えば、一のトリガ信号に応じて、個々のセンサヘッド部が個別に動作する態様、あるいはトリガ信号に応じて２個のセンサヘッド部が同期して動作する態様、あるいはトリガ信号に応じて動作するが、１個のトリガ信号に対して複数回のプロファイル取得を行う態様など、種々の動作を設定できる。
【００７０】
なお、保存したプロファイル形状を単に表示部に表示させるのみならず、他の処理を含めることが可能であることはいうまでもない。例えば、図１０５（ｄ）に示すような差分プロファイルを演算して表示部に表示させる処理、あるいはプロファイル形状の表示を省略して、差分プロファイルの面積や高さを演算して、演算結果のみを表示させる等、種々の処理とできる。
（保存データ種別設定）
【００７１】
また保存する対象となるデータは、任意に設定でき、例えば全てのプロファイルとする他、異常が発生しているプロファイル（ＮＧプロファイル）のみとしてもよい。全プロファイルを保存する場合、異常が頻発している場合にはさほど問題にならないが、一方異常の発生が少ない場合には、多数保存されたプロファイルデータの中から、不具合の発生しているプロファイルデータを見つけ出すことは容易でない。
【００７２】
そこで、本実施の形態においては、プロファイルデータストレージ領域にプロファイルデータを保存する際、異常の発生しているプロファイルデータについては、その旨を付記して保存する。図７に、保存されたプロファイルデータの一覧を示す。この例では、一覧表示される各プロファイルデータに、プロファイル番号とプロファイル取得時刻に加えて、計測でエラー（ＮＧ）が発生しているデータには、エラー発生を示すフラグを付加している。
【００７３】
保存されたプロファイルデータは、表示部にて一覧表示することが可能であり、例えば図７のような表形式で表示できる。一覧表示からプロファイル番号を選択すると、選択されたプロファイル波形がプロファイル表示領域７１に表示される。また、選択されたプロファイル以外にも、比較用のプロファイルを複数表示させることもできる。このように複数のプロファイルを並列的に表示し、これらを対比しやすくして異常発生箇所の確認や発生過程の確認などに利用できる。さらに、プロファイルに着色等のハイライト処理を施して表示部に表示させることもできる。例えば、全てのプロファイルデータを表示した上に、選択されているプロファイルのみを異なる色で重ねて表示することで、プロファイルの傾向やばらつき等を直感的に把握できるようにする。
【００７４】
なお、異常が発生しているプロファイルデータかどうかの判断は、予め設定した判定条件に従う。例えば、プロファイルデータに飽和点が含まれている場合、所定の下限閾値よりも低い受光量の点が含まれている場合等とできる。
（表示部７０）
【００７５】
表示部７０は、演算結果や撮像された画像データ等を表示する。図４に示す例では、プロファイル形状を表示するためのプロファイル表示領域７１、トレンドグラフを表示するためのトレンドグラフ表示領域７２、光量グラフを表示するための光量グラフ表示領域７３、受光画像を表示するための受光画像表示領域７４等を備える。これらの領域は、表示部の領域を適宜分割して一画面で複数表示させたり、あるいは複数の画面を切り替えて表示することもできる。例えば、図８に示すようにプロファイル演算手段６４で演算されたワークのプロファイル形状を表示する。これにより、ワークのプロファイル形状を視覚的に確認できる。また、プロファイル形状に対して、計測処理部５４により各種演算を行うことができる。例えば、段差部分の高低差を演算したり、指定した線分の長さや面積等を演算できる。演算すべき部位は、インターフェース部８０を構成するマウスやキーボード等のポインティングデバイスで構成される計測領域指定手段８２で指定する。
【００７６】
また図９に示すように、２次元受光素子１５で撮像した受光画像を受光画像表示領域７４に表示することもできる。受光画像は、ワークのプロファイル形状が適切に計測できていない場合等に、受光素子で取得した生画像として受光輝度分布を確認する際に好適に利用できる。これらプロファイル形状や受光画像の表示は、表示画面を切り替えて行う他、同時に表示させることもできる。特に、２画面で個別にプロファイル形状と受光画像を並べて表示させる他、これらを一画面で重ねて表示することもできる。この表示部７０は、ＣＲＴモニタや液晶ディスプレイ等が利用できる。また表示部７０は、コントローラ部２に組み込む構成の他、コントローラ部２と別部材に構成することもできる。
【００７７】
図４のブロック図において、太線で示す矢印は画像データの流れ、破線矢印はプロファイルデータの流れ、細線矢印は制御信号の流れを、それぞれ示している。この光学式変位計２００では、まず投光部３の投光素子を点灯させ、帯光をワークに照射し、その反射光を受光素子で結像する。このアナログ信号は画像読込部５６で取り込まれ、増幅器で増幅され変換手段でデジタル信号に変換される。これにより画像読込部５６で受光画像が取得されると共に、受光データ制御部６０の画像処理部６２でプロファイル形状が生成される。これらの画像データは、表示部７０にて表示される。また一方で受光レベル制御手段６１がフィードバック制御を行い、受光量のピーク値が適切に得られるよう、操作量が調整される。
【００７８】
なお、以上のセンサヘッド部とコントローラ部との切り分けは一例に過ぎず、コントローラ部の機能の一部をセンサヘッド部に持たせたり、センサヘッド部とコントローラ部とを一体とすることもできる。また、一のコントローラ部に複数のセンサヘッド部を接続し、これらを制御することも可能である。コントローラ部とセンサヘッド部との接続は、Ｉ／Ｏ接続の他、データ通信によることも可能である。
（通信手段５７）
【００７９】
光学式変位計はさらに、外部機器ＧＫとの通信を行うための通信手段５７を備えることもできる。実施の形態２の変形実施例として、図１０に通信手段５７を備える光学式変位計３００のブロック図を示す。この光学式変位計３００は、測定モードと、操作量調整手段８１が通信手段５７を介して外部機器ＧＫと通信することによって操作量を調整する操作量調整モードとを、モード切替手段５３で切り替える。操作量調整モードにおいて、受光レベル制御手段６１で演算された操作量は、操作量調整手段８１及び通信手段５７を介して外部機器ＧＫに送信され、外部機器ＧＫで操作量データが記憶される。このように光学式変位計は、フィードバック制御の操作量の調整を操作量調整手段８１で行う他、通信手段５７を介して光学式変位計と接続された外部機器ＧＫから調整することもできる。例えば、外部機器ＧＫとしてコンピュータを接続し、該コンピュータ上で動作するプログラムによって操作量調整機能を実現できる。この場合は、コンピュータの表示装置や入力装置によって提供されるユーザインターフェイスにより、操作量の調整操作をより分かりやすいものとすることができる。
【００８０】
なお通信手段５７による外部機器ＧＫとの通信は、有線に限られず無線接続も利用できる。また、外部機器ＧＫであるコンピュータ上で動作するプログラムが、操作量データに基づいて適切な操作量の調整量を決定するのではなく、ユーザが調整量を任意に設定又は変更するための表示等のユーザインターフェイスを提供することもできる。
（受光画像撮像条件の最適化）
【００８１】
実際に光学式変位計で計測対象として考えられるワークのパターンとしては、図１１に示すような表面が平坦で表面状態も均一なワークＷＫ１、又は図１２に示すように表面は平坦であるが、部位によって表面状態、特に反射率が異なるワークＷＫ２、あるいは図１３に示すように、立体形状であり、部位によって反射状態が異なるワークＷＫ３等が考えられる。図１１のようなワークＷＫ１では、反射光量の分布がほぼ一定であるため、ピークレベルのばらつきも少なく、一枚の受光画像で全体の反射量を把握できる。一方、図１２のようなワークＷＫ２では、部位によって反射光量が異なるため、操作量の調整が必要となり、あるいは撮像条件を変更した複数の受光画像を撮像して、これらを合成するマルチ露光が必要となる。さらに図１３のようなワークＷＫ３でも同様の処理が必要となる。この場合において、ワークのどのようなプロファイル情報を利用したいかに応じて、撮像すべきポイントも異なる。例えば、極力、多くの部位を計測したい場合は、上述のように全体の受光量分布を把握できるよう、露光時間の調整やマルチ露光が必要となる。一方で、ワークＷＫ３において、極端に反射光量が少ない隅部の測定精度が無視できる場合は、ワークの頂点部分に受光量制御が働けばよい。あるいは幅などの測定用途等、頂点部分の精度よりも隅部の精度が求められる場合は、隅部に受光量制御が働けばよい。このように、用途や目的に応じた受光量制御を行うことで、極端に反射光量が少ない部位は計測しなくても良い用途であれば、ワークの表面部分のみを撮像できれば足りる。あるいは、極端に反射光量が多い部分は計測しなくても良い用途であれば、逆にワークの表面部分を撮像対象あるいは処理対象、制御対象から省いて、隅部のみを撮像すれば足りる。このように、用途や目的に応じた撮像を適切に行うことで、効率よく、また精度よくプロファイル情報を取得できる。本実施の形態は、このような用途別の撮像に好適な機能を備えている。以下、具体的に各機能について説明する。
【００８２】
受光画像やプロファイル形状が適切に得られるように調整すべき操作量としては、発光素子の発光レベルや発光時間、２次元受光素子の露光時間、増幅器の回路増幅率の信号レベルのゲイン等が挙げられる。これらの操作量は、操作量調整手段でユーザが直接設定する他、光学式変位計側で自動的に設定することもできる。特に、受光レベル制御手段でフィードバック制御することによって、適切な値に設定できる。しかしながら、操作量の設定可能な範囲が広大であり、またワークに応じて反射光量などが大きく変化するため、受光レベル制御手段による自動制御が追従できないことがあり、フィードバック制御が働かず発散したり、あるいは制御が安定するまで時間がかかることもある。そこで、より安定した動作を得るための手法として、２次元受光素子の感度特性を調整し、飽和しないような曲線の受光特性を有する２次元受光素子を使用する。具体的には、Ｌｏｇ特性を備える２次元受光素子を使用する。これによって、受光信号の高い領域で絶対値が抑えられ、低い領域の信号との差が相対的に縮まり、２次元受光素子のライン間で受光信号に高低差があってもこれを軽減できるので、一枚の受光画像で対応可能な受光信号の範囲を広く取ることができる。すなわち、１度の撮像で済ませることができ、また複数枚の受光画像を合成するマルチ露光を行う場合においても、撮像回数を低減できる。
（モード切替手段５３）
【００８３】
モード切替手段５３は、測定対象物の変位を測定する測定モードと、操作量を設定する設定モードとを切り替える。設定モードにおいては、予め測定対象物に対して投光部３で帯光を照射し、第１の方向の各位置における増幅信号のピークの分布状態を測定し、受光レベル制御手段６１が、第１の方向における分布状態に応じて操作量を調整することができる。これにより、受光レベル制御手段６１が第１の方向における各位置でのピークの分布に基づいて、適切な操作量に調整できるので、２次元受光素子１５で得られるピークレベルの第１方向におけるライン間の格差を低減し、有効にピークレベルを捕捉して変位量を測定できる。このように、実際の運用に先立ち、一旦ワークをラインに流して、最適な調整を行うなど、予め設定モードで適切な操作量に調整した状態で測定モードを実行することにより、敢えてフィードバック制御を行わずとも適切な制御が実現できる。特に、実際のワークに対して変化させるべき範囲を予め設定しておくことで、フィードバック制御させた場合の発散を防止して、より安定した動作が見込まれる。
【００８４】
あるいは、用途や目的によっては、測定モードにおいても受光レベル制御手段６１でフィードバック制御を実行しながら測定対象物の変位を測定する構成も可能であり、設定モードを経ることなく測定モード中で適切な操作量に設定したり、あるいは予め設定モードで大まかな操作量を設定した後、測定モードでさらに最適な操作量に調整しながら稼働させることもできる。
（自動調整機能）
【００８５】
さらに後述するように２次元受光素子として受光特性を調整可能な素子を使用する場合は、設定モードにおいて、受光画像の輝度分布情報から２次元受光素子の受光感度を受光レベル制御手段で自動調整する機能を持たせてもよい。具体的には、実際にワークを配置あるいはラインに流し、ワークの受光画像を２次元受光素子で撮像し、輝度分布データを取り込む。この輝度分布情報に基づいて、受光レベル制御手段が２次元受光素子の受光特性を自動調整する。すなわち、実際のワークを撮像して得られた輝度分布データから、すべての輝度情報を適切に取得できるよう、受光特性を調整する。具体的には、図１４のプロファイル表示領域７１の例に示すように、ワークＷＫの各位置における反射光量を２次元受光素子でライン毎に検出する。図１４において示す矢印は、２次元受光素子のラインに相当する。この結果、各ラインの受光量のピーク値を抽出し、受光画像全体でピーク値（輝度）の頻度をカウントして、図１５に示すような受光画像の輝度分布のヒストグラムを取得する。このヒストグラムに基づき、分布の範囲を把握し、この範囲をカバーできるように、２次元受光素子の受光特性（図１６等）を調整あるいは選択する。最も適切な選択肢あるいは調整が不可能な場合は、近接した設定を行うと共に、ユーザに対して最適設定が不可能であることを警告することもできる。また必要に応じて受光特性を変化させて２枚以上の受光画像を撮像することもできる。これにより、測定モードに入る前のセッティング時において、適切な受光特性となるよう予め設定できるので、測定モードでより安定した運用を図ることができる。
【００８６】
さらに、このような自動調整は、輝度分布のすべての範囲が一枚の受光画像で捉えられる方向で２次元受光素子の受光特性を調整する方法に限られず、輝度分布の一部のみを捉えるよう受光特性を調整する方法も採用できる。特に、計測に際してすべての輝度情報が必要でない場合は、必要な部位の輝度がカバーされるように調整することで、より効率よく、また精度も確保した受光画像を取得できる。
【００８７】
さらに調整すべき対象として、２次元受光素子の受光特性の選択に限られず、上述した操作量を適宜利用できる。例えば、発光素子の発光レベルや発光時間、２次元受光素子の露光時間、増幅器の回路増幅率の信号レベルのゲイン等が挙げられる。
【００８８】
さらに、以上のようにして受光レベル制御手段等により自動調整された操作量、あるいはフィードバック制御により調整された操作量を、ユーザがさらに操作量調整手段から調整することもできる。ユーザは、必要に応じて微調整や再設定を行うことができ、計算値や理論値と異なる挙動を示す場合の調整や、自動調整が働かない場合に手動で設定し直す、あるいは当初から設定を行う場合などに利用できる。
（候補パターンの提示）
【００８９】
さらに、自動調整に際しては、一の結果（操作量）のみを演算するのでなく、用途に応じた複数の候補パターンを生成し、これを表示部上でユーザに提示して選択させるように構成してもよい。具体的には、受光レベル制御手段等により複数の候補パターンを演算し、表示部に一覧表示に表示する。図１７に、このような候補パターンＫＰの表示例を示す。候補パターンＫＰは、異なる操作量でプロファイル形状を演算した場合に得られるプロファイル形状として表示している。表示部は、プロファイル形状を表示するプロファイル表示領域７１を複数有している。これによりユーザは、所望の結果が得られている候補パターンＫＰを表示部の画面上から選択することで、容易に必要な結果を得ることができる。図１７の例では、３つの候補パターンＫＰを表示しているが、この例に限られず４つ以上あるいは２つ以下を表示することもできる。候補パターンをサムネイル状に小さく表示すれば、一画面で表示できる候補パターンの数を多くできる。また一画面で候補パターンを一覧表示する例に限られず、複数の画面を切り替えて表示すれば、候補パターンを大きく表示でき、細かな点の視認性も良くなる。
（ハイライト処理）
【００９０】
図１８にプロファイル表示領域７１の拡大図を示す。この図に示すように、プロファイル形状に対し、プロファイルハイライト手段で受光量に応じたハイライト処理を施すこともできる。この例では、プロファイル形状の各位置における受光量のレベルに応じて、異なる色を着色している。例えば、光量が適切な範囲にある部位は青色（図１８においてＢＡで示す幅狭ハッチング領域）、閾値以上で光量過多の部位は赤色（図１８においてＲＡで示す２線ハッチング領域）、光量不足の部位は灰色（図１８においてＧＡで示す幅広ハッチング領域）等、受光量のレベルに応じて異なる色に着色する。これにより、プロファイル形状の位置毎の受光量をユーザは視覚的に把握でき、測定に必要な部位にて光量が不適切な部分の少ないプロファイル形状を容易に選択できる。プロファイルハイライト手段による色分けは、受光量のレベルと色の割り当てが予め設定される。またプロファイルハイライト手段は、受光量のレベルに応じてプロファイルの描画色を変更する他、蛍光色やグレーアウト、枠線の表示、太字・細字・破線などの線種のパターン変更、ハッチングのパターンを変更するなど、他の部位と区別できる手法が適宜利用できる。
（光量グラフ）
【００９１】
さらに、図１９に示すように、候補パターンＫＰとしてプロファイル形状に加えて、プロファイル形状の位置毎の光量を示す光量グラフを表示することもできる。光量グラフは、図２０の拡大図に示すように、各々プロファイル表示領域７１の下に設けられた光量グラフ表示領域７３に表示される。これにより、プロファイル形状と光量レベルが同時に表示され、特に上下に配置することで、プロファイル形状の対応する位置における光量を視認でき、選択の際のより客観的な指標として利用できる。
【００９２】
また、候補パターンとして光量グラフのみを表示させたり、受光画像を表示することもできる。また画像全体でなく、一部のみを表示させることもできる。特に、測定に必要な領域が限られている場合は、該領域のみを表示あるいは拡大表示することで、より対比、確認が容易で、視認性を一層高めることができる。
（複数ラインでのフィードバック制御）
【００９３】
２次元受光素子を用いた光学式変位計では、リニアイメージセンサを２次元状に配列しているため、リニアイメージセンサでの受光量のフィードバック制御に加えて、複数列のリニアイメージセンサ同士の間、すなわちライン間での受光量の分布を考慮したフィードバック制御も必要となる。具体的には、２次元受光素子１５の場合は、図２１（ａ）のようなリニアイメージセンサＬＩが画素のライン数分だけ並列に配置されたような構造となるため、図２１（ｂ）に示すように一の受光信号のピークなども画素列数分存在する。１次元ＣＣＤやＣＭＯＳなどのリニアイメージセンサの場合は、受光信号のピークなどに基づいてレーザ光のパワーなど決定するのみで足りていたのに対し、２次元受光素子１５の場合は、ピークレベルが複数列存在するので、これらライン間のピーク高低差も考慮した制御を行う必要がある。特に表面状態の大きく異なる部位が混在しているワークの場合、列毎にピークレベルが大きく異なるため、安定制御や高精度な変位算出に悪影響が生じる。このため本実施の形態では、受光レベル制御手段６１で受光量をフィードバック制御する手法として、以下の方法を採用している。
（１）計測したピークレベルのうち大きさの上位ａ％目を抽出し、制御対象とする方法
（２）計測したピークレベルのうち大きさの上位ｂ％〜ｃ％目までの平均を算出し、制御対象とする方法
（３）受光特性（受光量−出力電圧関係）が非線形の２次元受光素子を用いることにより、ピークレベルの列間格差を軽減した上で上記（１）又は（２）の制御を行う方法
【００９４】
（１）の方法では、ピークレベルが大きい箇所に注目することで、受光信号が飽和し難い制御が可能になる。ａ％は、任意の値に設定でき、好ましくは５０％に設定できる。一例として、５％〜１５％、例えば上位１０％目に設定することで、突発的、局所的に反射光量が大きい列を除外し、より安定的な制御を行うことができる。
【００９５】
（２）の方法では、ピークレベルの大きい箇所のみならず、小さい箇所にも注目することで、反射光量の小さいワークを検出しつつ、反射光量の大きいワーク部分も光量過多にならないような制御を実現できる。ｂ％〜ｃ％目は、５％〜９５％、好ましくは１０％〜９０％とする。特に上位１０％〜９０％とすることで、突発的、局所的にピークレベルが大きい、もしくは小さい異常点を除外することができる。
【００９６】
（３）の方法では、非線形の受光特性、具体的には高出力の領域で飽和し難くなるような特性を有する２次元受光素子を用いる。通常のＣＣＤやＣＭＯＳなどの受光特性は直線状であり、受光光量が強すぎると出力信号は飽和するが、高出力の領域で非線形とすることで広いダイナミックレンジを確保できる。特に、受光光量の強い領域での出力信号の大きさが抑えられる結果、相対的に低い領域の信号との差が縮まり、列間におけるピークの高低差を軽減し、上記（１）、（２）の処理をより効果的に行うことができる。好ましくは、Ｌｏｇ特性等と呼ばれる、２次元受光素子の受光特性（感度曲線）が、対数のグラフのような曲線若しくはこれに近い折れ線を有する２次元受光素子を使用する。Ｌｏｇ特性を強くする程、受光信号の高い領域を低く抑えることができる。
（Ｌｏｇ特性）
【００９７】
Ｌｏｇ特性とは、図１６に示すように、入出力特性が非線形なカーブを示す特性である。ここでは、受光量が高い領域で、感度が低下するようなカーブを有するものとする。これにより、受光量が飽和する虞を低減し、広いレンジで受光量を再現できるようになる。このことは、受光レベルに高低差のあるワークでも、適切に一枚の受光画像で撮像できることに繋がる。またマルチ露光を行う際の合成前画像の枚数を低減できる。これにより、撮像に要する処理時間を短くし、また処理量を低減して高速且つ低負荷の処理が実現される。
【００９８】
Ｌｏｇ特性を強くする程、受光光量の高い領域での、出力信号の大きさを抑えることができる。例えば光量ピークの分布の下端が相対値で５００を下回る場合にはＬｏｇ特性を強くする。
【００９９】
また、受光特性として、受光量が低い領域でピークを増すような特性を付加してもよい。さらに、任意の受光特性カーブを作成可能なマルチスロープ特性を備える２次元受光素子や、受光特性曲線を任意に調整可能な２次元受光素子を利用することもできる。複数の特性カーブの切り替えや受光特性曲線の調整は、受光素子制御部５２にて行う。また、これらの受光特性は曲線状のもののみならず、直線状、折れ線状のものを利用することも可能であることは言うまでもない。これにより、測定対象物に応じた感度に２次元受光素子の受光特性を選択あるいは調整し、適切な測定が実現できる。なお測定モードにおいてフィードバック制御を行う例に限られず、設定モードにおいてもＬｏｇ特性等の非線形な受光特性を備える２次元受光素子を使用することは有効である。
【０１００】
受光特性の調整は、フィードバック制御と関連させて行うこともできる。例えば、計測したプロファイル形状の波形ピークの分布を示す光量グラフを作成した際、光量グラフ中の明るい側の１０％、及び暗い側の１０％を測定対象から排除し、これらを除いた残りの８０％が、所定の光量範囲に入るように、受光特性を調整する。このように、すべての受光レベルをカバーせずとも、中心的な値を網羅できるように調整すれば、より正確で信頼性の高い制御結果が期待できる。なお、この例では光量は相対値で表示され、例えばレベル５００〜９００に入るように受光特性が決定される。
（ワーク判定手段６３）
【０１０１】
さらに２次元受光素子１５で受光する受光量のフィードバック制御を行う際の問題点として、受光ピークが確認されない列の処置が挙げられる。受光ピークが確認されない場合の原因として、（ａ）レーザの発光量が足りない、（ｂ）列に対応した位置に実際にワークがない、の２つの理由が挙げられる。しかしながら、従来はフィードバック制御系でいずれの原因が該当するかを区別することは不可能であった。
【０１０２】
原因が（ａ）であれば、レーザの光量を大きくする方向で制御をかけることで対応できる。しかしながら、実際の原因が（ｂ）であった場合は、レーザ光量をどれほど大きくしても受光ピークを確認できない。それどころか、レーザ光量を上げる結果、受光ピークを確認できていた他の列の受光信号まで飽和してしまい、精度悪化を招くこともありえる。
【０１０３】
このような問題に対して、本実施の形態では、適切なフィードバック制御が行えるように、ワーク判定手段６３が受光ピーク数に基づいてワークの状態を判別する。具体的には、図２２のフローチャートに示すように、まず前準備としてステップＳ２２１で発光素子を最大発光量で発光させ、計測できた受光ピーク数をカウントし、メモリ部９０の受光ピーク記憶手段９１に記憶しておく（ステップＳ２２２）。この状態で受光ピークを検出する際に受光ピーク数をカウントし（ステップＳ２２３）、検出された受光ピーク数を、受光ピーク記憶手段９１に保存されている受光ピーク数と比較する（ステップＳ２２４）。比較の結果、検出受光ピーク数と保存受光ピーク数との差が既定値以下であれば、ワークに変化無しとして受光量フィードバック制御、すなわち上記（１）〜（３）のいずれかの制御を行うと共に、ステップＳ２２３に戻って制御を繰り返す。一方、検出受光ピーク数と保存受光ピーク数との差が既定値よりも大きい場合、ワークの状態に大きな変化が生じていると判断し、再びステップＳ２２１に戻り、最大光量での受光ピーク数をカウントし直した上で、比較を行う。このようにワーク判定手段６３で、ワークの状態変化を受光ピーク数に基づいて確認するというピーク数記憶受光量制御を行うことで、受光量の変化がワークの状態変化によるものか、単に反射光量が不足しているかを判別できるので、受光レベル制御手段６１において正確なフィードバック制御を実現できる。
（制御領域指定手段８５）
【０１０４】
さらに別の方法として、受光量制御を行う範囲として制御領域を指定可能とすることも、制御の安定に好適である。例えば、光学式変位計においてはマスク機能など、計測対象とする計測領域を計測領域指定手段８２で指定する機能を備えたものが存在する。しかしながら、これはあくまでも変位測定など、計測領域の設定を主眼としているため、制御すべき操作量の安定化とは異なる観点から選定される。その結果、計測領域内にワークの存在しない部位が含まれていたり、反射光量の極端に小さい、もしくは大きい部位等が混在することがある。このような部位は、受光量ピークレベルが他の部位と大きく異なるため、このようなデータを含めたままフィードバック制御を行ったのでは正確な操作量に調整することができなくなる虞がある。
【０１０５】
そこで、本実施の形態ではこのような計測領域とは別個に、制御対象の範囲として制御領域を制御領域指定手段８５で指定可能とし、これにより制御に適した領域範囲を独自に設定可能とした。この様子を図２３に基づいて説明する。この例では、図２３（ｂ）に示すようなワークＷＫ４に対してレーザ光の複数の特性カーブの切り替えや受光特性曲線の調整は、受光素子制御部５２にて行う。を照射する例を考える。図２３（ａ）は、図２３（ｂ）に示すワークＷＫ４を上面から撮像した受光画像を表示部７０上に表示させた状態を示している。この画面上で、計測領域指定手段８２にて矩形状で示す計測領域ＫＲを指定している。計測領域ＫＲ内には、丸で囲んだ領域にはワークが存在せず、したがってこの部分の反射光量は他の部位に比べて極めて低く、変動の要因となる。そこで、計測領域と別に制御領域ＳＲを指定する。図２３（ｃ）は、図２３（ａ）で示す計測領域ＫＲに重ねて、このような制御領域ＳＲを制御領域指定手段８５から指定した例を示している。この図に示すように、制御領域ＳＲは帯状に指定されており、特にワークの存在しない部位を排除して指定しているため、受光量ピークレベルが低い部位、或いはばらつく部位を排除して、全体のレベルを一定化でき、より高精度で安定した受光量フィードバック制御が実現できる。図２３（ｃ）の例では制御領域ＳＲを帯状に指定したが、これに限られず、矩形状、多角形状、円形状、楕円状や任意の領域等に設定することも可能であることは言うまでもない。
【０１０６】
なお、制御領域ＳＲを指定する制御領域指定手段８５は、計測領域を指定する計測領域指定手段８２と同じ部材を使用することもできる。すなわち、一の指定手段で、制御領域と計測領域を各々指定するよう部材を共通化できる。
（安定度出力手段５８）
【０１０７】
さらに一方、受光ピーク波形の安定性に関する指標である安定度を出力する安定度出力手段５８を備えることもできる。受光信号に基づきフィードバック制御を行う際には、高速でワーク形状で搬送する場合、反射率が異なる場合や、受光量が安定するまでの過渡的な期間に受光信号が飽和、もしくは不足した状態で撮像されることもある。このような場合、変位等計測値の精度は、受光量制御が安定した場合に比べて低下したり、真値と大きく異なる異常値を示すといった問題がある。図２４は正常な受光信号の波形を示しており、これに対して図２５は異常な受光信号の波形を示している。具体的には、図２５（ａ）はブロードな波形、図２５（ｂ）はノイズなどの外乱が加わりギザギザした波形、図２５（ｃ）はＣＣＤの端で切れている波形をそれぞれ示している。信号波形が異常を示す状態で、このような信号波形を処理して計測演算を行うと、誤差要因となる。
【０１０８】
これに対して本実施の形態では、フィードバック制御が安定したかどうかを示す指標として、安定度を安定度出力手段５８で出力でき、算出された計測値の信頼度や、この状態で計測値を算出するかどうかの指標として利用できる。本実施の形態では、（１）飽和した受光量ピークの数、及び／又は光量不足の受光量ピークのライン数、（２）受光信号が異常な形状を示すピークのライン数に基づいて、制御の安定／不安定を判別する。安定度は、異常な受光ピークのライン数等、予め設定されたアラーム条件を満たすと、アラーム出力を出力する。また、異常なピークのライン数や種別などの情報を、安定度情報として直接出力することもできる。
【０１０９】
さらに安定度出力手段５８が出力する安定度に基づいて、段階的な警告を発する警告手段５９を備えてもよい。図４に示したブロック図の例では、安定度出力手段５８が、アラームレベルを段階的に設定可能な警告手段５９を含んでいる。例えば「１列でも飽和又は光量不足があれば、アラーム出力とする」段階や、「飽和又は光量不足が幾つあっても計測値を算出する」段階等、用途や目的などに応じて任意に設定できる。このような安定度出力手段５８を用いた受光量制御安定検出機能により、ユーザの求める精度と計測安定性に即した変位計測が可能になる。
（計測光選択手段８３６）
【０１１０】
また図１０１や図１０２に示すようなワークＷＫ１３、ＷＫ１４に対してプロファイルを計測しようとすると、計測ライン上に複数の受光信号波形が生じる場合がある。このような場合に、いずれの受光信号波形を計測光として計測対象とするかを選択するための計測光選択手段８３６を、光学式変位計に設けることもできる。具体的には、計測ライン上に複数の波形が存在する場合に、波形の順番を認識して、一番Ｎｅａｒ側を計測する、あるいはＮｅａｒ側からｎ番目、Ｆａｒ側からｍ番目といった方法で、波形の順番を認識して何番目の波形を計測対象として処理するか選択できる。このように、適切な計測光を計測光選択手段８３６で選択することで、反射光が多く発生する場合でも不要な反射光を排除して、本来の計測光を計測対象とできる。
（受光マスク機能）
【０１１１】
上記の方法は、反射が安定していて、どの位置でも波形数が安定している場合には好適に利用できる。しかしながら、波形数が不安定な場合もあり、この場合は上記の方法では計測光を定める、あるいは他の波形を排除する方法として不十分である。このような場合には、マスク領域指定手段８６で受光マスク領域ＪＭを指定することで対処できる。具体的には、図２６に示すように、受光画像を表示した表示部の画面上で、計測処理の対象外とする受光マスク領域ＪＭを設定する。図２６の例では、２本の反射光が確認されているので、この内、測定に不要な反射光成分を含むように、受光マスク領域ＪＭを設定する。受光マスク領域ＪＭは、長方形や台形、三角形、あるいは直線や円弧などにより指定可能である。図２６の例では、長方形と２つの台形を組み合わせてＭ字状に受光マスク領域ＪＭを指定している。この結果、図２７に示すように、波線で示す反射光成分が適切に排除され、実線で示す反射光成分を残して、この情報に基づいて計測処理部５４が計測を行う。
（マスク移動手段６１７）
【０１１２】
受光マスク領域ＪＭは、図２８に示すように計測光に合わせてぎりぎりに設定すると、正確な測定が見込まれる。しかしながら、ワークによっては、マスク機能を使用した場合でもワーク位置が安定しない場合もあり得る。例えばライン上を搬送されるワークをＣＣＤカメラで撮像するような用途では、ワークの位置が撮像毎に変化し、波形の出現位置も一定しない。このような場合に、図２８のように受光マスク領域ＪＭを計測光に合わせてぎりぎりに設定すると、図２９に示すようにワークが位置ずれした結果、本来の計測対象である計測光の一部がマスクされ、測定ができなくなることがある。これに対して、図３０に示すようにワークの位置ずれを見越して余裕をもって受光マスク領域ＪＭを設定すると、図３１に示すように計測光をマスクしてしまう事態は回避できるが、逆にこれらの図で波線枠ＵＭで示すように、反射光の一部を除外できなくなる。このように、ワークの位置ずれが生じる用途においては、受光マスク領域ＪＭの設定が適切に行えないという不都合が生じ得る。
【０１１３】
そこで、予め受光画像に対して画像サーチを行い、サーチ結果に応じて適切な位置に受光マスク領域ＪＭを移動させるためのマスク移動手段６１７を用意する。以下、設定モードにおいてマスク移動手段６１７の設定手順と、計測モードにおいて実際にマスク移動手段６１７が受光マスク領域ＪＭを移動させる手順を、図３２、図３５のフローチャート、及び図３３〜図３４、図３６〜図３７のイメージ図に基づいて説明する。まず、設定時の手順を図３２のフローチャートに基づいて説明すると、ステップＳ３２１で基準となる受光画像を取得し、この画像中から、サーチの際の基準となる登録画像ＴＧを登録する。ここでは図３３に示すように、受光画像中の安定している領域に対して、登録画像ＴＧを枠線などにより設定する。次にステップＳ３２２で、画像サーチを行う範囲を設定する。例えば、画像の全領域に対して画像サーチを行う他、ワークが移動する範囲が予め判明している範囲は、その移動範囲を画像サーチ範囲として指定する。さらにステップＳ３２３で、受光画像中からマスク領域指定手段８６により受光マスク領域ＪＭを指定する。好ましくは図３４に示すように、測定に不要な反射光をほぼカバーできるよう、ぎりぎりの範囲に指定する。
【０１１４】
以上のようにして設定モードでマスク画像及びマスク移動の設定を行った上で、計測モードにてマスク移動が行われる手順を以下、図３５のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ３５１で受光画像取得のトリガ入力を受けると、ステップＳ３５２で受光画像の取り込みが実行される。次にステップＳ３５３で、入力された受光画像中から、登録画像ＴＧがどの位置に存在するかを調べるため、画像サーチ手段６１６が画像サーチを行う。画像サーチ手段６１６が実行する画像サーチとしては、パターンマッチングなど、既存の画像処理の手法が適宜利用できる。画像サーチを行った結果、図３６に示すように、受光画像中における登録画像ＴＧの位置が特定される。そしてステップＳ３５４で、サーチ結果に基づいて、受光マスク領域ＪＭを移動させる。具体的には、図３６に示すようにサーチされた登録画像ＴＧの座標位置に応じて、図３７に示すように受光マスク領域ＪＭを追従させるように貼り付ける。そしてステップＳ３５５で、マスク処理を行い、受光画像データからプロファイル演算手段がプロファイル形状を作成し、ステップＳ３５６でプロファイル形状に対して、計測処理部５４が計測処理を実行する。この手順を、入力された受光画像毎に繰り返す。
【０１１５】
このように、入力された受光画像に対して各々画像サーチを行い、サーチ結果に応じて、受光マスク領域ＪＭを移動させることで、受光マスク領域ＪＭを計測光或いは反射光にぎりぎりに設定しても、ワーク位置の変動に追従でき、不要な反射光などの外乱を確実にカットでき、精度の高い演算が行える。
（センサヘッド部較正機能）
【０１１６】
また一方、光学式変位計は、センサヘッド部の設営に際して、センサヘッド部の投光部が発する照射光とワークとの位置関係を較正するためのセンサヘッド部較正機能を備えている。照射光である帯光とワークとの角度が正確に調整されていないと、正確な変位測定結果を得ることができない。例えば図９８に示すように、凸状を有するワークＷＫ５が水平に載置され、帯光ＯＫが垂直に入射する状態で、図９８で実線矢印で示すワークＷＫ５の凸状の高さＨを測定する例を考えると、図９９に示すように帯光ＯＫの入射面に対してワークＷＫ５が傾斜していると、波線矢印で示す高さＨ’が測定されることとなって、測定誤差が生じる。同様に、帯光ＯＫの幅方向と直交する方向にワークが傾いても、測定誤差が生じる。例えば図１００に示すように帯光ＯＫがワークＷＫ１２の入射面に対して傾いた場合、波線で示す帯光ＯＫ’が入射されて測定誤差を生じる。このような問題を解消するために、物理的にセンサヘッド部とワークとの相対位置の位置決めを行う方法と、センサヘッド部とワークとの相対位置の位置ずれを予め光学式変位計に較正値として記憶させておき、計測結果を較正値で補正した結果を演算結果として表示する方法が挙げられる。いずれの方法に対しても、センサヘッド部較正機能は有効である。以下、センサヘッド部較正機能について説明する。
（傾き補正機能）
【０１１７】
図３８に示すように、平坦なワークＷＫ６が水平面に対して傾斜している状態を考える。この状態で帯光が鉛直方向に入射されるとした場合、測定誤差が生じる。そこで、この傾斜角を検出する。まず、平坦なワークＷＫ６に対して投光部から帯光を照射して、プロファイル形状を表示部に表示させる。この状態で、プロファイル形状中で、水平部位指定手段８１２により、水平とみなす水平線上に位置する水平基準位置として２つの部位を水平部位指定手段８１２で指定する。この指定は、図３８に示すように矩形状の領域で水平基準位置指定枠ＳＫとして指定する。そして傾斜角演算手段６１１が、水平基準位置同士を結ぶ見なし水平線と、現実の水平線とがなす傾斜角を演算する。さらに、見なし水平線を水平として扱うよう、較正角を設定する。具体的には、指定された領域中に含まれるプロファイル形状を、傾斜角演算手段６１１で抽出し、さらに領域内に含まれるプロファイルの中心位置と平均高さを算出する。そして２箇所の領域で得られた平均高さが水平となるように、較正角に基づき、計測に際して角度補正を行う。このように、センサヘッド部とワークとの物理的な位置調整を行うことなく、傾斜角を較正量として保持し、光学式変位計の内部処理で演算結果を補正することにより、面倒な位置調整をソフトウェア的に処理でき、設置時の調整作業を大幅に省力化できる。
【０１１８】
また、水平基準位置を点で指定するのでなく、領域として指定できるので、指定作業を容易にできる。また、指定された領域内からプロファイルの傾斜角を傾斜角演算手段６１１で自動的に演算できるので、より精度良く且つ確実に水平位置を較正できる利点も得られる。
【０１１９】
なお、マウスなどのポインティングデバイスを使用して水平基準位置を点で指定する構成としても良い。この場合は、エッジ検出処理などを用いて、自動的にプロファイル形状の線状が選択されるようなスナップ機能を備えることで、選択を容易にできる。
【０１２０】
また、較正角に基づく補正を行う他、傾斜角の演算のみを傾斜角演算手段６１１で行うようにしてもよい。演算結果に基づき、物理的にセンサヘッド部とワークとの角度調整を行うこともできる。例えば演算された傾斜角を表示部に表示させる、あるいは外部に出力することで、本来水平面に設定すべきワークの傾斜角度が判明するので、この角度を０にするよう、ワークやセンサヘッド部の位置を調整する。また調整結果に対して同様の作業を繰り返すことで、再調整を可能とし、最終的に見なし水平線と現実の水平線を一致させることができる。
【０１２１】
また傾斜角演算手段６１１が、演算された傾斜角に基づいて光学式変位計の傾斜を自動的に補正する機能を持たせても良い。例えば、投光部を備えるセンサヘッド部の角度調整機構を備え、角度調整機構を傾斜角演算手段６１１の演算結果に応じて制御し、センサヘッド部がワークに対して水平位置となるよう自動調整する。これにより、面倒な設置時の水平位置較正を自動化できる。
【０１２２】
なお、ここでいう水平線は説明のための一例であって、実際の用途に応じて、水平線に代わって垂直線や任意の角度の線あるいは平面に一致させるよう調整できることは言うまでもない。また、水平基準位置は３以上指定することもできる。
（傾斜角調整手段８１６）
【０１２３】
さらに、演算された傾斜角を調整する傾斜角調整手段８１６を設けても良い。これにより、傾斜角をユーザが手動で微調整することができ、現実の設置状態や計測目的に適応させた柔軟な調整が可能となる。
（高低差補正機能）
【０１２４】
以上は、センサヘッド部較正機能の内、傾斜角を調整する傾き補正機能について説明した。これに加えて、高低差を較正する高低差補正機能、すなわち図１００に示したように、投光の帯光の幅方向と直交する方向に傾斜している場合の較正も行うことができる。以下、図３９に基づいて高低差補正機能について説明する。ここでは、高低差が既知の凸状を有するワークＷＫ７を配置して計測を行う。図３９に示すように、プロファイル形状を取得し、表示部に表示させた状態で、段差を構成する第１の面である上面と第２の面である下面を各々、高低差基準位置として、高低差指定手段８１４で指定する。高低差指定手段８１４による高低差基準位置の指定は、上記水平部位指定手段８１２と同様、矩形状の領域で高低差基準位置指定枠ＫＫとして指定することで安定して指定できる。これにより、高低差演算手段６１２が、領域内の平均高さを各々算出し、さらにこれら２つの領域の平均高さの高低差を算出する。このようにして得られた高低差に対し、既知の凸状の高低差（実寸）を入力することで、これらの差から、帯光の幅方向と直交する方向への傾斜が演算できる。よって、高低差が実寸と一致するように較正量を設定することで、以降の演算において高低差を較正した演算結果を得ることができる。また、上述の通りプロファイルの高低差が実寸値と一致するように、物理的な調整を行う際の指標として利用することもできる。
【０１２５】
なお、水平部位指定手段８１２や高低差指定手段８１４による水平基準位置、高低差基準位置等の基準位置の指定は、矩形状による指定に限られず、円や楕円、任意の領域などとすることもできる。また、指定された領域内からエッジ面を検出する他、直接点若しくは線でこれら基準位置を指定してもよい。
（実施の形態３）
【０１２６】
上記の光学式変位計は、１台のコントローラ部に１台のセンサヘッド部を接続する例を説明した。一方、１台のコントローラ部に２台以上のセンサヘッド部を接続するヘッド接続部を設けることもできる。図４０に実施の形態３として、２台のセンサヘッド部を接続可能なヘッド接続部４を備えるコントローラ部の例を示す。この光学式変位計では、２台のセンサヘッド部を使った処理が可能である。すなわち、２台のセンサヘッド部で同一のワークの異なる部位を計測したり、同一のワークを異なるタイミングで計測したり、あるいは異なるワークを計測することもでき、これらの演算結果を組み合わせることで高度な計測が可能となる。図４１（ａ）に、２台のセンサヘッド部を横並びに配置して、測定可能な領域を実質的に拡張して使用する例を示す。理想的には、各センサヘッド部をワークＷＫ８に対して同じ姿勢で設置することで、図４１（ｂ）に示すように各センサヘッド部で得られたプロファイル形状を、図４１（ｃ）に示すように合成することができる。しかしながら現実には、同一のワークＷＫ８に対して２台のセンサヘッド部の位置を誤差なく設置することは困難である。この結果、図４２（ａ）に示すようにセンサヘッド部の傾きなどによって、図４２（ｂ）等に示すように得られたプロファイルにも誤差が生じ、そのまま連結することはできない。そこで、光学式変位計は複数台のセンサヘッド部を連結するためのセンサヘッド部結合機能を備える。
（センサヘッド部結合機能）
【０１２７】
２台のセンサヘッド部で各々得られたプロファイル形状を重ねるために、図４１（ａ）に示すように、帯光ＯＫの照射光が一部重なるように配置されることがあるが、実際に得られた２個のプロファイル形状を結合する際には、どれだけ重ねれば良いか、その判断は容易でない。特に、センサヘッド部の設置に際して傾斜や位置ずれがあるため、これらを解消するには、高さ方向と幅方向にプロファイルを移動させた上で、結合のための処理を行う必要がある。
（補正プロファイル作成機能）
【０１２８】
このため、上述した傾き補正手段６１３を用いて、各プロファイル形状の段差部を利用して、ワークに対する各センサヘッド部の傾きを補正する補正プロファイル作成機能を備える。ここでは、傾き補正機能及び高低差補正機能を利用する。この手順を、図４３の模式図に基づいて説明する。まず図４３（ａ）に示すように、凸状などの段差を有するワークＷＫ９を用意し、２台のセンサヘッド部の帯光ＯＫの照射領域がいずれも段差を含むように配置する。そして図４の傾き補正手段６１３で、図４３（ｂ）に示すように各センサヘッド部の傾き補正及び／又は高低差補正を行い、補正プロファイルを作成する。さらに図４３（ｃ）に示すように、各センサヘッド部の補正プロファイルに対して、同じ部位、すなわち段差部分に相当する共通プロファイル形状を共通プロファイル指定手段８２０で指定する。ここでは、ユーザが共通プロファイル指定手段８２０により、手動で段差部を指定する構成としている。ただ、共通プロファイル指定手段８２０が各補正プロファイルを比較して、共通プロファイル形状を自動的に抽出するよう構成してもよい。そして、共通プロファイル指定手段８２０で指定された共通プロファイル形状が一致するように、プロファイルマッチング手段６１４がプロファイルサーチ（後述）を行い、２個のプロファイル形状の高さや間隔等を自動的に調整した上で、これらを合成する。なお、プロファイルマッチング手段６１４による共通プロファイル形状の高さや間隔等を自動演算結果に対して、ユーザが手動で微調整できる機能を設けてもよい。図４の例では、プロファイル形状のオフセット量を設定可能なプロファイル移動手段８２４、傾斜角を調整可能な傾き調整手段８２６を設けている。また、高低差演算手段で演算された高低差を手動で調整するための高低差調整手段８１４を利用することもできる。このようにして、図４３（ｄ）に示すように、複数のセンサヘッド部で測定されたプロファイルを連結するよう合成できる。
（直接マッチング機能）
【０１２９】
さらに、センサヘッド部毎に傾き補正や高低差補正を行うことなく、図４４に示すように、補正前の各プロファイル形状に対して、共通プロファイル指定手段８２０で共通プロファイル形状の指定を行い、直接マッチングを行う直接マッチング機能を備えることもできる。この手順を、図４４の模式図及び図４５のフローチャートに基づいて説明する。まず、必要に応じてステップＳ４５１でセンサヘッド部の個々の傾斜を補正する。プロファイルの結合のみを行うのであれば、この高低を省略することもできる。次にステップＳ４５２で、２つのセンサヘッド部からの照射光の重複部分にワークＷＫ９の凸状部分が位置するよう、ワークＷＫ９を配置する。そしてステップＳ４５３で、各センサヘッド部でプロファイル形状を取り込む。次にステップＳ４５４で、各センサヘッド部のプロファイル形状に対し、共通プロファイル形状の範囲を共通プロファイル指定手段８２０で各々指定する。なお、各センサヘッド部で得られる共通プロファイル形状が同一の場合は、一方のセンサヘッド部でのみ共通プロファイル形状を指定すれば足りる。またこの際も、ユーザが共通プロファイル指定手段８２０を操作して手動で共通プロファイル形状を指定する他、共通プロファイル指定手段８２０で自動的に共通プロファイル形状を抽出することもできる。この方法であれば、ユーザによる領域指定を省いて極めて簡単に複数プロファイルのマッチングを実現できる。次にステップＳ４５５で、両方のセンサヘッド部で共通プロファイル形状が一致するように、プロファイルマッチング手段６１４でプロファイルサーチを行う。最後にステップＳ４５６で、プロファイルサーチの結果に基づき、プロファイル形状の結合条件をプロファイルマッチング手段６１４で演算し、合成を行う。
【０１３０】
なお、上記の例では２つのセンサヘッド部を利用した２つのプロファイル形状の合成について説明したが、３以上のプロファイル形状の合成についても同様に行えることは言うまでもない。すなわち、例えば３台のセンサヘッド部Ａ、Ｂ、Ｃを接続した光学式変位計においては、まずセンサヘッド部Ａ、Ｂのプロファイル形状の合成を行った後、合成後のプロファイル形状Ａ＋Ｂとプロファイル形状Ｃとの合成を行えばよい。
（プロファイル反転機能）
【０１３１】
以上は、センサヘッド部を横並びに配置した例について説明した。複数のセンサヘッド部をレイアウトする例としては、他にもセンサヘッド部同士を対向させて配置することも考えられる。複数のセンサヘッド部を隣接して配置する際には、物理的にセンサヘッド部が干渉しないように配置するスペースが確保できるかどうかが問題となる。言い換えると、配置スペースの関係からセンサヘッド部を同じ姿勢で配置することができず、上下左右に反転した姿勢で配置しなければならない事態も起こり得る。例えば、図４６に示すようにセンサヘッド部を鏡面状に配置する結果、得られたプロファイル形状が左右反転した状態となり、そのままでは形状の比較などに不都合となる。このため、プロファイル形状を反転させる機能を備えており、具体的には反転手段８２２がプロファイル形状を、必要に応じて上下又は左右に反転させて表示部に表示可能としている。これにより、センサヘッド部の配置状態の制約によらず、各センサヘッド部で取得されたプロファイル形状の対比を、適切に行うことが可能となる。
（左右反転）
【０１３２】
反転手段８２２により、プロファイルの差分を取得する例を、図４７に基づいて説明する。まず、図４８に示すように一のワークＷＫ１０に対して、異なる部位のプロファイル形状を取得するよう、２台のセンサヘッド部を配置する。各センサヘッド部で得られたプロファイル形状に対して、各々傾き補正及び／又は高低差補正を実行し、図４７（ａ）に示すように補正プロファイルを作成する。次に、共通プロファイル指定手段８２０を用いて、各センサヘッド部の補正プロファイルに対して、共通の部位を指定する。具体的には、図４７（ｂ）で波線で示す枠状の共通プロファイル指定枠ＫＷに共通プロファイル形状を含める。そして、設定された枠内の共通プロファイル形状がマッチングするように、プロファイルマッチング手段６１４が２個のプロファイルの高さと位置を自動演算する。この結果、図４７（ｃ）に示すように２個のプロファイル形状が重ね合わせて表示部に表示される。ここでは、異なる部位を観察しているため、完全一致でなく部分一致のパターンマッチングを行う。また、図４７（ｄ）に示すようにプロファイルの差分を差分プロファイルとして表示することもできる。またこの方法に限られず、上述の通り自動演算されたプロファイル形状の高さや位置をユーザが微調整する機能を設けたり、あるいはセンサヘッド部毎に傾き補正や高低差補正を行うことなく、補正前のプロファイル形状に対して共通プロファイル形状を指定し、直接マッチングを行うこともできる。
（上下反転）
【０１３３】
さらに、図４９に示すように２台のセンサヘッド部で同一のワークＷＫ１１を挟み込んで計測することもできる。この際、ワークＷＫ１１上の計測箇所が離れて存在する場合には、センサヘッド部を同じ向きに設置することもできる。しかしながら、計測箇所が近い場合は、図５０に示すように、センサヘッド部の投光側が対向するように設置する必要がある。この場合には、２台のセンサヘッド部でプロファイルの左右が反転されてしまうので、形状の比較に不都合となる。そこで、反転手段８２２により左右反転や上下反転を組み合わせることで、調整できる。この例を図５１に基づいて説明する。ここでは、図４９に示すようにワークＷＫ１１の上下を２台のセンサヘッド部で挟み込んで、凸状部分の厚さｄを計測する。図５１（ａ）に示すように、各センサヘッド部で計測されたプロファイル形状の傾き補正及び／又は高低差補正を行い、補正プロファイルを作成する。次に図５１（ｂ）に示すように、補正プロファイルの一方（図５１（ａ）において右側）を反転手段８２２で上下反転し、さらに図５１（ｃ）に示すように左右反転する。この状態で、各補正プロファイルに対して位置合わせを行う部位を共通プロファイル指定手段８２０で指定する。図５１（ｃ）の例では、凸状の立ち上がり部分を含めるよう波線で示す枠状の共通プロファイル指定枠ＫＷで囲む。そして共通プロファイル指定枠ＫＷ内のプロファイルが一致するように、プロファイルマッチング手段６１４が２個のプロファイル形状の高さと位置を自動演算し、これらを合成する。ここでは、プロファイルを連結するのでなく、図５１（ｄ）に示すように、ワークＷＫ１１の凸状の厚さｄが計測できるように、上下にプロファイルを配置している。
【０１３４】
なお、プロファイル形状の上下反転／左右反転は反転手段８２２により個別に行われるが、計測用途に応じて自動的に反転処理が選択、実行されるよう構成することもできる。具体的には、ワークの変位を測定する測定モードとして、２台以上のセンサヘッド部の配置レイアウトを、横配置、縦配置、挟み込み配置のいずれかから選択する配置モード選択手段８２８を設け、配置モード選択手段８２８で選択された配置モードに応じて、反転手段８２２の反転方向を自動的に選択するよう構成する。これにより、２台以上のセンサヘッド部の配置レイアウトに応じたプロファイル波形の反転が自動的に行われ、設定の手間を省くと共に設定ミスを回避できる。一例として、センサヘッド部Ａ、Ｂの２つで得られたプロファイル形状を反転手段８２２で反転させる手順を、図５２のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ５２１で、センサヘッド部Ａを上下反転させるかどうかを判定する。反転させない場合は、そのままステップＳ５２３に進み、反転させる場合は、ステップＳ５２２に進み、センサヘッド部Ａで得られたプロファイル形状を反転手段８２２で上下に反転させた上で、ステップＳ５２３に進む。次にステップＳ５２３では、センサヘッド部Ａのプロファイル形状を左右反転させるかどうかを判定し、反転させない場合はステップＳ５２５に進み、反転させる場合はステップＳ５２４に進み、センサヘッド部Ａのプロファイル形状を左右反転させた上でステップＳ５２５に進む。以下同様にしてセンサヘッド部Ｂについても、先ずステップＳ５２５で上下反転の有無を判定し、反転させる場合はステップＳ５２６を介して上下反転させた後、ステップＳ５２７に進む。さらにステップＳ５２７では左右反転の有無を判定し、反転させる場合はステップＳ５２８を介して左右反転させた後、ステップＳ５２９に進み、後処理を行う。このように、各センサヘッド部毎に上下、左右の反転の有無を判定し、必要な反転を行わせることにより、対比させやすい姿勢でプロファイル形状を表示部に表示、あるいは計測処理部５４で演算することができる。
（プロファイルサーチ）
【０１３５】
受光マスク領域ＪＭの自動追従や傾き補正／高低差補正、２以上のプロファイルの合成等においては、プロファイル形状に対するプロファイルサーチが有効に機能する。上記で説明したプロファイルサーチでは、登録プロファイルを一旦設定した上で、同じ登録プロファイルに基づいてマッチングを行っている。プロファイルサーチは、登録プロファイルを構成する座標位置情報に基づいて、入力されたプロファイル形状を構成する座標位置情報に、登録プロファイルを構成する座標位置情報が含まれているかどうかを検索する。プロファイル形状は画像データと異なり、座標位置情報であるため、プロファイルサーチは、画像データのサーチに比較してデータ量や処理量が少なく、低負荷で高速なサーチが実現できる。なおプロファイルサーチは実寸法で行われる。一方、ワークによっては登録プロファイル自体が確定し難いものもある。このような場合には、登録プロファイルを毎回変更することも可能である。以下、プロファイル形状に対するプロファイルサーチの詳細な手順について説明する。
（回転／移動のプロファイルサーチ）
【０１３６】
先ず、図９８、図９９に示すようにワークＷＫ５が傾いた場合にも安定して計測できるように、プロファイル波形を登録プロファイルとしてプロファイルサーチを行う例について説明する。ここでは、表示部７０のプロファイル表示領域７１に表示されたプロファイル形状上から予めプロファイル形状を登録プロファイルとして、図４に示す登録プロファイル指定手段８３０を用いて領域で指定し（図５４（ａ）において破線枠で示す登録プロファイル指定領域ＰＳ）、入力された測定対象のプロファイル形状中から、最も合致する位置をプロファイルマッチング手段６１４がプロファイルサーチで検出し、サーチ結果に基づいて計測プロファイルを回転・移動させて形状測定を行う。この手順を、図５３のフローチャート及び図５４のイメージ図に基づいて説明する。まず、ステップＳ６１１に示すように、プロファイルサーチを開始する回転角度及び移動距離を設定する。次にステップＳ６１２で登録プロファイルのプロファイルを回転／移動させる。さらにステップＳ６１３で、プロファイルマッチング手段６１４が入力プロファイルの各点との差を演算する。次にステップＳ６１４で、各点の差を基にプロファイルのマッチング度を演算する。さらにステップＳ６１５で、マッチング度の最も高い条件（ここでは回転角度・移動量）を記憶する。上記の手順を所定のサーチ範囲（回転角度・移動量）で繰り返す。具体的にはステップＳ６１６で、入力プロファイルのすべての範囲を走査したかどうか判定し、未だの場合はステップＳ６１２に戻って上記処理を継続し、一方すべての範囲を走査し終えた場合は、ステップＳ６１７に進み、マッチング度の最も高い条件を検出位置として出力する。このようにして、図５４（ｂ）に示すように入力プロファイルから、登録プロファイルのプロファイルサーチにより、回転されたプロファイルを検出し、その座標位置を出力できる。この結果に従い、プロファイルマッチング手段６１４は必要に応じて入力プロファイルを回転、移動させて表示部７０に表示させることもできる。
（無効領域設定）
【０１３７】
一方、光切断の原理を使った光学式変位計ではワークのエッジ部分の形状が安定しない場合がある。例えば図５５（ａ）に示すような凸状を有するワークにおいては、図５５（ｂ）に示すように凸状のエッジ部分でピーク状のノイズが載ることがある。このようなノイズ成分によって、測定誤差が低下する。そこで、登録プロファイル中に、プロファイルサーチの対象としない無効領域を設けることで、このような形状変動の影響を受け難くすることができる。無効領域は、プロファイル表示領域７１上から、図４に示す無効領域指定手段８３２で指定する。図５５の例では図５５（ｂ）に示すように、凸状のエッジ部分に生じるピーク状ノイズを含むよう、登録プロファイル指定領域ＰＳ中に矩形状の無効領域ＭＡを設定する。
【０１３８】
なお、この例では無効領域を１のみ設定したが、２以上設定することも可能であることは言うまでもない。例えば図５５（ｃ）に示すように、登録プロファイル指定領域ＰＳ中で凸状のエッジ部分２カ所に、各々無効領域ＭＡを設定することができる。また、無効領域についてプロファイルサーチの対象から完全に除外する他、プロファイルサーチの対象とはするが重み付けを低く設定することもできる。
（傾き無効化機能）
【０１３９】
また、図５６に示すようなエッジ部分を有するワーク等、形状の安定しないワークにおいて、登録プロファイル中から手動で無効領域を設定する他、自動的に傾斜の変化が大きい領域を登録プロファイル中から抽出して、これらの部分を無効化あるいは重み付けを低くするよう設定することもできる。この処理は、図４に示す無効化手段８３４が自動的に行う。以下、この手順を図５７のフローチャート及び図５６のイメージ図に基づいて説明する。先ず図５３と同様にステップＳ６５１で、プロファイルサーチを開始する回転角度及び移動距離を設定し、次いでステップＳ６５２で、登録プロファイルのプロファイルを回転／移動させる。さらにステップＳ６５３で、無効化手段８３４が登録プロファイルのデータを解析し、形状の変化が急峻な領域と緩やかな領域とを抽出する。さらにステップＳ６５４で、プロファイルマッチング手段６１４が入力プロファイルの各点との差を演算する。そしてステップＳ６５５で、形状の変化が急峻な部分については、この影響を低減する処理を行う。すなわち、この領域を処理の対象から除外したり、あるいは比重が軽くなるよう重み付けを行う。その上でステップＳ６５６で、各点の差に基づいてプロファイル形状のマッチング度をプロファイルマッチング手段６１４が演算する。そしてステップＳ６５７で、マッチング度が最も高い条件を検出位置とする。さらにステップＳ６５８で、入力プロファイルのすべての範囲を走査したかどうか判定し、未だの場合はステップＳ６５２に戻って上記処理を継続し、一方すべての範囲を走査し終えた場合は、ステップＳ６５９に進み、マッチング度の最も高い条件を検出位置として出力する。このようにして、エッジ部分を有するワークにおいても、登録プロファイルの中の傾きの変化に応じた軽重によって精度の高いマッチングが実現でき、検出精度を向上させることができる。
（死角処理機能）
【０１４０】
一方で、図５８に示すように光切断の原理を使った光学式変位計で凸状を有するワークを計測する場合、プロファイル形状の段差部分等、死角になる可能性のある形状については高精度で測定することが困難である。例えば図５８（ａ）に示すワークが回転して図５８（ｂ）のようになると、上方向から照射光を照射させても凸状の付け根部分には照射光が届かず、図５８（ｃ）に示すようなプロファイルとして観測されることになる。このように死角が発生すると、形状のマッチング精度が低下し、マッチングの結果が安定しなくなる。このような問題に対し、登録プロファイル中で、無効化手段８３４が傾斜が垂直に近い部位を自動的に抽出し、このような部位を計測に際して排除あるいは重み付けを軽くする処理を行う。この様子を、図５８のイメージ図及び図５９のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ６７１で、図５３等と同様にプロファイルサーチを開始する回転角度及び移動距離を設定し、次いでステップＳ６７２で、登録プロファイルのプロファイルを回転／移動させる。登録プロファイルが登録された時点で、この登録プロファイルの回転によって死角が生じ得る部位が含まれるかどうかを判断できるので、ステップＳ６７３で、無効化手段８３４によりこのような部位が含まれるかどうか、含まれる場合はその位置を確認する。次にステップＳ６７４で、プロファイルマッチング手段６１４が入力プロファイルの各点との差を演算する。ここで、画像の回転によって死角になる部位については、この影響を低減する処理を行う（ステップＳ６７５）。すなわち、この領域を処理の対象から除外したり、あるいは比重が軽くなるよう重み付けを行う。以下図５７等と同様にステップＳ６７６で、各点の差に基づいてプロファイル形状のマッチング度をプロファイルマッチング手段６１４が演算する。そしてステップＳ６７７で、マッチング度が最も高い条件を検出位置とする。さらにステップＳ６７８で、入力プロファイルのすべての範囲を走査したかどうか判定し、未だの場合はステップＳ６７２に戻って上記処理を継続し、一方すべての範囲を走査し終えた場合は、ステップＳ６７９に進み、マッチング度の最も高い条件を検出位置として出力する。このようにして、エッジ部分を有するワークにおいても、登録プロファイルの中の傾きの変化に応じた軽重によって精度の高いマッチングが実現でき、検出精度を向上させることができる。
（横方向精度の向上）
【０１４１】
一方、光切断の原理を用いて垂直に近い断面を計測する場合には、受光素子の分解能のため横方向の精度が制限されるという問題が生じる。すなわち、図６０に示すように凸状に変化するワークのエッジ面ＥＤ、すなわち凸状立ち上がり部分、立ち下がり部分のような、プロファイルが急峻に変化する部位では、隣接する画素間で高い位置と低い位置が生じ、中間の位置が存在しない離散的なデータとなって精度が悪くなってしまう。一方で、エッジ位置の変化に応じて、受光画像自体は図６１に示すように受光量の変化を有している。特に、ＣＣＤのような２次元受光素子では、図６２に示すようにエッジ面の近傍で隣接する画素の受光光量が段階的に変化する。そこで、垂直に近いエッジ位置を計測する場合には、プロファイル形状に変換した状態で位置補正をするよりも、プロファイル形状に変換する前の受光画像データを使って位置検出を行うことにより、エッジ位置の精度を向上させることができる。この検出は、図４に示すエッジ面算出手段６１８が行う。これにより、ＣＣＤの分解能による制限を受けることなくサブピクセルオーダでの高精度な立ち上がり位置、立ち下がり位置の検出が可能となる。この手順を、図６３のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ７１１で、プロファイル形状上で設定された登録プロファイルの範囲に基づいて、対応する受光画像上で該当する領域を演算する。次にステップＳ７１２で、該当領域の登録プロファイルを移動させる。そしてステップＳ７１３で登録プロファイルと入力プロファイルで正規化相関を行い、相関値を演算する。次にステップＳ７１４で、相関値の最も高い条件（移動量）を記憶する。さらに上記の処理を、すべての部位で処理し終わるまで所定の領域内を走査するよう、上記ステップＳ７１２に戻って処理を繰り返す（ステップＳ７１５）。そしてステップＳ７１６で、相関値の最も高い条件と、その周囲の相関値に基づき、補間処理を行い、サブピクセルオーダでピーク位置を算出する。最後に、ステップＳ７１７で、ピーク位置が受光画像上で演算されるため、その結果をリニアライズして距離情報に変換する。このようにして、受光画像を利用した極めて高精度なマッチング処理を実現できる。
（形状測定機能）
【０１４２】
上述したプロファイルサーチ処理は、プロファイル形状の位置補正のみならず、プロファイル形状の計測等にも使用できる。例えば、図６４の例では対向するワークＷＫ１４について、各々の対向部分である２箇所の形状について共通プロファイル指定枠ＫＷを指定し、プロファイルマッチング手段６１４でプロファイルサーチを行うことにより、これら２箇所の中点を検出するといった処理も可能となる。このように、プロファイルサーチは位置補正のみならず、計測においても有効に機能させることができる。
（プロファイル演算機能）
【０１４３】
さらに、プロファイル形状を手動で移動させるプロファイル移動手段８２４や、プロファイルの加算、反転等の操作機能を備えることもできる。図６５に、表示部７０上に表示されたプロファイル形状を手動で操作する画面例を示す。この図に示す表示部７０は、ワークのプロファイル形状をプロファイル表示領域７１に示しており、図６５（ａ）の例では、プロファイル表示領域７１の右側を上下に分割して、２台のセンサヘッド部２で取得したプロファイル形状ＰＲ１、ＰＲ２を各々表示している。さらにプロファイル表示領域７１の左側に、プロファイル形状ＰＲ１、ＰＲ２を加算した加算プロファイル形状ＰＲ３を表示している。このように、複数のプロファイル形状に対して、加算、減算、差分抽出等の演算を行うことができる。特に、プロファイルサーチ等により合成されたプロファイル形状の、共通する形状部分の差分情報を差分抽出手段６１５で抽出することで、プロファイルの差分を演算、表示することができ、指定された部位の相違点の比較が容易に行える。
（プロファイル移動手段）
【０１４４】
また図６５（ｂ）の例では、プロファイル表示領域７１の下側を左右に分割して、プロファイル形状ＰＲ１、ＰＲ２を各々表示し、さらにプロファイル表示領域７１の上側に、プロファイル形状Ａ、Ｂを合成した合成プロファイル形状ＰＲ４を表示している。プロファイル同士の合成は、プロファイルマッチング手段６１４のプロファイルサーチにより行われる。さらに、図６５の画面から、各プロファイル形状の上下、左右への移動や反転を行うことができる。また、回転や拡大／縮小機能を備えてもよい。これにより、プロファイルサーチで合成された合成プロファイル形状を、さらにオフセット量を設定するなど、手動で微調整することが可能となる。
（プロファイル形状の着色表示機能）
【０１４５】
表示部上で図８に示すようにプロファイル形状を表示することにより、ワークのプロファイル形状を確認できる。しかしながら、プロファイル形状では、受光量の多寡や変化等を知ることができないため、ワークの正確な形状が測定できているかどうかは、この画像だけでは判断できない。このため、図９に示すように表示部の表示を受光画像に切り替えて、プロファイル形状の各部の受光状態を確認することが行われる。ただ、受光画像は白黒の濃淡画像であり、受光の分布状態が判り難いという問題がある。またプロファイル形状と受光画像とを個別に表示させたのでは、対応位置の確認が容易でなく、また表示画面を一々切り替える必要がある等操作も面倒である。そこで、本実施の形態では、プロファイル着色手段によりプロファイル形状のプロファイル形状を着色処理し、プロファイル形状のみから、受光量やその変化等を把握できるようにすることができる。
（プロファイル着色機能）
【０１４６】
プロファイル着色手段は、プロファイル形状を構成する位置毎の光量に応じて、予め光量の範囲を区分けし、各範囲毎に割り当てられた異なる色を着色する着色処理を施した状態で表示部に表示可能である。また、プロファイル着色手段は、プロファイル形状に対し、プロファイル形状の位置毎の光量の変化量に応じて、予め光量変化の範囲を区分けし、各範囲毎に割り当てられた異なる色を着色する着色処理を施した状態で表示部に表示することもできる。以下、プロファイル着色手段でプロファイル形状を着色する様子を、図６６〜図６８で示す表示部上で表示されるプロファイル形状のイメージ図に基づいて説明する。
【０１４７】
図６６は、プロファイル形状を表示する際にプロファイルの光量状態、具体的には光量の多寡に応じて、プロファイル着色手段が表示する色を変化させている。この例では、光量が適切な部分を青色（図６６において実線のハッチングで示す）、光量が所定の上限閾値よりも多い部分を白色（図６６において太線かつ間隔の狭いハッチングで示す）、逆に光量が所定の下限閾値よりも少ない場合に赤色（図６６において３本線のハッチングで示す）で示している。このように、プロファイル形状を色分けして表示部上に表示させることで、プロファイル形状を見るだけで、安定して計測できているかを判断できる。閾値の例としては、例えば受光量を０〜２５５の２５６階調（８ビット）で検出する場合、上限閾値を１９１以上、下限閾値を６４以下等に設定する。このような閾値は、光学式変位計側で予め設定しておく他、ユーザが任意に指定、調整するよう構成してもよい。特に、測定条件等に応じて適切な閾値を設定することにより、よりアプリケーションに即したカラー表示にてプロファイル形状の安定度を確認することができる。
【０１４８】
また図６７は、プロファイルの光量変化に応じてプロファイル着色手段が着色処理を行う例を示している。プロファイル形状が安定しない場合としては、光量変化が激しい場合も考えられる。この場合に光量変化が激しい部位が特定できるよう、前後の位置で受光量の変化が所定範囲内であれば受光量変化が適切であるとして青色（図６７の例では実線のハッチング）、所定の範囲を超える場合は受光量の変化が激しいとして緑色（図６７の例では破線のハッチング）に、それぞれプロファイル着色手段で着色して表示する。受光量範囲の例としては、上記同様０〜２５５の８ビットで検出する場合、プロファイル形状を構成する画素の前後で受光量の差が６４以内を受光量変化が適切とする。またこの範囲も、光学式変位計側で予め設定しておく他、ユーザが任意に設定する構成とすることもできる。さらに、対象となる画素の前後数画素の受光レベルを参照し、平均値に対して最大・最小の変化量の割合にて判断することもできる。
【０１４９】
さらに、図６８に示すようにプロファイル着色手段で上記を組み合わせて着色処理することもできる。図６８の例では、プロファイルの各位置における受光量の多寡及び変化量に応じて着色している。この着色の判定手順の一例を図６９のフローチャートに基づいて説明する。先ずステップＳ６９１でプロファイル形状の着色処理の対象となる画素の初期位置に移動する。プロファイル形状はライン状であるため、プロファイル形状を表示する画像のすべての画素を走査する必要はなく、プロファイル形状の位置に該当する受光画像の画素のみを順次走査することで、効率よく着色処理を行える。また、プロファイル形状の中で、着色処理を行う範囲をさらに絞ることもできる。次にステップＳ６９２で該画素の受光量が適切かどうか、所定の閾値と比較して判定する。適切な場合はさらにステップＳ６９３−１に進み、受光量が安定しているかどうかを判定する。具体的には、該画素と隣接する直前の画素と受光量を比較し、その差が所定の閾値よりも少ない場合は安定、大きい場合は安定していない、と判定する。安定の場合はステップＳ６９４−１に進み、受光量が適切かつ安定と判定した場合の着色処理（例えば青色）を行い、ステップＳ６９５に進む。一方、ステップＳ６９３−１で受光量が安定していないと判定された場合はステップＳ６９４−２に進み、受光量が適切であるが不安定と判定した場合の着色処理（例えば緑色）を行い、ステップＳ６９５に進む。さらに一方、ステップＳ６９２で、受光量が適切でないと判定された場合は、ステップＳ６９３−２に進み、受光量の多寡を判定する。具体的には、受光量を所定の閾値と比較して多いかどうかを判定し、多い場合はステップＳ６９４−３に進み、受光量が多い場合の着色処理（例えば白色）を行いステップＳ６９５に進む。また受光量が少ない場合はステップＳ６９４−４に進み、受光量が少ない場合の着色処理（例えば赤色）を行い、ステップＳ６９５に進む。このようにして、該画素の着色処理が終了すると、ステップＳ６９５で画素位置が最終位置に達したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ６９６に進み、着色処理の対象画素を移動すると共に、ステップＳ６９２に戻り、上記のステップを繰り返す。そしてステップＳ６９５で画素の最終位置に達したと判定されると、処理を終了する。以上の手順によって、対象の画素を順次走査して、プロファイル形状に着色処理を行うことができる。
【０１５０】
またプロファイルを着色処理する手順は、上記に限られず、他の方法、例えば図７０のフローチャートに示す手順も利用できる。この手順を説明すると、先ずステップＳ７０１で画素の初期位置に移動し、次にステップＳ７０２で該画素の受光量が適切かどうかを判定する手順は上記図６９と同様である。受光量が適切な場合はステップＳ７０３−１に進み、受光量が適切と判定した場合の着色処理（例えば青色）を行う。一方、受光量が所定の下限閾値よりも少ない場合は、ステップＳ７０３−２に進み、受光量が安定しているかどうかを判定する。具体的には、該画素と隣接する直前の画素と受光量を比較し、その差が所定の閾値よりも少ない場合は安定、大きい場合は安定していない、と判定する。安定の場合はステップＳ７０４−１に進み、受光量が少ない場合の着色処理（例えば赤色）を行い、ステップＳ７０５に進む。一方、ステップＳ７０３−２で安定していないと判定された場合はステップＳ７０４−２に進み、受光量変化が大きい場合の着色処理（例えば緑色）を行い、ステップＳ７０５に進む。さらに一方、ステップＳ７０２で受光量が上限閾値よりも多いと判定された場合は、ステップＳ７０３−３に進み、上記と同様に受光量が安定しているかどうかをさらに判定する。安定している場合はステップＳ７０４−３に進み、受光量が多い場合の着色処理（例えば白色）を行いステップＳ７０５に進む。また安定していない場合は、ステップＳ７０４−４に進み、受光量変化が大きい場合の着色処理（例えば緑色）を行い、ステップＳ７０５に進む。このようにして、該画素の着色処理が終了した後の処理は、上記図６９と同様に、ステップＳ７０５で画素位置が最終位置に達したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ７０６に進み、着色処理の対象画素を移動すると共に、ステップＳ７０２に戻り、上記のステップを繰り返す。またステップＳ７０５で画素の最終位置に達したと判定されると、処理を終了する。このような手順によっても、対象の画素を順次走査してプロファイル形状に着色処理を行うことができる。
【０１５１】
これらの手順は一例であり、例えば先に受光量が安定しているかどうかを判定した後、受光量の多寡を判定するように順序を入れ替えても、同様の結果を得ることができる。また上述した着色の例は一例であって、他と区別しやすく、また表示部上で視認し易い色の組み合わせを適宜選択できる。
（プロファイルの経時的な表示機能）
【０１５２】
以上の方法では、測定の一時点におけるプロファイル形状を表示部上で確認することができる。一方、ライン上を順次搬送されるワークを測定する場合等、時間的に変化するワークを測定することもあり、このような場合は測定されるワークのプロファイルも経時的に変化する。光学式変位計は、測定したプロファイル形状のデータをメモリ部に保持することができ、必要に応じて過去のある時点に遡って、その時点におけるプロファイル形状を表示させることが可能となる。しかしながら、従来の光学式変位計では、各時点でのプロファイル形状を切り替えて表示するに止まり、経時的、連続的なプロファイルの変化の状態や、その時点でプロファイルが安定して測定できていたかどうかを判断することが容易でなかった。
【０１５３】
これに対し、本実施の形態では、各時点でのプロファイル形状を表示部上に重ねて表示することができ、しかもプロファイルハイライト手段でプロファイル形状毎に異なるハイライト処理を加えることで、各時点でのプロファイル形状を区別でき、プロファイル形状の時間的な変化を視覚的に確認し易くできる。この様子を、図７１〜図７３に基づいて説明する。
（プロファイルハイライト機能）
【０１５４】
プロファイルハイライト手段は、異なるタイミングで複数測定したプロファイル形状を表示部で重ねて表示すると共に、時系列的に各プロファイル形状に対して異なるハイライト処理を施した状態で表示部に表示する。図７１の例では、一定の時間間隔で得られた複数のプロファイル形状を重ねて表示部に表示すると共に、最新のプロファイル形状ほど太く表示され、古いプロファイル形状ほど細く表示されるようにプロファイルハイライト手段でハイライト処理している。また、図７２に示すように、最新のプロファイル形状ほど濃く、古いプロファイル形状ほど薄く表示されるようなハイライト処理としてもよい。さらに、着色の度合いを漸増的、漸減的に変化させたり（例えば新しいほど青く、古いほど赤く）、ラインのパターンを実線、破線、１点鎖線、２点鎖線等と変化させる、あるいは上記を組み合わせる等、ハイライト処理のパターンは他と区別できる態様が適宜利用できる。これにより、異なるタイミングで測定された複数のプロファイル形状に基づき、プロファイルの時間的な安定度を表示することができる。
（プロファイル幅表示機能）
【０１５５】
またプロファイルハイライト手段は、異なるタイミングで複数測定したプロファイル形状を表示部で重ねて表示し、各位置における最大値と最小値で区画される幅状を着色して表示することもできる。このようなプロファイル幅表示機能より、プロファイルの取り得る範囲を視覚的に把握できる。また必要に応じてプロファイルの分布表示や、包絡線で囲まれた領域を着色する機能等を付加することもできる。
（平均プロファイル表示機能）
【０１５６】
さらに、各位置におけるプロファイルの平均値を、幅状の表示色と異なる色に着色して表示する平均プロファイル表示機能も備えることができる。図７３の例では、プロファイル形状の軌跡を黄色（図７３においてハッチングで示す）に塗り潰して帯状に表示すると共に、各位置における平均値を青色（図７３において太線で示す）に着色して、平均のプロファイル形状として表示部に表示している。これによって、過去に取得したプロファイルの履歴情報から、プロファイルの取り得る範囲と平均値を知ることができ、解析に役立てることができる。
【０１５７】
さらに、上記のプロファイル幅表示機能や平均プロファイル表示機能は、過去に撮像されメモリ部に保持されているすべてのデータについて実行する他、特定の期間内、あるいはデータ数にて実行することもできる。例えば、計測開始からリセットされるまでの全プロファイル形状に対して実行したり、最新のプロファイルからN個、あるいはサンプリングトリガ発生期間や過去ｔ秒まで遡った範囲等に限定して、プロファイル幅や平均プロファイルを表示することができる。このように複数のプロファイル形状を重ねて表示し、さらに必要に応じてこの状態にて変位や高度差、面積等の演算、計測を可能とすることで、計測範囲の設定等も容易となる。
（受光画像着色機能）
【０１５８】
以上は、プロファイル形状を表示部に表示させる手段を説明した。このようなプロファイル形状の表示に加えて、２次元受光素子で撮像した受光画像を単独もしくはプロファイル形状と重ねて表示部に表示することもできる。例えば、ワークのプロファイル形状が適切に計測できていない場合には、図８に示すプロファイル形状から図９に示す受光画像に切り替えて判断することがある。しかしながら、受光画像は白黒の濃淡画像であるため、受光の分布状態が判り難い。
【０１５９】
そこで本実施の形態では、図７４に示すように受光画像着色手段で受光画像に着色処理を施した状態で表示部に表示させることができる。受光画像着色手段は、受光画像に対し、画素毎の受光信号の階調に応じて着色処理を行う。予め階調を複数の範囲に区分けし、範囲毎に異なる色を割り当て、受光画像の画素毎に、その階調に割り当てられた色を着色する。これにより、受光画像が等高線図のように表示されるので、受光信号の輝度分布を視覚的に把握できる。また等高線の境界輪郭線の粗密によって受光分布勾配が急峻であるか、緩やかであるか等が認識し易くなり、プロファイルの傾斜の度合い等を視覚的に把握できる。さらにプロファイル形状のピークレベルの高低も、色により認識し易くなる。例えば２次元受光素子が受光信号を０〜２５５の２５６階調（８ビット）で受光する際には、１６階調ずつ、１６の範囲に区分けし、それぞれに異なる色（例えば高い順に黄色、緑色、青色、紫色、橙色、桃色、赤色等）を割り当てることにより、１６色で受光量のレベルを表現できる。図７４の例では、受光画像表示領域７４上のＷＫａの部分で、上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの７つの領域に色分けされており、またＷＫｂの部分では上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、黄色ＹＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの９つの領域に色分けされており、さらにＷＫｃの部分でも上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、黄色ＹＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの９つの領域に色分けされている。このような等高線表示機能によって、平面的な受光画像を、輝度値を高さ方向とした等高線モデルのように表現でき、単なる白黒の濃淡画像でなく、カラーで色分け表示することによって遙かに見易く、輝度の高低や分布、勾配等を視覚的に把握できるようになる。また等高線表示機能はＯＮ／ＯＦＦ可能であり、必要に応じて実行できる。なお等高線の色分けは一例であり、任意の色の組み合わせが利用できることは言うまでもない。
【０１６０】
また、受光信号の輝度分布のすべてに色分けを行う構成に限られず、指定された範囲についてのみ色分けを実行するよう構成してもよい。さらに色分けに代わって、あるいはこれに加えて、異なるハッチングやドット等のパターンを加えることもでき、これによってさらに視覚的に受光画像の輝度分布を把握し易くできる。
【０１６１】
さらに、光切断方式では複数の受光が発生するような場合には、表示部で受光画像を表示させていても、どの部分を計測しているかが判別し難い。そこで、図７５に示すように受光画像着色手段で着色処理した受光画像に重ねてプロファイル形状を表示することにより、受光分布のどの位置を検出しているかを視覚的に認識し易くできる。図７５の例では、図７４で示した受光画像表示領域７４上に、プロファイル形状を赤色ＲＣで表示している。すなわち、受光画像表示領域７４上のＷＫａの部分で、上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、赤色ＲＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの７つの領域に色分けされており、またＷＫｂの部分では上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、赤色ＲＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの９つの領域に色分けされており、さらにＷＫｃの部分でも上から橙色ＤＣ、紫色ＰＣ、青色ＢＣ、緑色ＧＣ、赤色ＲＣ、緑色ＧＣ、青色ＢＣ、紫色ＰＣ、橙色ＤＣの９つの領域に色分けされている。
（トレンドグラフ）
【０１６２】
さらに表示部は、プロファイル形状として表示するためのプロファイル表示領域と別に、投光部の発光量又は２次元受光素子の受光量の時間変化を示すトレンドグラフを表示するためのトレンドグラフ表示領域を設けることができる。図７６に、このような表示部の表示例を示し、上部にプロファイル表示領域を設けて最新の時刻に生成されたプロファイル形状を表示すると共に、下部にトレンドグラフ表示領域を設けてトレンドグラフを表示している。この例では、トレンドグラフ表示領域は表示部の一画面を分割して設けられており、一画面でプロファイル形状とトレンドグラフとを同時に確認できる。また、プロファイル形状を表示する表示部と別途、トレンドグラフを表示するためのトレンドモニタ画面を設ける構成としてもよい。
【０１６３】
トレンドグラフは横軸を時間軸として、時系列変化を記録するトレンド記録機能を実現する。トレンドグラフの縦軸は、発光量や受光量に限らず、増幅器の増幅率の変化等、フィードバック制御される操作量や、制御対象である計測値を表示することもできる。またエラー発生の有無を判定するための閾値をトレンドグラフ上に重ねて表示させることもできる。
（時刻指定手段）
【０１６４】
さらに、トレンドグラフ表示領域上で時刻を指定する時刻指定手段によって、指定された時刻におけるプロファイル形状をプロファイル表示領域に表示させることができる。時刻指定手段を操作して異なる時刻を指定すると、プロファイル表示領域は新たに指定された時刻におけるプロファイル形状の表示に切り替えられる。このように、トレンドグラフ表示領域とプロファイル表示領域とを連動させることで、より使い勝手のよい操作環境が実現される。図７６の例では、時刻指定手段としてマウス等のポインティングデバイスでトレンドグラフ上で所定の時刻を直接指定する。指定された時刻は、横軸に垂直な破線で表示され、ユーザは現在プロファイル表示領域に表示されるプロファイル形状の撮像時刻をトレンドグラフ上で確認できる。またマウスを操作して破線の位置を調整することにより、前後の時刻に容易に変更可能としてもよい。
【０１６５】
トレンドグラフ及びプロファイル形状は、取得した時間情報と共にメモリ部に保存されており、時刻指定手段で指定された時刻（あるいはその近傍の時刻）に計測されたプロファイル形状がメモリ部から読み出されて、プロファイル表示領域に展開される。
（アラーム発生期間表示機能）
【０１６６】
このようなトレンドグラフは、発光量や受光量のフィードバック制御の状態を監視するモニタリング作業に好適であり、特に異常発生時の原因究明や処置改善効果の観測等に好適に利用できる。視覚化されたトレンドグラフでアラームの発生タイミングを特定し、原因を解析すると共に、改善策を施した後も、正しく改善結果が反映されたかどうかをトレンドグラフから確認できる。例えば、図７６に示すようにワークの有無によって反射率が急激に変化し、フィードバック制御が瞬時に対応できず、発光量が急激に増加してエラーが発生する場合の対応を考える。まず、ユーザはエラーの発生箇所をトレンドグラフで確認する。この際、図７７に示すように、アラーム発生期間をトレンドグラフ上に表示することで、ユーザは問題の発生箇所を速やかに把握できる。
（アラーム検出機能）
【０１６７】
アラーム信号は、アラーム検出手段で生成される。例えば受光レベル制御手段でフィードバック制御する際に、操作量又は受光量が所定の閾値を越えると、アラーム検出手段がアラーム信号を出力する。アラーム検出手段がアラーム信号を出力すると、その発生期間をメモリ部に保持しておく。そしてトレンドグラフを表示する際には、メモリ部からアラーム発生期間を読み出して、トレンドグラフ作成手段がトレンドグラフの時間軸上でアラーム発生期間を自動的にハイライト表示してトレンドグラフ表示領域にて表示する。ハイライト表示は、図７７に示すようにアラーム発生期間を帯状に色分けして表示する他、ハッチングや反転表示、点滅、トレンドグラフの線の太さや色、線種をアラーム発生期間で他の期間と変更する等、他の部分と区別するための各種の手法が適宜採用できる。これにより、ユーザはアラーム発生期間をトレンドグラフ上で即座に識別できるので、問題発生のタイミングを速やかに把握できる。ユーザはトレンドグラフを解析して、アラーム発生期間を短くするためフィードバック制御の操作量を調整する作業を行う。
【０１６８】
また、必要な対策を行った後、処置改善効果をトレンドグラフで観測できる。図７８の例では、移動するワークが測定対象領域に侵入した部位において発光量のオーバーシュートが生じないように、投光部の発光量を破線で示すように徐々に増加させることで、発光量が閾値を越えないように設定できる。このような設定を行った後、実際にワークを投入して、システムがエラーを発生させることなく正しく運用できることをトレンドグラフにて確認できる。また必要に応じて、発光量の微調整等の再設定を行うこともでき、再設定の結果が正しく反映されたかどうかもトレンドグラフで容易に確認することができる。
このようにトレンドグラフを用いてフィードバック制御による応答を観察することで、フィードバック制御の操作量を調整し、ワークの反射率や進入速度等、使用環境に応じた調整が行える。またこの作業において、トレンドグラフ上にアラーム発生期間を重ねて表示可能とすることは、エラー発生に対する処置改善の作業性を向上させ、さらに設定後のエラー発生の有無の確認にも便利で、使い勝手の改善に資する。
（受光量と発光量の同時表示機能）
【０１６９】
上述の通り、トレンドグラフの縦軸は発光量に限られず、受光量や発光量と受光量の同時表示等とすることもできる。図７９に、発光量と受光量とを同時に表示したトレンドグラフの例を示す。図７９のトレンドグラフの例では、発光量を実線で、受光量を破線で示している。フィードバック制御では受光量の変化に対応して発光量が変化するため、発光量のみならず受光量を表示できることは、解析の全般に資する。
（計測領域指定機能）
【０１７０】
さらにプロファイル表示領域で表示するプロファイル形状上から、計測領域指定手段で計測領域を指定して、指定された計測領域における受光量の平均、ピーク値等を計測処理部で演算して表示することもできる。図７９の例では、計測領域指定手段としてマウス等のポインティングデバイスでプロファイル形状上で所望の領域を矩形状の枠で囲んで計測領域を指定し、指定された計測領域内でのピーク光量や平均光量を、トレンドグラフ表示領域で表示できる。このようにプロファイル表示領域とトレンドグラフ表示領域とを連動させ、トレンドグラフ表示領域上にて時刻指定手段で指定された時刻におけるプロファイル形状をプロファイル表示領域に表示させる他、逆にプロファイル表示領域上にて計測領域指定手段で指定された計測領域の発光量や受光量をトレンドグラフ表示領域にてトレンドグラフとして表示することもできる。
（計測値表示機能）
【０１７１】
また、トレンドグラフで表示する対象として、発光量や受光量に限られず、計測値を表示することもできる。フィードバック制御の制御対象となる計測値を直接、時系列的に表示することで、制御結果が正しく得られていることをダイレクトに確認できる。図８０は、計測値の平均値をトレンドグラフ中に表示する例を示す。ユーザは、直接計測値を確認しながら、アラームが発生する期間を短くしたり、計測値が不安定になる期間を縮小するために、フィードバックの操作量を調整できる。また調整後に得られた計測値を再度トレンドグラフで確認して微調整することもできる。このようにトレンドグラフ上に計測値を表示することで、フィードバック制御の操作量の調整結果を容易に確認できる。また、調整前のトレンドグラフと調整後のトレンドグラフを、トレンドグラフ表示領域に重ねて表示してもよく、操作量の調整と実際に反映された結果とをさらに対比し易くできる。また操作量として増幅器の増幅率や発光量、受光量等を適宜計測値に重ねて表示可能としてもよい。
（プロファイルデータストレージ機能とトレンドグラフの連携）
【０１７２】
さらに、上述したプロファイルデータをメモリ部のプロファイルデータストレージ領域に保存するプロファイルデータストレージ機能に、トレンドグラフの機能をリンクさせることもできる。これによれば、トレンドグラフ表示領域上で時刻を指定する時刻指定手段によって、指定された時刻におけるプロファイル形状をプロファイル表示領域に表示させることができる。時刻指定手段を操作して異なる時刻を指定すると、プロファイル表示領域は新たに指定された時刻におけるプロファイル形状の表示に切り替えられる。このように、トレンドグラフ表示領域とプロファイル表示領域とを連動させることで、より使い勝手のよい操作環境が実現される。図８１の例では、時刻指定手段としてトレンドグラフの横軸に垂直な細線（赤色）が表示されており、マウス等のポインティングデバイスで時刻指定手段を操作して所定の時刻を直接指定する。これにより、時刻指定手段の細線が示す時刻におけるプロファイル形状がメモリ部から呼び出されてプロファイル表示領域に表示される。ユーザはプロファイル形状の撮像時刻をトレンドグラフ上で確認できる。またマウスを操作して細線の位置を調整することにより、前後の時刻に容易に変更できる。
【０１７３】
プロファイルデータストレージ機能を実現するために、トレンドグラフ及びプロファイル形状は、取得した時間情報と共にメモリ部に保存されており、時刻指定手段で指定された時刻（あるいはその近傍の時刻）に計測されたプロファイル形状がメモリ部から読み出されて、プロファイル表示領域に展開される。図８１の例では、図８１（ｂ）では下部のトレンドグラフ表示領域にて右端（現在時刻）に時刻指定手段が位置しており、上部のプロファイル表示領域では現在時刻のプロファイル形状が表示される。また図８１（ａ）に示すように時刻指定手段をマウスにより右側に移動させると、プロファイル形状の表示も、指定された時刻における画像（アラーム発生時点でのプロファイル形状）に変更される。
【０１７４】
このようにプロファイル形状を保存するプロファイルデータストレージ機能とトレンドモニタ表示機能とを組み合わせることで、時刻を戻すとその時点で取得されたプロファイル形状を参照できるようになり、計測処理部でワークに対する計測を行う際にはプロファイル波形の安定性などを考慮して適切な対策を講じることができる。例えば、図８１（ａ）に示すようにトレンドグラフ上で受光量が異常を示している場合、この領域（あるいはアラーム発生期間）でのプロファイル形状を表示させると、部分的に不安定になっていることが確認できる。このような不安定領域は、ワークの測定誤差の原因となるので、ワークの高さ測定等を安定して行うために、不安定領域を生じない範囲で測定を行うことが好ましい。
（制御領域指定機能）
【０１７５】
そこで制御領域指定手段を用いて、プロファイル表示領域上でフィードバック制御の対象とする制御領域を指定する。制御領域は、不安定領域が発生していない範囲で可能な限り広く設定することが好ましい。図８１（ａ）の例では、凸状のプロファイル波形の平坦な領域である頂部分と左右の裾部分の計３カ所に、枠状の制御領域を指定する。これにより受光データ制御部によるフィードバック制御は、安定したプロファイルが得られている領域にて行われるため、不安定領域を排除してより正確なフィードバック制御結果が得られ、また計測処理部で正確なワークの測定を行うことができる。
（マスク領域指定機能）
【０１７６】
逆に、フィードバック制御の対象としないプロファイルマスク領域を指定することもできる。ここでは、マスク領域指定手段８６によって、プロファイル表示領域７１上から、フィードバック制御の対象としないプロファイルマスク領域ＰＭを指定する。図８１（ａ）の例では、プロファイル形状の不安定領域を一点鎖線で示す枠状のプロファイルマスク領域ＰＭを指定する。フィードバック制御に際しては、プロファイルマスク領域ＰＭの計測値が無視されるため、このような不安定領域が排除された正確なフィードバック制御結果を得ることができ、安定した信頼性の高い制御と測定が実現される。また制御領域指定機能やマスク領域指定機能は、いずれか一方のみ設定する他、図８１（ａ）に示すように両方を同時に利用してもよい。
（サンプリングトリガ）
【０１７７】
また、メモリ部でプロファイル形状を記録するタイミング及び／又は枚数を指定可能なサンプリング指定手段を備えることもできる。これにより、サンプリング指定手段で指定されたサンプリング間隔で撮像された一定枚数の画像、あるいはサンプリングトリガに基づいて一定期間あるいは一定枚数の画像を保存できるようになる。このように、メモリ部で記録するプロファイル形状の枚数を制限することで、無尽蔵に大量の画像データを記録する必要をなくし、メモリ量の削減を図ることができる。また、古い画像データを上書きするよう設定してもよい。
【０１７８】
サンプリングトリガを発生させる要因は、ユーザがサンプリング指定手段から指定する。例えば、所定の閾値（トリガレベル）を計測値や投光量、受光量等が越えた場合あるいは下回る場合等に設定する。図８２の例では、トレンドグラフ表示領域に受光量のトレンドグラフ（実線）とトリガレベル（破線）が重ねて表示されており、受光量がトリガレベルを越えるとサンプリングトリガが出力され、トリガ発生から一定期間（網掛けで示すトリガ発生期間）のプロファイル形状を取得してメモリ部に保存している。このように、プロファイル形状の保存期間を、所定の閾値を越えた異常発生時に制限することで、参照の必要があるデータのみを効率よく収集して利用でき、メモリ量を有効に活用できる。
（多重合成）
【０１７９】
上記は、受光画像を各々異なる多重合成条件、あるいはタイミング毎に撮像する例を説明した。一方、より鮮明な受光画像を得るために、受光画像である合成前画像を複数撮像して合成する多重合成も可能である。しかしながら、多重合成では複数回の撮像を行う必要があるため、生成までに時間がかかるという問題がある。また、多重合成を行う時間や範囲を設定することは従来できず、そもそも多重合成を行うための多重合成条件を柔軟に設定できるようなインターフェースも提供されていなかった。ユーザにおいては、多重合成で得られる受光画像の仕上がり状態を確認しながら設定項目を調整可能とすることで、より適切な多重合成の条件を設定できると思われる。そこで本実施の形態では、多重合成を行う範囲や領域を制限することで、無駄な撮像を排除して効率を改善し、撮像時間を短縮しつつ高精度な受光画像を得ることを可能としている。この様子を、図８３〜図８５に基づいて説明する。
【０１８０】
図８３は、全範囲につき多重合成を行った例を示す。ここでは、多重合成条件で変化させるパラメータとして、２次元受光素子の露光時間を段階的に変化させている。図８３の例のように、一画面中に非常に反射率の高い部分（図８３の中央上、「明るい部分」という）、非常に反射率の低い部分（図８３の左下、「暗い部分」という）、中間的な反射率の部分（図８３の右中央）が含まれている場合は、明るい部分から暗い部分まで変化させて合成前画像を撮像して多重合成を行う必要がある。すなわち、図８３に示すように、全範囲において段階的に露光時間を変化させて、広範囲に複数枚の合成前画像を撮像する必要がある。これによって、反射率の差が大きいワーク等、一画面中で明暗の差の大きい部分を含んでいても一の受光画像として確認できる。
【０１８１】
一方、撮像対象のワークによっては、撮像回数を減らせる場合がある。例えば、反射率が異なるワークであっても、その程度が小さい場合や、その反射率の分布が２〜３点に固まって存在する場合（一例として明るいワークと暗いワークの２種類があるが、その中間のワークが存在しない場合）がある。こういったワークに対しては、明るい部分と暗い部分の２箇所に対して、限定的な合成前画像の撮像（一例として明るい部分と暗い部分に１回づつの撮像）を行うだけでも、必要にして十分な多重合成画像を得ることができ、結果として計測時間の短縮、多重合成処理の効率化を図ることができる。このような例を図８４に示す。図８４において、非常に暗い部分は計測に必要がない、あるいは非常に暗い部分が画像中に含まれていない場合等は、このような範囲での合成前画像の撮像を省くことができる。この結果、露光時間を変化させる段階数を減らすことができ、必要な範囲内のみで合成前画像を撮像して全体の撮像枚数を減らすことができ、計測の高速化が図れる。
（多重合成範囲制限手段８８）
【０１８２】
図８４の例では、露光時間を変化させる範囲をゲージ状に表示しており、このゲージ状から、露光時間を変化させない、すなわち合成前画像を撮像しない範囲を指定することができる。このようにゲージ状は多重合成範囲制限手段８８を構成し、実際に露光時間を変化させる多重合成範囲を指定することができる。
【０１８３】
ゲージ状は、多重合成範囲の開始位置と終了位置を指定する。例えば、開始位置を示す矢印と、終了位置を示す矢印を各々スライド自在に調整する。あるいは、ゲージ状の長さを直接伸縮させたり、スライダで調整することもできる。図８３の例では、伸縮自在な矢印によって多重合成範囲を指定している。
【０１８４】
また、この例ではゲージ状で露光時間を変化させる範囲を示しており、露光時間が長くなるほど暗い部分の検出に好適であり、露光時間が短くなるほど明るい部分の検出に好適であることを示すように、露光時間の大小と共に、実際に取得される画素の輝度を併せて表示している。これによりユーザは、視覚的にどのような輝度までを記録するように把握できるため、調整作業を感覚的に行うことができ好都合である。また、この例では多重合成条件で変化させるパラメータとして、２次元受光素子の露光時間（ここでは２次元受光素子であるＣＣＤの露光開始時間から露光終了時間までの時間幅）を調整しているが、シャッタースピードや絞り等により調整することもできる。あるいは、他のパラメータとして発光素子の発光量（照射光量、発光出力）、発光時間や増幅器の増幅率（受光ゲイン）、発光時間、Ｌｏｇ特性等の受光特性、投光部に入力する入力量、得られた受光画像の輝度等のパラメータを単独、若しくは組み合わせて調整してもよい。
【０１８５】
さらには、結果として得られる受光画像の輝度でもって多重合成条件を指定することもできる。具体的には、ユーザが輝度変化させたい範囲の終端値（初期値及び最終値）を指定することで、指定された輝度が得られるように単独のパラメータあるいは複数パラメータの組み合わせを逆算して、調整する。この方法では、ユーザがパラメータの意味を理解せずとも、所望の輝度でもって範囲を指定でき、光学式変位計側で指定された輝度となるように内部で該当するパラメータを自動設定することができるので、設定が容易であり、特に初心者に適している。
【０１８６】
多重合成画像の合成に際しては、まず指定された範囲で、所定の幅で変化させて合成前画像を各々撮像する。この変化幅は、光学式変位計側で指定する他、ユーザが指定することもできる。例えば露光時間で指定する場合、露光時間の初期値と変化幅を多重合成範囲制限手段８８で指定することで、指定された多重合成条件に従い合成前画像を撮像する。また、多重合成範囲制限手段８８で撮像回数、あるいは撮像したい合成前画像の枚数を指定することもできる。この場合は、指定した範囲で必要な枚数の合成前画像が撮像されるように、範囲の終端値から自動的に時間間隔が演算される。また範囲を制限せず、対象範囲の全範囲で均等に時間幅を設定して合成前画像を撮像することでき、この方法でも合成前画像の撮像処理を短縮できる。
【０１８７】
また多重合成範囲制限手段８８は、多重合成を行う多重合成範囲を対象範囲中から複数指定することもできる。図８５の例では、受光画像中に含まれる非常に暗い部分と、非常に明るい部分の２点のみ計測できれば足りる用途を示している。この場合に図８５に示すように、伸縮自在な矢印を２つ用いて、２つの多重合成範囲を指定している。これにより、中間部分の合成前画像の取得を省くことができ、全体的な計測時間の短縮が図られる。
（トラックバック機能）
【０１８８】
さらに、上述したプロファイルストレージ機能を用いて、既に撮像した任意の合成前画像を遡って表示させることができる。まず、図８６に示すように、対象範囲の全範囲、又は多重合成範囲制限手段８８で指定された多重合成範囲で合成前画像を撮像し、多重合成を行う。この際に撮像された合成前画像データを全て、撮像時の撮像条件と関連付けて合成前画像メモリ部に保存しておき、後で合成前画像選択手段８９により多重合成条件を指定して合成前画像を読み出し、表示部に表示させることができる。合成前画像選択手段８９は、例えばスライドバー状に構成し、矢印で多重合成条件を指定する。これによりユーザは直感的に多重合成条件を指示、調整することができる。特にスライドバー状は、連続的に前後の条件に変化させることができるので、操作性に優れる。また、数値で多重合成条件を直接指定する構成としてもよいことはいうまでもない。また指定する多重合成条件としては、上記実施例で採用した２次元受光素子の露光時間の他、発光素子の発光量等、他のパラメータ、あるいは合成前画像を撮像した時刻などとしてもよい。このようにして、過去に撮像した合成前画像の中から、所望の合成前画像を合成前画像選択手段８９で呼び出して表示部上に表示させ、さらに合成前画像選択手段８９で撮像時刻も含めた撮像条件を変更すると、これに応じて表示部における合成前画像の表示が逐次更新され、ユーザは前後の変化の様子などを表示部上から容易に把握できる。
【０１８９】
さらにこの際、上述した受光画像の等高線表示機能やプロファイル形状の着色表示機能、ラインブライト波形表示機能等を利用することで、光量が適切に得られているかどうかをビジュアルに確認できる。
（一部のみを保存）
【０１９０】
また上記では、対象範囲の全範囲において撮像した合成前画像をすべて保存する例を説明したが、一部の合成前画像のみを保存する構成とすることもできる。例えば、合成前画像を撮像し多重合成画像を生成した後、使用した合成前画像の内、代表的な合成前画像のみを抽出して合成前画像記憶手段９２に保存する。一例として、５枚おき、１０枚おきといった間隔を指定して抽出する方法や、露光時間の代表値に該当する画像のみを抽出する方法、トリガ等に基づく所定のタイミングに従い画像を抽出する方法等が挙げられる。このように、保存する合成前画像を制限することで、必要なデータ容量を少なく抑え、ハードウェア資産を効率よく活用できる。あるいは、変化量の大きい範囲など、重要と思われる領域については重点的にデータを保存し、そうでない範囲はデータの保存を少なく、あるいは省略するなど、重み付けや緩急を付けた保存を行うこともできる。このような重み付けは、ユーザが重点的に保存する領域を手動で指定する他、光学式変位計側で変化量を自動的に検出して変化の激しい領域を自動抽出する方法でも実現できる。またこの例においても、上記と同様に光量による色分け表示等各種のハイライト表示を適用できる。さらに露光時間を変化させる範囲を制限することもできる。また、保存した合成前画像をすべて利用して合成画像を合成、あるいは合成前画像を表示部に表示させる必要はなく、一部のみを利用可能であることは言うまでもない。
（サムネイル表示）
【０１９１】
さらに、保存された合成前画像の呼び出しは、上述したスライドバー状で選択する他、図８７に示すように選択対象の合成前画像を一覧表示して選択する構成としてもよい。この例では、合成前画像を示す縮小画像を、表示部の上部に縮小表示し、ユーザはこれらの内から所望の合成前画像を選択することで、該当する合成前画像を表示部に表示させることができる。このように選択対象の画像データ数が少ない場合は、直接ボタン状に表示して、ユーザに選択するよう構成してもよい。また縮小画像は、撮像条件を輝度や露光時間で示すことで、ユーザは小さな画像からでも撮像条件を視覚的に把握でき、特に複数の縮小画像を並べて表示することで相互の画像間の対比も容易となり、視認性及び操作性に優れる。
【０１９２】
あるいは縮小画像を、合成前画像を縮小表示したサムネイル画像としてもよい。ただ、図８７の状態でサムネイル画像を表示すると小さくて見辛くなる虞があるので、好ましくは図８８に示すように、表示部全体を使って複数の合成前画像を並べて表示する。図８８の例では、左上の画像が最も露光時間が長く、右に進むほど露光時間が短くなる。また右上の画像は左下の画像に連なり、右下の画像が露光時間の最も少ない画像である。これにより、合成前画像の全体を一覧表示でき、前後の撮像条件を対比させつつ所望の画像を選択できる。またこの例においても、上記と同様に光量による色分け表示等各種のハイライト表示を適用できる。
（多重合成画像のリアルタイム表示）
【０１９３】
このように、合成前画像を確認しながら、多重合成画像の生成に適した合成前画像の条件や範囲を選択し、多重合成条件を再設定して多重合成を行う。この作業を容易にするために、多重合成条件の再設定に応じて多重合成画像を表示部上にリアルタイム表示することもできる。図８９（ａ）、（ｂ）は、このような多重合成画像のリアルタイム表示の一例を示している。図８９（ａ）は、表示領域右上のスライドバー状で指定された露光時間の多重合成範囲で合成画像を生成して表示部に表示した状態を示しており、この状態から光量が適切かどうかなどを検討し、スライドバー状で再度、露光範囲を調整すると、図８９（ｂ）に示すように表示部に表示される多重合成画像が更新される。このように、現在設定されている多重合成条件に応じて多重合成画像を表示できるため、ユーザは多重合成を行う範囲や条件の設定を調整しやすくなる。またこの例においても、必要に応じて光量による色分け表示等各種のハイライト表示を適用できる。ここで多重合成画像のリアルタイム更新をスムーズに行うため、合成前画像は合成前画像記憶手段９２に保存された画像データを用いて行われる。これにより、リアルタイム更新が可能となり、スムーズな設定作業が行えるようになる。
（多重合成領域の指定）
【０１９４】
上記の例では、表示部上に表示されるすべての領域を使用して多重合成を行う例を説明した。一方、一画像中で限られた領域内でのみ多重合成を行うこともでき、多重合成を行う多重合成領域（面積）を縮小することで、画像のデータサイズを縮小してさらに多重合成処理を高速化できる。このような例を図９０、図９１に基づいて説明する。図９０の例では、上述した図８５等と同様に、受光画像中に非常に明るい部分（図９０の中央上部分）と、非常に暗い部分（右下部分）、中間的な明るさの部分（左下）が含まれており、この内、非常に明るい部分と暗い部分のみで計測を行えば足りる用途を考える。この場合、先ず上述した多重合成範囲制限手段８８を用いて、対象範囲中から、多重合成を行う多重合成範囲を２カ所設定する。すなわち、非常に暗い部分に相当する露光時間の比較的長い範囲（多重合成範囲１）と、非常に明るい部分に相当する露光時間の比較的短い範囲（多重合成範囲２）をそれぞれ設定する。
【０１９５】
同時に、それぞれの多重合成範囲において、受光画像を全エリアで撮像するのでなく、撮像範囲を制限して割り当てる。この例では、図９１に示すように、多重合成範囲１において撮像すべき領域、すなわち非常に暗い領域を、受光画像中から多重合成領域制限手段で指定する。ここではポインティングデバイスを利用して、該当する多重合成領域１を受光画像中で領域指定し、さらに多重合成範囲１に関連付ける。同様に、多重合成範囲２に相当する多重合成領域２として、非常に明るい領域を受光画像中から多重合成領域制限手段で領域指定し、これを多重合成範囲２に割り当てる。このようにして、多重合成範囲毎に多重合成領域を割り当てた後、受光画像の撮像を行い、多重合成手段６９で多重合成画像を生成する。この際、露光時間の範囲を制限できることと相俟って、実際に撮像を行う面積を制限することで、撮像すべき画像データ量を低減でき、処理すべきデータ量を少なくすることで処理の低負荷化と高速化を図ることができる。
【０１９６】
なお、上記の例では先に多重合成範囲制限手段８８を用いて多重合成範囲を複数指定した後に、多重合成領域制限手段を用いて多重合成領域を指定し、多重合成範囲毎に多重合成領域を割り当てる手順としたが、この手順に限られず、例えば先に多重合成領域制限手段を用いて多重合成領域を複数指定した後に、多重合成範囲制限手段８８を用いて多重合成範囲を指定し、多重合成領域毎に多重合成範囲を割り当てる手順としてもよい。あるいは、一括して多重合成領域や多重合成範囲を指定した後、これらを割り当てる他、一の多重合成範囲を指定した後、該当する多重合成領域を指定して割り当てる作業を順次繰り返す手順としてもよい。
【０１９７】
このようにして多重合成の高速化を図り、リアルタイムでの処理にも十分対応でき、インライン処理等、即時性が求められる用途にも対応可能とできる。
（受光特性調整機能）
【０１９８】
さらに、多重合成の方法として、２次元受光素子の受光特性を変化させてプロファイル形状を部分的に撮像し、これらを合成することで一のプロファイル形状を得ることもできる。この様子を、図１１０〜図１１５に基づいて説明する。図１１０は、部位によって反射光量の変わるワークの一例として、凸面状に湾曲したワークＷＫ１６の斜視図を示している。図１１０に示すようにワークＷＫ１６に対し、上方から帯光ＯＫ”を照射してプロファイル形状を取得しようとすると、ワークＷＫ１６表面の傾斜角度に応じて受光量が大きく異なる。このため、２次元受光素子の受光特性を一意的に設定することが困難となる。具体的には、平面部分では受光量が多く、湾曲部分では傾斜が垂直面に近付くにつれ受光量が少なくなる。したがって、例えば図１１０のワークＷＫ１６に対して図１１１（ａ）に示すように帯光ＯＫ”を照射する際、湾曲部分での受光量が十分に得られるように２次元受光素子の受光感度を高く設定すると、図１１１（ｂ）に示すように平面部分の受光量が飽和してしまい、図１１１（ｃ）に示すように平面部分のプロファイル形状を検出できない。逆に図１１２（ａ）に示すように同様のワークＷＫ１６に対して、平面部分の受光量を適切に検出できるよう受光感度を抑えた設定では、図１１２（ｂ）に示すように湾曲部分での受光量が不足し、図１１２（ｃ）に示すようにこの領域のプロファイル形状を検出できない。このように、ワークの表面形状によって受光量が大きく変化する場合、または金属や黒ゴムなど、反射率の異なる材質が混在するワークなど、部位によって反射光量のばらつきが大きいワークに対して、適切な受光特性を設定することは困難である。
【０１９９】
そこで本実施の形態では、受光特性を可変とした２次元受光素子を使用し、複数回の投光で各々得られた受光量に基づき部分的なプロファイル形状を演算し、これらを合成して全体のプロファイル形状を構成する受光特性調整機能（マルチトリガ機能）を備えている。ここでは、受光感度曲線として上述したＬｏｇ特性を備えるＣＣＤを使用し、さらに図１１３に示すように受光特性を１から６の６段階に切り替え可能なＣＣＤを使用している。各受光特性曲線は、受光感度あるいは露光条件を示しており、受光素子制御部５２によって切り替え可能としている。また受光レベル制御手段６１で受光感度条件を切り替え可能とすることもできる。
【０２００】
なお、受光特性が５段階以下や７段階以上、あるいは連続的に変化させることが可能なＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を使用することもできる。このＣＣＤを用いて、図１１０に示すワークＷＫ１６に対して、プロファイル形状を複数回測定する。すなわち、図１１４に示すようにＣＣＤの受光感度を（１）から（６）に順次切り替えて、各々の受光感度で検出された受光量に基づいてプロファイル形状をプロファイル演算部であるプロファイル演算手段６４で演算し、これらを合成する。この例では、受光感度（１）は図１１３に示すように感度が低いので、図１１４（ａ）に示すように反射光量の多い平面部分が検出され、部分的なプロファイルが有効プロファイル形状として生成される。また受光感度（２）では、図１１３に示すように受光感度が少し高くなるため、図１１４（ｂ）に示すように若干傾斜した領域のみが検出される。以下同様に、受光感度（３）、（４）、（５）、（６）と感度が高くなるにつれ、反射光量の少ない領域でのプロファイル形状が検出されるため、図１１４（ｃ）〜（ｆ）に示すように有効プロファイル形状が各々部分的に生成される。これらのプロファイル形状を合成することで、図１１４（ｇ）に示すようにワーク全体のプロファイル形状が生成され、出力される。この方法であれば、最適な光量高さの波形のみ処理し合成するため、飽和波形による検出精度の低下や光量不足による検出不能領域などが生じず、正確なプロファイルの検出が可能となる。特に光量差のあるワークの暗い箇所、明るい箇所ともに最適な受光量で処理できるので、プロファイル検出精度が向上する。このため、基板部分とランド部分の光量差が大きいプリント基板や、角度によって光量が大きく異なる円筒状ワーク等、光量差のあるワークの測定を効果的に行える利点が得られる。
（マルチトリガ機能の実行手順）
【０２０１】
このマルチトリガ機能でプロファイル形状の合成処理を行う手順を、図１１５のフローチャートに基づいて説明する。まず、マルチトリガ機能の設定を行う。具体的には、ステップＳ１１５１でコントローラ部２２からセンサヘッド部２１に対して、マルチトリガ機能のＯＮと、実行するマルチトリガのモード、すなわち受光感度条件の数を設定する。ここではトリガモードとして、標準又は高速のいずれかを選択させる。標準モードを選択すると、図１１３の受光感度（１）〜（６）の６個の条件で露光を行い、高速モードを選択すると、図１１３の内、３個の条件（例えば受光感度（１）、（３）、（６））のみを実行する。このように、プロファイル形状の精度を重視する場合は受光感度条件を多くし、処理速度を重視する場合は少なくする。また、受光感度条件の数をユーザに指定させたり、トリガモードを３以上（標準、高速、精細等）設けてもよい。あるいは、一定条件のマルチトリガに固定することもでき、この場合はトリガモードの選択を行わない。
【０２０２】
次に、ステップＳ１１５２で設定されたトリガモードに応じて、センサヘッド部２１側で設定すべき受光感度条件の数とその具体的な条件内容を設定する。この例では、センサヘッド部２１は２次元受光素子の受光感度特性（ここでは２次元ＣＣＤの露光条件）を演算した後、最初の条件として図１１３の受光感度（１）に設定する。受光感度（１）は、入力される受光量が大きくてもＣＣＤの出力値を小さくする条件である。以上のようにして設定を行った後、実際の測定を行う。この際、必要に応じて設定モードから測定モードへの切り替えを行うこともできる。
【０２０３】
測定の手順として、具体的にはステップＳ１１５３においてコントローラ部２２からセンサヘッド部２１に対し、レーザダイオード１２の発光信号を送信する。次にステップＳ１１５４において、設定された受光感度条件で２次元ＣＣＤにて撮像して得られた受光信号のうち、適切な範囲内の受光高さが得られたラインについてのみ変位値を取得し、合成前画像記憶手段９２であるプロファイルバッファに保存する。取得できる受光高さは受光感度条件で規定され、例えば受光感度（１）では２００〜８００ＬＳＢのピーク高さに設定される。次にステップＳ１１５５で、まだ測定されていない受光感度条件が残っているかどうかを判定し、残っている場合はステップＳ１１５６に進み、残っていない場合はステップＳ１１５７に進む。ステップＳ１１５６では、次の受光感度条件（ここでは受光感度（２））を設定する。さらにステップＳ１１５３に戻って、再度レーザダイオード１２の発光信号をセンサヘッド部２１に送信し、ステップＳ１１５４でセンサヘッド部２１は受光感度（２）の条件とした２次元ＣＣＤで撮像し、同様に適切な範囲内の受光高さが得られたラインについてのみ変位値を取得し、先ほどのプロファイルバッファに合成する。同様にして受光感度を（１）から（６）まで順次変更してこの作業を繰り返す。そして、すべての受光感度でのプロファイル形状が測定されると、ステップＳ１１５７に進み、受光感度（１）に戻すなどの初期化処理を必要に応じて行った後、プロファイルバッファに格納されているプロファイルデータを最終的なプロファイルデータとして出力する。
【０２０４】
以上の例では、露光条件、すなわち受光側の特性を変化させて受光量の異なるワークのプロファイル形状を取得している。一方、受光側でなく、投光側の照射光量を変化させることでも同様の効果を得ることができる。具体的には、投光側のレーザダイオード１２の発光量を変化させて複数枚のプロファイル画像を取得し、合成する。ただ、この場合は一回のレーザダイオード照射で得られる受光量の範囲、即ちダイナミックレンジが狭いため、多くの枚数の撮像を行わなければならず、要処理時間が長くなるという問題がある。また、照射光量を少なくすると、ノイズの影響を受けやすくなる弊害も生じる。一方、照射光量を一定値として受光側の感度を調整する方法では、一定量の受光量を確保できるため安定した測定が得られる。特にＬｏｇ特性を有する受光素子を使用すれば、受光可能な光量のダイナミックレンジが広いため、一回の撮像で広範囲の受光信号を検出できる。この結果、撮像枚数が少なくて済み、一のプロファイル形状を得るまでに要する処理時間を短縮できるという利点が得られる。したがって、発光量を固定して、受光側の受光特性を変化させる方が有利であると言える。なお、照射光量と受光感度の両方を調整して、さらに適切なプロファイル形状を取得することも可能であることはいうまでもない。
（レーザスキャン式２次元変位センサ）
【０２０５】
また本発明をレーザスキャン式２次元変位センサに適用することもできる。レーザスキャン式２次元変位センサ４００の概要を図９２に示す。この図に示すようにレーザスキャン式２次元変位センサ４００は、発光素子４０１と、非球面ガラスである投光レンズ４０２と、スキャナ４０３と、ハーフミラー４０４と、Ｘ方向受光素子４０５と、受光レンズ４０６と、Ｚ方向受光素子４０７とを備える。受光素子４０５、４０７は、２次元のＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサが利用できる。また、１次元のイメージセンサを利用して、各ライン毎に切り替えて受光信号を取得することもできる。この方法であれば、ライン毎に個別にフィードバック制御を行うことができる。また、合成画像を生成せずとも、ライン毎に適切な光量に調整した受光画像を得ることができる。レーザスキャン式２次元変位センサ４００は、帯光に変わって、発光素子４０１が発するスポット状のレーザ光をスキャナ４０３でＸ軸方向に偏光して線状に走査する。線状のレーザ光はハーフミラー４０４により、表面反射光と透過光に分離される。ハーフミラー４０４の表面反射光はＸ方向受光素子４０５上にスポットを結像し、Ｘ方向での測定点を決定する。一方ハーフミラー４０４を透過した透過光は、ワークＷＫ１３に照射される。そしてワークＷＫ１３の拡散反射光が受光レンズ４０６で集光され、Ｚ方向受光素子４０７上にスポットを結ぶ。このスポットの位置の変化によりワークＷＫ１３のＺ方向の移動を測定する。このようにＸ方向受光素子４０５で検知した測定点と、Ｚ方向受光素子４０７で検知した測定点とを照合することで、ワークＷＫ１３の形状を検出できる。
【産業上の利用可能性】
【０２０６】
本発明の光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラムは、透明体や樹脂、黒ゴム等のワークの変位を測定可能なＣＣＤレーザ変位センサとして好適に適用でき、基板の反り測定やタイヤの表面形状測定、ディスペンサのノズル高さ制御、ステージの位置制御等の用途に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２０７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式変位計の測定原理を示す図である。
【図２】光学式変位計の外観を示す平面図及び側面図である。
【図３】マイクロプロセッサによるフィードバック制御の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光学式変位計を示すブロック図である。
【図５】センサヘッド部に制御部を備える光学式変位計を示すブロック図である。
【図６】プロファイル形状に枠状のプロファイルマスク領域を指定する状態を示す模式図である。
【図７】保存されたプロファイルデータの一覧を示す表である。
【図８】ワークのプロファイル形状を表示部に表示する例を示す模式図である。
【図９】ワークの受光画像を表示部に表示する例を示す模式図である。
【図１０】通信手段を備える光学式変位計を示すブロック図である。
【図１１】表面が平坦で表面状態も均一なワークを示す模式図である。
【図１２】表面が平坦で部位によって表面状態が異なるワークを示す模式図である。
【図１３】部位によって反射状態が異なる立体形状のワークを示す模式図である。
【図１４】２次元受光素子の各ラインで受光量を検出する様子を示す模式図である。
【図１５】受光画像の輝度分布のヒストグラムを示すグラフである。
【図１６】２次元受光素子の受光特性の例を示すグラフである。
【図１７】候補パターンとしてプロファイル形状を表示した状態を示す模式図である。
【図１８】プロファイル表示領域を拡大した模式図である。
【図１９】候補パターンとしてプロファイル形状と光量グラフを表示した状態を示す模式図である。
【図２０】プロファイル表示領域と光量グラフ表示領域を拡大した模式図である。
【図２１】受光信号の波形を示す模式図である。
【図２２】ピーク数を記憶して受光量を制御する手順を示すフローチャートである。
【図２３】制御領域を指定する様子を説明する斜視図及び模式図である。
【図２４】正常な受光信号波形の一例を示す模式図である。
【図２５】異常な受光信号波形の例を示す模式図である。
【図２６】受光画像に受光マスク領域を設定する様子を示す模式図である。
【図２７】図２６から反射光を分離する様子を示す模式図である。
【図２８】受光マスク領域を計測光に合わせてぎりぎりに設定する例を示す模式図である。
【図２９】位置ずれによって受光マスク領域で計測光の一部がマスクされた状態を示す模式図である。
【図３０】位置ずれを考慮して受光マスク領域を設定した例を示す模式図である。
【図３１】図３０の受光マスク領域で位置ずれが発生した例を示す模式図である。
【図３２】マスク移動の設定時の手順を示すフローチャートである。
【図３３】受光画像中で登録画像を設定する様子を示す模式図である。
【図３４】受光マスク領域をぎりぎりに設定する様子を示す模式図である。
【図３５】マスク移動の実行手順を示すフローチャートである。
【図３６】画像サーチにより受光画像中における登録画像の位置を特定した状態を示す模式図である。
【図３７】受光画像に応じて、受光マスク領域が追従する様子を示す模式図である。
【図３８】傾斜しているワークに対して傾き補正機能を実行する様子を示す模式図である。
【図３９】高低差が既知の凸状を有するワークに対して高低差補正機能を実行する様子を示す模式図である。
【図４０】本発明の実施の形態３に係る光学式変位計を示すブロック図である。
【図４１】２台のセンサヘッド部を横並びに配置して、照射光の面積を実質的に拡張して使用する例を示す模式図である。
【図４２】図４１のセンサヘッド部の一方が傾いて配置された状態を示す模式図である。
【図４３】センサヘッド部結合機能を説明する模式図である。
【図４４】直接マッチング機能を説明する模式図である。
【図４５】直接マッチング機能の手順を説明するフローチャートである。
【図４６】センサヘッド部を鏡面状に配置する状態を示す模式図である。
【図４７】反転手段によりプロファイルの差分を取得する様子を示すイメージ図である。
【図４８】一のワークに対して、異なる部位のプロファイル形状を取得するよう帯光を照射する様子を示す斜視図である。
【図４９】２台のセンサヘッド部で同一のワークを挟み込んで計測する様子を示す側面図である。
【図５０】センサヘッド部の投光側が対向するように設置する様子を示す側面図である。
【図５１】反転手段によりワークの凸状部分の厚さを計測する様子を示す側面図である。
【図５２】プロファイル形状を反転手段で反転させる手順を示すフローチャートである。
【図５３】プロファイル形状中から、合致する位置をプロファイルサーチで検出する手順を示すフローチャートである。
【図５４】登録プロファイルと、これに基づきプロファイル形状にプロファイルサーチを行った結果を示すイメージ図である。
【図５５】無効領域を設定する様子を示すイメージ図である。
【図５６】ワーク中の傾斜の変化が大きい領域を自動的に抽出する様子を示すイメージ図である。
【図５７】傾き無効化機能で無効化を行う手順を示すフローチャートである。
【図５８】死角の発生により計測されるプロファイル形状を示すイメージ図である。
【図５９】死角処理機能により死角を自動抽出する手順を示すフローチャートである。
【図６０】凸状に変化するワークでプロファイルが離散的となる様子を示すイメージ図である。
【図６１】図６０のワークの受光画像を示す平面図である。
【図６２】エッジ部分における２次元受光素子の受光光量の変化を示すグラフである。
【図６３】受光画像を用いたエッジ位置の検出手順を示すフローチャートである。
【図６４】プロファイルサーチを利用したワークの測定例を示す模式図である。
【図６５】プロファイル形状を手動で操作する画面例を示すイメージ図である。
【図６６】プロファイルの光量状態に応じてプロファイル形状を着色して表示する例を示すイメージ図である。
【図６７】プロファイルの光量変化に応じてプロファイル形状を着色して表示する例を示すイメージ図である。
【図６８】プロファイルの光量状態及び光量変化に応じてプロファイル形状を着色して表示する例を示すイメージ図である。
【図６９】着色の判定手順を示すフローチャートである。
【図７０】着色の他の判定手順を示すフローチャートである。
【図７１】最新のプロファイル形状ほど太くなるよう、複数のプロファイル形状を重ねて表示する状態を示すイメージ図である。
【図７２】最新のプロファイル形状ほど濃くなるよう、複数のプロファイル形状を重ねて表示する状態を示すイメージ図である。
【図７３】平均プロファイルを表示する状態を示すイメージ図である。
【図７４】受光画像に着色処理を施して表示する状態を示すイメージ図である。
【図７５】着色処理した受光画像にプロファイル形状を重ねて表示する状態を示すイメージ図である。
【図７６】トレンドグラフ表示領域を設けた表示部を示すイメージ図である。
【図７７】トレンドグラフ上にアラーム発生期間を表示する状態を示すイメージ図である。
【図７８】トレンドグラフ上でオーバーシュートの発生を回避するようゲイン調整する様子を示すイメージ図である。
【図７９】発光量と受光量とを同時に表示したトレンドグラフを示すイメージ図である。
【図８０】計測値の平均値をトレンドグラフ中に表示する状態を示すイメージ図である。
【図８１】プロファイルデータストレージ機能とトレンドグラフを連携させた状態を示すイメージ図である。
【図８２】トレンドグラフ表示領域にトリガレベルを表示する状態を示すイメージ図である。
【図８３】複数の合成前画像に基づき多重合成を行った合成画像を示すイメージ図である。
【図８４】暗い部分を省いた合成画像を示すイメージ図である。
【図８５】多重合成範囲を複数指定した合成画像を示すイメージ図である。
【図８６】トラックバック機能により既に撮像した合成前画像を読み込む様子を示すイメージ図である。
【図８７】合成前画像を一覧表示して既に撮像した合成前画像を読み込む様子を示すイメージ図である。
【図８８】複数の合成前画像を並べて表示する様子を示すイメージ図である。
【図８９】多重合成画像をリアルタイム表示する様子を示すイメージ図である。
【図９０】多重合成を行う多重合成領域を制限する様子を示すイメージ図である。
【図９１】多重合成を行う多重合成領域を制限する様子を示すイメージ図である。
【図９２】レーザスキャン式２次元変位センサを示す模式図である。
【図９３】従来の光学式変位計の主要部の構成を示すブロック図である。
【図９４】光位置検出素子での受光量を制御するための従来の制御回路の一例を示すブロック図である。
【図９５】従来の他の光学式変位計の主な回路構成を示すブロック図である。
【図９６】可変幅の設定方法の例を説明するための模式図である。
【図９７】光切断の原理を示す模式図である。
【図９８】凸状突起を有するワークに対し帯光を投光して凸状突起の高さを計測する様子を示す模式図である。
【図９９】図９８のワークが幅方向に傾いて設置された場合に凸状突起の高さを計測する様子を示す模式図である。
【図１００】帯光の幅方向と直交する方向に傾いて設置された場合に誤差が生じる様子を示す模式図である。
【図１０１】Ｖ字状の谷を形成したワークに投光する様子を示す模式図である。
【図１０２】ローラ状のワークに投光する様子を示す模式図である。
【図１０３】凹凸のあるワーク上に塗布された接着剤のプロファイルを測定する様子を示す斜視図である。
【図１０４】図１０３のワークに接着剤を塗布する様子を示す側面図である。
【図１０５】図１０３のワークで測定された接着剤塗布前後のプロファイル形状を示すイメージ図である。
【図１０６】一のセンサヘッド部で同一のワークを異なるタイミングで撮像する様子を示すタイミングチャートである。
【図１０７】処理前の複数のプロファイル形状及び処理後の複数のプロファイル形状に基づく一括処理の例を示すタイミングチャートである。
【図１０８】処理前と処理後のタイミングが比較的粗い例を示すタイミングチャートである。
【図１０９】処理前と処理後のタイミングが比較的密な例を示すタイミングチャートである。
【図１１０】部位によって反射光量の変わるワークの一例を示す斜視図である。
【図１１１】図１１０のワークを２次元受光素子の受光感度を高く設定してプロファイル形状を測定した様子を示す模式図である。
【図１１２】図１１０のワークを２次元受光素子の受光感度を低く設定してプロファイル形状を測定した様子を示す模式図である。
【図１１３】受光特性を調整可能な２次元受光素子の受光感度曲線を示すグラフである。
【図１１４】マルチトリガ機能でプロファイル形状を合成する様子を示す模式図である。
【図１１５】マルチトリガ機能でプロファイル形状の合成処理を行う手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２０８】
１００、２００…光学式変位計
１…センサヘッド部
２…コントローラ部
３…投光部
４…ヘッド接続部
１１…ドライバ
１２…レーザダイオード
１３…投光レンズ
１４…受光レンズ
１５…２次元受光素子
１６…読み出し回路
２１…センサヘッド部
２２…コントローラ部
２３…電気ケーブル
２４…ヘッド接続部
２５…表示器接続部
２６…増設ユニット
２７…表示器
２８…アンプユニット
４４…マイクロプロセッサ；４４１…比較部；４４２…操作量算出部；４４３…出力部
４５１…制御対象；４５２…フィードバック回路
５０…ヘッド制御部
５１…光量制御部
５２…受光素子制御部
５３…モード切替手段
５４…計測処理部
５５…アラーム検出手段
５６…画像読込部
５７…通信手段
５８…安定度出力手段
５９…警告手段
６０…受光データ制御部
６１…受光レベル制御手段
６２…画像処理部
６３…ワーク判定手段
６４…プロファイル演算手段
６５…トレンドグラフ作成手段
６６…プロファイル着色手段
６７…プロファイルハイライト手段
６８…受光画像着色手段
６９…多重合成手段
７０…表示部
７１…プロファイル表示領域
７２…トレンドグラフ表示領域
７３…光量グラフ表示領域
７４…受光画像表示領域
８０…インターフェース部
８１…操作量調整手段
８２…計測領域指定手段
８３…時刻指定手段
８４…サンプリング指定部
８５…制御領域指定手段
８６…マスク領域指定手段
８７…多重合成条件設定手段
８８…多重合成範囲制限手段
８９…合成前画像選択手段
９０…メモリ部
９１…受光ピーク記憶手段
９２…合成前画像記憶手段
１０１…駆動回路
１０２…レーザダイオード；１０２Ｂ…発光素子
１０３…投光レンズ
１０４…受光レンズ
１０５…光位置検出素子；１０５Ｂ…イメージセンサ
１０６ａ、１０６ｂ…電流電圧変換回路
１１１…光出力調整回路
１１２…加算器
１１３…減算器
１１４…誤差積分回路
１１５…基準電圧発生回路
１４４Ｂ…制御部；１４６Ｂ…増幅器
４００…レーザスキャン式２次元変位センサ
４０１…発光素子；４０２…投光レンズ；４０３…スキャナ；４０４…ハーフミラー
４０５…Ｘ方向受光素子；４０６…受光レンズ；４０７…Ｚ方向受光素子
６１０…演算部
６１１…傾斜角演算手段
６１２…高低差演算手段
６１３…傾き補正手段
６１４…プロファイルマッチング手段
６１５…差分抽出手段
６１６…画像サーチ手段
６１７…マスク移動手段
６１８…エッジ面算出手段
８１２…水平部位指定手段
８１４…高低差指定手段
８１６…傾斜角調整手段
８１８…高低差調整手段
８２０…共通プロファイル指定手段
８２２…反転手段
８２４…プロファイル移動手段
８２６…傾き調整手段
８２８…配置モード選択手段
８３０…登録プロファイル指定手段
８３２…無効領域指定手段
８３４…無効化手段
８３６…計測光選択手段
ＷＫ、ＷＫ１〜ＷＫ１６…ワーク
ＰＲ１〜４、ＷＫａ、ＷＫｂ、ＷＫｃ…プロファイル形状
ＶＣ…制御電圧；ＶＥ…誤差信号；ＶＬ…受光量電圧
Ｖａ…光出力制御信号；Ｖｒ…基準電圧
ＳＨ…センサヘッド部；ＬＢ…レーザ光；ＪＳ…受光素子
ＯＫ、ＯＫ’、ＯＫ”…帯光；Ｈ、Ｈ’…高さ；ｄ…凸状部分の厚さ
ＢＡ…青色領域；ＲＡ…赤色領域；ＧＡ…灰色領域
ＤＣ…橙色；ＰＣ…紫色；ＢＣ…青色；ＧＣ…緑色；ＹＣ…黄色；ＲＣ…赤色
ＬＩ…リニアイメージセンサ
ＪＭ…受光マスク領域
ＵＭ…波線枠
ＳＫ…水平基準位置指定枠
ＫＫ…高低差基準位置指定枠
ＫＷ…共通プロファイル指定枠；ＰＳ…登録プロファイル指定領域
ＭＡ…無効領域
ＥＤ…エッジ面
ＧＫ…外部機器
ＫＰ…候補パターン
ＰＭ…プロファイルマスク領域
ＴＧ…登録画像
ＳＺ…接着剤；ＴＳ…塗布装置
ＳＲ…制御領域；ＫＲ…計測領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、
測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、
受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性曲線を有し、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、
前記２次元受光素子の受光特性曲線を調整するための受光素子制御部と、
前記受光素子制御部により前記受光特性曲線が調整された前記２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、
前記投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において前記増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部とを備えることを特徴とする光学式変位計。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式変位計であって、
前記受光素子制御部は、前記プロファイル演算部により計測されたプロファイル形状のピークの分布が、所定の光量範囲に入るように、前記受光特性曲線を調整することを特徴とする光学式変位計。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学式変位計であって、
前記２次元受光素子は、前記受光感度曲線として段階的に切り替え可能な複数のＬｏｇ特性を備えることを特徴とする光学式変位計。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の光学式変位計であって、
前記プロファイル演算部は、前記受光素子制御部で異なる受光特性曲線に調整された前記２次元受光素子で、複数の異なる受光信号を検出し、各受光信号に基づいて前記第１の方向におけるピークが所定の範囲内にある部分を有効プロファイル形状として演算すると共に、複数の有効プロファイル形状を合成して測定対象物のプロファイル形状を演算可能であることを特徴とする光学式変位計。
【請求項５】
請求項４に記載の光学式変位計であって、さらに、
前記プロファイル形状の精度を重視し、前記受光特性曲線を異ならせる受光感度条件を多くする精細モードと、
処理速度を重視し、前記受光感度条件を少なくする高速モードと
を切り替え可能なモード切替手段
を備えることを特徴とする光学式変位計。
【請求項６】
測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、
測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、
測定対象物からの反射光を、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるよう調整可能な受光特性曲線を有する２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、
前記受光特性曲線が調整された前記２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、
増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、
前記投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において前記デジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を演算する一方、
前記２次元受光素子の受光特性曲線を調整する工程と、
を含んでなることを特徴とする光学式変位測定方法。
【請求項７】
測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、
測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、
測定対象物からの反射光を、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるよう調整可能な受光特性曲線を有する２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、
前記受光特性曲線が調整された前記２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、
前記投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、
前記２次元受光素子の受光特性曲線をフィードバック制御する機能と、
前記２次元受光素子の受光特性が調整可能であって、該受光特性を調整する機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする光学式変位測定プログラム。
【請求項１】
測定対象物の変位を測定する光学式変位計であって、
測定対象物に光を第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射、又は第１の方向に走査して照射するための投光部と、
受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるような受光特性曲線を有し、測定対象物からの反射光を受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力するための２次元受光素子と、
前記２次元受光素子の受光特性曲線を調整するための受光素子制御部と、
前記受光素子制御部により前記受光特性曲線が調整された前記２次元受光素子からの受光信号を増幅するための増幅器と、
前記投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において前記増幅器で得られた増幅信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算可能なプロファイル演算部とを備えることを特徴とする光学式変位計。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式変位計であって、
前記受光素子制御部は、前記プロファイル演算部により計測されたプロファイル形状のピークの分布が、所定の光量範囲に入るように、前記受光特性曲線を調整することを特徴とする光学式変位計。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学式変位計であって、
前記２次元受光素子は、前記受光感度曲線として段階的に切り替え可能な複数のＬｏｇ特性を備えることを特徴とする光学式変位計。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の光学式変位計であって、
前記プロファイル演算部は、前記受光素子制御部で異なる受光特性曲線に調整された前記２次元受光素子で、複数の異なる受光信号を検出し、各受光信号に基づいて前記第１の方向におけるピークが所定の範囲内にある部分を有効プロファイル形状として演算すると共に、複数の有効プロファイル形状を合成して測定対象物のプロファイル形状を演算可能であることを特徴とする光学式変位計。
【請求項５】
請求項４に記載の光学式変位計であって、さらに、
前記プロファイル形状の精度を重視し、前記受光特性曲線を異ならせる受光感度条件を多くする精細モードと、
処理速度を重視し、前記受光感度条件を少なくする高速モードと
を切り替え可能なモード切替手段
を備えることを特徴とする光学式変位計。
【請求項６】
測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定方法であって、
測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する工程と、
測定対象物からの反射光を、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるよう調整可能な受光特性曲線を有する２次元受光素子で受光して、第１の方向の各位置における受光信号として出力する工程と、
前記受光特性曲線が調整された前記２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅する工程と、
増幅信号を、デジタル変換手段でデジタル信号に変換する工程と、
前記投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点において前記デジタル変換手段で得られたデジタル信号に基づき、プロファイル演算部が測定対象物のプロファイル形状を演算する一方、
前記２次元受光素子の受光特性曲線を調整する工程と、
を含んでなることを特徴とする光学式変位測定方法。
【請求項７】
測定対象物の変位を光切断法に基づき測定可能な光学式変位測定プログラムであって、
測定対象物に投光部で光を第１の方向に走査して照射、又は第１の方向に広がりを有する帯状の光として照射する機能と、
測定対象物からの反射光を、受光光量の強い領域での出力信号が飽和せずに抑えられるよう調整可能な受光特性曲線を有する２次元受光素子で受光し、第１の方向の各位置における受光信号として出力する機能と、
前記受光特性曲線が調整された前記２次元受光素子からの受光信号を増幅器で増幅し、デジタル信号に変換する機能と、
前記投光部からの照射光の反射光により、第１の方向の各点においてデジタル信号に基づき、測定対象物のプロファイル形状を演算する機能と、
前記２次元受光素子の受光特性曲線をフィードバック制御する機能と、
前記２次元受光素子の受光特性が調整可能であって、該受光特性を調整する機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする光学式変位測定プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【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】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図７７】
【図７８】
【図７９】
【図８０】
【図８１】
【図８２】
【図９２】
【図９３】
【図９４】
【図９５】
【図９６】
【図９７】
【図９８】
【図９９】
【図１００】
【図１０１】
【図１０２】
【図１０３】
【図１０４】
【図１０５】
【図１０６】
【図１０７】
【図１０８】
【図１０９】
【図１１０】
【図１１１】
【図１１２】
【図１１３】
【図１１４】
【図１１５】
【図９】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図７１】
【図７２】
【図８３】
【図８４】
【図８５】
【図８６】
【図８７】
【図８８】
【図８９】
【図９０】
【図９１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【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】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図７７】
【図７８】
【図７９】
【図８０】
【図８１】
【図８２】
【図９２】
【図９３】
【図９４】
【図９５】
【図９６】
【図９７】
【図９８】
【図９９】
【図１００】
【図１０１】
【図１０２】
【図１０３】
【図１０４】
【図１０５】
【図１０６】
【図１０７】
【図１０８】
【図１０９】
【図１１０】
【図１１１】
【図１１２】
【図１１３】
【図１１４】
【図１１５】
【図９】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図７１】
【図７２】
【図８３】
【図８４】
【図８５】
【図８６】
【図８７】
【図８８】
【図８９】
【図９０】
【図９１】
【公開番号】特開２０１２−１０３２６６（Ｐ２０１２−１０３２６６Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−６６１０（Ｐ２０１２−６６１０）
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【分割の表示】特願２００７−１０９２９２（Ｐ２００７−１０９２９２）の分割
【原出願日】平成１９年４月１８日（２００７．４．１８）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【分割の表示】特願２００７−１０９２９２（Ｐ２００７−１０９２９２）の分割
【原出願日】平成１９年４月１８日（２００７．４．１８）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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