(57)【要約】【課題】対象物の姿勢又は位置を一つのセンサヘッドで検査する際の時間を短縮することができ、さらに複数のセンサヘッドを配置する場合に比べてコストを削減することができる光学計測装置を提供する。【解決手段】光学計測装置１００は、光源１１と、位置関係制御部１４２算定部１４３ワーク２００に照射した光の反射光に基づいて、ワークとの距離を計測する計測部１４１と、照射した光によりワーク上に形成される光の軌道が、一つ以上の略円形状を形成するように、ワークと光学計測装置１００との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部１４２と、計測部１４１により計測されるワークとの距離に基づいて、ワークの姿勢又は位置を算定する算定部１４３と、を備え、計測部１４１は、略円形状に形成される光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおけるワークとの距離を計測する。【選択図】図１
2020183900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学計測装置であって、
光を出射する光源と、
対象物に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物との距離を計測する計測部と、
照射した光により対象物上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部と、
前記計測部により計測される前記対象物との距離に基づいて、前記対象物の姿勢又は位置を算定する算定部と、
を備え、
前記計測部は、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物との距離を計測する、
光学計測装置。
【請求項２】
前記基準点の補正用に前記対象物上にさらに形成される前記光の軌道上において前記計測部により計測される前記対象物との距離に基づいて、前記基準点を補正する補正部を、さらに備える、
請求項１記載の光学計測装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記対象物上にさらに形成される前記光の軌道上において前記計測部により計測される前記対象物との距離に基づいて、当該距離が最大又は最小となるピーク座標を決定し、当該決定した前記ピーク座標を前記基準点にする、
請求項２記載の光学計測装置。
【請求項４】
前記算定部は、前記対象物との距離に加え、前記対象物の形状を特定する形状情報に基づいて、前記対象物の姿勢又は位置を算定する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項５】
対象物によって反射された反射光を集光する光学系を含む一つのセンサヘッドを、さらに備え、
前記計測部は、前記反射光の受光量に基づいて、前記センサヘッドから対象物までの距離を計測し、
前記位置関係制御部は、少なくとも前記対象物及び前記センサヘッドのいずれかを動かすことで、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項６】
前記位置関係制御部は、直行する２軸の移動機構を制御することで、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項７】
光学計測装置を制御するための光学計測方法であって、
光源から光を出射するステップと、
対象物に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物との距離を計測するステップと、
照射した光により対象物上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御するステップと、
前記計測される前記対象物との距離に基づいて、前記対象物の姿勢又は位置を算定するステップと、
を含み、
前記対象物との距離を計測するステップにおいて、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物との距離を計測する、
光学計測方法。
【請求項８】
前記基準点の補正用に前記対象物上にさらに形成される前記光の軌道上において前記計測される前記対象物との距離に基づいて、前記基準点を補正するステップを、さらに含む、
請求項７記載の光学計測方法。
【請求項９】
前記基準点を補正するステップにおいて、前記対象物上にさらに形成される前記光の軌道上において前記計測される前記対象物との距離に基づいて、当該距離が最大又は最小となるピーク座標を決定し、当該決定した前記ピーク座標を前記基準点にする、
請求項８記載の光学計測方法。
【請求項１０】
前記対象物の姿勢又は位置を算定するステップにおいて、前記対象物との距離に加え、前記対象物の形状を特定する形状情報に基づいて、前記対象物の姿勢又は位置を算定する、
請求項７から９のいずれか一項に記載の光学計測方法。
【請求項１１】
前記対象物との距離を計測するステップにおいて、前記反射光の受光量に基づいて、前記反射光を集光する光学系を含むセンサヘッドから対象物までの距離を計測し、
前記位置関係を制御するステップにおいて、少なくとも前記対象物及び前記センサヘッドのいずれかを動かすことで、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する、
請求項７から１０のいずれか一項に記載の光学計測方法。
【請求項１２】
前記位置関係を制御するステップにおいて、直行する２軸の移動機構を制御することで、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する、
請求項７から１１のいずれか一項に記載の光学計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学計測装置及び光学計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばスマートホンに代表される小型製品は、さらなる小型化が要求されており、その要求に伴い、小型製品を構成する部品の組付け精度に対する要求も高まっている。したがって、組付けられた部品の姿勢を精度良く検査することが必要となる。
【０００３】
部品等の計測対象物の変位を非接触で計測する計測装置として、例えば、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する共焦点計測装置が知られている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７９０１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、対象物の姿勢や位置を検査する場合、一般に、対象物に対して同一直線上に位置しない複数の測定ポイントを設け、各測定ポイントで計測した値に基づいて姿勢や位置を検査する。特許文献１の共焦点計測装置を含む従来の計測装置では、それぞれの測定ポイントに対し、センサヘッド又は対象物を直線的に動かしながら各測定ポイント間を移動させることになるか、複数のセンサヘッドを各測定ポイントに配置して測定を行うことになる。
【０００６】
各測定ポイント間を直線的に移動させる場合、各測定ポイントで移動方向が大きく変わることになる。移動方向を変えるには、測定ポイントごとにセンサヘッド又は対象物の移動速度を緩めたり、一旦止めることが必要となるため、その際に発生する加減速により、振動等の問題が生ずることになる。この問題を解消するために、移動速度を全体的に遅くすることが考えられるが、移動速度を遅くすると、対象物の姿勢や位置を検査する時間が長くなってしまう。
【０００７】
また、複数のセンサヘッドを配置する場合、対象物の姿勢や位置を検査する時間が長くなるという問題は生じないものの、計測装置全体のコストが嵩むため、ユーザの導入障壁を高くしてしまう。
【０００８】
このような事情に鑑み、本発明は、対象物の姿勢又は位置を一つのセンサヘッドで検査する際の時間を短縮することができ、さらに複数のセンサヘッドを配置する場合に比べてコストを削減することができる光学計測装置及び光学計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る光学計測装置は、光を出射する光源と、対象物に照射した光の反射光に基づいて、対象物との距離を計測する計測部と、照射した光により対象物上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部と、計測部により計測される対象物との距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定する算定部と、を備え、計測部は、略円形状に形成される光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物との距離を計測する。
【００１０】
この態様によれば、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を、加減速が生じない任意の速度で曲線的に変化させ、その変化の過程で略円形状に形成される光の軌道上に位置する三つ以上の測定ポイントで順次対象物との距離を計測し、その計測した距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することができる。これにより、加減速が生じない任意の速度を維持しながら距離を計測し、対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、対象物の姿勢又は位置を算定する際に要する時間を短縮することが可能となる。
【００１１】
前述した態様において、基準点の補正用に対象物上にさらに形成される光の軌道上において計測部により計測される対象物との距離に基づいて、基準点を補正する補正部を、さらに備えることとしてもよい。
【００１２】
この態様によれば、検査対象となる対象物を用いて、検査時の測定ポイントを特定するための基準点を補正することができるため、検査の精度を高めることが可能となる。
【００１３】
前述した態様において、補正部は、対象物上にさらに形成される光の軌道上において計測部により計測される対象物との距離に基づいて、当該距離が最大又は最小となるピーク座標を決定し、当該決定したピーク座標を基準点にすることとしてもよい。
【００１４】
この態様によれば、計測部により計測される対象物との距離が最大又は最小となるピーク座標を、検査時の測定ポイントを特定するための基準点にすることができるため、検査時における基準点の誤差を低減することが可能となる。
【００１５】
前述した態様において、算定部は、対象物との距離に加え、対象物の形状を特定する形状情報に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することとしてもよい。
【００１６】
この態様によれば、対象物の形状ごとに異なる情報を加味して対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、検査の精度をさらに高めることが可能となる。
【００１７】
前述した態様において、対象物によって反射された反射光を集光する光学系を含む一つのセンサヘッドを、さらに備え、計測部は、反射光の受光量に基づいて、センサヘッドから対象物までの距離を計測し、位置関係制御部は、少なくとも対象物及びセンサヘッドのいずれかを動かすことで、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御することとしてもよい。
【００１８】
この態様によれば、センサヘッドから対象物までの距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することが可能となる。
【００１９】
前述した態様において、位置関係制御部は、直行する２軸の移動機構を制御することで、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御することとしてもよい。
【００２０】
この態様によれば、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を、直行する２軸の移動機構により制御することができるため、位置関係を簡易に制御することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の他の態様に係る光学計測方法は、光学計測装置を制御するための光学計測方法であって、光源から光を出射するステップと、対象物に照射した光の反射光に基づいて、対象物との距離を計測するステップと、照射した光により対象物上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御するステップと、計測される対象物との距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定するステップと、を含み、対象物との距離を計測するステップにおいて、略円形状に形成される光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける対象物との距離を計測する。
【００２２】
この態様によれば、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を、加減速が生じない任意の速度で曲線的に変化させ、その変化の過程で略円形状に形成される光の軌道上に位置する三つ以上の測定ポイントで順次対象物との距離を計測し、その計測した距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することができる。これにより、加減速が生じない任意の速度を維持しながら距離を計測し、対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、対象物の姿勢又は位置を算定する際に要する時間を短縮することが可能となる。
【００２３】
前述した態様において、基準点の補正用に対象物上にさらに形成される光の軌道上において計測される対象物との距離に基づいて、基準点を補正するステップを、さらに含むこととしてもよい。
【００２４】
この態様によれば、検査対象となる対象物を用いて、検査時の測定ポイントを特定するための基準点を補正することができるため、検査の精度を高めることが可能となる。
【００２５】
前述した態様において、基準点を補正するステップにおいて、対象物上にさらに形成される光の軌道上において計測される対象物との距離に基づいて、当該距離が最大又は最小となるピーク座標を決定し、当該決定したピーク座標を基準点にすることとしてもよい。
【００２６】
この態様によれば、計測される対象物との距離が最大又は最小となるピーク座標を、検査時の測定ポイントを特定するための基準点にすることができるため、検査時における基準点の誤差を低減することが可能となる。
【００２７】
前述した態様において、対象物の姿勢又は位置を算定するステップにおいて、対象物との距離に加え、対象物の形状を特定する形状情報に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することとしてもよい。
【００２８】
この態様によれば、対象物の形状ごとに異なる情報を加味して対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、検査の精度をさらに高めることが可能となる。
【００２９】
前述した態様において、対象物との距離を計測するステップにおいて、反射光の受光量に基づいて、反射光を集光する光学系を含むセンサヘッドから対象物までの距離を計測し、位置関係を制御するステップにおいて、少なくとも対象物及びセンサヘッドのいずれかを動かすことで、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御することとしてもよい。
【００３０】
この態様によれば、センサヘッドから対象物までの距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することが可能となる。
【００３１】
前述した態様において、位置関係を制御するステップにおいて、直行する２軸の移動機構を制御することで、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御することとしてもよい。
【００３２】
この態様によれば、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を、直行する２軸の移動機構により制御することができるため、位置関係を簡易に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、対象物の姿勢又は位置を一つのセンサヘッドで検査する際の時間を短縮することができ、さらに複数のセンサヘッドを配置する場合に比べてコストを削減することができる光学計測装置及び光学計測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態に係る光学計測装置の概略構成を例示する構成図である。
【図２】ワーク上に描かれる円の軌道を例示する模式図である。
【図３】ワーク上に描かれる円の軌道を例示する模式図である。
【図４】測定位置により特定される時間と、その時間ごとの測定値となる高さとの関係を例示するグラフである。
【図５】ワーク上に描かれる円の軌道を例示する模式図である。
【図６】ワーク上に描かれる円の軌道を例示する模式図である。
【図７】測定位置により特定される時間と、その時間ごとの測定値となる高さとの関係を例示するグラフである。
【図８】実施形態に係る光学計測装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図９】実施形態に係る光学計測装置のセンサヘッドを適用する場面の一例を説明する模式図である。
【図１０】実施形態に係る光学計測装置のセンサヘッドを適用する場面の一例を説明する模式図である。
【図１１】変形例に係る光学計測装置の概略構成を例示する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００３６】
まず、図１を参照し、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る光学計測装置１００の概略構成を例示する模式図である。光学計測装置１００は、センサヘッド２０からワーク（対象物）２００までの距離を計測する。なお、センサヘッド２０からワーク２００までの距離を計測することには限定されず、ある位置を基準とした距離の変化、つまり、変位を計測することとしてもよい。
【００３７】
図１に示すように、光学計測装置１００は、例えば、コントローラ１０、センサヘッド２０及び設定端末３０を備える。コントローラ１０は、例えば、光源１１、分光器１２、受光センサ１３及び制御部１４を備える。
【００３８】
光源１１は、例えば白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を含んで構成され、白色光を出射する。光源１１が出射する光は、光学計測装置１００に要求される距離範囲をカバーする波長範囲を含む光であればよく、白色光に限定されない。光源１１は、制御部１４から入力される制御信号に基づいて動作し、例えば、制御信号に基づいて光の光量を変更する。
【００３９】
センサヘッド２０は、ワーク２００に光を照射するとともに、ワーク２００からの反射光を集光する。センサヘッド２０は、例えば、コリメータレンズ、回折レンズ及び対物レンズ等の光学系を含んで構成される。例示的に、コリメータレンズは、センサヘッド２０に入射された光を平行光に変換し、回折レンズは、平行光に光軸方向に沿う色収差を生じさせ、対物レンズは、色収差を生じさせた光をワーク２００に集めて照射する。回折レンズで軸上色収差を生じさせることで、対物レンズから照射される光は、波長ごとに異なる距離（位置）に焦点を合わせることが可能となる。
【００４０】
ワーク２００の表面で反射された光は、対物レンズ及び回折レンズを通ってコリメータレンズで集光され、ケーブル（光ファイバ）を介してコントローラ１０に出射される。
【００４１】
コントローラ１０の分光器１２は、例えば、コリメータレンズ、回折格子及び調整レンズを含んで構成される。例示的に、コリメータレンズは、センサヘッド２０から出射された光を平行光に変換し、回折格子は、平行光を波長成分毎に分光（分離）し、調整レンズは、分光した波長別の光のスポット径を調整する。
【００４２】
コントローラ１０の受光センサ１３は、分光器１２で分光された光に対し、波長成分毎に受光量を検出する。受光センサ１３は、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含んで構成され、複数の受光素子を含む。各受光素子は、分光器１２の回折格子の分光方向に対応させて一次元に配列される。これにより、各受光素子は分光された各波長成分の光に対応して配置され、受光センサ１３は波長成分毎に受光量を検出できるようになる。
【００４３】
受光センサ１３の一つの受光素子は、一つの画素に対応する。つまり、受光センサ１３は、複数の画素のそれぞれが受光量を検出できるように構成されている。なお、各受光素子は、一次元に配列される場合に限定されるものではなく、二次元に配列されてもよい。この場合、各受光素子は、例えば回折格子の分光方向を含む検出面上に、二次元に配列されることが好ましい。
【００４４】
受光センサ１３の各受光素子は、制御部１４から入力される制御信号に基づいて、所定の露光時間の間に受光した光の受光量に応じて電荷を蓄積する。各受光素子は、制御部１４から入力される制御信号に基づいて、露光時間以外（非露光時間）に、上記蓄積した電荷に応じた電気信号を出力する。これにより、露光時間に受光した受光量が電気信号に変換される。
【００４５】
コントローラ１０の制御部１４は、光学計測装置１００の各部の動作を制御する。制御部１４は、例えば、ＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ)等のマイクロプロセッサと、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ)、ＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ)及びバッファメモリ等のメモリと、を含んで構成される。制御部１４は、機能的な構成として、例えば、計測部１４１、位置関係制御部１４２、算定部１４３及び補正部１４４を有する。
【００４６】
計測部１４１は、受光センサ１３の各受光素子から入力される電気信号に基づいて、受光素子（画素）毎の受光量の分布信号（以下、「受光量分布信号」ともいう）を算出する。計測部１４１は、受光量分布信号に基づいて、センサヘッド２０からワーク２００までの距離を計測する。つまり、計測部１４１は、ワーク２００に照射した光の反射光に基づいて、ワーク２００との距離を計測する。図１に示す例において、センサヘッド２０からワーク２００までの距離はＺ軸方向の距離となる。
【００４７】
位置関係制御部１４２は、センサヘッド２０から照射される光によりワーク２００上に描かれる光の軌道が、略円形状を形成するように、センサヘッド２０を動作させる。略円形状には、例えば、基準点を中心にする円及び楕円、並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状が含まれる。基準点を中心にして旋回する曲線的な形状には、例えば、渦巻形状等が含まれる。形成する略円形状は、一つであることに限らず、複数形成してもよい。略円形状を複数形成する場合に、基準点は一つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態では、略円形状が、一つの基準点を中心にする円である場合について例示的に説明する。
【００４８】
センサヘッド２０は、可動部材２５に取り付けられている。可動部材２５は、直行する２軸の移動機構であり、制御部１４の制御信号に基づいて、図１に例示するＸ軸方向及びＹ軸方向に任意に移動する。
【００４９】
制御部１４の制御信号は、例えば、ユーザが設定端末３０を操作して設定した所定の半径となる円を描く円運動を行うように、可動部材２５に対して指示する信号である。センサヘッド２０は、可動部材２５の動きに合わせて、ワーク２００上に照射する光の軌道が略円形状を形成するように回転する。
【００５０】
位置関係制御部１４２は、例えば、（１）ワーク２００の姿勢を検査する際の測定ポイントを特定するための基準点を補正するとき、及び（２）ワーク２００の姿勢を検査するとき、のそれぞれにおいてセンサヘッド２０を動作させる。
【００５１】
上記（１）及び（２）で形成される円について、図面を参照して説明する。以下においては、ワーク２００が凸レンズである場合について例示的に説明する。
【００５２】
（１）ワーク２００の姿勢を検査する際の測定ポイントを特定するための基準点を補正するとき：
図２及び図３に例示するように、センサヘッド２０から照射される光により、予め設定された半径が異なる３つの円の軌道Ａ、Ｂ、Ｃが形成される。円の軌道Ａ、Ｂ、Ｃの半径は、軌道Ａ、軌道Ｂ、軌道Ｃの順に大きくなるように設定される。なお、円の軌道Ａ、Ｂ、Ｃの半径は、軌道Ａ、軌道Ｂ、軌道Ｃの順に小さくなるように設定されてもよい。円の軌道Ａ、Ｂ、Ｃの半径は、検査時に生ずるワーク２００の位置ずれが起こり得る範囲を考慮して設定することが好ましい。
【００５３】
具体的には、ワーク２００の位置が検査時の基準位置からずれた場合に、基準点が、円の軌道Ａ、Ｂ、Ｃの内側に納まるように設定する。なお、半径が異なる３つの円であることには限定されず、半径が異なる２つ以上（複数）の円であればよい。
【００５４】
（２）ワーク２００の姿勢を検査するとき：
図５及び図６に例示するように、センサヘッド２０から照射される光により、基準点を中心にして、予め設定された半径となる円の軌道Ｄが形成される。測定ポイントは、４点であり、それぞれ軌道Ｄ上に設定される。なお、測定ポイントは、４点であることには限定されず、ワークの姿勢を検査するために必要となる個数を任意に設定することができる。複数の測定ポイントを設ける場合には、それぞれの測定ポイント間の距離が最大となるように設けることが望ましい。
【００５５】
ここで、円の軌道Ａ、Ｂ、Ｃの半径は、円の軌道Ｄの半径よりも小さくなるように設定することが好ましい。
【００５６】
図１の説明に戻る。制御部１４の算定部１４３は、上記（１）ワーク２００の姿勢を検査する際の測定ポイントを特定するための基準点を補正するときに、センサヘッド２０から照射される光によりワーク２００上に形成される、半径が異なる複数の円周上において計測されたセンサヘッド２０からワーク２００までの距離に基づき、当該距離が最小となるピーク座標を算出する。距離を計測する測定ポイントは、ピーク座標の算出精度を考慮し、任意の間隔で設定することができる。図２乃至図４を参照して具体的に説明する。
【００５７】
最初に、算定部１４３は、図２及び図３に例示する３つの円の軌道Ａ、Ｂ、Ｃ上において計測されたセンサヘッド２０からワーク２００までの値に基づいて距離を算出し、各測定位置での測定値等と共にメモリに記憶させる。
【００５８】
図４は、測定位置と測定値との関係を示すグラフであり、具体的には、測定位置により特定される時間と、その時間の経過により変化する測定値となる高さとの関係を例示するグラフである。高さは、ワーク２００のＺ軸方向の高さであり、センサヘッド２０からワーク２００までの距離に対応する値である。距離が短いほど、高さが高くなる関係にある。
【００５９】
続いて、算定部１４３は、図４に示す軌道Ａ、Ｂ、Ｃの高さのうち、最大となる高さＰに対応する三次元座標を、ピーク座標として算出する。このピーク座標が、後述するように測定ポイントを特定するための基準点として用いられることになる。
【００６０】
なお、本実施形態では、最大となる高さ（最小となる距離）に対応する三次元座標を、ピーク座標として算出するが、これに限定されない。例えば、対象物が凹レンズである場合には、最小となる高さ（最大となる距離）に対応する三次元座標を、ピーク座標として算出することになる。
【００６１】
図１の説明に戻る。制御部１４の補正部１４４は、算定部１４３により算出されたピーク座標を基準点に設定することで、測定ポイントを定める際の基準点を補正する。図５及び図６を参照して具体的に説明する。
【００６２】
補正部１４４は、ピーク座標により補正された基準点を中心とし、予め設定された半径となる円上に、測定ポイントである４点を定める。
【００６３】
図１の説明に戻る。制御部１４の計測部１４１は、上記（２）ワーク２００の姿勢を検査するときに、補正部１４４により補正された基準点により定まる測定ポイントにおけるセンサヘッド２０からワーク２００までの距離を計測する。図５乃至図７を参照して具体的に説明する。
【００６４】
計測部１４１は、図５及び図６に例示する円の軌道Ｄ上にある４つの測定ポイントで計測されたセンサヘッド２０からワーク２００までの値に基づいて距離を算出し、各測定位置での測定値等と共にメモリに記憶させる。
【００６５】
図７は、測定位置と測定値との関係を示すグラフであり、具体的には、測定位置により特定される時間と、その時間の経過により変化する測定値となる高さとの関係を例示するグラフである。前述したように、高さは、ワーク２００のＺ軸方向の高さであり、センサヘッド２０からワーク２００までの距離に対応し、距離が短いほど、高さが高くなる関係にある。
【００６６】
図７は、図５及び図６に例示する円の軌道Ｄ上にある４つの測定ポイントのうち、ワーク２００上に“３”と表示されている測定ポイントに対応する位置が高くなっていることを例示している。
【００６７】
次に、図８を参照して、実施形態に係る光学計測装置１００の動作の一例について説明する。
【００６８】
最初に、制御部１４の算定部１４３は、ワーク２００上に形成される、半径が異なる複数の円周上におけるセンサヘッド２０からワーク２００までの距離を算出する（ステップＳ１０１）。
【００６９】
続いて、制御部１４の算定部１４３は、上記ステップＳ１０１で算出した距離に基づいて、当該距離が最小（ワーク２００の高さが最大）となるピーク座標を算出する（ステップＳ１０２）。
【００７０】
続いて、制御部１４の補正部１４４は、上記ステップＳ１０２で算出されたピーク座標に基づいて、測定ポイントを特定するための基準点を補正する（ステップＳ１０３）。
【００７１】
続いて、制御部１４の計測部１４１は、上記ステップＳ１０３で補正された基準点により定まる測定ポイントにおけるセンサヘッド２０からワーク２００までの距離を計測し、ワーク２００の姿勢を検査する（ステップＳ１０４）。
【００７２】
前述したように、実施形態に係る光学計測装置１００によれば、一つのセンサヘッド２０から照射される光によりワーク２００上に形成される光の軌道が、略円形状を形成するように、一つのセンサヘッド２０を動作させることができ、略円形状に形成される光の軌道上に位置する４つの測定ポイントにおけるワーク２００との距離に基づいて、ワーク２００の姿勢又は位置を算定することができる。
【００７３】
これにより、一つのセンサヘッド２０を加減速が生じない任意の速度で曲線的に変化させ、その変化の過程で略円形状に形成される光の軌道上に位置する４つの測定ポイントで順次ワーク２００との距離を計測し、その計測した距離に基づいて、ワーク２００の姿勢又は位置を算定することができる。つまり、加減速が生じない任意の速度を維持しながら距離を計測し、ワーク２００の姿勢又は位置を算定することができるため、ワーク２００の姿勢又は位置を算定する際に要する時間を短縮することが可能となる。また、一つのセンサヘッド２０で実現できるため、複数のセンサヘッドを配置する必要がない。
【００７４】
それゆえ、実施形態に係る光学計測装置１００によれば、ワーク２００の姿勢又は位置を一つのセンサヘッド２０で検査する際の時間を短縮することができ、さらに複数のセンサヘッドを必要としないことから、複数のセンサヘッドを配置する光学計測装置に比べてコストを削減することができる。  
【００７５】
ここで、従来のセンサヘッドは、スポット径を変更することとなった場合、センサヘッドの形式を変更する必要があった。これに対し、実施形態に係る光学計測装置１００によれば、センサヘッド２０から照射される光により描かれる円を小さくすることで、スポット径を疑似的に大きくすることができるという効果をさらに奏する。以下に、（ａ）ワークの表面が粗い場合、及び（ｂ）微細なワークを測定する場合にわけて説明する。
【００７６】
（ａ）ワークの表面が粗い場合：
図９に例示するように、ワーク２０１の表面が粗い（例えば自動車の傷）場合、センサヘッド２０から照射される光のスポットを円運動させ、複数点の計測値を取得する。取得した複数の計測値の平均を、最終的な測定値として確定する。これにより、表面の粗いワーク２０１に対する測定値を、安定化することができる。
【００７７】
（ｂ）微細なワークを測定する場合：
図１０に例示するように、ワーク２０２が微細である（例えばサイズが数十μｍ程度）場合、センサヘッド２０から照射される光のスポットを円運動させずに、計測値を取得する。取得した計測値を、最終的な測定値として確定する。これにより、同一のセンサヘッドを用いて、多様なワークに対応することが可能となる。
【００７８】
［変形例］
以上説明した実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。また、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００７９】
前述した実施形態では、位置関係制御部１４２が可動部材２５を動作させているが、これに限定されない。例えば、位置関係制御部１４２がワーク２００を載置する台２６を可動部材として動作させることとしてもよい。この変形例に係る光学計測装置の概略構成を、図１１に例示する。
【００８０】
図１１に示す変形例に係る光学計測装置１００ａが、図１に示す実施形態に係る光学計測装置１００と異なる点は、変形例に係る光学計測装置１００ａが、実施形態に係る光学計測装置１００が備える可動部材２５を省略し、その代わりに、ワーク２００を載置する台２６を可動とした点である。
これ以外については、実施形態に係る光学計測装置１００の構成と同様であり、同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略することとする。以下においては、実施形態に係る光学計測装置１００と異なる点について主に説明する。
【００８１】
位置関係制御部１４２は、センサヘッド２０から照射される光によりワーク２００上に描かれる光の軌道が、略円形状を形成するように、センサヘッド２０を動作させる。台２６は、直行する２軸の移動機構であり、制御部１４の制御信号に基づいて、図１１に例示するＸ軸方向及びＹ軸方向に任意に移動する。制御部１４の制御信号は、例えば、ユーザが設定端末３０を操作して設定した所定の半径となる円を描く円運動を行うように、台２６に指示するための信号である。ワーク２００は、台２６の動きに合わせて、センサヘッド２０によりワーク２００上に照射される光の軌道が略円形状を形成するように回転する。
【００８２】
また、例えば、実施形態に係る光学計測装置１００が備える可動部材２５を省略し、その代わりに、センサヘッド２０に、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを組み込むこととしてもよい。この場合には、例えば、ＭＥＭＳミラーの角度を制御する等し、センサヘッド２０から照射される光の方向を操作し、ワーク２００上に所定の円を描かせることが好ましい。
【００８３】
また、前述した実施形態では、対象物が凸レンズや凹レンズである場合について説明したが、対象物の形状は、凸レンズ形状や凹レンズ形状であることには限定されない。例えば、回転体等を含む立体形状であってもよいし、紙状や板状等を含む平面形状であってもよい。さらに、対象物の姿勢又は位置を算定する際に、前述した対象物との距離に加え、対象物の形状を特定する形状情報を付与することが好ましい。形状情報には、例えば、対象物が平面であるのか立体であるのか等の形状を特定する情報、及び形状ごとに異なる情報（各種パラメータ）等を含めることができる。形状情報を付与することにより、対象物の形状ごとに異なる情報を加味して対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、検査の精度をさらに高めることが可能となる。
【００８４】
また、前述した実施形態では、光学計測装置１００がセンサヘッド２０を備える場合について説明したが、光学計測装置１００がセンサヘッド２０を備えることは必須ではない。対象物に照射した光の反射光に基づいて、対象物との距離を計測することができる光学計測装置であれば、本発明を適用することができる。
【００８５】
［付記］
本実施形態における態様は、以下のような開示を含む。
【００８６】
（付記１）
光学計測装置（１００）であって、
光を出射する光源（１１）と、
対象物（２００）に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物（２００）との距離を計測する計測部（１４１）と、
照射した光により対象物（２００）上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物（２００）と前記光学計測装置（１００）との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部（１４２）と、
前記計測部（１４１）により計測される前記対象物（２００）との距離に基づいて、前記対象物（２００）の姿勢又は位置を算定する算定部（１４３）と、
を備え、
前記計測部（１４１）は、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物（２００）との距離を計測する、
光学計測装置（１００）。
【００８７】
（付記２）
光学計測装置（１００）を制御するための光学計測方法であって、
光源（１１）から光を出射するステップと、
対象物（２００）に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物（２００）との距離を計測するステップと、
照射した光により対象物（２００）上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物（２００）と前記光学計測装置（１００）との相対的な位置関係を制御するステップと、
前記計測される前記対象物（２００）との距離に基づいて、前記対象物（２００）の姿勢又は位置を算定するステップと、
を含み、
前記対象物（２００）との距離を計測するステップにおいて、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物（２００）との距離を計測する、
光学計測方法。
【符号の説明】
【００８８】
１０…コントローラ、１１…光源、１２…分光器、１３…受光センサ、１４…制御部、２０…センサヘッド、２５…可動部材、２６…台、３０…設定端末、１００、１００ａ…光学計測装置、１４１…計測部、１４２…位置関係制御部、１４３…算定部、１４４…補正部、２００、２０１、２０２…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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