(57)【要約】【課題】計測条件ごとにしきい値を設定することなく、計測値に発生し得るノイズの有無を判定することができる。【解決手段】対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量に基づいて計測値を得る光学計測装置１００であって、光学計測装置１００の光量に関する特性情報に基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する設定部５２と、しきい値に基づいて、計測値のノイズの有無を判定する判定部５３と、を備える。【選択図】図１
2020112539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物によって反射された反射光の受光量に基づいて計測値を得る光学計測装置であって、
前記光学計測装置の光量に関する特性情報に基づいて、前記反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する設定部と、
前記しきい値に基づいて、前記計測値のノイズの有無を判定する判定部と、を備える、
光学計測装置。
【請求項２】
光を発する光源を含むコントローラと、
前記反射光を集光する光学系を含むセンサヘッドと、をさらに備え、
前記設定部は、前記コントローラの光量に関する第１特性情報と前記センサヘッドの光量に関する第２特性情報とに基づいて、前記しきい値を設定する、
請求項１に記載の光学計測装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記第１特性情報を記憶する第１記憶部をさらに含み、
前記センサヘッドは、前記第２特性情報を記憶する第２記憶部をさらに含む、
請求項２に記載の光学計測装置。
【請求項４】
パラメータを入力するための入力部をさらに備え、
前記設定部は、前記第１特性情報と前記第２特性情報と前記パラメータとに基づいて、前記しきい値を設定する、
請求項２又は３に記載の光学計測装置。
【請求項５】
前記反射光の受光量に基づいて、前記計測値として前記光学計測装置から前記対象物までの距離を計測する計測部をさらに備える、
請求項２から４のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項６】
前記計測部は、前記判定部によって前記距離にノイズが有ると判定されたときに、前記距離を計測しない、
請求項５に記載の光学計測装置。
【請求項７】
前記光は複数の波長成分を含み、
前記光学系は、前記光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を前記対象物に照射するとともに、前記反射光を集光し、
前記反射光の受光量を検出する受光部であって、前記波長成分毎に受光量を検出可能に構成される受光部をさらに備える、
請求項５又は６に記載の光学計測装置。
【請求項８】
前記計測部は、前記反射光の前記波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、前記距離を計測する、
請求項７に記載の光学計測装置。
【請求項９】
対象物によって反射された反射光の受光量に基づいて計測値を得る光学計測装置が使用する光学計測方法であって、
前記光学計測装置の光量に関する特性情報に基づいて、前記反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する設定ステップと、
前記しきい値に基づいて、前記計測値のノイズの有無を判定する判定ステップと、を含む、
光学計測方法。
【請求項１０】
前記光学計測装置は、光を発する光源を含むコントローラと、前記反射光を集光する光学系を含むセンサヘッドと、を備え、
前記設定ステップは、前記コントローラの光量に関する第１特性情報と前記センサヘッドの光量に関する第２特性情報とに基づいて、前記しきい値を設定することを含む、
請求項９に記載の光学計測方法。
【請求項１１】
パラメータを入力するための入力ステップをさらに含み、
前記設定ステップは、前記第１特性情報と前記第２特性情報と前記パラメータとに基づいて、前記しきい値を設定することを含む、
請求項１０に記載の光学計測方法。
【請求項１２】
前記反射光の受光量に基づいて、前記計測値として前記光学計測装置から前記対象物までの距離を計測する計測ステップをさらに含む、
請求項１０又は１１に記載の光学計測方法。
【請求項１３】
前記計測ステップは、前記判定ステップにおいて前記距離にノイズが有ると判定されたときに、前記距離を計測しない、
請求項１２に記載の光学計測方法。
【請求項１４】
前記光は複数の波長成分を含み、
前記光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を前記対象物に照射するとともに、前記反射光を集光するステップと、
前記波長成分毎に受光量を検出可能に構成される受光部が、前記反射光の受光量を検出するステップと、をさらに含む、
請求項１２又は１３に記載の光学計測方法。
【請求項１５】
前記計測ステップは、前記反射光の前記波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、前記距離を計測することを含む、
請求項１４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】
この種の光学計測装置として、投光部より投射された光を受光して受光量に対応する信号を出力する受光部と、対象物のエッジ（端部）位置の検出のためのしきい値を設定する設定手段と、受光部の出力信号に基づいて得られる受光量分布と設定手段により設定されたしきい値との交点の位置を概略エッジ位置として求めるエッジ抽出手段と、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。この光学計測装置では、ユーザがモニタ装置の表示部を見ながら受光量分布の最大レベルと最小レベルとの間にしきい値を設定することにより、受光量分布としきい値との交点位置が概略エッジ位置として求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、計測値として、装置から対象物までの距離を計測する際に、例えば対象物を移動させると、対象物の端部において実際の距離よりも著しく高い値（飛び値）になることがあった。この場合、装置の利用者は、計測した距離に発生した著しく高い値、つまり、ノイズを、実際の距離とは異なる値であることに気付かずに使用してしまうおそれがあった。
【０００５】
計測した距離に発生するノイズの有無を判定するために、従来は、受光量に対するしきい値をあらかじめ設定しておき、当該しきい値に基づいて、計測した距離におけるノイズの有無を判定していた。
【０００６】
しかしながら、反射光の受光量は、対象物の種類に加え、装置の露光時間、装置又は対象物が移動する場合の移動速度等の計測条件によって大きく変化してしまう。そのため、従来の方法では、受光量に影響を及ぼす計測条件ごとにしきい値を設定する必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、計測値に発生し得るノイズの有無を判定することの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】
【０００８】
本発明の一態様に係る光学計測装置は、対象物によって反射された反射光の受光量に基づいて計測値を得る光学計測装置であって、光学計測装置の光量に関する特性情報に基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する設定部と、しきい値に基づいて、計測値のノイズの有無を判定する判定部と、を備える。
【０００９】
この態様によれば、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が設定される。ここで、単位時間あたりの受光量は、単なる受光量と比較して、計測条件による変化が少なく、対象物ごとにほぼ一定の値であることを、発明者は見出した。よって、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値に基づくことにより、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、計測値に発生し得るノイズの有無を判定することができる。また、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が、光学計測装置の光量に関する特性情報に基づいて設定される。これにより、例えば、理想的な反射光の単位時間あたりの受光量を基準値とし、当該基準値に対する光学計測装置の相対係数に基づくことで、光学計測装置に固有の光量ばらつきに応じて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定することが可能となり、光学計測装置ごとの光量ばらつきの影響を抑制することができる。従って、計測値のノイズの有無の判定において、光学計測装置に固有の光量ばらつきの影響を低減することができる。
【００１０】
前述した態様において、光を発する光源を含むコントローラと、反射光を集光する光学系を含むセンサヘッドと、をさらに備え、設定部は、コントローラの光量に関する第１特性情報とセンサヘッドの光量に関する第２特性情報とに基づいて、しきい値を設定してもよい。
【００１１】
この態様によれば、第１特性情報と第２特性情報とに基づいて、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が設定される。これにより、コントローラに含まれる光源の光量ばらつきと、センサヘッドに含まれる光学系の光量ばらつきとの両方の影響を、抑制することができる。
【００１２】
前述した態様において、コントローラは、第１特性情報を記憶する第１記憶部をさらに含み、センサヘッドは、第２特性情報を記憶する第２記憶部をさらに含んでもよい。
【００１３】
この態様によれば、第１特性情報がコントローラの第１記憶部に記憶され、第２特性情報がセンサヘッドの第２記憶部に記憶される。これにより、コントローラ及びセンサヘッドのうちの一方、例えばセンサヘッドを交換したときに、第１特性情報はコントローラの第１記憶部に記憶されたまま残る。従って、第１特性情報及び第２特性情報は、それぞれ、一度だけ算出すればよい。
【００１４】
前述した態様において、パラメータを入力するための入力部をさらに備え、設定部は、第１特性情報と第２特性情報とパラメータとに基づいて、しきい値を設定してもよい。
【００１５】
この態様によれば、第１特性情報と、第２特性情報と、パラメータとに基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値が設定される。これにより、光源の光量ばらつきと光学系の光量ばらつきとの両方の影響を抑制しつつ、利用者（ユーザ）の使い方、アプリケーション等に応じたしきい値を設定することが可能となる。
【００１６】
前述した態様において、反射光の受光量に基づいて、計測値として光学計測装置から対象物までの距離を計測する計測部をさらに備えてもよい。
【００１７】
この態様によれば、反射光の受光量に基づいて、計測値として光学計測装置から対象物までの距離が計測される。これにより、計測した距離におけるノイズの有無を判定し、対象物までの距離を計測する光学計測装置を容易に実現することができる。
【００１８】
前述した態様において、計測部は、判定部によって距離にノイズが有ると判定されたときに、距離を計測しなくてもよい。
【００１９】
この態様によれば、判定部５３によって距離にノイズが有ると判定されたときに、距離が計測されない。これにより、計測した距離に発生し得るノイズの値を、利用者が使用するリスクを低減することができる。
【００２０】
前述した態様において、光は複数の波長成分を含み、光学系は、光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を対象物に照射するとともに、反射光を集光し、反射光の受光量を検出する受光部であって、波長成分毎に受光量を検出可能に構成される受光部をさらに備えてもよい。
【００２１】
この態様によれば、複数の波長成分を含む光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光が対象物に照射されるとともに、対象物に反射された反射光が集光され、反射光の受光量を検出する受光部は、波長成分毎に受光量が検出可能に構成される。これにより、計測する距離におけるノイズの有無を判定する白色共焦点方式の光学計測装置を容易に実現することができる。
【００２２】
前述した態様において、計測部は、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、距離を計測してもよい。
【００２３】
この態様によれば、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、距離が計測される。これにより、反射光の波長成分毎の受光量分布において、ピーク以外の波長成分が距離に及ぼす影響を抑制し、対象物に焦点が合ったピークの波長成分に基づいて距離を計測することができる。従って、光学計測装置から対象物までの距離を、安定して高精度に計測することができる。
【００２４】
また、本発明の他の態様に係る光学計測方法は、対象物によって反射された反射光の受光量に基づいて計測値を得る光学計測装置が使用する光学計測方法であって、光学計測装置の光量に関する特性情報に基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する設定ステップと、しきい値に基づいて、計測値のノイズの有無を判定する判定ステップと、を含む。
【００２５】
この態様によれば、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が設定される。ここで、単位時間あたりの受光量は、単なる受光量と比較して、計測条件による変化が少なく、対象物ごとにほぼ一定の値であることを、発明者は見出した。よって、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値に基づくことにより、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、計測値に発生し得るノイズの有無を判定することができる。また、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が、光学計測装置の光量に関する特性情報に基づいて設定される。これにより、例えば、理想的な反射光の単位時間あたりの受光量を基準値とし、当該基準値に対する光学計測装置の相対係数に基づくことで、光学計測装置に固有の光量ばらつきに応じて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定することが可能となり、光学計測装置ごとの光量ばらつきの影響を抑制することができる。従って、計測値のノイズの有無の判定において、光学計測装置に固有の光量ばらつきの影響を低減することができる。
【００２６】
前述した態様において、光学計測装置は、光を発する光源を含むコントローラと、反射光を集光する光学系を含むセンサヘッドと、を備え、設定ステップは、コントローラの光量に関する第１特性情報とセンサヘッドの光量に関する第２特性情報とに基づいて、しきい値を設定することを含んでもよい。
【００２７】
この態様によれば、第１特性情報と第２特性情報とに基づいて、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が設定される。これにより、コントローラに含まれる光源の光量ばらつきと、センサヘッドに含まれる光学系の光量ばらつきとの両方の影響を、抑制することができる。
【００２８】
前述した態様において、パラメータを入力するための入力ステップをさらに含み、設定ステップは、第１特性情報と第２特性情報とパラメータとに基づいて、しきい値を設定することを含んでもよい。
【００２９】
この態様によれば、第１特性情報と、第２特性情報と、パラメータとに基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値が設定される。これにより、光源の光量ばらつきと光学系の光量ばらつきとの両方の影響を抑制しつつ、利用者（ユーザ）の使い方、アプリケーション等に応じたしきい値を設定することが可能となる。
【００３０】
前述した態様において、反射光の受光量に基づいて、計測値として光学計測装置から対象物までの距離を計測する計測ステップをさらに含んでもよい。
【００３１】
この態様によれば、反射光の受光量に基づいて、計測値として光学計測装置から対象物までの距離が計測される。これにより、計測した距離におけるノイズの有無を判定し、対象物までの距離を計測する光学計測方法を容易に実現することができる。
【００３２】
前述した態様において、計測ステップは、判定ステップにおいて距離にノイズが有ると判定されたときに、距離を計測しなくてもよい。
【００３３】
この態様によれば、判定ステップにおいて距離にノイズが有ると判定されたときに、距離が計測されない。これにより、計測した距離に発生し得るノイズの値を、利用者が使用するリスクを低減することができる。
【００３４】
前述した態様において、光は複数の波長成分を含み、光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を対象物に照射するとともに、反射光を集光するステップと、波長成分毎に受光量を検出可能に構成される受光部が、反射光の受光量を検出するステップと、をさらに含んでもよい。
【００３５】
この態様によれば、複数の波長成分を含む光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光が対象物に照射されるとともに、対象物に反射された反射光が集光され、波長成分毎に受光量が検出可能に構成される受光部が、反射光の受光量を検出する。これにより、計測する距離におけるノイズの有無を判定する白色共焦点方式の光学計測方法を容易に実現することができる。
【００３６】
前述した態様において、計測ステップは、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、距離を計測することを含んでもよい。
【００３７】
この態様によれば、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、距離が計測される。これにより、反射光の波長成分毎の受光量分布において、ピーク以外の波長成分が距離に及ぼす影響を抑制し、対象物に焦点が合ったピークの波長成分に基づいて距離を計測することができる。従って、光学計測装置から対象物までの距離を、安定して高精度に計測することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、計測値に発生し得るノイズの有無を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、第１実施形態におけ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】図２は、図１に示す受光部によって得られる受光量分布信号の一例を例示する波形図である。
【図３】図３は、計測した距離と単位時間あたりの受光量との関係を例示する図である。
【図４】図４は、第１実施形態における光学計測装置が計測する距離と、従来例に係る光学計測装置が計測する距離との関係を例示するグラフである。
【図５】図５は、図１に示した光学計測装置の相対係数における基準値を得るための概略構成を例示する構成図である。
【図６】図６は、図１に示したコントローラのコントローラ相対係数を得るための概略構成を例示する構成図である。
【図７】図７は、図１に示したセンサヘッドのセンサヘッド相対係数を得るための概略構成を例示する構成図である。
【図８】図８は、第１実施形態の光学計測装置における反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値の設定の概略動作を例示するフローチャートである。
【図９】図９は、第１実施形態の光学計測装置における対象物までの距離の計測の概略動作を例示するフローチャートである。
【図１０】図１０は、第２実施形態における光学計測装置が備えるコントローラのコントローラ光量特性値を得るための概略構成を例示する構成図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態における光学計測装置が備えるセンサヘッドのセンサヘッド光量特性値を得るための概略構成を例示する構成図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の光学計測装置における反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値の設定の概略動作を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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。
【００４１】
［第１実施形態］
まず、図１を参照しつつ、第１実施形態に従う光学計測装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態における光学計測装置１００の概略構成を例示する構成図である。
【００４２】
図１に示すように、光学計測装置１００は、光源１０と、導光部２０と、センサヘッド３０と、受光部４０と、制御部５０と、記憶部６０と、入出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）６５と、操作部７０と、表示部８０と、を備える。光源１０、導光部２０の一部、受光部４０、制御部５０、記憶部６０、操作部７０、及び表示部８０は、コントローラ９０に収容されている。
【００４３】
但し、光学計測装置１００の各部は、センサヘッド３０と、コントローラ９０とに分けて収容される構成に限定されるものではない。例えば、光学計測装置１００の各部は、３つ以上に分けて収容されていてもよい。
【００４４】
光学計測装置１００は、当該装置から、具体的にはセンサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離を所定の計測周期で計測する。
【００４５】
光源１０は、複数の波長成分を含む光を発するように構成されている。光源１０は、制御部５０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。光源１０は、例えば白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を含んで構成され、白色光を発生させる。但し、光源１０が発する光は、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、白色光に限定されるものではない。
【００４６】
導光部２０は、光を伝搬するためのものである。導光部２０は、例えば、第１ケーブル２１と、第２ケーブル２２と、第３ケーブル２３と、光カプラ２４と、を備える。
【００４７】
第１ケーブル２１は、その一端（図１において左端）が光源１０と光学的に接続している。第２ケーブル２２は、その一端（図１において右端）がセンサヘッド３０と光学的に接続している。第３ケーブル２３は、その一端（図１において左端）が受光部４０と光学的に接続している。第１ケーブル２１の他端（図１において右端）及び第３ケーブル２３の他端（図１において右端）と、第２ケーブル２２の他端（図１において左端）とは、光カプラ２４を介して光学的に結合されている。
【００４８】
光カプラ２４は、第１ケーブル２１から入射された光を第２ケーブル２２に伝送するとともに、第２ケーブル２２から入射された光を分割して第１ケーブル２１及び第３ケーブル２３にそれぞれ伝送する。なお、光カプラ２４によって第２ケーブル２２から第１ケーブル２１に伝送された光は、光源１０において終端される。
【００４９】
光カプラ２４は、例えば融着延伸型（溶融延伸型）の光カプラを含んで構成される。一方、第１ケーブル２１、第２ケーブル２２、及び第３ケーブル２３は、それぞれ、例えば光ファイバで構成される。各光ファイバは、単一のコアを有するシングルコアであってもよいし、複数のコアを有するマルチコアであってもよい。
【００５０】
センサヘッド３０は、例えば、コリメータレンズ３１と、回折レンズ３２と、対物レンズ３３と、記憶部３５と、を備える。コリメータレンズ３１、回折レンズ３２、及び対物レンズ３３は、対象物ＴＡに光を照射するように構成されている。また、コリメータレンズ３１、回折レンズ３２、及び対物レンズ３３は、対象物ＴＡによって反射された反射光を集光するように構成されている。なお、本実施形態に係るコリメータレンズ３１、回折レンズ３２、及び対物レンズ３３は、本発明の「光学系」の一例に相当する。
【００５１】
コリメータレンズ３１は、第２ケーブルから入射された光を平行光に変換するように構成されている。回折レンズ３２は、平行光に光軸方向に沿う色収差を生じさせるように構成されている。対物レンズ３３は、色収差を生じさせた光を対象物ＴＡに集めて照射するように構成されている。回折レンズ３２によって軸上色収差を発生させているので、対物レンズ３３から照射される光は、波長ごとに異なる距離（位置）に焦点を有する。
【００５２】
図１に示す例では、焦点距離が相対的に長い第１波長の光Ｌ１と、焦点距離が相対的に短い第２波長の光Ｌ２とを示している。第１波長の光Ｌ１は対象物ＴＡの表面で焦点が合う（焦点を結ぶ）一方、第２波長の光Ｌ２は対象物ＴＡの手前で焦点が合う（焦点を結ぶ）。
【００５３】
対象物ＴＡの表面で反射された光は、対物レンズ３３及び回折レンズ３２を通ってコリメータレンズ３１で集光され、第２ケーブル２２に入射する。反射光のうちの第１波長の光Ｌ１は、共焦点となる第２ケーブル２２の端面において焦点が合い、そのほとんどが第２ケーブル２２に入射する。一方、その他の波長は、第２ケーブル２２の端面で焦点が合わず、第２ケーブル２２に入射しない。第２ケーブル２２に入射した反射光は、光カプラ２４によってその一部が第３ケーブル２３に伝送され、受光部４０に出射される。
【００５４】
第２ケーブル２２が光ファイバである場合、そのコアはピンホールに相当する。よって、光ファイバのコア径を小さくすることにより、反射光を集光するピンホールが小さくなり、対象物ＴＡの表面に焦点の合った波長の光を安定して検出することができる。
【００５５】
記憶部３５は、プログラムやデータ等を記憶するように構成されている。記憶部３５は、例えば、フラッシュメモリ等を含んで構成される。本実施形態では、記憶部３５は、センサヘッド３０に付随するリムーバブルメディアである。記憶部３５は、所定の基準値に対する当該センサヘッド３０の相対係数（以下、「センサヘッド相対係数」という）を記憶するように構成されている。センサヘッド相対係数の詳細については、後述する。なお、センサヘッド相対係数は、本発明の「第２特性情報」の一例に相当する。
【００５６】
受光部４０は、対象物ＴＡの表面で反射され、センサヘッド３０で集光された反射光の受光量を検出するためのものである。受光部４０は、例えば、コリメータレンズ４１と、９０2回折格子４２と、調整レンズ４３と、受光センサ４４と、処理回路４５と、を備える。
【００５７】
コリメータレンズ４１は、第３ケーブルから入射された光を平行光に変換するように構成されている。回折格子４２は、この平行光を波長成分毎に分光（分離）するように構成されている。調整レンズ４３は、分光された波長別の光のスポット径を調整するように構成されている。
【００５８】
受光センサ４４は、分光された光に対し、波長成分毎に受光量を検出可能に構成されている。受光センサ４４は、複数の受光素子を含んで構成される。各受光素子は、回折格子４２の分光方向に対応させて一次元に配列されている。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４４は波長成分毎に受光量を検出可能になる。
【００５９】
受光センサ４４の一受光素子は、一画素に対応している。よって、受光センサ４４は、複数の画素のそれぞれが受光量を検出可能に構成されているともいえる。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いてもよい。各受光素子は、例えば回折格子４２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。
【００６０】
各受光素子は、処理回路４５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。そして、各受光素子は、処理回路４５から入力される制御信号に基づいて、露光時間以外、つまり、非露光時間の間に、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。
【００６１】
処理回路４５は、受光センサ４４による受光を制御するように構成されている。また、処理回路４５には、受光センサ４４の各受光素子から入力される電気信号ついて、制御部５０に出力するための信号処理を行うように構成されている。処理回路４５は、例えば、増幅回路と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路と、を含んで構成される。増幅回路は、各受光素子から入力された電気信号を所定のゲインでそれぞれ増幅する。そして、Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された各受光素子の電気信号に対し、標本化、量子化、及び符号化を行って、デジタル信号に変換する。このようにして、各受光素子が検出した受光量がデジタル値に変換され、受光素子毎、つまり、波長成分毎の受光量の分布信号（以下、単に「受光量分布信号」という）が得られる。処理回路４５は、この受光量分布信号を制御部５０に出力する。各受光素子の所定の露光時間、増幅回路の所定のゲイン等は、制御信号に基づいて変更することが可能である。例えば、対象物ＴＡの表面の形状や反射率が変化して各受光素子が検出する受光量が減少した場合には、計測に十分な受光量が得られるよう、より長い露光時間に変更する。
【００６２】
制御部５０は、光学計測装置１００の各部の動作を制御するように構成されている。また、制御部５０は、記憶部６０に記憶されたプログラムを実行する等によって、後述する各機能を実現するように構成されている。プログラムを実行する等によって、後述する各機能を実現するように構成されている。制御部５０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)、バッファメモリ等のメモリと、を含んで構成される。
【００６３】
記憶部６０は、プログラムやデータ等を記憶するように構成されている。記憶部６０は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等を含んで構成される。記憶部６０は、制御部５０が実行する各種プログラムやプログラムの実行に必要なデータ等をあらかじめ記憶している。また、記憶部６０は、所定の基準値に対するコントローラ９０の相対係数（以下、「コントローラ相対係数」という）を記憶するように構成されている。コントローラ相対係数の詳細については、後述する。なお、コントローラ相対係数は、本発明の「第１特性情報」の一例に相当する。
【００６４】
入出力Ｉ／Ｆ６５は、コントローラ９０と外部の機器とのインターフェースである。入出力Ｉ／Ｆ６５は、外部の機器との間でデータや信号をやり取りするように構成されている。また、入出力Ｉ／Ｆ６５は、外部の機器との間の通信を制御するように構成されている。本実施形態では、入出力Ｉ／Ｆ６５は、センサヘッド３０に付随する記憶部３５と接続するための接続端子を含んで構成される。入出力Ｉ／Ｆ６５に記憶部３５が挿入されて接続されると、制御部５０は、入出力Ｉ／Ｆ６５を介して、記憶部３５に記憶されたプログラムやデータ等を読み出すことが可能になる。
【００６５】
また、制御部５０は、その機能構成として、例えば、計測部５１と、設定部５２と、判定部５３と、を備える。
【００６６】
計測部５１は、反射光の受光量に基づいて、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離、詳細にはセンサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離、を計測するように構成されている。
【００６７】
図１に示す例では、計測される距離は、Ｚ軸方向の距離である。より詳細には、計測部５１は、受光部４０によって得られた受光量分布信号に基づいて、当該距離を計測するように構成されている。
【００６８】
ここで、図２を参照しつつ、受光量分布信号に基づく距離の計測について説明する。図２は、図１に示す受光部４０によって得られる受光量分布信号の一例を例示する波形図である。図２において、横軸は画素（受光センサ４４の各受光素子）であり、縦軸は受光量である。
【００６９】
図２に示すように、通常、受光量分布信号は、ある画素の受光量がピークとなる波形を有する。前述したように、センサヘッド３０から焦点が合う点までの距離は波長によって異なるので、受光センサ４４から得た受光量分布信号におけるピーク受光量の画素は、センサヘッド３０から照射され、対象物ＴＡで焦点が合った光の波長に対応する画素である。そして、当該波長は、センサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離に対応する。図１に示す例では、対象物ＴＡの表面で焦点が合う第１波長の光Ｌ１が、受光量分布信号のピーク受光量の波長として現れる。
【００７０】
具体的には、受光量分布信号のピーク受光量を１００％としたときに、５０％の受光量の線と受光量分布信号との２つの交点における中間点を求め、当該中間点の画素に対応する波長λを得る。
【００７１】
波長λと距離との関係（対応）は、制御部５０のメモリ等にあらかじめ記憶される。計測部５１がこの関係を参照することで、反射光の受光量分布信号におけるピークの受光量の波長λに基づいて、センサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離が計測される。これにより、反射光の波長成分毎の受光量分布において、ピーク以外の波長成分が距離に及ぼす影響を抑制し、対象物ＴＡに焦点が合ったピークの波長成分に基づいて距離を計測することができる。従って、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離を、安定して高精度に計測することができる。
【００７２】
図１の説明に戻ると、設定部５２は、光学計測装置１００の光量に関する特性情報に基づいて、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値を設定するように構成されている。反射光の単位時間当たりの受光量は、反射光の受光量を露光時間で除算して算出される。本実施形態では、光学計測装置１００の光量に関する特性情報の一例として、所定の基準値に対する光学計測装置１００の相対係数を用いる。光学計測装置１００の相対係数は、例えば、前述のコントローラ相対係数とセンサヘッド相対係数とから構成される。
【００７３】
判定部５３は、設定されたしきい値に基づいて、計測した距離のノイズの有無を判定するように構成されている。
【００７４】
ここで、図３及び図４を参照しつつ、計測した距離におけるノイズについて説明する。図３は、計測した距離と単位時間あたりの受光量との関係を例示する図である。図３のグラフにおいて、横軸は図１に示すＸ軸方向の位置であり、一方の縦軸（図３において左側の縦軸）は計測部５１によって計測される距離であり、他方の縦軸（図３において右側の縦軸）は受光量／露光時間である。図３において距離０から４０００００の範囲は、実際には計測装置からの距離として１０ｍｍから９．６ｍｍの範囲に対応する。図４は、第１実施形態における光学計測装置１００が計測する距離と、従来例に係る光学計測装置が計測する距離との関係を例示するグラフである。図４において、横軸は図１に示すＸ軸方向の位置であり、縦軸は光学計測装置１００又は従来例に係る光学計測装置で計測した距離である。図４において距離−３０００００から−１６００００の範囲は、実際には計測装置からの距離として１０．３ｍｍから１０．１６ｍｍの範囲に対応する。対象物ＴＡは光沢のある金属の表面を有しており、光源１０から投光された光は対象物ＴＡの表面で拡散反射している。また、図３及び図４における距離は、対象物ＴＡに対して、センサヘッド３０又は従来例に係るセンサヘッドを図１に示すＸ軸方向に移動させて計測される。
【００７５】
図３に示すように、対象物ＴＡの一方の端部（図３において左端部）において、破線で示す、計測部５１によって計測された距離には、ノイズ（飛び値）が発生している。一方、実線で示す受光量／露光時間、つまり、単位時間あたりの受光量（反射パワー）は、当該一方の端部において所定の値未満であり、対象物ＴＡのその他の部分においてほぼ一定の値である。また、単位時間あたりの受光量（反射パワー）は、対象物ＴＡの他方の端部（図３において右端部）においても所定の値未満である。ここで、単位時間あたりの受光量は、単なる受光量と比較して、計測条件による変化が少なく、対象物ごとにほぼ一定の値であることを、発明者は見出した。よって、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値に基づくことにより、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、計測した距離に発生し得るノイズの有無を判定することができる。
【００７６】
また、光学計測装置には、装置固有の光量ばらつきが存在すことが知られている。そのため、全ての光学計測装置において同じしきい値を設定すると、一方の光学計測装置ではノイズが有ると判定された計測値が、他方の光学計測装置ではノイズがないと判定されることがある。このように、計測値として計測される距離におけるノイズの有無の判定が、光学計測装置の光量ばらつきの影響を受ける場合がある。
【００７７】
これに対し、本実施形態の光学計測装置１００では、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が、光学計測装置１００の光量に関する特性情報に基づいて設定される。これにより、例えば、理想的な反射光の単位時間あたりの受光量を基準値とし、当該基準値に対する光学計測装置１００の相対係数に基づくことで、光学計測装置１００に固有の光量ばらつきに応じて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定することが可能となり、光学計測装置ごとの光量ばらつきの影響を抑制することができる。従って、計測した距離のノイズの有無の判定において、光学計測装置１００に固有の光量ばらつきの影響を低減することができる。
【００７８】
判定部５３によって距離にノイズが有ると判定されたときに、計測部５１は、センサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離を計測しないように構成されている。これは、例えば、判定部５３が距離にノイズが有ると判定したときに、計測部５１が距離を計測せずに、基準値、一例では「ゼロ」を出力することによって、実現される。あるいは、判定部５３が距離にノイズが有ると判定したときに、計測部５１が、計測した距離をメモリ等に記憶させて記録を残す一方、表示部８０に出力しないことによって、実現してもよい。
【００７９】
図４に示すように、破線で示す従来例に係る光学計測装置が計測する距離は、一部の範囲においてノイズ（飛び値）が発生している。一方、実線で示す光学計測装置１００が計測する距離は、当該範囲において計測部５１が計測した距離を表示しない。このように、判定部５３によって距離にノイズが有ると判定されたときに、計測部５１が距離を計測しないことにより、計測した距離に発生し得るノイズの値を、利用者が使用するリスクを低減することができる。
【００８０】
図１の説明に戻ると、操作部７０は、利用者（ユーザ）の操作によって情報を入力するためのものである。操作部７０は、例えば、ボタン、スイッチ等を含んで構成される。この場合、利用者が、ボタン、スイッチ等を操作したときに、操作に応じた信号が制御部５０に入力される。そして、制御部５０が当該信号に対応するデータを生成することで、光学計測装置１００に情報を入力することが可能になる。
【００８１】
表示部８０は、情報を出力するためのものである。詳細には、表示部８０は、例えば、計測された距離、設定内容、動作状態、通信状態等を表示するように構成されていている。表示部８０は、例えば、複数桁の７又は１１セグメントディスプレイと、複数色で発光する表示灯とを含んで構成される。
【００８２】
次に、図５から図７を参照しつつ、光学計測装置１００の相対係数について説明する。図５は、図１に示した光学計測装置１００の相対係数における基準値を得るための概略構成を例示する構成図である。図６は、図１に示したコントローラ９０のコントローラ相対係数を得るための概略構成を例示する構成図である。図７は、図１に示したセンサヘッド３０のセンサヘッド相対係数を得るための概略構成を例示する構成図である。
【００８３】
光学計測装置１００の相対係数を求めるために、あらかじめ基準値を定める必要がある。基準値は、例えば、図５に示すように、マスタコントローラＭＣとマスタセンサヘッドＭＳＨとの組み合わせによって決定される。マスタコントローラＭＣは、コントローラ９０の基準となるコントローラであり、所定の条件における光量が理想的な値になるように、つまり、光量ばらつきがない又は極めて小さくなるように、調整されたものである。同様に、マスタセンサヘッドＭＳＨは、センサヘッド３０の基準となるセンサヘッドであり、所定の条件における光量が理想的な値になるように、つまり、光量ばらつきがない又は極めて小さくなるように、調整されたものである。接続ケーブルＣＣは、図１に示した第２ケーブル２２を含み、マスタコントローラＭＣとマスタセンサヘッドＭＳＨとを接続している。なお、マスタコントローラＭＣは、コントローラ９０と同一構成であるため、その説明を省略する。また、マスタセンサヘッドＭＳＨも、センサヘッド３０と同一構成であるため、その説明を省略する。
【００８４】
マスタコントローラＭＣとマスタセンサヘッドＭＳＨとの組み合わせた光学計測装置において、所定の条件の下、基準対象物ＲＴＡの反射光の受光量を検出し、当該反射光の受光量に基づいて単位時間当たりの受光量を算出する。基準対象物ＲＴＡは、相対的に反射率の高いもの、例えば鏡である。また、基準対象物ＲＴＡは、Ｚ軸方向に移動可能なステージＳＴ上に設置される。ステージＳＴを移動させることで、マスタセンサヘッドＭＳＨと基準対象物ＲＴＡとの距離は、例えば、当該光学計測装置の計測可能距離の中間値に設定される。また、露光時間等の感度パラメータは、所定の値に固定し、変更不可に設定される。
【００８５】
前述した条件で算出した基準対象物ＲＴＡの反射光の単位時間当たりの受光量は、入出力ラインＩＯＬを介して、マスタコントローラＭＣから上位コントローラＵＣに送信される。上位コントローラＵＣは、マスタコントローラＭＣから受信した基準対象物ＲＴＡの反射光の単位時間当たりの受光量を、例えば図示しない記憶装置に基準値として記憶させる。
【００８６】
次に、光学計測装置１００の相対係数のうち、コントローラ相対係数を求める。コントローラ相対係数は、例えばコントローラ９０の検査工程において決定される。図６に示すように、コントローラ９０は、接続ケーブルＣＣによってマスタセンサヘッドＭＳＨに接続される。コントローラ９０とマスタセンサヘッドＭＳＨとの組み合わせにおいて、基準対象物ＲＴＡの反射光の受光量を検出し、当該反射光の受光量に基づいて単位時間当たりの受光量を算出する。
【００８７】
反射光の受光量を検出し、単位時間当たりの受光量を算出する条件は、前述した基準値を決定したときと同一のものである。すなわち、マスタセンサヘッドＭＳＨと基準対象物ＲＴＡとの距離は、コントローラ９０とマスタセンサヘッドＭＳＨとの組み合わせにおける光学計測装置の計測可能距離の中間値に設定される。また、露光時間等の感度パラメータは、所定の値に固定し、変更不可に設定される。
【００８８】
コントローラ９０は、入出力ラインＩＯＬを介して、上位コントローラＵＣから前述した基準値を取得し、算出した基準対象物ＲＴＡの反射光の単位時間当たりの受光量を当該基準値で除算する。これにより、基準値に対する、コントローラ９０の相対係数、つまり、コントローラ相対係数が算出される。算出されたコントローラ相対係数は、図１に示したコントローラ９０の記憶部６０に記憶される。
【００８９】
次に、光学計測装置１００の相対係数のうち、センサヘッド相対係数を求める。センサヘッド相対係数は、例えばセンサヘッド３０の検査工程において決定される。図７に示すように、センサヘッド３０は、接続ケーブルＣＣによってマスタコントローラＭＣに接続される。マスタコントローラＭＣとセンサヘッド３０との組み合わせにおいて、基準対象物ＲＴＡの反射光の受光量を検出し、当該反射光の受光量に基づいて単位時間当たりの受光量を算出する。
【００９０】
反射光の受光量を検出し、単位時間当たりの受光量を算出する条件は、前述した基準値を決定したときと同一のものである。すなわち、センサヘッド３０と基準対象物ＲＴＡとの距離は、マスタコントローラＭＣとセンサヘッド３０との組み合わせにおける光学計測装置の計測可能距離の中間値に設定される。また、露光時間等の感度パラメータは、所定の値に固定し、変更不可に設定される。
【００９１】
マスタコントローラＭＣは、入出力ラインＩＯＬを介して、上位コントローラＵＣから前述した基準値を取得し、算出した基準対象物ＲＴＡの反射光の単位時間当たりの受光量を当該基準値で除算する。これにより、基準値に対する、センサヘッド３０の相対係数、つまり、センサヘッド相対係数が算出される。算出されたセンサヘッド相対係数は、図１に示したセンサヘッド３０の記憶部３５に記憶される。このように、コントローラ相対係数をコントローラ９０の記憶部６０に記憶し、センサヘッド相対係数をセンサヘッド３０の記憶部３５に記憶することにより、コントローラ９０及びセンサヘッド３０のうちの一方、例えばセンサヘッド３０を交換したときに、コントローラ相対係数はコントローラ９０の記憶部６０に記憶されたまま残る。従って、コントローラ相対係数及びセンサヘッド相対係数は、それぞれ、一度だけ算出すればよい。
【００９２】
光学計測装置１００の相対係数は、コントローラ相対係数とセンサヘッド相対係数との乗算で表すことができる。
【００９３】
設定部５２は、コントローラ相対係数とセンサヘッド相対係数とに基づいて、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値を設定する。これにより、コントローラ９０に含まれる光源１０の光量ばらつきと、センサヘッド３０に含まれるコリメータレンズ３１、回折レンズ３２、及び対物レンズ３３の光量ばらつきとの両方の影響を、抑制することができる。
【００９４】
次に、図８及び図９を参照しつつ、第１実施形態に従う光学計測装置の動作の一例について説明する。図８は、第１実施形態の光学計測装置１００における反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値の設定の概略動作を例示するフローチャートである。図９は、第１実施形態の光学計測装置１００における対象物ＴＡまでの距離の計測の概略動作を例示するフローチャートである。
【００９５】
光学計測装置１００の制御部５０は、例えば利用者（ユーザ）の操作によって、しきい値の設定が選択されると、図８に示すしきい値設定処理Ｓ２００を実行する。
【００９６】
＜しきい値設定処理＞
最初に、設定部５２は、利用者（ユーザ）の操作によって入力されるパラメータを取得する（Ｓ２０１）。パラメータには、利用者（ユーザ）によって任意の数値が指定される。
【００９７】
次に、設定部５２は、センサヘッド３０から、記憶部３５に記憶されたセンサヘッド相対係数を取得する（Ｓ２０２）。具体的には、センサヘッド相対係数が記憶された記憶部３５をコントローラ９０の入出力Ｉ／Ｆ６５に接続することで、設定部５２は、入出力Ｉ／Ｆ６５を介して記憶部３５からセンサヘッド相対係数を読み出して取得する。
【００９８】
次に、設定部５２は、記憶部６０にアクセスし、記憶部６０に記憶されたコントローラ相対係数を取得する（Ｓ２０３）。
【００９９】
次に、設定部５２は、ステップＳ２０１で取得したパラメータと、ステップＳ２０２で取得したセンサヘッド相対係数と、ステップＳ２０３で取得したコントローラ相対係数とに基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する（Ｓ２０４）。当該しきい値は、例えば、パラメータ、センサヘッド相対係数、及びコントローラ相対係数の全てを乗算して得られる値である。
【０１００】
次に、設定部５２は、ステップＳ２０４で設定した反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を、記憶部６０に記憶させる（Ｓ２０５）。
【０１０１】
ステップＳ２０５の後、設定部５２はしきい値設定処理Ｓ２００を終了する。
【０１０２】
このように、センサヘッド相対係数と、コントローラ相対係数と、パラメータとに基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定することにより、光源１０の光量ばらつきとコリメータレンズ３１、回折レンズ３２、及び対物レンズ３３の光量ばらつきとの両方の影響を抑制しつつ、利用者（ユーザ）の使い方、アプリケーション等に応じたしきい値を設定することが可能となる。
【０１０３】
また、光学計測装置１００の制御部５０は、例えば利用者（ユーザ）の操作によって光学計測装置１００が起動されると、図９に示す距離計測処理Ｓ２５０を実行する。
【０１０４】
＜距離計測処理＞
最初に、制御部５０は、所定の周期で制御信号を出力し、光源１０から対象物ＴＡへ光を投光する（Ｓ２５１）。
【０１０５】
次に、制御部５０は、受光部４０から、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号を得る（Ｓ２５２）。
【０１０６】
次に、判定部５３は、ステップＳ２５２で得た受光量分布信号に基づいて、反射光の単位時間当たりの受光量を算出する（Ｓ２５３）。具体的には、判定部５３は、受光量分布信号におけるピークの受光量を露光時間で除算し、反射光の単位時間当たりの受光量を算出する。
【０１０７】
次に、判定部５３は、記憶部６０にアクセスしてしきい値を読み出して当該しきい値とステップＳ２５３で算出した反射光の単位時間当たりの受光量とを比較し、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値以上であるか否かを判定する（Ｓ２５４）。
【０１０８】
ステップＳ２５４の判定の結果、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値以上である場合、反射光の受光量に基づいて計測される距離にノイズが無いものと考えられる。よって、計測部５１は、ステップＳ２５２で得た受光量分布信号に基づいて、光学計測装置１００のセンサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離を計測する（Ｓ２５５）。
【０１０９】
次に、計測部５１は、ステップＳ２５５で計測した距離を表示部８０に表示させる（Ｓ２５６）。
【０１１０】
ステップＳ２５４の判定の結果、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値以上でない、つまり、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値未満である場合、反射光の受光量に基づいて計測される距離にノイズが有るものと考えられる。よって、計測部５１は、光学計測装置１００のセンサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離を計測しない。
【０１１１】
ステップＳ２５６の後、又は、ステップＳ２５４の判定の結果、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値未満である場合、制御部５０は、ステップＳ２５１に戻り、例えば光学計測装置１００が停止するまで、ステップＳ２５１からステップＳ２５６までの処理を繰り返す。
【０１１２】
本実施形態では、光学計測装置１００が、センサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離を計測する例を示したが、これに限定されるものではない。光学計測装置が計測する計測値は、反射光の受光量に基づくものであればよい。光学計測装置は、例えば、ある位置を基準とした距離の変化、つまり、変位を計測してもよい。
【０１１３】
また、本実施形態では、光学計測装置１００が白色共焦点方式で距離を計測する例を示したが、これに限定されるものではない。光学計測装置は、例えば三角測距方式で距離を計測してもよい。
【０１１４】
さらに、本実施形態では、光学計測装置１００の相対係数に基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する例を示したが、これに限定されるものではない。当該しきい値は、光学計測装置の光量に関する特性情報に基づくものであればよく、光学計測装置１００の相対係数以外の他の情報に基づいて、設定されてもよい。
【０１１５】
［第２実施形態］
次に、図１０から図１２を参照しつつ、本発明の第２実施形態に従う光学計測装置について説明する。なお、第１実施形態と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点について説明する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
【０１１６】
まず、図１０及び図１１を参照しつつ、本発明の第２実施形態に従う光学計測装置１００Ａの光量特性値について説明する。図１０は、第２実施形態における光学計測装置１００Ａが備えるコントローラ９０Ａのコントローラ光量特性値を得るための概略構成を例示する構成図である。図１１は、第２実施形態における光学計測装置１００Ａが備えるセンサヘッド３０のセンサヘッド光量特性値を得るための概略構成を例示する構成図である。
【０１１７】
第２実施形態の光学計測装置１００Ａは、コントローラ９０Ａとセンサヘッド３０とを備え、コントローラ９０Ａは、制御部５０Ａがその機能構成として設定部５２Ａを備える点で、第１実施形態のコントローラ９０と相違している。
【０１１８】
設定部５２Ａは、光学計測装置１００Ａの光量特性値に基づいて、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値を設定するように構成されている。なお、光学計測装置１００Ａの光量特性値は、本発明の「特性情報」の他の例に相当する。光学計測装置１００Ａの光量特性値は、例えば、後述するコントローラ光量特性値とセンサヘッド光量特性値とから構成される。
【０１１９】
最初に、光学計測装置１００Ａの光量特性値のうち、コントローラ光量特性値を求める。コントローラ光量特性値は、例えばコントローラ９０Ａの検査工程において決定される。図１０に示すように、検査工程において、コントローラ９０Ａは、接続ケーブルＣＣによって光量測定装置ＭＤ１に接続される。光量測定装置ＭＤ１が接続された状態で、コントローラ９０Ａは、まず、光源１０から第１ケーブル２１及び光カプラ２４を介して光を出射する。コントローラ９０Ａから出射された光は、接続ケーブルＣＣを介して、光量測定装置ＭＤ１においてその光量が測定される。測定された出射光量は、例えば、光量測定装置ＭＤ１の図示しないメモリ等に記憶される。出射光量の単位は、例えば［ｍＷ］である。ここで、コントローラ９０Ａから出射する光は、所定の光量になるように制御される。しかし、コントローラ９０Ａの光源１０から光カプラ２４に至る出力系において光量ばらつきが生じるので、光量測定装置ＭＤ１で測定される光量は、コントローラ９０Ａの出力系における光量ばらつきを反映した値となる。
【０１２０】
一方、光量測定装置ＭＤ１は、あらかじめ設定された光量の光を出射し、接続ケーブルＣＣを介してコントローラ９０Ａに入射させる。コントローラ９０Ａに入射した光は、光カプラ及び第３ケーブル２３を介して受光部４０においてその受光量が検出される。検出された受光量は、例えば記憶部６０に記憶される。受光量の単位は、例えば［ＬＳＢ］である。ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｂｉｔ）とは、光学計測装置１００Aの受光量の量子化単位であり、例えば、０から４０９５までの値を取り得る。ここで、コントローラ９０Ａに入射する光の受光量は、あらかじめ設定された値になるはずである。しかし、コントローラ９０Ａの光カプラ２４から受光部４０、より詳細には受光センサ４４に至る入力系において光量ばらつきが生じるので、受光部４０で検出される受光量は、コントローラ９０Ａの入力系における光量ばらつきを反映した値となる。
【０１２１】
光量測定装置ＭＤ１において出射光量が測定され、かつ、コントローラ９０Ａにおいて受光量が検出された後、コントローラ９０Ａは、例えば、入出力Ｉ／Ｆ６５を介して、光量測定装置ＭＤ１に記憶された出射光量を取得する。そして、コントローラ９０Ａは、取得した出射光量と記憶部６０に記憶された受光量を用いて以下の式（１）で表されるコントローラ９０Ａの光量特性値、つまり、コントローラ光量特性値を算出する。
コントローラ光量特性値＝出射光量×受光量  …（１）
【０１２２】
算出されたコントローラ光量特性値は、コントローラ９０Ａの記憶部６０に記憶される。なお、コントローラ光量特性値は、本発明の「第１特性情報」の他の例に相当する。
【０１２３】
次に、光学計測装置１００Ａの光量特性値のうち、センサヘッド光量特性値を求める。センサヘッド光量特性値は、例えばセンサヘッド３０の検査工程において決定される。図１１に示すように、検査工程において、センサヘッド３０は、接続ケーブルＣＣによって光量測定装置ＭＤ２に接続される。光量測定装置ＭＤ２が接続された状態で、光量測定装置ＭＤ２は、あらかじめ設定された光量の光を出射し、接続ケーブルＣＣを介してセンサヘッド３０に入射させる。センサヘッド３０に入射した光は、センサヘッド３０から基準対象物ＲＴＡに照射され、基準対象物ＲＴＡによって反射される。センサヘッド３０は反射光を集光して出射し、接続ケーブルＣＣを介して光量測定装置ＭＤ２に入射させる。光量測定装置ＭＤ２は、入射した反射光の光量を測定し、図示しないメモリ等に記憶する。反射光量の単位は、例えば［ｍＷ］である。ここで、基準対象物ＲＴＡが鏡等の高反射率である場合、センサヘッド３０から出射される反射光の光量は、あらかじめ設定された値になるはずである。しかし、センサヘッド３０のコリメータレンズ３１、回折レンズ３２、及び対物レンズ３３等の光学系において光量ばらつきが生じるので、光量測定装置ＭＤ２で測定される反射光量は、センサヘッド３０の光学系における光量ばらつきを反映した値となる。
【０１２４】
光量測定装置ＭＤ２において反射光量が測定された後、例えば、記憶部３５を光量測定装置ＭＤ２の図示しない接続端子に接続する。光量測定装置ＭＤ２は、記憶された反射光量を記憶部３５に書き出す。センサヘッド３０の光量特性値、つまり、センサヘッド光量特性値は、記憶部３５に記憶された反射光量を用いて以下の式（２）で表される。
センサヘッド光量特性値＝反射光量  …（２）
【０１２５】
なお、センサヘッド光量特性値は、本発明の「第２特性情報」の他の例に相当する。
【０１２６】
次に、図１２を参照しつつ、第２実施形態に従う光学計測装置の動作の一例について説明する。図１２は、第２実施形態の光学計測装置１００Ａにおける反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値の設定の概略動作を例示するフローチャートである。
【０１２７】
光学計測装置１００Ａの制御部５０Ａは、例えば利用者（ユーザ）の操作によって、しきい値の設定が選択されると、図１２に示すしきい値設定処理Ｓ３００を実行する。
【０１２８】
＜しきい値設定処理＞
最初に、設定部５２Ａは、利用者（ユーザ）の操作によって入力されるパラメータを取得する（Ｓ３０１）。パラメータには、利用者（ユーザ）によって任意の数値が指定される。
【０１２９】
次に、設定部５２Ａは、センサヘッド３０から、記憶部３５に記憶されたセンサヘッド光量特性値を取得する（Ｓ３０２）。具体的には、センサヘッド光量特性値が記憶された記憶部３５をコントローラ９０Ａの入出力Ｉ／Ｆ６５に接続することで、設定部５２Ａは、入出力Ｉ／Ｆ６５を介して記憶部３５からセンサヘッド光量特性値を読み出して取得する。
【０１３０】
次に、設定部５２Ａは、記憶部６０にアクセスし、記憶部６０に記憶されたコントローラ光量特性値を取得する（Ｓ３０３）。
【０１３１】
次に、設定部５２は、ステップＳ３０１で取得したパラメータと、ステップＳ３０２で取得したセンサヘッド光量特性値と、ステップＳ３０３で取得したコントローラ光量特性値とに基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する（Ｓ３０４）。当該しきい値は、具体的には、パラメータ、センサヘッド光量特性値、及びコントローラ光量特性値と、あらかじめ記憶部６０に記憶された演算係数とを用いて、以下の式（３）で算出される。なお、演算係数は、コントローラ光量特性値とセンサヘッド光量特性値とを正規化するためのものであり、その単位は、例えば［１／（ｍＷ2×ＬＳＢ）］である。
しきい値＝パラメータ×コントローラ光量特性値×センサヘッド光量特性値×演算係数  …（３）
【０１３２】
次に、設定部５２Ａは、ステップＳ３０４で設定した反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を、記憶部６０に記憶させる（Ｓ３０５）。
【０１３３】
ステップＳ３０５の後、設定部５２Ａはしきい値設定処理Ｓ３００を終了する。
【０１３４】
このように、センサヘッド光量特性値と、コントローラ光量特性値と、パラメータとに基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する場合でも、第１実施形態と同様に、光源１０の光量ばらつきとコリメータレンズ３１、回折レンズ３２、及び対物レンズ３３の光量ばらつきとの両方の影響を抑制しつつ、利用者（ユーザ）の使い方、アプリケーション等に応じたしきい値を設定することが可能となる。
【０１３５】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に従う光学計測装置１００及び光学計測方法によれば、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が設定される。ここで、単位時間あたりの受光量は、単なる受光量と比較して、計測条件による変化が少なく、対象物ごとにほぼ一定の値であることを、発明者は見出した。よって、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値に基づくことにより、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、計測した距離に発生し得るノイズの有無を判定することができる。また、反射光の単位時間当たりの受光量に対するしきい値が、光学計測装置１００の光量に関する特性情報に基づいて設定される。これにより、例えば、理想的な反射光の単位時間あたりの受光量を基準値とし、当該基準値に対する光学計測装置１００の相対係数に基づくことで、光学計測装置１００に固有の光量ばらつきに応じて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定することが可能となり、光学計測装置ごとの光量ばらつきの影響を抑制することができる。従って、計測した距離のノイズの有無の判定において、光学計測装置１００に固有の光量ばらつきの影響を低減することができる。
【０１３６】
以上説明した実施形態は、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。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【０１３７】
（附記）
１．対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量に基づいて計測値を得る光学計測装置１００であって、
光学計測装置１００の光量に関する特性情報に基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する設定部５２と、
しきい値に基づいて、計測値のノイズの有無を判定する判定部５３と、を備える、
光学計測装置１００。
９．対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量に基づいて計測値を得る光学計測装置１００が使用する光学計測方法であって、
光学計測装置１００の光量に関する特性情報に基づいて、反射光の単位時間あたりの受光量に対するしきい値を設定する設定ステップと、
しきい値に基づいて、計測値のノイズの有無を判定する判定ステップと、を含む、
光学計測方法。
【符号の説明】
【０１３８】
１０…光源、２０…導光部、２１…第１ケーブル、２２…第２ケーブル、２３…第３ケーブル、２４…光カプラ、３０…センサヘッド、３１…コリメータレンズ、３２…回折レンズ、３３…対物レンズ、３５…記憶部、４０…受光部、４１…コリメータレンズ、４２…回折格子、４３…調整レンズ、４４…受光センサ、４５…処理回路、５０，５０Ａ…制御部、５１…計測部、５２，５２Ａ…設定部、５３…判定部、６０…記憶部、６５…入出力Ｉ／Ｆ、７０…操作部、８０…表示部、９０，９０Ａ…コントローラ、１００，１００Ａ…光学計測装置、ＣＣ…接続ケーブル、ＩＯＬ…入出力ライン、Ｌ１，Ｌ２…光、ＭＣ…マスタコントローラ、ＭＤ１，ＭＤ２…光量測定装置、ＭＳＨ…マスタセンサヘッド、ＲＴＡ…基準対象物、Ｓ２００，Ｓ３００…しきい値設定処理、Ｓ２５０…距離計測処理、ＳＴ…ステージ、ＴＡ…対象物、ＵＣ…上位コントローラ、λ…波長。
【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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【図１２】
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