(57)【要約】【課題】種々の状況でピークレベルを適正に調整することが可能な光学式変位計を提供する。【解決手段】第１の制御モードでは、光の走査の各往路および各復路において、ピークレベルが不適正になる毎にカウンタの値がインクリメントされる。すなわち、光の走査の往路および復路毎に、ピークレベルが不適正になる回数が記憶される。そして、１つの往路または復路においてピークレベルが不適正になる回数が一定回数以上になると、第２の制御モードに切り替えられる。【選択図】図８
2010197115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する光発生部と、
前記光発生部により発生された光の投光方向を制御することにより対象物の表面で一方向に沿って光を走査させる光走査手段と、
対象物からの反射光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系の集光面に配設された複数の画素を有し、対象物までの距離に応じて変化する集光スポットの位置に対応した受光量分布を示す受光信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力される受光信号を増幅して波形データを生成する波形データ生成部と、
対象物の前記一方向に沿った複数の計測位置からの反射光にそれぞれ対応する受光信号が順次得られるように前記受光素子の露光タイミングを制御するとともに、前記波形データ生成部により生成される波形データのピークレベルが所定範囲内になるように前記光発生部、前記受光素子および前記波形データ生成部を制御するためのフィードバック設定値を調整し、調整されたフィードバック設定値に基づいて第１の制御モードおよび第２の制御モードのいずれかの制御モードで前記光発生部、前記受光素子および前記波形データ生成部を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記第１の制御モードでは、各走査の各計測位置において、前記光走査手段による投光方向が共通である前回の走査の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値に基づいて前記光発生部、前記受光素子および前記波形データ生成部を制御し、波形データのピークレベルが安定して検出されない場合に、前記制御モードを前記第２の制御モードに切り替え、
前記第２の制御モードでは、各走査の各計測位置において、走査中の前の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値に基づいて前記光発生部、前記受光素子および前記波形データ生成部を制御することを特徴とする光学式変位計。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の制御モードにおいて、前記光走査手段による光の走査毎に波形データのピークレベルが前記所定範囲外となる回数を計数し、計数された回数が前記第１の規定値に達した場合に前記制御モードを前記第２の制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１記載の光学式変位計。
【請求項３】
前記制御手段は、波形データにピークが存在しない回数を前記波形データのピークレベルが前記所定範囲外となる回数に含めないことを特徴とする請求項２記載の光学式変位計。
【請求項４】
前記制御手段は、波形データのピークレベルが連続して前記所定範囲外となる回数を計数し、計数された回数が前記第２の規定値に達した場合に前記制御モードを前記第２の制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１記載の光学式変位計。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第２の制御モードにおいて、前の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値と前記光走査手段による投光方向が共通である前回の走査の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値との差分が基準値以下になる頻度が第２の規定値よりも高くなった場合に、前記制御モードを前記第１の制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学式変位系。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２の制御モードにおいて、前記光走査手段による光の走査毎に前記差分が前記基準値以下になる回数を前記頻度として計数し、計数された回数が前記第３の規定値に達した場合に前記制御モードを前記第１の制御モードに切り替えることを特徴とする請求項５記載の光学式変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の断面形状を計測するための光学式変位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
三角測距の原理を利用した光学式変位計では、対象物（以下、ワークと呼ぶ）の表面の計測点に光が照射され、その反射光が１次元または２次元に配列された画素を有する受光素子により受光される。受光素子により得られる受光量分布のピーク位置に基づいて計測点の高さを計測することができる。
【０００３】
ワークの断面形状を計測するために、光走査方式の光学式変位計が用いられる。光走査方式の光学式変位計では、投光部によりワークの一方向（以下、Ｘ方向と呼ぶ）に光が往復走査される。この場合、Ｘ方向に沿った複数の計測点からの反射光による複数の受光量分布がそれぞれ得られる。各受光量分布は、増幅器により増幅された後、デジタルの波形データに変換される。複数の受光量分布に対応する波形データのピーク位置に基づいてＸ方向に沿った複数の計測点の高さが検出される。それにより、ワークのＸ方向に沿った断面形状を計測することができる。
【０００４】
ところで、ワークの表面からの反射光による受光量は、ワークの表面の反射率により変化する。この受光量の変化により、波形データのピークの高さ（以下、ピークレベルと呼ぶ）が変化する。正確な計測のためには、ピークレベルを一定の範囲内に調整する必要がある。
【０００５】
そこで、受光素子の露光時間、投光部への入力電流、または光のパルス点灯のデューティ比を制御することによりピークレベルが調整される（特許文献１）。この場合、複数回の光の往復走査において、現在の走査における複数の測定点に対応するピークレベルに基づいて次の走査における複数の測定点に対応するピークレベルがそれぞれフィードバック制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６１３７０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の制御方法では、Ｘ方向に垂直な方向においてワークの表面状態（例えば反射率）にばらつきがあると、ワークがその方向に移動する場合に、ピークレベルを適正に調整することが困難になる。
【０００８】
本発明の目的は、種々の状況でピークレベルを適正に調整することが可能な光学式変位計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る光学式変位計は、光を発生する光発生部と、光発生部により発生された光の投光方向を制御することにより対象物の表面で一方向に沿って光を走査させる光走査手段と、対象物からの反射光を集光する集光光学系と、集光光学系の集光面に配設された複数の画素を有し、対象物までの距離に応じて変化する集光スポットの位置に対応した受光量分布を示す受光信号を出力する受光素子と、受光素子から出力される受光信号を増幅して波形データを生成する波形データ生成部と、対象物の一方向に沿った複数の計測位置からの反射光にそれぞれ対応する受光信号が順次得られるように受光素子の露光タイミングを制御するとともに、波形データ生成部により生成される波形データのピークレベルが所定範囲内になるように光発生部、受光素子および波形データ生成部を制御するためのフィードバック設定値を調整し、調整されたフィードバック設定値に基づいて第１の制御モードおよび第２の制御モードのいずれかの制御モードで光発生部、受光素子および波形データ生成部を制御する制御手段とを備え、制御手段は、第１の制御モードでは、各走査の各計測位置において、光走査手段による投光方向が共通である前回の走査の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値に基づいて光発生部、受光素子および波形データ生成部を制御し、波形データのピークレベルが安定して検出されない場合に、制御モードを第２の制御モードに切り替え、第２の制御モードでは、各走査の各計測位置において、走査中の前の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値に基づいて光発生部、受光素子および波形データ生成部を制御するものである。
【００１０】
その光学式変位計においては、光発生部により発生された光の投光方向が光走査手段によって制御されることにより、対象物の表面で一方向に沿って光が走査される。対象物からの反射光は、集光光学系によって集光されて受光素子に入射する。受光素子により、集光スポットの位置に対応する受光量分布を示す受光信号が出力される。出力された受光信号に基づいて波形データ生成部により波形データが生成される。生成された波形データのピークの位置に基づいて、投光方向における対象物の計測位置の高さを計測することができる。
【００１１】
対象物の一方向に沿った複数の計測位置からの反射光にそれぞれ対応する受光信号が順次得られるように受光素子の露光タイミングが制御手段により制御される。また、波形データ生成部により生成される波形データのピークレベルが所定範囲内になるように光発生部、受光素子および波形データ生成部を制御するためのフィードバック設定値が制御手段により調整されるとともにそのフィードバック設定値に基づいて第１の制御モードおよび第２の制御モードのいずれかの制御モードで光発生部、受光素子および波形データ生成部が制御される。
【００１２】
第１の制御モードでは、各走査の各計測位置において、光走査手段による投光方向が共通である前回の走査の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値に基づいて光発生部、受光素子および波形データ生成部が制御される。
【００１３】
これにより、第１の制御モードでは、光の走査方向において対象物の表面状態にばらつきがあっても、ピークレベルを適正に調整することができる。
【００１４】
第２の制御モードでは、各走査の各計測位置において、前の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値に基づいて光発生部、受光素子および波形データ生成部が制御される。
【００１５】
これにより、第２の制御モードでは、光の走査方向に交差する方向に対象物が相対的に移動する場合に、その対象物の移動方向において対象物の表面状態にばらつきがあっても、ピークレベルを適正に調整することができる。また、対象物の移動方向において対象物の表面状態が大きく変化しても、迅速にピークレベルを適正に調整することができる。
【００１６】
ここで、第１の制御モードでは、対象物の移動方向において対象物の表面状態にばらつきがあると、ピークレベルが不適正になる頻度が高くなる。また、対象物の移動方向において対象物の表面状態が大きく変化すると、ピークレベルが不適正になる頻度が高くなる。
【００１７】
そこで、第１の制御モードにおいて、波形データのピークレベルが安定して検出されないと、自動的に制御モードが第２の制御モードに切り替えられる。この場合、第２の制御モードにおいて、ピークレベルを適正に調整することができる。
【００１８】
このようにして、種々の状況でピークレベルを適正に調整することが可能となる。それにより、対象物の各計測位置の高さを正確に計測することが可能となる。
【００１９】
（２）制御手段は、第１の制御モードにおいて、光走査手段による光の走査毎に波形データのピークレベルが所定範囲外となる回数を計数し、計数された回数が第１の規定値に達した場合に制御モードを第２の制御モードに切り替えてもよい。
【００２０】
この場合、第１の制御モードにおいて、波形データのピークレベルが所定範囲外となる頻度が高くなった場合に、確実に制御モードが第２の制御モードに切り替えられる。それにより、対象物の移動方向において対象物の表面状態にばらつきがある場合、または対象物の移動方向において対象物の表面状態が大きく変化する場合において、確実にピークレベルを適正に調整することが可能になる。
【００２１】
（３）制御手段は、波形データにピークが存在しない回数を波形データのピークレベルが所定範囲外となる回数に含めなくてもよい。
【００２２】
この場合、光の走査位置に対象物が存在しない場合に制御モードが自動的に第１のモードから第２のモードに切り替えられることが防止される。
【００２３】
（４）制御手段は、波形データのピークレベルが連続して所定範囲外となる回数を計数し、計数された回数が第２の規定値に達した場合に制御モードを第２の制御モードに切り替えてもよい。
【００２４】
この場合、第１の制御モードにおいて、波形データのピークレベルが所定範囲外となる頻度が高くなった場合に、迅速に制御モードが第２の制御モードに切り替えられる。それにより、対象物の移動方向において対象物の表面状態にばらつきがある場合、または対象物の移動方向において対象物の表面状態が大きく変化する場合において、迅速にピークレベルを適正に調整することが可能になる。
【００２５】
（５）制御手段は、第２の制御モードにおいて、前の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値と光走査手段による投光方向が共通である前回の走査の計測位置に対応する波形データを用いて調整されたフィードバック設定値との差分が基準値以下になる頻度が第２の規定値よりも高くなった場合に、制御モードを第１の制御モードに切り替えてもよい。
【００２６】
この場合、対象物の移動方向において対象物の表面状態の変化が小さくなった場合に、自動的に制御モードが第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えられる。対象物の表面状態の変化が小さい状態で第１の制御モードでの制御を行うことにより、より確実にピークレベルを適正に調整することができる。
【００２７】
（６）制御手段は、第２の制御モードにおいて、光走査手段による光の走査毎に差分が基準値以下になる回数を頻度として計数し、計数された回数が第３の規定値に達した場合に制御モードを第１の制御モードに切り替えてもよい。
【００２８】
この場合、対象物の移動方向において対象物の表面状態の変化が小さくなった場合に、確実に制御モードが第２の制御モードから第１の制御モードに切り替えられる。それにより、より確実にピークレベルを適正に調整することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、種々の状況でピークレベルを適正に調整することが可能となる。それにより、対象物の各計測位置の高さを正確に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態に係る光学式変位計の構成を示すブロック図である。
【図２】光学式変位計によるワークの断面形状の計測方法について説明するための模式図である。
【図３】光学式変位計によるワークの断面形状の計測方法について説明するための模式図である。
【図４】波形データの一例を示す模式図である。
【図５】光の走査と計測タイミングとの関係を示す模式図である。
【図６】第１の制御モードにおけるフィードバック制御について説明するための図である。
【図７】第２の制御モードにおけるフィードバック制御について説明するための図である。
【図８】ＦＢ制御部による制御モード切替処理のフローチャートである。
【図９】ＦＢ制御部による制御モード切替処理のフローチャートである。
【図１０】ＦＢ制御部による制御モード切替処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１１】ＦＢ制御部による制御モード切替処理の他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施の形態に係る光学式変位計について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（１）光学式変位計の構成
図１は、本実施の形態に係る光学式変位計の構成を示すブロック図である。図１に示すように、光学式変位計１００は、投光部１、受光部２、投光制御部３、受光制御部４、波形生成部６、フィードバック制御部（以下、ＦＢ制御部と略記する）７、波形処理部８、プロファイル生成部９、計測処理部１０およびインターフェース部１１を備える。
【００３３】
投光部１は、投光素子２１、投光レンズ２２および走査部２３を含む。投光素子２１は、例えばレーザダイオードを含み、ビーム状の光を発生する。その光は、投光レンズ２２および走査部２３を介して対象物（以下、ワークと呼ぶ）Ｗに照射される。走査部２３は、例えばガルバノスキャナを含み、後述のように、ワークＷの表面で１次元的に光を走査する。
【００３４】
受光部２は、受光素子３１および受光レンズ３２を含む。ワークＷからの反射光は、受光レンズ３２を介して受光素子３１に入射する。受光素子２は例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサを含み、一方向に配列された複数の画素を有する。これにより、複数の画素の配列方向における受光量分布を示すアナログの受光信号が得られる。
【００３５】
投光制御部３は、例えば投光素子２１の駆動電流を調整することにより、投光素子２１が発生する光の強さ（以下、発光レベルと呼ぶ）を制御する。受光制御部４は、受光素子３１の露光時間を制御する。
【００３６】
波形生成部６は、増幅器およびアナログ／デジタル変換器を含む。受光素子３１により得られる受光信号は、増幅器により増幅された後にアナログ／デジタル変換器によりアナログ／デジタル変換される。これにより、デジタルの波形データが得られる。
【００３７】
ＦＢ制御部７は、波形生成部６により得られる波形データに基づいて、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６をフィードバック制御する。ＦＢ制御部７の制御動作の詳細については後述する。
【００３８】
波形処理部８は、波形生成部６により得られる波形データに基づいて、投光部１からワークＷの表面の各計測点までの距離を示す距離情報を生成する。計測点については後述する。
【００３９】
プロファイル生成部９は、波形処理部７により算出された距離情報に基づいて、ワークＷの断面形状を表すプロファイルデータを生成する。計測処理部１０は、プロファイル生成部９により作成されたプロファイルデータに対する補正処理および計測処理を行う。ここで、計測処理とは、プロファイルデータに基づいてワークＷの表面の任意の部分の寸法を算出する処理である。
【００４０】
インターフェース部１１を通して、波形生成部６により得られる波形データが外部に取り出される。また、インターフェース部１１を通して、ユーザが種々の設定および入力を行う。それにより、ＦＢ制御部７、波形処理部８および計測処理部１０が制御される。
【００４１】
（２）計測方法
図２および図３は、光学式変位計１００によるワークＷの断面形状の計測方法について説明するための模式図である。図４は、波形データの一例を示す模式図である。なお、図２および図３においては、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示すように、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向と定義する。また、図４の波形データにおいては、横軸が画素の配列方向における受光素子３１上の位置に相当し、縦軸が受光量に相当する。
【００４２】
本例では、ワークＷ上の各計測点のＺ方向における位置（高さ）が計測される。ここで、計測点とは、受光素子３１の１回の露光期間に、光が照射されるワークＷ上の部分をいう。
【００４３】
計測時には、受光制御部４（図１）により受光素子３１が露光される。このとき、図２に示すように、投光部１からワークＷ上の計測点Ｐ１に照射された光は、受光レンズ３２を通して受光素子３１に入射する。この場合、点線で示すように、計測点Ｐ１の高さが異なると、受光素子３１への反射光の入射位置がＹ１方向において異なる。それにより、受光素子３１の受光量分布が異なる。
【００４４】
受光素子３１の各画素は、受光レンズ３２による集光面上において、Ｙ１方向に沿って配列されている。ここで、集光面とは、複数の集光点により形成される面をいう。
【００４５】
受光素子３１の受光量分布を示す受光信号は、波形生成部６（図１）により波形データに変換される。図４に示すように、波形データは、画素の配列方向における受光素子３１の受光量分布を示す。そのピーク位置は、計測点Ｐ１の高さに対応し、計測点Ｐ１の高さが変化すると、ピーク位置が変化する。すなわち、波形データのピーク位置に基づいて、計測点Ｐ１の高さを検出することができる。
【００４６】
図３に示すように、投光部１からの光は、走査部２３（図１）によりワークＷの表面でＸ方向に沿って走査される。所定のタイミングで、ワークＷからの反射光により受光素子３１が露光される。
【００４７】
この場合、投光部１からの投光方向に基づいてＸ方向における各計測点の位置が認識されるとともに、受光素子３１の受光量分布に基づいてＺ方向における各計測点の位置（各計測点の高さ）が検出される。それにより、Ｘ−Ｚ平面に沿ったワークＷの断面形状を２次元的に検出することができる。
【００４８】
さらに、連続的または断続的にワークＷをＹ方向に移動させる。それにより、ワークＷの表面形状を３次元的に検出することが可能になる。
【００４９】
図５は、光の走査と計測タイミングとの関係を示す模式図である。図５において、横軸は時間を示し、縦軸はＸ方向におけるワークＷ上での光の走査位置を示す。なお、図５において、Ｘ方向における光の走査位置は、投光部１からのＸ−Ｚ平面内での投光方向に対応する。
【００５０】
図５に示すように、投光部１からの光は、Ｘ方向に沿って一定の距離を往復走査される。本実施の形態では、計測が行われるときの投光方向が、光の走査の全ての往路および復路において共通である。すなわち、図５の例では、往路Ｆ１〜Ｆ３および復路Ｂ１〜Ｂ３において、Ｘ方向における光の走査位置が位置Ｐ１１〜Ｐ１５に一致するときに計測が行われる。
【００５１】
なお、ワークＷの表面に凹凸があると、投光方向が共通であってもＸ方向における光の走査位置が異なることがある。そのため、実際には、Ｘ方向において、計測時の光の走査位置が走査毎に僅かに異なることがある。
【００５２】
（３）フィードバック制御
図４に示した波形データにおいて、ピーク位置を正確に特定するためには、ピークの高さ（以下、ピークレベルと呼ぶ）が所定の範囲内にあることが望ましい。そこで、ＦＢ制御部７は、波形生成部６により得られる波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるように、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６をフィードバック制御する。
【００５３】
この場合、投光制御部３を制御することにより、投光素子２１の発光レベルを制御することができ、受光制御部４を制御することにより、受光素子３１の露光時間を制御することができ、波形生成部６を制御することにより、波形生成部６の回路ゲイン（波形生成部６内の増幅器の増幅率）を制御することができる。
【００５４】
ピークレベルは、受光素子３１の受光量と波形生成部６の回路ゲインとの積に比例する。受光素子３１の受光量は、投光素子２１の発光レベルと受光素子３１の露光時間との積に比例する。したがって、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６を制御することにより波形データのピークレベルを調整することができる。
【００５５】
本実施の形態では、第１の制御モードおよび第２の制御モードのいずれかの制御モードでフィードバック制御が行われる。以下、第１の制御モードおよび第２の制御モードの詳細について説明する。なお、以下の説明において、投光素子２１の発光レベル、受光素子３１の受光量および波形生成部６の回路ゲインを表す値をＦＢ設定値と呼ぶ。
【００５６】
（３−１）第１の制御モード
図６は、第１の制御モードにおけるフィードバック制御について説明するための図である。
【００５７】
第１の制御モードでは、計測が行われる投光方向毎にＦＢ設定値が設定される。図６の例では、位置Ｐ１１〜Ｐ１５のそれぞれに対応するようにＦＢ設定値が設定される。
【００５８】
第１の制御モードでは、各計測点での計測時に、共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６がフィードバック制御される。
【００５９】
具体的には、往路Ｆ１の位置Ｐ１１での計測時に得られた波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるように、位置Ｐ１１に対応するＦＢ設定値が調整される。調整されたＦＢ設定値は、記憶部７０（図１）に記憶される。そして、復路Ｂ１の位置Ｐ１１での計測時に、そのＦＢ設定値を用いて、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６が制御される。
【００６０】
また、往路Ｆ１の位置Ｐ１２での計測時に得られた波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるように、位置Ｐ１２に対応するＦＢ設定値が調整される。そして、復路Ｂ１の位置Ｐ１２での計測時に、そのＦＢ設定値を用いて、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６が制御される。
【００６１】
このように、各計測点での計測時に、共通の投光方向における前回の計測点で得られた波形データに基づいて調整されたＦＢ設定値を用いて、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６が制御される。
【００６２】
（３−２）第２の制御モード
図７は、第２の制御モードにおけるフィードバック制御について説明するための図である。
【００６３】
図７に示すように、第２の制御モードでは、各計測点での計測時に、１つ前の計測点での計測結果に基づいて投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６がフィードバック制御される。
【００６４】
具体的には、往路Ｆ１の位置Ｐ１１での計測時に得られた波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるようにＦＢ設定値が調整される。そして、往路Ｆ１の位置Ｐ１２での計測時に、そのＦＢ設定値を用いて、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６が制御される。
【００６５】
続いて、往路Ｆ１の位置Ｐ１２での計測時に得られた波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるようにＦＢ設定値が調整される。そして、往路Ｆ１の位置Ｐ１３での計測時に、そのＦＢ設定値を用いて、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６が制御される。
【００６６】
このように、各計測点での計測時に、１つ前の計測点で得られた波形データに基づいて調整されたＦＢ設定値を用いて、投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６が制御される。
【００６７】
（４）制御モード切替処理
第１の制御モードでは、Ｙ方向（ワークＷの移動方向）において隣接する計測点での計測結果に基づいてフィードバック制御が行われる。それにより、Ｘ方向においてワークＷの表面状態（例えば反射率）にばらつきがあっても、ピークレベルを適正に調整することが可能である。しかしながら、Ｙ方向においてワークＷの表面状態（例えば反射率）にばらつきがあると、ピークレベルを適正に調整することが困難になる。
【００６８】
一方、第２の制御モードでは、Ｘ方向（光の走査方向）において隣接する計測点での計測結果に基づいてフィードバック制御が行われる。それにより、Ｙ方向においてワークＷの表面状態（例えば反射率）にばらつきがあっても、ピークレベルを適正に調整することが可能である。しかしながら、Ｘ方向においてワークＷの表面状態（例えば反射率）にばらつきがあると、ピークレベルを適正に調整することが困難になる。
【００６９】
また、第１の制御モードでは、Ｙ方向（ワークＷの移動方向）においてワークＷの表面状態が大きく変化した場合に、一定期間、ピークレベルを適正に調整することができない。具体的には、図６の例において、復路Ｂ２の各計測点では、往路Ｆ２の各計測点での計測結果に基づいてフィードバック制御が行われる。その場合、往路Ｆ２までのワークＷの表面状態と復路Ｂ２以降のワークＷの表面状態とが大きく異なると、復路Ｂ２の各計測点において、適正にピークレベルを調整することが困難になる。
【００７０】
なお、例えば、異なる種類のワークＷが連続的に光の走査位置に進入する場合、またはワークＷの材料が領域毎に異なる場合に、ワークＷの表面状態が大きく変化する。また、複数のワークＷが間欠的に光の走査位置に進入する場合においても、同様の現象が生じる。
【００７１】
それに対して、第２の制御モードでは、１つ前の計測点での計測結果に基づいてフィードバック制御が行われるので、Ｙ方向（ワークＷの移動方向）においてワークＷの表面状態が大きく変化した場合でも、迅速にその変化に応じたフィードバック制御を行うことができる。具体的には、図６の例において、往路Ｆ２までのワークＷの表面状態と復路Ｂ２以降のワークＷの表面状態とが大きく異なる場合、復路Ｂ２の位置Ｐ１５では適正にピークレベルを調整することが困難になるが、復路Ｂ２の位置Ｐ１４以降は適正にピークレベルを調整することができる。
【００７２】
本実施の形態では、ＦＢ制御部７により自動的に第１の制御モードと第２の制御モードとが切り替えられる。それにより、効率よくかつ最適にフィードバック制御を行うことができる。
【００７３】
以下、ＦＢ制御部７による制御モード切替処理について説明する。図８および図９は、ＦＢ制御部７による制御モード切替処理のフローチャートである。本例では、初期状態として制御モードが第１の制御モードに設定される。
【００７４】
（４−１）第１の制御モードから第２の制御モードへの切り替え
まず、図８を参照しながら第１の制御モードから第２の制御モードへの切り替えについて説明する。
【００７５】
図８に示すように、まず、ＦＢ制御部７は、光の走査の開始時に、カウンタの値を０にリセットする（ステップＳ１）。なお、カウンタは、記憶部７０に設定される。
【００７６】
続いて、ＦＢ制御部７は、現在の光の走査位置（計測点）で計測を行う（ステップＳ２）。具体的には、ＦＢ制御部７は、現在の投光方向に対応するＦＢ設定値に基づいて投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６を制御する。それにより、受光素子３１が露光されるとともに、その受光量分布を示す波形データが生成される。
【００７７】
続いて、ＦＢ制御部７は、ピークレベルが適正であるか否か、すなわちピークレベルが所定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００７８】
ピークレベルが適正でない場合、ＦＢ制御部７は、ピークレベルが予め定められたしきい値Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。この場合、しきい値は、ピークレベルの適正な範囲よりも大幅に低い値に設定される。
【００７９】
ピークレベルがしきい値Ｔ１よりも低い場合、ＦＢ制御部７は、ＦＢ設定値を最大に調整し（ステップＳ５）、ステップＳ８の処理に進む。
【００８０】
一方、ピークレベルがしきい値Ｔ１以上である場合、ＦＢ制御部７は、得られた波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるように、ＦＢ設定値を調整して記憶部７０に記憶する（ステップＳ６）。さらに、ＦＢ制御部７は、カウンタの値をインクリメントし（ステップＳ７）、ステップＳ８の処理に進む。
【００８１】
ステップＳ３でピークレベルが適正である場合、ＦＢ制御部７は、現在の計測点が光の走査の往路または復路における最後の計測点であるか否かを判定する（ステップＳ８）。例えば図５の往路Ｆ１においては、Ｘ方向における位置Ｐ１５が最後の計測点であり、復路Ｂ１においては、Ｘ方向における位置Ｐ１１が最後の計測点である。
【００８２】
現在の計測点が光の走査の往路または復路における最後の計測点でない場合、ＦＢ制御部７は、ステップＳ２の処理に戻る。この場合、次の計測点でステップＳ２〜Ｓ８の処理が行われる。
【００８３】
一方、現在の計測点が光の走査の往路または復路における最後の計測点である場合、ＦＢ制御部７は、カウンタの値が予め定められた規定値Ｎ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。なお、規定値Ｎ１は、例えば１つの往路または１つの復路における全ての計測点の所定の割合に設定される。
【００８４】
カウンタの値が規定値Ｎ１より小さい場合、ＦＢ制御部７は、ステップＳ１の処理に戻る。この場合、走査方向が切り替わった次の往路または復路において、ステップＳ１〜Ｓ９の処理が行われる。
【００８５】
一方、カウンタの値が規定値Ｎ１以上である場合、ＦＢ制御部７は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替え（ステップＳ１０）、図９のステップＳ１１の処理に進む。この場合、次の計測点で後述する図９のステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が行われる。
【００８６】
このように、第１の制御モードでは、光の走査の各往路および各復路において、ピークレベルが不適正になる毎にカウンタの値がインクリメントされる。すなわち、光の走査の往路および復路毎に、ピークレベルが不適正になる回数が記憶される。そして、１つの往路または復路においてピークレベルが不適正になる回数が一定回数以上になると、第２の制御モードに切り替えられる。
【００８７】
第１の制御モードでは、Ｙ方向においてワークＷの表面状態にばらつきがある場合、またはワークＷの表面状態が大きく変化した場合に、ピークレベルが不適正になる頻度が高くなる。
【００８８】
その場合に、第２の制御モードに切り替えることにより、Ｙ方向においてワークＷの表面状態にばらつきがあっても、ピークレベルを適正に調整することができる。また、ワークＷの表面状態が大きく変化した場合でも、迅速にその変化に応じたフィードバック制御を行うことができる。
【００８９】
ただし、ピークレベルが不適正である場合でも、ピークレベルがしきい値Ｔ１よりも低いと、カウンタの値がインクリメントされない。ピークレベルがしきい値Ｔ１よりも低い場合、波形データにピークが現れていない可能性がある。その場合、光の走査位置にワークＷが存在しない可能性がある。そこで、この場合にカウンタの値をインクリメントしないことにより、光の走査位置にワークＷが存在しない場合に、制御モードが第２の制御モードに切り替えられることを防止することができる。
【００９０】
さらに、ピークレベルがしきい値Ｔ１よりも低い場合、ＦＢ設定値が最大値に調整されるので、共通の投光方向における次回の計測時に、ピークの存在の有無を正確に確認することができる。
【００９１】
なお、ユーザがインターフェース部１１（図１）を通してワークＷが存在しない場所を予め記憶部７０に記憶させ、その場所の計測時にはカウンタの値がインクリメントされないようにしてもよい。
【００９２】
（４−２）第２の制御モードから第１の制御モードへの切り替え
次に、図９を参照しながら第２の制御モードから第１の制御モードへの切り替えについて説明する。
【００９３】
図９に示すように、ＦＢ制御部７は、第１の制御モードから第２の制御モードへの切り替え後、カウンタの値を０にリセットする（ステップＳ１１）。
【００９４】
続いて、ＦＢ制御部７は、現在の光の走査位置（計測点）で計測を行う（ステップＳ１２）。具体的には、ＦＢ制御部７は、１つ前の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値を用いて投光制御部３、受光制御部４および波形生成部６を制御する。それにより、受光素子３１が露光されるとともに、その受光量分布を示す波形データが生成される。
【００９５】
続いて、ＦＢ制御部７は、得られた波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるように、ＦＢ設定値を調整して記憶部７０に記憶する（ステップＳ１３）。
【００９６】
次に、ＦＢ制御部７は、現在の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と、共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値とを比較し、その差が予め定められた規定値Ｓ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、図６の例において、現在の計測点が復路Ｂ１の位置Ｐ１２である場合に、ＦＢ制御部７は、復路Ｂ１の位置Ｐ１２での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と、往路Ｆ１の位置Ｐ１２での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値とを比較する。
【００９７】
現在の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値との差が規定値Ｓ１より大きい場合、ＦＢ制御部７は、カウンタを維持してステップＳ１６の処理に進む。
【００９８】
一方、現在の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値との差が規定値Ｓ１以下である場合、ＦＢ制御部７は、カウンタの値をインクリメントする（ステップＳ１５）。
【００９９】
次に、ＦＢ制御部７は、現在の計測点が光の走査の往路または復路における最後の計測点であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。現在の計測点が光の走査の往路または復路における最後の計測点でない場合、ＦＢ制御部７は、ステップＳ１２の処理に戻る。この場合、次の計測点でステップＳ１２〜Ｓ１６の処理が行われる。
【０１００】
現在の計測点が光の走査の往路または復路における最後の計測点である場合、ＦＢ制御部７は、カウンタの値が予め定められた規定値Ｍ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。なお、規定値Ｍ１は、例えば１つの往路または１つの復路における全ての計測点の所定の割合に設定される。
【０１０１】
カウンタの値が規定値Ｍ１より小さい場合、ＦＢ制御部７は、ステップＳ１１の処理に戻る。この場合、走査方向が切り替わった次の往路または復路において、ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理が行われる。
【０１０２】
一方、カウンタの値が規定値Ｍ１以上である場合、ＦＢ制御部７は、制御モードを第２の制御モードから第１の制御モードに切り替え（ステップＳ１８）、図８のステップＳ１の処理に進む。この場合、次の計測点で図８のステップＳ１〜Ｓ９の処理が行われる。
【０１０３】
このように、第２の制御モードでは、各計測点において、その計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値とが比較される。この場合、Ｙ方向に隣接する計測点の表面状態の差が小さければ、比較されたＦＢ設定値の差が小さくなる。それにより、そのＦＢ設定値の差が小さくなる頻度が高いほど、Ｙ方向においてワークＷの表面状態の変化が小さくなる。
【０１０４】
そこで、１つの往路または復路において、比較されたＦＢ設定値の差が規定値Ｓ１以下となる回数が一定回数以上になると、制御モードが第１の制御モードに切り替えられる。
【０１０５】
上記のように、第１の制御モードでは、Ｘ方向においてワークＷの表面状態（例えば反射率）にばらつきがあっても、ピークレベルを適正に調整することができる。そのため、Ｙ方向においてワークＷの表面状態が小さい状態で、第１の制御モードでフィードバック制御を行うことにより、ピークレベルをより適正に調整することができる。
【０１０６】
（５）他の制御例
図８および図９の例では、光の走査の往路および復路の単位で制御モードの切り替えを行うが、光の走査の往路および復路の途中で制御モードの切り替えを行ってもよい。図１０および図１１は、ＦＢ制御部７による制御モード切替処理の他の例を示すフローチャートである。
【０１０７】
（５−１）第１の制御モードから第２の制御モードへの切り替え
まず、図１０を参照しながら第１の制御モードから第２の制御モードへの切り替えについて説明する。
【０１０８】
図１０に示すように、まず、ＦＢ制御部７は、光の走査の開始時に、カウンタの値を０にリセットする（ステップＳ２１）。続いて、ＦＢ制御部７は、現在の光の走査位置にある計測点で計測を行う（ステップＳ２２）。それにより、受光素子３１が露光されるとともに、その受光量分布を示す波形データが生成される。
【０１０９】
続いて、ＦＢ制御部７は、得られた波形データのピークレベルが適正であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ピークレベルが適正でない場合、ＦＢ制御部７は、得られた波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるように、ＦＢ設定値を調整して記憶部７０に記憶する（ステップＳ２４）。さらに、ＦＢ制御部７は、カウンタの値をインクリメントし（ステップＳ２５）、ステップＳ２７の処理に進む。一方、ピークレベルが適正である場合、ＦＢ制御部７は、カウンタの値を０にリセットする（ステップＳ２６）。
【０１１０】
次に、ＦＢ制御部７は、カウンタの値が予め定められた規定値Ｎ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。カウンタの値が規定値Ｎ２より小さい場合、ＦＢ制御部７は、ステップＳ２２の処理に戻る。この場合、次の計測点において、ステップＳ２２〜Ｓ２７の処理が行われる。一方、カウンタの値が規定値Ｎ２以上である場合、ＦＢ制御部７は、制御モードを第１の制御モードから第２の制御モードに切り替え（ステップＳ２８）、図１１のステップＳ３１の処理に進む。
【０１１１】
図１０の例では、第１の制御モードにおいて、一定回数以上連続してピークレベルが不適正になると、第２の制御モードに切り替えられる。この場合も、Ｙ方向においてワークＷの表面状態にばらつきがある場合、またはＹ方向においてワークＷの表面状態が大きく変化した場合に、第２の制御モードに切り替えることができる。
【０１１２】
それにより、ピークレベルを適正に調整することができるとともに、迅速にワークＷの表面状態の変化に応じたフィードバック制御を行うことができる。
【０１１３】
（５−２）第２の制御モードから第１の制御モードへの切り替え
次に、図１１を参照しながら第２の制御モードから第１の制御モードへの切り替えについて説明する。
【０１１４】
図１１に示すように、ＦＢ制御部７は、第１の制御モードから第２の制御モードへの切り替え後、カウンタの値を０にリセットする（ステップＳ３１）。続いて、ＦＢ制御部７は、現在の光の走査位置にある計測点で計測を行う（ステップＳ３２）。それにより、受光素子３１が露光されるとともに、その受光量分布を示す波形データが生成される。
【０１１５】
続いて、ＦＢ制御部７は、得られた波形データに基づいて、ピークレベルが所定の範囲内になるように、ＦＢ設定値を調整して記憶部７０に記憶する（ステップＳ３３）。
【０１１６】
次に、ＦＢ制御部７は、現在の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と、共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値とを比較し、その差が予め定められた規定値Ｓ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。
【０１１７】
現在の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値との差が規定値Ｓ１以下である場合、ＦＢ制御部７は、カウンタの値をインクリメントする（ステップＳ３５）。
【０１１８】
一方、現在の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値との差が規定値Ｓ１より大きい場合、ＦＢ制御部７は、カウンタの値０にリセットする（ステップＳＳ３６）。
【０１１９】
次に、ＦＢ制御部７は、カウンタの値が予め定められた規定値Ｍ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ３７）。カウンタの値が規定値Ｍ２より小さい場合、ＦＢ制御部７は、ステップＳ３２の処理に戻る。この場合、次の計測点において、ステップＳ３２〜Ｓ３７の処理が行われる。
【０１２０】
一方、カウンタの値が規定値Ｍ２以上である場合、ＦＢ制御部７は、制御モードを第２の制御モードから第１の制御モードに切り替え（ステップＳ３８）、図１０のステップＳ２１の処理に進む。
【０１２１】
図１１の例では、第２の制御モードにおいて、現在の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値と共通の投光方向における前回の計測点での計測結果に基づいて調整されたＦＢ設定値との差が一定回数以上連続して規定値Ｓ１以下になると、第１の制御モードに切り替えられる。
【０１２２】
この場合も、Ｙ方向においてワークＷの表面状態の変化が小さい場合に、第１の制御モードに切り替えることができる。それにより、ピークレベルをより適正に調整することができる。
【０１２３】
（６）さらに他の制御例
上記の例では、ピークレベルが所定の範囲外となる頻度が高い場合に制御モードが第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えられるが、これに限らず、他の条件でピークレベルが安定に検出されない場合に制御モードが第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えられてもよい。
【０１２４】
例えば、光の走査毎にＦＢ設定値の調整量の合計が算出され、その合計量が所定値よりも大きい場合に制御モードが第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えられてもよい。または、頻度が低くても、ピークレベルが所定の範囲から大幅に外れる場合には、制御モードが第１の制御モードから第２の制御モードに切り替えられてもよい。
【０１２５】
（７）他の実施の形態
投光素子２１としては、レーザダイオードに限らず、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の他の素子を用いることもできる。受光素子３１としては、ＣＭＯＳセンサに限らず、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサ等の他の素子を用いることもできる。走査部２３としては、ガルバノスキャナに限らず、ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）、ポリゴンミラー、音叉または他の光学素子等を用いることもできる。
【０１２６】
（８）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１２７】
上記実施の形態では、投光素子２１が光発生部の例であり、走査部２３が光走査手段の例であり、受光レンズ３２が集光光学系の例であり、波形生成部６が波形データ生成部の例であり、ＦＢ制御部７、投光制御部３、受光制御部４および記憶部７０が制御手段の例である。また、規定値Ｎ１が第１の規定値の例であり、規定値Ｎ２が第２の規定値の例であり、規定値Ｍ１が第３の規定値の例である。
【０１２８】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、対象物の断面形状の計測に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１  投光部
２  受光部
３  投光制御部
４  受光制御部
６  波形生成部
７  ＦＢ制御部
２１  投光素子
２３  走査部
３１  受光素子
３２  集光光学系
１００  光学式変位計
Ｗ  ワーク
【図１】
2010197115.tif 000003
【図２】
2010197115.tif 000004
【図３】
2010197115.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010197115.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010197115.tif 000009
【図８】
2010197115.tif 000010
【図９】
2010197115.tif 000011
【図１０】
2010197115.tif 000012
【図１１】
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