(57)【要約】【課題】被測定物の角度の測定に際し、測定精度を高めることができるようにする。【解決手段】ロータリエンコーダ４１は、十字線などのレチクル４２と機械的に連動して回転するように構成され、レチクル４２が回転操作されると、その回転操作に応じたパルス信号を出力する。CPU３１は、そのパルス信号から回転角度を算出し、その回転角度に応じた補正値を、補正テーブル保持部３４の補正テーブル３４ａから取得し、その補正値を用いて回転角度を補正する。そして、カウント表示部３３は、補正後の正確な回転角度を表示する。本発明は、例えば、顕微鏡用のデジタルプロトラクタに適用できる。【選択図】図２
2010261805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方向に延びる直線が示されているレチクルと、
前記レチクルの回転に機械的に連動して回転する回転板の回転量及び回転方向を検出する検出手段と、
回転による前記レチクルの姿勢の変化を示す値と、その回転による前記検出手段の出力値とを基に得られた補正情報を保持する保持手段と、
保持している前記補正情報を用いて、前記検出手段の出力値を補正する補正手段と
を備えることを特徴とする角度測定装置。
【請求項２】
前記レチクルの姿勢の変化を示す値は、回転前と回転後の前記レチクルの像を撮像して得られる画像に対し、所定の画像処理を施すことにより得られる第１の回転角度である
ことを特徴とする請求項１に記載の角度測定装置。
【請求項３】
前記補正情報は、前記第１の回転角度と、前記検出手段の出力値である第２の回転角度との誤差を、前記第２の回転角度に対応付けた補正テーブルである
ことを特徴とする請求項２に記載の角度測定装置。
【請求項４】
少なくとも一方向に延びる直線が示されているレチクルと、
前記レチクルの回転に機械的に連動して回転する回転板の回転量及び回転方向を検出する検出手段と、
回転による前記レチクルの姿勢の変化を示す値を取得する取得手段と、
前記レチクルの姿勢の変化を示す値と、その回転による前記検出手段の出力値との差分を算出する算出手段と、
算出された前記差分を、補正情報として保持する保持手段と
を備えることを特徴とする角度測定装置。
【請求項５】
前記取得手段は、回転前と回転後の前記レチクルの像を撮像して得られる画像に対し、所定の画像処理を施すことによって、前記レチクルの姿勢の変化を示す値である第１の回転角度を取得する
ことを特徴とする請求項４に記載の角度測定装置。
【請求項６】
前記補正情報は、前記第１の回転角度と、前記検出手段の出力値である第２の回転角度との誤差を、前記第２の回転角度に対応付けた補正テーブルである
ことを特徴とする請求項５に記載の角度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、十字線などの角度測定用の基準線が示されているレチクルの回転を検出することにより、被測定物の角度を測定するデジタルプロトラクタが普及している。
【０００３】
この種のデジタルプロトラクタとしては、例えば、特許文献１や非特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１４６０７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「測定顕微鏡ＭＦシリーズ／ＭＦ−Ｕシリーズカタログ Catalog No.4273(15)」，株式会社ミツトヨ，2008年，p.15
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のデジタルプロトラクタにおいては、ロータリエンコーダの回転中心と、レチクルの回転中心とが合致しないことに起因して、測定された角度に誤差が含まれる場合があった。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、被測定物の角度の測定に際し、測定精度を高めることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の角度測定装置は、少なくとも一方向に延びる直線が示されているレチクルと、前記レチクルの回転に機械的に連動して回転する回転板の回転量及び回転方向を検出する検出手段と、回転による前記レチクルの姿勢の変化を示す値と、その回転による前記検出手段の出力値とを基に得られた補正情報を保持する保持手段と、保持している前記補正情報を用いて、前記検出手段の出力値を補正する補正手段とを備える。
【０００９】
本発明の第２の角度測定装置は、少なくとも一方向に延びる直線が示されているレチクルと、前記レチクルの回転に機械的に連動して回転する回転板の回転量及び回転方向を検出する検出手段と、回転による前記レチクルの姿勢の変化を示す値を取得する取得手段と、前記レチクルの姿勢の変化を示す値と、その回転による前記検出手段の出力値との差分を算出する算出手段と、算出された前記差分を、補正情報として保持する保持手段とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被測定物の角度の測定に際し、測定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用したデジタルプロトラクタの一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】デジタルプロトラクタを顕微鏡に装着したときの、顕微鏡の光学系の構成の一部を模式的に示す図である。
【図３】補正テーブル生成処理を説明するフローチャートである。
【図４】回転角度測定処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明を適用したデジタルプロトラクタの一実施の形態の構成を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、デジタルプロトラクタ１１は、CPU（Central Processing Unit）３１、測定部３２、カウント表示部３３、及び補正テーブル保持部３４から構成される。
【００１５】
CPU３１は、所定のプログラムに従って、各種の処理を実行し、デジタルプロトラクタ１１の各部の動作を制御する。CPU３１が各種の処理を実行する上で必要なデータなどは、不図示のRAM（Random Access Memory）等に適宜記憶される。
【００１６】
測定部３２は、被測定物の測定の基準となる十字線を有するレチクル４２と、そのレチクル４２の回転角度を測定するためのロータリエンコーダ４１から構成される。カウント表示部３３は、レチクル４２の回転操作に連動して回転するロータリエンコーダ４１から出力される信号に応じたカウント値（回転角度）を表示する。なお、ロータリエンコーダ４１及びレチクル４２の詳細は図２を参照して後述する。
【００１７】
補正テーブル保持部３４は、ロータリエンコーダ４１により測定された回転角度の誤差を補正するための補正値を格納する補正テーブル３４ａを保持する。
【００１８】
また、補正テーブル３４ａを生成する処理を行う場合、デジタルプロトラクタ１１には、画像取得装置１２が所定のインターフェースを介して接続される。画像取得装置１２は、撮像部５１及び画像処理部５２から構成される。撮像部５１は、後述する図２に示すデジタルプロトラクタ１１のレンズ４４に取り付けられている。そして、レンズ４４からの光束を集光し、レチクル４２の像及び被測定物の像を結ぶ不図示の結像光学系と、その結像光学系で結像した像を撮像する撮像素子からなる。なお、撮像部５１及び画像処理部５２の説明については、ここでは省略し、後述する図３の補正テーブル３４ａの生成処理の説明の際に併せて説明することにする。
【００１９】
以上のようにして、デジタルプロトラクタ１１は構成される。
【００２０】
次に、図２を参照しながら、図１のデジタルプロトラクタ１１を顕微鏡に装着して使用する場合の例について説明する。
【００２１】
図２は、デジタルプロトラクタ１１を顕微鏡１０１に装着したときの、顕微鏡の光学系の構成の一部を模式的に示す図である。
【００２２】
デジタルプロトラクタ１１を顕微鏡１０１に装着した状態においては、顕微鏡１０１の対物光学系を構成する対物レンズ１１２の光軸と、デジタルプロトラクタ１１に設けられるレンズ４４の光軸とが光軸Ａで一致し、対物光学系の結像位置に、レチクル４２が配置される。そして、ステージ１１１上に載置された被測定物１０２の像は、対物レンズ１１２により、レチクル４２の位置において結像する。これにより、十字線などのレチクル４２が重畳された被測定物１０２の像を、レンズ４４により拡大して観察することが可能となる。
【００２３】
そして、ユーザは、被測定物１０２の角度測定を行う場合、レンズ４４を覗き込みながら、ロータリエンコーダ４１のスケール円板４１ａとレチクル４２を別体に保持する回転筒４３を回転させる回転環（不図示）を回転操作して、被測定物１０２の像に重畳された十字線などの刻線をあわせる。このとき、スケール円板４１ａの外端の一部は、横向きの凹溝が形成されたセンサヘッド４１ｂに所定の間隔を空けて挟まれており、回転筒４３が光軸Ａ回りを回転することにより、スケール円板４１ａのスケールがセンサヘッド４１ｂの検出範囲を横切る。
【００２４】
このとき、センサヘッド４１ｂは、その凹溝の間をスケール円板４１ａが通過した量と方向、つまり、スケール円板４１ａの回転量及び回転方向を検出し、その検出結果を示す信号を、CPU３１に出力する。このロータリエンコーダ４１から出力される信号は、例えば、スケール円板４１ａの回転量をパルスの数により表し、回転方向をパルスの位相により表す。これにより、CPU３１は、ロータリエンコーダ４１からのパルス信号の示す回転角度を補正テーブル３４ａにより補正し、被測定物１０２の所望の辺に対する相対角度を、カウント表示部３３に表示させる。
【００２５】
次に、図３のフローチャートを参照して、デジタルプロトラクタ１１により実行される補正テーブル生成処理について説明する。
【００２６】
なお、図３に示す処理は、補正テーブル３４ａの生成時の処理となるので、図２の顕微鏡１０１に装着されたデジタルプロトラクタ１１には、図１の画像取得装置１２が接続され、さらに、その撮像部５１は、接眼部（不図示）に取り付けられ、レチクル４２の像を撮像可能となっている。
【００２７】
ステップＳ１１において、撮像部５１は、レンズ４４越しにレチクル４２の像を撮像し、それにより得られる画像信号を画像処理部５２に供給する。なお、このときのレチクル４２は、基準位置に配された状態（基準姿勢）になっているものとし、その基準位置から回転するものとする。これにより、画像処理部５２は、基準となる回転前のレチクル画像を取得する。
【００２８】
その後、処理は、ステップＳ１２に進み、回転操作に応じて、レチクル４２が所定の角度（例えば1度や2度）だけ回転される。
【００２９】
ステップＳ１３において、撮像部５１は、回転後のレチクル４２の像の撮像を行うことにより、画像処理部５２は、回転後のレチクル画像を取得する。
【００３０】
ステップＳ１４において、画像処理部５２は、回転前のレチクル画像（ステップＳ１１の処理で取得）と、回転後のレチクル画像（ステップＳ１３の処理で取得）に対し、所定の画像処理を施して、レチクル４２の線の傾きを求めることにより、レチクル４２の回転角度を算出する。
【００３１】
すなわち、ここでは、レチクル４２の動きを直接確認するために、回転前と回転後のレチクル４２の像をレンズ４４越しに撮像し、それにより得られる２枚のレチクル画像を比べることでレチクル４２の回転角度を求めている。従って、この画像処理で得られる回転角度は、ずれのない信頼値となる。
【００３２】
また、このとき、ロータリエンコーダ４１では、レチクル４２の回転に機械的に連動して回転するスケール円板４１ａの回転量及び回転方向が、センサヘッド４１ｂにより検出されるので、ステップＳ１５において、CPU３１は、その検出結果を示すパルス信号に基づいて、ロータリエンコーダ４１により測定された回転角度を取得する。
【００３３】
ステップＳ１６において、CPU３１は、画像処理部５２による画像処理により得られた回転角度と、ロータリエンコーダ４１により測定された回転角度との差分を算出する。
【００３４】
すなわち、ロータリエンコーダ４１の出力から得られた回転角度には、ロータリエンコーダ４１の回転中心と、レチクル４２の回転中心とが合致しないことに起因する誤差が含まれている場合があるので、ここでは、その誤差を、信頼値となる画像処理で得られる回転角度との差分により求めている。
【００３５】
ステップＳ１７において、CPU３１は、算出した回転角度の差を、補正値として補正テーブル３４ａに格納する。
【００３６】
そして、処理は、ステップＳ１８に進み、１回転（360度）分の補正情報を取得したか否かが判定される。
【００３７】
ステップＳ１８において、１回転分の補正情報を取得していないと判定された場合、処理は、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２ないしＳ１８の処理が繰り返される。すなわち、十字線などのレチクル４２を所定の角度ずつ（例えば1度や2度）回転させることで、その角度ごとに、画像処理により得られる回転角度（ｎ回目とｎ＋１回目のステップＳ１３の処理で得られる２枚のレチクル画像に対する画像処理により得られる回転角度）と、ロータリエンコーダ４１の出力から得られる回転角度とが順次取得され、その差分により補正値が得られる。そして、ステップＳ１８において、１回転分の補正情報を取得したと判定された場合、補正テーブル３４ａには、１回転分の補正情報が、ロータリエンコーダ４１により測定される回転角度ごとに格納されたことになるので、図３の補正テーブル生成処理は終了する。
【００３８】
なお、この補正テーブル３４ａに格納される補正値で示される誤差は、例えば、レチクル４２を１回転、つまり、360度回転させた場合に得られる0度から360度の範囲における回転角度に対する誤差を示す正弦波として表される。また、補正テーブル３４ａを保持する代わりに、補正情報として、回転角度をパラメータとする所定の関数により誤差を求められるようにしてもよい。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、理想的な回転をさせたときの補正情報を取得するために、レチクル画像の画像処理から回転角度の信頼値を求め、その信頼値と、誤差を含んで測定される回転角度との差分を算出し、その差分により表される誤差を、補正値として回転角度に対応させて保持するようにしている。
【００４０】
なお、この補正テーブル３４ａを生成するタイミングであるが、基本的には、デジタルプロトラクタ１１の使用開始前に１回だけ生成し、その後は、同じ補正テーブル３４ａを使い続けることになる。
【００４１】
次に、このようにして生成された補正テーブル３４ａを用いて、ロータリエンコーダ４１により測定された回転角度を補正する処理について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４２】
なお、図４に示す処理では、回転角度測定処理の開始時のレチクル４２は、基本姿勢になっており、基準位置から測定が開始されるものとする。また、この場合、測定時であるので、当然ながら、図１の画像取得装置１２は取り外されている。
【００４３】
ステップＳ３１において、ユーザにより、レチクル４２の回転操作が行われたか否かが判定される。
【００４４】
ステップＳ３１において、回転操作が行われたと判定された場合、CPU３１は、ステップＳ３２において、ロータリエンコーダ４１から、回転操作による回転に応じたパルス信号を取得し、ステップＳ３３において、そのパルス信号から回転角度を算出する。
【００４５】
ステップＳ３４において、CPU３１は、算出した回転角度に応じた補正値を、補正テーブル３４ａから取得する。すなわち、補正テーブル３４ａには、ロータリエンコーダ４１により測定される回転角度に対応させた補正値が１回転分格納されているので、所定の回転角度を指定することにより、指定した回転角度により特定される補正値が得られる。
【００４６】
そして、CPU３１は、ステップＳ３５において、取得した補正値を用いて、ロータリエンコーダ４１により測定された回転角度を補正し、ステップＳ３６において、補正した回転角度を出力する。これにより、カウント表示部３３には、補正後の正確な回転角度が表示される。
【００４７】
以上のように、ロータリエンコーダ４１とレチクル４２とは、機械的に連動していてもそれぞれ異なった誤差を持っているため、ロータリエンコーダ４１の出力には誤差が含まれることになるが、本発明によれば、それらの誤差を補正する補正テーブル３４ａを予め用意しておくことにより、被測定物１０２の角度の測定時には、その補正テーブル３４ａを用いて、ロータリエンコーダ４１の出力値を補正することができる。その結果、被測定物の角度の測定に際し、測定精度を高めることができる。
【００４８】
また、芯出し調整を行うことにより、ロータリエンコーダ４１の回転中心と、レチクル４２の回転中心との誤差をなくす方法も考えられるが、その調整には時間がかかってしまう。一方、本発明によれば、芯出し調整を行わずに、誤差を補正することができるので、その調整時間を短縮できるといったメリットもある。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、レチクル４２の回転角度の信頼値を求める方法として、レチクル画像に対する画像処理から算出する方法を一例にして説明したが、レチクル４２の動きを直接確認できる方法であればよく、例えば、レチクル４２の回転を計測する専用のエンコーダ（不図示）を配置して、そのエンコーダにより信頼値を求めるようにしてもよい。
【００５０】
また、レチクル４２に示される測定用の線は、必ずしも十字線である必要はなく、少なくとも一方向に延びる直線が示されていればよい。
【００５１】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１１  デジタルプロトラクタ，  １２  画像取得装置，  ３１  CPU，  ３２  測定部，  ３３  カウント表示部，  ３４  補正テーブル保持部，  ３４ａ  補正テーブル，  ４１  ロータリエンコーダ，  ４１ａ  スケール円板，  ４１ｂ  センサヘッド，  ４２  レチクル，  ４３  回転筒，  ４４  レンズ，  ５１  撮像部，  ５２  画像処理部，  １０１  顕微鏡，  １０２  被測定物，  １１１  ステージ，  １１２  対物レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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