(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物からの反射光のピーク位置を検出することにより三角測距方式で対象物の変位を検出する光学式変位計であって、
直線偏光であって偏光方向が互いに異なり、対象物の表面での反射率が異なる２種類の光を対象物に選択的に照射する投光部と、
第１の直線偏光成分を含む第１の光および前記第１の直線偏光成分と異なる第２の直線偏光成分を含む第２の光を互いに識別可能に受光する受光部と、
前記受光部による前記第１の光の受光量分布を第１の受光量分布として取得するとともに、前記受光部による前記第２の光の受光量分布を第２の受光量分布として取得する受光量分布取得部と、
前記受光量分布取得部により取得された前記第１および第２の受光量分布に基づいて、対象物の表面で複数回反射した光による偽のピーク位置と１回反射した光による真のピーク位置とを識別するための識別情報を算出し、算出された前記識別情報に基づいて前記真のピーク位置を特定するピーク位置検出部と、
前記ピーク位置検出部により特定された前記真のピーク位置に対応する対象物の変位を算出する計測処理部とを備えることを特徴とする光学式変位計。
【請求項２】
前記ピーク位置検出部は、前記受光量分布取得部により取得された前記第１の受光量分布におけるピーク位置を第１のピーク位置として検出し、前記第２の受光量分布におけるピーク位置を第２のピーク位置として検出し、互いに対応する第１および第２のピーク位置の受光量の相対値を前記識別情報として算出す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】
前記ピーク位置検出部は、前記受光量分布取得部により取得された前記第１および第２の受光量分布の相対関係を前記識別情報として算出す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４】
前記投光部は、前記第１および前記第２の光を前記対象物に選択的に照射するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の光学式変位計。
【請求項５】
前記投光部は、
光を発生する第１および第２の投光素子と、
前記第１の投光素子により発生される光を前記第１の光として前記対象物に導く第１の光学系と、
前記第２の投光素子により発生される光を前記第２の光として前記対象物に導く第２の光学系とを含むことを特徴とする請求項４記載の光学式変位計。
【請求項６】
前記投光部は、
光を発生する共通の投光素子と、
前記共通の投光素子により発生される光の偏光成分を制御することにより前記第１および第２の光を前記対象物に照射する偏光成分制御部とを含むことを特徴とする請求項４記載の光学式変位計。
【請求項７】
前記投光部は、前記第１および第２の直線偏光成分を含む共通の光を前記対象物に照射するように構成され、
前記受光部は、
受光素子と、
前記対象物により反射された前記共通の光を第１および第２の光として選択的に前記受光素子に導く受光選択部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学式変位計。
【請求項８】
前記識別情報は、前記第１の受光量分布に現れるピークの値と前記第２の受光量分布に現れるピークの値との比を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学式変位計。
【請求項９】
前記識別情報は、前記第１の受光量分布に現れるピークの値と前記第２の受光量分布に現れるピークの値との差を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学式変位計。
【請求項１０】
前記識別情報は、前記第１および第２の受光量分布に現れるピークの値および予め定められた係数を用いた演算により得られる値を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学式変位計。
【請求項１１】
前記第１の光の偏光方向と前記第２の光の偏光方向とは互いに９０度異なることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光学式変位計。
【請求項１２】
前記ピーク位置検出部は、前記受光量分布取得部により取得された前記第１および第２の受光量分布のうち少なくとも一方に現れるピークの幅を算出し，算出されたピークの幅に基づいて、対象物の表面で１回反射した光による真のピークの可能性があるピークを特定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに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、三角測距方式により対象物の変位を検出する光学式変位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
三角測距方式の光学式変位計では、対象物（以下、ワークと呼ぶ）の表面に光が照射され、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、ワークの表面の高さを計測することができる。これにより、ワークの変位を検出することができる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
光切断方式の光学式変位計では、線状の断面を有する帯状の光がワーク上に照射され、その反射光が２次元の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。この波形データのピーク位置に基づいて、ワークの断面形状が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９６１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の光学式変位計においては、ワークに照射された光がワークの表面で複数回反射されることがある。複数回反射された光が受光素子に入射することにより、波形データに複数のピークが現れる。それにより、ワークの正確な断面形状を取得することができない。
【０００６】
本発明の目的は、対象物の変位を正確に検出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】
【０００７】
（１）本発明による光学式変位計は、対象物からの反射光のピーク位置を検出することにより三角測距方式で対象物の変位を検出する光学式変位計であって、直線偏光であって偏光方向が互いに異なり，対象物の表面での反射率が異なる２種類の光を対象物に選択的に照射する投光部と、第１の直線偏光成分を含む第１の光および第１の直線偏光成分と異なる第２の直線偏光成分を含む第２の光を互いに識別可能に受光する受光部と、受光部による第１の光の受光量分布を第１の受光量分布として取得するとともに、受光部による第２の光の受光量分布を第２の受光量分布として取得する受光量分布取得部と、受光量分布取得部により取得された第１および第２の受光量分布に基づいて、対象物の表面で複数回反射した光による偽のピーク位置と１回反射した光による真のピーク位置とを識別するための識別情報を算出し、算出された識別情報に基づいて真のピーク位置を特定するピーク位置検出部と、ピーク位置検出部により特定された真のピーク位置に対応する対象物の変位を算出する計測処理部とを備えるものである。
【０００８】
この光学式変位計においては、投光部により対象物に光が照射され、その反射光が、第１の直線偏光成分からなる第１の光および第２の直線偏光成分からなる第２の光として互いに識別可能に受光部により受光される。受光量分布取得部により、受光部による第１の光の受光量分布が第１の受光量分布として取得され、受光部による第２の光の受光量分布が第２の受光量分布として取得される。
【０００９】
対象物からの反射光の受光時には、対象物において１回反射された光が第１および第２の光として受光部により受光されるとともに、対象物において複数回反射された光が第１および第２の光として受光部により受光される場合がある。この場合、１回反射光による真のピークおよび複数回反射光による偽のピークが第１および第２の受光量分布に現れる。
【００１０】
ここで、第１の直線偏光成分の反射率と第２の直線偏光成分の反射率とは異なる。それにより、対象物に照射された光の第１および第２の直線偏光成分の強度が互いに等しい場合、反射された光の第１および第２の直線偏光成分の強度は互いに異なる。そのため、受光される第１および第２の光の強度が互いに異なる。
【００１１】
さらに、複数回反射光の第１および第２の直線偏光成分の強度は、対象物に照射された光の第１および第２の直線偏光成分の強度に反射率を複数回乗じた値になる。それにより、複数回反射光が第１および第２の光として受光される場合の第１および第２の光の強度の比は、１回反射光が第１および第２の光として受光される場合の第１および第２の光の強度の比と異なる。
【００１２】
そこで、ピーク位置検出部により、第１および第２の受光量分布に基づいて複数回反射光による偽のピーク位置と１回反射光による真のピーク位置とを識別するための識別情報が算出される。算出された識別情報に基づいて真のピーク位置を特定することができる。特定された真のピーク位置に対応する対象物の変位が計測処理部により算出される。これにより、偽のピーク位置に対応する値が対象物の変位として誤って算出されることが防止され、真のピーク位置に対応する値が対象物の正確な変位として得られる。
【００１３】
（２）ピーク位置検出部は、受光量分布取得部により取得された第１の受光量分布におけるピーク位置を第１のピーク位置として検出し、第２の受光量分布におけるピーク位置を第２のピーク位置として検出し、互いに対応する第１および第２のピーク位置の受光量の相対値を識別情報として算出してもよい。
【００１４】
上記のように、複数回反射光が第１および第２の光として受光される場合の第１および第２の光の強度の比は、１回反射された光が第１および第２の光として受光される場合の第１および第２の光の強度の比と異なる。そのため、複数回反射光により第１の受光量分布に現れるピークの値と第２の受光量分布に現れるピークの値との比は、１回反射光により第１の受光量分布に現れるピークの値と第２の受光量分布に現れるピークの値との比と異なる。
【００１５】
それにより、第１の受光量分布におけるピーク位置の受光量と第２の受光量分布におけるピーク位置の受光量との相対値に基づいて、１回反射光による真のピーク位置を特定することができる。したがって、対象物の正確な変位が得られる。
【００１６】
（３）ピーク位置検出部は、受光量分布取得部により取得された第１および第２の受光量分布の相対関係を識別情報として算出してもよい。
【００１７】
この場合、第１および第２の受光量分布の相対関係に基づいて、１回反射光による真のピーク位置を特定することができる。したがって、対象物の正確な変位が得られる。
【００１８】
（４）投光部は、第１および第２の光を対象物に選択的に照射するように構成されてもよい。
【００１９】
この場合、投光部から対象物に第１の光が照射されることにより、受光部により第１の光が受光され、投光部から対象物に第２の光が照射されることにより、受光部により第２の光が受光される。これにより、簡単な構成でかつ簡単な制御で第１および第２の光を選択的に受光部に受光させることができる。
【００２０】
（５）投光部は、光を発生する第１および第２の投光素子と、第１の投光素子により発生される光を第１の光として対象物に導く第１の光学系と、第２の投光素子により発生される光を第２の光として対象物に導く第２の光学系とを含んでもよい。
【００２１】
この場合、第１および第２の投光素子により選択的に光を発生させることにより、簡単な構成でかつ簡単な制御で投光部から対象物に第１および第２の光を選択的に照射することができる。
【００２２】
（６）投光部は、光を発生する共通の投光素子と、共通の投光素子により発生される光の偏光成分を制御することにより第１および第２の光を対象物に照射する偏光成分制御部とを含んでもよい。
【００２３】
この場合、簡単な構成でかつ簡単な制御で投光部から対象物に第１および第２の光を選択的に照射することができる。
【００２４】
（７）投光部は、第１および第２の直線偏光成分を含む共通の光を対象物に照射するように構成され、受光部は、受光素子と、対象物により反射された共通の光を第１および第２の光として選択的に受光素子に導く受光選択部をさらに備えてもよい。
【００２５】
この場合、投光部の構成を簡略化しつつ第１および第２の光を選択的に受光部に受光させることができる。
【００２６】
（８）識別情報は、第１の受光量分布に現れるピークの値と第２の受光量分布に現れるピークの値との比を含んでもよい。この場合、第１および第２の受光量分布に基づいて、１回反射光による真のピーク位置を正確に特定することができる。
【００２７】
（９）識別情報は、第１の受光量分布に現れるピークの値と第２の受光量分布に現れるピークの値との差を含んでもよい。この場合、第１および第２の受光量分布に基づいて、１回反射光による真のピーク位置を正確に特定することができる。
【００２８】
（１０）識別情報は、第１および第２の受光量分布に現れるピークの値および予め定められた係数を用いた演算により得られる値を含んでもよい。この場合、第１および第２の受光量分布に基づいて、１回反射光による真のピーク位置を正確に特定することができる。
【００２９】
（１１）第１の光の偏光方向と第２の光の偏光方向とは互いに９０度異なってもよい。
【００３０】
この場合、第１の光の反射率と第２の光の反射率との差を大きくすることができる。それにより、複数回反射された光が第１および第２の光として受光される場合の第１および第２の光の強度の比と、１回反射された光が第１および第２の光として受光される場合の第１および第２の光の強度の比との差を大きくすることができる。したがって、第１および第２の受光量分布に基づいて、１回反射光による真のピーク位置を容易にかつ正確に選択することができる。
（１２）ピーク位置検出部は、受光量分布取得部により取得された第１および第２の受光量分布のうち少なくとも一方に現れるピークの幅を算出し，算出されたピークの幅に基づいて、対象物の表面で１回反射した光による真のピークの可能性があるピークを特定してもよい。
（１３）参考形態に係る光学式変位計は、対象物からの反射光のピーク位置を検出することにより三角測距方式で対象物の変位を検出する光学式変位計であって、対象物に光を照射する投光部と、第１の直線偏光成分を含む第１の光および第１の直線偏光成分と異なる第２の直線偏光成分を含む第２の光を互いに識別可能に受光する受光部と、受光部による第１の光の受光量分布を第１の受光量分布として取得するとともに、受光部による第２の光の受光量分布を第２の受光量分布として取得する受光量分布取得部と、受光量分布取得部により取得された第１および第２の受光量分布に基づいて、対象物の表面で複数回反射した光による偽のピーク位置と１回反射した光による真のピーク位置とを識別するための識別情報を算出し、算出された識別情報に基づいて真のピーク位置を特定するピーク位置検出部と、ピーク位置検出部により特定された真のピーク位置に対応する対象物の変位を算出する計測処理部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、１回反射光による真のピーク位置を正確に選択することができる。その結果、対象物の変位を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の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】投受光部およびワークの外観斜視図である。
【図３】ワークの表面における光の照射位置と受光素子における光の入射位置との関係を示す図である。
【図４】ワークの表面における光の照射位置と受光素子における光の入射位置との関係を示す図である。
【図５】受光素子の受光面における受光量分布を示す図である。
【図６】図５の受光量分布を示す波形データを示す図である。
【図７】プロファイルデータを示す図である。
【図８】ワークの表面での反射について説明するための図である。
【図９】受光素子における受光量分布の他の例を示す図である。
【図１０】図９の受光量分布を示す波形データを示す図である。
【図１１】投受光部の構成を示す模式的斜視図である。
【図１２】投光部の構成を示す模式的斜視図である。
【図１３】投光素子から出射される光の経路を示す図である。
【図１４】第１および第２の光が照射された場合の波形データを示す図である。
【図１５】波形処理部によるピーク位置検出処理のフローチャートである。
【図１６】投光部の他の例を示す図である。
【図１７】投光部のさらに他の例を示す図である。
【図１８】投光部、受光素子および受光レンズの位置関係を示す図である。
【図１９】真ピークおよび偽ピークの幅について説明するための図である。
【図２０】波形処理部によるピーク位置検出処理の他の例のフローチャートである。
【図２１】受光素子の受光量分布に基づいて真ピークが特定される場合のピーク位置検出処理のフローチャートである。
【図２２】第２の実施の形態に係る光学式変位計の投光部および受光部の構成を示す図である。
【図２３】投光部および受光部の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態に係る光学式変位計として、光切断方式の光学式変位計について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
（１−１）光学式変位計の構成
図１は、第１の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、投受光部１００ａおよび制御部１００ｂを備える。投受光部１００ａは、投光部１および受光部２を含む。制御部１００ｂは、投光制御部３、受光制御部４、波形処理部７、プロファイル生成部８、計測処理部９およびインターフェース部１０を含む。
【００３５】
投光部１は、偏光方向が互いに異なる２種類の帯状の光を対象物（以下、ワークと呼ぶ）Ｗに照射可能に構成される。投光部１の詳細については後述する。受光部２は、受光素子２１および受光レンズ２２を含む。ワークＷからの反射光が、受光レンズ２２を通して受光素子２１に入射する。受光素子２１は例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサを含み、２次元に配置された複数の画素を有する。受光素子２の受光量分布は、アナログの受光信号として出力される。投光制御部３は、投光部１の光の照射タイミングおよび光の強度等を制御し、受光制御部４は、受光素子２の受光タイミング等を制御する。
【００３６】
波形処理部７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２１から出力される受光信号は、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。波形処理部７は、得られた波形データからピーク位置を検出する。
【００３７】
プロファイル生成部８は、波形処理部７により検出されたピーク位置に基づいて、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９は、プロファイル生成部８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（変位）を算出する処理である。
【００３８】
インターフェース部１０を通して、波形処理部７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１０を通して、ユーザが種々の設定および入力を行うことができる。
【００３９】
（１−２）動作の概要
光学式変位計１００の動作の概要について説明する。図２は、投受光部１００ａおよびワークＷの外観斜視図である。図３および図４は、ワークＷの表面における光の照射位置と受光素子２１における光の入射位置との関係を示す図である。図２〜図４においては、水平面内で互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向と定義し、矢印Ｘ，Ｙで示し、鉛直方向をＺ方向と定義し、矢印Ｚで示す。また、図３および図４においては、受光素子２１の受光面上で互いに直交する２方向をＡ１方向およびＡ２方向と定義し、矢印Ａ１，Ａ２で示す。ここで、受光面とは、受光素子２１の複数の画素により形成される面である。
【００４０】
図２の例では、ワークＷの表面にＹ方向に延びる断面Ｖ字状の溝Ｍ１が形成される。投受光部１００ａは、Ｘ方向に沿った帯状の光をワークＷの表面に照射する。以下、帯状の光が照射されるワークＷの表面の線状の領域を照射領域Ｔ１と呼ぶ。
【００４１】
図３に示すように、照射領域Ｔ１で反射される光が、受光レンズ２２を通して受光素子２１に入射する。この場合、照射領域Ｔ１における光の反射位置がＺ方向に異なると、受光素子２１への反射光の入射位置がＡ２方向に異なる。また、図４に示すように、照射領域Ｔ１における光の反射位置がＸ方向に異なると、受光素子２１への反射光の入射位置がＡ１方向に異なる。
【００４２】
これにより、受光素子２１のＡ２方向における光の入射位置が、照射領域Ｔ１のＺ方向における位置（高さ）を表し、受光素子２１のＡ１方向における光の入射位置が、照射領域Ｔ１におけるＸ方向の位置を表す。
【００４３】
図５は、受光素子２１の受光面における受光量分布を示す図である。受光素子２１の複数の画素は、Ａ１方向およびＡ２方向に沿うように２次元に配置される。図２の照射領域Ｔ１で反射された光は、図５の線状の受光領域Ｒ１に入射する。それにより、受光領域Ｒ１の受光量が大きくなる。
【００４４】
図５の受光量分布が、Ａ２方向に沿った画素の列（以下、画素列と呼ぶ）ごとにアナログの受光信号として出力される。出力された受光信号に基づいて、波形処理部７により画素列ごとの波形データが生成される。図６は、図５の画素列ＳＳの波形データを示す図である。図６において、横軸はＡ２方向を示し、縦軸は受光量を示す。
【００４５】
図６に示すように、波形データには、図５の受光領域Ｒ１に対応するピークＰ１が現れる。ピークＰ１の位置（以下、ピーク位置と呼ぶ）ＰＰは、照射領域Ｔ１における対応箇所の高さを示す。各波形データにおいて１つのピーク位置ＰＰが波形処理部７により検出される。全ての波形データにおいて検出されたピーク位置ＰＰに基づいて、ワークＷの断面形状（照射領域Ｔ１の形状）を示すプロファイルデータがプロファイル生成部８により生成される。
【００４６】
図７（ａ）は、図５の受光量分布における全てのピーク位置ＰＰを示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のピーク位置ＰＰに基づいて生成されたプロファイルデータを示す図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、検出された全てのピーク位置ＰＰが、連続的な線として示されることにより、ワークＷの断面形状を示すプロファイルデータが得られる。
【００４７】
（１−３）偽ピーク
上記のように、照射領域Ｔ１で反射された光が受光素子２１に入射することにより、照射領域Ｔ１の高さを表すピークが波形データに表れる。しかしながら、照射領域Ｔ１以外の部分で反射された光が受光素子２１に入射することがある。この場合、照射領域Ｔ１の高さを示すピーク（以下、真ピークと呼ぶ）とは異なるピーク（以下、偽ピークと呼ぶ）が波形データに現れる。波形データの偽ピークが照射領域Ｔ１の高さを示すピークとして誤って選択されると、不正確なプロファイルデータが生成される。
【００４８】
図８は、ワークＷの表面での反射について説明するための図である。図９は、受光素子２１における受光量分布の他の例を示す図である。図１０は、図９の画素列ＳＳの波形データを示す図である。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、ワークＷに照射される光は、照射領域Ｔ１で正反射および拡散反射される。ここで、正反射とは、入射角と反射角とが等しい反射をいい、拡散反射とは、入射角と反射角とが異なる反射をいう。通常、照射領域Ｔ１で正反射された光は受光素子２１に入射せず、照射領域Ｔ１で拡散反射された一部の光Ｌ１が受光素子２１に入射する。
【００５０】
一方、図８（ｂ）に示すように、照射領域Ｔ１で拡散反射された他の一部の光Ｌ２が、ワークＷの表面の照射領域Ｔ１以外の他の領域（以下、偽照射領域と呼ぶ）Ｔ２で正反射され、受光素子２１に入射することがある。
【００５１】
光が正反射された場合、反射前後で光の強度が大きく変化しない。そのため、照射領域Ｔ１から受光素子２１に入射する光Ｌ１の強度と、偽照射領域Ｔ２から受光素子２１に入射する光Ｌ２の強度との間に大きな差が生じない。なお、本実施の形態は一例であり、このような多重反射（複数回反射）は様々な状況下で起こりうる。例えば、正反射光がワークＷからの反射光として受光素子２１に受光されるようにワークＷおよび投受光部１００ａが配置されている場合、正反射光以外の拡散反射光が他の領域でさらに反射され、受光素子２１に受光されることもある。
【００５２】
これにより、図９に示すように、受光素子２１の受光面において、受光領域Ｒ１以外に、他の領域（以下、偽受光領域と呼ぶ）Ｒ２の受光量が大きくなる。この場合、図１０に示すように、波形データにおいて、受光領域Ｒ１に対応する真ピークＰ１の他に、偽受光領域Ｒ２に対応する偽ピークＰ２が現れる。その結果、偽ピークＰ２が照射領域Ｔ１の高さを示すピークとして誤って選択される可能性がある。
【００５３】
なお、偽照射領域Ｔ２で拡散反射された光は、正反射された光に比べて強度が大幅に小さくなる。そのため、偽照射領域Ｔ２で拡散反射された光が受光素子２１に入射しても、図１０のような偽ピークＰ２が現れることはほとんどない。
【００５４】
（１−４）投光部および受光部の詳細
本実施の形態では、互いに異なる偏光方向の２種類の光を用いることにより、偽ピークＰ２が誤って検出されることを防止することができる。以下、その詳細について説明する。
【００５５】
図１１は、投受光部１００ａの構成を示す模式的斜視図である。図１２は、投光部１の構成を示す模式的斜視図である。図１１に示すように、投受光部１００ａ内に投光部１および受光部２が設けられる。図１１および図１２に示すように、投光部１は、投光素子１１ａ，１１ｂ、コリメータレンズ１２ａ，１２ｂ、半波長板１３、ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter；偏光ビームスプリッタ）１４および拡張光学系（ビームエキスパンダ）１５，１６を含む。受光部２は、受光素子２１および受光レンズ２２を含む。
【００５６】
投光素子１１ａ，１１ｂは例えばレーザダイオードをそれぞれ含む。投光素子１１ａ，１１ｂの各々から出射される光は直線偏光であり、電場の振動方向（以下、偏光方向と呼ぶ）が一定である。なお、投光素子１１ａ，１１ｂとしてＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いてもよい。その場合、投光素子１１ａ，１１ｂの前方（出射方向）に偏光板等が配置され、投光素子１１ａ，１１ｂからの出射光が直線偏光に変更される。
【００５７】
投光素子１１ａから出射される光は、コリメータレンズ１２ａ、偏光ビームスプリッタ１４および拡張光学系１５，１６を通して投受光部１００ａの外部に導かれる。投光素子１１ｂから出射される光は、コリメータレンズ１２ｂ、半波長板１３、偏光ビームスプリッタ１４および拡張光学系１５，１６を通して投受光部１００ａの外部に導かれる。
【００５８】
図１３は、投光素子１１ａ，１１ｂから出射される光の経路を示す図である。図１３に示すように、投光素子１１ａから出射される光は、コリメータレンズ１２ａを通して平行光に整形され、ＰＢＳ１４の一面に垂直に入射する。ＰＢＳ１４に入射した光は、ＰＢＳ１４の反射面１４ａに対してＳ偏光である。そのため、その光はＰＢＳ１４の反射面１４ａで直角に反射される。反射された光は、拡張光学系１５，１６を通して帯状の光に整形され、投受光部１００ａの外部に導かれる。
【００５９】
投光素子１１ｂから出射される光は、コリメータレンズ１２ｂを通して平行光に整形され、半波長板１３を通してＰＢＳ１４の他の一面に垂直に入射する。この場合、半波長板１３によって光の偏光方向が９０°変化する。それにより、ＰＢＳ１４に入射した光は、ＰＢＳ１４の反射面１４ａに対してＰ偏光となり、ＰＢＳ１４の反射面１４ａを透過する。透過した光は、拡張光学系１５，１６を通して帯状の光に整形され、投受光部１００ａの外部に導かれる。
【００６０】
このように、投光素子１１ａからの光および投光素子１１ｂからの光は、偏光方向が互いに９０°異なる直線偏光として、それぞれ投受光部１００ａから共通の方向に帯状に出射される。そのため、投光素子１１ａおよび投光素子１１ａから選択的に光を出射させることにより、偏光方向が９０°異なる２種類の光（以下、第１および第２の光と呼ぶ）を選択的にワークＷに照射することができる。
【００６１】
本例では、投光素子１１ａから出射される光が第１の光としてワークＷに照射され、投光素子１１ｂから出射される光が第２の光としてワークＷに照射される。第１の光と第２の光との切り替えは、図１の投光制御部３により行われる。
【００６２】
（１−５）偏光方向と反射率との関係
図８に示したＹ方向に延びる溝Ｍ１を有するワークＷを例に、偏光方向と反射率との関係について説明する。図８（ａ）に示すように、Ｘ方向に偏光する光をＰ偏光とし、Ｙ方向に偏光する光をＳ偏光とした場合、ワークＷの表面でのＸ方向における光の反射率は、ワークＷに照射された光がＰ偏光であるかまたはＳ偏光であるかによって異なる。図８に例示したワークＷにおいては、Ｘ方向成分を含む方向に反射された光が他の領域でさらに反射され、多重反射が発生する。このとき、Ｘ方向を多重反射方向と定義すると、Ｘ方向に偏光するＰ偏光の多重反射方向における反射率が、Ｙ方向に偏光するＳ偏光の多重反射方向における反射率よりも小さくなる。特に、正反射される場合の反射率の差は、拡散反射される場合の反射率の差よりも大幅に大きい。
【００６３】
また、多重反射された光の強度は、照射された光の強度に反射率を複数回乗じた値になる。そのため、多重反射されたＳ偏光の強度に対する同じ回数反射されたＰ偏光の強度の比は、１回反射されたＳ偏光の強度に対する１回反射されたＰ偏光の強度の比よりも小さくなる。
【００６４】
一方、例えば図８に例示したワークＷが、Ｚ軸周りに９０度回転された場合、Ｙ方向が多重反射方向となる。この場合、Ｙ方向に偏光するＳ偏光の多重反射方向における反射率が、Ｘ方向に偏光するＰ偏光の多重反射方向における反射率よりも小さくなる。
【００６５】
すなわち、多重反射方向における反射率は、多重反射方向と水平面内において直交する方向に偏光する光よりも、多重反射方向と同じ方向に偏光する光に関して小さくなる。したがって、投受光部１００ａとワークＷとの相対的配置によって多重反射方向が変化するため、互いに９０度偏光成分が異なるＰ偏光およびＳ偏光の反射率の大小関係も変化する。
【００６６】
本実施の形態では、ワークＷに照射される第１の光がワークＷの表面に対してＰ偏光（Ｘ方向に直線偏光した光）となり、ワークＷに照射される第２の光がワークＷの表面に対してＳ偏光（Ｙ方向に直線偏光した光）となるように、投受光部１００ａおよびワークＷが配置される。その状態で、投受光部１００ａからワークＷに第１の光および第２の光が順次照射される。この場合、第１の光が照射されたときの受光素子２１の受光量分布に基づく波形データおよび第２の光が照射されたときの受光素子２１の受光量分布に基づく波形データが波形処理部７によりそれぞれ生成される。
【００６７】
第１の光が照射された場合と第２の光が照射された場合とで、受光素子２１の受光量分布が異なる。それにより、第１の光が照射された場合と第２の光が照射された場合とで異なる波形データが得られる。以下、第１の光が照射された場合の波形データを第１の波形データと呼び、第２の光が照射された場合の波形データを第２の波形データと呼ぶ。
【００６８】
図１４（ａ）は、第１の波形データを示す図であり、図１４（ｂ）は、第２の波形データを示す図である。図１４（ａ）および図１４（ｂ）の波形データは、図５および図９の画素列ＳＳの波形データである。
【００６９】
図１４（ａ）の第１の波形データには、図１０の真ピークＰ１に相当する真ピークＰｐ１および図１０の偽ピークＰ２に相当する偽ピークＰｐ２が現れる。図１４（ｂ）の第２の波形データには、図１０の真ピークＰ１に相当する真ピークＰｓ１および図１０の偽ピークＰ２に相当する偽ピークＰｓ２が現れる。図１４（ａ）の真ピークＰｐ１のピーク位置ＰＰ１と図１４（ｂ）の真ピークＰｓ１のピーク位置ＰＰ１とは互いにほぼ等しく、図１４（ａ）の偽ピークＰｐ２のピーク位置ＰＰ２と図１４（ｂ）の偽ピークＰｓ２のピーク位置ＰＰ２とは互いにほぼ等しい。つまり、ほぼ同じ高さの位置に、異なる偏光成分の光を照射した結果、真ピークの位置および偽ピークの位置がそれぞれ得られる。図１４の例では、１つの偽ピークＰＰ２が現れるが、２回以上の多重反射が発生した場合は、より多くの偽ピークＰＰ２が現れることになる。以下、真ピークの位置を真のピーク位置と呼び、偽ピークの位置を偽のピーク位置と呼ぶ。
【００７０】
図８（ａ）に示したように、照射領域Ｔ１で拡散反射された光Ｌ１が受光素子２１に直接入射することにより、真ピークＰｐ１，Ｐｓ１が現れる。一方、図８（ｂ）に示したように、照射領域Ｔ１で拡散反射された光Ｌ２が偽照射領域Ｔ２で正反射されて受光素子２１に入射することにより、偽ピークＰｐ２，Ｐｓ２が現れる。
【００７１】
上述したように、図８の例では、Ｐ偏光である第１の光の反射率は、Ｓ偏光である第２の光の反射率よりも小さい。それにより、第１の光が照射された場合に受光素子２１に入射する光Ｌ１，Ｌ２の強度は、第２の光が照射された場合に受光素子２１に入射する光Ｌ１，Ｌ２の強度よりも小さくなる。そのため、図１４（ａ）の真ピークＰｐ１の値Ｐｐａは、図１４（ｂ）の真ピークＰｓ１の値Ｐｓａよりも小さい。また、図１４（ａ）の偽ピークＰｐ２の値Ｐｐｂは、図１４（ｂ）の偽ピークＰｓ２の値Ｐｓｂよりも小さい。
【００７２】
また、多重反射された第２の光（Ｓ偏光（反射率が高い光））の強度に対する同じ回数反射された第１の光（Ｐ偏光（反射率が低い光））の強度の比は、１回反射された第２の光の強度に対する１回反射された第１の光の強度の比よりも小さくなる。これは、反射率が低い場合には、反射を繰り返す毎に、反射率が高い場合よりも早いペースで光量が減少するためである。したがって、第２の光の強度に対する第１の光の強度の比は、多重反射を繰り返すほど小さくなる。
【００７３】
さらに、上記のように、正反射されるＰ偏光の反射率とＳ偏光の反射率との差は、拡散反射されるＰ偏光の反射率とＳ偏光の反射率との差よりも大幅に大きい。そのため、第１の光が正反射される場合の反射率と第２の光が正反射される場合の反射率との差は、第１の光が拡散反射される場合の反射率と第２の光が拡散反射される場合の反射率との差よりも大きい。それにより、第１の光が照射された場合に偽照射領域Ｔ２（図８）で正反射された光Ｌ２の強度と第２の光が照射された場合に偽照射領域Ｔ２（図８）で正反射された光Ｌ２の強度との比は、第１の光が照射された場合に照射領域Ｔ１で拡散反射のみされた光Ｌ１の強度と第２の光が照射された場合に照射領域Ｔ１で拡散反射のみされた光Ｌ１の強度との比と大きく異なる。
【００７４】
したがって、図１４（ｂ）の偽ピークＰｓ２の値Ｐｓｂに対する図１４（ａ）の偽ピークＰｐ２の値Ｐｐｂの比（Ｐｐｂ／Ｐｓｂ）は、図１４（ｂ）の真ピークＰｓ１の値Ｐｓａに対する図１４（ａ）の真ピークＰｐ１の値Ｐｐａの比（Ｐｐａ／Ｐｓａ）よりも小さくなる。
【００７５】
このように、第２の波形データの偽ピークの値に対する第１の波形データの偽ピークの値の比は、第２の波形データの真ピークの値に対する第１の波形データの真ピークの値の比よりも小さくなる。
【００７６】
なお、本例では、第２の光の受光量に対する第１の光の受光量の比を算出したが、第１の光の受光量に対する第２の光の受光量の比を算出してもよいことは云うまでもない。この場合は、多重反射を繰り返すほど、第１の光の受光量に対する第２の光の受光量の比が大きくなる。
【００７７】
さらに、図８に示すワークＷと投受光部１００ａとの位置関係では、第１の光（Ｐ偏光）が反射率の低い光となり、第２の光（Ｓ偏光）が反射率の高い光となるが、例えば投受光部１００ａに対して相対的にワークＷをＺ軸周りに９０度回転させると、第１および第２の光の反射率の関係は逆転する。この場合、多重反射を繰り返すほど、第２の光の受光量に対する第１の光の受光量の比が大きくなる。
【００７８】
すなわち、ワークＷと投受光部１００ａとの相対的配置、および第１の光の強度と第２の光の強度との相対値の大小関係に基づいて、計測対象であるワークＷの表面で１回のみ反射した光による真のピーク位置と、多重反射された光による偽のピーク位置とを識別することができる。
【００７９】
なお、算出する相対値は比に限らず、第１の光の受光量と第２の光の受光量との相対的な値であればよく、差またはその他の値であってもよい。また、第１および第２の光のどちらを先にワークＷに照射して受光量分布を取得するかは任意である。
【００８０】
本実施の形態では、波形処理部７により、第２の波形データの各ピークの値に対する第１の波形データの対応するピークの値の比が算出され、算出された比に基づいて第１および第２の波形データから１つのピーク位置が検出される。
【００８１】
（１−６）ピーク位置検出処理
図１５は、波形処理部７によるピーク位置検出処理のフローチャートである。第１の光での撮像が完了すると、波形処理部７は、第１の光の受光量分布からなる複数の第１の波形データを生成する（ステップＳ１）。上述したように、第１の波形データは、図７のＡ２方向に沿った画素列毎にそれぞれ生成される。そのため、図７のＡ１方向に配列される複数の画素列分の複数の第１の波形データが順次生成される。
【００８２】
なお、本例では、二次元の受光素子２１を用いてワークＷのプロファイル（断面形状）が取得されるため、複数の第１および第２の波形データが生成されるが、一次元の受光素子を用いてワークＷ上のある一点の高さを計測する光学式変位計においては、１つの第１の波形データおよび１つの第２の波形データが生成される。
【００８３】
全ての第１の波形データが生成されると、波形処理部７は、生成された全ての第１の波形データにおける全てのピークの値を取得する（ステップＳ２）。図１４（ａ）の例では、波形処理部７は、真ピークＰｐ１の値Ｐｐａおよび偽ピークＰｐ２の値Ｐｐｂを取得する。
【００８４】
次に、第２の光での撮像が完了すると、波形処理部７は、第２の光の受光量分布からなる複数の第２の波形データを生成する（ステップＳ３）。この場合、ステップＳ１と同様に、図７のＡ１方向に配列される複数の画素列分の複数の第２の波形データが順次生成される。
【００８５】
全ての第２の波形データが生成されると、波形処理部７は、生成された全ての第２の波形データにおける全てのピークの値を取得する（ステップＳ４）。図１４（ｂ）の例では、波形処理部７は、真ピークＰｓ１の値Ｐｓａおよび偽ピークＰｓ２の値Ｐｓｂを取得する。
【００８６】
全ての第１および第２の波形データにおいてピークの値が取得されると、波形処理部７は、各画素列の第１の波形データと第２の波形データとの間で、互いに対応するピークの値の比を算出する（ステップＳ５）。図１４の例では、波形処理部７は、真ピークＰｓ１の値Ｐｓａに対する真ピークＰｐ１の値Ｐｐａの比（Ｐｐａ／Ｐｓａ）および偽ピークＰｓ２の値Ｐｓｂに対する偽ピークＰｐ２の値Ｐｐｂの比（Ｐｐｂ／Ｐｓｂ）を算出する。
【００８７】
次に、波形処理部７は、算出された比に基づいて、各画素列の第１および第２の波形データから真ピークを選択し、その真ピークの位置を検出する（ステップＳ６）。この場合、波形処理部７は、算出された比が最大となるピークを真ピークとして選択し、その真ピークの位置を検出する。図１４の例では、波形処理部７は、真ピークＰｐ１，Ｐｓ１のピーク位置ＰＰ１を検出する。これにより、波形処理部７はピーク位置検出処理を終了する。
【００８８】
なお、上述したように、ワークＷと投受光部１００ａとの相対的配置によっては、算出された比が最大となるピークではなく、算出された比が最小となるピークが真ピークに対応する場合もある。したがって、比が最大となるピークの位置を真のピーク位置として認識するか、または比が最小となるピークの位置を真のピーク位置として認識するかを適宜選択できるように構成されることが好ましい。これは、ユーザが選択してもよく、または取得された画像（例えば波形データ）等から多重反射方向が自動的に検出され、その検出結果に基づいて自動的に選択されてもよい。
【００８９】
また、図１５の例では、第１および第２の波形データの各々において全てのピークの位置が検出された後に、第１および第２の波形データの間でほぼ同じ位置にあるピークの値の比が相対値として算出され、その相対値に基づいて真のピーク位置が特定されるが、これに限らない。
【００９０】
例えば、第１の波形データに示される全ての画素の受光量と第２の波形データに示される全ての画素の受光量との相対値（例えば比）がそれぞれ算出され、算出された全ての画素の受光量の相対値を示す新たな波形データが生成され、生成された新たな波形データに現れるピークの位置および値に基づいて、真のピーク位置が特定されてもよい。この場合、図１５のステップＳ２，Ｓ４，Ｓ５の代わりに、新たな波形データを生成するステップおよび生成された新たな波形データに現れるピークの位置および値を取得するステップが必要になる。この場合も、図１５の例と同様の効果が得られる。
【００９１】
（１−７）効果
本実施の形態に係る光学式変位計１００においては、照射部１からワークＷに互いに偏光方向が異なる第１および第２の光が選択的に照射され、ワークＷにおいて反射された第１および第２の光の受光量分布を示す第１および第２の波形データがそれぞれ生成される。生成された第１および第２の波形データの間で互いに対応するピークの比が算出され、算出された比に基づいて、第１および第２の波形データから１つのピークが選択される。
【００９２】
これにより、第１および第２の波形データの各々における複数のピークのうち、ワークＷにおいて１回反射された第１および第２の光による真ピークを正確に選択することができる。したがって、ワークＷの照射領域Ｔ１の高さを示す真のピーク位置を正確に検出することができる。その結果、ワークＷの断面形状を正確に検出することができる。
【００９３】
また、本実施の形態では、投光素子１１ａ，１１ｂから選択的に光が出射されることによって第１および第２の光が選択的にワークＷに照射されるように投光部１が構成される。それにより、簡単な構成でかつ簡単な制御で第１および第２の波形データを取得することができる。
【００９４】
さらに、本実施の形態では、第１の光がワークＷの照射領域Ｔ１に対してＰ偏光となり、第２の光がワークＷの照射領域Ｔ２に対してＳ偏光となるように、投受光部１００ａおよびワークＷが配置される。それにより、第１および第２の波形データの間で互いに対応するピークの比に基づいて、第１および第２の波形データの各々において、真ピークを容易にかつ正確に選択することができる。
【００９５】
（１−８）投光部の他の例
（１−８−１）
図１６は、投光部１の他の例を示す図である。図１６の投光部１が図１２の投光部１と異なるのは次の点である。図１６の投光部１においては、投光素子１１ａ、コリメータレンズ１２ａおよびＰＢＳ１４の代わりに、波長板駆動部１７が設けられる。波長板駆動部１７としては、例えばロータリソレノイドまたはモータが用いられる。
【００９６】
波長板駆動部１７は、投光素子１１ｂから出射される光が通る光路内の位置とその光路から外れる位置との間で半波長板１３を移動させる。半波長板１３が光路内に配置される場合、図１３の例と同様に、投光素子１１ｂから出射される光の偏光方向が半波長板１３により変化する。それにより、その光が第２の光としてワークＷに照射される。一方、半波長板１３が光路から外れる位置に配置される場合、投光素子１１ｂから出射される光の偏光方向が変化しない。それにより、その光が第１の光としてワークＷに照射される。したがって、互いに偏光方向が異なる第１および第２の光を選択的にワークＷに照射することができる。
【００９７】
本例では、投光部１に１つの投光素子１１ｂのみが設けられるので、複数の投光素子１１ａ，１１ｂが設けられる場合に比べて、光学系の構成がより簡略化される。
【００９８】
（１−８−２）
図１７は、投光部１のさらに他の例を示す図である。図１７の例が図１２の例と異なるのは次の点である。図１６の投光部１においては、投光素子１１ａ、コリメータレンズ１２ａ、半波長板１３およびＰＢＳ１４の代わりに、偏光方向制御部１８が設けられる。偏光方向制御部１８としては、例えば液晶スイッチ、ＥＯＭ（Electro Optic Modulator：電気光学変調器）またはファラデー回転子（Faraday Rotator）が用いられる。
【００９９】
偏光方向制御部１８は、投受光部１００ａから第１または第２の光が照射されるように、投光素子１１ｂから出射される光の偏光方向を制御する。それにより、互いに偏光方向が異なる第１および第２の光を選択的にワークＷに照射することができる。
【０１００】
本例では、投光部１に１つの投光素子１１ｂのみが設けられ、かつ図１２の例と異なり、半波長板１３の移動スペースを設ける必要がない。それにより、投光部１の占有スペースがさらに小さくなる。それにより、投受光部１００ａのさらなる小型化が可能となる。
【０１０１】
（１−９）他の検出例
（１−９−１）
上記のように、第１の光の反射率は第２の光の反射率よりも小さいので、多重反射された第２の光の強度に対する同じ回数反射された第１の光の強度の比は、１回反射された第２の光の強度に対する１回反射された第１の光の強度の比よりも小さい。そのため、照射される第１および第２の光の強度が等しい場合、第１波形データと第２の波形データとの間で互いに対応する真ピークの値の差の絶対値は、互いに対応する偽ピークの値の差の絶対値よりも小さい。
【０１０２】
そこで、図１５のピーク位置検出処理のステップＳ７において、波形処理部７は、第１の波形データと第２の波形データとの間で互いに対応するピークの値の比を算出する代わりに、第１の波形データと第２の波形データとの間で互いに対応するピークの値の差を算出してもよい。この場合、ステップＳ８において、波形処理部７は、算出された差の絶対値が最小となるピークを真ピークとて選択し、その真ピークの位置を検出する。
【０１０３】
図１４の例では、波形処理部７は、真ピークＰｓ１の値Ｐｓａから真ピークＰｐ１の値Ｐｐａを減算した値（Ｐｓａ−Ｐｐａ）および偽ピークＰｓ２の値Ｐｓｂから偽ピークＰｐ２の値Ｐｐｂを減算した値（Ｐｓｂ−Ｐｐｂ）を算出する。この場合、（Ｐｓａ−Ｐｐａ）の絶対値が（Ｐｓｂ−Ｐｐｂ）の絶対値よりも小さくなる。それにより、波形処理部７は、真ピークＰｐ１，Ｐｓ１を選択し、ピーク位置ＰＰ１を検出する。
【０１０４】
（１−９−２）
図１５のピーク位置検出処理のステップＳ７において、上記のように第１の波形データと第２の波形データとの間で互いに対応するピークの値の差が算出される場合に、予め定められた係数が各ピークの値に乗算され、乗算された値の差が算出されてもよい。
【０１０５】
この場合、ピークの値が大きいほど、係数の値が小さくなるように、ピークの値に応じて予め係数が定められる。例えば、ピークの値が０ＬＳＢ（Least Significant Bit：最下位ビット）以上１００ＬＳＢ以下である場合には、係数が１０に設定され、ピークの値が１０１ＬＳＢ以上２００ＬＳＢ以下である場合には、係数が９に設定される。ピークの値が２０１ＬＳＢ以上である場合も同様に、ピークの値が１００ＬＳＢ大きくなるごとに係数が１小さくなる。ピークの値が９０１ＬＳＢ以上１０００ＬＳＢ以下である場合には、係数が１に設定される。
【０１０６】
図１４の例では、波形処理部７は、真ピークＰｐ１の値Ｐｐａに応じて、乗算すべき係数ｋｐａを決定し、真ピークＰｓ１の値Ｐｓａに応じて、乗算すべき係数ｋｓａを決定する。また、波形処理部７は、偽ピークＰｐ２の値Ｐｐｂに応じて、乗算すべき係数ｋｐｂを決定し、偽ピークＰｓ２の値Ｐｓｂに応じて、乗算すべき係数ｋｓｂを決定する。
【０１０７】
続いて、波形処理部７は、真ピークＰｓ１の値Ｐｓａに係数ｋｓａが乗算された値と真ピークＰｐ１の値Ｐｐａに係数ｋｐａが乗算された値との差（ｋｓａ・Ｐｓａ−ｋｐａ・Ｐｐａ）を算出する。また、波形処理部７は、偽ピークＰｓ２の値Ｐｓｂに係数ｋｓｂが乗算された値と偽ピークＰｐ２の値Ｐｐｂに係数ｋｐｂが乗算された値の差（ｋｓｂ・Ｐｓｂ−ｋｐｂ・Ｐｐｂ）を算出する。
【０１０８】
この場合、（ｋｓａ・Ｐｓａ−ｋｐａ・Ｐｐａ）の絶対値が（ｋｓｂ・Ｐｓｂ−ｋｐｂ・Ｐｐｂ）の絶対値よりも小さくなる。それにより、波形処理部７は、真ピークＰｐ１，Ｐｓ１を選択し、ピーク位置ＰＰ１を検出する。
【０１０９】
このように、ピークの値に応じて予め定められた係数が、各ピークの値に乗算されることにより、第１および第２の波形データにおける複数のピークの値が均等化される。それにより、第１および第２の波形データにおける複数のピークの値のばらつきが大きい場合でも、真ピークを正確に選択することができる。
【０１１０】
（１−９−３）
第１および第２の波形データの各々に現れるピークの数が多くなると、第１および第２の波形データの間で互いに対応するピークの値の比または差を算出する処理が煩雑になる。そこで、第１および第２の波形データに現れる各ピークの幅に基づいて、真ピークの可能性があるピークを特定し、特定されたピークに関してのみ比または差を算出してもよい。図１８は、投光部１、受光素子２１および受光レンズ２２の位置関係を示す図である。図１９は、真ピークおよび偽ピークの幅について説明するための図である。
【０１１１】
図１８に示すように、受光素子２１の受光面２１ａ、受光レンズ２２の主面２２ａ、および投光部１から出射される光が通る平面ＰＨが共通の直線ＰＤ上で互いに交差するように、受光素子２１、受光レンズ２２および投光部１がそれぞれ配置される。この場合、シャインプルーフの原理により、受光素子２１の受光面２１ａに対してピント（焦点）が合う領域は、平面ＰＨ上の領域ＰＲとなる。
【０１１２】
ワークＷ上の照射領域Ｔ１（図２）は、領域ＰＲ内に位置し、受光素子２１の受光面２１ａに対してピントが合う。一方、偽照射領域Ｔ２は、領域ＰＲ内に位置せず、受光素子２１の受光面２１ａに対してピントが合わない。これにより、偽ピークは真ピークよりも鈍った形状となり、偽ピークの幅が真ピークの幅よりも大きくなる。
【０１１３】
図１９の例では、波形データの位置ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３に真ピークＰ１および偽ピークＰ２，Ｐ３が存在する。この場合、偽ピークＰ２，Ｐ３は真ピークＰ１よりも鈍った形状となり、偽ピークＰ２，Ｐ３の幅Ｗ２，Ｗ３は真ピークＰ１の幅Ｗ１よりも大きくなる。
【０１１４】
各ピークの幅は、次のようにして算出される。例えば、真ピークＰ１の値Ｐａおよび偽ピークＰ２，Ｐ３の値Ｐｂ，Ｐｃにそれぞれ一定の係数（例えば０．７）を乗じた値がしきい値ＴＨａ，ＴＨｂ，ＴＨｃとして設定される。ピーク位置ＰＰ１の一方側において受光量がしきい値ＴＨａとなる最もピーク位置ＰＰ１に近い位置ＰＰ１ａとピーク位置ＰＰ１の他方側において受光量がしきい値ＴＨａとなる最もピーク位置ＰＰ１に近い位置ＰＰ１ｂとの間の距離が真ピークＰ１の幅Ｗ１として算出される。同様に、ピーク位置ＰＰ２の一方側において受光量がしきい値ＴＨｂとなる最もピーク位置ＰＰ２に近い位置ＰＰ２ａとピーク位置ＰＰ２の他方側において受光量がしきい値ＴＨｂとなる最もピーク位置ＰＰ２に近い位置ＰＰ２ｂとの間の距離が偽ピークＰ２の幅Ｗ２として算出される。また、ピーク位置ＰＰ３の一方側において受光量がしきい値ＴＨｃとなる最もピーク位置ＰＰ３に近い位置ＰＰ３ａとピーク位置ＰＰ３の他方側において受光量がしきい値ＴＨｃとなる最もピーク位置ＰＰ３に近い位置ＰＰ２ｃとの間の距離が偽ピークＰ３の幅Ｗ３として算出される。
【０１１５】
図２０は、波形処理部７によるピーク位置検出処理の他の例のフローチャートである。図２０の例が図１５の例と異なるのは次の点である。
【０１１６】
図２０の例では、波形処理部７は、第１の波形データにおける全てのピークの値を取得すると（図２０のステップＳ２）、取得された全てのピークの値に基づいて、上記のように全てのピークの幅を算出する（ステップＳ３ａ）。次に、波形処理部７は、算出された全てのピークの幅のうち、最小の幅を特定する（ステップＳ４ａ）。
【０１１７】
ここで、上述したように、第１の波形データは、図７のＡ２方向に沿った画素列毎にそれぞれ生成される。そのため、図７のＡ１方向に配列される複数の画素列分の複数の第１の波形データが順次生成される。
【０１１８】
次に、波形処理部７は、各第１の波形データについて、最小の幅との差が予め定められたしきい値以下の幅を有するピークを第１の検出対象ピークとして特定する（ステップＳ５ａ）。ステップＳ５ａで特定された第１の検出対象ピークは、真ピークである可能性があり、ピーク位置の検出対象となる。全ての第１の波形データにおいて、第１の検出対象ピークが特定されると、波形処理部７は、複数の第２の波形データを生成する（ステップＳ６ａ）。
【０１１９】
全ての第２の波形データが生成されると、波形処理部７は、生成された各第２の波形データについて、対応する第１の波形データの第１の検出対象ピークと共通のピーク位置を有する第２の検出対象ピークの値を取得する（ステップＳ７ａ）。
【０１２０】
全ての第２の波形データにおいて第２の検出対象ピークの値が取得されると、波形処理部７は、各画素列の第１の波形データと第２の波形データとの間で、互いに対応する第１および第２の検出対象ピークの値の比を算出する（ステップＳ８ａ）。
【０１２１】
次に、波形処理部７は、算出された比に基づいて、各画素列の第１および第２の波形データから真ピークを選択し、その真ピークの位置を検出する（ステップＳ９ａ）。この場合、波形処理部７は、算出された比が最大となるピークを真ピークとして選択し、その真ピークの位置を検出する。これにより、波形処理部７はピーク位置処理を終了する。
【０１２２】
本例では、第１の波形データの各ピークの幅に基づいて、真ピークの可能性がある第１の検出対象ピークが予め特定され、特定された第１の検出対象ピークの値とそれに対応する第２の検出ピークの値との比のみが算出される。それにより、全てのピークについて比を算出する必要がないので、効率よく真のピーク位置を検出することができる。
【０１２３】
なお、図２０のステップＳ９ａにおいて、第１および第２の検出対象ピークの値の比を算出する代わりに、第１および第２の検出対象ピークの値の差を算出してもよい。または、予め定められた係数を第１および第２の検出対象ピークの値に乗算し、乗算された第１および第２の検出対象ピークの値の差を算出してもよい。
【０１２４】
（１−９−４）
上記の例では、波形データに基づいて真ピークが特定されるが、これに限らず、受光素子２１の受光量分布に基づいて真ピークが特定されてもよい。
【０１２５】
図２１は、受光素子２１の受光量分布に基づいて真ピークが特定される場合のピーク位置検出処理のフローチャートである。図２１の例が図１５の例と異なるのは次の点である。
【０１２６】
本例では、第１の光がワークＷに照射された場合の受光素子２１の受光量分布が第１の画像データとして波形処理部２１に与えられ、第２の光がワークＷに照射された場合の受光素子２１の受光量分布が第２の画像データとして波形処理部２１に与えられる。
【０１２７】
図２１に示すように、波形処理部７は、第１の画像データが得られたか否かを判定する（ステップＳ２１）。第１の画像データが得られていない場合、波形処理部７は、第１の画像データが得られるまで待機する。第１の画像データが得られた場合、波形処理部７は、第１の画像データに基づいて、第１の光が照射された場合の受光素子２１の各画素の受光量を取得する（ステップＳ２２）。
【０１２８】
次に、波形処理部７は、第２の画像データが得られたか否かを判定する（ステップＳ２３）。第２の受光量分布が得られていない場合、波形処理部７は、第２の画像データが得られるまで待機する。第２の画像データが得られた場合、波形処理部７は、第２の画像データに基づいて、第２の光が照射された場合の受光素子２１の各画素の受光量を取得する（ステップＳ２４）。
【０１２９】
次に、波形処理部７は、受光素子２１の各画素について、第２の光が照射された場合の受光量に対する第１の光が照射された場合の受光量の比を算出する（ステップＳ２５）。次に、波形処理部７は、第１および第２の画像データに基づいて、画素列ごとにピークに対応する画素を特定する（ステップＳ２６）。
【０１３０】
次に、波形処理部７は、ステップＳ２５で算出された比およびステップＳ２６で特定された画素に基づいて、画素列ごとに真ピークに対応する画素を選択し、その真ピークの位置を検出する（ステップＳ２７）。この場合、波形処理部７は、各画素列のピークに対応する画素について、第２の光が照射された場合の受光量に対する第１の光が照射された場合の受光量の比を比較する。比較の結果、波形処理部７は、各画素列において受光量の比が最大となる画素を真ピークに対応する画素として選択し、その画素の位置を真のピーク位置として検出する。これにより、波形処理部７はピーク位置検出処理を終了する。
【０１３１】
本例では、受光素子２１の受光量分布を示す第１および第２の画像データに基づいて、真のピーク位置が検出される。換言すると、第１および第２の画像データの互いに対応する画素値（受光量）の相対値からなる新たな画像データが生成され、生成された新たな画像データの各画素列に対応する波形データにおいてピーク位置が検出される。検出されたピーク位置から真のピーク位置が選択され、検出される。このように、第１および第２の画像データ間、第１および第２の画像データから得られる波形データ間、および第１および第２の画像データの波形データから検出されたピーク位置間のいずれかにおいて相対値が算出され、この相対値に基づいて多重反射光による偽のピーク位置と、１回反射光による真のピーク位置とを明確に区別することが可能である。
【０１３２】
（１−９−５）
図８に示した例では、ワークＷに照射される第１の光がワークＷの表面に対してＰ偏光となり、ワークＷに照射される第２の光がワークＷの表面に対してＳ偏光となるように、投受光部１００ａおよびワークＷが配置されているが、ワークＷに照射される第１の光がワークＷの表面に対してＳ偏光となり、ワークＷに照射される第２の光がワークＷの表面に対してＰ偏光となるように、投受光部１００ａおよびワークＷが配置されている場合、多重反射方向への光の反射率の大小関係が逆転するため、相対値（第２の波形データのピークの値に対する第１の波形データのピークの値の比）が最小となるピーク位置を真のピーク位置として特定すべきである。あるいは、照射する第１の光と第２の光との偏光成分を逆転させることにより、相対値が最大となるピーク位置を真のピーク位置として認識することも可能である。
【０１３３】
例えば、図１５のステップＳ７において、第２の波形データのピークの値に対する第１の波形データのピークの値が算出される代わりに、第１の波形データのピークの値に対する第２の波形データのピークの値が算出される。または、ステップＳ８において、算出された比が最大となるピークが真ピークとして選択される代わりに、算出された比が最小となるピークが真ピークとして選択される。
【０１３４】
多重反射光の除去を行うために、ワークＷと投受光部１００ａとの相対的配置に制約が存在することはユーザにとって好ましくない。したがって、ワークＷおよび投受光部１００ａの配置に応じて、相対値が最大となるピーク位置を真のピーク位置として特定するか、または最小となるピーク位置を真のピーク位置として特定するかを適宜選択できるようにすることが好ましい。あるいは、第１の光の偏光成分および第２の光の偏光成分をユーザがそれぞれ選択できるようにしてもよい。
【０１３５】
また、第１の光の偏光成分および第２の光の偏光成分は、水平面内において偏光方向が９０度異なっていることが、多重反射光を除去するという観点で最も好ましい。ただし、多重反射光を除去することが可能な程度に多重反射方向における反射率が異なるのであれば、上記に限られないことは云うまでもない。
【０１３６】
（２）第２の実施の形態
（２−１）
本発明の第２の実施の形態にかかる光学式変位計１００について、上記第１の実施の形態に係る光学式変位計１００と異なる点を説明する。図２２は、第２の実施の形態に係る光学式変位計１００の投光部および受光部の構成を示す図である。
【０１３７】
図２２に示すように、投光部１は、投光素子１１、コリメータレンズ１２および拡張光学系１５，１６を含む。投光素子１１は、種々の偏光方向を有する無偏光を出射する。投光素子１１から出射される光は、コリメータレンズ１２を通して平行光に整形され、拡張光学系１５，１６を通して帯状の光に整形され、投受光部１００ａの外部に導かれる。
【０１３８】
受光部２は、受光素子２１、受光レンズ２２、偏光板２３ａ，２３ｂおよび偏光板切替部２４を含む。偏光板２３ａは、例えばワークＷの照射領域Ｔ１に対してＰ偏光となる第１の光のみを透過させる。偏光板２３ｂは、例えばワークＷの照射領域Ｔ１に対してＳ偏光となる第２の光のみを透過させる。偏光板切替部２４は、ワークＷからの反射光が通る光路内に偏光板２３ａ，２３ｂの一方を選択的に配置する。偏光板切替部２４としては、例えばロータリソレノイドまたはモータが用いられる。
【０１３９】
偏光板切替部２４によって偏光板２３ａが光路内に配置されることにより、ワークＷからの反射光のうち第１の光のみが偏光板２３ａを透過する。透過した第１の光は、受光レンズ２２を通して受光素子２１に入射する。この場合、受光素子２１により第１の光の受光量分布が得られ、得られた受光量分布に基づいて第１の波形データが生成される。
【０１４０】
一方、偏光板切替部２４によって偏光板２３ｂが光路内に配置されることにより、ワークＷからの反射光のうち第２の光のみが偏光板２３ａを透過する。透過した第２の光は、受光レンズ２２を通して受光素子２１に入射する。この場合、受光素子２１により第２の光の受光量分布が得られ、得られた受光量分布に基づいて第２の波形データが生成される。生成された第１および第２の波形データを用いて、上記第１の実施の形態と同様に、波形処理部７によりピーク位置検出処理が行われる。
【０１４１】
（２−２）効果
本実施の形態に係る光学式変位計１００においては、照射部１からワークＷに共通の光が照射され、ワークＷからの反射光が第１および第２の光として受光素子２１に選択的に導かれる。この場合も、上記第１の実施の形態と同様に、第１および第２の波形データの間で互いに対応するピークの相対値に基づいて、第１および第２の波形データの各々において、真ピークを正確に選択することができる。したがって、ワークＷの照射領域Ｔ１の高さを示す真のピーク位置を正確に検出することができる。その結果、ワークＷの断面形状を正確に検出することができる。
【０１４２】
（２−３）投光部および受光部の他の例
図２３は、投光部１および受光部２の他の例を示す図である。図２３の投光部１および受光部２が図２２の投光部１および受光部２と異なるのは、次の点である。
【０１４３】
図２３の例では、投光素子１１から一定の偏光方向を有する直線偏光が出射される。直線偏光の偏光方向は、第１および第２の光の偏光方向と異なるように設定され、例えば、ワークＷへの入射面に対して４５°に設定される。
【０１４４】
受光部２は、偏光板２３ａ，２３ｂおよび偏光板切替部２４の代わりに、偏光成分分離部２５を含む。偏光成分分離部２５は、ワークＷからの反射光からＰ偏光成分およびＳ偏光成分を選択的に分離することができる。偏光成分分離部２５としては、例えば液晶スイッチ、ＥＯＭまたはファラデー回転子が用いられる。偏光成分分離部２５により分離されたＰ偏光成分の光が第１の光として受光素子２１により受光され、Ｓ偏光成分の光が第２の光として受光素子２１により受光される。これにより、第１および第２の光の受光量分布が得られる。
【０１４５】
（３）他の実施の形態
（３−１）
上記第１および第２の実施の形態では、第１の光の偏光方向と第２の光の偏光方向との角度が９０°に調製されるが、これに限らない。第１の光の受光量分布と第２の光の受光量分布との間で互いに対応するピークの相対値に基づいて、真のピーク位置を選択することが可能であれば、第１の光の偏光方向と第２の光の偏光方向との角度が９０°からずれていてもよい。また、第１および第２の光にＰ偏光成分およびＳ偏光成分以外の偏光成分が含まれてもよい。
【０１４６】
（３−２）
上記第１および第２の実施の形態では、第１の光の受光量分布におけるピークの値と第２の光の受光量分布におけるピークの値との相対値として、比、差、または予め定められた係数を用いて演算された値が用いられるが、これに限らない。真ピークを正確に選択することが可能であれば、第１の光の受光量分布におけるピークの値および第２の光の受光量分布におけるピークの値を用いた種々の演算により得られる値が相対値として用いられてもよい。
【０１４７】
（３−３）
本発明の実施の形態は、光切断方式によりワークＷの断面形状を検出する光学式変位計１００に限定されない。例えば、点状の光を対象物上に走査し、反射光の受光量分布に基づいて対象物の変位を２次元で検出する光走査式の光学式変位計、または線状の光を対象物に照射し、反射光に基づいてワークＷの変位を一次元で検出する光学式変位計において、上記第１および第２の実施の形態と同様の構成を用いてもよい。この場合も、対象物において１回反射された光によるピークの位置を正確に検出することができる。それにより、対象物の変位を正確に検出することができる。
【０１４８】
（４）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。
【０１４９】
上記実施の形態においては、投光部１が投光部の例であり、受光部２が受光部の例であり、第１の波形データまたは第１の画像データが第１の受光量分布の例であり、第２の波形データまたは第２の画像データが第２の受光量分布の例であり、波形処理部７が受光量分布取得部およびピーク位置検出部の例である。また、投光素子１１ａが第１の投光素子の例であり、投光素子１１ｂが第２の投光素子の例であり、ＰＢＳ１４が第１の光学系の例であり、半波長板１３およびＰＢＳ１４が第２の光学系の例であり、投光素子１１ｂが共通の投光素子の例であり、半波長板１３および波長板駆動部１７あるいは偏光方向制御部１８が偏光成分制御部の例である。また、受光素子２１が受光素子の例であり、偏光板２３ａ，２３ｂおよび偏光板切替部２４あるいは偏光板切替部２４が受光選択部の例である。
【０１５０】
請求項の各構成要素として、上記実施の形態に記載された構成要素の他、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構成要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明は、三角測距方式による対象物の変位の検出に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１  投光部
２  受光部
６  波形生成部
７  波形処理部
８  プロファイル生成部
１１ａ，１１ｂ  投光素子
１２ａ，１２ｂ  コリメータレンズ
１３  半波長板
１４  ＰＢＳ
１５，１６  拡張光学系
１７  波長板駆動部
１８  偏光方向制御部
２２  受光レンズ
２３ａ，２３ｂ  偏光板
２４  偏光板切替部
１００  光学式変位計
１００ａ  投受光部
１００ｂ  制御部
Ｗ  ワーク
【図１】
0005637836.tif 000002
【図２】
0005637836.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0005637836.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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