(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象面上に光を走査して、非接触で前記測定対象面の変位を測定する変位測定装置において、
光の走査方向に配列され、前記測定対象面からの光を受光し、受光位置に基づく一対の出力信号を生成する複数の受光素子と、
光軸廻りに均等な結像特性を有する複数の結像レンズ部が前記光の走査方向に沿って構成され、前記測定対象面からの光を前記受光素子に結像させる結像レンズアレイと、
現在の光の走査位置を検出するものであって、光が走査される都度走査開始信号を出力する走査開始検出手段と、該走査開始検出手段の走査開始信号に基づき、現在の光の走査位置を計数する計数手段と、該計数手段の計数値に基づき、現在光が受光されている受光素子を検出して前記切替手段を制御する制御手段とを有する走査位置検出手段と、
前記一対の出力信号の入力を受けると共に、検出された光の走査位置に基づき、前記一対の出力信号を切り替える切替手段と、
前記切替手段により選択された一対の出力信号に基づき変位演算する変位演算手段と、
連続する２つの結像レンズ部の境界部近傍に光が入射されたときに、前記連続する結像レンズ部に対応する隣り合う２つの受光素子から得られる一対の出力信号の一方同士を加算して、前記切替手段に出力する第１の境界加算手段と、
連続する２つの結像レンズ部の境界部近傍に光が入射されたときに、前記連続する結像レンズ部に対応する隣り合う受光素子から得られる一対の出力信号の他方同士を加算して、前記切替手段に出力する第２の境界加算手段と、を備え、
前記制御手段は、前記計数手段の計数値に基づき、現在光が受光されている受光素子又は隣り合う２つの受光素子の境界近傍を検出して前記切替手段を制御することを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
前記複数の結像レンズ部は互いに平行な光軸を有し、該各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、前記結像レンズアレイを構成することを特徴とする請求項１記載の変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象面上に照射された光を一定の間隔で走査させることにより、前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置に係り、特に測定対象面の走査幅を広げて変位量を短時間かつ高速に測定するための信号処理系統を有する変位測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、変位測定装置の走査光学系５０は、投光系５１と受光系５５で略構成され、三角測量の原理に基づき測定台に載置されている測定対象物６０の測定対象面６０ａの変位を測定する。
【０００３】
変位測定装置の走査光学系５０の投光系５１は、レーザダイオード等の光源５２と、振動ミラー型又はポリゴンミラー型等の偏向装置５３と、レンズ５４で概略構成されている。光源５２は、偏向装置５３に対しレーザ光を出射する。偏向装置５３は、入射されたレーザ光を偏向させ、一定のストロークでレーザ光を走査する。この偏向装置５３は、レーザ光を往復あるいは片道走査する。レンズ５４は、偏向装置５３により扇形に走査されるレーザ光を、平行になるように収束させる。
【０００４】
受光系５５は、集光レンズアレイ５６と結像レンズ５７と受光素子５８とで構成されている。集光レンズアレイ５６は、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数（図７では６個）の集光レンズ部５６ａ〜５６ｆが一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。各集光レンズ部５６ａ〜５６ｆは、その光軸に直交する面が球面状に形成され、測定光を光軸廻りに均等に絞り込むことができるレンズである。
【０００５】
結像レンズ５７は、照射点Ｓの走査幅より大きい径を有し、光軸廻りに均等な結像特性を有するレンズである。結像レンズ５７は、集光レンズアレイ５６からのビームを収束して、受光素子５８の受光面５８ａ上に結像させる。結像点Ｋは走査方向に沿って受光面５８ａ上移動する。
【０００６】
受光素子５８の縦方向（走査方向に直交する方向）側の両端には電極が設けられており、結像点Ｋの結像位置から電極までの距離に反比例した一対の電気信号Ａ，Ｂを出力するようになっている。測定対象面６０ａが集光レンズアレイ５６に近づく（基準位置に対し変位が上昇する）と、図８（ａ）に示すように、基準となる結像位置に対し縦方向の一方に偏差が生じて結像点がＫａに位置し、相対的に電気信号Ａが大きくなり、電気信号Ｂが小さくなる。一方、測定対象面６０ａが集光レンズアレイ５６から遠ざかる（基準位置に対し変位が下降する）と、図８（ｂ）に示すように、基準となる結像位置に対し偏差が生じて結像点がＫｂに位置し、相対的に電気信号Ｂが大きくなり、電気信号Ａが小さくなる。
【０００７】
電気信号Ａ，Ｂは、図９に示すような変位演算手段７０に出力される。変位演算手段７０には、電気信号Ａ，Ｂを電流／電圧変換する一対の電流電圧変換部Ｉ／Ｖが設けられている。各電流電圧変換部Ｉ／Ｖで変換された電気信号Ａ，Ｂはそれぞれ加算部７１と減算部７２に出力される。加算部７１では電気信号Ａ，Ｂが加算され、加算信号（Ａ＋Ｂ）を出力する。減算部１３では電気信号Ａ，Ｂが減算され、減算信号（Ａ−Ｂ）を出力する。加算信号（Ａ＋Ｂ）及び減算信号（Ａ−Ｂ）は除算部７３に入力されて除算され、変位信号Ｄを出力するようになっている。
【０００８】
このような変位測定装置においては、測定対象物６０のＺ軸方向の変位量をＸ軸方向に走査されたビームで高速に得ることができる。また、測定台６１をＹ軸方向に移動させることにより、Ｘ−Ｙの２次元における各照射点ＳのＺ方向の変位量を得ることができるようになる。
【０００９】
しかしながら、走査幅を拡大するためには結像レンズ５７の有効径を大きくして、Ｆナンバーを小さくする必要があるが、装置の性能を落とさないためには結像レンズ５７の収差を抑える必要があるため、結像レンズ５７のＦナンバーを小さくするには限度がある。そこで、結像レンズ５７を複数に分割しＦナンバーを下げずに走査幅を拡大する方法もあるが、複数の受光素子を用いることとなるため、図９に示す変位演算手段７０を受光素子ごとに独立して設けると，装置が大がかりとなってしまい、コストも増大することとなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、光の走査幅を拡大して測定対象に対して高精度で高速かつ短時間の変位測定を図ることにある。
【００１１】
また他の目的は、検出された光の走査位置に基づき、現在光が受光されている受光素子を検出して一対の出力信号を切り替えることにより、ノイズが少なく、より高精度の変位演算を図ることにある。
【００１２】
更に他の目的は、結像レンズアレイを用いて隣り合う２つの受光素子の境界近傍に入射した光を受光することにより、該境界近傍においてより高精度の変位演算を図ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
要するに、本発明の請求項１記載の変位測定装置は、測定対象面上に光を走査して、非接触で前記測定対象面の変位を測定する変位測定装置において、
光の走査方向に配列され、前記測定対象面からの光を受光し、受光位置に基づく一対の出力信号を生成する複数の受光素子と、
光軸廻りに均等な結像特性を有する複数の結像レンズ部が前記光の走査方向に沿って構成され、前記測定対象面からの光を前記受光素子に結像させる結像レンズアレイと、
現在の光の走査位置を検出するものであって、光が走査される都度走査開始信号を出力する走査開始検出手段と、該走査開始検出手段の走査開始信号に基づき、現在の光の走査位置を計数する計数手段と、該計数手段の計数値に基づき、現在光が受光されている受光素子を検出して前記切替手段を制御する制御手段とを有する走査位置検出手段と、
前記一対の出力信号の入力を受けると共に、検出された光の走査位置に基づき、前記一対の出力信号を切り替える切替手段と、
前記切替手段により選択された一対の出力信号に基づき変位演算する変位演算手段と、
連続する２つの結像レンズ部の境界部近傍に光が入射されたときに、前記連続する結像レンズ部に対応する隣り合う２つの受光素子から得られる一対の出力信号の一方同士を加算して、前記切替手段に出力する第１の境界加算手段と、
連続する２つの結像レンズ部の境界部近傍に光が入射されたときに、前記連続する結像レンズ部に対応する隣り合う受光素子から得られる一対の出力信号の他方同士を加算して、前記切替手段に出力する第２の境界加算手段と、を備え、
前記制御手段は、前記計数手段の計数値に基づき、現在光が受光されている受光素子又は隣り合う２つの受光素子の境界近傍を検出して前記切替手段を制御することを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、各結像レンズ部により測定光が受光素子に結像されると、一対の電極からの出力が切替手段に入力される。また、２つの結像レンズ部の境界近傍に測定光が入射されると、その２つの結像レンズ部に対向する２つの受光素子に結像される。そして、両受光素子の一対の電極からの各出力が境界近傍加算手段に入力されて加算される。加算された信号は、上記同様、切替手段に入力される。また、走査位置検出手段により現在の光の走査位置を検出して切替手段に出力し、切替手段の入力を切替える。この切替により選択された入力が変位演算手段に出力され、変位演算される。
【００１５】
また、請求項２記載の変位測定装置は、請求項１記載の変位測定装置において、
前記複数の結像レンズ部は互いに平行な光軸を有し、該各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、前記結像レンズアレイを構成することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明による変位測定装置の走査光学系について、図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は複数（ｍ個）の結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍをアレイ状にした走査光学系１の図である。なお、図面の制約上、図１において結像レンズ部の数は２個（Ｆ１，Ｆ２）となっている。図１及び図２に示すように、走査光学系１は、投光手段２と受光手段６で構成されており、三角測量の原理に基づき測定対象物１０の測定対象面１０ａの変位を測定する。測定対象面１０ａが鏡面のように反射率が高い場合は、照射点Ｓで反射される光の殆どが、照射点Ｓを対称にして入射角度と同じ角度で受光手段６に反射される。
【００２４】
走査光学系１の投光手段２は、レーザダイオード等の光源３と、振動ミラー型又はポリゴンミラー型等の偏向装置４と、収束レンズ５で概略構成されている。光源３は、偏向装置４に対しレーザ光を出射する。偏向装置４は、入射されたレーザ光を偏向させ、一定のストロークでレーザ光を走査する。収束レンズ５は、偏向装置４により扇形に走査されるレーザ光が平行になるように収束させるものである。
【００２５】
受光手段６は、集光レンズアレイＣと結像レンズアレイＦと受光素子群Ｐで構成されている。集光レンズアレイＣは、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数の集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎが一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。
【００２６】
各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、投光手段２から放射される投光ビームの走査幅寸法（例えば３０ｍｍ）内に複数個並ぶように、少なくともその並列方向（走査方向）に沿ったレンズの幅ｄが投光ビームの走査幅寸法（例えば３０ｍｍ）より短い（例えば５ｍｍ）略矩形状の外形を有する。また、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、その光軸に直交する面が球面状に形成されたレンズとなっている。すなわち、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、光をその光軸の周りに均等に絞り込むことができるレンズである。各光軸はそれぞれ平行で且つその光軸に直交する線上に連続して一列に並ぶように側面同士を密着させた状態で一体化されている。
【００２７】
集光レンズアレイＣは、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎの光軸が測定対象物１０の表面１０ａ上に走査される照射点Ｓ（移動軌跡ＳＬ）と交わるように配置されている。集光レンズアレイＣは照射点Ｓ（移動軌跡ＳＬ）から焦点距離ｆ１離れた位置に配置されている。
【００２８】
結像レンズアレイＦは、複数（ｍ個）の結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍを集光レンズアレイと同様、走査方向にアレイ状に連続させたレンズアレイである。各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍは入射光をその光軸の周りに均等に絞り込むことができるレンズである。各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍは、その各光軸がそれぞれ平行で且つその光軸に直交する線上に連続して一列に並ぶように側面同士を密着させた状態で一体化されている。各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍは、所定数の集光レンズ部（図１及び図２では６個）Ｃ１〜Ｃ６に対応して対向配置される。結像レンズアレイＦは、集光レンズアレイＣからのビームを収束して、受光素子群Ｐへ出射する。
【００２９】
受光素子群Ｐは、結像レンズ部と同数（ｍ個）の受光素子Ｐ１〜Ｐｍで構成されている。各受光素子Ｐ１〜Ｐｍはそれぞれ各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍに対応しており、それぞれ焦点距離ｆ２離れた位置に配置されている。
【００３０】
図１に示すように、各受光素子Ｐ１，Ｐ２は、照射点Ｓから反射される光が結像される受光面Ｐ１ａ，Ｐ２ａを有する。なお、結像点Ｋの走査方向（すなわち照射点Ｓの走査方向）の幅を走査幅ｗと称する。また結像点Ｋの走査方向と直交する方向を縦方向と称する。各受光素子Ｐ１〜Ｐｍの縦方向の両端縁には、それぞれ電極が設けられている。これらの電極からは、それぞれ結像点Ｋの位置に応じた電流が出力される。
【００３１】
次に本発明による変位測定装置の第１実施の形態（信号処理系２０）について、図３を用いて説明する。なお、本実施の形態においては、受光素子を４つ用いた場合について説明する。図３に示すように、４つの受光素子Ｐ１〜Ｐ４が走査方向に配列されている。各受光素子Ｐ１〜Ｐ４の縦方向の両端縁に設けられている電極は、それぞれ電流電圧変換部２１〜２４に接続されている。
【００３２】
各受光素子Ｐ１〜Ｐ４の偏差が増加する方向（縦方向の一方）の電極に接続されている電流電圧変換部２１ａ〜２４ａは、第１加算手段２５に接続されている。また、各受光素子Ｐ１〜Ｐ４の偏差が減少する方向（縦方向の他方）の電極に接続されている電流電圧変換部２１ｂ〜２４ｂは、第２加算手段２６に接続されている。第１加算手段２５及び第２加算手段２６はともに変位演算手段２７に接続されている。
【００３３】
次に、本実施の形態の作用について、図１〜図４を用いて説明する。図１に示すように光源３から照射された照射光は、偏向装置４により屈曲され、所定のストロークで走査される。走査された照射光は収束レンズ５に入射され、平行に移動するビームとなり、測定対象面１０ａ上に照射点を形成する。照射光は照射点Ｓごとに反射又は散乱し、その反射，散乱光（測定光）は受光手段６側へ出射される。
【００３４】
図２に示すように、測定光は、まず走査されながら集光レンズ部Ｃ１から順次Ｃ６まで入射されて平行なビームとなり、結像レンズ部Ｆ１に入射される。各結像レンズ部Ｆ１に入射された測定光は、その光軸周りに均等に絞り込まれて、受光素子Ｐ１に結像される。このとき、受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上において、測定光の縦方向の結像位置に応じた一対の電流信号Ｉａ１，Ｉｂ１が両電極から出力される。
【００３５】
ここで、図３に示すように、偏差が増加する方向（縦方向の一方）の電極から出力される電流信号Ｉａ１は、電流電圧変換部２１ａにおいて電圧信号Ｖａ１に変換されて、第１加算手段２５に入力される。同様に、偏差が減少する方向（縦方向の他方）の電極から出力される電流信号Ｉｂ１は、電流電圧変換部２１ｂにおいて電圧信号Ｖｂ１に変換されて、第２加算手段２６に入力される。第１加算手段２５の出力信号Ａと第２加算手段２６の出力信号Ｂは変位演算手段２７に入力されて変位演算され，変位信号Ｄ（Ｄ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ））を出力する。この出力された変位信号Ｄにより測定対象面１０ａの変位量が求まる。
【００３６】
また図４に示すように、測定光が集光レンズ部Ｃ６とＣ７の境界近傍に入射されると、平行光となって結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２の境界近傍に入射され、受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２の両方に結像される。このとき、受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上において、測定光の縦方向の結像位置に応じた一対の電流信号Ｉａ１，Ｉｂ１が両電極から出力されるとともに、受光素子Ｐ２の受光面Ｐ２ｂ上において、測定光の縦方向の結像位置に応じた一対の電流信号Ｉａ２，Ｉｂ２が両電極から出力される。
【００３７】
ここで、偏差が増加する方向（縦方向の一方）の電極から出力される電流信号Ｉａ１及びＩａ２は、電流電圧変換部２１ａ，２２ａにおいて電圧信号Ｖａ１，Ｖａ２に変換されて、第１加算手段２５に入力される。同様に、偏差が減少する方向（縦方向の他方）の電極から出力される電流信号Ｉｂ１及びＩｂ２は、電流電圧変換部２１ｂ，２２ｂにおいて電圧信号Ｖｂ１，Ｖｂ２に変換されて、第２加算手段２６に入力される。第１加算手段２５では電圧信号Ｖａ１，Ｖａ２が加算され、第２加算手段２６では電圧信号Ｖｂ１，Ｖｂ２が加算される。加算された第１加算手段２５の出力信号Ａと第２加算手段２６の出力信号Ｂは変位演算手段２７に入力されて変位演算され，変位信号Ｄ（Ｄ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ））を出力する。以下、受光素子Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４についても同様に変位演算されることとなる。
【００３８】
次に本発明による変位測定装置の第２実施の形態について図５を用いて説明する。なお、第１実施の形態と同一の構成については同一番号を付し、その説明を省略する。この変位測定装置（信号処理系）３０は、走査方向に配列された４つの受光素子Ｐ１〜Ｐ４と、各受光素子Ｐ１〜Ｐ４の縦方向の両端縁に設けられている一対の電極と接続されている一対の電流電圧変換部２１〜２４と、を有する。電流電圧変換部２１〜２４は切替手段であるアナログマルチプレクサ３１に接続されている。
【００３９】
具体的には、各受光素子Ｐ１〜Ｐ４の偏差が増加する方向（縦方向の一方）の電極に接続されている電流電圧変換部２１ａ〜２４ａは、第１切替手段（第１アナログマルチプレクサ）３１ａに接続されている。また、各受光素子Ｐ１〜Ｐ４の偏差が減少する方向（縦方向の他方）の電極に接続されている電流電圧変換部２１ｂ〜２４ｂは、第２切替手段（第２アナログマルチプレクサ）３１ｂに接続されている。第１アナログマルチプレクサ３１ａ及び第２アナログマルチプレクサ３１ｂはともに変位演算手段２７に接続されている。
【００４０】
隣り合う２つの受光素子（Ｐ１，Ｐ２），（Ｐ２，Ｐ３），（Ｐ３，Ｐ４）に接続されている同一偏差方向の２つの電流電圧変換部（２１ａ，２２ａ），（２２ａ，２３ａ），（２３ａ，２４ａ），（２１ｂ，２２ｂ），（２２ｂ，２３ｂ），（２３ｂ，２４ｂ）は、同一の境界加算部３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ），３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）に接続されている。
【００４１】
偏差が増大する方向の電流電圧変換部（２１ａ，２２ａ），（２２ａ，２３ａ），（２３ａ，２４ａ）に接続されている第１の境界加算部３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）は、第１アナログマルチプレクサ３１ａに接続されている。同様に、偏差が減少する方向の電流電圧変換部（２１ｂ，２２ｂ），（２２ｂ，２３ｂ），（２３ｂ，２４ｂ）に接続されている第２の境界加算部３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）は、第２アナログマルチプレクサ３１ｂに接続されている。
【００４２】
第１アナログマルチプレクサ３１ａ及び第２アナログマルチプレクサ３１ｂはともに、後述する走査位置検出手段３５からの出力信号によりそれぞれセレクタ３１ｃ，３１ｃが切替えられ、変位演算手段２７に選択された信号がそれぞれ出力されるようになっている。
【００４３】
走査位置検出手段３５は、走査した光（照射点）が現在、測定対象面１０ａ上のどこに位置しているかを検出する。走査位置検出手段３５は、偏向装置４内に設けられている。走査位置検出手段３５は、走査開始検出手段３６と、計数手段３７と、切替手段３１を制御する制御手段３８とで構成されている。
【００４４】
走査開始検出手段３６は、光の走査が開始される都度、走査開始信号となるパルスを出力する。制御手段（デコーダ）３８は、計数手段（カウンタ）３７のカウンタ値ｎに基づき、現在測定光が受光されている受光素子を検出して切替手段３１に出力する。図６に示すように、最初に光が入射される結像レンズ部Ｆ１の端部の座標Ｘａ  、走査方向について隣り合う２つの受光素子の境界近傍の範囲を示す座標Ｘｂ  ，……，Ｘｇ  及び最後に光が入射される結像レンズ部Ｆ４の端部の座標Ｘｈ  が設定され、この座標Ｘａ  ，Ｘｂ  ，……，Ｘｈ  に対応する時間に基づき、切替手段３１による切替えを制御する。すなわち、切替え位置の座標Ｘａ  ，Ｘｂ  ，……，Ｘｈ  に対応する計数手段（カウンタ）３７のカウント値ｎａ  ，ｎｂ  ，……，ｎｈ  が設定され、テーブル化して記憶してある。
【００４５】
次に本実施の形態の作用を、受光素子が４つの場合について説明する。なお、各受光素子Ｐ１〜Ｐ４の受光及び電流電圧変換部２１〜２４の作用は第１実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００４６】
まず、光の走査が開始されると、走査開始検出手段３６から走査位置の基準となる走査開始パルスが出力される。走査開始パルスが出力されたとき、カウンタ３７により所定の周波数のＣＬＫでカウントされ、Ｘ座標を刻んでいく。
【００４７】
一方、Ｘ座標中、走査されている光の位置Ｘが、区間Ｘａ  ＜Ｘ≦Ｘｂ  ，Ｘｃ  ＜Ｘ≦Ｘｄ  ，Ｘｅ  ＜Ｘ≦Ｘｆ  ，Ｘｇ  ＜Ｘ≦Ｘｈ  にあるとき、偏差が増加する方向（縦方向の一方）の電極から出力された電流信号Ｉａ１〜Ｉａ４は、電流電圧変換部２１ａ〜２４ａで電圧信号Ｖａ１〜Ｖａ４に変換されて、第１アナログマルチプレクサ３１ａに入力される。また、偏差が減少する方向（縦方向の他方）の電極から出力された電流信号Ｉｂ１〜Ｉｂ４は、電流電圧変換部２１ｂ〜２４ｂで電圧信号Ｖｂ１〜Ｖｂ４に変換されて、第２アナログマルチプレクサ３１ｂに入力される。
【００４８】
また、Ｘ座標中、走査されている光の位置Ｘが、区間Ｘｂ  ＜Ｘ≦Ｘｃ  ，Ｘｄ  ＜Ｘ≦Ｘｅ  ，Ｘｆ  ＜Ｘ≦Ｘｇ  にあるとき、すなわち、隣り合う２つの結像レンズ部（Ｆ１，Ｆ２），（Ｆ２，Ｆ３），（Ｆ３，Ｆ４）の境界近傍に測定光が入射されたときは、以下のようになる。
【００４９】
隣り合う２つの受光素子（Ｐ１，Ｐ２），（Ｐ２，Ｐ３），（Ｐ３，Ｐ４）の偏差が増加する方向（縦方向の一方）の電極から出力された電流信号（Ｉａ１，Ｉａ２），（Ｉａ２，Ｉａ３），（Ｉａ３，Ｉａ４）は、それぞれ電流電圧変換部（２１ａ，２２ａ），（２２ａ，２３ａ），（２３ａ，２４ａ）で電圧信号（Ｖａ１，Ｖａ２），（Ｖａ２，Ｖａ３），（Ｖａ３，Ｖａ４）に変換されて、第１境界近傍加算部３２ａ〜３４ａに入力される。そして、各第１境界近傍加算部３２ａ〜３４ａで加算されて第１アナログマルチプレクサ３１ａに入力される。
【００５０】
同様に、隣り合う２つの受光素子（Ｐ１，Ｐ２），（Ｐ２，Ｐ３），（Ｐ３，Ｐ４）の偏差が減少する方向（縦方向の他方）の電極から出力された電流信号（Ｉｂ１，Ｉｂ２），（Ｉｂ２，Ｉｂ３），（Ｉｂ３，Ｉｂ４）は、それぞれ電流電圧変換部（２１ｂ，２２ｂ），（２２ｂ，２３ｂ），（２３ｂ，２４ｂ）で電圧信号（Ｖｂ１，Ｖｂ２），（Ｖｂ２，Ｖｂ３），（Ｖｂ３，Ｖｂ４）に変換されて、第２境界近傍加算部３２ｂ〜３４ｂに入力される。そして、各第２境界近傍加算部３２ｂ〜３４ｂで加算されて第２アナログマルチプレクサ３１ｂに入力される。
【００５１】
一方、制御手段（デコーダ）３８では、Ｘ座標に対応した現在の光の位置を示すカウンタ値ｎと設定値ｎａ  ，ｎｂ  ，……，ｎｈ  との比較を行う。そして、カウンタ値ｎがｎａ  ＜ｎ≦ｎｂ  のとき、デコーダ３８の出力により、アナログマルチプレクサ３１のセレクタ３１ｃ，３１ｃが入力Ａ１と入力Ｂ１に切り替わる。
【００５２】
カウンタ値ｎがｎｂ  ＜ｎ≦ｎｃ  のとき、デコーダ３８の出力により、アナログマルチプレクサ３１のセレクタ３１ｃ，３１ｃが入力Ａ１＋Ａ２と入力Ｂ１＋Ｂ２に切り替わる。
【００５３】
カウンタ値ｎがｎｃ  ＜ｎ≦ｎｄ  のとき、デコーダ３８の出力により、アナログマルチプレクサ３１のセレクタ３１ｃ，３１ｃが入力Ａ２と入力Ｂ２に切り替わる。
【００５４】
カウンタ値ｎがｎｄ  ＜ｎ≦ｎｅ  のとき、デコーダ３８の出力により、アナログマルチプレクサ３１のセレクタ３１ｃ，３１ｃが入力Ａ２＋Ａ３と入力Ｂ２＋Ｂ３に切り替わる。
【００５５】
カウンタ値ｎがｎｅ  ＜ｎ≦ｎｆ  のとき、デコーダ３８の出力により、アナログマルチプレクサ３１のセレクタ３１ｃ，３１ｃが入力Ａ３と入力Ｂ３に切り替わる。
【００５６】
カウンタ値ｎがｎｆ  ＜ｎ≦ｎｇ  のとき、デコーダ３８の出力により、アナログマルチプレクサ３１のセレクタ３１ｃ，３１ｃが入力Ａ３＋Ａ４と入力Ｂ３＋Ｂ４に切り替わる。
【００５７】
カウンタ値ｎがｎｇ  ＜ｎ≦ｎｈ  のとき、デコーダ３８の出力により、アナログマルチプレクサ３１のセレクタ３１ｃ，３１ｃが入力Ａ４と入力Ｂ４に切り替わる。
【００５８】
上述の切替動作により、第１アナログマルチプレクサ３１ａ及び第２アナログマルチプレクサ３１ｂから選択された出力信号は、変位演算手段２７に入力され、第１実施の形態と同様、変位演算される。
【００５９】
走査開始パルスが出力されてから１周期経過すると、光はまた初期の位置から走査され、再度走査開始パルスが出力される。このパルスはカウンタ３７のリセットを兼ねることとしてもよい。
【００６０】
なお、上記２つの実施の形態において、受光素子が４つの場合について説明したが、走査方向に複数配列されていればよく、４つに限定されることはない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、光の走査幅を拡大して測定対象に対して高精度で高速かつ短時間の変位測定を図ることができる。
【００６２】
また、検出された光の走査位置に基づき、現在光が受光されている受光素子を検出して一対の出力信号を切り替えることにより、ノイズが少なく、より高精度の変位演算を図ることができる。
【００６３】
更に、結像レンズアレイを用いて隣り合う２つの受光素子の境界近傍に入射した光を受光することにより、該境界近傍においてより高精度の変位測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】変位測定装置の走査光学系を示す概略斜視図である。
【図２】変位測定装置の走査光学系の受光手段の概略図である。
【図３】本発明による第１実施の形態を示す信号処理系の図である。
【図４】連続する結像レンズ部の境界近傍における作用を示す図である。
【図５】本発明による第２実施の形態を示す信号処理系の図である。
【図６】本発明による第２実施の形態における走査位置検出手段の受光手段に対応させたタイミングチャートである。
【図７】変位測定装置の走査光学系の概略図である。
【図８】受光面上の結像点の動作を示す図である。
【図９】従来の変位測定装置の信号処理系の概略図である。
【符号の説明】
１０ａ…測定対象面、第１の加算手段…２５、第２の加算手段…２６、変位演算手段…２７、３０…変位測定装置、第１の境界加算手段…３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）、第２の境界加算手段…３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）、走査位置検出手段…３５、切替手段…３１（３１ａ，３１ｂ）、走査開始検出手段…３６、Ｐ…受光素子群、Ｐ１〜Ｐｍ…受光素子、Ｆ１〜Ｆｎ…結像レンズ部、Ｆ…結像レンズアレイ
【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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