(57)【要約】被測定物に対して光ビームを照射する投光系（１１０）と、投光系から照射され被測定物で反射した光を検出する光検出器（８）を有する受光系（１２０）と、被計測物と投光系とを相対的に移動させる第１駆動装置（１３０）と、光検出器から得られる反射光量特性からエッジ位置を求めるエッジ演算部（１４０）と、エッジ演算部で得たエッジ位置から異常なエッジを検出するエッジ判定部（１５０）と、エッジ判定部１９０から得たエッジから最終的なエッジを検出するエッジ検出部（１６０）とを備え、スキャン方向と直交する方向における複数箇所で計測したエッジ位置の中から最外縁部のエッジを検出し、最外縁部のエッジと各エッジ位置との差分値の絶対値が、エッジ判定部の差分閾値よりも大きな反射光量特性を除外する。
2013150585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物（６）のエッジを検出するエッジ検出装置（１０１〜１０４、２０１〜２０４、３０１，３０２）であって、
前記被測定物に対して光ビームを照射する投光系（１１０）と、
投光系から照射され被測定物で反射した光を受光する受光系であり、前記反射した光を検出する光検出器（８）を有する受光系（１２０）と、
前記被計測物と前記投光系とを互いに直交するＸ方向及びＹ方向に相対的に移動させる第１駆動装置（１３０）と、
前記光検出器が出力する反射光量特性、及び前記第１駆動装置から得られる位置情報から被測定物のエッジ位置を求めるエッジ位置取得部（１４０、１５０、１６０）と、を備え、
前記第１駆動装置は、Ｘ方向及びＹ方向のいずれか一方における被測定物の複数のｍ箇所に対して、Ｘ方向及びＹ方向のいずれか他方に沿って被測定物及び投光系を移動し、
前記エッジ位置取得部は、前記移動に伴い光検出器から反射光量特性の変化を取得し、取得したｍ個の反射光量特性変化を平均化処理してエッジ位置を求める、
ことを特徴とするエッジ検出装置。
【請求項２】
前記エッジ位置取得部は、
光検出器から得られる反射光量特性のピーク強度（１３）から決定される強度閾値（１４）と前記ｍ個の反射光量特性とから各エッジ位置を求め、このエッジ位置の中から被測定物の最外縁部のエッジを取得し、得られた最外縁部のエッジと各エッジ位置との差分値を求めるエッジ演算部（１４０）と、
差分閾値を有し、エッジ演算部にて求めた差分値の絶対値が前記差分閾値よりも大きな値に対応する反射光量特性を除外して異常なエッジ位置を除外するエッジ判定部（１５０）と、
エッジ判定部にて除外されたもの以外の残りの反射光量特性を平均化し真のエッジ位置を求めるエッジ検出部（１６０）と、
を有する請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項３】
前記エッジ位置取得部は、
光検出器から得られる反射光量特性の微分波形を求め、この微分波形のピーク値から各エッジ位置を求め、このエッジ位置の中から被測定物の最外縁部のエッジを取得し、得られた最外縁部のエッジと各エッジ位置との差分値を求めるエッジ演算部（１４２）と、
差分閾値を有し、エッジ演算部にて求めた差分値が前記差分閾値よりも大きな値に対応する反射光量特性を除外して異常なエッジ位置を除外するエッジ判定部（１５２）と、
エッジ判定部にて除外されたもの以外の残りの反射光量特性を平均化し、さらにこの微分波形を求めて真のエッジ位置を求めるエッジ検出部（１６２）と、
を有する請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項４】
前記エッジ位置取得部は、
光検出器から得られる反射光量特性の微分波形を求め、この微分波形のピーク値を求めるエッジ演算部（１４３）と、
微分閾値を有し、エッジ演算部にて求めたピーク値が前記微分閾値以下の値に対応する反射光量特性を除外して異常なエッジ位置を除外するエッジ判定部（１５３）と、
エッジ判定部にて除外されたもの以外の残りの反射光量特性を平均化し、さらにこの微分波形を求めて真のエッジ位置を求めるエッジ検出部（１６３）と、
を有する請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項５】
前記エッジ位置取得部は、
光検出器から得られる反射光量特性のピーク強度（１３）を求めるエッジ演算部（１４４）と、
ピーク強度閾値を有し、エッジ演算部にて求めたピーク強度が前記ピーク強度閾値以下の値に対応する反射光量特性を除外するエッジ判定部（１５４）と、
エッジ判定部にて除外されたもの以外の残りの反射光量特性を平均化して真のエッジ位置を求めるエッジ検出部（１６４）と、
を有する請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項６】
前記第１駆動装置の移動方向であるＸ方向及びＹ方向で規定される面に対して垂直なＺ方向に、前記投光系と前記被測定物とを相対的に移動させる第２駆動装置（２４０）と、
前記光検出器と電気的に接続され、第２駆動装置によって被測定物と投光系との間の距離を変化させることで光検出器から得られる反射光量特性が最大となるＺ方向の位置を検出して被測定物に対する投光系の合焦位置を決定するフォーカス検出部（２５０）と、をさらに備え、
被測定物に対する光ビームの合焦位置にて、前記エッジ位置取得部は、被測定物のエッジを検出する、請求項１から５のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項７】
前記第２駆動装置は、被測定物における光ビームのスポット径を合焦状態よりも拡大するように投光系と被測定物とを相対的に移動させ、
光ビームのスポット径が合焦状態よりも大きい状態にて、前記エッジ位置取得部は、Ｘ方向及びＹ方向における前記いずれか他方の方向に光ビームで被測定物をスキャンしてエッジ測定を行い、大まかなエッジ位置を取得し、得られた大まかなエッジ位置に対して、前記フォーカス検出部にて合焦状態とした光ビームにて、Ｘ方向及びＹ方向における前記いずれか一方の方向の各位置においてスキャンを行い、得られた複数の反射光量特性を用いてエッジ位置を求める、請求項６に記載のエッジ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を出射するための発光部と被測定物からの反射光を受光するための受光部とを備え、反射光をもとに被測定物のエッジ位置を検出するエッジ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細線（ワイヤ）と被加工物との間の放電によって被加工物を加工するワイヤ放電加工機は、一般に、被加工物を加工するためのワイヤと、ワイヤと被加工物との間に放電現象を発生させるための駆動装置と、被加工物を所望の形状に加工するためのステージ駆動装置とを備え、被加工物を水や油等の加工液に浸して放電現象を発生させながらステージを移動させることで被加工物の形状を加工する。【０００３】
この種のワイヤ放電加工機では、加工時に被加工物の形状を測定し、計測された被加工物の寸法をフィードバックして被加工物に追加工を行い最終的な形状に追い込む事が行われている。従来、被加工物の形状測定には接触式のプローブが使用され、複数の加工断面にプローブを当てて加工断面間の寸法を測定することが行われていた。しかしながら、このような形状測定を行うためには、一旦、加工液を取り除き、被加工物をワイヤ放電加工機から取り外す必要があり、最終的な形状に追い込むために時間を要するという問題があった。そこで、このような問題を解決するために、例えば特許文献１から特許文献３に示すような非接触式センサが開発されている。【０００４】
例えば特許文献１には、基板等のワークにおけるエッジを検出する方法が開示されている。この方法では、ワークの上部にカメラを配置し、一方、その例えば９０度真横からワークに照明を照射し、得られた撮像画像について、画像処理にて１次元プロファイルの平均化したピーク強度からワークのエッジを検出するように構成されている。【０００５】
また、例えば特許文献２には、回路パターンの縁辺を判別する方法が開示されている。この方法では、回路パターンの上部にカメラを配置して、照明装置で回路パターンを照明し、カメラで得られる画像データの濃度レベルの平均値の差あるいは平均値のばらつきの差を求め、さらにこれらに閾値を設定して、閾値以上のデータ部分をエッジとして認識するように構成されている。【０００６】
また、例えば特許文献３には、アライメントマークの位置を特定する方法が開示されている。この方法では、アライメントマークから反射される光量信号を取得し、この光量信号を微分した微分波形のピーク値や微分波形のある範囲の積分値や、微分値の高低差からアライメントマークの位置を特定するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３０４５１０号公報
【特許文献２】特開２０００−３１１２４５号公報
【特許文献３】特開２００５−１７５０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１〜３における共通の課題として以下の点が挙げられる。
即ち、ワイヤ放電加工機で加工された被測定物には、加工痕等の影響によって、被測定物を上面から見た図である図２２において、紙面に直交する面でＹ方向に延在する断面６ｂに周期が数μｍ、高さが数μｍ程度の微小な凹凸が発生する。さらに、被測定物の表面６ｃも完全な鏡面ではなく、数μｍ程度の微小な凹凸が存在する。よって、直径数μｍ程度の小さなビームスポットにて、被測定物のエッジをスキャンした場合、上記凹凸に起因する、被計測物からの反射光量の違いから、図２２のＹ方向の計測位置によって測定特性が大きく変化してしまうという問題点がある。【０００９】
さらに、例えば、切削加工等による場合には、検出したいエッジに対して「バリ」と呼ばれる出っ張りが発生してしまうが、ワイヤ放電加工機による加工では「バリ」は発生しない。しかしながら、ワイヤ放電加工機に特有の現象としてワイヤ放電加工機で加工した被測定物６では、上面から見た図２３に示すように、検出したいエッジが本来のエッジライン０１よりも、その一部が被測定物６の内側に欠けたエッジライン０２となる場合がある、という問題点がある。【００１０】
特許文献１における従来のエッジ検出装置では、なだらかなエッジや、なだらかなエッジの表面が荒れている場合であっても、輝度分布の広がりは変化するものの、そのピーク位置は安定して検出することが可能である。しかしながら、図２３に示すようなワイヤ放電加工機に特有の現象であるエッジ欠け部分に対しては、特許文献１のエッジ検出装置では、エッジ欠け部分についても、エッジとして検出してしまう。よって、被測定物の側面や表面の微小な凹凸の影響を低減させるために図２３のラインＡ、Ｂ、Ｃを平均化した場合には、エッジ欠け部分の影響を受けて真のエッジをライン０２と誤検出してしまう、という問題点があった。さらに、ワイヤ放電加工機で加工した被測定物６の断面において、図２４ａに示すように被計測物６のエッジが垂直の場合と、図２４ｂに示すようにエッジがなだらかな場合とが混在している。このような場合に、特許文献１のエッジ検出装置では、被測定物に対して真横から照明しているため、図２４ａのようなエッジが垂直の場合には、エッジを検出することができず、また、図２４ｂのようななだらかに変化するエッジに対しては、エッジＯ２を検出してしまい、本来のエッジＯ１とは異なるエッジを検出してしまう、という問題点があった。【００１１】
また、特許文献２の従来のエッジ検出装置では、上述した構成によって光量変化の小さなノイズ成分を除外することが可能となる。また、特許文献３の従来のエッジ検出装置でも、上述の構成から、アライメントマークの位置検出が可能となる。
しかしながら、特許文献２及び特許文献３の装置においてもやはりエッジラインの誤認識という問題がある。【００１２】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて正確に被計測物のエッジを検出することが可能である、エッジ検出装置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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一様態におけるエッジ検出装置は、被測定物に対して光を出射するための光源と、前記測定物からの反射光を受光するための受光素子と、前記被測定物の位置を互いに直交するＸ軸とＹ軸方向に移動させるための第１駆動装置と、前記受光素子からの出力と前記第１駆動装置移動量からエッジを演算するためのエッジ演算部と、前記エッジ演算部で得られた演算結果から異常なエッジを検出するためのエッジ判定部と、前記エッジ判定部での結果から最終的なエッジを演算するためのエッジ検出部とを備えたエッジ検出装置において、前記第１駆動装置をＸ軸方向移動させたときに前記被測定物から得られる反射光量特性をＩとして、Ｙ軸方向に沿ってＭ箇所の点を計測した時に得られる前記反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝を以下の式で平均化することを特徴とする。
Ｉ＝｛Ｉ１＋Ｉ２＋ … +Ｉｍ＋ … +ＩＭ｝／Ｍ【００１４】
また、前記エッジ検出装置は以下のように構成してもよい。
即ち、本発明の一様態におけるエッジ検出装置は、光を出射するための光源と、被測定物に対して光を出射するための光源と、前記被測定物からの反射光を受光するための受光素子と、前記被測定物の位置を互いに直交するＸ軸とＹ軸方向に移動させるための第１駆動装置と、前記受光素子からの出力と前記第１駆動装置移動量からエッジを演算するためのエッジ演算部と、前記エッジ演算部で得られた演算結果から異常なエッジを検出するためのエッジ判定部と、前記エッジ判定部での結果から最終的なエッジを演算するためのエッジ検出部とを備えたエッジ検出装置において、前記第１駆動装置をＸ軸方向移動させたときに前記被測定物から得られる反射光量特性をＩとして、Ｙ軸方向に沿ってＭ箇所の点を計測したときに得られる前記反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝から、各点でのエッジ位置を反射光量特性のピーク強度から決定される強度閾値と前記反射光量特性との交点からエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝を演算し、各エッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝の中から前記被測定物の最外縁部のエッジを検出し、得られた最外縁部のエッジと各エッジ位置との差分値の絶対値が、前記エッジ判定部に予め設定された差分閾値よりも大きな反射光量特性を除外することを特徴とする。【００１５】
また、前記エッジ検出装置は以下のように構成してもよい。
即ち、本発明の一様態におけるエッジ検出装置は、被測定物に対して光を出射するための光源と、前記被測定物からの反射光を受光するための受光素子と、前記被測定物の位置を互いに直交するＸ軸とＹ軸方向に移動させるための第１駆動装置と、前記受光素子からの出力と前記第１駆動装置移動量からエッジを演算するためのエッジ演算部と、前記エッジ演算部で得られた演算結果から異常なエッジを検出するためのエッジ判定部と、前記エッジ判定部での結果から最終的なエッジを演算するためのエッジ検出部とを備えたエッジ検出装置において、前記第１駆動装置をＸ軸方向移動させたときに前記被測定物から得られる反射光量特性をＩとして、Ｙ軸方向に沿ってＭ箇所の点を計測したときに得られる前記反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝から、微分演算を実行することで得られる微分波形｛Ｄ１，・・・Ｄｍ，・・・，ＤＭ｝の微分ピーク値の位置から各点でのエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝を演算し、各エッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝の中から前記被測定物の最外縁部のエッジを検出し、得られた最外縁部のエッジと各エッジ位置との差分値の絶対値が、前記エッジ判定部に予め設定された差分閾値よりも大きな反射光量特性を除外することを特徴とする。【００１６】
また、前記エッジ検出装置は以下のように構成してもよい。
即ち、本発明の一様態におけるエッジ検出装置は、被計測物に対して光を出射するための光源と、前記被計測物からの反射光を受光するための受光素子と、前記被測定物の位置を互いに直交するＸ軸とＹ軸方向に移動させるための第１駆動装置と、前記受光素子からの出力と前記第１駆動装置移動量からエッジを演算するためのエッジ演算部と、前記エッジ演算部で得られた演算結果から異常なエッジを検出するためのエッジ判定部と、前記エッジ判定部での結果から最終的なエッジを演算するためのエッジ検出部とを備えたエッジ検出装置において、前記第１駆動装置をＸ軸方向移動させたときに前記被測定物から得られる反射光量特性をＩとして、Ｙ軸方向に沿ってＭ箇所の点を計測したときに得られる前記反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝の微分波形｛Ｄ１，・・・Ｄｍ，・・・，ＤＭ｝から各点での微分ピーク値｛Ａ１，・・・Ａｍ，・・・，ＡＭ｝を算出し、前記エッジ判定部に予め設定された微分閾値よりも小さな反射光量特性を除外することを特徴とする。【００１７】
また、前記エッジ検出装置は以下のように構成してもよい。
即ち、本発明の一様態におけるエッジ検出装置は、被計測物に対して光を出射するための光源と、前記被計測物からの反射光を受光するための受光素子と、前記被測定物の位置を互いに直交するＸ軸とＹ軸方向に移動させるための第１駆動装置と、前記受光素子からの出力と前記第１駆動装置移動量からエッジを演算するためのエッジ演算部と、前記エッジ演算部で得られた演算結果から異常なエッジを検出するためのエッジ判定部と、前記エッジ判定部での結果から最終的なエッジを演算するためのエッジ検出部とを備えたエッジ検出装置において、前記第１駆動装置をＸ軸方向移動させたときに前記被測定物から得られる反射光量特性をＩとして、Ｙ軸方向に沿ってＭ箇所の点を計測したときに得られる前記反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝から各点でのピーク強度｛Ｐ１，・・・Ｐｍ，・・・，ＰＭ｝を算出し、前記エッジ判定部に予め設定された強度閾値よりも小さな反射光量特性を除外することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一様態におけるエッジ検出装置によれば、前記第１駆動装置をＸ軸方向移動させたときに前記被測定物から得られる反射光量特性をＩとして、Ｙ軸方向に沿ってＭ箇所の点を計測したときに得られる反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝を平均化するように構成されているので、計測箇所によって前記被計測物のエッジ形状や表面状態がわずかに変化している場合に生じる計測誤差を低減させることが可能となる。【００１９】
また、本発明の一様態におけるエッジ検出装置によれば、反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝から各点でのエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝を算出し、そのエッジ位置の中から前記被計測物の最外縁部のエッジ位置算出し、最外縁部のエッジ位置と各点でのエッジ位置との差分値の絶対値が、予め設定された閾値以上の場合に異常なエッジと見なして除外するように構成されているので、前記被計測物のエッジの一部が欠けているような場合にデータを除外することが可能となるため、より正確に本来のエッジ位置を検出することが可能となる。【００２０】
また、本発明の一様態におけるエッジ検出装置によれば、反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝を微分した微分波形｛Ｄ１，・・・Ｄｍ，・・・，ＤＭ｝から、微分ピーク値｛Ａ１，・・・Ａｍ，・・・，ＡＭ｝を演算し、各点での微分ピーク値が、予め設定された微分閾値以下の場合に異常なエッジと見なしてデータを除外するように構成されているので、被計測物のエッジがなだらかな場合でもより正確に本来のエッジ位置を検出することが可能となる。【００２１】
また、本発明の一様態におけるエッジ検出装置によれば、反射光量特性｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝からピーク強度｛Ｐ１，・・・Ｐｍ，・・・，ＰＭ｝を算出し、各点でのピーク強度が、予め設定された強度閾値以下の場合に異常なエッジと見なしてデータを除外するように構成されているので、ＳＮ比の悪いデータを除外することが可能となり、より高精度に本来のエッジ位置を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるエッジ検出装置の構成を示す斜視図である。
【図２ａ】図１に示すエッジ検出装置に対する被計測物と集光スポットの関係図である。
【図２ｂ】図１に示すエッジ検出装置に対する被計測物と集光スポットの関係図である。
【図２ｃ】図１に示すエッジ検出装置に対する被計測物と集光スポットの関係図である。
【図３】図１に示すエッジ検出装置において得られる反射光量特性を示す図である。
【図４】図１に示すエッジ検出装置において得られる反射光量特性を平均化した反射光量特性を示す図である。
【図５】図１に示すエッジ検出装置において被測定物上の複数箇所のラインをスキャンしたときの反射光量特性を示す図である。
【図６】図１に示すエッジ検出装置において得られた反射光量特性を平均化したものを示す図である。
【図７】図１に示すエッジ検出装置におけるエッジ演算動作を説明するフローチャートである。
【図８】図１に示すエッジ検出装置において、被測定物が第１駆動装置の移動方向に対して傾斜している状態を示す図である。
【図９】図８に示す状態において得られるエッジ位置を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態２におけるエッジ検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示すエッジ検出装置において得られる微分波形を示す図である。
【図１２】図１０に示すエッジ検出装置におけるエッジ検出動作を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態３におけるエッジ検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示すエッジ検出装置において得られる反射光量特性を示す図である。
【図１５】図１３に示すエッジ検出装置において得られる微分波形を示す図である。
【図１６】図１３に示すエッジ検出装置におけるエッジ検出動作を説明するフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態４におけるエッジ検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１８】被測定物の表面における凹凸を模式的に示す図である。
【図１９】被測定物の表面における凹凸を模式的に示す図である。
【図２０】被測定物の表面における凹凸をスキャンしたときに得られる反射光量特性を示す図である。
【図２１】図１７に示すエッジ検出装置におけるエッジ検出動作を説明するフローチャートである。
【図２２】被測定物の平面図である。
【図２３】被測定物のエッジ部分に欠けがある状態を示す平面図である。
【図２４ａ】被測定物のエッジ部分を示す側面図である。
【図２４ｂ】被測定物のエッジ部分を示す側面図である。
【図２５】本発明の実施の形態５におけるエッジ検出装置の構成を示す図である。
【図２６】図２５に示す投光系の構成を示す図である。
【図２７】図２５に示す受光系の構成を示す図である。
【図２８ａ】エッジ検出時における４分割フォトダイオード上の集光スポットの形状変化を示す図である。
【図２８ｂ】エッジ検出時における４分割フォトダイオード上の集光スポットの形状変化を示す図である。
【図２８ｃ】エッジ検出時における４分割フォトダイオード上の集光スポットの形状変化を示す図である。
【図２９ａ】鏡面である測定物におけるエッジ部分の断面の模式図である。
【図２９ｂ】図２９ａに示すエッジ部分の４分割フォトダイオードでの受光信号を示す図である。
【図２９ｃ】図２９ｂに示す受光信号の差信号を示す図である。
【図２９ｄ】図２９ａに示すエッジ部分へ照射する光ビームをデフォーカスした場合の４分割フォトダイオードでの受光信号を示す図である。
【図２９ｅ】図２９ｄに示す受光信号の差信号を示す図である。
【図３０】投光系のフォーカス調整における投光系の集光ビームと被測定物との位置関係を説明するための図である。
【図３１】図３０に示す各位置関係における受光信号の振幅強度の変化を説明するためのグラフである。
【図３２ａ】粗面である金属の被測定物におけるエッジ部分の断面の模式図である。
【図３２ｂ】図３２ａに示すエッジ部分の４分割フォトダイオードでの受光信号を示す図である。
【図３２ｃ】図３２ｂに示す受光信号の差信号を示す図である。
【図３２ｄ】図３２ａに示すエッジ部分へ照射する光ビームをデフォーカスした場合の４分割フォトダイオードでの受光信号を示す図である。
【図３２ｅ】図３２ｄに示す受光信号の差信号を示す図である。
【図３３ａ】本発明の実施の形態６におけるエッジ検出装置の構成を示す図であり、投光系のフォーカス調整時における構成図である。
【図３３ｂ】本発明の実施の形態６におけるエッジ検出装置の構成を示す図であり、エッジ検出時における構成図である。
【図３４ａ】実施の形態６におけるエッジ検出装置にて得られる、エッジ部分の４分割フォトダイオードでの受光信号を示す図である。
【図３４ｂ】図３４ａに示す受光信号の差信号を示す図である。
【図３５ａ】４分割フォトダイオードにおけるフォーカス状態での集光スポットを示す図である。
【図３５ｂ】４分割フォトダイオードにおけるデフォーカス状態での集光スポットを示す図である。
【図３６】本発明の実施の形態７におけるエッジ検出装置の構成を示す図である。
【図３７】本発明の実施の形態８におけるエッジ検出装置の構成を示す図である。
【図３８】本発明の実施の形態９におけるエッジ検出装置の構成を示す図である。
【図３９】図３８に示すエッジ検出装置において大きなスポットサイズの光ビームでスキャンする状態を示す図である。
【図４０】図３９に示すデフォーカスされた光ビームにて光検出器から得られる信号強度を示す図である。
【図４１】小さいスポットサイズの光ビームにてエッジ位置を検出した場合のエッジ位置の誤差量を示すグラフである。
【図４２】大きいスポットサイズの光ビームにてエッジ位置を検出した場合のエッジ位置の誤差量を示すグラフである。
【図４３】小さなスポットサイズの光ビームを複数のＹ方向の位置でスキャンする模式図である。
【図４４】小さなスポットサイズの光ビームを複数のＹ方向の位置でスキャンする模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態であるエッジ検出装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００２４】
実施の形態１．
本実施の形態１によるエッジ検出装置１０１の構成を図１に示す。
エッジ検出装置１０１は、特に、荒れた散乱面つまり粗面を有する金属製の被測定物６の粗面におけるエッジを、粗面に照射したレーザ光の反射光を用いて検出する装置である。ここでエッジとは、金属面において高度差を有する段の境界をいう。また、エッジ検出装置１０１は、放電加工や切削加工、研削加工等において被加工物の形状を計測するために使用可能である。尚、エッジ検出装置１０１の被測定物６は、粗面を有する金属製の測定物に限定されるものではなく、エッジ検出装置１０１は、勿論、荒れた散乱面ではない鏡面状の被測定物に対しても適用可能である。
【００２５】
このようなエッジ検出装置１０１は、その基本的構成として、投光系１１０と、受光系１２０と、第１駆動装置１３０と、エッジ演算部１４０と、エッジ判定部１５０と、エッジ検出部１６０とを備える。ここで、エッジ演算部１４０、エッジ判定部１５０、及びエッジ検出部１６０は、「エッジ位置取得部」の一構成例に相当する。
以下に、エッジ検出装置１０１の構成部分について順次説明する。
【００２６】
投光系１１０は、被測定物６に対して光を集光して照射する構成部分であり、光源１と、第１レンズ３と、対物レンズ５と、ビームスプリッター４とを有する。光源１は、例えば半導体レーザ等が使用される。第１レンズ３及び対物レンズ５は、光源１からの光を集光するためのレンズであり、鏡筒２内に設置され、光源１からの光を被測定物６上に集光させる。ビームスプリッター４は、光源１からの光線を対物レンズ５へ透過させ、かつ被測定物６からの反射光を受光系１２０へ反射させる。
【００２７】
尚、図１では、光源１、第１レンズ３、対物レンズ５、及びビームスプリッター４は、直線状の光路を形成しているが、光路形状はこれに限定するものではない。
【００２８】
受光系１２０は、投光系１１０によって被測定物６上に集光された光の、被測定物６からの反射光を受光するための光検出部分であり、第２レンズ７と、光検出器８とを備える。第２レンズ７は、ビームスプリッター４からの反射光を光検出器８上に集光させるためのレンズである。光検出器８は、例えばフォトダイオード等が使用される。
また、受光系１２０も鏡筒２内に設置されており、上述のような機能を行うものであれば光学部品の配置やレンズの枚数は、図示の構成に特に限定されない。
【００２９】
第１駆動装置１３０は、被測定物６を搭載し、平面上で互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動可能なＸＹステージである。本実施の形態では、固定された投光系１１０及び受光系１２０に対して、第１駆動装置１３０によって被測定物６を移動させるとしたが、投光系１１０及び受光系１２０と、被測定物６とが相対的に移動可能な構成であれば良い。また、本実施の形態では、平面内で直交するＸＹ方向のみに移動可能としたが、Ｚ−ステージを付加して、ＸＹ平面に直交する方向へも移動可能な構成を採っても良い。
【００３０】
エッジ演算部１４０は、光検出器８及び第１駆動装置１３０と電気的に接続され、光検出器８からの光量信号及び第１駆動装置１４０からの位置情報によって、被測定物６におけるエッジの位置を求める手段である。また、エッジ判定部１５０は、エッジ演算部１４０と電気的に接続され、エッジ演算部１４０から得られたエッジ位置から異常なエッジ位置を判別するための判定手段である。また、エッジ検出部１６０は、エッジ判定部１５０と電気的に接続され、エッジ演算部１４０及びエッジ判定部１５０からの情報から最終的なエッジ位置を検出するためのエッジ検出手段である。
【００３１】
このようなエッジ演算部１４０、エッジ判定部１５０、及びエッジ検出部１６０は、実際にはコンピュータを用いて実現され、エッジ演算部１４０、エッジ判定部１５０、及びエッジ検出部１６０は、それぞれの機能に対応するソフトウェアと、これを実行するためのＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ等のハードウェアから構成されている。尚、上記コンピュータは、実際には当該エッジ検出装置１０１に組み込まれたマイクロコンピュータに相当するのが好ましいが、スタンドアロン型のパーソナルコンピュータを用いることもできる。
また、エッジ演算部、エッジ判定部、及びエッジ検出部におけるこのような構成は、後述する各実施の形態においても同じである。
【００３２】
以上のような構成を有する本実施の形態１によるエッジ検出装置１０１において、エッジ演算部１４０によって被測定物６のエッジ位置を求める動作について、以下に説明する。
ここでは、被測定物６のエッジは、図２４ａに示すようにエッジ６ｂが鉛直方向（Ｚ方向）に沿って延在する場合を考え、さらに、被測定物６の表面６ｃは、微小な凹凸が存在する粗面であるとし、被測定物６の上面図を示した図２２のラインＡでのエッジ検出について説明する。
【００３３】
投光系１１０の光源１から出射された光は、第１レンズ３、ビームスプリッター４、及び対物レンズ５を通過して、集光スポット１０（図２ａ）を形成する。図２ａに示すように、集光スポット１０が形成された位置に被測定物６が存在しない場合には、反射光が存在しないため、光検出器８は何も検出しない。ここで被測定物６を搭載した第１駆動装置１３０をＸ方向へ移動させ、図２ｂに示すように集光スポット１０を形成した位置に被測定物６が差し掛かると、集光スポット１０のうち、被測定物６上に照射された部分１１のみが受光系１２０へ反射される。被測定物６で反射された光は、対物レンズ５を通過し、ビームスプリッター４で反射されて第２レンズ７にて光検出器８上へ集光される。よって、光検出器８にて、反射光量を検出することができる。このとき光検出器８で検出される反射光量は、被測定物６上に照射された部分１１の大きさが反映される。
【００３４】
さらに第１駆動装置１３０をＸ方向に移動させることで、図２ｃに示すように、集光スポット１０は、完全に被測定物６上を照射し、光検出器８で検出される反射光量は、図２ｂの場合よりも大きくなる。ここで、被測定物６の表面６ｃが鏡面の場合には、図２ｃの状態からさらに第１駆動装置１３０をＸ方向に移動させても、光検出器８での受光量は、安定した出力となる。一方、ワイヤ放電加工機で加工する被測定物６の表面６ｃ（測定面）は、完全な鏡面ではなく粗面となっているため、図２ｃの状態からさらに第１駆動装置１３０をＸ方向に移動させると、光検出器８での受光量はゆらぎを生じる。よって結局、エッジ演算部１４０では、光検出器８から得られる受光量と、第１駆動装置１３０から得られるステージの移動量情報とによって、図３に示す反射光量特性１２のような波形を取得する。
【００３５】
さらにエッジ演算部１４０は、反射光量特性１２からピーク強度１３を検出し、ピーク強度１３から求めた強度閾値１４と反射光量特性１２との交点１５をエッジ位置ＯＡとして求める。ここで強度閾値１４は、例えばピーク強度１３の５０％の強度が使用されるが、これに限定されずに任意に設定可能である。
【００３６】
以上の説明では、上述のように、ワイヤ放電加工機で加工する被測定物６の表面６ｃは粗面であり、また、上述の説明では被測定物６のエッジ６ｂは垂直としたが、実際には、加工される被測定物６のエッジ６ｂは、わずかになだらかな形状となっている。このため、例えば図２２のＸ方向へラインＡに沿って被測定物６の表面６ｃを集光スポット１０でスキャンした場合、エッジ演算部１４０で得られる反射光量特性１２は、図４において実線で示すようになる。さらに図２２のラインＢやラインＣのように、Ｙ方向における異なる位置で計測した場合の反射光量特性１２は、被測定物６の表面６ｃや側面のわずかな違いに起因して、図４に破線で示すようにピーク強度やピーク位置には、実線で示すものと多少の差異が発生する。このため、ピーク強度１３から得られる強度閾値１４と反射光量特性１２との交点１５の位置には、誤差が発生し、よって検出されるエッジ位置にも誤差が発生してしまう。
【００３７】
そこで、Ｙ方向におけるＭ箇所のラインについて、集光スポット１０でＸ方向へスキャンしたときには、Ｍ箇所の各ラインでは、例えば図５に示すように、反射光量特性１２ａ，反射光量特性１２ｂ，反射光量特性１２ｃ、…が得られる。
ここで、ｍ番目の反射光量特性１２をＩｍ（ｘ）とすると、下記式（１）で表すように、反射光量特性１２を平均化したＩ（ｘ）を求めて、被測定物６のエッジ６ｂのエッジ位置を演算することで、エッジ位置の計測誤差を低減することが可能となる。
【００３８】
Ｉ（ｘ）＝｛Ｉ１（ｘ）＋ … +Ｉｍ（ｘ）＋ … +ＩＭ（ｘ）｝／Ｍ          （１）
【００３９】
また、被測定物６の表面６ｃを集光スポット１０でＸ方向へスキャンする各ラインで得られるそれぞれの反射光量特性１２に対応した、被測定物６の各エッジ位置ｘｍを計測し、下記の式（２）で表すように各エッジ位置ｘｍを平均化して最終的なエッジ位置ｘを求めてもよい。
【００４０】
ｘ＝｛ｘ１＋ … +ｘｍ＋ … +ｘＭ｝／Ｍ                  （２）
【００４１】
次に、被測定物６を上面から見た図２３に示すように、被測定物６のエッジ６ｂの一部が欠けている場合を考える。
既に説明したように、ワイヤ放電加工機で加工した被測定物６は、図２３に示すように被測定物６のエッジ６ｂの一部分が内側に欠ける場合がある。これはワイヤ放電加工機で加工した被測定物６に特有の現象である。
ここでは、被測定物６のエッジ６ｂは、図２４ａに示すように垂直であり、被測定物６の表面６ｃは、粗面である場合を考える。この場合、集光スポット１０がＸ方向へスキャンするラインＡ〜ラインＣ（図２３）に対して、エッジ演算部１４０では、図５に示すような、反射光量特性１２ａから反射光量特性１２ｃが得られ、エッジ位置ＯＡ、ＯＢ、ＯＣがそれぞれ検出される。図５に示すように、ラインＡとラインＣとにおけるエッジ位置ＯＡとエッジ位置ＯＣとは、図２３のエッジＯ１に一致するが、ラインＢのエッジ位置ＯＢは、エッジ６ｂの欠けの影響によって、エッジ位置ＯＡ及びＯＣに比べて後方へずれ、その反射光量特性１２ｂも、反射光量特性１２ａ，１２ｃに比べて後方へずれた特性となる。
【００４２】
ここで、仮にラインＡ〜ラインＣをスキャンすることによって、エッジ演算部１４０で得られる反射光量特性１２ａ〜１２ｃを、上述の（１）式に従って平均化したとする。平均化した反射光量特性１２ｄは、図６に示すようになる。上述した、ラインＡ〜ラインＣのそれぞれの反射光量特性１２ａ〜１２ｃからエッジ位置を検出する場合と同様にして、反射光量特性１２ｄからピーク強度１３を検出し、このピーク強度１３から強度閾値１４を求め、強度閾値１４と反射光量特性１２ｄとの交点からエッジ位置Ｏ２が算出される。
【００４３】
しかしながら、実際に検出したい被測定物６のエッジ６ｂは、Ｏ２とは異なるエッジＯ１であり、図５のように反射光量特性１２ａ〜１２ｃを単純にそのまま平均化すると、図２３に示すように被測定物６のエッジ６ｂの一部に欠けが存在する場合には、このエッジ欠けの影響によって、被測定物６の真のエッジ６ｂの位置を誤検出してしまう。
【００４４】
即ち、例えばラインＢのような特性を除外する必要がある。例えば、切削加工等においては、検出したいエッジに対して「バリ」と呼ばれる出っ張りが発生してしまうが、ワイヤ放電加工機で加工した被測定物６では、「バリ」の発生は無い。しかしながら、検出したいエッジ６ｂに対して、被測定物６の内側へ向けてエッジ６ｂが欠けることがあるため、内側に大きく欠けた異常なエッジのみを検出して除外する必要がある。
【００４５】
以下には、本実施の形態１によるエッジ検出装置１０１のエッジ判定部１５０およびエッジ検出部１６０によって、上述した内側に大きく欠けた異常なエッジのみを検出して除外し、本来のエッジを検出する動作について、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００４６】
集光スポット１０による被測定物６のスキャン方向をＸ方向として、Ｘ方向と直交するＹ方向に異なるＭ箇所のラインを測定することを考える。
まず、ステップ３００では、エッジ演算部１４０にて、各スキャンラインにおける反射光量特性１２｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝から各ラインでの、被測定物６のエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝を算出する。
次のステップ３１０では、エッジ演算部１４０によって、ステップ３００で算出したエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝の中からエッジ位置の最小値ｘｍｉｎ＝Ｍｉｎ（ｘ１・・・，ｘｍ，・・・，ｘＭ）を検出する。
次にステップ３２０に進み、エッジ演算部１４０によって、各ラインのエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝と、ステップ３１０で算出したエッジ位置の最小値ｘｍｉｎとの差分ｂｍ＝ｘｍ−ｘｍｉｎを計算し、エッジ判定部１５０へ出力する。
【００４７】
次のステップ３３０では、エッジ判定部１５０にて、エッジ判定部１５０に予め設定された閾値ｘｔｈと、ステップ３２０でエッジ演算部１４０にて計算された差分値ｂｍとの比較を行い、差分値ｂｍがｘｔｈよりも大きい、もしくはｘｔｈ以上のエッジを全て除外する。そして、除外されていない残った差分値ｂｍに対応する反射光量特性１２｛・・・Ｉｍ，・・・｝を、エッジ判定部１５０は、エッジ検出部１６０へ出力する。
【００４８】
次にステップ３４０へ進み、エッジ検出部１６０にて、それら残りの反射光量特性１２を平均化したＩ（平均）＝ａｖｅｒａｇｅ（・・・，Ｉｍ，・・・）を算出し、ステップ３５０にて、平均化したＩ（平均）から最終的なエッジ位置を算出してエッジ演算を終了する。
【００４９】
以上のような構成によって、被測定物６のエッジ形状や表面状態のわずかなゆらぎによる計測誤差を低減させることが可能となる。本実施形態では特に、ワイヤ放電加工機で加工した被測定物６のエッジ６ｂの一部が被測定物６の内側方向に欠けた場合であっても、そのようなエッジの検出値を除外することが可能となるため、従来に比べてより正確に本来のエッジを検出することが可能となる。
【００５０】
本実施の形態では、上述のように、被測定物６の３箇所を測定する例を示したが、２箇所以上であれば、測定点数は特に限定されない。
また、本実施の形態では、エッジ６ｂを求める際に反射光量特性１２のピーク強度１３から得られる強度閾値１４を元にエッジ位置を算出する構成を示したが、反射光量の絶対値を強度閾値１４に設定してもよい。
【００５１】
また、本実施の形態１では、図２２に示すように、被測定物６における計測したいエッジ６ｂが第１駆動装置１３０におけるＹ軸と平行である場合の例を示したが、図８に示すように、被測定物６における計測したいエッジ６ｂが、第１駆動装置１３０におけるＹ軸に対して傾斜している場合、つまり、被測定物６が第１駆動装置１３０のＹ軸に対して傾いて第１駆動装置１３０に搭載された場合でも、本実施の形態１は適用可能である。この場合、第１駆動装置１３０のＸ方向に集光スポット１０で被測定物６をスキャンするとしてＹ軸方向にＭ箇所の点を計測すると、Ｙ方向の位置｛ｙ１，・・・ｙｍ，・・・，ｙＭ｝と、Ｙ方向の各点で算出されたエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝とは、例えば図９に示すようにプロットされる。得られたＹ方向の位置｛ｙ１，・・・ｙｍ，・・・，ｙＭ｝とエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝との各点に対して、例えば最小自乗法等によって、図９のような近似直線２０を算出することができ、下記の式（３）で表すことができる。ここで、ａ及びｂは、近似直線２０の傾きと切片である。
【００５２】
Ｘ＝ａ×Ｙ＋ｂ            （３）
【００５３】
図２２に示すように、被測定物６の計測したいエッジ６ｂが第１駆動装置１３０におけるＹ軸と平行である場合には、（１）式や（２）式でＹ方向のエッジ位置を平均化した値は定数となるが、図８に示すように被測定物６がＹ軸と傾いて第１駆動装置１３０に搭載されている場合には、Ｙ方向の特定の位置ｙｉに対するエッジ位置ｘｉは、下記の式（４）で表される。
【００５４】
ｘｉ＝ａ×ｙｉ＋ｂ          （４）
【００５５】
さらに、被測定物６のエッジ６ｂの欠けによる異常なデータは、Ｙ方向の位置ｙｉで算出されたエッジ位置をｘｉ’、近似直線２０から得られる理想的なエッジ位置をｘｉとしてエッジ演算部１４０にて、ｘｉ’−ｘｉを計算し、この差分値の絶対値がエッジ判定部１５０に予め設定した閾値よりも大きな値となった場合に、そのエッジを含む反射光量特性１２を除去するようにすれば良い。
【００５６】
また、上述の実施の形態１では、Ｙ方向位置｛ｙ１，・・・ｙｍ，・・・，ｙＭ｝と、エッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝とが直線の場合の例を示したが、設計上、直線ではなく曲線の場合に対しても本実施の形態は適用可能であり、その曲線の測定データをフィッティングさせてデータ処理を行うことも可能である。
【００５７】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、反射光量特性１２から被測定物６のエッジ６ｂを検出する方法について説明したが、図１０に示す本実施の形態２におけるエッジ検出装置１０２では、反射光量特性１２から算出される微分波形からエッジ位置を検出する方法を採る。
【００５８】
実施の形態２におけるエッジ検出装置１０２の基本的構成は、上述した実施の形態１のエッジ検出装置１０１の構成と同じであるが、エッジ演算部１４０、エッジ判定部１５０、及びエッジ検出部１６０に代えて、エッジ演算部１４２、エッジ判定部１５２、及びエッジ検出部１６２を備える。これらのエッジ演算部１４２、エッジ判定部１５２、及びエッジ検出部１６２は、以下に説明するように、エッジ演算部１４０、エッジ判定部１５０、及びエッジ検出部１６０とは異なる動作を行う。
尚、実施の形態２におけるエッジ検出装置１０２におけるその他の構成部分については、実施の形態１と同様でありここでの説明は省略する。よって以下には、エッジ演算部１４２、エッジ判定部１５２、及びエッジ検出部１６２の動作についてのみ説明を行う。
【００５９】
実施の形態２におけるエッジ検出装置１０２においても、例えば図２３に示すように被測定物６のエッジ６ｂの一部が欠けているような被測定物６を測定した場合、実施の形態１の場合と同様に図５に示した反射光量特性１２ａ〜１２ｃが得られる。
実施の形態２におけるエッジ検出装置１０２では、エッジ演算部１４２は、図１１に示すように各反射光量特性１２ａ〜１２ｃの微分波形１６ａ〜１６ｃを演算し、得られた微分波形１６ａ〜１６ｃの微分ピーク値のｘ座標からエッジ位置ＯＡ〜ＯＣを検出する。
【００６０】
しかしながら、微分波形１６ａ〜１６ｃを用いる場合でも、実施の形態１の場合と同様に、また、図１１に示すように、ラインＢのスキャンにおいては、エッジ欠けの影響によってエッジ位置ＯＢは、他のエッジ位置ＯＡ及びＯＣに比べて後方へとずれた特性となる。よって、実施の形態２におけるエッジ検出装置１０２においても、このような異常なエッジを除外する必要がある。以下には、エッジ判定部１５２及びエッジ検出部１６２によって異常なエッジを除外し、本来のエッジを検出する動作について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
【００６１】
ここでは、被測定物６に対する集光スポット１０のスキャン方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交するＹ方向における異なるＭ箇所のスキャンラインを測定する場合を考える。
まずステップ４００では、エッジ演算部１４２によって、各スキャンラインにおける反射光量特性１２｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝から微分波形１６｛Ｄ１，・・・Ｄｍ，・・・，ＤＭ｝が演算される。
次のステップ４１０では、エッジ演算部１４２によって、微分波形１６のピーク値から各スキャンラインのエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝が算出される。
次に、ステップ４２０では、エッジ演算部１４２によって、ステップ４１０で算出したエッジ位置｛ｘ１，ｘ２，・・・ｘｍ｝の中からエッジ位置の最小値ｘｍｉｎ＝Ｍｉｎ（ｘ１・・・，ｘｍ，・・・，ｘＭ）を検出する。
次にステップ４３０に進み、エッジ演算部１４２は、各スキャンラインのエッジ位置｛ｘ１，・・・ｘｍ，・・・，ｘＭ｝と、ステップ４２０で算出したエッジ位置の最小値ｘｍｉｎとの差分ｂｍ＝ｘｍ−ｘｍｉｎを計算し、エッジ判定部１５２へ出力する。
【００６２】
次のステップ４４０では、エッジ判定部１５２にて、エッジ判定部１５２に予め設定した閾値ｘｔｈと、ステップ４３０で計算した差分値ｂｍとの比較を行い、差分値ｂｍがｘｔｈより大きい、もしくはｘｔｈ以上のエッジを全て除外する。そしてエッジ判定部１５２は、除外されていない残りのエッジに対応した反射光量特性１２｛・・・Ｉｍ，・・・｝をエッジ検出部１６２へ出力する。
【００６３】
次にステップ４５０へ進み、エッジ検出部１６２は、それら残りの反射光量特性１２を平均化したＩ（平均）＝ａｖｅｒａｇｅ（・・・，Ｉｍ，・・・）を算出する。
次のステップ４６０では、エッジ検出部１６２は、平均化した反射光量特性１２−２を微分演算した微分波形１６−２を算出する。
次のステップ４７０では、エッジ検出部１６２にて、微分波形１６−２のピーク値から最終的なエッジ位置を算出してエッジ演算を終了する。
【００６４】
以上のような実施の形態２におけるエッジ検出装置１０２によっても、実施の形態１におけるエッジ検出装置１０１と同じ効果を奏することができ、被測定物６のエッジ６ｂの欠けが発生している場合でも、従来に比べてより正確に本来のエッジ６ｂを検出することが可能となる。
また、本実施の形態２においても、Ｙ方向における３箇所のスキャンラインを測定する例を示したが、２箇所以上であれば測定点数は特に限定されない。
【００６５】
また、実施の形態１及び実施の形態２では、各スキャンラインのエッジ位置からエッジ位置の最小値を求めるとしたが、第１駆動装置１３０の移動方向や、反射光量特性１２の立上りや立下りによっては最小値ではなく最大値を求めても良い。要するに、被測定物６の最外縁部を検出するようにすれば良い。また、最小値、或いは最大値ではなく、２番目に小さい値といった基準値を決めるようにしても良い。
【００６６】
本実施の形態２においても、図８に示すように被測定物６における計測したいエッジ６ｂが第１駆動装置１３０のＹ軸方向に対して傾斜している場合のデータ処理は、実施の形態１で説明したものと同様に実施することができる。
【００６７】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、被測定物６のエッジ６ｂの一部が欠けているような異常なエッジを除外する方法について説明したが、この実施の形態３では、図２４ｂの被測定物６の側面図に示すように、エッジ６ｂと表面６ｃとの交差部分における断面形状がなだらかな場合（以下、単に、「エッジがなだらか」と記す）のエッジ除外方法について説明する。
【００６８】
図１３に実施の形態３のエッジ検出装置２０３の構成を示す。エッジ検出装置２０３の基本的構成は、上述した実施の形態１及び実施の形態２のエッジ検出装置１０１、１０２の構成と同じであるが、実施の形態２に示すエッジ演算部１４２、エッジ判定部１５２、及びエッジ検出部１６２に代えて、エッジ演算部１４３、エッジ判定部１５３、及びエッジ検出部１６３を備える。エッジ演算部１４３は、実施の形態２におけるエッジ演算部１４２と同様に反射光量特性１２から微分波形１６を生成するが、エッジ判定部１５３、及びエッジ検出部１６３は、以下に説明するように、エッジ判定部１５２、及びエッジ検出部１６２とは異なる動作を行う。尚、その他の構成部分については、実施の形態１及び実施の形態２と同様のため、ここでの説明は省略し、実施の形態３に備わるエッジ演算部１４３、エッジ判定部１５３、及びエッジ検出部１６３の動作についてのみ説明を行う。
【００６９】
まず、被測定物６のエッジ検出において、エッジがなだらかな場合の問題点について説明する。
被測定物６のエッジ６ｂがなだらかな場合、エッジ演算部１４３にて得られる反射光量特性１２は、図１４において実線で示すように、出力変化もなだらかに変化し、ピーク強度１３から算出されるエッジ位置は、Ｏ２が検出される。一方、被測定物６のエッジ６ｂが垂直な場合には、図１４に破線で示すような反射光量特性１２となり、ピーク強度１３から得られるエッジ位置はＯ１が検出される。よって、エッジ位置について、エッジがなだらかな場合には、Δｘ＝Ｏ２−Ｏ１の誤差が生じてしまう。さらに、反射光量特性１２に誤差が重畳された場合には、反射光量特性１２の立ち上がり部分の傾きが緩やかなほど検出されるエッジ６ｂの誤差も大きくなってしまう。
このため、エッジ断面形状の「なまり」つまりエッジがなだらかな場合によるエッジ位置誤差を低減するためには、反射光量特性１２の立ち上がり部分がゆるやかなエッジ、つまり、図１５に示すように微分波形１６において微分閾値１７を設け、微分閾値１７以下の微分ピーク値が小さなエッジ、を除外する必要がある。
【００７０】
次に、本実施の形態３によるエッジ検出装置２０３に備わるエッジ演算部１４３、エッジ判定部１５３、およびエッジ検出部１６３によって、なだらかな形状のエッジを異常なエッジとしてこれを除外し、被測定物６における本来のエッジ６ｂを検出する動作について、図１６のフローチャートを参照して以下に説明する。
【００７１】
ここでも、被測定物６に対する集光スポット１０のスキャン方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交するＹ方向における異なるＭ箇所のスキャンラインを測定する場合を考える。また、エッジ演算部１４３は、エッジ演算部１４２と同様に反射光量特性１２から微分波形１６を生成する。
【００７２】
まず、図１６におけるステップ５００では、エッジ演算部１４３は、各スキャンラインのスキャン動作にて得られる反射光量特性１２｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝から微分波形１６｛Ｄ１，・・・Ｄｍ，・・・，ＤＭ｝を求め、次のステップ５１０にて、微分波形１６のピーク値｛Ａ１，・・・Ａｍ，・・・，ＡＭ｝を算出し、エッジ判定部１５３へ出力する。
【００７３】
次に、ステップ５２０では、エッジ判定部１５３は、エッジ判定部１５３に予め設定された微分閾値Ａｔｈと、ステップ５１０で算出した微分波形１６のピーク値｛Ａ１，・・・Ａｍ，・・・，ＡＭ｝との比較を行い、微分閾値Ａｔｈ以下の値に対応するエッジを全て除外する。そして、エッジ判定部１５３は、除外されていない残ったエッジに対応する反射光量特性１２｛・・・Ｉｍ，・・・｝をエッジ検出部１６３へ出力する。
【００７４】
次のステップ５３０では、エッジ検出部１６３は、それら残ったエッジに対応する反射光量特性１２を平均化したＩ（平均）＝ａｖｅｒａｇｅ（・・・，Ｉｍ，・・・）を算出し、次のステップ５４０において、平均化した反射光量特性１２−３を微分演算した微分波形１６−３を算出する。
【００７５】
そして次のステップ５５０において、エッジ検出部１６３は、微分波形１６−３のピーク値から最終的なエッジ位置を算出して、エッジ演算を終了する。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態３におけるエッジ検出装置２０３の構成によれば、実施の形態１におけるエッジ検出装置１０１と同じ効果を奏することができるとともに、さらに、被測定物６におけるエッジ６ｂがなだらかな場合であっても、このようななだらかなエッジを除外することが可能となるため、従来に比べてより高精度に被測定物６の本来のエッジ６ｂを検出することが可能となる。
【００７７】
本実施の形態３では、最終的なエッジ位置を求めるのに、微分波形１６−３のピーク値からエッジ算出を行っているが、反射光量特性１２のピーク強度１３から求める強度閾値１４によってエッジ位置を算出するようにしても良い。
【００７８】
実施の形態４．
上述した実施の形態１〜３では、エッジ６ｂの欠けやエッジ断面がなだらかな場合のような異常エッジを除外する方法について説明したが、ここでは、エッジ検出精度の低い反射光量特性１２を除外する方法について説明する。
【００７９】
図１７に実施の形態４のエッジ検出装置１０４の構成を示す。エッジ検出装置１０４の基本的構成は、上述した実施の形態１〜３のエッジ検出装置１０１〜２０３の構成と同じであるが、実施の形態１に示すエッジ演算部１４０、エッジ判定部１５０、及びエッジ検出部１６０に代えて、エッジ演算部１４４、エッジ判定部１５４、及びエッジ検出部１６４を備える。エッジ演算部１４４、エッジ判定部１５４、及びエッジ検出部１６４は、以下に説明するように、エッジ演算部１４０、エッジ判定部１５０、及びエッジ検出部１６０とは異なる動作を行う。尚、その他の構成部分については、実施の形態１等と同様のため、ここでの説明は省略し、実施の形態４に備わるエッジ演算部１４４、エッジ判定部１５４、及びエッジ検出部１６４の動作についてのみ説明を行う。
【００８０】
まず、ワイヤ放電加工機で加工される被測定物６に特有の問題点について説明する。
実施の形態１〜３でも、被測定物６の表面６ｃが粗面の例を示してきたが、ワイヤ放電加工機で加工する被測定物６は、表面６ｃは粗面で、且つ、被測定物６を上面から観察すると、図１８のようにスジ状の凹凸１８が観察される場合がある。これは例えば、図１８のＡ−Ａ’断面である図１９に示すように、凸部１８ａ或いは凹部１８ｂが存在することに起因する。被測定物６の凸部１８ａや凹部１８ｂの斜面付近の反射光量特性１２を計測した場合、図１９に示す被測定物６の表面６ｃの平坦部６ｄでは、受光系１２０側へ戻る反射光が多いが、凸部１８ａや凹部１８ｂでは，光が散乱されて受光系１２０へ戻る光が少なくなる。このため、図２０に示すように、Ｙ軸方向の測定位置によってピーク強度１３が大きい反射光量特性１２−４と，ピーク強度１３の小さい反射光量特性１２−５とが混在することになる。ピーク強度１３の小さい反射光量特性１２−５は、ノイズ成分に対する受光信号の比であるＳＮ比が悪くなるため、エッジ位置の検出精度が低くなってしまう。
そこで、反射光量特性１２のピーク強度１３をモニターして、ピーク強度１３にピーク強度閾値１９を設け、ピーク強度閾値１９よりもピーク強度１３が小さな反射光量特性１２を除外する必要がある。
【００８１】
本実施の形態４に備わるエッジ演算部１４４、エッジ判定部１５４、及びエッジ検出部１６４は、上述した、エッジ位置の検出精度が低くなるエッジを除外し、本来のエッジ６ｂを検出する動作を行う。以下には、この動作について、図２１のフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
ここでも、被測定物６に対する集光スポット１０のスキャン方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交するＹ方向における異なるＭ箇所のスキャンラインを測定する場合を考える。
まず、図２１におけるステップ６００では、エッジ演算部１４４は、各スキャンラインのスキャン動作にて光検出器８から反射光量特性１２｛Ｉ１，・・・Ｉｍ，・・・，ＩＭ｝を取得し、次のステップ６１０にて、反射光量特性１２のピーク強度１３｛Ｐ１，・・・Ｐｍ，・・・，ＰＭ｝を求め、エッジ判定部１５４へ出力する。
【００８３】
次のステップ６２０では、エッジ判定部１５４は、エッジ判定部１５４に予め設定したピーク強度閾値１９Ｐｔｈと、ステップ６１０で求めた反射光量特性１２のピーク強度１３｛Ｐ１，・・・Ｐｍ，・・・，ＰＭ｝との比較を行う。この比較動作にてエッジ判定部１５４は、ピーク強度閾値１９Ｐｔｈ以下のピーク強度を有する反射光量特性１２を全て除外し、残りの反射光量特性１２｛・・・Ｉｍ，・・・｝をエッジ検出部１６４へ出力する。
【００８４】
次のステップ６３０では、エッジ検出部１６４は、残りの反射光量特性１２を平均化したＩ（平均）＝ａｖｅｒａｇｅ（・・・，Ｉｍ，・・・）を算出する。
【００８５】
次のステップ６４０では、エッジ検出部１６４は、平均化した反射光量特性１２のピーク強度１３から得られる強度閾値１４を元に最終的なエッジ位置を求めて、エッジ演算を終了する。
【００８６】
以上説明したように、本実施の形態４におけるエッジ検出装置１０４の構成によれば、実施の形態１におけるエッジ検出装置１０１と同じ効果を奏することができるとともに、さらにノイズ耐性の低い、ピーク強度１３の小さな反射光量特性１２を除外することが可能となるため、従来に比べてより高精度に本来のエッジ６ｂを検出することが可能となる。
【００８７】
また、上述のように本実施形態では、最終のエッジ位置を算出するあたり、平均化した反射光量特性１２のピーク強度１３から得られる強度閾値１４を元にエッジ位置を求めているが、反射光量特性１２の微分演算を実行し、微分波形１６のピーク値からエッジ位置を算出するようにしても良い。
【００８８】
尚、上述の実施の形態１〜４では、空気中での測定例を示したが、油中や水中の測定であっても適用可能である。
また、実施の形態１〜４では、受光系１２０に備わる光検出器８について、その受光素子に一つのフォトダイオードを用いる例を示したが、２分割、或いは４分割のフォトダイオードを用いてエッジ位置を検出するような構成であっても良い。
また、実施の形態１〜４では、第１駆動装置１３０は、Ｘ方向のみに移動させているが、Ｙ方向に移動させる場合にも当然適用可能である。
また、実施の形態１〜４で示した方法は、それぞれ単独で実行する場合でも有効であるが、適宜組み合わせて使用することにより一層効果的である。
【００８９】
実施の形態５．
上述した実施の形態１〜４におけるエッジ検出装置１０１〜１０４では、投光系１１０から被測定物６に対して照射される集光スポット１０は、被測定物６に対して予め合焦された変化しない構成を前提としている。これに対して、以下に説明する実施の形態５から実施の形態８のエッジ検出装置では、投光系１１０から被測定物６に対するレーザ光の合焦機能を備える。
尚、以下に説明する実施の形態５から実施の形態８のエッジ検出装置の基本的構成は、上述した実施の形態１〜４におけるエッジ検出装置１０１〜１０４の構成に同じである。よって、同じ構成部分については同じ符号を付すこととする。
【００９０】
図２５には、本発明の実施の形態５におけるエッジ検出装置２０１の概略構成が示されている。エッジ検出装置２０１は、実施の形態１〜４にて説明したエッジ検出装置１０１〜１０４と同様に、特に、荒れた散乱面つまり粗面を有する金属製の被測定物６の粗面におけるエッジを、粗面に照射したレーザ光の反射光を用いて検出する装置であり、また、放電加工や切削加工、研削加工等において被加工物の形状を計測するために使用可能である。尚、エッジ検出装置２０１の被測定物６は、粗面を有する金属製の測定物に限定されるものではなく、エッジ検出装置２０１は、勿論、荒れた散乱面ではない鏡面状の被測定物に対しても適用可能である。
【００９１】
このようなエッジ検出装置２０１は、基本的構成部分として実施の形態１〜４におけるエッジ検出装置１０１〜１０４と同様に、投光系１１０、受光系１２０、及び第１駆動装置１３０を備え、さらに、第２駆動装置２４０、フォーカス検出部２５０、及びエッジ検出部２６０を備える。これらの各構成部分について、順次、以下に説明していく。
【００９２】
投光系１１０は、実施の形態１〜４におけるエッジ検出装置１０１〜１０４と同様に、また図２６に示すように、被測定物６に対してレーザ光を集光し照射する構成部分であり、基本的に光源１と光学系とを備える。当該投光系１１０の光学系としては、第１レンズ３と対物レンズ５とを有する。光源１は、半導体レーザから構成される。また、光源１、第１レンズ３、及び対物レンズ５は、直線状の光路を形成して鏡筒２に収められている。鏡筒２は、第２駆動装置２４０と接続されている。
【００９３】
上述のように本実施形態では、光源１、第１レンズ３、及び対物レンズ５は、直線状の光路を形成しているが、光路形状はこれに限定されない。尚、第１レンズ３と対物レンズ５との間には、受光系１２０を構成するビームスプリッター４が設置される。投光系１１０において、ビームスプリッター４は単に光を透過させる物であり、光学的作用を行わない。尚、実施の形態４〜８では、ビームスプリッター４は受光系１２０に含まれるとしているが、上述した実施の形態１〜４と同様に、投光系１１０に含まれるとしてもよい。
【００９４】
このような投光系１１０は、光源１から出射された光５１が第１レンズ３でコリメートされた後、対物レンズ５で集光され、被測定物６の測定面６ａに光ビーム５１ａ（図２６）として照射され、集光スポット５２を形成する。尚、図２５では、集光スポット５２の半分だけ被測定物６の測定面６ａに存在する様子を示している。
【００９５】
第２駆動装置２４０は、対物レンズ５における光軸の方向、つまり図２６に矢印ｂで示す照射方向に鏡筒２ごと投光系１１０を移動可能とする機構である。即ち、第２駆動装置２４０は、被測定物６の測定面６ａに対する投光系１１０の合焦動作を可能にする。尚、本実施形態では、第２駆動装置２４０は、被測定物６に対して投光系１１０を矢印ｂ方向に移動させるが、この構成に限定されず、投光系１１０と被測定物６とを相対的に矢印ｂ方向へ移動させる装置であればよい。
【００９６】
受光系１２０は、図２７に示すように、被測定物６の測定面６ａへ投光系１１０により集光された光ビーム５１ａの測定面６ａにおける反射光を受光する光学部分であり、基本的に光検出器８と光学系とを備える。光検出器８は、図２８ａに示すように、一つの受光位置８ａに配置される一つの受光面を複数の検出部に分割したフォトダイオードであり、本実施形態では受光面を４等分したフォトダイオードである。受光系１２０における光学系としては、対物レンズ５と、ビームスプリッター４と、第２レンズ７とを有し、反射光の進行に沿ってこの順に配置されている。また本実施形態では、受光系１２０は、投光系１１０の対物レンズ５と同一のレンズを対物レンズとして共用している。ビームスプリッター４は、対物レンズ５を通過した反射光を反射し、第２レンズ７へ入射させる。第２レンズ７は、集光レンズであり、光検出器８の受光位置８ａにおける受光面に反射光を集光させる。第２レンズ７及び光検出器８は、鏡筒９内に設置される。尚、ビームスプリッター４は、上述のように、投光系１１０の鏡筒２内に設置されており、受光系１２０の鏡筒９と、投光系１１０の鏡筒２とは、直交して接続されている。
【００９７】
受光系１２０の光学系では、光検出器８である４分割フォトダイオードの受光位置８ａは、投光系１１０からの光ビームが集光する位置と結像関係にあるように調整されている。即ち、投光系１１０からの光ビーム５１ａの集光位置に被測定物６の測定面６ａがあるとき、その反射光は、光検出器８の受光位置８ａに結像されることになる。
【００９８】
このように構成される受光系１２０は、図２７に示すように、投光系１１０による集光スポット５２のうち被測定物６の測定面６ａにある領域５３からの反射光５４が、投光系１１０の集光レンズでもある対物レンズ５によりコリメートされ、ビームスプリッター４で反射され、第２レンズ７により光検出器８の受光位置８ａにある受光面の中心に集光され、集光スポット５５を形成する。
【００９９】
第１駆動装置１３０は、被測定物６を載置するステージを有し、平面上で互いに直交するＸ，Ｙ方向へステージつまり被測定物６を可動とする装置である。ここで、Ｘ，Ｙ方向は、第２駆動装置２４０による投光系１１０の移動方向である矢印ｂで示す照射方向に直交する方向である。尚、本実施形態では、第１駆動装置１３０は、固定された投光系１１０に対して被測定物６を移動させるが、この構成に限定されず、投光系１１０と被測定物６とを相対的にＸ，Ｙ方向へ移動させる装置であればよい。
【０１００】
フォーカス検出部２５０は、光検出器８、第１駆動装置１３０、及び第２駆動装置２４０と電気的に接続され、被測定物６に対する投光系１１０の合焦位置を検出する部分である。詳しくは以下の動作説明箇所にて説明する。
【０１０１】
エッジ検出部２６０は、フォーカス検出部２５０及び第１駆動装置１３０と電気的に接続され、被測定物６のエッジを検出する部分である。詳しくは以下の動作説明箇所にて説明する。
【０１０２】
フォーカス検出部２５０及びエッジ検出部２６０は、実際にはコンピュータを用いて実現され、それぞれの機能に対応するソフトウェアと、これを実行するためのＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ等のハードウェアから構成されている。
【０１０３】
以上のように構成されるエッジ検出装置２０１の動作について、以下に説明する。尚、以下の説明では、第１駆動装置１３０によって被測定物６をＸ方向に移動させてエッジ検出を行う場合を例に採るが、Ｙ方向への移動に関しても同様である。
【０１０４】
まず、エッジ検出装置２０１におけるエッジ検出の原理から説明する。
説明の都合上、まず、被測定物上面における光ビームの照射位置の変化によって、光ビームの反射率及び散乱放射角特性が変わらない場合について考察する。具体的には、散乱のない鏡面、もしくは紙などの被測定物上面の粗面構造が光の波長構造以下である表面などが挙げられる。尚、このような表面を有する被測定物について、被測定物６と区別するため、ここの説明箇所では、非粗面測定物と記す。
【０１０５】
このような状態において、エッジから十分離れた非粗面測定物に集光スポット５２が照射されている場合には、光検出器８（４分割フォトダイオード）上の集光スポット５５の形状は、集光スポット５２の形状を反映したものとなる。つまり、集光スポット５２が円形状であれば、集光スポット５５も円形状となる。
【０１０６】
エッジを検出するには、第１駆動装置１３０により非粗面測定物をＸ方向に移動させることにより、投光系１１０から非粗面測定物に照射される光ビーム５１ａにて非粗面測定物をスキャンし、光ビーム５１ａが非粗面測定物のエッジを通過するようにする。
【０１０７】
光ビーム５１ａの集光スポット５２が非粗面測定物で反射した反射光は、対物レンズ５を透過し、ビームスプリッター４で反射されて、第２レンズ７にて集光され、光検出器８の受光面に入射する。光検出器８の受光面における集光スポット５５の形状は、光ビーム５１ａの集光スポット５２が非粗面測定物で反射される領域に応じて、変化する。その様子を図２８ａから図２８ｃに示す。
【０１０８】
図２８ａは、非粗面測定物上の一部にのみ集光スポット５２が乗っている状態を示し、図２８ｂは、集光スポット５２のちょうど半分が非粗面測定物に乗った状態を示し、図２８ｃは、集光スポット５２の大部分が非粗面測定物に乗っている状態を示す。ここで、光検出器８の４つに分割されている受光面における、領域１１と領域８２との和の受光強度をＩ（Ａ）、領域８３と領域８４との和の受光強度をＩ（Ｂ）とする。
【０１０９】
ここで、非粗面測定物における、図２９ａに示す断面の上面を、集光スポット５２がスキャンしたときの、受光強度Ｉ（Ａ）、Ｉ（Ｂ）を図２９ｂに示す。受光強度Ｉ（Ａ）と受光強度Ｉ（Ｂ）とは、Ｘ方向に分離した信号となるので、図２９ｃに示すように、この差信号、Ｉ（Ａ）−Ｉ（Ｂ）は、図２９ａに示す断面のエッジ位置に対応してピークが現れる。これらのピークの現れるＸ方向の位置を、それぞれエッジ位置とする。
【０１１０】
ここで、仮に、非粗面測定物上の集光スポット５２をデフォーカス（非合焦）した場合での、光検出器８の受光面上における集光スポット５５の、受光強度をＩ’（Ａ）、Ｉ’（Ｂ）とし、これらを図２９ｄに示す。尚、受光強度Ｉ’（Ａ）、Ｉ’（Ｂ）は、上述の受光強度をＩ（Ａ）、Ｉ（Ｂ）に相当する。また、受光強度をＩ’（Ａ）、Ｉ’（Ｂ）の差信号を図２９ｅに示す。
【０１１１】
図２９ｅから明らかなように、光検出器８の受光面上における集光スポット５５がデフォーカスすると、つまり、非粗面測定物に対して投光系１１０がデフォーカスしていると、受光強度Ｉ’（Ａ）と、受光強度Ｉ’（Ｂ）とは、Ｘ方向においてほとんど重なってしまい、これらの差信号を取っても、ピークが小さくなり、エッジ検出精度は低下する。このように、非粗面測定物（被測定物６でも同じ）に対する投光系１１０の集光位置と、受光系１２０の光検出器８の受光位置８ａとが結像関係にあることは、エッジ検出にとって重要である。
【０１１２】
次に、受光系１２０のフォーカス調整、換言すると被測定物６のエッジ検出動作について説明する。
上では非粗面測定物を例に説明したが、エッジ検出装置２０１は、被測定物上面が粗面である金属の場合でもフォーカス調整が可能である。これについても以下に説明する。
投光系１１０に対して、集光スポット５２が最小となる位置に被測定物６の測定面６ａがあるとき、「投光系はフォーカス調整されている」と呼ぶことにする。同様に、被測定物６の測定面６ａと、光検出器８とが結像関係にあるとき、「受光系がフォーカス調整されている」と呼ぶことにする。本実施の形態では、上述したように、光検出器（４分割フォトダイオード）８の受光面の位置は、投光系１１０からの光ビームが集光する位置と結像関係にあるように調整されているので、投光系１１０がフォーカス調整されていると、受光系１２０もフォーカス調整されていることになる。このように、投光系１１０と受光系１２０とがともにフォーカス調整されている状態を、「投受光系がフォーカス調整されている」と呼ぶことにする。
【０１１３】
図３０は、投光系１１０からの光ビーム５１ａで被測定物６の測定面６ａをスキャンするときの、測定面６ａの測定配置位置を示す。即ち、投光系１１０の対物レンズ５と、被測定物６の測定面６ａとの間の、矢印ｂ方向における距離を、測定面６ａが、図に示す（ａ），（ｂ），（ｃ）の各位置に配置されるように、フォーカス検出部２５０は第２駆動装置２４０にて変化させ、さらにフォーカス検出部２５０は、第１駆動装置１３０にて被測定物６を移動させることで、各位置に配置された測定面６ａをスキャンする。尚、位置（ｃ）が投光系１１０の合焦位置に相当し、位置（ａ）が最も非合焦（デフォーカス）の位置に相当する。
【０１１４】
このような設定下で、測定面６ａが粗面である金属に対してスキャンを行い、フォーカス検出部２５０によって、光検出器８の４つの検出部より得られる全信号の和を、被測定物６の送り距離Ｘに対して測定することで、図３１に示すように、位置（ａ）〜（ｃ）に対応する各信号波形が得られる。これらの信号波形から分かるように、位置（ａ）から（ｂ），（ｃ）とフォーカスが合うに従って、投光系１１０の集光スポット５２の径は小さくなり、光検出器８の信号波形も金属の粗面構造を反映して大きな振幅を有するようになる。
【０１１５】
このように、フォーカス検出部２５０によって、投光系１１０の対物レンズ５と、被測定物６の測定面６ａとの間の、矢印ｂ方向における距離を変化させながら、被測定物６の測定面６ａを光ビーム５１ａでスキャンすることを繰り返して、光検出器８からの出力信号における振幅強度が最も大きくなる矢印ｂ方向における距離を見つけることで、投光系１１０のフォーカス調整を行うことができる。即ち、このような手法を採ることで、測定面６ａが粗面である金属に対しても投光系１１０のフォーカス調整が可能となる。
【０１１６】
また、図３１の信号振幅は、投光系１１０がフォーカス調整されているかどうかに依存し、受光系１２０がフォーカス調整されているかどうかには依存しない。しかしながら、エッジ検出装置２０１では、上述のように、予め「投受光系がフォーカス調整されている」状態に設定しているので、受光系１２０のフォーカス調整も同時になされたことになる。したがって、上述の手法を採ることで、測定面６ａが粗面である金属に対しても受光系１２０のフォーカス調整も可能となる。
【０１１７】
尚、光検出器８における４分割の検出部の位置を平面内で移動させ、集光ビーム５５がある一つの検出部上にあるように調整し、その一つの信号の振幅強度を用いてフォーカス検知を行っても良い。
【０１１８】
上述のようにして得られる、測定面６ａが粗面である金属製の被測定物６におけるエッジの測定例を図３２ａ〜図３２ｅに示す。このエッジ検出動作は、エッジ検出部２６０によって実行される。
投受光系がフォーカス調整されている状態で、図３２ａに示すような断面を持つ被測定物６の測定面６ａをスキャンしたときの信号Ｉ（Ａ）、Ｉ（Ｂ）を図３２ｂに示し、この差信号Ｉ（Ａ）−Ｉ（Ｂ）を図３２ｃに示す。図３２ｃにおける両端のピークを与える位置Ｘが被測定物６の両端のエッジ位置に相当する。このエッジ位置を元に、被測定物６の寸法測定を行うことができる。
【０１１９】
尚、投光系１１０はフォーカス調整されているが、受光系１２０はデフォーカスされている場合の信号Ｉ（Ａ）、Ｉ（Ｂ）を図３２ｄに示し、図３２ｅは、その差信号Ｉ（Ａ）−Ｉ（Ｂ）を示している。図３２ｄ及び図３２ｅから明らかなように、測定面６ａが粗面である金属製の被測定物６におけるエッジを測定する場合においても、受光系１２０がデフォーカス状態では、信号Ｉ（Ａ）と信号Ｉ（Ｂ）との差は小さくなり、エッジ測定が困難になる。
【０１２０】
実施の形態６．
実施の形態５では、上述したように、第２駆動装置２４０によって投光系１１０の合焦動作を行い、即ち、被測定物６の測定面６ａにおける集光スポット５２が最小の状態において、エッジ検出用のスキャンを行っている。これに対し、本実施形態６のエッジ検出装置２０２は、合焦後、意図的に集光スポット５２の測定面６ａでの大きさを変化させてデフォーカスしてスキャンを行う。図３３ａ及び図３３ｂに示すように、このためのデフォーカス機構２７０を、エッジ検出装置２０２はさらに備える。尚、エッジ検出装置２０２におけるその他の構成は、エッジ検出装置２０１の構成に同じである。よって、以下では、デフォーカス機構２７０に関する部分についてのみ説明を行う。
【０１２１】
デフォーカス機構２７０を設けることで、投光系１１０の対物レンズ５と被測定物６との距離を変えることなく、投光系１１０における集光スポット５２の測定面６ａでの大きさを変える、つまりデフォーカスさせることができる。その一つの手法として、デフォーカス機構２７０は、光源１と対物レンズ５との間に配置された光学素子間の間隔を変更する。本実施の形態６では、デフォーカス機構２７０は、光源１と第１レンズ３との間の距離ａを変化させて、集光スポット５２のデフォーカスを行う。ここで、ａ＝ａ０に設定すると、投光系１１０からの光ビーム５１ａの集光位置と、光検出器（４分割フォトダイオード）８の受光面の受光位置８ａとは、結像関係にあるように調整されるものとする。被測定物６を測定する前、例えば当該エッジ検出装置２０２を組み立てる段階において、各レンズ間の距離等を正確に測定する等の手段により、上記条件を満たす距離ａ０を探すことは容易である。
【０１２２】
受光系１２０のフォーカス調整のために、まず光源１と第１レンズ３との間の距離をａ＝ａ０に合わせる。その後、実施の形態５で説明した手順により、被測定物６に対する投光系１１０のフォーカス位置を合わせる。そのときの装置構成図を図３３ａに示す。ａ＝ａ０とし、「投受光系がフォーカス調整されている」状態であるので、受光系１２０のフォーカス調整もなされたことになる。
【０１２３】
投光系１１０の集光スポット５２が過小ではない場合は、金属粗面によるノイズも小さく、投受光系がフォーカス調整されている状態でエッジ検出を行なっても問題がない。一方、投光系の集光スポット５２が小さくなり過ぎると、金属粗面によるノイズが大きくなってしまい、エッジ検出精度が劣化する。このような場合、投受光系のフォーカス調整を行った後、デフォーカス機構２７０によって、光源１と第１レンズ３との間の距離をａ＝ａ０から意図的にずらし、受光系１２０はフォーカス状態のまま、投光系１１０のみをデフォーカス状態とする。そのときのエッジ検出装置１０２の配置図を図３３ｂに示す。例えば距離ａ＞ａ０とすることで、被測定物６の測定面６ａにおける投光系１１０の集光スポット５２の大きさは拡大する。
【０１２４】
このように集光スポット５２の大きさを拡大させることで、実施の形態５で述べた効果に加えて、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、投光系１１０が合焦位置にあるときには、図３２ｂに示すように、受光強度には鋭いピークが見られるが、デフォーカス機構２７０によって投光系１１０の集光スポット５２を大きくすることで、光照射領域内の各点の反射信号を積分した信号が光検出器８で検出されることになる。よって、被測定物６の測定面６ａの位置の違いによる反射信号のゆらぎが小さくなり、図３４ａに示すように、受光強度は、なだらかなピークとなる。信号Ｉ（Ａ）、Ｉ（Ｂ）の各波形は、なだらかになるが、信号Ｉ（Ａ）と信号Ｉ（Ｂ）とは、被測定物６の移動方向において左右に分離されたままであるので、図３４ｂに示すように、差信号Ｉ（Ａ）−Ｉ（Ｂ）は、エッジ位置で大きなピークが発現する。このように、デフォーカス機構２７０により、金属粗面によるノイズを低減し、エッジ検出精度を向上させることができる。
【０１２５】
また、投光系１１０からの集光スポット５２を大きくすると、図３３ｂに示されるように、光検出器８の受光面における集光スポット５５が大きくなることから、光検出器８における不感度領域による光量低下を低減することができるという効果もある。即ち、図３５ａ及び図３５ｂに示すように、４分割フォトダイオードは、通常、各検出部同士の境界部に、光に対する感度がない不感度領域８５を有する。よって、図３５ａに示すように、集光スポット５５が小さい場合には、集光スポット５５に対する不感度領域８５の割合が大きい。これに対し図３５ｂに示すように、投光系１１０をデフォーカスし集光スポット５５を大きくすることで、集光スポット５５に対する不感度領域８５の割合は小さくなり、受光領域８１〜８４で受光される光量は増加する。よって、不感度領域による光量低下防止効果が得られる。
【０１２６】
実施の形態７．
上述の実施の形態６では、投光系１１０からの集光スポット５２を拡大させる手法として、上述したようにデフォーカス機構２７０を設け、投光系１１０における光学系の素子間隔を変える手法を採った。
これに対し図３６に示すように、本実施の形態７のエッジ検出装置２０３では、投光系１１０及び受光系１２０におけるフォーカス状態を維持した状態で集光スポット５２を拡大させるために、開口径が可変である絞り機構２９０を設ける。絞り機構２９０は、投光系１１０の光路中に光線束を制限する絞りを有し、これにより実施の形態６の場合と同様の効果を得ることができる。即ち、絞りを小さくしぼることにより生じる回折の効果によって、投光系１１０からの集光スポット５２を大きくするものである。
【０１２７】
絞り機構２９０を設ける手法は、投光系１１０における光学系の素子間隔を変える手法に比べて構造上の変更が少なくて済むという利点がある。また、被測定物６の測定面６ａは、光ビーム５１ａの集光位置にあるので、エッジ検出中に被測定物６の高さが変動したとしても、集光スポット５２の位置変動が小さいという利点もある。
【０１２８】
尚、絞り機構２９０の設置場所は、本実施の形態７における対物レンズ５と被測定物６との間に限定するものではない。
【０１２９】
実施の形態８．
本実施の形態８では、図３７に示すように、例えばワイヤ加工放電等における加工液３１内に配置した被測定物６に対して適用可能なエッジ検出装置２０４について説明する。
エッジ検出装置２０４は、上述した実施の形態５から７におけるエッジ検出装置２０１〜２０３に対して防液構造２８０をさらに備えた構造である。尚、図３７では、例えば図２５に示すエッジ検出装置２０１に防液構造２８０をさらに備えた構成例を示している。また、エッジ検出装置が投光系１１０と受光系１２０とで対物レンズ５を共用しない構成を採る場合には、投光系１１０では対物レンズ５の出射側に、受光系１２０では対物レンズ５の入射側に、それぞれ防液構造２８０を備える構成を採ることができる。
【０１３０】
防液構造２８０は、投光系１１０の鏡筒２に対して対物レンズ５側に防液仕様で取り付けられる。防液構造２８０は、対物レンズ５と被測定物６との間に、投光系１１０から被測定物６へ照射される光ビーム５１ａ及び被測定物６から受光系１２０へ入射する反射光５４が透過する透明な材料からなる窓２８１を有する。このような防液構造２８０は、例えば窓２８１部分が加工液３１に浸される。
【０１３１】
また、第１駆動装置１３０は、加工液３１の外側に配置され、被測定物６を例えばＸ方向に移動させる、あるいは、エッジ検出装置２０４を例えばＸ方向に移動させる。その他の構成は、上述の、エッジ検出装置２０１における構成に同様である。
このように構成されるエッジ検出装置２０４によれば、実施の形態５〜７で述べた効果に加えて、以下の効果をさらに得ることができる。
【０１３２】
即ち、エッジ検出装置２０４によれば、被測定物６のエッジ検出を行う、いわゆる光学ヘッド部分を加工液３１に浸してエッジを検出することが可能になる。詳しく説明すると、防液構造２８０を持たない構造では、エッジ検出装置の光学ヘッド部分が加工液３１に触れないようにして測定を行う必要があり、加工液３１の上から、加工液３１を通してエッジ測定を行うことになる。この場合、加工液３１と空気との界面ゆらぎにより、信号がゆらぎ、正確なエッジ測定ができないという問題がある。一方、この信号のゆらぎを無くすために、加工液３１を一旦排出して測定を行うと、加工液３１の排出に時間を要し、また、被測定物６のエッジ部に残留する加工液滴も測定精度を悪化させるという問題が生じる。このように防液構造２８０を有しないエッジ検出装置は、問題を有する。
【０１３３】
一方、本実施形態８のエッジ検出装置２０４によれば、上述の問題を解決することができ、高速で、かつ精度の良いエッジ計測が可能となる。
【０１３４】
実施の形態９．
上述した実施の形態５〜８におけるエッジ検出装置２０１〜２０４では、投光系１１０から被測定物６に対するレーザ光の合焦機能を備える装置について説明したが、以下の実施の形態９、１０では、既に説明した実施の形態１におけるエッジ検出装置１０１に、実施の形態５のエッジ検出装置２０１における合焦機能を加えたエッジ検出装置について説明を行う。
【０１３５】
図３８には、本実施の形態９によるエッジ検出装置３０１の構成が示されており、このエッジ検出装置３０１は、図１に示す実施の形態１におけるエッジ検出装置１０１に第２駆動装置２４０及びフォーカス検出部２５０を加えた構成を有する。ここで、第２駆動装置２４０及びフォーカス検出部２５０は、実施の形態５で説明したものと同じである。また、光検出器８は、実施の形態５のエッジ検出装置２０１におけるものと同じであり、図２８ａに示すように、一つの受光位置８ａに配置される一つの受光面を複数の検出部に分割したフォトダイオードであり、ここでは受光面を４等分したフォトダイオードである。
このようにエッジ検出装置３０１の構成は、既に説明した構成を組み合わせたものであるので、ここでの説明を省略する。よって以下では、本実施の形態９によるエッジ検出装置３０１の動作について説明を行う。
【０１３６】
エッジ検出装置３０１では、以下のステップに従い被測定物６の計測が行われる。
ステップ１：投光系１１０から照射される光ビームにおける被測定物６の上面までのフォーカス位置を算出する。
ステップ２：フォーカスされた小さなスポットサイズの光ビームにより、被測定物６のエッジ６ｂに沿った複数のＹ軸方向における位置にて、エッジ６ｂと直交するＸ軸方向に被測定物６の表面６ｃのスキャンを行う。
ステップ３：上記スキャンによって光検出器８から得られる複数のデータから、異常データの除去、平均化処理等を行い、被測定物６のエッジ位置を検出する。
【０１３７】
上記ステップ１におけるフォーカス動作、つまり本実施の形態９のエッジ検出装置３０１に備わる第２駆動装置２４０及びフォーカス検出部２５０における動作、について以下に詳しく説明する。尚、このフォーカス動作は、上述の実施の形態５におけるエッジ検出装置２０１における動作に同じである。よって、以下で参照する図面は、上述の実施の形態５において参照した図に同じである。
【０１３８】
投光系１１０からの光ビーム５１ａで被測定物６の測定面６ａをスキャンするときの、測定面６ａの測定配置位置について、図３０に示す。即ち、投光系１１０の対物レンズ５と、被測定物６の測定面６ａとの間の、矢印ｂ方向における距離を、測定面６ａが、図に示す（ａ），（ｂ），（ｃ）の各位置に配置されるように、フォーカス検出部２５０は、第２駆動装置２４０にて変化させ、さらにフォーカス検出部２５０は、第１駆動装置１３０にて被測定物６を移動させることで、各位置に配置された測定面６ａをスキャンする。尚、位置（ｃ）が投光系１１０の合焦位置に相当し、位置（ａ）が最も非合焦（デフォーカス）の位置に相当する。
【０１３９】
このような設定下で、測定面６ａが粗面である金属に対してスキャンを行い、フォーカス検出部２５０によって、光検出器８の４つの検出部より得られる全信号の和を、被測定物６の送り距離Ｘに対して測定することで、図３１に示すように、位置（ａ）〜（ｃ）に対応する各信号波形が得られる。これらの信号波形から分かるように、位置（ａ）から（ｂ），（ｃ）とフォーカスが合うに従って、投光系１１０の集光スポット５２の径は小さくなり、光検出器８の信号波形も金属の粗面構造を反映して大きな振幅を有するようになる。
【０１４０】
このように、フォーカス検出部２５０によって、投光系１１０の対物レンズ５と、被測定物６の測定面６ａとの間の、矢印ｂ方向における距離を変化させながら、被測定物６の測定面６ａを光ビーム５１ａでスキャンすることを繰り返して、光検出器８からの出力信号における振幅強度が最も大きくなる矢印ｂ方向における距離を見つけることで、投光系１１０のフォーカス調整を行うことができる。即ち、このような手法を採ることで、測定面６ａが粗面である金属に対しても投光系１１０のフォーカス調整が可能となる。ここで算出したフォーカス位置でのステージのＺ方向の位置Ｚｆをメモリに記憶しておく。
【０１４１】
以上が上記ステップ１における動作である。尚、上記ステップ２及び上記ステップ３の動作は、上述した実施の形態１〜４で説明した動作に同じであるので、ここでの説明を省略する。
【０１４２】
そして、ステージのＺ方向の位置を、ステップ１で得た位置Ｚｆに合わせることで、ジャストフォーカス位置に被測定物６の測定面６ａを置くことができ、測定面６ａにおけるスポットサイズが小さくなる。本実施の形態９によるエッジ検出装置３０１では、投光系１１０が測定面６ａに照射する光ビームのスポットサイズを小さくした上で、実施の形態１〜４にて説明した、被測定物６における異常なエッジを除外する動作を行うことから、本実施の形態９によるエッジ検出装置３０１は、従来に比べてより正確な被測定物６のエッジ位置を検出することが可能となる。
【０１４３】
実施の形態１０．
実施の形態９におけるエッジ検出装置３０１では、被測定物６のエッジ６ｂに沿った複数の位置において、複数回、光ビームでのスキャンを行うことから、測定時間が長くなるという懸念もある。そこで、本実施の形態１０のエッジ検出装置は、実施の形態９のエッジ検出装置３０１に比べて測定時間の短縮を可能とするものである。
尚、本実施の形態１０のエッジ検出装置３０２の構成は、上述した実施の形態９におけるエッジ検出装置３０１と同じであるが、第２駆動装置２４０及びフォーカス検出部２５０は、以下に説明するように実施の形態９における場合とは異なる動作を行う。
【０１４４】
本実施の形態１０のエッジ検出装置３０２は、以下のステップで被測定物６の計測を行う。
ステップ１：投光系１１０から照射される光ビームにおける被測定物６の上面までのフォーカス位置を算出する。
ステップ２：第２駆動装置２４０によって、投光系１１０が被測定物６の測定面６ａに照射する光ビームのデフォーカスを行う。
ステップ３：デフォーカスされた大きなスポットサイズの光ビームで、被測定物６のエッジ位置を求め、そのエッジ位置をＸ０とする。
ステップ４：フォーカスされた小さなスポットサイズの光ビームにより、被測定物６のエッジに沿った複数のＹ軸方向の位置にて、エッジと直交するＸ軸方向に、エッジ位置Ｘ０の近傍でのみスキャンを行う。
ステップ５：上記スキャンによって光検出器８から得られる複数のデータから、異常データの除去、平均化処理等を行い、被測定物６のエッジ位置を検出する。
【０１４５】
以上の動作によれば、本実施の形態１０のエッジ検出装置３０２は、上記ステップ４においてＸ軸方向へスキャンする幅をエッジ位置Ｘ０の近傍に絞ることから、実施の形態９におけるエッジ検出装置３０１に比べて測定時間を短縮することができる。
【０１４６】
尚、上記ステップ１及び上記ステップ５は、実施の形態９にて説明したステップ１及びステップ２に対応することから、ここでの説明を省略し、以下には、上記ステップ２から上記ステップ４について、詳しく説明する。
【０１４７】
まず、ステップ２について説明する。
上述したステップ１で求めたＺステージの位置Ｚｆから距離Ｚａだけ、第２駆動装置２４０によって投光系１１０を移動させて、被測定物６の測定面６ａに照射する光ビームをデフォーカスさせる。光ビームをデフォーカスさせることによって、光ビームのスポットサイズは拡大する。デフォーカス量に対するスポットサイズの拡大量は、投光系１１０のＦ値（絞り値）に依存するが、例えばＦ＝８の場合について考察する。フォーカス位置での集光スポットのサイズを、回折像の暗環の直径であるエアリディスクで評価する。波長λ＝０．６μｍの場合、エアリディスク直径は、
【０１４８】
φＡｉｒｙ＝２×１．２２×λ×Ｆ
であるので、φＡｉｒｙ＝１２μｍとなる。
【０１４９】
一方、デフォーカス位置でのスポットサイズφｄｅｆｏｃｕｓを幾何光学的に見積もると、
【０１５０】
φｄｅｆｏｃｕｓ  ＝Ｚａ÷Ｆ
である。上記距離Ｚａ＝２００μｍであるとすると、φｄｅｆｏｃｕｓ ＝２５μｍであり、ジャストフォーカス時の約２倍にスポットサイズが拡大する。また、上記距離Ｚａ＝４００μｍとすると、φｄｅｆｏｃｕｓ ＝５０μｍである。
【０１５１】
次に、ステップ３について説明する。
図３９に示すように、上記ステップ２によりデフォーカスされた大きなスポットサイズの光ビーム３５０でＸ軸方向に被測定物６をスキャンする。図３９では、光ビーム３５０が＋Ｘ方向にスキャンされるように示されているが、光ビーム３５０は静止しており、被測定物６が−Ｘ方向にスキャンされても効果は同じである。
【０１５２】
このようなデフォーカスされた光ビーム３５０によって、光検出器８にて得られる信号強度のグラフを図４０に示す。光ビーム３５０のビームサイズが大きいことから、ノイズの少ない滑らかなグラフが得られているが、被測定物６のエッジ近傍でのグラフの傾きは小さい。
また、このスキャンにより、実施の形態１〜４にて説明した方法によってエッジ演算部１４０、エッジ判定部１５０、及びエッジ検出部１６０から得られる、被測定物６のエッジ位置をＸ０とする。
【０１５３】
既に説明したように、被測定物６の側面は、放電パルスによる加工痕のために数μｍの周期で高さ数μｍの凹凸があり、それに伴い被測定物６の表面６ｃと側面の境界であるエッジ部も数μｍのオーダーで形状が揺らいでいる。一方、被測定物６の表面６ｃは、放電加工されておらず、放電加工前の研磨状態が残っている。よって、図１８及び図１９にその一例が示されているように、被測定物６の表面６ｃにも数μｍから数１０μｍオーダーの凹凸１８が存在する。これらの凹凸のために、直径数μｍの小さなビームサイズの光ビームによるスポット照射では、対物レンズ５の外に光線が反射される場合があり、光検出器８にて得られる信号のノイズが大きくなる。
【０１５４】
被測定物６のエッジの方向であるＹ方向にビームサイズが大きくなると、小さいビームサイズの光ビームによってＹ方向に異なる複数の位置でのスキャンを同時に行った場合の信号と同じ結果を得ることができる。よって、光検出器８にて得られる信号のノイズを小さくすることができ、図４０に示すように滑らかなグラフを得ることができる。言い換えると、大きなスポットサイズの光ビームを用いた一回のスキャンは、小さなスポットサイズの光ビームを用いたＹ方向に異なる複数位置でのスキャンを平均化した処理と同等のノイズ低減効果がある。
【０１５５】
一方、スキャン方向であるＸ方向にビームサイズが大きくなると、エッジ近傍におけるグラフの傾きは小さくなってしまう。なぜなら、エッジの欠けや被測定物６の表面６ｃにおける乱反射によるノイズ成分を除くと、光ビームのスキャン位置ｘに対する受光強度の関数Ｃ（ｘ）は、光ビームのＸ方向の強度分布関数Ａ（ｘ）と、点光源の照射による反射光強度関数Ｂ（ｘ）の畳み込み積分したものとなるからである。グラフの傾きが小さいと、エッジ位置の決定精度が悪くなる。
【０１５６】
大きなスポットサイズのビームスキャンにより得られるエッジ位置Ｘ０は、Ｘ方向にビームサイズが大きいために、例えば１μｍ以下の精度で被測定物６エッジ位置を決定することはできないが、光検出器８にて得られる信号のノイズが低減されているので、真のエッジ位置Ｘｔに対して大きく外れていることはない。この様子を模式的に図４１及び図４２に示す。図４１は、小さなスポットサイズの光ビームを一回スキャンすることによって算出されるエッジ位置の誤差量に対して、その誤差量が現れる確率を模式的に示したものである。図４２は、大きなスポットサイズの光ビームを一回スキャンする場合の同様の模式図である。
【０１５７】
次に、ステップ４について説明する。
図４３及び図４４に、小さなスポットサイズの光ビームを複数のＹ方向の位置でスキャンする模式図を示す。エッジ位置がまったく不明である場合、スキャン範囲から真のエッジ位置が外れないようにするために、図４３に示すように、Ｘ方向に大きな幅でスキャンする必要がある。しかし、Ｘ方向のスキャン範囲が大きいと、それだけ測定に時間を要する。
【０１５８】
出願人の実験による知見によれば、光検出器８にて得られる信号のノイズを減らすために十分な平均化を行うためには、Ｙ方向において例えば１０μｍ間隔で異なる５０点の位置について、Ｘ方向にスキャンをする必要がある。エッジ位置が不明である場合は、Ｘ方向のスキャンの幅を例えば１００μｍに設定する必要がある。ここで、例えば１００μｍを１０秒でスキャンすると仮定すると、この測定を終了させるのに、５００秒かかることになる。
【０１５９】
一方、上記ステップ３で求めたエッジ位置Ｘ０の周囲でのみスキャンを行うことにすると、図４４に示すように狭い範囲のスキャンでも、スキャン範囲から真のエッジが外れることがない。例えば、ステップ３で算出したエッジ位置Ｘ０と、真のエッジ位置Ｘｔとの最大誤差が５μｍであるとすれば、スキャン範囲を１０μｍに狭めることができる。この場合、測定に要する時間は、上述のスキャン範囲が１００μｍの場合の１／１０である、５０秒に短縮できる。
【０１６０】
以上詳細に説明したように、本実施の形態１０のエッジ検出装置３０２では、初めにフォーカス位置を検出した後に、被測定物６に対して光ビームをデフォーカスし、大きなスポットサイズの光ビームで大まかなエッジ位置Ｘ０を測定する。その後、被測定物６に対して光ビームをフォーカスし、小さなスポットサイズの光ビームによりエッジ位置Ｘ０の近傍のみにてスキャンを行う。このような動作を行うことで、本実施の形態１０のエッジ検出装置３０２は、実施の形態９で述べた効果に加え、さらに、測定時間を短縮することができるという効果を有する。
【０１６１】
尚、上述した実施の形態９、１０では、光検出器８は、一つの受光面を複数の検出部に分割したフォトダイオードを用いているが、これに限定されず、受光素子に一つのフォトダイオードを用いてもよい。
【０１６２】
尚、上述の様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明は、反射光を元に被測定物におけるエッジ位置を検出するエッジ検出装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１６４】
１  光源、４  ビームスプリッター、５  対物レンズ、６  被測定物、８  光検出器、
１２  反射光量特性、１６  微分波形、
１０１〜１０４  エッジ検出装置、１１０  投光系、１２０  受光系、
１３０  第１駆動装置、１４０  エッジ演算部、１５０  エッジ判定部、
１６０  エッジ検出部、
２０１〜２０４  エッジ検出装置、２４０  第２駆動装置、
２５０  フォーカス検出部、２６０  エッジ検出部、２７０  デフォーカス機構、
２８０  防液機構、２８１  窓、
３０１、３０２  エッジ検出装置。
【図１】
2013150585.tif 000003
【図２ａ】
2013150585.tif 000004
【図２ｂ】
2013150585.tif 000005
【図２ｃ】
2013150585.tif 000006
【図３】
2013150585.tif 000007
【図４】
2013150585.tif 000008
【図５】
2013150585.tif 000009
【図６】
2013150585.tif 000010
【図７】
2013150585.tif 000011
【図８】
2013150585.tif 000012
【図９】
2013150585.tif 000013
【図１０】
2013150585.tif 000014
【図１１】
2013150585.tif 000015
【図１２】
2013150585.tif 000016
【図１３】
2013150585.tif 000017
【図１４】
2013150585.tif 000018
【図１５】
2013150585.tif 000019
【図１６】
2013150585.tif 000020
【図１７】
2013150585.tif 000021
【図１８】
2013150585.tif 000022
【図１９】
2013150585.tif 000023
【図２０】
2013150585.tif 000024
【図２１】
2013150585.tif 000025
【図２２】
2013150585.tif 000026
【図２３】
2013150585.tif 000027
【図２４ａ】
2013150585.tif 000028
【図２４ｂ】
2013150585.tif 000029
【図２５】
2013150585.tif 000030
【図２６】
2013150585.tif 000031
【図２７】
2013150585.tif 000032
【図２８ａ】
2013150585.tif 000033
【図２８ｂ】
2013150585.tif 000034
【図２８ｃ】
2013150585.tif 000035
【図２９ａ】
2013150585.tif 000036
【図２９ｂ】
2013150585.tif 000037
【図２９ｃ】
2013150585.tif 000038
【図２９ｄ】
2013150585.tif 000039
【図２９ｅ】
2013150585.tif 000040
【図３０】
2013150585.tif 000041
【図３１】
2013150585.tif 000042
【図３２ａ】
2013150585.tif 000043
【図３２ｂ】
2013150585.tif 000044
【図３２ｃ】
2013150585.tif 000045
【図３２ｄ】
2013150585.tif 000046
【図３２ｅ】
2013150585.tif 000047
【図３３ａ】
2013150585.tif 000048
【図３３ｂ】
2013150585.tif 000049
【図３４ａ】
2013150585.tif 000050
【図３４ｂ】
2013150585.tif 000051
【図３５ａ】
2013150585.tif 000052
【図３５ｂ】
2013150585.tif 000053
【図３６】
2013150585.tif 000054
【図３７】
2013150585.tif 000055
【図３８】
2013150585.tif 000056
【図３９】
2013150585.tif 000057
【図４０】
2013150585.tif 000058
【図４１】
2013150585.tif 000059
【図４２】
2013150585.tif 000060
【図４３】
2013150585.tif 000061
【図４４】
2013150585.tif 000062
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月4日(2014.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗面を有する金属製の被測定物のエッジを検出するエッジ検出装置であって、
前記被測定物に対して光ビームを照射する投光系と、
投光系から照射され被測定物で反射した光を受光する受光系であり、前記反射した光を検出する光検出器を有する受光系と、
前記被計測物と前記投光系とを互いに直交するＸ方向及びＹ方向に相対的に移動させる第１駆動装置と、
前記光検出器が出力する反射光量特性、及び前記第１駆動装置から得られる位置情報から被測定物のエッジ位置を求めるエッジ位置取得部と、
前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向で規定される面に対して垂直なＺ方向に、前記投光系と前記被測定物とを相対的に移動させる第２駆動装置と、
前記光検出器と電気的に接続され、前記第２駆動装置によって前記被測定物と前記投光系との間の距離を変化させることで前記光検出器から得られる前記反射光量特性の振幅強度が最大となる前記Ｚ方向の位置を検出して前記被測定物に対する前記投光系の合焦位置を決定するフォーカス検出部と、
を備えることを特徴とするエッジ検出装置。
【請求項２】
前記フォーカス検出部で決定された合焦状態をデフォーカスするように、前記第２駆動装置は、前記投光系と前記被測定物とを相対的に移動させ、前記被測定物における前記光ビームのスポット径が前記合焦状態におけるスポット径よりも大きい状態にて、前記第１駆動装置は、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向のいずれか一方に沿って前記被測定物及び前記投光系を移動し、この移動に伴い前記エッジ位置取得部は、前記光検出器から前記反射光量特性の変化を取得して大まかなエッジ位置を取得し、
得られた大まかなエッジ位置において、前記フォーカス検出部は、前記合焦位置を決定し、この合焦位置における光ビームにて、前記第１駆動装置は、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向の前記いずれか一方に沿って、前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向のいずれか他方における前記被測定物の複数のｍ箇所に対して、前記被測定物及び前記投光系を移動し、前記エッジ位置取得部は、前記移動に伴い前記光検出器から前記反射光量特性の変化を取得し、取得したｍ個の反射光量特性変化を平均化処理してエッジ位置を求める、
請求項１に記載のエッジ検出装置。
【請求項３】
前記大まかなエッジ位置を取得する前記光ビームの前記スポット径は、前記合焦状態とした前記光ビームの前記スポット径の２倍以上である、請求項２に記載のエッジ検出装置。
【請求項４】
前記大まかなエッジ位置を取得する前記光ビームの前記スポット径は、前記被測定物の表面の凹凸の周期以上である、請求項２又は３に記載のエッジ検出装置。
【請求項５】
前記エッジ位置取得部は、前記光検出器から得られる反射光量特性のピーク強度から決定される強度閾値と前記ｍ個の反射光量特性とから各エッジ位置を求め、このエッジ位置の中から前記被測定物の最外縁部のエッジを取得し、得られた最外縁部のエッジと各エッジ位置との差分値を求めるエッジ演算部と、
差分閾値を有し、前記エッジ演算部にて求めた差分値の絶対値が前記差分閾値よりも大きな値に対応する反射光量特性を除外して異常なエッジ位置を除外するエッジ判定部と、
前記エッジ判定部にて除外されたもの以外の残りの反射光量特性を平均化し真のエッジ位置を求めるエッジ検出部と、
を有する請求項２から４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項６】
前記エッジ位置取得部は、前記光検出器から得られる反射光量特性の微分波形を求め、この微分波形のピーク値から各エッジ位置を求め、このエッジ位置の中から被測定物の最外縁部のエッジを取得し、得られた最外縁部のエッジと各エッジ位置との差分値を求めるエッジ演算部と、
差分閾値を有し、前記エッジ演算部にて求めた差分値が前記差分閾値よりも大きな値に対応する反射光量特性を除外して異常なエッジ位置を除外するエッジ判定部と、
前記エッジ判定部にて除外されたもの以外の残りの反射光量特性を平均化し、さらにこの微分波形を求めて真のエッジ位置を求めるエッジ検出部と、
を有する請求項２から４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項７】
前記エッジ位置取得部は、前記光検出器から得られる反射光量特性の微分波形を求め、この微分波形のピーク値を求めるエッジ演算部と、
微分閾値を有し、前記エッジ演算部にて求めたピーク値が前記微分閾値以下の値に対応する反射光量特性を除外して異常なエッジ位置を除外するエッジ判定部と、
前記エッジ判定部にて除外されたもの以外の残りの反射光量特性を平均化し、さらにこの微分波形を求めて真のエッジ位置を求めるエッジ検出部と、
を有する請求項２から４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項８】
前記エッジ位置取得部は、前記光検出器から得られる反射光量特性のピーク強度（１３）を求めるエッジ演算部と、
ピーク強度閾値を有し、前記エッジ演算部にて求めたピーク強度が前記ピーク強度閾値以下の値に対応する反射光量特性を除外するエッジ判定部と、
前記エッジ判定部にて除外されたもの以外の残りの反射光量特性を平均化して真のエッジ位置を求めるエッジ検出部と、
を有する請求項２から４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【国際調査報告】
2013150585.tif 000063
2013150585.tif 000064
2013150585.tif 000065
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