(57)【要約】【課題】対象物の一部において計測した距離に発生し得るノイズを容易に除去する。【解決手段】光学計測装置１００は、光を発する光源１０と、対象物ＴＡに反射された反射光の受光量を検出する受光部４０と、反射光の受光量に基づいて、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離を計測する計測部５１と、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物ＴＡの一部を検出する検出部５２と、を備える。【選択図】図１
2019124634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学計測装置であって、
光を発する光源と、
対象物に反射された反射光の受光量を検出する受光部と、
前記反射光の受光量に基づいて、前記光学計測装置から前記対象物までの距離を計測する計測部と、
前記反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい前記対象物の一部を検出する検出部と、を備える、
光学計測装置。
【請求項２】
前記計測部は、前記検出部が前記対象物の一部を検出したときに、前記距離を計測しない、
請求項１に記載の光学計測装置。
【請求項３】
前記光は複数の波長成分を含み、
前記光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を前記対象物に照射し、前記反射光を集光する光学系をさらに備え、
前記受光部は、前記波長成分毎に受光量を検出可能である、
請求項１又は２に記載の光学計測装置。
【請求項４】
前記計測部は、前記反射光の前記波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、前記距離を計測する、
請求項３に記載の光学計測装置。
【請求項５】
前記検出部が前記対象物の一部を検出しなかったときに、前記反射光の単位時間当たりの受光量に基づいて、前記しきい値を設定する設定部をさらに備える、
請求項３又は４に記載の光学計測装置。
【請求項６】
前記設定部は、前記検出部が前記対象物の一部を検出しなかったときに、前記反射光の前記波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量の１／１０を、前記しきい値に設定し、
前記検出部は、前記反射光の前記波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量が前記しきい値より小さいときに、前記対象物の一部を検出する、
請求項５に記載の光学計測装置。
【請求項７】
光学計測装置が使用する光学計測方法であって、
光を光源が発するステップと、
前記対象物に反射された反射光の受光量を受光部が検出するステップと、
前記反射光の受光量に基づいて、前記光学計測装置から前記対象物までの距離を計測部が計測するステップと、
前記反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい前記対象物の一部を検出部が検出するステップと、を含む、
光学計測方法。
【請求項８】
前記計測するステップは、前記対象物の一部を検出するステップにおいて前記対象物の一部を前記検出部が検出したときに、前記距離を前記計測部が計測しないことを含む、
請求項７に記載の光学計測方法。
【請求項９】
前記光は複数の波長成分を含み、
前記光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を対象物に光学系が照射し、前記反射光を前記光学系が集光するステップをさらに含み、
前記受光部は、前記波長成分毎に受光量を検出可能である、
請求項７又は８に記載の光学計測方法。
【請求項１０】
前記計測するステップは、前記反射光の前記波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、前記計測部が前記距離を計測することを含む、
請求項９に記載の光学計測方法。
【請求項１１】
前記対象物の一部を検出するステップにおいて前記対象物の一部を前記検出部が検出しなかったときに、前記反射光の単位時間当たりの受光量に基づいて、前記しきい値を設定部が設定するステップをさらに含む、
請求項９又は１０に記載の光学計測方法。
【請求項１２】
前記設定するステップは、前記対象物の一部を検出するステップにおいて前記対象物の一部を前記検出部が検出しなかったときに、前記反射光の前記波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量の１／１０を、前記設定部が前記しきい値に設定することを含み、
前記対象物の一部を検出するステップは、前記反射光の前記波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量が前記しきい値より小さいときに、前記対象物の一部を前記検出部が検出することを含む、
請求項１１に記載の光学計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学計測装置及び光学計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光学測定装置として、投光部より投射された光を受光して受光量に対応する信号を出力する受光部と、測定対象物のエッジ位置の検出のためのしきい値を設定する設定手段と、受光部の出力信号に基づいて得られる受光量分布と設定手段により設定されたしきい値との交点の位置を概略エッジ位置として求めるエッジ抽出手段と、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。この光学測定装置では、ユーザがモニタ装置の表示部を見ながら受光量分布の最大レベルと最小レベルとの間にしきい値を設定することにより、受光量分布としきい値との交点位置が概略エッジ位置として求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、装置から対象物までの距離を計測する際に、例えば対象物の端部での距離が、実際の距離よりも著しく高い値（飛び値）になることがあった。この場合、装置の利用者は、計測した距離に発生した著しく高い値、つまり、ノイズを、実際の距離とは異なる値であることに気付かずに使用してしまうおそれがあった。
【０００５】
計測した距離に発生するノイズを除去するために、従来は、受光量に対するしきい値をあらかじめ設定しておき、距離を計測したときに対象物からの反射光の受光量が当該しきい値より低い場合、計測した距離に除去していた。
【０００６】
しかしながら、反射光の受光量は、対象物の種類に加え、距離の計測周期、装置又は対象物が移動する場合の移動速度等の計測条件によって大きく変化してしまう。そのため、従来の方法では、受光量に影響を及ぼす計測条件ごとにしきい値を設定する必要があり、対象物の端部で計測した距離に発生し得るノイズを除去することは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、対象物の一部において計測した距離に発生し得るノイズを容易に除去することのできる光学計測装置及び光学計測方法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】
【０００８】
本発明の一態様に係る光学計測装置は、光学計測装置であって、光を発する光源と、対象物に反射された反射光の受光量を検出する受光部と、反射光の受光量に基づいて、光学計測装置から対象物までの距離を計測する計測部と、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物の一部を検出する検出部と、を備える。
【０００９】
この態様によれば、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物の一部が検出される。ここで、単位時間あたりの受光量は、単なる受光量と比較して、計測条件による変化が少なく、対象物ごとにほぼ一定の値であることを、本発明の発明者は見出した。よって、反射光の単位時間当たりの受光量に基づくことにより、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物の一部を検出することができ、当該対象物の一部を検出したときに、計測した距離を除去することが可能となる。従って、当該対象物の一部において計測した距離に発生し得るノイズを容易に除去することができる。
【００１０】
前述した態様において、計測部は、検出部が対象物の一部を検出したときに、距離を計測しなくてもよい。
【００１１】
この態様によれば、検出部が対象物の一部を検出したときに、距離が計測されない。これにより、対象物の一部における距離に発生し得るノイズの値を、利用者が使用するリスクを低減することができる。
【００１２】
前述した態様において、光は複数の波長成分を含み、光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を対象物に照射し、反射光を集光する光学系をさらに備え、受光部は波長成分毎に受光量を検出可能であってもよい。
【００１３】
この態様によれば、複数の波長成分を含む光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光が対象物に照射され、対象物に反射された反射光が集光され、波長成分毎に受光量が検出可能となる。これにより、対象物の一部において計測した距離に発生し得るノイズを除去する白色共焦点方式の光学計測装置を、容易に実現することができる。
【００１４】
前述した態様において、計測部は、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、距離を計測してもよい。
【００１５】
この態様によれば、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、距離が計測される。これにより、反射光の波長成分毎の受光量分布において、ピーク以外の波長成分が距離に及ぼす影響を抑制し、対象物に焦点が合ったピークの受光量に基づいて距離を計測することができる。従って、光学計測装置から対象物までの距離を、安定して高精度に計測することができる。
【００１６】
前述した態様において、検出部が対象物の一部を検出しなかったときに、反射光の単位時間当たりの受光量に基づいて、しきい値を設定する設定部をさらに備えてもよい。
【００１７】
この態様によれば、対象物の一部を検出しなかったときに、反射光の単位時間当たりの受光量に基づいて、しきい値が設定される。ここで、対象物の一部における反射光の単位時間あたりの受光量は、対象物の材料ごとにほぼ一定であって、対象物の一部以外における反射光の単位時間あたりの受光量より十分に小さい値であることを、本発明の発明者は見出した。よって、対象物の一部を検出しなかったとき、つまり、対象物の一部以外のときの反射光の単位時間あたりの受光量に基づくしきい値を設定することにより、当該しきい値と反射光の単位時間あたりの受光量とを比較することで、対象物の一部を容易に検出することができる。
【００１８】
前述した態様において、設定部は、検出部が対象物の一部を検出しなかったときに、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量の１／１０を、しきい値に設定し、検出部は、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さいときに、対象物の一部を検出してもよい。
【００１９】
この態様によれば、対象物の一部を検出しなかったときに、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量の１／１０が、しきい値に設定される。また、波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さいときに、対象物の一部が検出される。ここで、対象物の一部の反射光の受光量分布において、対象物の一部に焦点が合ったピークの波長成分の単位時間あたりの受光量は、対象物の材料ごとにほぼ一定であって、対象物の一部以外の反射光の受光量分布において、当該一部以外に焦点が合ったピークの波長成分の単位時間あたりの受光量の１／１０より小さい値であることを、本発明の発明者は見出した。よって、対象物の一部を検出しなかったとき、つまり、対象物の一部以外のときの反射光の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間あたりの受光量の１／１０をしきい値に設定し、当該しきい値と、反射光の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間あたりの受光量とを比較することにより、対象物の一部を更に容易に検出することができる。
【００２０】
また、本発明の他の態様に係る光学計測方法は、光学計測装置が使用する光学計測方法であって、光を光源が発するステップと、対象物に反射された反射光の受光量を受光部が検出するステップと、反射光の受光量に基づいて、光学計測装置から対象物までの距離を計測部が計測するステップと、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物の一部を検出部が検出するステップと、を含む。
【００２１】
この態様によれば、反射光の単位時間当たりの受光量に基づいて、対象物の一部が検出される。ここで、単位時間あたりの受光量は、単なる受光量と比較して、計測条件による変化が少なく、対象物ごとにほぼ一定の値であることを、本発明の発明者は見出した。よって、反射光の単位時間当たりの受光量に基づくことにより、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物の一部を検出することができ、当該対象物の一部を検出したときに、計測した距離を除去することが可能となる。従って、当該対象物の一部において計測した距離に発生し得るノイズを容易に除去することができる。
【００２２】
前述した態様において、計測するステップは、対象物の一部を検出するステップにおいて対象物の一部を検出部が検出したときに、距離を計測部が計測しないことを含んでもよい。
【００２３】
この態様によれば、検出部が対象物の一部を検出したときに、距離が表示されない。これにより、対象物の一部における距離に発生し得るノイズの値を、利用者が使用するリスクを低減することができる。
【００２４】
前述した態様において、光は複数の波長成分を含み、光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を対象物に光学系が照射し、反射光を光学英が集光するステップをさらに備え、受光部は波長成分毎に受光量を検出可能であってもよい。
【００２５】
この態様によれば、複数の波長成分を含む光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光が対象物に照射され、対象物に反射された反射光が集光され、波長成分毎に受光量が検出可能となる。これにより、対象物の一部において計測した距離に発生し得るノイズを除去する白色共焦点方式の光学計測方法を、容易に実現することができる。
【００２６】
前述した態様において、計測するステップは、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、計測部が距離を計測することを含んでもよい。
【００２７】
この態様によれば、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの受光量に基づいて、距離が計測される。これにより、反射光の波長成分毎の受光量分布において、ピーク以外の波長成分が距離に及ぼす影響を抑制し、対象物に焦点が合ったピークの受光量に基づいて距離を計測することができる。従って、光学計測装置から対象物までの距離を、安定して高精度に計測することができる。
【００２８】
前述した態様において、対象物の一部を検出するステップにおいて対象物の一部を検出部が検出しなかったときに、反射光の単位時間当たりの受光量に基づいて、しきい値を設定部が設定するステップをさらに含んでもよい。
【００２９】
この態様によれば、対象物の一部を検出しなかったときに、反射光の単位時間当たりの受光量に基づいて、しきい値が設定される。ここで、対象物の一部における反射光の単位時間あたりの受光量は、対象物の材料ごとにほぼ一定であって、対象物の一部以外における反射光の単位時間あたりの受光量より十分に小さい値であることを、本発明の発明者は見出した。よって、対象物の一部を検出しなかったとき、つまり、対象物の一部以外のときの反射光の単位時間あたりの受光量に基づくしきい値を設定することにより、当該しきい値と、反射光の単位時間あたりの受光量とを比較することで、対象物の一部を容易に検出することができる。
【００３０】
前述した態様において、設定するステップは、対象物の一部を検出するステップにおいて対象物の一部を検出部が検出しなかったときに、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量の１／１０を、設定部がしきい値に設定することを含み、対象物の一部を検出するステップは、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さいときに、対象物の一部を検出部が検出することを含んでもよい。
【００３１】
この態様によれば、対象物の一部を検出しなかったときに、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量の１／１０が、しきい値に設定される。また、反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さいときに、対象物の一部が検出される。ここで、対象物の一部の反射光の受光量分布において、対象物の一部に焦点が合ったピークの波長成分の単位時間あたりの受光量は、対象物の材料ごとにほぼ一定であって、対象物の一部以外の反射光の受光量分布において、当該一部以外に焦点が合ったピークの波長成分の単位時間あたりの受光量の１／１０より小さい値であることを、本発明の発明者は見出した。よって、対象物の一部を検出しなかったとき、つまり、対象物の一部以外のときの反射光の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間あたりの受光量の１／１０をしきい値に設定し、当該しきい値と、反射光の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間あたりの受光量とを比較することにより、対象物の一部を更に容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、対象物の一部において計測した距離に発生し得るノイズを容易に除去することのできる光学計測装置及び光学計測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本実施形態に係る光学計測装置の概略構成を例示する図である。
【図２】図２は、計測した距離と単位時間あたりの受光量との関係を例示する図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る光学計測装置が計測する距離と、従来例に係る光学計測装置が計測する距離との関係を例示するグラフである。
【図４】図４は、センサヘッドの移動速度が５［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。
【図５】図５は、センサヘッドの移動速度が５［ｍｍ／ｓ］、計測周期が１［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。
【図６】図６は、センサヘッドの移動速度が５［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５００［μｓ］で計測した距離を例示するグラフである。
【図７】図７は、センサヘッドの移動速度が１［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。
【図８】図８は、センサヘッドの移動速度が１［ｍｍ／ｓ］、計測周期が１［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。
【図９】図９は、センサヘッドの移動速度が１［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５００［μｓ］で計測した距離を例示するグラフである。
【図１０】図１０は、センサヘッドの移動速度が５［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００３５】
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る光学計測装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る光学計測装置１００の概略構成を例示する図である。
【００３６】
図１に示すように、光学計測装置１００は、光源１０と、導光部２０と、センサヘッド３０と、受光部４０と、制御部５０と、表示部６０と、を備える。光学計測装置１００は、当該装置から、具体的にはセンサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離を所定の計測周期で計測する。光学計測装置１００は、ある位置を基準とした距離の変化、つまり、変位を計測してもよい。
【００３７】
光源１０は、複数の波長成分を含む光を発するように構成されている。光源１０は、制御部５０から入力される制御信号に基づいて動作し、例えば、制御信号に基づいて光の光量を変更する。光源１０は、例えば白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を含んで構成され、白色光を発生させる。但し、光源１０が発する光は、光学計測装置１００に要求される距離範囲をカバーする波長範囲を含む光であればよく、白色光に限定されるものではない。
【００３８】
導光部２０は、光を伝搬するためのものである。導光部２０は、例えば、第１ケーブル２１と、第２ケーブル２２と、第３ケーブル２３と、光カプラ２４と、を備える。
【００３９】
第１ケーブル２１は、その一端（図１において左端）が光源１０と光学的に接続している。第２ケーブル２２は、その一端（図１において右端）がセンサヘッド３０と光学的に接続している。第３ケーブル２３は、その一端（図１において左端）が受光部４０と光学的に接続している。第１ケーブル２１の他端（図１において右端）及び第３ケーブル２３の他端（図１において右端）と、第２ケーブル２２の他端（図１において左端）とは、光カプラ２４を介して光学的に結合されている。
【００４０】
光カプラ２４は、第１ケーブル２１から入射された光を第２ケーブル２２に伝送するとともに、第２ケーブル２２から入射された光を分割して第１ケーブル２１及び第３ケーブル２３にそれぞれ伝送する。なお、光カプラ２４によって第２ケーブル２２から第１ケーブル２１に伝送された光は、光源１０において終端される。
【００４１】
光カプラ２４は、例えば融着延伸型（溶融延伸型）の光カプラを含んで構成される。一方、第１ケーブル２１、第２ケーブル２２、及び第３ケーブル２３は、それぞれ、例えば光ファイバで構成される。各光ファイバは、単一のコアを有するシングルコアであってもよいし、複数のコアを有するマルチコアであってもよい。
【００４２】
センサヘッド３０は、対象物ＴＡに光を照射するためのものである。また、センサヘッド３０は、対象物ＴＡからの反射光を集光するためのものでもある。センサヘッド３０は、例えば、コリメータレンズ３１と、回折レンズ３２と、対物レンズ３３と、を備える。
【００４３】
コリメータレンズ３１は、第２ケーブルから入射された光を平行光に変換するように構成されている。回折レンズ３２は、平行光に光軸方向に沿う色収差を生じさせるように構成されている。対物レンズ３３は、色収差を生じさせた光を対象物ＴＡに集めて照射するように構成されている。回折レンズ３２によって軸上色収差を発生させているので、対物レンズ３３から照射される光は、波長ごとに異なる距離（位置）に焦点を有する。
【００４４】
図１に示す例では、焦点距離が相対的に長い第１波長の光Ｌ１と、焦点距離が相対的に短い第２波長の光Ｌ２とを示している。第１波長の光Ｌ１は対象物ＴＡの表面で焦点が合う（焦点を結ぶ）一方、第２波長の光Ｌ２は対象物ＴＡの手前で焦点が合う（焦点を結ぶ）。
【００４５】
対象物ＴＡの表面で反射された光は、対物レンズ３３及び回折レンズ３２を通ってコリメータレンズ３１で集光され、第２ケーブル２２に入射する。反射光のうちの第１波長の光Ｌ１は、共焦点となる第２ケーブル２２の端面において焦点が合い、そのほとんどが第２ケーブル２２に入射する。一方、その他の波長は、第２ケーブル２２の端面で焦点が合わず、第２ケーブル２２に入射しない。第２ケーブル２２に入射した反射光は、光カプラ２４によってその一部が第３ケーブル２３に伝送され、受光部４０に出射される。
【００４６】
第２ケーブル２２が光ファイバである場合、そのコアはピンホールに相当する。よって、光ファイバのコア径を小さくすることにより、反射光を集光するピンホールが小さくなり、対象物ＴＡの表面に焦点の合った波長の光を安定して検出することができる。
【００４７】
なお、本実施形態に係るセンサヘッド３０は、本発明の「光学系」の一例に相当する。
【００４８】
受光部４０は、対象物ＴＡの表面で反射され、センサヘッド３０で集光された反射光の受光量を検出するためのものである。受光部４０は、例えば、コリメータレンズ４１と、回折格子４２と、調整レンズ４３と、受光センサ４４と、処理回路４５と、を備える。
【００４９】
コリメータレンズ４１は、第３ケーブルから入射された光を平行光に変換するように構成されている。回折格子４２は、この平行光を波長成分毎に分光（分離）するように構成されている。調整レンズ４３は、分光された波長別の光のスポット径を調整するように構成されている。
【００５０】
受光センサ４４は、分光された光に対し、波長成分毎に受光量を検出可能に構成されている。受光センサ４４は、複数の受光素子を含んで構成される。各受光素子は、回折格子４２の分光方向に対応させて一次元に配列されている。これにより、各受光素子は、分光された各波長成分の光に対応して配置される。なお、各受光素子は、回折格子４２の分光方向を含む検出面上に、二次元に配列されていてもよい。
【００５１】
各受光素子は、処理回路４５から入力される制御信号に基づいて、所定の露光時間の間に受光した光の受光量に応じて電荷を蓄積する。そして、各受光素子は、処理回路４５から入力される制御信号に基づいて、露光時間以外、つまり、非露光時間の間に、蓄積した電荷に応じた電気信号を出力する。これにより、露光時間に受光した受光量が電気信号に変換される。
【００５２】
処理回路４５は、受光センサ４４による受光を制御するように構成されている。また、処理回路４５には、受光センサ４４の各受光素子から入力される電気信号ついて、制御部５０に出力するための信号処理を行うように構成されている。処理回路４５は、例えば、増幅回路と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路と、を含んで構成される。増幅回路は、各受光素子から入力された電気信号を所定のゲインでそれぞれ増幅する。そして、Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された各受光素子の電気信号に対し、標本化、量子化、及び符号化を行って、デジタル信号に変換する。これにより、各受光素子が検出した受光量がデジタル値に変換される。
【００５３】
制御部５０は、光学計測装置１００の各部の動作を制御するように構成されている。制御部５０は、例えば、ＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ)等のマイクロプロセッサと、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ)、ＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ)、バッファメモリ等のメモリと、を含んで構成される。制御部５０は、その機能構成として、例えば、計測部５１と、検出部５２と、設定部５３と、を備える。
【００５４】
計測部５１は、反射光の受光量に基づいて、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離、詳細にはセンサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離、を計測するように構成されている。図１に示す例では、当該距離は、Ｚ軸方向の距離である。具体的には、計測部５１は、受光センサ４４の各受光素子によって出力された電気信号から、対象物ＴＡの反射光の波長成分毎の受光量分布を得る。そして、計測部５１は、この受光量分布におけるピークの波長に基づいて、距離を計測する。
【００５５】
前述したように、センサヘッド３０から焦点が合う点までの距離は波長によって異なるので、受光センサ４４から得た受光量分布におけるピークの波長は、センサヘッド３０から照射され、対象物ＴＡで焦点が合った光の波長である。そして、当該波長は、センサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離に対応する。図１に示す例では、対象物ＴＡの表面で焦点が合う第１波長の光Ｌ１が、受光量分布のピークの波長として現れる。
【００５６】
波長と距離との関係（対応）は、制御部５０のメモリ等にあらかじめ記憶される。計測部５１がこの関係を参照することで、反射光の受光量分布におけるピークの波長成分に基づいて、距離が計測される。これにより、反射光の波長成分毎の受光量分布において、ピーク以外の波長成分が距離に及ぼす影響を抑制し、対象物ＴＡに焦点が合ったピークの波長成分に基づいて距離を計測することができる。従って、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離を、安定して高精度に計測することができる。
【００５７】
検出部５２は、反射光の単位時間あたりの受光量が後述するしきい値より小さい対象物ＴＡの端部を検出するように構成されている。単位時間あたりの受光量は、受光量を露光時間で除算して求められる。
【００５８】
ここで、図２及び図３を参照しつつ、対象物ＴＡの端部の検出について説明する。図２は、計測した距離と単位時間あたりの受光量との関係を例示する図である。図２のグラフにおいて、横軸は図１に示すＸ軸方向の位置であり、一方の縦軸（図２において左側の縦軸）は光学計測装置１００で計測した距離であり、他方の縦軸（図２において右側の縦軸）は受光量／露光時間である。図３は、本実施形態に係る光学計測装置１００が計測する距離と、従来例に係る光学計測装置が計測する距離との関係を例示するグラフである。図３において、横軸は図１に示すＸ軸方向の位置であり、縦軸は光学計測装置１００又は従来例に係る光学計測装置で計測した距離である。また、図２及び図３における距離は、対象物ＴＡに対して、センサヘッド３０又は従来例に係るセンサヘッドを図１に示すＸ軸方向に移動させて計測される。
【００５９】
図２に示すように、対象物ＴＡの一方の端部（図２において左端部）において、破線で示す計測部５１が計測した距離には、ノイズ（飛び値）が発生している。一方、実線で示す受光量／露光時間、つまり、単位時間あたりの受光量は、当該一方の端部において、ほぼ一定の値である。ここで、単位時間あたりの受光量は、単なる受光量と比較して、計測条件による変化が少なく、対象物ごとにほぼ一定の値であることを、発明者は見出した。よって、反射光の単位時間当たりの受光量に基づくことにより、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物ＴＡの端部を検出することができ、対象物ＴＡの端部を検出したときに、計測した距離を除去することが可能となる。従って、対象物ＴＡの端部において計測した距離に発生し得るノイズを容易に除去することができる。
【００６０】
検出部５２が対象物ＴＡの端部を検出したときに、計測部５１は、センサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離を計測しないように構成されている。これは、例えば、検出部５２が対象物ＴＡの端部を検出したときに、計測部５１が距離を計測せずに、基準値、一例では「ゼロ」を出力することによって、実現される。あるいは、検出部５２が対象物ＴＡの端部を検出したときに、計測部５１が、計測した距離をメモリ等に記憶させて記録を残す一方、表示部６０に出力しないことによって、実現してもよい。
【００６１】
図３に示すように、破線で示す従来例に係る光学計測装置が計測する距離は、一部の範囲においてノイズ（飛び値）が発生している。一方、実線で示す光学計測装置１００が計測する距離は、当該範囲において計測部５１が計測した距離を表示しない。このように、検出部５２が対象物ＴＡの端部を検出したときに、計測部５１が距離を計測しないことにより、対象物ＴＡの端部における距離に発生し得るノイズの値を、利用者が使用するリスクを低減することができる。
【００６２】
図１の説明に戻ると、設定部５３は、検出部５２が対象物ＴＡの端部を検出しなかったときに、対象物ＴＡの反射光の単位時間あたりの受光量に基づいて、しきい値を設定するように構成されている。設定部５３に設定されたしきい値は、例えば、検出部５２が端部を検出しなかった対象物（以下、「第１対象物」という）の後に距離が計測される対象物であって、第１対象物と同一材料の対象物（以下、「第２対象物」という）に適用される。但し、設定部５３に設定されたしきい値は、検出部５２が端部を検出しなかった対象物と同一の対象物に適用してもよい。
【００６３】
設定部５３によってしきい値が設定される場合、検出部５２は、第１対象物と同一材料である第２対象物の反射光の単位時間あたりの受光量が、しきい値より小さいときに、第２対象物の端部を検出してもよい。ここで、対象物の端部における反射光の単位時間あたりの受光量は、対象物の材料ごとにほぼ一定であって、対象物の端部以外における反射光の単位時間あたりの受光量より十分に小さい値であることを、発明者は見出した。よって、第１対象物の端部を検出しなかったとき、つまり、第１対象物の端部以外のときの反射光の単位時間あたりの受光量に基づくしきい値を設定することにより、当該しきい値と、同一材料である第２対象物の反射光の単位時間あたりの受光量とを比較することで、第２対象物の端部を容易に検出することができる。
【００６４】
また、設定部５３は、反射光の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量に基づいて、しきい値を設定してもよい。
【００６５】
例えば、設定部５３は、検出部５２が第１対象物の端部を検出しなかったときに、第１対象物の反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量の１／１０を、しきい値に設定してもよい。この場合、検出部５２は、第２対象物の反射光の波長成分毎の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さいときに、第２対象物の端部を検出してもよい。ここで、対象物の端部の反射光の受光量分布において、対象物の端部に焦点が合ったピークの波長成分の単位時間あたりの受光量は、対象物の材料ごとにほぼ一定であって、対象物の端部以外の反射光の受光量分布において、当該端部以外に焦点が合ったピークの波長成分の単位時間あたりの受光量の１／１０より小さい値であることを、発明者は見出した。よって、第１対象物の端部を検出しなかったとき、つまり、第１対象物の端部以外のときの反射光の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間あたりの受光量の１／１０をしきい値に設定し、当該しきい値と、同一材料である第２対象物の反射光の受光量分布におけるピークの波長成分の単位時間あたりの受光量とを比較することにより、第２対象物の端部を更に容易に検出することができる。
【００６６】
表示部６０は、計測された距離を表示するように構成されている。表示部６０は、さらに、設定内容、動作状態、通信状態等を表示するように構成されていてもよい。表示部６０は、例えば、複数桁の７又は１１セグメントディスプレイと、複数色で発光する表示灯とを含んで構成される。
【００６７】
次に、図４から図９を参照しつつ、複数の異なる計測条件下における光学計測装置１００の計測結果を説明する。図４は、センサヘッド３０の移動速度が５［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。図５は、センサヘッド３０の移動速度が５［ｍｍ／ｓ］、計測周期が１［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。図６は、センサヘッド３０の移動速度が５［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５００［μｓ］で計測した距離を例示するグラフである。図７は、センサヘッド３０の移動速度が１［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。図８は、センサヘッド３０の移動速度が１［ｍｍ／ｓ］、計測周期が１［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。図９は、センサヘッド３０の移動速度が１［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５００［μｓ］で計測した距離を例示するグラフである。各図において、横軸は図１に示すＸ軸方向の位置であり、縦軸は光学計測装置１００で計測した距離である。また、センサヘッド３０の移動方向は、図１に示すＸ軸方向であり、対象物ＴＡは、その材料としてステンレス（ＳＵＳ）で構成されている。さらに、比較のために、従来例に係る光学計測装置で計測した距離を破線で示す。
【００６８】
図４から図９に示すように、破線で示す従来例に係る光学計測装置が計測する距離は、それぞれの計測条件において、対象物の端部と思われる一部の範囲でノイズ（飛び値）が発生している。これに対し、実線で示す光学計測装置１００が計測する距離は、当該範囲において距離が計測されない。図４から図９では、すべて同一材料の対象物ＴＡの距離を計測しているので、検出部５２は、設定部５３が設定するしきい値に関して、異なる計測条件であっても同一のものを用い、対象物ＴＡの端部を検出している。
【００６９】
次に、図１０を参照しつつ、異なる材料の対象物ＴＡに対する光学計測装置１００の計測結果を説明する。図１０は、センサヘッド３０の移動速度が５［ｍｍ／ｓ］、計測周期が５［ｍｓ］で計測した距離を例示するグラフである。すなわち、図１０は、前述した図４と同一の計測条件で計測したグラフである。図１０において、横軸は図１に示すＸ軸方向の位置であり、縦軸は光学計測装置１００で計測した距離である。また、センサヘッド３０の移動方向は、図１に示すＸ軸方向であり、対象物ＴＡは、その材料としてガラスで構成されている。さらに、比較のために、従来例に係る光学計測装置で計測した距離を破線で示す。
【００７０】
図１０に示すように、実線で示す光学計測装置１００が計測する距離は、図４から図９と同様に、対象物の端部と思われる範囲において距離が計測されない。図１０では、図４から図９の例とは異なる材料の対象物ＴＡの距離を計測しているので、設定部５３は、図４から図９の例とは異なるしきい値を設定する。検出部５２は、この図４から図９の例とは異なるしきい値を用い、対象物ＴＡの端部を検出している。
【００７１】
本実施形態では、検出部５２が対象物ＴＡの端部を検出する例を示したが、これに限定されるものではない。検出部５２は、反射光の単位時間あたりの受光量がしきい値より小さい対象物ＴＡの一部であれば、例えば対象物ＴＡの凹凸や傷等を検出してもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、光学計測装置１００が白色共焦点方式である例を示したが、これに限定されるものではない。光学計測装置は、例えば三角測距方式であってもよい。この場合、光学計測装置は、光を発する光源と、対象物ＴＡに反射された反射光の受光量を検出する受光部と、反射光の受光量に基づいて、光学計測装置から対象物ＴＡまでの距離を計測する計測部と、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物の端部を検出する検出部と、を備えていればよい。
【００７３】
以上のように、本実施形態では、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物の端部が検出される。ここで、単位時間あたりの受光量は、単なる受光量と比較して、計測条件による変化が少なく、対象物ごとにほぼ一定の値であることを、本発明の発明者は見出した。よって、反射光の単位時間当たりの受光量に基づくことにより、計測条件ごとにしきい値を設定することなく、反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より対象物ＴＡの一部を検出することができ、対象物ＴＡの端部を検出したときに、計測した距離を除去することが可能となる。従って、対象物ＴＡの一部において計測した距離に発生し得るノイズを容易に除去することができる。
【００７４】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【００７５】
（附記）
１．光学計測装置１００であって、
光を発する光源１０と、
対象物ＴＡに反射された反射光の受光量を検出する受光部４０と、
反射光の受光量に基づいて、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離を計測する計測部５１と、
反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物ＴＡの一部を検出する検出部５２と、を備える、
光学計測装置１００。
７．光学計測装置１００が使用する光学計測方法であって、
光を光源１０が発するステップと、
対象物ＴＡに反射された反射光の受光量を受光部４０が検出するステップと、
反射光の受光量に基づいて、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離を計測部５１が計測するステップと、
反射光の単位時間当たりの受光量がしきい値より小さい対象物ＴＡの一部を検出部５２が検出するステップと、を含む、
光学計測方法。
【符号の説明】
【００７６】
１０…光源、２０…導光部、２１…第１ケーブル、２２…第２ケーブル、２３…第３ケーブル、２４…光カプラ、３０…センサヘッド、３１…コリメータレンズ、３２…回折レンズ、３３…対物レンズ、４０…受光部、４１…コリメータレンズ、４２…回折格子、４３…調整レンズ、４４…受光センサ、４５…処理回路、５０…制御部、５１…計測部、５２…検出部、５３…設定部、６０…表示部、１００…光学計測装置、Ｌ１，Ｌ２…光、ＴＡ…対象物
【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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【図１０】
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