(57)【要約】【課題】小型化・高精度化を同時に満たす距離測定装置、被測定対象物の傾き及び距離を測定することができる光学測定装置及び光学測定装置における距離算出方法を提供する。【解決手段】  距離測定用レーザ光源２０から出射された距離測定用レーザ光Ｌは、コリメータレンズ２２を介して略平行光とされ、基準姿勢にある被測定物体Ｗの表面に斜めから入光するよう距離測定用レーザ光源２０及びコリメータレンズ２２の配置位置が調整されている。つまり、距離測定用レーザ光Ｌは入射角θ度（＞０度）で入光する。ワークＷ（測定対象物）の表面における距離測定用レーザ光Ｌの正反射光（距離測定用正反射光Ｌ）は、コリメータレンズ１７を挟んでコリメータレンズ２２と線対称の位置に配された収束レンズ２３によって収束され、反射ミラー２４及び偏光ビームスプリッタ１４を介して撮像素子２４の撮像面上に照射される。収束レンズ２３は、これを透過した距離測定用正反射光Ｌ’の焦点位置Ｆが撮像素子２４の撮像面の前方に位置するように配置されている。【選択図】  図１
2005241621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物に光を照射しその正反射光に基づいて当該測定対象物の距離を測定する距離測定装置であって、
前記測定対象物に光を投光する距離測定用投光手段と、
前記被測定対象物からの正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズを通過した光を受光する距離測定用受光手段と、
前記距離測定用受光手段の受光面における前記正反射光の照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する距離測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用受光手段までの反射光路とは所定角度をなす構成であるとともに、前記投光光路は前記被測定対象物とは垂直な基線軸に対して所定角度を有する構成であり、
前記距離測定用受光手段の受光面は前記反射光路に沿って前記収束レンズの焦点位置よりも前記収束レンズ側またはその反対側に配されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
被測定対象物に光を照射しその拡散反射光に基づいて当該測定対象物の距離を測定する距離測定装置であって、
前記測定対象物に光を投光する距離測定用投光手段と、
前記被測定対象物からの拡散反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズを通過した光を受光する距離測定用受光手段と、
前記距離測定用受光手段の受光面における前記拡散反射光の照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する距離測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用受光手段までの反射光路とは所定角度をなす構成であり、
前記距離測定用受光手段の受光面は前記反射光路に沿って前記収束レンズの焦点位置よりも前記収束レンズ側またはその反対側に配されていることを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
前記距離測定用投光手段は平行光を出射する構成とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記距離測定用投光手段は収束光を出射する構成とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項５】
被測定対象物に光を照射しその正反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）を撮像面に照射させる距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項６】
被測定対象物に光を照射しその正反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項７】
被測定対象物に光を照射しその拡散正反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による反射光を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による反射光を撮像面に照射させる距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項８】
被測定対象物に光を照射しその拡散反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による反射光の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項９】
前記コリメータレンズは、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変える第１のコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変える第２のコリメータレンズとから構成されており、
前記両平行光を合流させて前記分岐手段に導く光合流手段を備えることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項１０】
被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を収束光に変える収束レンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）を撮像面に照射させる距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項１１】
被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を収束光に変える収束レンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項１２】
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段をそれぞれパルス駆動することで交互にパルス点灯するとともに、
前記測定手段は、前記角度測定用投光手段の点灯に同期して前記角度測定用撮像手段の撮像面における前記集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定し、他方、前記距離測定用投光手段の点灯に同期して前記距離測定用撮像手段の撮像面における前記照射位置に基づいて前記被測定対象物の距離を測定することを特徴とする請求項５ないし請求項１１に記載の光学測定装置。
【請求項１３】
前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは互いに異なる波長帯の光を出射する構成とされており、
前記角度測定用正反射光及び距離測定用正反射光のうち一方を反射させ他方を透過させることで、前記角度測定用正反射光を前記角度測定用撮像手段に導くとともに、前記距離測定用正反射光を前記距離測定用撮像手段に導く光分岐用ダイクロイックミラーを備えることを特徴とする請求項５ないし請求項１２のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項１４】
前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは、互いに同一の偏光方向とされている偏光光を出射する構成とされているとともに、前記分岐手段は偏光ビームスプリッタから構成されており、
他方、前記被測定対象物は、鏡面状の表面を有する鏡面体とされており、
前記偏光ビームスプリッタと被測定対象物との間に配され、前記偏光ビームスプリッタからの光を透過させるとともに、前記角度測定用正反射光と前記距離測定用正反射光とを透過させる１／４波長板を備えることを特徴とする請求項５ないし請求項１３のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項１５】
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段はレーザ光源から構成されていることを特徴とする請求項５ないし請求項１４のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項１６】
前記距離測定用投光手段から出射された光が前記被測定対象物に照射されたときのスポット形状が前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用撮像手段までの反射光路との離間方向に沿って長い楕円形状となるように構成されていることを特徴とする請求項５ないし請求項１５のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項１７】
前記測定手段による測定に先だって、基準となる測定対象物が距離測定方向における少なくとも二つの異なる設定距離にあるときに、可動機構により前記基準となる測定対象物の姿勢を前記光軸を中心とした少なくとも対称４方向にわたって当該光軸に対して複数の異なる角度に単位角度毎に傾斜させたときに、前記各設定距離において前記距離測定用撮像手段上の照射位置の座標値（照射位置座標）と、前記可動機構により設定された各傾角とを関連付けた距離関連情報を取得し、これらを記憶する記憶手段を備え、
前記測定手段は、
前記角度測定用撮像手段における集光位置から前記被測定対象物の傾角を測定するとともに、前記記憶手段に記憶された前記距離関連情報群から前記角度測定用撮像手段の集光位置に基づいて測定された傾角と関連付けられた前記距離測定用撮像手段の照射位置座標を選択し、その照射位置座標に基づいて前記被測定対象物の距離を算出することを特徴とする請求項５ないし請求項１６のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項１８】
前記測定手段は、
前記角度測定用撮像素子の集光位置に基づいて算出した傾角に基づいて前記記憶手段に記憶されている距離関連情報群のうち少なくとも２つの距離関連情報から当該傾角に関連付けられた照射位置座標を選択するとともに、それら照射位置座標から直線を算出し、前記距離測定用撮像手段の照射位置情報を前記直線上の任意の座標の座標値に置換する置換処理を行なうことで前記距離を算出することを特徴とする請求項１７に記載の光学測定装置。
【請求項１９】
前記置換処理は、前記照射位置の座標値を含み、かつ、前記直線と直交する直線（直交線）を算出する直交変換処理を行い、その直交線と前記直線との交点の座標値に置換することを特徴とする請求項１８に記載の光学測定装置。
【請求項２０】
前記測定手段は、
前記傾角が前記距離関連情報群内に存在しないときには、
前記記憶手段に記憶されている各距離関連情報について一方向における傾角を一定としたときの他方向における傾角毎の照射位置座標群から曲線補間により近似曲線をそれぞれ生成する曲線生成処理を行ない、
少なくとも２つの距離関連情報から前記傾角に対して少なくとも直近大小の傾角に関連付けられた照射位置座標群に基づいて互いに交差する１組の仮想近似曲線（仮想近似曲線組）をそれぞれ生成し、それぞれの仮想近似曲線組から得られる複数の交点から直線を生成することを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の光学測定装置。
【請求項２１】
被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置の距離算出方法において、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配する光学測定装置における距離算出方法であって、
前記測定手段が前記測定に先だって、可動機構により、基準となる測定対象物を距離測定方向における少なくとも二つの異なる設定距離に移動させるとともに、それらの各設定距離において前記基準となる測定対象物の姿勢を前記光軸を中心とした少なくとも対称４方向にわたって複数の異なる角度に傾斜させる処理と、
前記可動機構により設定された前記設定距離において前記距離測定用撮像手段上の照射位置の座標値（照射位置座標）と、前記可動機構により設定された各傾角とを関連付けた距離関連情報を、記憶手段に記憶させる処理と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置から前記被測定対象物の傾角を測定するとともに、前記距離関連情報群から前記角度測定用撮像手段の集光位置に基づいて測定された傾角に関連付けられている照射位置座標を選択し、その照射位置座標に基づいて前記被測定対象物の距離を算出する処理とを実行することを特徴とする光学測定装置における距離算出方法。
【請求項２２】
前記測定手段は、
前記角度測定用撮像素子の集光位置に基づいて算出した傾角に基づいて前記記憶手段に記憶されている距離関連情報群のうち少なくとも２つの距離関連情報から当該傾角に関連付けられた照射位置座標を選択する処理と、
それら照射位置座標から直線を算出する処理と、
前記距離測定用撮像手段の照射位置情報を前記直線上の任意の座標の座標値に置換する置換処理を行なうことで前記距離を算出することを特徴とする請求項１９に記載の光学測定装置における距離算出方法。
【請求項２３】
前記置換処理は、前記照射位置の座標値を含み、かつ、前記直線と直交する直線（直交線）を算出する直交変換処理を行い、その直交線と前記直線との交点の座標値に置換する処理であることを特徴とする請求項２０に記載の光学測定装置における距離算出方法。
【請求項２４】
前記測定手段は、
前記傾角が前記距離関連情報群内に存在しないときには、
前記記憶手段に記憶されている各距離関連情報について一方向における傾角を一定としたときの他方向における傾角毎の照射位置座標群から曲線補間により近似曲線をそれぞれ生成する曲線生成処理と、
少なくとも２つの距離関連情報から前記傾角に対して少なくとも直近大小の傾角に関連付けられた照射位置座標群に基づいて互いに交差する１組の仮想近似曲線（仮想近似曲線組）をそれぞれ生成し、それぞれの仮想近似曲線組から得られる複数の交点から直線を生成する処理を行なうことを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の光学測定装置における距離算出方法。
【請求項２５】
被測定物体に光を照射しその正反射光に基づいて前記被測定物体の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
前記被測定物体に向けて略平行光としての光を照射する角度測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光の照射方向に対して所定角度傾いた方向から略平行光としての光を前記被測定物体に照射するよう配された距離測定用投光手段と、
撮像手段と、
前記角度測定用投光手段から前記被測定物体に照射されて正反射した角度測定用正反射光を前記撮像手段の撮像面上に導く角度測定用導光手段と、
前記距離測定用投光手段から前記被測定物体に照射されて正反射した距離測定用正反射光を、同じく前記撮像手段の撮像面上に導く距離測定用導光手段と、
前記角度測定用正反射光の光路途中に配されて、その角度測定用正反射光を収束しその焦点を前記撮像手段の前記撮像面上に形成させる角度測定用受光光学系と、
前記距離測定用正反射光の光路途中に配されて、その距離測定用正反射光を収束しその焦点を前記撮像手段の撮像面の前方または後方に外れた位置に形成させる角度測定用受光光学系と、
前記撮像手段の撮像面上における、前記角度測定用正反射光の入光位置及び前記距離測定用正反射光の入光位置に基づいて前記被測定物体の傾き及び距離を測定する測定手段とを備えていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項２６】
被測定物体に光を照射しその拡散反射光に基づいて前記被測定物体の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
前記被測定物体に向けて略平行光としての光を照射する角度測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光の照射方向に対して所定角度傾いた方向から略平行光としての光を前記被測定物体に照射するよう配された距離測定用投光手段と、
撮像手段と、
前記角度測定用投光手段から前記被測定物体に照射されて反射した角度測定用反射光を前記撮像手段の撮像面上に導く角度測定用導光手段と、
前記距離測定用投光手段から前記被測定物体に照射されて反射した距離測定用反射光を、同じく前記撮像手段の撮像面上に導く距離測定用導光手段と、
前記角度測定用反射光の光路途中に配されて、その角度測定用正反射光を収束しその焦点を前記撮像手段の前記撮像面上に形成させる角度測定用受光光学系と、
前記距離測定用反射光の光路途中に配されて、その距離測定用正反射光を収束しその焦点を前記撮像手段の撮像面の前方または後方に外れた位置に形成させる角度測定用受光光学系と、
前記撮像手段の撮像面上における、前記角度測定用正反射光の入光位置及び前記距離測定用正反射光の入光位置に基づいて前記被測定物体の傾き及び距離を測定する測定手段とを備えていることを特徴とする光学測定装置。
【請求項２７】
前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とを選択的に点灯動作させる構成とし、
前記測定手段は、前記角度測定用投光手段の点灯動作に同期して前記撮像面上における前記角度測定用正反射光の入光位置に基づいて前記被測定物体の傾きを測定し、他方、前記距離測定用投光手段の点灯動作に同期して前記撮像面上における前記距離測定用正反射光の入光位置に基づいて前記被測定物体の距離を測定することを特徴とする請求項２６に記載の光学測定装置。
【請求項２８】
前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは互いに異なる波長帯の光を出射するよう構成され、
前記撮像手段は、前記異なる各波長帯の光を識別可能な構成になっていることを特徴とする請求項２６または請求項２７に記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、距離測定装置、光学測定装置及び光学測定装置における距離算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  被測定対象物の距離を測定する距離測定装置として、三角測距の原理を用いたものが知られている。これは図４４に示すように、投光光学系３１０がその光軸ＬＣをワークＷの光照射面に対して所定の角度を有するように配されているとともに、受光光学系３２０がその光軸ＬＣ’を光照射面に対して所定の角度を有するように配されている。
投光光学系３１０を構成する投光素子３１１から出射した光は同じく投光光学系３１０を構成するコリメータレンズ３１２にて収束光に変換され、この後、当該収束光がワークＷの光照射面に照射される。そして、ワークＷの光照射面を反射した光（拡散反射光）が受光光学系３２０を構成する集光レンズ３２１で収束され、同じく受光光学系３２０を構成する撮像素子３２２の受光面に集光されるようになっている。
このように構成すれば、ワークＷの距離が変化することに伴って、撮像素子３２２の受光面における反射光の集光位置が変化するから、受光面における集光位置に基づいてワークＷの距離を算出することができる。【０００３】  ところで、上記距離測定装置では小型化・高精度化が要望されている。
まず、小型化を図ろうとする場合には、投光光学系３１０及び受光光学系３２０の光軸ＬＣ，ＬＣ’とワークＷの光照射面とのなす角θを小さくすることが考えられる。このなす角θを小さくすることで投受光光学系３１０，３２０が互いに接近することとなるから、装置を小型化することが可能となる。
一方、測定精度を高精度化しようとする場合、投受光光学系３１０，３２０の光軸ＬＣ，ＬＣ’と光照射面とのなす角θを増大させるようにすればよい。こうすれば、例えばなす角をθよりも小さいθ１（θ１＜θ）とした場合と比較して、ワークＷの距離の変化量を同一としても受光面における集光位置の変化を大きくすることができる。換言すれば、距離測定の分解能を向上させることができるのである。【０００４】  しかしながら、上記の要望は互いに相反する要素である。即ち、小型化を図ろうとすると測定精度が低下し、他方、測定精度を向上させようとすると小型化が困難となる。このため、双方の要望を同時に満たすことは極めて困難とされていた。【０００５】  また、被測定対象物の距離及び傾きを測定する光学測定装置として特許文献２及び特許文献２のものが開示されている。
このうち、特許文献２のものは三角測距の原理を用いて被測定対象物の距離及び傾きを測定するものであり、距離測定用光学系と傾き測定用光学系とを備えている。変位測定用光学系では、レンズにより収束された投光素子からの光を被測定対象物に対して斜めから投射し、反射光をレンズにより収束して撮像手段の撮像面に結像する構成とされており、その撮像面における結像位置により被測定対象物の距離を測定することができる。【０００６】  傾き測定用光学系は、レンズにより平行光とされた投光素子からの光を被測定対象物に対して斜めから投射し、反射光をレンズにより収束して撮像手段の撮像面に結像する構成とされており、その撮像面における結像位置により被測定対象物の傾きを測定することができる。【０００７】  一方、特許文献２のものは投光素子からの光を被測定対象物に照射し、レンズにより集光された被測定対象物からの拡散反射光を変位測定用撮像手段に受光するとともに、正反射光をプリズムで反射させて傾き測定用撮像手段にて受光する構成とされている。これにより、変位測定用撮像手段における光の照射位置に基づいて被測定対象物の変位が測定されるとともに、傾き測定用撮像手段における光の照射位置に基づいて被測定対象物の傾きが測定されるのである。
【特許文献１】特開平８−２４０４０８号公報
【特許文献２】特開平１１−１５３４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  ところで、上記装置では、三角測距の原理を用いているから、被測定対象物の距離により、投光素子から投光された光の照射位置、即ち、測定位置がずれる。特に、角度測定においては２種類の被測定対象物相互間の相対角度を測定する二面検出にも適用されるため、このような場合には二面の相対角度を正確に測定することができない。これに対して、投光素子からの光を被測定対象物の変位方向に沿った方向に照射させることで測定点のずれを無くすることはできるが、そうすると、変位測定用光学系と傾き測定用光学系が同軸上に配されることとなるため、距離の測定を行なうことができない。
また、被測定対象物は材質等が多岐にわたっており、例えば鏡面体の傾き及び距離を測定する場合がある。一般に鏡面体は拡散反射が生じ難いという性質を有しているため、拡散反射光に基づいて距離を測定する上記特許文献１の装置では正確な測定を行なうことができない。【０００９】  本発明は上記のような事情に鑑みて創案されたものであって、小型化・高精度化を同時に満たす距離測定装置、被測定対象物の傾き及び距離を測定することができる光学測定装置及び光学測定装置における距離算出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】
【００１０】  上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、被測定対象物に光を照射しその正反射光に基づいて当該測定対象物の距離を測定する距離測定装置であって、
前記測定対象物に光を投光する距離測定用投光手段と、
前記被測定対象物からの正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズを通過した光を受光する距離測定用受光手段と、
前記距離測定用受光手段の受光面における前記正反射光の照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する距離測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用受光手段までの反射光路とは所定角度をなす構成であるとともに、前記投光光路または前記反射光路は前記被測定対象物とは垂直な基線軸に対して所定角度を有する構成であり、
前記距離測定用受光手段の受光面は前記反射光路に沿って前記収束レンズの焦点位置よりも前記収束レンズ側またはその反対側に配されているところに特徴を有する。【００１１】  請求項２の発明は、被測定対象物に光を照射しその拡散反射光に基づいて当該測定対象物の距離を測定する距離測定装置であって、
前記測定対象物に光を投光する距離測定用投光手段と、
前記被測定対象物からの拡散反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズを通過した光を受光する距離測定用受光手段と、
前記距離測定用受光手段の受光面における前記拡散反射光の照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する距離測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用受光手段までの反射光路とは所定角度をなす構成であり、
前記距離測定用受光手段の受光面は前記反射光路に沿って前記収束レンズの焦点位置よりも前記収束レンズ側またはその反対側に配されているところに特徴を有する。【００１２】  請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記距離測定用投光手段は平行光を出射する構成とされているところに特徴を有する。【００１３】  請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記距離測定用投光手段は収束光を出射する構成とされているところに特徴を有する。【００１４】  請求項５の発明は、被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）を撮像面に照射させる距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されているところに特徴を有する。【００１５】  請求項６の発明は、被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されているところに特徴を有する。【００１６】  請求項７の発明は、被測定対象物に光を照射しその拡散正反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による反射光を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による反射光を撮像面に照射させる距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されているところに特徴を有する。【００１７】  請求項８の発明は、被測定対象物に光を照射しその拡散反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による反射光の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されているところに特徴を有する。【００１８】  請求項９の発明は、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の光学測定装置。前記コリメータレンズは、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変える第１のコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変える第２のコリメータレンズとから構成されており、
前記両平行光を合流させて前記分岐手段に導く光合流手段を備えるところに特徴を有する。【００１９】  請求項８の発明は、被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を収束光に変える収束レンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）を撮像面に照射させる距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されているところに特徴を有する。【００２０】  請求項９の発明は、被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記距離測定用投光手段からの光を収束光に変える収束レンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配されていることを特徴とする光学測定装置。【００２１】  請求項１０の発明は、請求項５ないし請求項９に記載のものにおいて、前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段をそれぞれパルス駆動することで交互にパルス点灯するとともに、
前記測定手段は、前記角度測定用投光手段の点灯に同期して前記角度測定用撮像手段の撮像面における前記集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定し、他方、前記距離測定用投光手段の点灯に同期して前記距離測定用撮像手段の撮像面における前記照射位置に基づいて前記被測定対象物の距離を測定するところに特徴を有する。【００２２】  請求項１１の発明は、請求項５ないし請求項１０のいずれかに記載のものにおいて、
前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは互いに異なる波長帯の光を出射する構成とされており、
前記角度測定用正反射光及び距離測定用正反射光のうち一方を反射させ他方を透過させることで、前記角度測定用正反射光を前記角度測定用撮像手段に導くとともに、前記距離測定用正反射光を前記距離測定用撮像手段に導く光分岐用ダイクロイックミラーを備えることを特徴とする。【００２３】  請求項１２の発明は、請求項５ないし請求項１１のいずれかに記載のものにおいて、前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは、互いに同一の偏光方向とされている偏光光を出射する構成とされているとともに、前記分岐手段は偏光ビームスプリッタから構成されており、
他方、前記被測定対象物は、鏡面状の表面を有する鏡面体とされており、
前記偏光ビームスプリッタと被測定対象物との間に配され、前記偏光ビームスプリッタからの光を透過させるとともに、前記角度測定用正反射光と前記距離測定用正反射光とを透過させる１／４波長板を備えるところに特徴を有する。【００２４】  請求項１３の発明は、請求項５ないし請求項１２のいずれかに記載のものにおいて、前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段はレーザ光源から構成されているところに特徴を有する。【００２５】  請求項１４の発明は、請求項５ないし請求項１３のいずれかに記載のものにおいて、前記距離測定用投光手段から出射された光が前記被測定対象物に照射されたときのスポット形状が前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用撮像手段までの反射光路との離間方向に沿って長い楕円形状となるように構成されているところに特徴を有する。【００２６】  請求項１５の発明は、請求項５ないし請求項１４のいずれかに記載のものにおいて、前記測定手段による測定に先だって、基準となる測定対象物が距離測定方向における少なくとも二つの異なる設定距離にあるときに、可動機構により前記基準となる測定対象物の姿勢を前記光軸を中心とした少なくとも対称４方向にわたって当該光軸に対して複数の異なる角度に単位角度毎に傾斜させたときに、前記各設定距離において前記距離測定用撮像手段上の照射位置の座標値（照射位置座標）と、前記可動機構により設定された各傾角とを関連付けた距離関連情報を取得し、これらを記憶する記憶手段を備え、
前記測定手段は、
前記角度測定用撮像手段における集光位置から前記被測定対象物の傾角を測定するとともに、前記記憶手段に記憶された前記距離関連情報群から前記角度測定用撮像手段の集光位置に基づいて測定された傾角と関連付けられた前記距離測定用撮像手段の照射位置座標を選択し、その照射位置座標に基づいて前記被測定対象物の距離を算出するところに特徴を有する。【００２７】  請求項１６の発明は、請求項１５に記載のものにおいて、前記測定手段は、前記角度測定用撮像素子の集光位置に基づいて算出した傾角に基づいて前記記憶手段に記憶されている距離関連情報群のうち少なくとも２つの距離関連情報から当該傾角に関連付けられた照射位置座標を選択するとともに、それら照射位置座標から直線を算出し、前記距離測定用撮像手段の照射位置情報を前記直線上の任意の座標の座標値に置換する置換処理を行なうことで前記距離を算出するところに特徴を有する。【００２８】  請求項１７の発明は、請求項１６に記載のものにおいて、前記置換処理は、前記照射位置の座標値を含み、かつ、前記直線と直交する直線（直交線）を算出する直交変換処理を行い、その直交線と前記直線との交点の座標値に置換するところに特徴を有する。【００２９】  請求項１８の発明は、請求項１６または請求項１７に記載のものにおいて、前記測定手段は、
前記傾角が前記距離関連情報群内に存在しないときには、
前記記憶手段に記憶されている各距離関連情報について一方向における傾角を一定としたときの他方向における傾角毎の照射位置座標群から曲線補間により近似曲線をそれぞれ生成する曲線生成処理を行ない、
少なくとも２つの距離関連情報から前記傾角に対して少なくとも直近大小の傾角に関連付けられた照射位置座標群に基づいて互いに交差する１組の仮想近似曲線（仮想近似曲線組）をそれぞれ生成し、それぞれの仮想近似曲線組から得られる複数の交点から直線を生成するところに特徴を有する。【００３０】  請求項１９の発明は、被測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの被測定対象物の傾き及び距離を測定する光学測定装置の距離算出方法において、
角度測定に用いる角度測定用投光手段と、
距離測定に用いる距離測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段及び前記距離測定用投光手段からの光を平行光に変えるコリメータレンズと、
前記コリメータレンズよりも前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側、又は、前記被測定対象物側に配され、前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段からの光を前記被測定対象物の方向に導くとともに、前記被測定対象物からの正反射光を前記角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段側とは異なる方向に分岐させる分岐手段と、
前記正反射光を収束させる収束レンズと、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記角度測定用投光手段からの光による正反射光（角度測定用正反射光）を撮像面に集光させる角度測定用撮像手段と、
前記収束レンズにより収束された前記正反射光のうち前記距離測定用投光手段からの光による正反射光（距離測定用正反射光）の焦点位置から光軸方向に前後にずらして撮像面を配し、この撮像面に距離測定用正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定するとともに、前記角度測定用撮像手段における集光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における照射位置に基づいて前記被測定対象物までの距離を測定する測定手段とを備え、
前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの光路が基線軸に対して所定の角度を有するように配する光学測定装置における距離算出方法であって、
前記測定手段が前記測定に先だって、可動機構により、基準となる測定対象物を距離測定方向における少なくとも二つの異なる設定距離に移動させるとともに、それらの各設定距離において前記基準となる測定対象物の姿勢を前記光軸を中心とした少なくとも対称４方向にわたって複数の異なる角度に傾斜させる処理と、
前記可動機構により設定された前記設定距離において前記距離測定用撮像手段上の照射位置の座標値（照射位置座標）と、前記可動機構により設定された各傾角とを関連付けた距離関連情報を、記憶手段に記憶させる処理と、
前記角度測定用撮像手段における集光位置から前記被測定対象物の傾角を測定するとともに、前記距離関連情報群から前記角度測定用撮像手段の集光位置に基づいて測定された傾角に関連付けられている照射位置座標を選択し、その照射位置座標に基づいて前記被測定対象物の距離を算出する処理とを実行するところに特徴を有する。【００３１】  請求項２０の発明は、請求項１９に記載のものにおいて、前記測定手段は、
前記角度測定用撮像素子の集光位置に基づいて算出した傾角に基づいて前記記憶手段に記憶されている距離関連情報群のうち少なくとも２つの距離関連情報から当該傾角に関連付けられた照射位置座標を選択する処理と、
それら照射位置座標から直線を算出する処理と、
前記距離測定用撮像手段の照射位置情報を前記直線上の任意の座標の座標値に置換する置換処理を行なうことで前記距離を算出するところに特徴を有する。【００３２】  請求項２１の発明は、請求項２０に記載のものにおいて、前記置換処理は、前記照射位置の座標値を含み、かつ、前記直線と直交する直線（直交線）を算出する直交変換処理を行い、その直交線と前記直線との交点の座標値に置換する処理であることを特徴とする【００３３】  請求項２２の発明は、請求項２０または請求項２１に記載のものにおいて、前記測定手段は、
前記傾角が前記距離関連情報群内に存在しないときには、
前記記憶手段に記憶されている各距離関連情報について一方向における傾角を一定としたときの他方向における傾角毎の照射位置座標群から曲線補間により近似曲線をそれぞれ生成する曲線生成処理と、
少なくとも２つの距離関連情報から前記傾角に対して少なくとも直近大小の傾角に関連付けられた照射位置座標群に基づいて互いに交差する１組の仮想近似曲線（仮想近似曲線組）をそれぞれ生成し、それぞれの仮想近似曲線組から得られる複数の交点から直線を生成する処理を行なうことを特徴とする。【００３４】  請求項２３の発明は、被測定物体に光を照射しその反射光に基づいて前記被測定物体の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
前記被測定物体に向けて略平行光としての光を照射する角度測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光の照射方向に対して所定角度傾いた方向から略平行光としての光を前記被測定物体に照射するよう配された距離測定用投光手段と、
撮像手段と、
前記角度測定用投光手段から前記被測定物体に照射されて正反射した角度測定用正反射光を前記撮像手段の撮像面上に導く角度測定用導光手段と、
前記距離測定用投光手段から前記被測定物体に照射されて正反射した距離測定用正反射光を、同じく前記撮像手段の撮像面上に導く距離測定用導光手段と、
前記角度測定用正反射光の光路途中に配されて、その角度測定用正反射光を収束しその焦点を前記撮像手段の前記撮像面上に形成させる角度測定用受光光学系と、
前記距離測定用正反射光の光路途中に配されて、その距離測定用正反射光を収束しその焦点を前記撮像手段の撮像面の前方または後方に外れた位置に形成させる角度測定用受光光学系と、
前記撮像手段の撮像面上における、前記角度測定用正反射光の入光位置及び前記距離測定用正反射光の入光位置に基づいて前記被測定物体の傾き及び距離を測定する測定手段とを備えているところに特徴を有する。【００３５】  請求項２６の発明は被測定物体に光を照射しその拡散反射光に基づいて前記被測定物体の傾き及び距離を測定する光学測定装置であって、
前記被測定物体に向けて略平行光としての光を照射する角度測定用投光手段と、
前記角度測定用投光手段からの光の照射方向に対して所定角度傾いた方向から略平行光としての光を前記被測定物体に照射するよう配された距離測定用投光手段と、
撮像手段と、
前記角度測定用投光手段から前記被測定物体に照射されて反射した角度測定用反射光を前記撮像手段の撮像面上に導く角度測定用導光手段と、
前記距離測定用投光手段から前記被測定物体に照射されて反射した距離測定用反射光を、同じく前記撮像手段の撮像面上に導く距離測定用導光手段と、
前記角度測定用反射光の光路途中に配されて、その角度測定用正反射光を収束しその焦点を前記撮像手段の前記撮像面上に形成させる角度測定用受光光学系と、
前記距離測定用反射光の光路途中に配されて、その距離測定用正反射光を収束しその焦点を前記撮像手段の撮像面の前方または後方に外れた位置に形成させる角度測定用受光光学系と、
前記撮像手段の撮像面上における、前記角度測定用正反射光の入光位置及び前記距離測定用正反射光の入光位置に基づいて前記被測定物体の傾き及び距離を測定する測定手段とを備えているところに特徴を有する。【００３６】  請求項２７の発明は、請求項２５又は請求項２６に記載のものにおいて、前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とを選択的に点灯動作させる構成とし、
前記測定手段は、前記角度測定用投光手段の点灯動作に同期して前記撮像面上における前記角度測定用正反射光の入光位置に基づいて前記被測定物体の傾きを測定し、他方、前記距離測定用投光手段の点灯動作に同期して前記撮像面上における前記距離測定用正反射光の入光位置に基づいて前記被測定物体の距離を測定するところに特徴を有する。【００３７】  請求項２８の発明は、請求項２５ないし請求項２７に記載のものにおいて、前記角度測定用投光手段と前記距離測定用投光手段とは互いに異なる波長帯の光を出射するよう構成され、
前記撮像手段は、前記異なる各波長帯の光を識別可能な構成になっているところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００３８】  距離測定用受光手段の受光面を反射光路に沿って前記収束レンズの焦点位置よりも前記収束レンズ側またはその反対側に配した構成としている。このように構成したことにより、受光面を収束レンズの焦点位置に配した構成に比べて検出対象物からの反射光の受光面における照射位置のずれ量が大きくされるから、分解能の向上を図ることができる。【００３９】  距離測定用投光手段から出射される光を平行光にする構成とした。これにより、被測定対象物の距離を変化に拘わらず撮像手段に形成されるスポット径は略一定とされ、正確な距離測定に寄与することとなる。【００４０】  距離測定用投光手段から出射される光を収束光とした構成とした。これは被測定対象物を反射した光を一旦発散させ、この発散光を収束レンズにより集光させると、この収束光は収束レンズの焦点位置よりも遠方で集光する。これによって、集光位置が反射光路と直交する方向でずれることとなり、被測定対象物上での楕円における長片方向の集光度合が大きくされ、短辺方向における集光度合いは比較的小さくなる。そうすると、撮像手段の撮像面上に形成されるスポットは短辺方向に揃った形態とされる。これにより、表裏面の区別がつけやすくなる。また、撮像面におけるスポットの移動方向と短辺の向きとが一致するようにすればその変化を確認しやすくなる。【００４１】  被測定対象物からの正反射光に基づいて、距離及び傾きの測定を行なうように構成しているから、鏡面体または非鏡面体に拘わらず傾き及び距離の測定を行うことができる。【００４２】  距離測定用受光手段の受光面を光軸方向に沿って前記収束レンズの焦点位置よりも前記収束レンズ側またはその反対側に配した構成としている。このように構成したことにより、受光面を収束レンズの焦点位置に配した構成に比べて検出対象物からの反射光の受光面における照射位置のずれ量が大きくされるから、距離測定において分解能（測定精度）の向上を図ることができる。【００４３】  両者から出射した光が干渉することがなく、一層精度の高い測定を行なうことができる。【００４４】  両投光手段からの光をそれぞれ第１及び第２のコリメータレンズにより平行光に変えてから分岐手段に導く構成としているから、両投光手段から分岐手段までの光学的距離の調整を行なう必要がなく装置内の光学系の組付け精度を緩やかにすることができる。また、光学系の調整作業も簡略化することができる。【００４５】  角度測定用正反射光と距離測定用正反射光とを波長により分離することができるから、一層正確な測定を行うことができる。【００４６】  両投光手段から出射した光は一の偏光方向を有する光として偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板を介して鏡面体に照射される。１／４波長板を透過した光は円偏光とされて、鏡面体に照射され、鏡面体からの反射光は円偏光のまま１／４波長板を透過する。すると、円偏光とされていた反射光が一の偏光方向と直交する偏光方向に変えられて偏光ビームスプリッタに至り、その光は一の偏光方向の光の入射方向とは異なる方向に進む。
このようにしたことで光学的な損失を低減することが可能となり、鏡面体検出におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。【００４７】  レーザ光源から出射される光は直線偏光（即ち、一の偏光方向を有する光）であるから、直線偏光光を出射させるための構成を簡略化することができる。【００４８】  光をレンズで集光する場合、光芒の広い光の方が光芒の狭い光よりも集光の大が大きくされる。例えば、ガラス等の透明体に光を照射した場合、ガラス表面及び裏面からの反射光がそれぞれ撮像手段に照射されるが、上記レンズの特性により、その集光度を高めれば、撮像面におけるスポットの受光強度差が如実に現れて、測定部位を確実に特定することができる。【００４９】  被測定対象物の距離測定において、当該被測定対象物の傾角によって距離測定用撮像手段上の照射位置が異なる。そうすると、距離測定において測定された傾角を無視して距離測定用撮像手段における照射位置に基づいて距離測定をすることは測定精度の低下を招くこととなる。
そこで、上記発明では、予め、基準となる測定対象物を使用し、複数の離間距離に応じた傾角と距離測定用撮像手段における照射位置座標とを関連付けて距離関連情報として記憶手段に記憶し、その距離関連情報から測定された傾角に関連付けられた照射位置座標に基づいて距離算出を行なうようにした。これにより、傾角によって測定される距離がばらつくことがなく、一層正確な距離測定を行なうことができる。【００５０】  上記発明では、複数の距離関連情報から測定された傾角に関連付けられている照射位置座標を選択し、それら照射位置座標から直線を生成して、距離測定用撮像手段上の照射位置座標をその直線上の任意の座標へ置換する座標補間処理を行なっている。
これによれば、直線近似を行なっているから近似曲線を生成する場合に比べて処理の高速化を図ることができるという利点がある。【００５１】  また、座標補間処理における誤差を最小にすることができ、より一層正確な距離測定を行うことができる。【００５２】  例えば、記憶手段の記憶容量の都合で、可動機構で可変できる単位角度を光学測定装置が測定できる最小の角度よりも大きくした場合、実際の測定においては、距離関連情報内に選択すべき照射位置座標が存在しないことがある。そうすると，正確な距離測定を行なうことが困難となることが予測される。
これに対して、上記発明によれば、少なくとも２つの距離関連情報から仮想近似曲線組を生成し、それらの仮想曲線組から得られる交点から直線を生成するようにしているから、上記の事情があろうとも測定精度を維持することができるとともに、記憶手段の記憶容量を無用に増大させるといったことがない。【００５３】  被測定物体に対して、角度測定用投光手段からの光の照射方向に対して所定角度傾いた方向から距離測定用投光手段による光が被測定物体に照射されるよう構成されている。従って、上記特許文献１に比べて被測定物体の距離変位に伴う距離測定用投光手段からの光の被測定物体への照射位置（測定位置）の変動量が少なくなり、正確な角度測定が可能になる。【００５４】  また、本構成は角度測定用投光手段及び距離測定用投光手段の正反射光に基づき測定を行う構成なので、上記特許文献２とは異なり鏡面物体であっても傾き及び距離の測定を行うことができる。【００５５】  更に、角度測定用正反射光及び距離測定用反射光を共通の撮像手段の撮像面に入光させてこの入光位置に基づき測定を行う構成なので、２台の撮像手段が必要な上記特許文献１，３に比べてコストの低減および装置の小型化を図ることができる。【００５６】  また、各投光手段から出射した光同士の干渉、及び、両正反射光同士の干渉を防止でき、一層精度の高い測定が可能になる。【００５７】  角度測定用投光手段と距離測定用投光手段とから互いに異なる波長帯の光を出射し、これらの光を異なる波長帯の光に識別可能な撮像手段（例えばカラーＣＣＤカメラを備えて構成された撮像手段）の撮像面に入光させる構成とした。従って、角度測定用正反射光と距離測定用正反射光とを波長の相違に基づき区別でき、一層正確な測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】  ＜実施形態１＞
請求項１及び請求項３に係る距離測定装置の実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。
符号２０は距離測定用レーザ光源であって、これにはレーザ駆動回路２１が接続されている。このレーザ駆動回路２１は、ＣＰＵ１１からの制御信号Ｓａに基づいて距離測定用レーザ光源２０に駆動電流Ｉｂを供給し点灯動作を行わせる。なお、距離測定用レーザ光源２０は間欠的または連続的に駆動することができる。【００５９】  距離測定用レーザ光源２０から出射された距離測定用レーザ光Ｌは、コリメータレンズ２２を介して平行光とされる（距離測定用レーザ光源２０及びコリメータレンズ２２が請求項に記載の「距離測定用投光手段」を構成している。）。そして、当該平行光が基準姿勢にある被測定物体Ｗの表面に斜めから入光するよう距離測定用レーザ光源２０及びコリメータレンズ２２の配置位置が調整されている。つまり、距離測定用レーザ光Ｌは被測定物体Ｗの表面に対して垂直な基線軸ＬＢに対して所定の入射角θ度（＞０度）となるように入光する（これによって、「距離測定用投光手段から被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から距離測定用受光手段までの反射光路とは所定角度をなす」構成とされる）。【００６０】  ワークＷ（測定対象物）の表面における距離測定用レーザ光Ｌの正反射光Ｌ’は、基線軸ＬＢに対して所定角度θでもって反射し、収束レンズ２３によって収束され、反射ミラー２４及び偏光ビームスプリッタ１４を介して撮像素子２４（距離測定用受光手段）の撮像面上に照射される。【００６１】  また、収束レンズ２３は、これを透過した正反射光Ｌ’の焦点位置Ｆが撮像素子２４の撮像面の前方に位置するように配置されている。ここで、正反射光Ｌ’の集光位置を撮像素子２４の撮像面上に一致させなかった理由は、ワークＷの距離に応じて正反射光Ｌ’の撮像面上における照射位置を変化させて、この照射位置からワークＷの距離を算出するためである。従って、正反射光Ｌ’の集光位置Ｆが撮像素子２４の撮像面の後方に位置するように構成してもよい。
なお、収束レンズ２３を正反射光Ｌ’の光路に沿って移動させるか、或いは収束レンズ２３を特性が異なる他の収束レンズに交換することで正反射光Ｌ’の集光位置を調整することができる。【００６２】  ＜距離測定のＣＰＵにおける処理＞
撮像素子２４は撮像面上に形成される正反射光Ｌ’の受光スポットに応じたデジタル信号列からなる撮像信号ＳｂをＣＰＵ１１に送信する。ＣＰＵ１１は、前述したレーザ駆動回路２１に制御信号Ｓａを与えて距離測定用レーザ光源２０をパルス点灯させる。また、ＣＰＵ１１は、制御信号Ｓａの送信に同期して撮像素子２４からの撮像信号Ｓｂを取り込んでこれに基づき距離測定用正反射光Ｌ’の撮像面上における照射位置Ｎを検出し例えば収束レンズ２３からワークＷまでの距離測定を行う。【００６３】  なお、本実施形態では、正反射光Ｌ’の照射位置検出については、撮像素子２４からの撮像信号Ｓｂから最大の受光量を有する画素を照射位置Ｎとして決定している。しかしながら、これに限らず、正反射光Ｌ’の重心位置を照射位置Ｎとして決定する構成であってもよい。この重心位置の概念には、いわゆる面積重心位置と体積重心位置とが含まれ、それぞれ次のように定義される。【００６４】  ＜面積重心位置＞
面積重心位置＝｛Σ（ＭＩ）／ΣＭ｝
Ｉ：撮像手段の撮像面上において、照射領域内の各画素の位置ベクトル
Ｍ：上記各画素の受光量レベルが所定レベル以上であるときには例えば１、そうでないときには０【００６５】  ＜体積重心位置＞
体積重心位置＝｛Σ（ｍＩ）／Σｍ｝
Ｉ：上記面積重心位置の場合と同じ
ｍ：上記各画素の受光量レベルに応じた係数【００６６】  このように定義される重心位置を距離測定用の照射位置Ｎとすることにより、より精度高い距離測定が可能となる。また、このように重心位置を照射位置して定める方法を用いると、照射位置を定めるために多数回平均化処理する方法と比較して処理時間を大幅に短縮できる。なお、このように重心位置を照射位置として定める方法は、下記実施形態２ないし実施形態４のいずれの実施形態にも適用できる。【００６７】  ＜距離測定＞
本実施形態では、三角測距の原理を利用してワークＷの距離を測定する。
まず、距離測定用レーザ光源２０の点灯動作に同期して撮像素子２４から送信された撮像信号Ｓｂに基づいて例えば最大の受光量とされている画素を照射位置Ｎとして特定する。そして照射位置Ｎと撮像素子２４における基準位置Ｏとの離間間隔からワークＷの距離を測定する。【００６８】  以下、より具体的に説明する。
例えば、被測定物体Ｗが図１中のＡの位置（距離ｄ１）にある場合には、距離測定用レーザ光源２０の点灯動作時に撮像素子２４の撮像面上に形成される照射位置Ｎ１は基準位置Ｏからｄ１’（図中では照射位置Ｎ１と基準位置Ｏとが一致しているため図示せず）離れていることから、これに基づいて距離ｄ１が測定される。【００６９】  被測定物体Ｗが図２中のＢの位置（距離ｄ２）にある場合には、距離測定用レーザ光源２０の点灯動作時に撮像素子２４の撮像面上に形成される照射位置Ｎは基準位置Ｏからｄ２’離れていることから、これにより、距離ｄ２と測定される。【００７０】  ワークＷが図３中のＣの位置（距離ｄ３）にある場合には（詳しくは図４参照）、距離測定用レーザ光源２０の点灯動作時に撮像素子２４の撮像面上に形成される照射位置Ｎは基準位置Ｏからｄ３’離れていることから、これにより、距離ｄ３と測定される。【００７１】  また、測定精度をより高めたい場合には、以下のようにすればよい。即ち、撮像素子２４を正反射光Ｌ’の光路に沿ってワークＷから遠ざかる方向へ配置すればよい（図４参照）。このようにすることで、撮像面における正反射光Ｌ’の照射位置のずれ量が大きくなる、即ち、ずれ量を増幅することができるから、より一層正確な測定を行なうことができる。尚、撮像素子２４をワークＷから遠ざけた場合であっても、正反射光Ｌ’を受光する構成とされているため、撮像面における受光スポットの径は略一定であるから、測定精度に影響を与えることがない。【００７２】  本実施形態では、撮像素子２４の撮像面を正反射光Ｌ’の光路に沿って収束レンズ２３の焦点位置Ｆよりも遠方に配した構成としている。このように構成したことにより、撮像面を収束レンズ２４の焦点位置Ｆに配した構成に比べてワークＷからの正反射光Ｌ’の撮像面における照射位置のずれ量が大きくされるから、分解能の向上を図ることができる。
また、本実施形態では距離測定用レーザ光源２０から出射される光を平行光にする構成とした。従って、分解能を向上させたい場合には、撮像素子２４を反射光Ｌ’の光路に沿ってワークＷから遠ざかる方向へ配置すればよい。【００７３】  ＜実施形態２＞
請求項１及び請求項４に係る距離測定装置の実施形態について図５ないし図８を参照して説明する。尚、実施形態１と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態では、距離測定用レーザ光源２０からの光を収束レンズ２５によって収束光に変換する（距離測定用レーザ光源２０及び収束レンズ２５で「距離測定用投光手段」を構成している）。そして、当該収束光を当該収束光をワークＷに照射するとともに、ワークＷからの正反射光Ｌ’を収束レンズ２３にて収束させて、撮像素子２４の撮像面上に集光せしめるように構成されている。また、撮像素子２４は、正反射光Ｌ’の光路（反射光路）に沿って収束レンズ２３の焦点位置Ｆよりも遠方に配置されている。尚、収束レンズ２５をレーザ光Ｌに沿って移動させることによって、反射光Ｌ’の集光位置を任意に変えることができる。【００７４】  本実施形態では、ワークＷに照射される光を収束光とした構成にしている。これはワークＷを反射した光を一旦発散させ、この発散光を収束レンズ２３により集光させると、この収束光は収束レンズ２３の焦点位置Ｆよりも遠方で集光する。また、ワークＷの距離に応じて正反射光Ｌ’の収束レンズ２３における入射角度が変化するから、これによって、集光位置が反射光路Ｌ’と直交する方向においてずれることとなり、さらにこのずれ量が増幅されるため分解能（測定精度）を向上させることができる。【００７５】  ＜実施形態３＞
請求項２及び請求項３に係る距離測定装置の実施形態について図９ないし図１２を参照して説明する。尚、実施形態１と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態は、距離測定用レーザ光源２０からの光をコリメータレンズ２２により平行光に変換した後、当該平行光をワークＷに照射し、ワークＷの表面における拡散反射光ＬＤを収束レンズ２３にて集光して撮像素子２４の撮像面に照射させる構成となっている。
また、上記撮像素子２４は収束レンズ２３を通過して収束光に変換された拡散反射光の集光位置Ｐよりも後側に配されており、収束レンズ２３を透過し、発散した光を当該撮像素子２４の撮像面に照射させるようになっている。【００７６】  図９から図１２に示すように、撮像素子２４の撮像面における拡散反射光ＬＤの照射位置は、撮像素子２４を反射光ＬＤの光路において反射光ＬＤの集光位置と一致する位置に配した場合と比べて、反射光路と交差する方向においてずれた位置となっている。また、そのずれ方向は反射光路を中心として、この光軸から離れる方向とされている。要するに、撮像素子２４を拡散反射光ＬＤの集光位置よりも反射光路に沿って後方に配置することで、照射位置のずれ量を増幅させている。このように構成することで、距離測定における分解能（測定精度）を向上させることができるのである。【００７７】  ＜実施形態４＞
請求項３及び請求項４に係る距離測定装置の実施形態について図１３ないし図１６を参照して説明する。尚、実施形態１と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態は、距離測定用レーザ光源２０からの光を収束レンズ２５によって収束光に変換し、当該収束光をワークＷに照射するとともに、ワークＷからの拡散反射光ＬＤを収束レンズ２３にて収束させて、撮像素子２４の撮像面に照射させるように構成されている。
また、上記撮像素子２４は収束レンズ２３を通過して収束光に変換された拡散反射光ＬＤの集光位置Ｐよりも後側に配されており、収束レンズ２３を透過して発散した光を撮像面に照射させるようになっている。【００７８】  図１３から図１６に示すように、撮像素子２４の撮像面における反射光ＬＤの照射位置は、撮像素子２４を反射光路において反射光ＬＤの集光位置と一致する位置に配した場合と比べて、反射光路と直交する方向においてずれた位置となっている。また、そのずれ方向は反射光路を中心として、この反射光路から離れる方向とされている。
要するに、撮像素子２４を反射光ＬＤの集光位置よりも反射光路において後方に配置することで、照射位置のずれ量を増幅させている。このように構成することで、距離測定における分解能（測定精度）を向上させることができるのである。【００７９】  ＜実施形態５＞
請求項５ないし請求項２２に係る光学測定装置及びその距離算出方法の実施形態について図１７ないし図３４を参照して説明する。本実施形態の構成は図１７に示す通りであり、角度測定用レーザ光源１１１及び距離測定用レーザ光源１２１から出射された光をダイクロイックミラー１３１（光合流手段）、ビームスプリッタ１３２及びコリメータレンズ１３３（コリメータレンズ及び収束レンズに相当）を介してワークＷ（被測定対象物）に両者の光を照射し、正反射光をコリメータレンズ１３３、ビームスプリッタ１３２及びダイクロイックミラー１３４（光分岐用ダイクロイックミラー）を介して例えば２次元ＣＣＤからなる角度測定用撮像素子１１２（角度測定用撮像手段）及び同じく２次元ＣＣＤからなる距離測定用撮像素子１２２（距離測定用撮像手段）の撮像面に照射し、その照射位置に基づいてＣＰＵ１０４（測定手段）によりワークＷの傾き及び距離が算出されるようになっている。尚、ワークＷの表面は鏡面であっても非鏡面であってもよい。【００８０】  両レーザ光源１１１，１２１はそれぞれ波長の異なる光を照射するようになっており、例えば、角度測定用レーザ光源１１１は波長λ１のレーザ光を出射するものとされており、一方、距離測定用レーザ光源１２１は波長λ２のレーザ光を出射するものとされている。また、両レーザ光源１１１，１２１にはそれぞれレーザ駆動回路１１３，１２３が接続されており，ＣＰＵ１０４からの制御信号Ｓａ，Ｓｂに基づいてそれぞれのレーザ光源１１１，１２１に駆動電流Ｉａ，Ｉｂを供給する（角度測定用レーザ光源１１１及びレーザ駆動回路１１３により角度測定用投光手段を構成し、距離測定用レーザ光源及びレーザ駆動回路１１３により距離測定用投光手段を構成している）。なお、レーザ光源１１１，１２１は間欠的又は連続的に駆動することができる。【００８１】  ダイクロイックミラー１３１は、波長λ１の光を透過させ、波長λ２の光を反射させるように構成されており、これによって，角度測定用レーザ光源１１１のレーザ光はこのダイクロイックミラー１３１を透過してビームスプリッタ１３２に向かうとともに、距離測定用レーザ光源１２１からの光はこのダイクロイックミラー１３１を反射してビームスプリッタ１３２に向かう。【００８２】  また、角度測定用レーザ光源１１１からのレーザ光はダイクロイックミラー１３１の入射面に垂直に入射させており、距離測定用レーザ光源１２１からのレーザ光はダイクロイックミラー１３１の入射面に対して斜めに入射させるように構成している（前記距離測定用投光手段からの光が前記被測定対象物に対して斜めに照射されるように前記距離測定用投光手段が配する構成に相当）。これによって、角度測定用レーザ光源１１１の光線軸は光学系の光軸（基線軸）ＬＣ（Ｌ′Ｃ′）と平行とされるとともに、距離測定用レーザ光源１２１の光線軸は光学系の光軸ＬＣ（Ｌ′Ｃ′）に対して傾いた状態とされる。【００８３】  ビームスプリッタ１３２を反射したレーザ光はコリメータレンズ１３３により平行光とされて、ワークＷに照射される。このとき、角度測定用レーザ光源１１１からのレーザ光はワークＷが傾きのない姿勢とされているときには、ワークＷの表面に対して垂直に��が照射されているのに対して、距離測定用レーザ光源１２１からのレーザ光は光学系の光軸ＬＣ（Ｌ′Ｃ′）に対して傾いているので、ワークＷの表面に対して斜めから光が照射されている。また、ワークＷに照射されたレーザ光のスポット径はレーザ光源１１１のレーザ光よりもレーザ光源１２１からのレーザ光のほうが小さくされており、かつ、レーザ光源１２１のレーザ光はレーザ光源１１１のレーザ光の照射範囲内に照射されるようになっている。
また、前記距離測定用投光手段から出射された光が前記被測定対象物に照射されたときのスポット形状が前記距離測定用投光手段から前記被測定対象物までの投光光路と、前記被測定対象物から前記距離測定用撮像手段までの反射光路との離間方向に沿って長い楕円形状となるように構成されている。
ワークＷに照射された光のスポットは光をレンズで集光する場合、光芒の広い光の方が光芒の狭い光よりも集光の大が大きくされる。例えば、ガラス等の透明体に光を照射した場合、ガラス表面及び裏面からの反射光がそれぞれ撮像手段に照射されるが、上記レンズの特性により、その集光度を高めれば、撮像面におけるスポットの受光強度差が如実に現れて、測定部位を確実に特定することができるからである。【００８４】  また，距離測定用レーザ光源１２１からワークＷまでの光路と、ワークＷを反射して距離測定用撮像手段に至る光路とのなす角は、角度測定において測定可能な角度範囲よりも小さいことが望ましい。【００８５】  ワークＷからの正反射光はそれぞれ、コリメータレンズ１３３により集光され、上記ダイクロイックミラー１３１と同様の特性を有するダイクロイックミラー１３４により、角度測定用レーザ光源１１１による正反射光（角度測定用正反射光）は角度測定用撮像素子１１２の撮像面に結像して集光スポットが形成される。また、距離測定用レーザ光源１２１による正反射光（距離測定用正反射光）はダイクロイックミラー１３４を反射して距離測定用撮像素子１２２の撮像面に照射される。この距離測定用撮像素子１２２の撮像面はコリメータレンズ１３３の焦点位置Ｆよりも後方に配置されているため、撮像面上には所定の大きさの光像が形成される。ここで、距離測定用撮像素子１２２の撮像面を焦点位置Ｆ（コリメータレンズ１３３の焦点位置）に一致させなかったのは、焦点位置Ｆに撮像面を一致させた場合と比較して光像のずれ量が増幅されるからである。即ち、光像の変化量を増幅して距離測定の分解能（測定精度）を向上させることができるからである。尚、距離測定用撮像素子１２２の撮像面を焦点位置Ｆに一致させた構成としてもよい。【００８６】  角度測定用撮像素子１１２及び距離測定用撮像素子１２２は撮像面上に形成されている光像あるいは集光スポットに応じたディジタル信号列からなる撮像信号Ｓｃ，ＳｄをＣＰＵ１０４に送信する。【００８７】  ＣＰＵ１０４は、前述したレーザ駆動回路１１３，１２３に制御信号Ｓａ，Ｓｂを送信するとともに、制御信号Ｓａの送信に同期して角度測定用撮像素子１１２からの撮像信号Ｓｃを取り込み、制御信号Ｓｂの送信に同期して距離測定用撮像素子１２２からの撮像信号Ｓｄを取り込む。そして，撮像信号Ｓｃ，Ｓｄに基づいてワークＷの傾きとコリメータレンズ１３３からワークＷまでの距離とを測定する。【００８８】  ところで、後述するデータテーブル作成処理においては、ワークＷの設置に代わってステージＳ（例えば、ゴニオステージ）を設置し、その上に基準の測定対象物としてのダミーワークＤＷを載置してこれをＸ・Ｙ・Ｚ方向及びθＸ・θＹ方向に移動させるようになっている。ここで、θＸ方向とは、光軸ＬＣをＸＹＺの三次元直交座標系のＺ軸に一致させたときに、ダミーワークＤＷの光照射面をＹ軸を回動軸として回動させる方向をいい、θＹ方向とはＸ軸を回動軸として回動させる方向をいう。このステージＳを移動させることにより距離測定処理の際に使用するデータテーブルＤＴの作成を行なうようになっている（図２４参照）。なお、ステージＳはＸ・Ｙ・Ｚ方向の直線移動及びθＸ・θＹ方向の傾斜が可能なものを使用しているが、Ｘ・Ｙの二方向については必ずしも必要ではなく、Ｚ方向（距離測定方向）の移動及びθＸ・θＹ方向の傾斜が可能であればよい（図１８参照）。
ステージＳの駆動については、駆動機構（例えばサーボ機構１２８）を用いて、これを制御することによりステージＳを上記各方向に移動させることができるようになっている。このサーボ機構１２８はＣＰＵ１０４からの制御信号に基づいて動作させるようにしても良く、あるいは、コンソール等の入力手段からの入力情報に基づいて動作させるようにしてもよい。【００８９】  本実施形態の構成は以上であり、続いてその動作について説明する。
本実施形態の光学測定装置は図２２のフローチャートに示すように、距離測定に必要なデータテーブルＤＴｎ（ｎ＝１，２，３・・・）（距離関連情報に相当）を得るためのデータテーブル作成処理（ステップＳ１）と、ワークＷの傾角及び距離を測定する測定処理（ステップＳ２）とに大別される。【００９０】  「データテーブル作成処理」
メモリ１０５内には予め複数のデータテーブルＤＴｎを記憶するための領域を確保しておく。
まずステージＳ上にダミーワークＤＷを載置し、サーボ機構によりステージＳをＺ方向に移動させて所定の離間距離Ｄ＝Ｄｎ（ｎ＝１，２，３・・・）に設定する。このときに光軸ＬＣを基準として測定可能な範囲内（＋θｍａｘ〜−θｍａｘ）で傾角をθＸ・θＹ方向に所定の単位角度（Δθｘ，Δθｙ）づつステージＳを回動させる。そして、θＸ及びθＹの傾角「θＸｍ，θＹｎ」（ｍ，ｎ＝１，２，３・・・・）における距離測定用撮像素子２２上の光像の中心位置Ｐ（以下、中心位置Ｐという。）を座標値「Ｘｍ，Ｙｎ」（ｍ，ｎ＝１，２，３・・・）としてデータテーブルＤＴｎに書き込む。【００９１】  尚、距離測定用撮像素子１２２からの撮像信号Ｓｄに基づいて例えば光像の中心位置Ｐを検出するには、当該撮像素子１２２において最大輝度点を求める最大輝度抽出方式や、光像の面積重心位値を求める方法、あるいは、光像の体積重心値を求める方法などが挙げられ、いずれの方法も適用することができる。【００９２】  具体的には、まず、中心位置Ｐにおける座標値（Ｘｍ，Ｙｎ）のプロット回数ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）を決定する。これはθＸ，θＹの各方向の測定可能な傾角の範囲（２×｜θｍａｘ｜）を所定の単位角度（Δθｘ，Δθｙ）で除した値となる。
図２３のフローチャートに示すように、まず所定の角度θＸ・θＹにおける距離測定用撮像素子１２２上の中心位置Ｐにおける座標値（Ｘｎ，Ｙｎ）をデータテーブルＤＴ１に書き込む（ステップＳ１３）。そしてθＹ方向にΔθｙづつ回動させて（ステップＳ１４）、照射位置Ｐにおける座標値（Ｘｎ，Ｙｎ）をデータテーブルＤＴ１に書き込み、これを所定のプロット回数ｎに達するまで繰り返す（ステップＳ１３〜ステップＳ１６）。所定のプロット回数ｎに達したら（ステップＳ１５で「Ｙ」）、今度はθＸ方向についてΔθｘだけ回動させ（ステップＳ１８）、再び上記ステップＳ１２〜Ｓ１６を実行する（ステップＳ１９で「Ｎ」、Ｓ１１０）。このように、θｘ方向にΔθｘ回動させる度にθｙ方向にΔθｙずつ回動させて照射位置Ｐの座標値（Ｘｎ，Ｙｎ）を取得する作業を所定のプロット回数ｎだけ繰り返すと（ステップＳ１９で「Ｙ」）、離間距離Ｄ１におけるデータテーブルＤＴ１の作成が終了する（図２３参照）。【００９３】  この後、ステージＳをＺ軸方向に移動させることにより、離間距離Ｄ１とは異なる離間距離Ｄ２，Ｄ３・・・に設定して上記の処理を行ない、複数の離間距離Ｄ２，Ｄ３・・・についてのデータテーブルＤＴ２，ＤＴ３，・・・を作成する（図２４参照）。これにより「データテーブル作成処理」が終了する。【００９４】  ＜測定処理＞
測定処理（ステップＳ２）では、図２５に示すようにしてワークＷの傾角（θＸ，θＹ）の測定及び離間距離Ｄの測定を行なう。
「傾角測定」
本実施形態では周知のオートコリメーション法を用いて傾角測定を行なう構成とされている。ここでは詳細な説明は割愛するが、概要は次のようである。まず、角度測定用撮像素子１１２からの撮像信号Ｓｃから、最大の受光量を有する画素を集光スポット位置と決定し、次いで撮像面における基準位置（例えば、撮像面の中央位置）と集光スポット位置との距離及び方向からθＸ及びθＹの二方向における傾角を算出する（ステップＳ２１）。【００９５】  （距離測定）
距離測定では、上記の傾角測定により測定されたワークＷの傾角（θＸ、θＹ）に基づき、メモリ１０５に記憶されている各データテーブルＤＴｎ（ｎ＝１，２，３……）毎に、そのテーブル内の上記傾角に対応する座標値（Ｘｍ，Ｙｎ）を取得する。このとき、「データテーブル作成処理」における角度データのプロット精度、すなわちΔθが傾角測定の分解能よりも大きいと、多くは各データテーブルＤＴｎ内に該当する座標値が存在しないことになるから（ステップＳ２２で「Ｎ」）、その場合には次のような座標補間処理を行なう（ステップＳ２３）。【００９６】  （座標補間処理）
座標補間処理では、各データテーブルＤＴｎにおいて、測定された傾角の直近大小の傾角に対応する座標値群に基づき曲線補間により近似曲線を生成する。即ち、直近大の（測定されたθＸ方向における傾角に対して大きい側に最も近い）傾角θＸｍに関し、いくつかのθｙの値に対応する座標値群から曲線補間により近似曲線Ｌｘ１を生成するとともに、直近小の（測定されたθＸ方向における傾角に対して小さい側に最も近い）傾角、すなわちθＸｍ−Δθｘに関し、いくつかのθＹの値に対応する座標値群から曲線補間により近似曲線Ｌｘ２を生成する。ここで、近似曲線Ｌｘ１は、θｘ方向の傾角をθＸｍに固定してθｙを変化させたとしたときの距離測定用撮像素子２２の撮像面上における集光スポットの中心位置の仮想的な軌跡に相当し、近似曲線Ｌｘ２は、θｘ方向の傾角がθＸｍ−Δθｘであるときにθｙを変化させたときのその軌跡に相当する。
そこで、これら２つの近似曲線Ｌｘ１，Ｌｘ２から、測定されたθＹ方向の傾角に対応する２つの点Ａ，Ｂを算出し、これらの２点Ａ，Ｂから直線ＬＹを生成し、その直線ＬＹ上に、測定された二方向の各傾角に基づき各傾角データデーブルＤＴにある上述した直近大小の傾角データの比例配分すること等によって決定した点Ｏ１を求める。この点Ｏ１は、角度測定用撮像素子１２によって測定された傾角のときに距離測定用撮像素子２２の撮像面上に照射されるであろう仮想的なスポットの位置に相当する（図３０，図３１参照）。【００９７】  （直線生成処理）
上述の点Ｏ１の決定は、離間距離の異なる複数のデータテーブルについて行ない、それぞれ求められた交点Ｏ１の座標から直線Ｌａを生成する（ステップＳ２４、図３２，３３参照））。
なお、上記の傾角測定により測定されたワークＷの傾角からメモリ１０５に記憶されているデータテーブルＤＴｎ内において上記傾角に対応する領域に書き込まれている座標値（Ｘｍ，Ｙｎ）を参照したときに、データテーブルＤＴｎ内に該当する座標値が存在する場合には（ステップＳ２２で「Ｙ」）、座標補間処理は必要ないから、複数のデータテーブルＤＴから該当する座標値を読み出し、それら座標値群から直線Ｌａを生成する（図２８，２９参照）。【００９８】  （直交変換処理及び座標補間処理）
続いて、距離測定用撮像素子１２２からの撮像信号Ｓｄに基づいて集光スポットの例えば中心位置Ｐを検出する。尚、中心位置Ｐの検出については、当該撮像素子１２２において最大輝度点を求める最大輝度抽出方式や、光像の面積重心位値を求める方法、あるいは、光像の体積重心値を求める方法などが挙げられ、いずれの方法も適用することができる。【００９９】  この中心位置Ｐの座標（Ｘｍ，Ｙｎ）が前述した直線Ｌａ上に存在しない場合には、その直線Ｌａと直交し、かつ、光像の座標を通るように当該直線に直交変換を施し、直交線Ｌｂを生成する（ステップＳ２５）。そして、直交する２直線の交点Ｏ２を算出し（ステップＳ２６）、中心位置Ｐの座標をその交点Ｏ２の座標に置換し（ステップＳ２７）、直線Ｌａ上の点Ｏ２からワークＷの離間距離Ｄを算出する（ステップＳ２８）。【０１００】  例えば、ワークＷが図１７中の（１）の位置（距離ｄ１、傾き角０）にある場合には（詳しくは図１９参照）、角度測定用撮像素子１１２の撮像面に形成される集光スポットの位置Ｓ１は基準位置Ｒａと一致するから、傾き角は０°と測定される。また、距離測定用撮像素子１２２の撮像面で形成された光像Ｌ１がの座標を上記処理により座標補正を行ない、これによって距離ｄ１が測定される。【０１０１】  ワークＷが図１７中の（２）の位置（距離ｄ２、傾き角０）にある場合には（詳しくは図２０参照）、角度測定用撮像素子１１２の撮像面に形成される集光スポットの位置Ｓ２は基準位置Ｒａと一致するから、傾き角は０°と測定される。また、距離測定用撮像素子１２２の撮像面に形成された光像Ｌ２の座標を上記処理により座標補正を行ない、これによって距離ｄ２が測定される。【０１０２】  ワークＷが図１７中の（３）の位置（距離ｄ２、傾き角θ１）にある場合には（詳しくは図２１参照）、角度測定用撮像素子１１２の撮像面に形成される受光スポットの位置Ｓ３は基準位置Ｒａから距離ｄだけ離れているから、これに基づいて、傾き角θ１が測定される。また、距離測定用撮像素子１２２の撮像面に形成される光像Ｌ３は（２）の位置の場合の光像Ｌ２と異なる位置に形成される。しかしながら、上記の座標補正を行なうことにより距離を算出しているから、結局、距離はｄ２と測定される。【０１０３】  （実施例）
本実施形態では、具体的には以下の条件でデータテーブルの作成を行なった。
離間距離：Ｌ＝３１．５ｍｍ及びＬ＝２８．５ｍｍ
傾角：θＸ・θＹ共に±１．２°の範囲
単位角度：Δθ＝｜０．２｜°
従って、離間距離Ｌ＝３１．５ｍｍでのθＸ及びθＹ方向の各傾角に対応する照射位置の座標値群からなるデータテーブルＤＴ１及び、離間距離Ｌ＝２８．５ｍｍでのθＸ及びθＹ方向の各傾角に対応する照射位置の座標値群からなるデータテーブルＤＴ２を作成した。【０１０４】  本実施形態では、上記データテーブル生成処理において単位角度Δθを０．２°と設定した。そうすると、角度測定時において傾角が（θＸ，θＹ）＝（０．３°，０．３°）と測定された場合には、データテーブルＤＴ内に該当する傾角が存在しないこととなる。即ち、装置の分解能よりもデータテーブル作成時のプロット精度の方が低いのである。【０１０５】  このような場合には、各データテーブルＤＴ１，ＤＴ２において、測定された傾角（θＸ，θＹ）＝（０．３°，０．３°）の直近大小の傾角における座標値群から曲線補間により近似曲線を生成する。即ち、θＸ方向における傾角０．３°において、この０．３°に対して直近大の傾角（０．４°，±０．２ｎ°）（ｎ＝１，２，３・・・）に対応付けられた座標値群から曲線補間により近似曲線を生成するとともに、直近小の傾角（０．２°，±０．２ｎ°）に格納されている座標値群から曲線補間により近似曲線を生成し、これらの曲線から算出した２つの点に基づき上記の測定された傾角θＸ＝０．３°のときの近似曲線Ｌｘ，Ｌｙを仮想的に生成する。【０１０６】  両近似曲線Ｌｘ，Ｌｙが交差する交点の座標算出をデータテーブルＤＴ１，ＤＴ２について行ない、それぞれ求められた座標から直線Ｌａを生成する。【０１０７】  続いて、距離測定用撮像素子１２２からの撮像信号Ｓｄに基づいて中心位置Ｐを検出する。この中心位置Ｐの座標が前述した直線Ｌａ上に存在しない場合には（図中の「Ｐ１」に相当）、その直線Ｌａと直交し、かつ、中心位置Ｐの座標を通るように当該直線に直交変換を施して直交線Ｌｂを作成する。そして、中心位置Ｐの座標を直交する２直線の交点Ｏ２の座標に置換し、その座標値からワークＷの離間距離を算出する（図３３参照）。
また、メモリ１０５の容量の余裕のあるような場合には、上記単位角度Δθを｜０．１｜°に設定することにより、プロット精度を装置の分解能よりも高く設定しておけば、距離測定の際には、必ずデータテープルＤＴ内において測定傾角に対応付けられた座標値が存在することとなるから、その座標値群から直線Ｌａを生成し、上記手順と同様に距離測定を行なうことができる。【０１０８】  例えば、図２８及び図２９に示すように、傾角測定において（θＸ，θＹ）＝（１．２°，１．２°）と測定された場合には、この傾角に対応付けられた座標値から直線Ｌａを生成し、この直線上に中心位置Ｐの座標が存在しない場合には（図中の「Ｐ１」に相当）、その直線Ｌａと直交し、かつ、中心位置Ｐの座標を通るように当該直線に直交変換を施して直交線Ｌｂを作成する。そして、中心位置Ｐの座標を直交する２直線の交点Ｏ２の座標に置換し、置換後の座標からワークＷの離間距離を算出する。
一方、中心位置Ｐの座標が直線Ｌａ上に存在する場合には（図中の「Ｐ２」に相当）、基準位置Ｒａから中心位置Ｐの座標までの距離及び方向からワークＷの離間距離を算出する（図２９参照）。【０１０９】  本実施形態によれば、ワークＷからの正反射光に基づいて、距離及び傾きの測定を行なうように構成しているから、鏡面体または非鏡面体に拘わらずワークＷの傾きおよび距離の測定を行うことができる。また、両レーザ光源１１１，１２１でそれぞれ異なる波長の光を出射するように構成し、ダイクロイックミラー１３１，１３４によりレーザ光を分離してそれぞれの撮像素子１１２，１２２の撮像面に照射されるように構成しているから、レーザ光が誤照射されることがない。
尚、本実施形態では、ワークＷに照射されたレーザ光のスポット径はレーザ光源１１１のレーザ光よりもレーザ光源１２１のレーザ光のほうを小さくし、かつ、レーザ光源１２１のレーザ光はレーザ光源１１１のレーザ光の照射範囲内に照射されるように構成したことで、ワークＷの距離及び傾きに拘わらず実質的にワークＷに対するレーザ光の照射位置（測定位置）を一定にすることができる。【０１１０】  また、上記構成において、両レーザ光源１１１，１２１から同一波長のレーザ光を出射する構成とすることもできる。この場合には、それぞれのレーザ光源１１１，１２１を交互にパルス点灯させるようにＣＰＵ１０４から制御信号Ｓａ，Ｓｂをレーザ駆動回路１１３，１２３に供給し、ダイクロイックミラー１３１，１３４に代わって例えばビームスプリッタを配置するようにすればよい。また、ＣＰＵ１０４は前述したようにレーザ駆動回路１１３，１２３に制御信号Ｓａ，Ｓｂを送信するとともに、制御信号Ｓａの送信に同期して角度測定用撮像素子１１２からの撮像信号Ｓｃを取り込み、制御信号Ｓｂの送信に同期して距離測定用撮像素子１２２からの撮像信号Ｓｄを取り込む。そして、撮像信号Ｓｃ，Ｓｄに基づいてワークＷの傾き及びコリメータレンズ１３３からワークＷまでの距離を測定する構成とする。このようにすると、レーザ光は交互に出射されることとなり、光の干渉が抑制され、測定精度が向上するという効果が得られる。【０１１１】  さらに、図３４に示すように、距離測定用撮像素子１２２の手前に発散レンズ１３５を配し、一旦集光したワークＷからの正反射光を発散させるような構成としても良い。このようにすれば、撮像面に形成される光像がより大きくされるから、ワークＷが変位したときの光像の移動量が大きくなり、結果として分解能が向上して高精度な測定を行うことができる。また、正反射光は発散レンズ１３５の周縁部に照射させることがより望ましい。これは、レンズ１３５の中心部分よりも周縁部分の方が収差が大きいために、正反射光がより一層発散されることで極めて高精度に測定することができる。【０１１２】  予め、複数の離間距離に応じた傾角と距離測定用撮像手段における光像の座標とを関連付けてデータテーブルＤＴとしてメモリ１０５に記憶し、そのデータテーブルＤＴから測定された傾角に関連付けられた光像の座標に基づいて距離算出を行なうようにした。これにより、傾角によって測定される距離がばらつくことがなく、一層正確な距離測定を行なうことができる。【０１１３】  また、複数のデータテーブルから測定された傾角に関連付けられている光像の座標を選択し、それら光像の座標から直線Ｌａを生成して、距離測定用撮像素子１２２上の光像の座標をその直線Ｌａ上の任意の座標へ置換する座標補間処理を行なっている。これによれば、直線近似を行なっているから近似曲線を生成する場合に比べて処理の高速化を図ることができるという利点がある。
また、直交変換処理を行なうことにより座標補間処理における誤差を最小にすることができ、より一層正確な距離測定を行うことができる。【０１１４】  例えば、メモリ１０５の記憶容量の都合で、サーボ機構で可変できる単位角度Δθを光学測定装置が測定できる最小の角度よりも大きくした場合、実際の測定においては、データテーブルＤＴ内に選択すべき光像の座標が存在しないことがある。そうすると、正確な距離測定を行なうことが困難となることが予測される。
これに対して、本実施形態では、少なくとも２つのデータテーブルＤＴから近似曲線Ｌｘ・Ｌｙを仮想的に生成し、それらの近似曲線Ｌｘ・Ｌｙから得られる交点から直線Ｌａを生成するようにしているから、上記の事情があろうとも測定精度を維持することができるとともに、メモリ１０５の記憶容量を無用に増大させるといったことがない。【０１１５】  ＜実施形態６＞
次に、本発明の実施形態６を図３５を参照して説明する。本実施形態と実施形態５との相違は、角度測定用レーザ光源１１１とダイクロイックミラー１３１との間にコリメータレンズ１１４（第１のコリメータレンズ）が配されているとともに、距離測定用レーザ光源１２１とダイクロイックミラー１３１との間にコリメータレンズ１２４（第２のコリメータレンズ）が配されており、それぞれのレーザ光源１１１，１２１からの光が平行光に変えられてからダイクロイックミラー１３１に至るように構成されている。また、ダイクロイックミラー１３４とビームスプリッタ１３３との間に収束レンズ１３６が配されている。【０１１６】  このように構成することで、両レーザ光源１１１，１２１からのレーザ光をそれぞれのコリメータレンズ１１４，１２４により平行光に変えてからビームスプリッタ１３７に導く構成としているから、両レーザ光源１１１，１２１からビームスプリッタ１３７までの光学的距離の調整を行なう必要がなく装置内の光学系の組付け精度を緩やかにすることができるとともに、光学系の調整作業も簡略化することもできる。【０１１７】  ＜実施形態７＞
次に、本発明の実施形態７を図３６を参照して説明する。本実施形態と実施形態６との相違点は、ビームスプリッタ１３７に代わってＳ偏光を反射しＰ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタ１３９を配し、さらに、この偏光ビームスプリッタ１３９とワークＷとの間に１／４波長板１３８を設けたところにある。また、ワークＷの表面は鏡面であることが望ましい。【０１１８】  一般にレーザ光は直線偏光とされているから、両レーザ光源１１１，１２１からのレーザ光を偏光ビームスプリッタ１３７に照射すると、Ｓ偏光が反射して１／４波長板１３７に向かうとともに、Ｐ偏光は透過する。Ｓ偏光は１／４波長板１３８を透過することで円偏光に変えられてワークＷに照射される。ワークＷからの正反射光は円偏光のまま１／４波長板１３８を透過する。このときに円偏光からＰ偏光に変えられ、これによって偏光ビームスプリッタ１３７を透過してそれぞれの撮像素子手段１１２，１２２に照射される。【０１１９】  本実施形態のような構成とすることで光学的な損失を低減することが可能となり、鏡面体検出におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、レーザ光源１１１，１２１から出射される光は直線偏光であるから、直線偏光を出射させるための構成を極めて簡略化することができる。【０１２０】  ＜実施形態８＞
本発明の光学測定装置の実施形態について図３７ないし図３９を参照して説明する。図３７では、距離測定用レーザ光源２１からの光をコリメータレンズ１３３によって収束光に変換し、当該収束光をワークＷに照射するとともに、ワークＷからの正反射光をコリメータレンズ１３３にて収束させて、撮像素子１２２の撮像面上に集光せしめるように構成されている。また、ワークＷからの正反射光はコリメータレンズ１３３の手前で集光し（図中「Ａ」の位置）、その後コリメータレンズ１３３により収束光に変換されるようになっている。また、距離測定用撮像素子１２２は、正反射光の光路（反射光路）に沿って収束レンズ１３３の焦点位置Ｆよりも遠方に配置されている。【０１２１】  図３８では、距離測定用レーザ光源２１からの光をコリメータレンズ１２４によって収束光に変換し、当該収束光をワークＷに照射するとともに、ワークＷからの正反射光を収束レンズ１３６にて収束させて、撮像素子１２２の撮像面上に集光せしめるように構成されている。また、ワークＷからの正反射光はコリメータレンズ１３６の手前で集光し（図中「Ａ」の位置）、その後コリメータレンズ１３６により収束光に変換されるようになっている。また、距離測定用撮像素子１２２は、正反射光の光路（反射光路）に沿って収束レンズ１３６の焦点位置Ｆよりも遠方に配置されている。【０１２２】  図３９では、距離測定用レーザ光源２１からの光をコリメータレンズ１２４によって収束光に変換し、当該収束光をワークＷに照射するとともに、ワークＷからの正反射光を収束レンズ１３６にて収束させて、撮像素子１２２の撮像面上に集光せしめるように構成されている。また、ワークＷからの正反射光はコリメータレンズ１３６の手前で集光し（図中「Ａ」の位置）、その後コリメータレンズ１３６により収束光に変換される用になっている。また、距離測定用撮像素子１２２は、正反射光の光路（反射光路）に沿って収束レンズ１３６の焦点位置Ｆよりも遠方に配置されている。【０１２３】  本実施形態では、ワークＷに照射される光を収束光とした構成にしている。これはワークＷを反射した光を一旦発散させ、この発散光を収束レンズ２３により集光させると、この収束光は収束レンズ２３の焦点位置Ｆよりも遠方で集光する。また、ワークＷの距離に応じて正反射光Ｌ’の収束レンズ２３における入射角度が変化するから、これによって、集光位置が反射光路Ｌ’と直交する方向においてずれることとなり、さらにこのずれ量が増幅されるため分解能（測定精度）を向上させることができる。【０１２４】＜実施形態９＞
請求項２３ないし請求項２５に係る光学測定装置の実施形態を図４２ないし図４５を参照して説明する。
１．本実施形態の光学測定装置の構成
（１）角度測定のための構成
図４２には、本実施形態に係る光学測定装置２１０の全体構成図が示されている。符号２１１は角度測定用レーザ光源であって、これにはレーザ駆動回路２１２が接続されている。このレーザ駆動回路２１２は、ＣＰＵ２１３からの制御信号Ｓａに基づいて角度測定用レーザ光源２１１に駆動電流Ｉａを供給し点灯動作を行わせる。なお、角度測定用レーザ光源２１１は間欠的または連続的に駆動することができる。【０１２５】  角度測定用レーザ光源２１１から出射された角度測定用レーザ光Ｌ１は光分岐手段によって被測定物体Ｗ側に導かれるとともに、角度測定用レーザ光Ｌ１の被測定物体Ｗにおける正反射光（角度測定用正反射光Ｌ１’）が同じく上記光分岐手段によって上記角度測定用レーザ光源２１１とは異なる方向に位置する撮像手段の撮像面に入光するようになっている。【０１２６】  具体的には、角度測定用レーザ光源２１１の前方に、例えばＳ偏光を反射してＰ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタ２１４を配すると共に、この偏光ビームスプリッタ２１４と被測定物体Ｗとの間に１／４波長板２１５が配されている。一般にレーザ光は直線偏光とされているから、角度測定用レーザ光Ｌ１は偏光ビームスプリッタ２１４に照射されると、Ｓ偏光が反射して１／４波長板２１５を透過することで円偏光に変えられ、コリメータレンズ２１７によって平行光とされて被測定物体Ｗに照射される。一方、角度測定用正反射光Ｌ１’は再びコリメータレンズ２１７を通って収束され円偏光が１／４波長板１５を透過することでＰ偏光に変えられ、その光路前方に位置する撮像素子２１６の撮像面に入光する。従って、角度測定用レーザ光源２１１、レーザ駆動回路２１２、偏光ビームスプリッタ２１４、１／４波長板２１５及びコリメータレンズ２１７で本発明の「角度測定用投光手段」を構成し、偏光ビームスプリッタ２１４及び１／４波長板２１５が上記「光分岐手段」及び本発明の「角度測定用導光手段」を構成する。【０１２７】  また、本実施形態では、コリメータレンズ２１７を通過した平行光としての角度測定用レーザ光Ｌ１は、コリメータレンズ２１７の中心軸ＬＣと平行をなすよう設定されており、被測定物体Ｗが傾いていない姿勢（表面がコリメータレンズの中心軸に対して垂直をなす姿勢。以下、「基準姿勢」という。）のときにその被測定物体Ｗの表面に角度測定用レーザ光Ｌ１が略垂直に照射されるようになっている。【０１２８】  また、コリメータレンズ２１７は、角度測定用正反射光Ｌ１’を収束して撮像素子２１６の撮像面上に結像させるような位置に配置されている。換言すれば角度測定用正反射光Ｌ１’の焦点位置Ｆ１が撮像素子２１６の撮像面上に位置するように配置されている。従って、このコリメータレンズ２１７は、本発明の「角度測定用受光光学系」としても機能する。なお、コリメータレンズ２１７を角度測定用正反射光Ｌ１’の光路に沿って移動させるか、或いはコリメータレンズ２１７を特性が異なる他のコリメータレンズに交換することで角度測定用正反射光Ｌ１’の焦点位置を調整することができる。【０１２９】  （２）距離測定のための構成
符号２２０は距離測定用レーザ光源であって、これにはレーザ駆動回路２２１が接続されている。このレーザ駆動回路２２１は、ＣＰＵ２１３からの制御信号Ｓｂに基づいて距離測定用レーザ光源２２０に駆動電流Ｉｂを供給し点灯動作を行わせる。なお、距離測定用レーザ光源２２０は間欠的または連続的に駆動することができる。【０１３０】  距離測定用レーザ光源２２０から出射された距離測定用レーザ光Ｌ２は、コリメータレンズ２２２を介して略平行光とされ、基準姿勢にある被測定物体Ｗの表面に斜めから入光するよう距離測定用レーザ光源２２０及びコリメータレンズ２２２の配置位置が調整されている。つまり、基準姿勢にある被測定物体Ｗに対して角度測定用レーザ光Ｌ１は入射角が約０度で入光し、距離測定用レーザ光Ｌ２は入射角θ度（＞０度）で入光する。換言すれば基準姿勢の被測定物体Ｗに対して角度測定用レーザ光Ｌ１よりも距離測定用レーザ光Ｌ２の方が大きい入射角度で入射するようになっている。これにより、本発明でいう「角度測定用投光手段からの光の照射方向に対して所定角度傾いた方向から略平行光としての光を被測定物体に照射するよう配された距離測定用投光手段」が実現されている。
また、被測定物体Ｗの表面上におけるスポット径は、角度測定用レーザ光Ｌ１よりも距離測定用レーザ光Ｌ２の方が小さくされており、かつ、角度測定用レーザ光Ｌ１のスポット内に距離測定用レーザ光Ｌ２のスポットが収まるようになっている。【０１３１】  被測定物体Ｗの表面における距離測定用レーザ光Ｌ２の正反射光（距離測定用正反射光Ｌ２’）は、コリメータレンズ２１７を挟んでコリメータレンズ２２２と線対称の位置に配された収束レンズ２２３によって収束され、反射ミラー２２４及び偏光ビームスプリッタ２１４を介して、角度測定用レーザ光Ｌ１と同様、撮像素子２１６の撮像面上に照射される。従って、反射ミラー２２４及び偏光ビームスプリッタ２１４が本発明の「距離測定用導光手段」として機能する。【０１３２】  また、収束レンズ２２３は、これを透過した距離測定用正反射光Ｌ２’の焦点位置Ｆ２が撮像素子２１６の撮像面の前方に位置するように配置されている。従って、収束レンズ２２３は本発明の「距離測定用受光光学系」として機能する。ここで、距離測定用正反射光Ｌ２’の焦点位置を撮像素子２１６の撮像面上に一致させなかった理由は、被測定物体Ｗの距離に応じて距離測定用正反射光Ｌ２’の撮像面上における照射位置を変化させて、この照射位置から被測定物体Ｗの距離を算出できるようにするためである。従って、距離測定用正反射光Ｌ２’の焦点位置Ｆ２が撮像素子２１６の撮像面の後方に位置するように構成してもよい。
なお、収束レンズ２２３を距離測定用正反射光Ｌ２’の光路に沿って移動させるか、或いは収束レンズ２２３を特性が異なる他の収束レンズに交換することで距離測定用正反射光Ｌ２’の焦点位置を調整することができる。【０１３３】  （３）傾き角度及び距離測定のＣＰＵにおける処理
撮像素子２１６は撮像面上に形成される角度測定用正反射光Ｌ１’のスポットと、距離測定用正反射光Ｌ２’のスポットに応じたデジタル信号列からなる撮像信号ＳｃをＣＰＵ１３に送信する。ＣＰＵ２１３は、前述したレーザ駆動回路２１２，２２１に交互に制御信号Ｓａ，Ｓｂを与えて角度測定用レーザ光源２１１及び距離測定用レーザ光源２２０を交互にパルス点灯させる。また、ＣＰＵ２１３は、制御信号Ｓａの送信に同期して撮像素子２１６からの撮像信号Ｓｃを取り込んでこれに基づき角度測定用正反射光Ｌ１’の撮像面上における入光位置（以下、「角度測定用入光位置Ｎ１」）を検出し被測定物体Ｗの傾き角度測定を行う。一方、制御信号Ｓｂの送信に同期して撮像素子２１６からの撮像信号Ｓｃを取り込んでこれに基づき距離測定用正反射光Ｌ２’の撮像面上における入光位置（以下、「距離測定用入光位置Ｎ２」）を検出し例えばコリメータレンズ２１７から被測定物体Ｗまでの距離測定を行う。【０１３４】  なお、本実施形態では、各正反射光Ｌ１’，Ｌ２’の入光位置検出については、撮像素子２１６からの撮像信号から最大の受光量を有する画素を入光位置としてそれぞれ決定している。しかしながら、これに限らず、各正反射光の重心位置を入光位置として決定する構成であってもよい。この重心位置の概念には、いわゆる面積重心位置と体積重心位置とが含まれ、それぞれ次のように定義される。【０１３５】  ＜面積重心位置＞
面積重心位置＝｛Σ（ＭＩ）／ΣＭ｝
Ｉ：撮像手段の撮像面上において、照射領域内の各画素の位置ベクトル
Ｍ：上記各画素の受光量レベルが所定レベル以上であるときには例えば１、そうでないときには０【０１３６】  ＜体積重心位置＞
体積重心位置＝｛Σ（ｍＩ）／Σｍ｝
Ｉ：上記面積重心位置の場合と同じ
ｍ：上記各画素の受光量レベルに応じた係数【０１３７】  このように定義される重心位置を角度測定用及び距離測定用の入光位置Ｎ１，Ｎ２とすることにより、より精度高い傾き角度及び距離測定が可能となる。また、このように重心位置を入光位置して定める方法を用いると、入光位置を定めるために多数回平均化処理する方法と比較して処理時間を大幅に短縮できる。なお、このように重心位置を入光位置として定める方法は、下記のいずれの実施形態にも適用できる。【０１３８】  ２．本実施形態の作用
（１）傾き測定
本実施形態では周知のオートコリメーション法を用いて傾き測定を行なう構成とされており、ここでは、詳細な説明は割愛する。まず、角度測定用レーザ光源２１１の点灯動作に同期して撮像素子２１６から送信された撮像信号Ｓｃに基づいて、最大の受光量を有する画素を角度測定用入光位置Ｎ１と決定し、撮像面における基準位置Ｏ１（例えば、撮像面の中央位置）と角度測定用入光位置Ｎ１の距離及び方向から傾きの方向と傾き角度とを算出する。【０１３９】  （２）距離測定
距離測定では、まず上記の傾き測定により、被測定物体Ｗの角度を検出する。そして、距離測定用レーザ光源２２０の点灯動作に同期して撮像素子２１６から送信された撮像信号Ｓｃに基づいて例えば最大の受光量とされている画素を距離測定用入光位置Ｎ２として代表する。そして、傾き測定で算出された傾きに応じて予め定められた補正係数に基づき補正を行ない、被測定物体Ｗの距離を算出する。【０１４０】  以下、より具体的に説明する。
例えば、被測定物体Ｗが図４２中のＡの位置（距離ｄ１、傾き角度０度）にある場合には（詳しくは図４３参照）、角度測定用レーザ光源２１１の点灯動作時に撮像素子２１６の撮像面上に形成される角度測定用入光位置Ｎ１は基準位置Ｏ１と一致するから、傾き角度は０度と測定される。また、距離測定用レーザ光源２２０の点灯動作時に撮像素子２１６の撮像面上に形成された距離測定用入光位置Ｎ２について補正を行ない、これによって距離ｄ１が測定される。【０１４１】  被測定物体Ｗが図４２中のＢの位置（距離ｄ２、傾き角度０度）にある場合には（詳しくは図４４参照）、角度測定用レーザ光源１１の点灯動作時に撮像素子２１６の撮像面上に形成される角度測定用入光位置Ｎ１はやはり基準位置Ｏ１と一致するから、傾き角度は０度と測定される。また、距離測定用レーザ光源２２０の点灯動作時に撮像素子２１６の撮像面上に形成された距離測定用入光位置Ｎ２について補正を行ない、これによって距離ｄ１が測定される。【０１４２】  被測定物体Ｗが図４２中のＣの位置（距離ｄ２、傾き角度θ１度）にある場合には（詳しくは図４５参照）、角度測定用レーザ光源２１１の点灯動作時に撮像素子２１６の撮像面上に形成される角度測定用入光位置Ｎ１は基準位置Ｏ１から距離ｄだけ離れているから、これに基づいて、傾き角度θ１度が測定される。また、距離測定用レーザ光源２２０の点灯動作時に撮像素子２１６の撮像面上に形成された距離測定用入光位置Ｎ２はワークＷがＢの位置にある場合の距離測定用入光位置Ｎ２と異なっている。しかしながら、傾き角度θ１度に基づいて補正を行うことで距離を算出するから、結局、距離はｄ２と測定される。【０１４３】  ３．本実施形態の効果
本実施形態によれば、被測定物体Ｗからの正反射光に基づいて、距離及び傾きの測定を行なうように構成しているから、上記特許文献２の構成とは異なり、鏡面体または非鏡面体に拘わらず被測定物体Ｗの傾きおよび距離の測定を行うことができる。
また、本実施形態では、基準姿勢の被測定物体Ｗに対して、角度測定用レーザ光源２１１からの光が垂直に照射され、その角度測定用レーザＬ１の照射方向に対して所定角度θ傾いた方向から距離測定用レーザ光源２２０からの光が被測定物体Ｗに対して照射されるよう構成されている。要するに、距離測定における被測定物体の測定方向（距離変位）に対して、角度測定用レーザ光Ｌ１は平行（同軸を含む）に照射させ、距離測定用レーザ光Ｌ２は傾いた角度で照射させているのである。これにより、角度測定用レーザ光Ｌ１は被測定物体に対して略垂直に照射されるから、上記特許文献１に比べて被測定物体Ｗの距離変位に伴う角度測定用レーザ光Ｌ１の被測定物体Ｗへの照射位置（測定位置）の変動量が少なくなり、正確な角度測定が可能になる。
また、本実施形態では、距離測定用レーザ光Ｌ２は、その光芒が細く被測定物体Ｗ上のスポット径が角度測定用レーザ光Ｌ１のスポット径によりも小さく、かつ、角度測定用レーザ光Ｌ１の照射位置付近に照射される。従って、被測定物体Ｗの距離や角度の変位に伴う距離測定用レーザ光Ｌ２の照射位置（測定位置）の変動も極力抑えることができる。【０１４４】  更に、角度測定用正反射光Ｌ１’及び距離測定用正反射光Ｌ２’を共通の撮像素子２１６の撮像面に入光させてこの入光位置Ｎ１，Ｎ２に基づき測定を行う構成なので、２台の撮像手段が必要な上記特許文献１，２に比べてコストの低減および装置の小型化を図ることができる。
また、角度測定用レーザ光源２１１及び距離測定用レーザ光源２２０を選択的に点灯動作をさせて、各点灯動作に同期して撮像素子２１６から撮像信号Ｓｃに基づき角度測定及び距離測定を行う構成なので、角度測定用レーザ光Ｌ１と距離測定用レーザ光Ｌ２との干渉、及び、角度測定用正反射光Ｌ１’と距離測定用正反射光Ｌ２’との干渉を防止でき、一層精度の高い測定が可能になる。【０１４５】  なお、本実施形態では、被測定物体Ｗの表面上におけるスポット径は、角度測定用レーザ光Ｌ１よりも距離測定用レーザ光Ｌ２の方が小さくされており、かつ、角度測定用レーザ光Ｌ１のスポット内に距離測定用レーザ光Ｌ２のスポットが収まるようになっている。従って、被測定物体Ｗの距離及び傾きにかかわらず実質的に被測定物体Ｗに対する各レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射位置（測定位置）を一定にすることができる。しかも、角度測定用レーザ光Ｌ１のスポット径をある程度大きくすることで、被測定物体Ｗの表面状態による影響が抑制されるようにしている。【０１４６】  ＜第１０実施形態＞
図４６は実施形態１０を示す。前記実施形態との相違は、主として距離測定用投光手段の構成及び各レーザ光源の点灯態様等にあり、その他の点は前記実施形態７と同様である。従って、実施形態７と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。【０１４７】  図４６には、本実施形態に係る光学測定装置２３０の全体構成図が示されている。同図に示すように、上記偏光ビームスプリッタ２１４と被測定物体Ｗとの間には、偏光ビームスプリッタ２３４が配されている。角度測定用レーザ光源２１１は、その前方に配されたコリメータレンズ２３１を介して平行光とした角度測定用レーザ光Ｌ１が、上記偏光ビームスプリッタ２３４で反射させて、基準姿勢の被測定物体Ｗ表面に垂直に照射されるよう配置されている。一方、距離測定用レーザ光源２２０は、その前方に配されたコリメータレンズ２３２を介して平行光とした距離測定用レーザ光Ｌ２を同じく偏光ビームスプリッタ２３４に照射させるよう配置されている。そして、平行光としての距離測定用レーザ光Ｌ２は、平行光としての角度測定用レーザ光Ｌ１に対して所定の角度を有して偏光ビームスプリッタ２３４に照射するようになっている。この構成により、角度測定用レーザ光Ｌ１は、平行光として基準姿勢の被測定物体Ｗの表面に対して略垂直に照射され、距離測定用レーザ光Ｌ２は、平行光として上記角度測定用レーザ光Ｌ１に対して所定の角度θを持って斜めから基準姿勢の被測定物体Ｗの表面に照射される。また、被測定物体Ｗで反射して偏光ビームスプリッタ２３４を透過した角度測定用正反射光Ｌ１’は、収束レンズ２３３に収束され偏光ビームスプリッタ２１４を通って撮像素子の撮像面上に結像する。従って、収束レンズ２３３は本発明の「角度測定用受光光学系」として機能し、偏光ビームスプリッタ２１４は角度測定用正反射光Ｌ１’と距離測定用正反射光Ｌ２’とを合流させつつ撮像素子２３５の撮像面に導く光合流手段として機能する。【０１４８】  また、本実施形態では、角度測定用レーザ光源２１１と距離測定用レーザ光源２２０とは互いに異なる波長の光を出射するようになっている。また、撮像素子２３５は、カラーＣＣＤカメラを備えており、受けた光をその波長（例えばＲＧＢ）毎に識別可能な撮像信号Ｓｃとして出力するようになっている。なお、上記偏光ビームスプリッタ２１４の代わりに、特定波長の光を反射させ、その特定波長とは異なる波長の光を透過させるダイクロックミラーを設けてもよい。【０１４９】  このような構成であれば、角度測定用レーザ光源２１１及び距離測定用レーザ光源２２０を同時点灯動作させても、撮像素子２３５において、互いに波長が異なる角度測定用正反射光Ｌ１’と距離測定用正反射光Ｌ２’とを区別し、各正反射光の入光位置Ｎ１，Ｎ２を検出することができる。勿論、上記第１実施形態と同様に角度測定用レーザ光源１１及び距離測定用レーザ光源２２０を選択的に点灯動作させる構成であればより確実な入光位置を検出でき、より精度の高い測定が可能になる。なお、このような構成は、上記実施形態についても適用可能である。【０１５０】  ＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）実施形態１では、距離測定用レーザ光源１２１による正反射光の焦点位置Ｆよりも後方に距離測定用撮像素子１２２を配した構成を示したが、例えば、焦点位置Ｆよりも前方に配置する構成としてもよい。また、これに伴って、発散レンズ１３５を焦点位置Ｆ及び距離測定用撮像素子１２２の前方に配置することは勿論である。【０１５１】  （２）上記実施形態１ないし実施形態４において、検出エラーを報知する機能を設けてもよい、これは、例えば、撮像素子２４にて反射光を受光していないと判断した場合には、その旨をランプ点灯等によって使用者等に知らしめるようにすればよい。また、エラー検出がなされている場合には、投光素子２１を出力停止させたり、出力を低下させて減光するようにできる。尚、検出可能な状態を検知したい場合には、減光することにより、撮像素子２４に反射光は入射し得る状態とすることがより望ましい。【０１５２】  （３）また、実施形態５において、距離測定用撮像素子１２２の前方に発散レンズ１３５を配した構成は実施形態６及び実施形態７の構成に付加することもできる。【０１５３】  （４）また、上記実施形態５では曲線補間処理により生成させる近似曲線Ｌｘ・Ｌｙをメモリ１０５に予め記憶しておくように構成しても良い。【０１５４】  （５）なお、上記各実施形態では、「座標補間処理」において、２本の近似曲線Ｌｘ１，Ｌｘ２を生成し、これらの曲線から点Ｏ１を含む曲線Ｌｘを生成するようにしたが、精度を高めるために、より多くの点からより多くの近似曲線を生成してもよい。例えば、図４０に示すように、多くの測定点からＬｘ１〜Ｌｘ４の４本の近似曲線を生成し、各近似曲線Ｌｘ１〜Ｌｘ４のＯ’１におけるθｙの点を求め、これらの４点から、近似曲線Ｌｓを求め、その近似曲線Ｌｓ上のＯ’１の座標値を求めるようにしてもよい。【０１５５】  （６）上記各実施形態では、上述のように、近似的に生成した曲線Ｌｘｌ，Ｌｘ２から直線ＬＹを決定して点Ｏ１を求めたが、Ｘ−Ｙの関係を逆にして、例えば２本の近似曲線ＬＹ１，ＬＹ２から直線Ｌｘを決定して点Ｏ１を求めるようにしてもよい。【０１５６】  （７）また、上記実施形態では、座標補間処理において近似曲線Ｌｘ１，Ｌｘ２の生成から出発したが、これに限らず、図４１に示すように、測定された測定されたθＹ方向における傾角に対して直近大の傾角θｙｎに関し、いくつかのθｘの値に対応する座標値群から曲線補間により近似曲線Ｌｙ１を生成するとともに、直近小の傾角（すなわちθｙｎ−Δθｙ）に関し、いくつかのθＸの値に対応する座標値群から曲線補間により近似曲線ＬＹ２を生成し、これら２つの近似曲線Ｌｙ１，ＬＹ２から、測定されたθＸ方向の傾角に対応する２つの点Ａ’，Ｂ’を算出し、これらの２点Ａ’，Ｂ’から直線ＬＸを生成し、その直線ＬＸ上に点Ｏ１を求めてもよい。【０１５７】  （８）上記実施形態では、座標補間処理においてデータテーブルＤＴに記憶されている直近大小２つ又は４つの傾角を利用するようにしたが、これに限らず、３つ或いは５つ以上を利用してもよいことは勿論である。【０１５８】  （９）上記実施形態７及び実施形態８において、偏光ビームスプリッタ２１４，２３４の代わりに、受けた光の一部を透��し残りの光を反射させる一部透過型ミラー（ハーフミラー）をそれぞれ使用してもよい。【０１５９】  （１０）上記実施形態では、角度測定用レーザ光源２１１及び距離測定用レーザ光源２２０を選択的に点灯動作させたり、異なる波長光を出射させると共にカラーＣＣＤを用いたりする構成としたが、このような構成を採用しなくても、角度測定用正反射光Ｌ１’と距離測定用正反射光Ｌ２’とが撮像面上において異なる位置（干渉しな位置）に入光するよう構成できればそれぞれの入光位置に基づいて傾き及び距離の測定を行うことができる（請求項２０の発明に含まれる構成）。【０１６０】  （１１）上記各実施形態では、コリメータレンズ２１７等から被測定物体Ｗまでの距離を測定する構成としたが、これに限らず、例えばある基準距離に対する被測定物体Ｗの距離変位量（相対量）を測定する構成であってもよい。【０１６１】  （１２）上記実施形態９及び実施形態１０の図４２、図４６において、レンズ２２３の機能をレンズ２１７に代用させるような構成でもよい。このようにするには、レーザ光Ｌ２’がレンズ２１７に向かうようにレーザ光Ｌ２と光軸ＬＣとのなす角θを調整するようにすればよく、このようにすれば、部品点数を減らして低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】実施形態１に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図２】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図３】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図４】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図５】実施形態２に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図６】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図７】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図８】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図９】実施形態３に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図１０】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図１１】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図１２】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図１３】実施形態４に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図１４】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図１５】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図１６】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図１７】実施形態５に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図１８】光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図１９】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図２０】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図２１】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図２２】ＣＰＵの制御内容を示したフローチャート
【図２３】データテーブル作成処理を示したフローチャート
【図２４】データテーブルの模式図
【図２５】測定処理の内容を示したフローチャート
【図２６】傾角と距離測定用撮像素子上の中心位置との関係を示した図
【図２７】傾角と距離測定用撮像素子上の中心位置との関係を示した図
【図２８】傾角と距離測定用撮像素子上の中心位置との関係を示した図
【図２９】距離検出の手順を示した模式図
【図３０】曲線補間処理の手順を示した模式図
【図３１】曲線補間処理の手順を示した模式図
【図３２】傾角と距離測定用撮像素子上の中心位置との関係を示した図
【図３３】距離検出の手順を示した模式図
【図３４】実施形態５の変形例を示した模式図
【図３５】実施形態６に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図３６】実施形態７に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図３７】実施形態８に係る光学測定装置の全体構成を示した図
【図３８】光学測定装置の全体構成を示した図
【図３９】光学測定装置の全体構成を示した図
【図４０】座標補間処理の異なる手順を示した模式図
【図４１】座標補間処理の更に異なる手順を示した模式図
【図４２】実施形態８に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図４３】被測定物体ＷがＡに位置するときの正反射光の光路を示した概略図
【図４４】被測定物体ＷがＢに位置するときの正反射光の光路を示した概略図
【図４５】被測定物体ＷがＣに位置するときの正反射光の光路を示した概略図
【図４６】実施形態９に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図４７】従来の距離測定装置の全体構成を示した模式図
【符号の説明】
【０１６３】１０…光学測定装置
１３…ＣＰＵ
２０…距離測定用レーザ光源
２１…レーザ駆動回路
２２…コリメータレンズ
２３…収束レンズ
２４…撮像素子
Ｆ…焦点位置
Ｌ’…距離測定用正反射光
Ｎ…距離測定用入光位置
Ｗ…ワーク
【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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【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】
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【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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