(57)【要約】【課題】  各測定動作における傾斜角度を高速に測定することが可能な角度測定装置及び角度調整装置並びに光学測定装置を提供する。【解決手段】  ステップＳ５で、投光素子１５に投光動作を行わせるとともに二次元ＣＣＤ１８に駆動信号を与え、ステップＳ６で領域情報記憶部２０から領域情報を取得し、重心位置記憶部２１から１回目の重心位置Ｐ１を読み出す。ステップＳ７で、基準点を撮像面１８Ａ上において重心位置Ｐ１とする画素特定領域Ｅ１を特定する。撮像面１８Ａ上における反射光Ｌ２のスポット位置は、この画素特定領域Ｅ１内に照射されており、上記撮像信号から画素特定領域Ｅ１内に位置する画素からの受光信号を抜き出して、これらを上記重心位置の算出式によって重心位置Ｐ２を算出することができる。そしてこの重心位置Ｐ２と原点Ｏとの位置偏差に基づき支持アーム片Ｗ１の傾斜角度がθ２と測定される（ステップＳ９）。【選択図】  図２
2005315573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角度測定用投光手段から光分離手段を介して測定対象物に平行光を照射し、この測定対象物で反射して戻ってきた反射光を前記光分離手段によって前記角度測定用投光手段への直進方向とは異なる方向に位置する角度測定用撮像手段に導くよう構成されるとともに、
前記角度測定用撮像手段の撮像面上に配列された複数の画素からの撮像信号に基づき前記撮像面上における前記反射光の入光位置を検出する角度測定用入光位置検出手段と、
前記角度測定用入光位置検出手段により検出された入光位置に基づいて前記測定対象物のうち前記平行光が照射される被照射面の傾斜角度を測定する傾斜角度測定手段とを備えて、
前記角度測定用入光位置検出手段及び前記傾斜角度測定手段による測定動作を繰り返すことで、前記被照射面の変化し得る傾斜角度を順次測定していく角度測定装置であって、
前記撮像面上の前記複数の画素のうち任意の画素群を特定するための画素特定領域について、所定の基準点を原点としてその形状及び大きさを定める領域情報が記憶される領域情報記憶手段を備えて、
前記角度測定用入光位置検出手段は、１回目の前記測定動作では、前記撮像面上における所定の初期領域内の画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出し、
２回目以降の前記測定動作では、前記領域情報記憶手段に記憶された領域情報に基づき、前記基準点を、前回の前記測定動作で検出された前回入光位置に一致させることにより定められる位置、形状及び大きさの画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする角度測定装置。
【請求項２】
前記測定対象物で反射して戻ってきた前記反射光を、結像光学系を介して前記角度測定用撮像手段の撮像面上に集光させる構成とされ、
前記角度測定用入光位置検出手段により検出され得る前記撮像面上の各入光位置に基づき、それぞれの入光位置によって変化し得る前記反射光の前記撮像面上における入光範囲に応じた大きさに前記画素特定領域を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段を備え、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記２回目以降の前記測定動作では、前記領域情報記憶手段に記憶された領域情報と、前記前回入光位置に対応付けられて前記補正情報記憶手段に記憶された補正情報とに基づき、前記基準点を、前記前回入光位置に一致させることにより定められる位置、形状であって、かつ、前記前回入光位置での入光範囲に応じた大きさの画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の角度測定装置。
【請求項３】
前記補正情報は、前記角度測定用入光位置検出手段により検出され得る前記撮像面上の各入光位置と、当該各入光位置及び前記結像光学系の光軸中心を透過した前記反射光の前記撮像面上における基準入光位置の間の距離に応じた大きさに前記画素特定領域を補正するための補正係数と、の対応関係情報であることを特徴とする請求項２記載の角度測定装置。
【請求項４】
前記画素特定領域は、形状が直角四辺形であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項５】
ｎ（ｎは、自然数）回目及びｎ＋１回目の測定動作で検出された両入光位置に基づいて前記撮像面上における入光位置の移動変位量を検知する移動変位量検知手段を備えて、
前記角度測定用入光位置検出手段は、ｎ＋２回目以降の前記測定動作において、前記領域情報記憶手段に記憶された領域情報により特定される画素特定領域の大きさを、前記移動変位量検知手段により検知された入光位置の移動変位量に応じた大きさに変化させ、その変化後の画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項６】
ｎ（ｎは、自然数）回目及びｎ＋１回目の測定動作で検出された両入光位置に基づいて前記撮像面上における入光位置の移動方向を検知する移動方向検知手段を備えるとともに、
前記画素特定領域の形状は一方向に長く延びた延長形状をなし、
前記角度測定用入光位置検出手段は、ｎ＋２回目以降の前記測定動作において、前記領域情報記憶手段に記憶された領域情報により特定される画素特定領域の延長方向の向きを、前記移動方向検知手段により検知された移動方向に沿うよう方向変換させ、その方向変換後の画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項７】
前記延長形状が、長方形であることを特徴とする請求項６記載の角度測定装置。
【請求項８】
角度測定用投光手段から光分離手段を介して測定対象物に平行光を照射し、この測定対象物で反射して戻ってきた反射光を前記光分離手段によって前記角度測定用投光手段への直進方向とは異なる方向に位置する角度測定用撮像手段に導くよう構成されるとともに、
前記角度測定用撮像手段の撮像面上に配列された複数の画素からの撮像信号に基づき前記撮像面上における前記反射光の入光位置を検出する角度測定用入光位置検出手段と、
前記角度測定用入光位置検出手段により検出された入光位置に基づいて前記測定対象物のうち前記平行光が照射される被照射面の傾斜角度を測定する傾斜角度測定手段とを備えて、
前記角度測定用入光位置検出手段及び前記傾斜角度測定手段による測定動作を繰り返すことで、前記被照射面の変化し得る傾斜角度を順次測定していく角度測定装置であって、
領域情報記憶手段を備えて、
前記領域情報記憶手段は、少なくともｎ＋１（ｎは、自然数）回以上の所定回数分の前記測定動作にて検出される複数の入光位置に基づき、前記撮像面上においてそれら全ての入光位置を囲み得る画素特定領域の位置、形状及び大きさを定める領域情報を記憶する記憶動作を行うとともに、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記領域情報記憶手段により記憶された前記領域情報に基づいて定められる画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする角度測定装置。
【請求項９】
前記測定対象物の被照射面の傾斜角度は周期的に変化するものであって、
前記所定回数分は、前記被照射面の傾斜角度変化の１周期に相当する時間以上の時間内で前記測定動作が実行可能な回数分であることを特徴とする請求項８記載の角度測定装置。
【請求項１０】
前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の各画素での受光量と所定の閾値と比較する比較手段が備えられ、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記比較手段において受光量が前記所定の閾値以下であった画素が所定数以上あったことを条件として、前記撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項１１】
前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の画素の合計受光量と所定の基準値と比較する比較手段が備えられ、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記比較手段において前記所定の画素での合計受光量が前記所定の基準値以下であったことを条件として、前記撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項１２】
前記測定対象物の被照射面の傾きを変更する傾斜可変機構を備と、
前記角度測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置が前記撮像面上において所定の正常領域内にあるかどうかを判定する正常入光判定手段と、
前記正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定されたときには、前記入光位置が前記所定の正常領域内に位置するよう前記傾斜可変機構を駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段による前記傾斜可変機構の駆動角度を記憶する駆動角度記憶手段とを備えて、
前記傾斜角度測定手段は、前記正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定された以降の測定動作については、前記角度測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置と、前記駆動角度記憶手段に記憶された駆動角度とに基づき前記被照射面の傾斜角度を測定することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項１３】
前記角度測定用撮像手段から出力される撮像信号を受信して各画素の受光量に関する情報を記憶する角度測定用記憶手段と、
前記受光量に関する情報から所定の閾値よりも高い受光量とされる画素を検出する角度測定用画素検出手段とを備え、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記画素検出手段にて選択された画素の受光量に基づいて入光位置を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項１４】
前記角度測定用画素検出手段において検出された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に検出不能を報知する報知手段が備えられていることを特徴とする請求項１３に記載の角度測定装置。
【請求項１５】
各画素の受光量に基づいて特定の画素を選択する角度測定用画素選択手段と、
前記角度測定用画素選択手段により選択された画素の受光量に関する情報を記憶する角度測定用記憶手段とを備え、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記画素検出手段にて選択された画素の受光量に基づいて入光位置を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項１６】
前記角度測定用画素選択手段は、
前記角度測定用撮像手段から出力される撮像信号を基に各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素を選択することを特徴とする請求項１５に記載の角度測定装置。
【請求項１７】
前記角度測定用画素選択手段は、
前記角度測定用撮像手段から出力される撮像信号を基に各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素を含むように領域を指定し、その領域内に含まれる画素の撮像信号を受信するように動作することを特徴とする請求項１５に記載の角度測定装置。
【請求項１８】
前記角度測定用画素選択手段において選択された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に検出不能を報知する報知手段が備えられていることを特徴とする請求項１５ないし請求項１７のいずれかに記載の角度測定装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の角度測定装置と、
前記測定対象物の被照射面の傾きを変更する傾斜可変機構と、
前記角度測定装置により測定された傾斜角度に基づいて前記傾斜可変機構を駆動させて被照射面の傾きを調整する制御手段とを備えたことを特徴とする角度調整装置。
【請求項２０】
前記角度測定装置には、前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の各画素での受光量と所定の閾値と比較する比較手段が備えられ、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記比較手段において受光量が前記所定の閾値以下であった画素が所定数以上あったことを条件として、前記撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出することを特徴とする請求項１９記載の角度調整装置。
【請求項２１】
前記角度測定装置には、前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の画素の合計受光量と所定の基準値と比較する比較手段が備えられ、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記比較手段において前記所定の画素での合計受光量が前記所定の基準値以下であったことを条件として、前記撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出することを特徴とする請求項１９に記載の角度調整装置。
【請求項２２】
前記角度測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置が前記撮像面上において所定の正常領域内にあるかどうかを判定する正常入光判定手段と、
前記正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定されたときには、前記入光位置が前記所定の正常領域内に位置するよう前記傾斜可変機構を駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段による前記傾斜可変機構の駆動角度を記憶する駆動角度記憶手段とを備えて、
前記傾斜角度測定手段は、前記正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定された以降の測定動作については、前記角度測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置と、前記駆動角度記憶手段に記憶された駆動角度とに基づき前記被照射面の傾斜角度を測定することを特徴とする請求項１９ないし請求項２１のいずれかに記載の角度調整装置。
【請求項２３】
測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの測定対象物の傾き及び距離の測定動作を繰り返し行う光学測定装置であって、
上記請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の角度測定装置を備えるとともに、
距離測定用投光手段から光分離手段を介して測定対象物に平行光を照射し、この測定対象物で反射して戻ってきた正反射光を前記光分離手段によって前記距離測定用投光手段及び前記角度測定装置の角度測定用投光手段への直進方向とは異なる方向に導くとともに、前記距離測定用投光手段から前記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構成され、
かつ、前記正反射光を収束させる収束レンズと、この収束レンズにより収束された前記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、この撮像面に前記光分離手段からの正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記距離測定用撮像手段の撮像面上に配列された複数の画素からの撮像信号に基づき当該撮像面上における前記正反射光の入光位置を検出する距離測定用入光位置検出手段と、
前記角度測定装置の角度測定用の撮像手段における入光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における入光位置に基づいて前記測定対象物までの距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定用撮像手段の撮像面上の前記複数の画素のうち任意の画素群を特定するための画素特定領域について、所定の基準点を原点としてその形状及び大きさを定める領域情報が記憶される距離測定用領域情報記憶手段とを備えて、
前記距離測定用入光位置検出手段は、１回目の前記測定動作では、前記撮像面上における所定の初期領域内の画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出し、
２回目以降の前記測定動作では、前記距離測定用領域情報記憶手段に記憶された領域情報に基づき、前記基準点を、前回の前記測定動作で検出された前回入光位置に一致させることにより定められる位置、形状及び大きさの画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする光学測定装置。
【請求項２４】
前記距離測定用入光位置検出手段により検出され得る前記撮像面上の各入光位置に基づき、それぞれの入光位置によって変化し得る前記反射光の前記撮像面上における入光範囲に応じた大きさに前記画素特定領域を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段を備え、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記２回目以降の前記測定動作では、前記距離測定用領域情報記憶手段に記憶された領域情報と、前記前回入光位置に対応付けられて前記補正情報記憶手段に記憶された補正情報とに基づき、前記基準点を、前記前回入光位置に一致させることにより定められる位置、形状であって、かつ、前記前回入光位置での入光範囲に応じた大きさの画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする請求項２３に記載の光学測定装置。
【請求項２５】
前記補正情報は、前記距離測定用入光位置検出手段により検出され得る前記撮像面上の各入光位置と、当該各入光位置及び前記収束レンズの光軸中心を透過した前記反射光の前記撮像面上における基準入光位置の間の距離に応じた大きさに前記画素特定領域を補正するための補正係数と、の対応関係情報であることを特徴とする請求項２４記載の光学測定装置。
【請求項２６】
前記画素特定領域は、形状が直角四辺形であることを特徴とする請求項２３ないし請求項２５のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項２７】
ｎ（ｎは、自然数）回目及びｎ＋１回目の測定動作で検出された両入光位置に基づいて前記距離測定用撮像手段の撮像面上における入光位置の移動変位量を検知する距離測定用移動変位量検知手段を備えて、
前記距離測定用入光位置検出手段は、ｎ＋２回目以降の前記測定動作において、前記距離測定用領域情報記憶手段に記憶された領域情報により特定される画素特定領域の大きさを、前記距離測定用移動変位量検知手段により検知された入光位置の移動変位量に応じた大きさに変化させ、その変化後の画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする請求項２３ないし請求項２６のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項２８】
ｎ（ｎは、自然数）回目及びｎ＋１回目の測定動作で検出された両入光位置に基づいて前記距離測定用撮像手段の撮像面上における入光位置の移動方向を検知する距離測定用移動方向検知手段を備えるとともに、
前記画素特定領域の形状は一方向に長く延びた延長形状をなし、
前記距離測定用入光位置検出手段は、ｎ＋２回目以降の前記測定動作において、前記距離測定用領域情報記憶手段に記憶された領域情報により特定される画素特定領域の延長方向の向きを、前記距離測定用移動方向検知手段により検知された移動方向に沿うよう方向変換させ、その方向変換後の画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする請求項２３ないし請求項２７のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項２９】
前記延長形状が、長方形であることを特徴とする請求項２８記載の光学測定装置。
【請求項３０】
上記請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の角度測定装置を備えるとともに、
距離測定用投光手段から光分離手段を介して測定対象物に平行光を照射し、この測定対象物で反射して戻ってきた正反射光を前記光分離手段によって前記距離測定用投光手段及び前記角度測定装置の角度測定用投光手段への直進方向とは異なる方向に導くとともに、前記距離測定用投光手段から前記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構成され、
かつ、前記正反射光を収束させる収束レンズと、この収束レンズにより収束された前記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、この撮像面に前記光分離手段からの正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記距離測定用撮像手段の撮像面上に配列された複数の画素からの撮像信号に基づき当該撮像面上における前記正反射光の入光位置を検出する距離測定用入光位置検出手段と、
前記角度測定装置の角度測定用の撮像手段における入光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における入光位置に基づいて前記測定対象物までの距離を測定する距離測定手段と、
距離測定用領域情報記憶手段とを備え、
前記距離測定用領域情報記憶手段は、少なくともｎ＋１（ｎは、自然数）回以上の所定回数分の前記測定動作にて前記距離測定用入光位置検出手段にて検出される複数の入光位置に基づき、前記距離測定用撮像手段の撮像面上においてそれら全ての入光位置を囲み得る画素特定領域の位置、形状及び大きさを定める領域情報を記憶する記憶動作を行うとともに、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用領域情報記憶手段により記憶された前記領域情報に基づいて定められる画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする光学測定装置。
【請求項３１】
前記測定対象物の被照射面の距離が周期的に変化するものであって、
前記所定回数分は、前記被照射面の距離変化の１周期に相当する時間以上の時間内で前記測定動作が実行可能な回数分であることを特徴とする請求項３０記載の光学測定装置。
【請求項３２】
前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の各画素での受光量と所定の閾値と比較する距離測定用比較手段が備えられ、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用比較手段において受光量が前記所定の閾値以下であった画素が所定数以上あったことを条件として、前記距離測定用撮像手段の撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出することを特徴とする請求項３０又は請求項３１に記載の光学測定装置。
【請求項３３】
前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の画素の合計受光量と所定の基準値と比較する距離測定用比較手段が備えられ、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用比較手段において前記所定の画素での合計受光量が前記所定の基準値以下であったことを条件として、前記距離測定用撮像手段の撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出することを特徴とする請求項３０ないし請求項３２のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項３４】
前記測定対象物の被照射面の距離を変更する距離可変機構を備と、
前記距離測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置が前記距離測定用撮像手段の撮像面上において所定の正常領域内にあるかどうかを判定する距離測定用正常入光判定手段と、
前記距離測定用正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定されたときには、前記入光位置が前記所定の正常領域内に位置するよう前記距離可変機構を駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段による前記距離可変機構の駆動距離を記憶する駆動距離記憶手段とを備えて、
前記距離測定手段は、前記距離測定用正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定された以降の測定動作については、前記距離測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置と、前記駆動距離記憶手段に記憶された駆動距離とに基づき前記被照射面の距離を測定することを特徴とする請求項３０ないし請求項３３のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項３５】
前記距離測定用撮像手段から出力される撮像信号を受信して各画素の受光量に関する情報を記憶する距離測定用記憶手段と、
前記受光量に関する情報から所定の閾値よりも高い受光量とされる画素を検出する距離測定用画素検出手段とを備え、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用画素検出手段にて選択された画素の受光量に基づいて距離測定用入光位置を検出することを特徴とする請求項２３ないし請求項３４のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項３６】
前記角度画素検出手段において検出された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に距離又は傾角検出不能を報知する報知手段が備えられていることを特徴とする請求項３５に記載の光学測定装置。
【請求項３７】
前記請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の角度測定装置を備えるとともに、
各画素の受光量に基づいて特定の画素を選択する距離測定用画素選択手段と、
前記距離測定用画素選択手段により選択された画素の受光量に関する情報を記憶する距離測定用記憶手段と、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用画素検出手段にて選択された画素の受光量に基づいて距離測定用入光位置を検出することを特徴とする請求項２３ないし請求項３４のいずれかに記載の光学測定装置。
【請求項３８】
前記距離測定用画素選択手段は、
前記距離測定用撮像手段から出力される撮像信号を基に各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素を選択することを特徴とする請求項３７に記載の光学測定装置。
【請求項３９】
前記距離測定用画素選択手段は、
前記距離測定用撮像手段から出力される撮像信号を基に各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素を含むように領域を指定し、その領域内に含まれる画素の撮像信号を受信するように動作することを特徴とする請求項３７に記載の角度測定装置。
【請求項４０】
前記角度画素選択手段において選択された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に距離又は傾角検出不能を報知する報知手段が備えられていることを特徴とする請求項３７ないし請求項３９のいずれか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、光学式の角度測定装置及び角度調整装置並びに光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の角度測定装置には、随時変化し得る測定対象物の被照射面の傾斜角度を所定のタイミングで順次測定していくものがある。この構成は、例えば投光手段からの平行光をハーフミラーを通して測定対象物上に照射し、その測定対象物上で反射して戻ってきて上記ハーフミラーで反射した光（以下、「反射光」）をＣＣＤに入光させるようになっている。ＣＣＤの撮像面上における反射光のスポット位置は、測定対象物のうち上記平行光が照射される被照射面の傾斜角度変位に応じて変化する。従って、所定のタイミングでＣＣＤの撮像面上の各画素での受光量に応じた撮像信号を読み込んで、それらの撮像信号に基づいて上記被照射面の傾斜角度を順次測定するようになっている（特許文献１参照）。具体的には、ＣＣＤの受光面上の全画素からの撮像信号に基づいてＣＣＤの受光面上における上記反射光の重心位置を算出し、その重心位置と所定の基準位置との距離に基づいて傾斜角度を算出するようになっているのが一般的である。
【特許文献１】特開２００１−３０４８３１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記ハーフミラーからの各反射光はＣＣＤの受光面上の一部の領域に入光する。従って、所定のタイミング毎の各測定動作における重心位置は、受光面上の一部の画素からの撮像信号に基づいて算出することが可能である。しかしながら、上述した構成では、各測定動作において、常に受光面上の全て画素からの撮像信号に基づいて重心位置を算出するようになっており、傾斜角度の測定のための処理速度が遅くなり、その結果、角度測定装置の応答性が悪いという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、各測定動作における傾斜角度を高速に測定することが可能な角度測定装置及び角度調整装置並びに光学測定装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、角度測定用投光手段から光分離手段を介して測定対象物に平行光を照射し、この測定対象物で反射して戻ってきた反射光を前記光分離手段によって前記角度測定用投光手段への直進方向とは異なる方向に位置する角度測定用撮像手段に導くよう構成されるとともに、
前記角度測定用撮像手段の撮像面上に配列された複数の画素からの撮像信号に基づき前記撮像面上における前記反射光の入光位置を検出する角度測定用入光位置検出手段と、
前記角度測定用入光位置検出手段により検出された入光位置に基づいて前記測定対象物のうち前記平行光が照射される被照射面の傾斜角度を測定する傾斜角度測定手段とを備えて、
前記角度測定用入光位置検出手段及び前記傾斜角度測定手段による測定動作を繰り返すことで、前記被照射面の変化し得る傾斜角度を順次測定していく角度測定装置であって、
前記撮像面上の前記複数の画素のうち任意の画素群を特定するための画素特定領域について、所定の基準点を原点としてその形状及び大きさを定める領域情報が記憶される領域情報記憶手段を備えて、
前記角度測定用入光位置検出手段は、１回目の前記測定動作では、前記撮像面上における所定の初期領域内の画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出し、
２回目以降の前記測定動作では、前記領域情報記憶手段に記憶された領域情報に基づき、前記基準点を、前回の前記測定動作で検出された前回入光位置に一致させることにより定められる位置、形状及び大きさの画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明は、前記測定対象物で反射して戻ってきた前記反射光を、結像光学系を介して前記角度測定用撮像手段の撮像面上に集光させる構成とされ、
前記角度測定用入光位置検出手段により検出され得る前記撮像面上の各入光位置に基づき、それぞれの入光位置によって変化し得る前記反射光の前記撮像面上における入光範囲に応じた大きさに前記画素特定領域を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段を備え、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記２回目以降の前記測定動作では、前記領域情報記憶手段に記憶された領域情報と、前記前回入光位置に対応付けられて前記補正情報記憶手段に記憶された補正情報とに基づき、前記基準点を、前記前回入光位置に一致させることにより定められる位置、形状であって、かつ、前記前回入光位置での入光範囲に応じた大きさの画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の角度測定装置。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２記載のものにおいて、前記補正情報は、前記角度測定用入光位置検出手段により検出され得る前記撮像面上の各入光位置と、当該各入光位置及び前記結像光学系の光軸中心を透過した前記反射光の前記撮像面上における基準入光位置の間の距離に応じた大きさに前記画素特定領域を補正するための補正係数と、の対応関係情報であるところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて前記画素特定領域は、形状が直角四辺形であるところに特徴を有する。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、ｎ（ｎは、自然数）回目及びｎ＋１回目の測定動作で検出された両入光位置に基づいて前記撮像面上における入光位置の移動変位量を検知する移動変位量検知手段を備えて、
前記角度測定用入光位置検出手段は、ｎ＋２回目以降の前記測定動作において、前記領域情報記憶手段に記憶された領域情報により特定される画素特定領域の大きさを、前記移動変位量検知手段により検知された入光位置の移動変位量に応じた大きさに変化させ、その変化後の画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のものにおいて、ｎ（ｎは、自然数）回目及びｎ＋１回目の測定動作で検出された両入光位置に基づいて前記撮像面上における入光位置の移動方向を検知する移動方向検知手段を備えるとともに、
前記画素特定領域の形状は一方向に長く延びた延長形状をなし、
前記角度測定用入光位置検出手段は、ｎ＋２回目以降の前記測定動作において、前記領域情報記憶手段に記憶された領域情報により特定される画素特定領域の延長方向の向きを、前記移動方向検知手段により検知された移動方向に沿うよう方向変換させ、その方向変換後の画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項６記載のものにおいて、前記延長形状が、長方形であるところに特徴を有する。
【００１２】
請求項８の発明は、角度測定用投光手段から光分離手段を介して測定対象物に平行光を照射し、この測定対象物で反射して戻ってきた反射光を前記光分離手段によって前記角度測定用投光手段への直進方向とは異なる方向に位置する角度測定用撮像手段に導くよう構成されるとともに、
前記角度測定用撮像手段の撮像面上に配列された複数の画素からの撮像信号に基づき前記撮像面上における前記反射光の入光位置を検出する角度測定用入光位置検出手段と、
前記角度測定用入光位置検出手段により検出された入光位置に基づいて前記測定対象物のうち前記平行光が照射される被照射面の傾斜角度を測定する傾斜角度測定手段とを備えて、
前記角度測定用入光位置検出手段及び前記傾斜角度測定手段による測定動作を繰り返すことで、前記被照射面の変化し得る傾斜角度を順次測定していく角度測定装置であって、
領域情報記憶手段を備えて、
前記領域情報記憶手段は、少なくともｎ＋１（ｎは、自然数）回以上の所定回数分の前記測定動作にて検出される複数の入光位置に基づき、前記撮像面上においてそれら全ての入光位置を囲み得る画素特定領域の位置、形状及び大きさを定める領域情報を記憶する記憶動作を行うとともに、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記領域情報記憶手段により記憶された前記領域情報に基づいて定められる画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項８記載のものにおいて、前記測定対象物の被照射面の傾斜角度は周期的に変化するものであって、
前記所定回数分は、前記被照射面の傾斜角度変化の１周期に相当する時間以上の時間内で前記測定動作が実行可能な回数分であるところに特徴を有する。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のものにおいて、前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の各画素での受光量と所定の閾値と比較する比較手段が備えられ、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記比較手段において受光量が前記所定の閾値以下であった画素が所定数以上あったことを条件として、前記撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００１５】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のものにおいて、前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の画素の合計受光量と所定の基準値と比較する比較手段が備えられ、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記比較手段において前記所定の画素での合計受光量が前記所定の基準値以下であったことを条件として、前記撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００１６】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のものにおいて、前記測定対象物の被照射面の傾きを変更する傾斜可変機構を備と、
前記角度測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置が前記撮像面上において所定の正常領域内にあるかどうかを判定する正常入光判定手段と、
前記正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定されたときには、前記入光位置が前記所定の正常領域内に位置するよう前記傾斜可変機構を駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段による前記傾斜可変機構の駆動角度を記憶する駆動角度記憶手段とを備えて、
前記傾斜角度測定手段は、前記正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定された以降の測定動作については、前記角度測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置と、前記駆動角度記憶手段に記憶された駆動角度とに基づき前記被照射面の傾斜角度を測定するところに特徴を有する。
【００１７】
請求項１３の発明は、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のものにおいて、前記角度測定用撮像手段から出力される撮像信号を受信して各画素の受光量に関する情報を記憶する角度測定用記憶手段と、
前記受光量に関する情報から所定の閾値よりも高い受光量とされる画素を検出する角度測定用画素検出手段とを備え、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記画素検出手段にて選択された画素の受光量に基づいて入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００１８】
請求項１４の発明は、請求項１３に記載のものにおいて、前記角度測定用画素検出手段において検出された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に検出不能を報知する報知手段が備えられているところに特徴を有する。
【００１９】
請求項１５の発明は、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のものにおいて、各画素の受光量に基づいて特定の画素を選択する角度測定用画素選択手段と、
前記角度測定用画素選択手段により選択された画素の受光量に関する情報を記憶する角度測定用記憶手段とを備え、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記画素検出手段にて選択された画素の受光量に基づいて入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００２０】
請求項１６の発明は、請求項１５に記載のものにおいて、前記角度測定用画素選択手段は、
前記角度測定用撮像手段から出力される撮像信号を基に各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素を選択するところに特徴を有する。
【００２１】
請求項１７の発明は、請求項１５に記載のものにおいて、前記角度測定用画素選択手段は、
前記角度測定用撮像手段から出力される撮像信号を基に各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素を含むように領域を指定し、その領域内に含まれる画素の撮像信号を受信するように動作するところに特徴を有する。
【００２２】
請求項１８の発明は、請求項１５ないし請求項１７のいずれかに記載のものにおいて、前記角度測定用画素選択手段において選択された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に検出不能を報知する報知手段が備えられているところに特徴を有する。
【００２３】
請求項１９の発明は、請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の角度測定装置と、
前記測定対象物の被照射面の傾きを変更する傾斜可変機構と、
前記角度測定装置により測定された傾斜角度に基づいて前記傾斜可変機構を駆動させて被照射面の傾きを調整する制御手段とを備えたところに特徴を有する。
【００２４】
請求項２０の発明は、請求項１９記載のものにおいて、前記角度測定装置には、前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の各画素での受光量と所定の閾値と比較する比較手段が備えられ、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記比較手段において受光量が前記所定の閾値以下であった画素が所定数以上あったことを条件として、前記撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００２５】
請求項２１の発明は、請求項１９に記載のものにおいて、前記角度測定装置には、前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の画素の合計受光量と所定の基準値と比較する比較手段が備えられ、
前記角度測定用入光位置検出手段は、前記比較手段において前記所定の画素での合計受光量が前記所定の基準値以下であったことを条件として、前記撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００２６】
請求項２２の発明は、請求項１９ないし請求項２１のいずれかに記載のものにおいて、前記角度測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置が前記撮像面上において所定の正常領域内にあるかどうかを判定する正常入光判定手段と、
前記正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定されたときには、前記入光位置が前記所定の正常領域内に位置するよう前記傾斜可変機構を駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段による前記傾斜可変機構の駆動角度を記憶する駆動角度記憶手段とを備えて、
前記傾斜角度測定手段は、前記正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定された以降の測定動作については、前記角度測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置と、前記駆動角度記憶手段に記憶された駆動角度とに基づき前記被照射面の傾斜角度を測定するところに特徴を有する。
【００２７】
請求項２３の発明は、測定対象物に光を照射しその反射光に基づいてこの測定対象物の傾き及び距離の測定動作を繰り返し行う光学測定装置であって、
上記請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の角度測定装置を備えるとともに、
距離測定用投光手段から光分離手段を介して測定対象物に平行光を照射し、この測定対象物で反射して戻ってきた正反射光を前記光分離手段によって前記距離測定用投光手段及び前記角度測定装置の角度測定用投光手段への直進方向とは異なる方向に導くとともに、前記距離測定用投光手段から前記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構成され、
かつ、前記正反射光を収束させる収束レンズと、この収束レンズにより収束された前記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、この撮像面に前記光分離手段からの正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記距離測定用撮像手段の撮像面上に配列された複数の画素からの撮像信号に基づき当該撮像面上における前記正反射光の入光位置を検出する距離測定用入光位置検出手段と、
前記角度測定装置の角度測定用の撮像手段における入光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における入光位置に基づいて前記測定対象物までの距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定用撮像手段の撮像面上の前記複数の画素のうち任意の画素群を特定するための画素特定領域について、所定の基準点を原点としてその形状及び大きさを定める領域情報が記憶される距離測定用領域情報記憶手段とを備えて、
前記距離測定用入光位置検出手段は、１回目の前記測定動作では、前記撮像面上における所定の初期領域内の画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出し、
２回目以降の前記測定動作では、前記距離測定用領域情報記憶手段に記憶された領域情報に基づき、前記基準点を、前回の前記測定動作で検出された前回入光位置に一致させることにより定められる位置、形状及び大きさの画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【００２８】
請求項２４の発明は、請求項２３に記載のものにおいて、前記距離測定用入光位置検出手段により検出され得る前記撮像面上の各入光位置に基づき、それぞれの入光位置によって変化し得る前記反射光の前記撮像面上における入光範囲に応じた大きさに前記画素特定領域を補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶手段を備え、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記２回目以降の前記測定動作では、前記距離測定用領域情報記憶手段に記憶された領域情報と、前記前回入光位置に対応付けられて前記補正情報記憶手段に記憶された補正情報とに基づき、前記基準点を、前記前回入光位置に一致させることにより定められる位置、形状であって、かつ、前記前回入光位置での入光範囲に応じた大きさの画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【００２９】
請求項２５の発明は、請求項２４記載のものにおいて、前記補正情報は、前記距離測定用入光位置検出手段により検出され得る前記撮像面上の各入光位置と、当該各入光位置及び前記収束レンズの光軸中心を透過した前記反射光の前記撮像面上における基準入光位置の間の距離に応じた大きさに前記画素特定領域を補正するための補正係数と、の対応関係情報であるところに特徴を有する。
【００３０】
請求項２６の発明は、請求項２３ないし請求項２５のいずれかに記載のものにおいて、前記画素特定領域は、形状が直角四辺形であるところに特徴を有する。
【００３１】
請求項２７の発明は、請求項２３ないし請求項２６のいずれかに記載のものにおいて、ｎ（ｎは、自然数）回目及びｎ＋１回目の測定動作で検出された両入光位置に基づいて前記距離測定用撮像手段の撮像面上における入光位置の移動変位量を検知する距離測定用移動変位量検知手段を備えて、
前記距離測定用入光位置検出手段は、ｎ＋２回目以降の前記測定動作において、前記距離測定用領域情報記憶手段に記憶された領域情報により特定される画素特定領域の大きさを、前記距離測定用移動変位量検知手段により検知された入光位置の移動変位量に応じた大きさに変化させ、その変化後の画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【００３２】
請求項２８の発明は、請求項２３ないし請求項２７のいずれかに記載のものにおいて、ｎ（ｎは、自然数）回目及びｎ＋１回目の測定動作で検出された両入光位置に基づいて前記距離測定用撮像手段の撮像面上における入光位置の移動方向を検知する距離測定用移動方向検知手段を備えるとともに、
前記画素特定領域の形状は一方向に長く延びた延長形状をなし、
前記距離測定用入光位置検出手段は、ｎ＋２回目以降の前記測定動作において、前記距離測定用領域情報記憶手段に記憶された領域情報により特定される画素特定領域の延長方向の向きを、前記距離測定用移動方向検知手段により検知された移動方向に沿うよう方向変換させ、その方向変換後の画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【００３３】
請求項２９の発明は、請求項２８記載のものにおいて、前記延長形状が、長方形であることを特徴とする。
【００３４】
請求項３０の発明は、上記請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の角度測定装置を備えるとともに、
距離測定用投光手段から光分離手段を介して測定対象物に平行光を照射し、この測定対象物で反射して戻ってきた正反射光を前記光分離手段によって前記距離測定用投光手段及び前記角度測定装置の角度測定用投光手段への直進方向とは異なる方向に導くとともに、前記距離測定用投光手段から前記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構成され、
かつ、前記正反射光を収束させる収束レンズと、この収束レンズにより収束された前記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、この撮像面に前記光分離手段からの正反射光を照射させる距離測定用撮像手段と、
前記距離測定用撮像手段の撮像面上に配列された複数の画素からの撮像信号に基づき当該撮像面上における前記正反射光の入光位置を検出する距離測定用入光位置検出手段と、
前記角度測定装置の角度測定用の撮像手段における入光位置及び前記距離測定用撮像手段の撮像面における入光位置に基づいて前記測定対象物までの距離を測定する距離測定手段と、
距離測定用領域情報記憶手段とを備え、
前記距離測定用領域情報記憶手段は、少なくともｎ＋１（ｎは、自然数）回以上の所定回数分の前記測定動作にて前記距離測定用入光位置検出手段にて検出される複数の入光位置に基づき、前記距離測定用撮像手段の撮像面上においてそれら全ての入光位置を囲み得る画素特定領域の位置、形状及び大きさを定める領域情報を記憶する記憶動作を行うとともに、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用領域情報記憶手段により記憶された前記領域情報に基づいて定められる画素特定領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき前記反射光の入光位置を検出する検出動作を行うところに特徴を有する。
【００３５】
請求項３１の発明は、請求項３０記載のものにおいて、前記測定対象物の被照射面の距離が周期的に変化するものであって、
前記所定回数分は、前記被照射面の距離変化の１周期に相当する時間以上の時間内で前記測定動作が実行可能な回数分であるところに特徴を有する。
【００３６】
請求項３２の発明は、請求項３０又は請求項３１に記載のものにおいて、前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の各画素での受光量と所定の閾値と比較する距離測定用比較手段が備えられ、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用比較手段において受光量が前記所定の閾値以下であった画素が所定数以上あったことを条件として、前記距離測定用撮像手段の撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００３７】
請求項３３の発明は、請求項３０ないし請求項３２のいずれかに記載のものにおいて、前記各測定動作において、前記画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの撮像信号に基づきそれら所定の画素の合計受光量と所定の基準値と比較する距離測定用比較手段が備えられ、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用比較手段において前記所定の画素での合計受光量が前記所定の基準値以下であったことを条件として、前記距離測定用撮像手段の撮像面上の全ての画素の撮像信号に基づいて入光位置を検出し、前記条件を満たさなかったときには、そのとき特定される前記画素特定領域内或いは前記所定の初期領域内に位置する画素からの撮像信号に基づき入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００３８】
請求項３４の発明は、請求項３０ないし請求項３３のいずれかに記載のものにおいて、前記測定対象物の被照射面の距離を変更する距離可変機構と、
前記距離測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置が前記距離測定用撮像手段の撮像面上において所定の正常領域内にあるかどうかを判定する距離測定用正常入光判定手段と、
前記距離測定用正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定されたときには、前記入光位置が前記所定の正常領域内に位置するよう前記距離可変機構を駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段による前記距離可変機構の駆動距離を記憶する駆動距離記憶手段とを備えて、
前記距離測定手段は、前記距離測定用正常入光判定手段にて入光位置が前記所定の正常領域内にないと判定された以降の測定動作については、前記距離測定用入光位置検出手段にて検出される入光位置と、前記駆動距離記憶手段に記憶された駆動距離とに基づき前記被照射面の距離を測定するところに特徴を有する。
【００３９】
請求項３５の発明は、請求項２３ないし請求項３４のいずれかに記載のものにおいて、
前記距離測定用撮像手段から出力される撮像信号を受信して各画素の受光量に関する情報を記憶する距離測定用記憶手段と、
前記受光量に関する情報から所定の閾値よりも高い受光量とされる画素を検出する距離測定用画素検出手段とを備え、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用画素検出手段にて選択された画素の受光量に基づいて距離測定用入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００４０】
請求項３６の発明は、請求項３５に記載のものにおいて、前記角度画素検出手段において検出された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に距離又は傾角検出不能を報知する報知手段が備えられているところに特徴を有する。
【００４１】
請求項３７の発明は、請求項２３ないし請求項３４のいずれかに記載のものにおいて、
各画素の受光量に基づいて特定の画素を選択する距離測定用画素選択手段と、
前記距離測定用画素選択手段により選択された画素の受光量に関する情報を記憶する距離測定用記憶手段と、
前記距離測定用入光位置検出手段は、前記距離測定用画素検出手段にて選択された画素の受光量に基づいて距離測定用入光位置を検出するところに特徴を有する。
【００４２】
請求項３８の発明は、請求項３７に記載のものにおいて、前記距離測定用画素選択手段は、
前記距離測定用撮像手段から出力される撮像信号を基に各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素を選択するところに特徴を有する。
【００４３】
請求項３９の発明は、請求項３７に記載のものにおいて、前記距離測定用画素選択手段は、
前記距離測定用撮像手段から出力される撮像信号を基に各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素を含むように領域を指定し、その領域内に含まれる画素の撮像信号を受信するように動作するところに特徴を有する。
【００４４】
請求項４０の発明は、請求項３７ないし請求項３９のいずれかに記載のものにおいて、前記角度画素選択手段において検出された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に距離又は傾角検出不能を報知する報知手段が備えられているところに特徴を有する。
【００４５】
本発明の用語の定義
（ａ）「撮像手段」には、複数の画素（受光部）が一列状に配されてなる一次元撮像素子（例えば、一次元（ライン）ＣＣＤ等）、及び、複数の画素（受光部）が二次元的に配される二次元（エリア）ＣＣＤ等）が含まれる。
（ｂ）「所定の初期領域」とは、撮像素子の受光面上において、全画素を囲む全体領域（受光面全体）だけでなく、その一部の画素を囲む部分的領域であってもよい。
（ｃ）「入光位置」は、撮像面上における反射光の重心位置の他、最大輝度位置であってもよい。さらに、「重心位置」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。
＜面積重心位置＞
面積重心位置＝{Σ（ＭＩ）／ΣＭ}
Ｉ：撮像素子の受光面上における任意の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
＜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
（ｄ）「所定の基準点」は、画素特定領域の形状内の点であっても、或いは、形状外の点であってもよい。但し、被照射面の傾斜方向が予め分からないときや、被照射面の傾斜方向が変動するような場合もある。従って、基準点は、画素特定領域の形状内、特に、その形状の中央位置の点（例えば形状が円ならばその中心点）とすることが望ましい。
（ｅ）「延長形状」には、例えば長方形や楕円形等が含まれる。
（ｆ）「所定の画素」とは、画素特定領域内に位置する画素の全部であっても、その一部の画素であってもよい。
（ｇ）「所定数」とは、上記所定の画素の全体数であっても、その一部の画素数であってもよい。
【００４６】
（ｈ）「領域情報記憶手段に記憶された領域情報」には、次のものが含まれる。
（i）領域情報記憶手段に記憶された領域情報を、各測定動作において特定（変換）される画素特定領域を定めるための領域情報に随時書き換え更新させる構成の場合には、その直前の測定動作において書き換え更新された領域情報。
（ii）上記（i）のような書き換え更新しない構成の場合には、例えば測定開始前に予め記憶された画素特定領域を定めるための固定の領域情報。
（ｉ）「被照射面の変化し得る傾斜角度」には、被照射面が変化するものと、変化しないものとが含まれる。即ち、ここでいう「測定対象物」は、被照射面の傾斜角度が変化するものと変化しないものとが含まれる。
（ｊ）「基線軸」とは、測定対象物の距離変化に関らず測定対象物からの反射光が距離測定用撮像素子の受光面上に入光する入光位置が変化しないように距離測定用投光手段が配置された場合の、当該距離測定用投光手段から測定対象物までの光路をいう。
【発明の効果】
【００４７】
＜請求項１、２３の発明＞
本構成によれば、領域情報記憶手段には領域情報（画素特定領域について、当該画素特定領域内の一点を基準点としてその形状及び大きさを定める情報）が記憶されている。２回目以降の各測定動作では、上記領域情報と、各測定動作より前の測定動作時に検出された入光位置とに基づき、撮像素子の受光面上における画素特定領域の位置、形状及び大きさが定められる。そして、入光位置検出手段により受光面上の画素のうち上記画素特定領域内に位置する画素からの受光信号だけに基づいて入光位置が検出され、その入光位置に基づいて測定対象物の被照射面の傾斜角度が傾斜角度測定手段によって測定される。
つまり、本発明では、各測定動作において、受光面上の一部の領域（画素特定領域）上に位置する画素からの受光信号に基づいて入光位置の検出及び傾斜角度の測定を行う構成である。換言すれば、受光面上のうち上記画素特定領域以外の領域に位置する画素からの受光信号は、上記入光位置検出の処理において利用しないのである。従って、各測定動作において、常に、受光面上の全画素からの受光信号に基づいて入光位置の検出及び傾斜角度の測定を行う従来のものに比べて、入光位置検出のための処理負担を軽減し、測定対象物の被照射面の傾斜角度を高速に測定することができる。
【００４８】
また、請求項２３の構成によれば、距離測定においても、距離測定用撮像素子の受光面上の一部の領域（画素特定領域）上に位置する画素からの受光信号に基づいて入光位置の検出及び距離の測定を行う構成とすることで、入光位置検出のための処理負担を軽減し、測定対象物の被照射面の距離を高速に測定することができる。
【００４９】
＜請求項２，３，２４，２５の発明＞
本構成では、角度測定装置は、測定対象物で反射して戻ってきた反射光を、結像光学系（請求項２４，２５の光学測定装置では収束レンズ。以下、この段落において同じ）を介して撮像素子の受光面上に集光させる構成とされている。ここで、結像光学系への反射光の入射位置は、測定対象物の傾斜角度（請求項２４，２５の光学測定装置では測定対象物の距離。以下、この段落において同じ）によって異なる。そうすると、結像光学系の特性（例えば像面歪曲収差、球面収差）の影響により当該結像光学系を透過し撮像素子の受光面上に照射された反射光の照射スポットの大きさが、結像光学系への反射光の入射位置（測定対象物の傾斜角度）、換言すれば、撮像素子の受光面上における反射光の照射位置に応じて異なることがある。
【００５０】
そこで、本構成によれば、補正情報記憶手段に記憶された補正情報に基づき、前回の入光位置での入光範囲（照射スポットの大きさ）に応じた大きさに画素特定領域の大きさを補正し、その補正後の画素特定領域内に位置する画素からの受光信号に基づき反射光の入光位置を検出する構成とした。つまり、各入光位置での入光範囲に対応した必要最小限の画素からの受光信号に基づき入光位置検出を行うことができるのである。
【００５１】
＜請求項４，２６の発明＞
上記請求項１〜３，２３〜２５の発明においては、画素特定領域が、曲線部を有する形状（例えば、円形や楕円形等）である構成が含まれる。これらの構成に対して、本構成によれば、画素特定領域の形状は、直角四辺形であるから、画素特定領域を定めるための領域情報データの簡素化を図ることができる。
なお、請求項１、２３の発明においては、曲線部を有しない形状（例えば三角形や四角形等）で、かつ、各辺が画素の配列方向に沿っていない辺を有する形状及び配置位置である構成も含まれる。
【００５２】
そこで、次のような構成としてもよい。
即ち、「請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の角度測定装置、或いは、請求項２３ないし請求項２５のいずれかに記載の光学測定装置において、前記撮像素子は、前記複数の画素が直交２方向に配列された二次元撮像素子であり、前記画素特定領域は、形状が直角四辺形であり、かつ、その直角四辺形を構成する各辺が前記二次元撮像素子の受光面上の前記直交２方向に対して平行をなす構成。」
このような構成によれば、撮像素子の受光面上の任意の画素群を特定するための画素特定領域は、形状が直角四辺形であり、かつ、その直角四辺形を構成する各辺が二次元撮像素子の受光面上の直交２方向に対して平行をなす。つまり、画素特定領域は、それを構成する各辺が受光面上の画素の配列方向に沿うように配置される。従って、上記構成に比べて、画素特定領域を定めるための上記領域情報データの簡素化を図ることができるとともに、各画素からの受光信号が画素特定領域内に位置する画素からのものであるかどうかの判別処理の簡素化を図ることができる。
【００５３】
＜請求項５，２７の発明＞
各測定動作から次の測定動作までの間において、測定対象物の被照射面の傾斜角度変位量（請求項２７では距離変位量。以下、この段落において同じ）は常に一定であるとは限らない。例えば、被照射面の単位時間当たりの傾斜角度変位量が次第に小さくなっていったり、大きくなっていたりすることがある。このような場合には、入光位置測定手段によって各測定動作毎に検出される入光位置の移動変位量も大小変化することになる。
そこで、本構成によれば、、ｎ＋２回目以降の所定の各測定動作において、その直前２回の測定動作時に検出された両入光位置に基づいて入光位置の受光面上における移動変位量を検知する。そして、その移動変位量に応じて画素特定領域の大きさを変化させ、その変化後の画素特定領域内に位置する画素からの受光信号に基づき入光位置検出を行う。ここで、上記入光位置の移動変位量は、測定対象物の被照射面について傾斜角度変位量に比例するものである。つまり、画素特定領域の大きさを、被照射面の変化し得る傾斜角度変位量に追従させつつ変化させることができる。従って、被照射面の傾斜角度変位量が大きくなっていくような場合には、反射光の照射点が画素特定領域から外れることを極力防止することができる。逆に、被照射面の傾斜角度変位量が小さくなっていくような場合には、入光位置検出処理において本来的に不要な画素からの受光信号を極力排除して入光位置検出の処理負担の更なる軽減化を図ることができる。
【００５４】
＜請求項６，７，２８，２９の発明＞
請求項６，２８の構成によれば、ｎ＋２回目以降の所定の各測定動作における画素特定領域は、受光面上における入光位置の移動方向に沿って長く延びた延長形状となる。従って、画素特定領域の形状が例えば円や正方形等の場合に比べて、やはり入光位置検出処理において本来的に不要な画素からの受光信号を極力排除して入光位置検出の処理負担の更なる軽減化を図ることができる。
更に、上記延長形状を長方形とすることで（請求項７，２９の構成）、例えば曲線部を有する形状（例えば、円形や楕円形等）に比べて、領域情報記憶手段（請求項２８，２９では距離測定用領域情報記憶手段）に記憶すべき領域情報データの簡素化を図るとともに、各画素からの受光信号が画素特定領域内に位置する画素からのものであるかどうかの判別処理の簡素化を図ることができる。
【００５５】
＜請求項８，９，３０，３１の発明＞
請求項８、３０の構成によれば、所定回数分の測定動作により検出された複数の入光位置に基づきそれらを囲み得る画素特定領域を定めて、それ以降の測定動作においては、撮像素子（請求項３０では距離測定用撮像素子）の受光面上において上記画素特定領域内に位置する画素からの受光信号に基づいて入光位置が検出され傾斜角度（距離）が測定される。つまり、所定回数分の測定動作における複数の入光位置をサンプリングすることで、受光面上において入光位置が位置し得る領域を予め特定するのである。これにより以後の測定動作においては上記画素特定領域内の画素からの受光信号だけに基づき入光位置を検出するようにして、各測定動作毎に画素特定領域を特定するための処理、及び、各画素からの受光信号が画素特定領域内に位置する画素からのものであるかどうかの判別処理の軽減を図ることができる。
【００５６】
特に、測定対象物の被照射面の傾斜角度（距離）が周期的に変化する場合がある。このような場合、請求項９、３１の構成によれば、領域情報記憶手段（請求項３１では距離測定用領域情報記憶手段）は、被照射面の傾斜角度（距離）変化の１周期に相当する時間以上の時間内で繰り返される回数分の測定動作にて検出される複数の入光位置に基づき、受光面上においてそれら全ての入光位置を囲み得る画素特定領域の位置、形状及び大きさを定める領域情報を記憶する。従って、受光面上において入光位置が位置し得る領域を確実に捉えることができ、その後の測定動作において上記画素特定領域から入光位置が外れるといった事態を防止することができる。
【００５７】
＜請求項１０，１１，２０，２１，３２，３３の発明＞
例えば被傾斜面の傾斜角度（または距離）が急激に変位するような場合がある、このような場合、上記請求項１ないし請求項９、請求項２３ないし請求項３１の構成において、各測定動作にて検出される入光位置が画素特定領域から外れた位置になることがあり得る。また、画素特定領域が設定される前の測定動作において、既に、撮像素子（または距離測定用撮像素子）の受光面上の部分的領域に位置する画素からの受光信号に基づき入光位置を算出するように設定されている場合には、画素特定領域が設定される前の測定動作時に検出される入光位置が上記部分的領域から外れた位置になることがあり得る。これでは、入光位置の検出ができない。
そこで、請求項１０，２０，３２の構成によれば、画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの受光信号に基づき受光量が前記所定の閾値以下であった画素が所定数以上あったときには、改めて受光面上の全ての画素の受光信号に基づいて入光位置を検出する。また、請求項１１，２１，３３の構成によれば、画素特定領域内に位置する画素のうち所定の画素からの受光信号に基づき所定の画素での合計受光量が所定の基準値以下であったときには、改めて受光面上の全ての画素の受光信号に基づいて入光位置を検出する。従って、入光位置が画素特定領域や部分的領域から外れた場合であってもそのときの傾斜角度を測定可能とし、測定動作を継続して実行することができる。
【００５８】
＜請求項１２，２２，３４の発明＞
本構成によれば、正常入光判定手段（請求項３４では距離測定用正常入光判定手段）にて、入光位置が所定の正常領域内にない（入光位置が例えば撮像素子の受光面の周縁部に位置する場合）と判定されたときには、入光位置が正常領域内（例えば受光面の中央付近）に位置するよう測定対象物の被照射面の傾きを変更し、そのときの駆動角度（請求項３４では駆動距離）が駆動角度記憶手段（請求項３４では駆動距離記憶手段）に記憶される。そして、傾斜角度測定手段（請求項３４では距離測定手段）による測定動作においては、入光位置検出手段により検出された入光位置に基づき測定される傾斜角度に対して、上記駆動角度分を補正して被照射面の傾斜角度（請求項３４では距離）を算出する。このような構成であれば、各測定動作において検出される入光位置を、撮像素子の受光面上の正常領域付近にさせることができ、測定動作過程において入光位置が撮像素子の受光面から外れることを抑制することが可能になる。なお、駆動手段は、傾斜角度測定手段からの測定結果に基づき自動で駆動させる構成だけでなく、手動で駆動させる構成であってもよい。
【００５９】
＜請求項１９の発明＞
本構成によれば、上記請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の角度測定装置を利用して、その測定結果に基づき傾斜可変機構が制御手段により駆動されることにより測定対象物の被照射面が所望の傾斜角度になるよう調整される。従って、上記請求項１ないし請求項１８の効果により傾斜角度調整の高速化を図ることができる。
また、制御手段は、角度測定装置により順次測定される傾斜角度によって、傾斜可変機構を、被照射面が所望の傾斜角度になる駆動位置に向けて順次駆動制御していくわけであるが、実際には例えば追従遅れ等が生じたりする。このため、傾斜可変機構は必ずしも制御手段による制御どおりの駆動軌道をたどるとは限らない。例えば被照射面を単位時間あたり所定角度ずつ傾斜させるような制御信号が制御手段から傾斜可変機構に与えられているとしても、角度測定装置において検出される入光位置の単位時間あたりの移動変位量が一定になるとは限らない。そこで、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の角度測定装置を利用することで入光位置の移動変位や移動方向に応じて画素特定領域の配置位置や大きさなどを変えるなどして不要な画素からの受光信号を排除して、迅速な傾斜角度調整を行うことが可能になる。
【００６０】
＜請求項１３、１５，１６，１７，３５，３７，３８，３９の発明＞
上記発明では、所定の閾値以上の受光量とされている画素を検出し、その検出された画素から受光中心位置（最大輝度位置、面積重心位置、体積重心位置）を検出するようにしている。このようにすれば全画素の受光量情報を参照することなく受光中心位置を検出することが出来るから、処理時間の短縮化を図ることができる。
【００６１】
＜請求項１４，１８、３６，４０の発明＞
例えば、被検出物の傾き角が装置の測定許容範囲から外れた場合には、撮像手段に被測定物からの反射光が照射されなくなる。このようなイレギュラーな使用においては、正確な傾角測定を行なうことができないから、管理者や使用者に対して何らかの方法により測定できないことを知らしめなければならない。
これに対して、上記発明では、測定不能とされた場合には、報知手段にて報知することができるから、確実な測定に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１に係るレーザフォーミング装置１０について、図１ないし図１０を参照しつつ説明する。
【００６３】
本実施形態に係るレーザフォーミング装置１０は、図１に示すように、被加工物体（本発明の「測定対象物」に相当）に対してレーザ光Ｍを横断的に照射させるレーザ照射手段と、上記被加工物体の曲がり角度（本発明の「測定対象物の被照射面の傾斜角度」に相当）を測定する角度測定装置１１とを備えて構成されている。そして、角度測定装置１１において測定される傾斜角度が所望の角度になるまで上記レーザ照射手段によるレーザ照射を行うようになっている。
【００６４】
より具体的には、本実施形態では、上記被加工物体は、例えばパソコンのハードディスク装置に備えられる金属製の支持アーム片Ｗ１であって、その先端に光磁気ヘッドＷ１ａを備えた支持アーム片Ｗ１である。そして、レーザフォーミング装置１０は、この支持アーム片Ｗ１の先端部分を基端部分に対して所望の傾斜角度になるよう曲げ加工を施すために用いられている。
【００６５】
１．レーザフォーミング装置の構成
（１）レーザ照射手段の構成
本実施形態において、上記レーザ照射手段は、例えば支持アーム片Ｗ１に対してレーザ光Ｍを照射させるレーザ加工ヘッド１２と、支持アーム片Ｗ１の基端部分を保持固定し、支持アーム片Ｗ１を上記レーザ加工ヘッド１２からのレーザ光Ｍの出射方向と垂直をなす方向（図１では紙面奥行き方向）に移動させる調整ステージ１３とを備えて構成されたレーザ加工装置である。制御部１４からオン信号が与えられると、レーザ加工ヘッド１２からレーザ光Ｍが出射され、そのレーザ光Ｍを横断するように支持アーム片Ｗ１が調整ステージ１３により平行移動されるレーザ照射動作が例えば１回実行される。
【００６６】
（２）角度測定装置の構成
角度測定装置１１は、調整ステージ１３に保持固定された支持アーム片Ｗ１の下方に配置されている。角度測定装置１１は、投光素子１５からの光を、その前方に配されたハーフミラー１６（本発明の「光分離手段」に相当）に照射させ、このハーフミラー１６で反射した光をコリメータレンズ１７を介して平行光Ｌ１として支持アーム片Ｗ１の先端部分下面（本発明の「被照射面」に相当）出射させるようになっている。そして、その支持アーム片Ｗ１下面で反射してコリメータレンズ１７及びハーフミラー１６を通って戻ってきた反射光Ｌ２を、上記コリメータレンズ１７の後方焦点位置に配された二次元ＣＣＤ１８（本発明の「角度測定用撮像手段」に相当）の撮像面１８Ａ上に照射させるよう構成されている。
【００６７】
二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上において直交２方向（行列方向）に配列された各画素での受光量に応じた撮像信号は、対応する各画素の位置情報とともに撮像信号格納部１９（角度測定用受光量情報記憶手段に相当）に一旦格納され、デジタル信号列からなる撮像信号として制御部１４に取り込まれる。
【００６８】
以上の構成により、レーザ加工装置の曲げ加工によって支持アーム片Ｗ１先端部分の傾斜角度が変わるに連れて、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８上に形成される上記反射光Ｌ２のスポットＳの位置が移動する。従って、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上における反射光Ｌ２のスポットＳの位置を検出することにより支持アーム片Ｗ１の傾斜角度を測定することが可能となる。
【００６９】
さて、この制御部１４には、領域情報記憶部２０及び重心位置記憶部２１が接続されている。領域情報記憶部２０には、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上において任意の領域を特定するための画素特定領域Ｅを定めるための領域情報が記憶されている。具体的には、図３に示すように、画素特定領域Ｅは、正方形であって、かつ、直交する各片それぞれが二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上の画素配列２方向（行列方向）（以下、図３に示すＸ軸方向及びＹ軸方向）に沿うような形状をなす。領域情報は、上記画素特定領域Ｅの形状及び大きさについて、その形状の中心位置に位置する点を基準点として特定するための座標データである。
また、当該制御部１４には発光部２３が接続されており、制御部１４からの駆動信号を受信することによって発光動作を行なうようになっている。
【００７０】
２．制御部による制御内容及びレーザフォーミング装置の動作
制御部１４による制御内容に基づきレーザフォーミング装置１０の動作につい図１ないし図３を参照して説明する。
まず、図１に示すように、曲げ加工前の支持アーム片Ｗ１を調整ステージ１３に保持固定し、レーザフォーミング装置１０を起動させる。すると、制御部１４は、図２のフローチャートに示す制御内容を実行する。
【００７１】
（１）１回目の測定動作
制御部１４は、まず、ステップＳ１において所定の測定タイミングで投光素子１５に投光動作を行わせるとともに、それに同期して二次元ＣＣＤ１８に駆動信号を与える。このとき、図３（Ａ）に示すように、コリメータレンズ１７から出射され、支持アーム片Ｗ１下面で反射した反射光Ｌ２は、同一経路を通ってコリメータレンズ１７及びハーフミラー１６を介して二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上の例えば中央位置に入光する。そして、ステップＳ２及びＳ３で、制御部１４は、撮像信号格納部１９からの撮像信号から二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上の全ての画素からの撮像信号を読み出して二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上における反射光Ｌ２の重心位置を検出する。具体的には、次のいずれかの算出式（以下、「重心算出式」）によって検出する。なお、この場合、下記の任意の領域は、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ全体であるが、画素特定領域が特定されている場合には、その画素特定領域となる（以下において、同じ）。
【００７２】
［面積重心位置の重心算出式］
面積重心位置＝{Σ（ＭＩ）／ΣＭ}
Ｉ：二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上における任意の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
［体積重心位置の重心算出式］
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
【００７３】
これにより、重心位置が二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上の中央位置Ｓ１に位置することが検出され、例えば、その重心位置Ｓ１と撮像面１８Ａ上の原点Ｏ（上記Ｘ軸及びＹ軸の交差点）との位置偏差に基づき支持アーム片Ｗ１の傾斜角度がθ１（０度）と測定される。なお、このときの重心位置Ｓ１は重心位置記憶部２１に記憶される。
【００７４】
また、制御部１４にて撮像面１８Ａにおける各画素の受光量のレベルを所定の閾値と比較し、この所定の閾値を上回る受光量を有する画素について上記面積重心位置及び体積重心位置を検出するようにしてもよい。このとき、所定の閾値を上回る受光量とされる画素数が所定の数ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）に満たない場合には、発光部２３に駆動信号を送信して発光部２３を発光動作させる。例えば、ワークＷの傾き角が装置の測定許容範囲から外れた場合には、撮像面１８ＡにワークＷからの反射光が照射されなくなる。このようなイレギュラーな使用においては、正確な傾角測定を行なうことができないから、管理者や使用者に対して何らかの方法により測定できないことを知らしめなければならない。これに対して、本実施形態では、測定不能とされた場合には、発光部２３にて報知することができるから、確実な測定に寄与することができる。
尚、制御部１４により画素検出手段が構成されており、制御部１４と発光部２３とで報知手段が構成されている。
【００７５】
（２）レーザ加工装置のレーザ照射動作
次に、ステップＳ４で、制御部１４は、レーザ加工装置にオン信号を与える。すると、レーザ加工ヘッド１２からレーザ光Ｍが出射され、そのレーザ光Ｍを横断するように支持アーム片Ｗ１が調整ステージ１３により平行移動されるレーザ照射動作が１回実行さる。これにより、図３（Ｂ）に示すように、支持アーム片Ｗ１は、レーザ光Ｍの照射経路を中心として曲がり、その先端部分が基端部分に対して傾斜する。
【００７６】
（３）２回目以降の測定動作
次に、ステップＳ５で、上記１回目の測定動作と同様、測定タイミングで投光素子１５に投光動作を行わせるとともに二次元ＣＣＤ１８に駆動信号を与える。そして、ステップＳ６で領域情報記憶部２０から領域情報を取得し、重心位置記憶部２１から１回目の重心位置Ｓ１を読み出す。続いて、ステップＳ７で、基準点を、撮像面１８Ａ上において重心位置Ｓ１とする画素特定領域Ｅ１を特定する。この画素特定領域Ｅ１は、上述したように、正方形であって、かつ、直交する各片それぞれが撮像面１８Ａ上のＸ軸方向及びＹ軸方向に沿うような形状をなす。ここで、撮像面１８Ａ上における反射光Ｌ２のスポット位置は、この画素特定領域Ｅ１内に照射されており、上記撮像信号から画素特定領域Ｅ１内に位置する画素からの撮像信号を抜き出して、これらを上記重心位置の算出式によって重心位置Ｓ２を算出することができる。そしてこの重心位置Ｓ２と原点Ｏとの位置偏差に基づき支持アーム片Ｗ１の傾斜角度がθ２と測定される（ステップＳ９）。
【００７７】
ステップＳ１０では、傾斜角度θ２が所望の角度と一致するかどうかを判断し、一致していなけば（ステップＳ１０で「Ｎ」）、再度上記ステップＳ４からステップ９までのレーザ照射動作及び３回目の測定動作を実行する。すると、図３（Ｃ）に示すように、３回目の測定動作では、２回目の測定動作時の重心位置Ｓ２を中心とする正方形の画素特定領域Ｅ２が特定され、その画素特定領域Ｅ２内に位置する画素からの撮像信号に基づいて重心位置Ｓ３が算出され傾斜角度θ３が測定される。これ以降、測定された傾斜角度が所望の角度に一致（ステップＳ１０で「Ｙ」）するまで、レーザ照射動作及び測定動作が繰り返し行われる。これにより支持アーム片Ｗ１を所望の傾斜角度に曲げ加工することができるのである。
【００７８】
（４）反射光のスポット位置が画素特定領域外に位置する場合の動作
また、本実施形態では、図２のステップＳ８に示すように、２回目以降の各測定動作毎に、画素特定領域Ｅ１，Ｅ２．．内の画素について、受光量レベルが所定の閾値以上である画素が存在するかどうかの判定処理を実行する。そして、存在しない（ステップＳ８で「Ｎ」）と判定したときは、撮像面１８Ａ上における反射光Ｌ２のスポット位置が上記各画素特定領域Ｅ１，２．．から外れていることとして、ステップＳ１に戻る。つまり、上記１回目の測定動作と同様、改めて撮像面１８Ａ上の全画素からの撮像信号に基づいて重心位置が算出されて傾斜角度測定が行われるのである。
【００７９】
３．本実施形態の効果
このように、本実施形態では、各測定動作において、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上の一部の領域（画素特定領域Ｅ１，Ｅ２．．）内に位置する画素からの撮像信号に基づいて重心位置の算出処理及び傾斜角度の測定処理を行う構成である。従って、各測定動作において、常に、撮像面１８Ａ上の全画素からの撮像信号に基づいて重心位置の検出及び傾斜角度の測定を行う従来のものに比べて、重心位置検出のための処理負担を軽減し、支持アーム片Ｗ１の先端部分の傾斜角度を高速に測定することができ、ひいては支持アーム片Ｗ１の加工処理時間の短縮化を図ることが可能となる。
【００８０】
また、各画素特定領域Ｅ１，Ｅ２．．は、正方形であって、かつ、直交する各片それぞれが二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上の画素配列２方向に沿うような形状をなす（請求項２に含まれる構成に相当）。従って、画素特定領域が、曲線部を有する形状（例えば、円形や楕円形等）である構成、或いは、曲線部を有しない形状（例えば三角形や四角形等）であっても各辺が画素の配列方向に沿っていない辺を有する形状及び配置位置である構成に比べて、画素特定領域を定めるための上記領域情報のデータを簡素化することができるとともに、各画素からの撮像信号が画素特定領域内に位置する画素からのものであるかどうかの判別処理（図２のステップＳ７）の簡素化を図ることができる。
【００８１】
また、各レーザ照射動作による支持アーム片Ｗ１の傾斜角度変位は、常に一定とは限らない。そうすると、各測定動作にて検出される重心位置Ｓ１，Ｓ２．．が画素特定領域Ｅ１，Ｅ２．．から外れた位置になることがあり得る。そこで、本実施形態では、画素特定領域Ｅ１，Ｅ２．．内の画素について、受光量レベルが所定の閾値以上である画素が存在するかどうかの判定処理を実行し、存在しない場合には、改めて撮像面１８Ａ上の全セルからの撮像信号に基づいて重心位置を算出するようにした（請求項８の構成に相当）。従って、重心位置Ｓ１，Ｓ２．．が画素特定領域Ｅ１，Ｅ２．．から外れた場合であってもそのときの傾斜角度を測定可能とし、測定動作を継続して実行することができる。
【００８２】
＜実施形態２＞
図４から図６は（請求項４，５，１１，１２の発明に対応する）実施形態２を示す。本実施形態は、鏡面板Ｗ２（本発明の「測定対象物」に相当）を、その傾斜角度を変更可能に支持する支持部材３０と、角度測定装置３１とを備えており、角度測定装置３１により上記鏡面板Ｗ２の傾斜角度を測定しつつ、その測定結果に基づき鏡面板Ｗ２を傾斜角度を調整するための角度調整装置３２である。本実施形態は、上記実施形態１に対して、角度測定装置３１の一部構成が異なるとともに、制御部１４の制御内容の一部が異なり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１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。
【００８３】
１．角度調整装置の構成
（１）角度測定装置の構成
図４に示すように、角度測定装置３１は、投光素子１５からの光を、その前方の投光レンズ３３を介して平行光Ｌ１としてハーフミラー１６に照射させ、このハーフミラー１６で反射した光を上記鏡面板Ｗ２の上面（本発明の「被照射面」に相当）に出射させるようになっている。そして、その鏡面板Ｗ２上面で反射してハーフミラー１６を通って戻ってきた反射光Ｌ２を、収束レンズ３４を介して収束させて当該収束レンズ３４の後方焦点位置に配された二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上に照射させるよう構成されている。
【００８４】
また、領域情報記憶部２０には、画素特定領域Ｆを定めるための領域情報が記憶されている。具体的には、図６に示すように、領域情報記憶部２０には、長方形であって、かつ、例えば長辺がＸ方向、短辺がＹ方向にそれぞれ沿うような形状をなす基準画素特定領域Ｆ０の形状及び大きさについて、その形状の中心位置に位置する点を基準点として特定するための座標データが記憶されている。
【００８５】
（２）支持部材の構成
支持部材３０（本発明の「傾斜角度可変機構」に相当）は、これに設けられた２本の螺子（図示せず）のうち、一方を回すことでθＸ方向（Ｘ軸を中心に鏡面板Ｗ２を回動させる方向）に回動し、他方を回すことでθＹ方向（Ｙ軸を中心に鏡面体を回動させる方向）に回動するようになっており、この支持部材３０の回動に伴なって鏡面板Ｗ２も回動される。また、これらの螺子はドライバ駆動手段３５に備えられたドライバ３５ａにより回されるようになっている。
【００８６】
２．角度調整装置の動作
制御部１４による制御内容に基づき角度調整装置３２の動作について、図５及び図６を参照しつつ説明する。なお、図５は、図２（実施形態１の制御フローチャート）に対して異なるステップが点線枠で示され、共通するステップについては同一の符号が付されている。
本実施形態に係る制御部１４の制御内容は、上記実施形態１に対して次の点が異なる。
【００８７】
（１）ステップＳ１１について
１回目の測定動作（ステップＳ１〜ステップ３）後、その測定結果から鏡面板Ｗ２を所望の角度に向わせる方向に単位角度分（ΔθＸ，ΔθＹ）だけ回動させるためのドライバ駆動信号を上記ドライバ駆動手段３５に与える。
【００８８】
（２）ステップＳ１２〜１４について
２回目以降の測定動作では、その前２回分の測定動作で算出された重心位置が重心位置記憶部２１に記憶されているかどうかを判定する。２回目の測定動作では１回目の測定動作の重心位置Ｓ１のみ記憶されているから（ステップＳ１２で「Ｎ」）、このときは、図６（ｂ）に示すように、領域情報記憶部２０に記憶された領域情報に基づく上記基準画素特定領域Ｆ０（長方形であって、かつ、例えば長辺がＸ方向、短辺がＹ方向にそれぞれ沿うような形状をなす）がそのまま画素特定領域Ｆ１と定められ、その画素特定領域Ｆ１内の画素からの撮像信号に基づき重心位置Ｓ２が算出されて傾斜角度が測定される（ステップＳ７〜ステップＳ９）。
【００８９】
一方、３回目の測定動作では、重心位置記憶部２１に２つの重心位置Ｓ１，Ｓ２が記憶されているから（ステップＳ１２で「Ｙ」）、ステップＳ１３で両重心位置Ｓ１，Ｓの移動方向を算出する。そして、この移動方向に長手方向が沿うように上記基準画素特定領域Ｆ０を回転変換させた画素特定領域Ｆ２を定めるための座標データを生成する（ステップＳ１４）。具体的には、重心位置Ｓ１，Ｓ２の移動方向と、基準画素特定領域Ｆ０の長手方向（Ｘ方向）とのなす角度はθであることが分かり、基準画素特定領域を定めるための座標データを角度θ分回転変換させるのである。
【００９０】
３．本実施形態の効果
本実施形態によれば、３回目以降の各測定動作における画素特定領域Ｆ２，Ｆ３．．は、撮像面１８Ａ上における重心位置の移動方向に沿って長く延びた長方形となる（請求項４の構成に相当）。従って、画素特定領域の形状が例えば円や正方形等の場合に比べて、重心位置検出処理において本来的に不要な画素からの撮像信号を極力排除して重心位置検出の処理負担の更なる軽減化を図ることができる。
【００９１】
しかも、画素特定領域Ｆの形状を、長方形とすることで（請求項５の構成に相当）、例えば曲線部を有する形状（例えば、円形や楕円形等）に比べて、領域情報記憶手段に記憶すべき領域情報データの簡素化を図るとともに、各画素からの撮像信号が画素特定領域内に位置する画素からのものであるかどうかの判別処理（ステップＳ７）の簡素化を図ることができる。
【００９２】
また、本実施形態では、例えば追従遅れ等によって制御部１４による制御内容通りに支持部材３０が動作しない場合があり得る。つまり、各測定動作において、所定単位角度分だけ駆動させるためのドライバ駆動信号がドライバ駆動手段３５に与えられても、支持部材３０による鏡面体の実際の傾動角度にバラツキが生じる場合がおそれがある。そうすると、各測定動作にて検出される重心位置Ｓ１，Ｓ２．．が画素特定領域Ｆ１，Ｆ２．．から外れた位置になることがあり得る。そこで、本実施形態でも、実施形態１と同様、ステップＳ８において、画素特定領域Ｆ１，Ｆ２．．内の画素について、受光量レベルが所定の閾値以上である画素が存在するかどうかの判定処理を実行し、存在しない（ステップＳ８で「Ｎ」）ときは、ステップＳ１に戻り、改めて撮像面１８Ａ上の全画素からの撮像信号に基づいて重心位置が算出されて傾斜角度測定が行われる（ステップＳ１０の構成に相当）。従って、重心位置Ｓ１，Ｓ２．．が画素特定領域Ｆ１，Ｆ２．．から外れた場合であってもそのときの傾斜角度を測定可能とし、測定動作を継続して実行することができる。
【００９３】
＜実施形態３＞
図７及び図８は（請求項３の発明に対応する）実施形態３を示す。前記実施形態２との相違は、制御部１４の制御内容にあり、その他の点は前記実施形態２と同様である。従って、実施形態２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。
【００９４】
１．角度調整装置の構成
本実施形態では、領域情報記憶部２０には、円形状の画素特定領域Ｇを定めるための領域情報が記憶されている。具体的には、領域情報は、所定の基準点とその基準点からの半径Ｒ０の基準画素特定領域Ｇ０の形状、大きさを特定するための座標データが記憶されている。
【００９５】
２．角度調整装置の動作
制御部１４による制御内容に基づき角度調整装置３２の動作について、図７及び図８を参照しつつ説明する。
【００９６】
（１）２回目の測定動作
上記実施形態２とは、ステップＳ２０及びステップＳ２１の処理内容が異なる。本実施形態では、重心位置記憶部２１に重心位置Ｓ１のみ記憶された２回目の測定動作では、図８（ａ）に示すように、重心位置Ｓ１を中心とし半径Ｒ０の基準画素特定領域Ｇ０と同じ大きさの画素特定領域Ｇ１が特定され、この画素特定領域Ｇ１内の画素からの撮像信号に基づき重心位置Ｓ２が検出される。
【００９７】
（２）３回目の測定動作
次に、重心位置Ｓ１，Ｓ２が記憶された３回目の測定動作では、ステップＳ２０で前２回の両重心位置Ｓ１，Ｓ２の位置変位量ｄ１を算出する（図８（ａ）参照）。そして、ステップＳ２１で、例えば、この位置変位量ｄ１と固定値（例えば上記基準画素特定領域Ｇ０の半径Ｒ０）との比に応じた倍率に拡縮された画素特定領域Ｇ１に関する領域情報を生成する。具体的には、基準画素特定領域Ｇ０を特定するための座標データに対して上記倍率を乗算させるのである。これにより、図８（ｂ）に示すように、重心位置Ｓ２を中心とする半径Ｒ２（＜Ｒ１）の画素特定領域Ｇ２が特定され、この画素特定領域Ｇ２内の画素からの撮像信号に基づき重心位置Ｓ３が検出される。
【００９８】
（３）４回目の測定動作
４回目では、前２回の両重心位置Ｓ２，Ｓ３の位置変位量ｄ２＜（ｄ１）を算出する（図８（ｂ）参照）。ここで、３回目で算出された位置変位量ｄ１よりも今回の位置変位量ｄ２の方が小さいので、同図（ｃ）に示すように、画素特定領域Ｇ３は、重心位置Ｓ３を中心とし、半径が上記画素特定領域Ｇ２によりも小さい半径Ｒ３（＜Ｒ２）の領域と特定され、この画素特定領域Ｇ３内の画素からの撮像信号に基づき重心位置Ｓ４が検出される。
【００９９】
３．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態では、重心位置の移動変位量ｄ１，ｄ２．．に応じて画素特定領域の大きさ（半径Ｒ１，Ｒ２．．）を変える構成である。従って、鏡面板Ｗ２の傾斜角度変位量が大きくなっていくような場合には、反射光Ｌ２のスポット位置（重心位置）が画素特定領域Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３．．．から外れることを極力防止することができる。逆に、鏡面板Ｗ２の傾斜角度変位量が小さくなっていくような場合には、重心位置検出処理において本来的に不要な画素からの撮像信号を極力排除して重心位置検出の処理負担の更なる軽減化を図ることができる。
【０１００】
＜実施形態４＞
上記第１から実施形態３では、２回目以降の各測定動作毎に、画素特定領域Ｅ，Ｆ，Ｇ内の画素について、受光量レベルが所定の閾値以上である画素が存在するかどうかの判定処理を行う構成としたが、本実施形態４（請求項９及び１３の構成に相当）は、この判定処理内容が異なる。
【０１０１】
以下、実施形態１との相違を例に挙げて説明すると、図９の点線で示すように、ステップＳ２３で、画素特定領域Ｅ内の画素からの撮像信号に基づきそれら画素での受光レベル合算値（受光量合計）を算出し、ステップＳ２４で所定の基準合算値を比較する。この基準合算値は、例えば、上記画素特定領域Ｅ内に重心位置があるときの受光レベル合算値と、ないときの受光レベル合算値との中間値としてある。このような構成であれば、やはり、重心位置Ｓ１，Ｓ２．．が画素特定領域から外れた場合であってもそのときの傾斜角度を測定可能とし、測定動作を継続して実行することができる。
【０１０２】
＜実施形態５＞
本実施形態（請求項は１０及び１４の構成に相当）は、実施形態２，３における初回の測定動作後（図５及び図７でステップＳ３の後）に、図１０に示す処理が追加されている。具体的には、図１０に示すように、ステップＳ２５において、その前のステップＳ３で算出された重心位置が所定の領域内（本発明の「正常領域」に相当。例えば二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａの中央位置）にあるかどうかを判定する。所定の領域内にあれば（ステップＳ２５で「Ｙ」）、そのまま図５又は図７のステップ１１以下の処理を行う。一方、所定の領域外にあれば（ステップＳ２５で「Ｎ」）、ステップＳ２６及びＳ２７で重心位置が上記所定領域内に位置するようなドライバ駆動信号を出力して支持部材３０を駆動させるとともに、そのときの駆動角度を駆動角度記憶部２２に記憶する。このとき、制御部１４、支持部材３０及びドライバ駆動手段３５は、本発明の「駆動手段」として機能する。
【０１０３】
そして、それ以降の測定動作において（図５及び図７のステップＳ９）は、重心位置に基づき算出された傾斜角度に対して、上記駆動角度記憶部２２に記憶された駆動角度分を補正（差し引く）して、その補正後の傾斜角度を、ステップＳ１０において所望の傾斜角度に一致するかどうかの判定を行う。なお、重心位置から算出される傾斜角度を補正するのではなく、ステップＳ１０で使用される所望の傾斜角度の方を補正する構成であってもよい。
【０１０４】
このような構成であれば、各測定動作において検出される重心位置を、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上の所定領域付近にさせることができ、測定動作過程において入光位置が撮像素子の撮像面１８Ａから外れることを抑制することが可能になる。
【０１０５】
＜実施形態６＞
図１１〜図１３は（請求項６及び請求項７の発明に対応する）実施形態６を示す。本実施形態は、上記実施形態２の角度測定装置３１からの平行光Ｌ１を、回転装置４０の回転軸４０ａ先端に装着されて所定の周期で回転する光ディスクや磁気ディスク等（以下、「ディスクＷ３」）の一部（上記回転軸から反れた部分。本発明の「被照射面」に相当）に照射させて、その照射部分の傾斜角度変位を測定するものである。従って、実施形態２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。
【０１０６】
１．角度測定装置の動作
（１）画素特定領域の特定前の動作
角度測定装置３１が起動されると図１２のフローチャートに示す制御内容が実行される。つまり、制御部１４は、まず、ステップＳ３１において所定の測定タイミングで投光素子１５に投光動作を行わせるとともに、それに同期して二次元ＣＣＤ１８に駆動信号を与える。そして、ステップＳ３２及びステップＳ３３で、制御部１４は、撮像信号格納部１９からの撮像信号から二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上の全ての画素からの撮像信号を読み出して二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上における反射光Ｌ２の重心位置を検出し、傾斜角度を測定する。そして、以上の動作を、上記ディスクＷ３の回転周期に相当する時間Ｔ経過するまで（ステップＳ３４で「Ｙ」）繰り返し実行する。
【０１０７】
ここで、上記時間Ｔ内の測定動作において、例えば、図１３（ａ）に示すように、重心位置Ｓ１〜Ｓ５が検出されたとする。これらの重心位置Ｓ１〜Ｓ５を囲む領域は、ディスクＷ３の１回転における重心位置が位置し得る領域を示すものであり、ディスクＷ３がこのままの回転動作を行う限り、この領域外に重心位置が位置することはないと考えられる。
【０１０８】
そこで、ステップＳ３５では、上記重心位置Ｓ１〜Ｓ５全てを囲む四角形であって、かつ、その直交する各辺が二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上のＸ軸及びＹ軸に沿った形状を、画素特定領域Ｈとして、それを定めるための領域情報を領域情報記憶部２０に記憶する。具体的には、上記画素特定領域Ｈの長辺については、Ｙ軸方向の最端に位置する重心位置Ｓ１及びＳ４のＹ座標データから求めることができ、また、短辺については、Ｘ軸方向の最端に位置する重心位置Ｓ３及びＳ５のＸ座標データから求めることができる。
【０１０９】
（２）画素特定領域の特定後の動作
ステップＳ３６で、上記の測定動作と同様、所定の測定タイミング（上記画素特定領域の特定前の動作時と異なるタイミングであってもよい）で投光素子１５に投光動作を行わせるとともに二次元ＣＣＤ１８に駆動信号を与える。そして、ステップＳ３７で領域情報記憶部２０から領域情報を取得し、上記画素特定領域Ｈを特定し、その画素特定領域Ｈ内に位置する画素からの撮像信号に基づいて重心位置Ｓ６を算出し、傾斜角度を測定する（ステップＳ３７〜ステップＳ３９）。そして、このような測定動作を制御部１４が動作終了の指示信号を受けるまで（ステップＳ４０）順次実行する。
【０１１０】
なお、制御内容のうち画素特定領域Ｈの領域情報の生成動作（図１２でステップＳ３１〜Ｓ３５）については、例えば角度測定装置３１の電源の再投入時に、既に領域情報記憶部２０に領域情報が記憶されている場合には、省略するよう制御する構成としてもよい。
【０１１１】
２．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、ディスクＷ３の１周期分の重心位置をサンプリングして、その重心位置Ｓ１〜Ｓ５により、重心位置が存在し得る画素特定領域Ｈを画定し、以後は、その画素特定領域Ｈ内の画素からの撮像信号から重心位置を算出することができる。従って、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上において画素特定領域Ｈから反れた位置に重心位置が位置するといった事態を確実にできる。また、測定動作毎に画素特定領域を定めるための領域情報を加工する処理が不要となり、その分処理負担を低減し、傾斜角度の高速測定が可能となる。
【０１１２】
また、画素特定領域Ｈの領域情報の生成動作（図１２でステップＳ３１〜Ｓ３５）について、角度測定装置３１の電源の再投入時に、既に領域情報記憶部２０に領域情報が記憶されている場合には、省略するよう制御する構成とすれば、上記生成動作の処理を省略できる分だけ傾斜角度の更なる高速測定が可能となる。
【０１１３】
＜実施形態７＞
図１４から１８は（請求項２，３，１８，１９の発明に対応する）実施形態７を示す。前記実施形態との相違は、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上におけるスポットＱの照射位置によって変化するスポット径の大きさに応じて画素特定領域Ｅの大きさを補正するところにあり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１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。
１．角度測定装置の構成
図１４に示すように、本実施形態に係る角度測定装置５０は、上記実施形態１の角度測定装置１１に後述する補正情報記憶部５１を加えた構成になっており、例えば実施形態１のレーザフォーミング装置１０で曲げ加工された支持アーム片Ｗ１の傾斜角度を繰り返し測定するためのものである。従って、本実施形態では、測定対象物としての支持アーム片Ｗ１の傾斜角度は変化しない。
【０１１４】
ところで、支持アーム片Ｗ１で反射した反射光Ｌ２は、結像光学系としてのコリメータレンズ１７によるｆθ特性によって収束されて二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上に入光しスポットＱを形成する。ここで、コリメータレンズ１７への反射光Ｌ２の入射位置は、支持アーム片Ｗ１の傾斜角度によって異なる。そして、この入射位置が異なると、コリメータレンズ１７の例えば像面歪曲収差や球面収差等の影響により二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上における反射光Ｌ２のスポットＱの大きさが異なる。
【０１１５】
このことについて図１５を参照しつつ具体的に説明する。なお、図１５では反射光Ｌ２の光束中心の光路のみ示している。同図に示すように、コリメータレンズ１７の光軸中心を透過した反射光Ｌ２ａは、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａの原点Ｏに入光してスポットＱ１を形成する。次に、コリメータレンズ１７の光軸中心よりやや反れた位置を透過した反射光Ｌ２ｂは、上記反射光Ｌ２ａのスポットＱ１よりも大きい径のスポットＱ２を形成する。そして更にコリメータレンズ１７の光軸中心から遠い位置を透過した反射光Ｌ２ｃは、上記反射光Ｌ２ｂのスポットＱ２よりも更に大きい径のスポットＱ３を形成する。このように、コリメータレンズ１７の透過位置（入射位置）が光軸中心から遠い反射光Ｌ２ほど、二次元ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａにおける照射位置が原点Ｏから離れ、この照射位置（具体的には重心位置）及び原点Ｏ位置偏差ｆ（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４．．．）が長くなるほど、これに比例して各スポットＱ（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４．．．）の大きさ（入光範囲）が大きくなるのである。なお、各スポットＱの大きさは、その照射位置が撮像面１８Ａ上において原点Ｏから等距離にある同心円（図１５で点線で示した複数の円Ｎ）上にあればほぼ同じ大きさになる。
【０１１６】
そこで、本実施形態では、図１４に示すように、補正情報記憶部５１が設けられている。この補正情報記憶部５１には、補正情報として、図１６に示すように、各重心位置と原点Ｏとの位置偏差ｆ（ｆ１，ｆ２，ｆ３．．．）と、その各重心位置でのスポットＱの大きさに応じて画像特定情報Ｅの大きさを補正するための倍率係数ｋ（ｋ１，ｋ２，ｋ３．．．）とが互いに対応付けられて記憶されている。なお、この倍率係数は、１よりも小さい倍率であってもよい。
【０１１７】
２．本実施形態の動作
次に、図１７に示す制御内容について、上記実施形態１の図２に示す制御内容と比較しつつ説明する。
本実施形態では、図２のステップＳ６に示す領域情報の取得及び前回重心位置の読出の後の処理が異なる。即ち、ステップＳ５０において、前回重心位置と原点Ｏとの位置偏差ｆを取得し、この位置偏差ｆに対応した倍率係数ｋを補正情報記憶部５１から読み出す。なお、上記位置偏差ｆは、改めて算出する構成であってもよいが、前回重心位置に基づき角度測定を行う際に求められるため、このときに求めた位置偏差ｆを所定の記憶部に一時的に記憶しておいて利用する構成であってもよい。そして、ステップＳ７で、基準点を、撮像面１８Ａ上における前回重心位置とした画素特定領域Ｅを倍率係数ｋで拡縮した大きさに補正した補正後画素特定領域として特定する。
【０１１８】
より具体的に説明すると、例えば、支持アーム片Ｗ１の傾斜角度が角度θ４であるときに、図１８（ａ）に示すように、反射光Ｌ２のスポットＱ２が形成され１回目の測定動作で重心位置Ｓ７が検出されたとする。すると、２回目の測定動作では、この重心位置Ｓ７を基準点とし、領域情報記憶部２０に記憶された領域情報に基づき特定された画素特定領域Ｅを倍率ｋ２で拡縮した大きさの補正後画素特定領域Ｅ’として特定する。一方、例えば、支持アーム片Ｗ１の傾斜角度が角度θ５（＞θ４）であるときに、図１８（ｂ）に示すように、反射光Ｌ２のスポットＱ４が形成され１回目の測定動作で重心位置Ｓ８が検出されたとする。すると、２回目の測定動作では、この重心位置Ｓ８を基準点とし、領域情報記憶部２０に記憶された領域情報に基づき特定された画素特定領域Ｅを倍率ｋ４で拡縮した大きさの補正後画素特定領域Ｅ”として特定する。つまり、スポットＱ２、Ｑ４の各大きさに応じて画素特定領域の大きさが変わるのである。
【０１１９】
３．本実施形態の効果
例えば、画素特定領域Ｅの大きさを、反射光Ｌ２の照射位置の相違により変化するスポットＱの大きさに関らず一定とした構成では、スポットＱの大きさ（入光範囲）が、上記一定の大きさの画素特定領域よりも極めて小さいときには、スポットＱの入光範囲外の不必要な画素からの撮像信号も取り込んで重心位置検出を行うことになり処理時間が無駄に長くなる。一方、スポットＱの入光範囲の大きさが、上記一定の大きさの画素特定領域よりも大きいときには、スポットＱの入光範囲内にある画素のうち一部の画素からの撮像信号を取り込んで重心位置検出を行うことになり検出精度が低下することになり得る。
これに対して、本実施形態では、画素特定領域Ｅを、スポットＱの大きさに応じて補正し、その補正後の画素特定領域Ｅ’，Ｅ”内に位置する画素からの撮像信号に基づき反射光Ｌ２の重心位置を検出する構成とした。つまり、各スポットＱの大きさに対応した必要最小限の画素からの撮像信号に基づき重心位置検出を行うことができるのである。
【０１２０】
＜実施形態８＞
本発明の角度測定装置の実施形態について図１９ないし図２１を参照して説明する。本実施形態の角度測定装置は、図１９に示すようにＣＣＤ１８と撮像信号格納部１９との間にコンパレータ２４（請求項に記載の「角度測定用画素選択手段」に相当）が介在されているところが上記実施形態の構成と相違している。
コンパレータ２４はＣＣＤ１８から出力される撮像信号を受信し、この撮像信号のレベルと所定の閾値とを比較し、所定の閾値を上回る撮像信号を撮像信号格納部１９に送信するように構成されている。
【０１２１】
以下、本実施形態の角度測定動作は、まずＣＣＤ１８から出力された撮像信号はコンパレータ２４にて所定の閾値と比較され、この閾値を上回る撮像信号は撮像信号格納部１９に記憶される。
ここで、所定の閾値を上回る受光量を有する画素の数が所定の数ｎ（ｎ＝１，２，３・・・・）に達していない場合には、制御部１４から発光部２３に対して駆動信号を送信して発光部を動作させることで、使用者や管理者等に測定不能の旨が報知される（制御部１４、コンパレータ２４及び発光部２３で請求項に記載の「報知手段」が構成されている）。
尚、上記のような場合には、ワークＷの傾き角が装置の測定許容範囲を越えているというようなことが考えられ、このようなイレギュラーな使用においては、正確な傾角測定を行なうことができない。しかし、発光部２３の動作によってそれを報知することができるから確実な測定が約束される。
【０１２２】
本実施形態では、コンパレータ２４によって、所定の閾値以上のレベルとされる撮像信号を撮像信号格納部１９に記憶し、この撮像信号格納部１９に記憶されている受光量に関する情報からワークＷの傾角を測定するようにしている。これにより、中心位置Ｓ０の検出において不要な受光量情報が排除されて、処理時間の短縮化を図ることができる。また、本実施形態においては、図２０に示すように制御部１４にコンパレータ２４の機能を持たせるような構成であってもよい。
【０１２３】
また、図２１に示すような構成であってもよい。これは、ＣＣＤとしてＣＭＯＳイメージセンサ１８０を配し、その光照射面１８０ＡにワークＷからの正反射光を照射させるようになっている。また、制御部１４からはＣＭＯＳイメージセンサ１８０へ駆動信号及び制御信号が送信されるようになっている。
【０１２４】
上記ＣＭＯＳイメージセンサ１８０は制御部１４からの駆動信号を受信することで、各画素の受光量に応じた撮像信号を出力する。一方、制御信号を受信したときには、この制御信号により指定された画素あるいは指定された領域内の画素に関する撮像信号を出力するようになっている。
【０１２５】
制御部１４は、ＣＭＯＳイメージセンサ１８０に駆動信号及び制御信号を出力するようになっている。駆動信号はＣＭＯＳイメージセンサ１８０から撮像信号を取り出す際に出力する信号である。また、制御信号は光照射面１８０Ａを構成する画素群において、所定の画素あるいは所定の領域内の画素を指定するための信号である。従って、制御信号にて光照射面１８０Ａにおける画素または領域を指定して、駆動信号をＣＭＯＳイメージセンサ１８０に送信すると、指定された画素あるいは指定された領域内の画素からの撮像信号のみがＣＭＯＳイメージセンサ１８０から出力されるのである。尚、制御部１４により画素選択手段が構成されている。
【０１２６】
傾角測定動作においては、ＣＭＯＳイメージセンサ１８０の光照射面１８０Ａにおいて、集光スポットＳが形成されている領域を指定する制御信号を制御部１４からＣＯＭＳイメージセンサ１８０へ送信する。
そうすると、ＣＭＯＳイメージセンサ１８０からは指定された領域内の画素の受光量に関する撮像信号が制御部１４へ出力される。この後、上記実施形態の処理を適用することによりワークＷの傾角を測定することができる。
【０１２７】
上記構成は、例えば、複数回にわたって傾角算出動作を行ない、それぞれの結果に基づいてワークＷの傾角を算出する場合には、初回の傾角算出動作において、制御信号により光照射面１８０Ａにおける全画素を指定し、２回目以降の傾角算出動作では、初回の傾角算出動作における撮像信号を基に光照射面１８０Ａにおいて集光スポットＳが含まれる領域を制御信号により指定するようにすればよい。このようにすることで、２回目以降の傾角算出動作の処理時間を短縮化することができるという利点がある。
【０１２８】
＜実施形態９＞
本発明に係る光学測定装置の実施形態９を図２２ないし図２６を参照して説明する。
１．光学測定装置の構成
本実施形態は、ワークＷの傾斜角度及び距離を繰り返し測定するものであり、その構成は、図２２に示す通りである。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（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（角度測定用撮像素子）及び同じく２次元ＣＣＤからなる距離測定用撮像素子１２２（距離測定用撮像素子）の撮像面１８Ａに照射し、その照射位置に基づいてＣＰＵ１０４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。
【０１２９】
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１２１及びレーザ駆動回路１２３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。
【０１３０】
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。
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。
【０１３１】
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光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。
【０１３２】
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１８Ａ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１８Ａに照射される。この距離測定用撮像素子１２２の撮像面１８Ａは正反射光の焦点位置Ｆよりも後方に配置されているため、撮像面１８Ａ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１８Ａを焦点位置Ｆに一致させなかったのは、ワークＷの距離に応じて焦点位置Ｆに至るまでの光路が変化するので、その光像の位置からワークＷの距離が算出できるからである。
【０１３３】
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１１２Ａ，１２２Ａ上に形成されている光像あるいは集光スポットの入光位置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。
【０１３４】
ＣＰＵ１０４は、前述したレーザ駆動回路１３，２３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。また、発光部１０７はＣＰＵ１０４からの駆動信号を受けたときに発光動作を行なうようになっている。
【０１３５】
２．本実施形態の動作
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。
（１）傾き検出
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、上記実施形態と同様の処理を実行してワークＷの傾きの方向と傾き角とを算出する。
【０１３６】
（２）距離測定
距離測定では、まず上記の傾き測定により、ワークＷの角度を検出する。そして、距離測定用撮像素子１２２からの撮像信号Ｓｄに基づいて次の処理によって重心位置（入光位置）を算出する。
（ａ）ワークＷの距離が変位する場合
上記実施形態１ないし実施形態１２のいずれかと同様の処理によって重心位置または入光中心位置を順次取得し距離測定を行う。なお、これらの各制御内容においては「角度、傾き角」は「距離」に読み替えるものとする。このような構成により、距離測定においても上記実施形態１から５と同様の効果を得ることができる。
（ｂ）ワークＷの距離が周期的に変位する場合
上記実施形態６（図１２）の制御内容と同様の処理によって重心位置を順次取得し距離測定を行う。なお、これらの各制御内容においては「角度、傾き角」は「距離」に読み替えるものとする。このような構成により、距離測定においても上記実施形態６と同様の効果を得ることができる。
（ｃ）ワークＷの距離が変位しない場合或いは変位する場合
上記実施形態７（図１７）の制御内容と同様の処理によって重心位置を順次取得し距離測定を行う。なお、これらの各制御内容においては「角度、傾き角」は「距離」に読み替えるものとする。このような構成により、距離測定においても上記実施形態７と同様の効果を得ることができる。
そして、傾き測定で算出された傾きに基づいて補正を行ない、上記重心位置と基準位置との距離及び方向からワークＷの距離を算出する。
【０１３７】
例えば、ワークＷが図２２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２３参照）、角度測定用撮像素子１１２の撮像面１８Ａ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、距離測定については、距離測定用撮像素子１２２の撮像面における光像Ｌ１の形成位置及び前記集光スポットの位置Ｓ１とに基づいて距離ｄ１が測定される。
【０１３８】
ワークＷが図２２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２４参照）、角度測定用撮像素子１２２の撮像面１８Ａ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１１２の撮像面における光像Ｌ２の形成位置及び前記集光スポットの位置Ｓ２とに基づいて距離ｄ２が測定される。
【０１３９】
ワークＷが図２２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２５参照）、角度測定用撮像素子１１２の撮像面１８Ａ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、光像Ｌ３の形成位置と前記集光スポットの位置Ｓ３とに基づいて距離を算出しているから、結局、距離はｄ２と測定される。
【０１４０】
ところで、上記測定動作では、ＣＰＵ１０４にて撮像面１１２Ａにおける各画素の受光量のレベルを所定の閾値と比較し、この所定の閾値を上回る受光量を有する画素について上記面積重心位置及び体積重心位置を検出するようにしてもよい。このとき、所定の閾値を上回る受光量とされる画素数が所定の数ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）に満たない場合には、発光部１０７に駆動信号を送信して発光部１０７を発光動作させる。例えば、ワークＷの傾き角が装置の測定許容範囲から外れた場合には、撮像面１１２ＡにワークＷからの反射光が照射されなくなる。このようなイレギュラーな使用においては、正確な傾角（距離）測定を行なうことができないから、管理者や使用者に対して何らかの方法により測定できないことを知らしめなければならない。これに対して、本実施形態では、測定不能とされた場合には、発光部１０７にて報知することができるから、確実な測定を行なうことができる。尚、ＣＰＵ１０４により画素検出手段が構成されており、ＣＰＵ１０４と発光部１０７とで報知手段が構成されている。
【０１４１】
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１１３１，１３４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１１２Ａ，１２２Ａ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。
なお、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。
【０１４２】
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１３１，３４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、例えば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。
【０１４３】
さらに、図２６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１２２Ａ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。
【０１４４】
＜実施形態１０＞
本発明の光学測定装置の実施形態について図２７または図２８を参照して説明する。尚、上記実施形態９と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態の光学測定装置は、図２７に示すように撮像素子１１２’，１２２とメモリ１０５との間にコンパレータ１０６（請求項に記載の「画素選択手段」に相当）が介在されているところが実施形態１の構成と相違している。
コンパレータ１０６は撮像素子１２（２２）から出力される撮像信号Ｓｃ，Ｓｄを受信し、この撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）のレベルと所定の閾値とを比較し、所定の閾値を上回る撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）をメモリ１０５に送信するように構成されている。
【０１４５】
以下、本実施形態の測定動作は、まず撮像素子１１２’（１２２）から出力された撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）がコンパレータ１０６にて所定の閾値と比較され、この閾値を上回る撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）がメモリ１０５に送信されてその受光量情報がこれに記憶される。
ここで、所定の閾値を上回る受光量を有する画素の数が所定の数ｎ（ｎ＝１，２，３・・・・）に達していない場合には、ＣＰＵ１０４から発光部７に対して駆動信号を送信して発光部を動作させることで、使用者や管理者等に測定不能の旨が報知される（ＣＰＵ１０４、コンパレータ１０６及び発光部１０７で請求項に記載の「報知手段」が構成されている）。
尚、上記のような場合には、ワークＷの傾き角が装置の測定許容範囲を越えているというようなことが考えられ、このようなイレギュラーな使用においては、正確な傾角測定を行なうことができない。しかし、発光部１０７の動作によってそれを報知することができるから確実な測定が約束される。
【０１４６】
本実施形態では、所定の閾値以上のレベルとされる受光量情報をメモリ１０５に記憶し、このメモリ１０５に記憶されている受光量情報からワークＷの傾角（距離）を測定するようにしている。これにより、中心位置Ｓ０の検出において不要な受光量情報が排除されて、処理時間の短縮化を図ることができる。また、本実施形態においては、ＣＰＵ１０４にコンパレータ１０６の機能を持たせるような構成であってもよい。
【０１４７】
また、図２８に示すような構成であってもよい。これは、撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサ１１２’（１２２’）を配し、その光照射面１１２’Ａ（１２２’Ａ）にワークＷからの正反射光を照射させるようになっている。また、ＣＰＵ１０４からはＣＭＯＳイメージセンサ１１２’（１２２’）へ駆動信号Ｓｅ（Ｓｆ）及び制御信号Ｓｇ（Ｓｈ）が送信されるようになっている。
【０１４８】
上記ＣＭＯＳイメージセンサ１１２’（１２２’）はＣＰＵ１０４からの駆動信号Ｓｅ（Ｓｆ）を受信することで、各画素の受光量に応じた撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）を出力する。一方、制御信号Ｓｇ（Ｓｈ）を受信したときには、この制御信号Ｓｇ（Ｓｈ）により指定された画素あるいは指定された領域内の画素に関する撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）を出力するようになっている。
【０１４９】
ＣＰＵ１０４は、ＣＭＯＳイメージセンサ１１２’（１２２’）に駆動信号Ｓｅ（Ｓｆ）及び制御信号Ｓｇ（Ｓｈ）を出力するようになっている。駆動信号Ｓｅ（ｓｆ）はＣＭＯＳイメージセンサ１１２’（１２２’）から撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）を取り出す際に出力する信号である。また、制御信号Ｓｇ（Ｓｈ）は光照射面１１２’Ａ（１２２’Ａ）を構成する画素群において、所定の画素あるいは所定の領域内の画素を指定するための信号である。従って、制御信号Ｓｇ（Ｓｈ）にて光照射面１１２’Ａ（１２２’Ａ）における画素または領域を指定して、駆動信号Ｓｅ（Ｓｆ）をＣＭＯＳイメージセンサ１１２’（１２２’）に送信すると、指定された画素あるいは指定された領域内の画素からの撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）のみがＣＭＯＳイメージセンサ１１２’，１２２’から出力されるのである。
【０１５０】
測定動作においては、ＣＭＯＳイメージセンサ１１２’（１２２’）の光照射面１１２’Ａ（１２２’Ａ）において、集光スポットＳが形成されている領域を指定する制御信号Ｓｅ（Ｓｆ）をＣＰＵ１０４からＣＯＭＳイメージセンサ１１２’（１２２’）へ送信する。
そうすると、ＣＭＯＳイメージセンサ１１２’（１２２’）からは指定された領域内の画素の受光量に関する撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）がＣＰＵ１０４へ出力される。この後、上記実施形態の処理を適用することによりワークＷの傾角（距離）を測定することができる。
尚、上記構成の場合には、ＣＰＵ１０４により画素選択手段が構成されている。
【０１５１】
上記構成は、例えば、複数回にわたって傾角算出動作を行ない、それぞれの結果に基づいてワークＷの傾角を算出する場合には、初回の傾角算出動作において、制御信号Ｓｅ（Ｓｆ）により光照射面１１２’Ａ（１２２’Ａ）における全画素を指定し、２回目以降の傾角算出動作では、初回の傾角算出動作における撮像信号Ｓｃ（Ｓｄ）を基に光照射面１１２’Ａ（１２２’Ａ）において集光スポットＳが含まれる領域を制御信号Ｓｇ（Ｓｈ）により指定するようにすればよい。このようにすることで、２回目以降の傾角算出動作の処理時間を短縮化することができるという利点がある。
【０１５２】
＜実施形態１１＞
次に、本発明の実施形態１１を図２９を参照して説明する。本実施形態と実施形態９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。
【０１５３】
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１３３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１３３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。
【０１５４】
＜実施形態１２＞
次に、本発明の実施形態１２を図３０を参照して説明する。本実施形態と実施形態９との相違点は、ビームスプリッタ１３３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１３７を配し、さらに、この偏光ビームスプリッタ１３７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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
＜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）上記実施形態１の上記レーザ照射手段としては、支持アーム片Ｗ１側を固定してレーザ加工ヘッド１２側を平行移動させる構成であってもよい。また、例えば、レーザ光源から出射されたレーザ光を、一対のガルバノミラー（ガルバノミラーを１枚備えた構成であってもよい）によって方向を変えて収束レンズを介して、支持アーム片Ｗ１上に照射させるよう構成し、上記一対のガルバノミラーをそれぞれ回動駆動させることで、上記レーザを支持アーム片Ｗ１に対して二次元的に照射（ガルバノミラーを１枚備えた構成では、一次元的照射）可能な、いわゆるガルバノスキャニング方式のレーザ加工装置であってもよい。
【０１５８】
（２）上記各実施形態では、撮像素子として二次元ＣＣＤを使用したが、例えば測定対象物の被照射面が例えば一方方向に対してのみ傾斜するものである場合には、一次元撮像素子でもよい。この場合は、一列状に配列された画素の配列方向が上記一方方向に沿うように一次元撮像素子を配置する構成となる。
【０１５９】
（３）上記各実施形態では、被照射面の傾斜角度として所定の角度（例えば傾斜角度０度）に対する絶対的角度を測定する構成としたが、これに限らず、各測定動作において、前測定動作で測定された傾斜角度に対する角度差、つまり相対的角度を測定する構成であってもよい。
【０１６０】
（４）上記実施形態１〜５では、各測定動作において特定される画素特定領域は、領域情報記憶部２０に記憶された固定の基準画素特定領域の領域情報に基づいて領域情報を生成し特定する構成としたが、各測定動作で生成された各画素特定領域の領域情報を、領域情報記憶部２０に対して随時書き換え更新して、各測定動作において記憶された画素特定領域の領域情報に基づいて次の測定動作における画素特定領域を定める領域情報を生成する構成としてもよい。
【０１６１】
（５）上記各実施形態では、各測定動作において、ＣＣＤ１８の撮像面１８Ａ上における反射光Ｌ２の重心位置を算出する構成としたが、これに限らず、最大輝度位置（撮像面１８Ａ上において受光量が最大となる位置）を算出する構成であってもよい。
【０１６２】
（６）上記実施形態７では、角度測定中に測定対象物の傾斜角度が変化しない場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、測定対象物の傾斜角度が変化する上記実施形態１，２，３，４，５に適用し、前回の重心位置と原点Ｏとの位置偏差に対応した補正係数ｋに基づき画素特定領域の大きさを追従的に拡縮する構成であってもよい。
【０１６３】
（７）上記実施形態７では、補正情報として、互いに対応付けられた各重心位置及び原点Ｏの位置偏差と倍率係数とした。しかし、結像光学系の像面歪曲収差などは同心円上であっても異なることがある。そこで、予め各重心位置でのスポットＱの大きさに画素特定領域の大きさを補正するための補正係数をそれぞれ算出して、各重心位置と対応付けて記憶し、原点Ｏとの位置偏差に関係なく画素特定領域を補正する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明の実施形態１に係るレーザフォーミング装置の全体構成図
【図２】その制御部の制御内容を示すフローチャート
【図３】支持アーム片の加工過程と、撮像面１８Ａ上における重心位置及び画素特定領域を示す模式図
【図４】実施形態２の全体構成図
【図５】その制御部の制御内容を示すフローチャート
【図６】撮像面１８Ａ上における重心位置及び画素特定領域を示す模式図
【図７】実施形態３の制御部の制御内容を示すフローチャート
【図８】撮像面１８Ａ上における重心位置及び画素特定領域を示す模式図
【図９】実施形態４の制御内容を示すフローチャート
【図１０】実施形態５の制御内容を示すフローチャート
【図１１】実施形態６の全体構成図
【図１２】その制御部の制御内容を示すフローチャート
【図１３】撮像面１８Ａ上における重心位置及び画素特定領域を示す模式図
【図１４】実施形態７の全体構成図
【図１５】二次元ＣＣＤ撮像面１８Ａ上における反射光のスポット位置と、そのスポット径との関係を示した模式図
【図１６】補正情報記憶部のデータ構造を示す説明図
【図１７】制御部の制御内容を示すフローチャート
【図１８】撮像面１８Ａ上における重心位置及び画素特定領域を示す模式図
【図１９】実施形態８の角度測定装置の全体構成を示した図
【図２０】角度測定装置の全体構成を示した図
【図２１】角度測定装置の全体構成を示した図
【図２２】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２３】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図２４】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図２５】ワークの位置と反射光の光路を示した概略図
【図２６】実施形態９の変形例を示した模式図
【図２７】実施形態１０に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図２８】光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図２９】実施形態１１に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【図３０】実施形態１２に係る光学測定装置の全体構成を示した模式図
【符号の説明】
【０１６５】
１０…レーザフォーミング装置
１１，３１，５０…角度測定装置
１２…レーザ加工ヘッド
１３…調整ステージ
１４，１０４…制御部
１５…投光素子
１６…ハーフミラー（光分離手段）
１７…コリメータレンズ（結像光学系）
１８…二次元ＣＣＤ（撮像素子）
１９…受光信号格納部
２０…領域情報記憶部
２１…重心位置記憶部
２２…駆動角度記憶部
３０…支持部材（傾斜可変機構）
３２…角度調整装置
３５…ドライバ駆動手段
５１…補正情報記憶部
１１１…角度測定用レーザ光源
１１２…角度測定用撮像素子
１１３…レーザ駆動回路
１２１…距離測定用レーザ光源
１２２…距離測定用撮像素子
１２３…レーザ駆動回路
１３１…ダイクロイックミラー
１３２…ビームスプリッタ
１３３…コリメータレンズ
１４０…移動手段
１４１…メモリ
Ｅ（Ｅ１，Ｅ２），Ｆ（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３），Ｇ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３），Ｈ，Ｅ’，Ｅ”…画素特定領域
Ｌ１… 平行光
Ｌ２（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ２ｄ）… 反射光
ＬＣ…光学系の光軸（基線軸）
Ｍ… レーザ光
Ｑ（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）… スポット（入光範囲）
Ｗ１… 支持アーム片（測定対象物）
Ｗ２… 鏡面板（測定対象物）
Ｗ３… ディスク（測定対象物）
Ｗ…ワーク（測定対象物）
【図１】
2005315573.tif 000003
【図２】
2005315573.tif 000004
【図３】
2005315573.tif 000005
【図４】
2005315573.tif 000006
【図５】
2005315573.tif 000007
【図６】
2005315573.tif 000008
【図７】
2005315573.tif 000009
【図８】
2005315573.tif 000010
【図９】
2005315573.tif 000011
【図１０】
2005315573.tif 000012
【図１１】
2005315573.tif 000013
【図１２】
2005315573.tif 000014
【図１３】
2005315573.tif 000015
【図１４】
2005315573.tif 000016
【図１５】
2005315573.tif 000017
【図１６】
2005315573.tif 000018
【図１７】
2005315573.tif 000019
【図１８】
2005315573.tif 000020
【図１９】
2005315573.tif 000021
【図２０】
2005315573.tif 000022
【図２１】
2005315573.tif 000023
【図２２】
2005315573.tif 000024
【図２３】
2005315573.tif 000025
【図２４】
2005315573.tif 000026
【図２５】
2005315573.tif 000027
【図２６】
2005315573.tif 000028
【図２７】
2005315573.tif 000029
【図２８】
2005315573.tif 000030
【図２９】
2005315573.tif 000031
【図３０】
2005315573.tif 000032