(57)【要約】【課題】２光束を判別し、光束に応じた最適な補正を行う。【解決手段】本変位測定装置は、測定対象物に走査した光を照射し、測定対象物からの反射光を受けて、測定対象物の変位量を非接触で測定するものであり、投光手段１から走査範囲Ｈで２つの光束が測定対象物に投光され、走査範囲外で投光手段１から投光される２つの光束の光路を検出用ミラー９ａで変更させる。第１受光手段１１Ａは、検出用ミラー９ａで変更させられた２光束のうちの一方の光束のみを受光する。第２投光手段１１Ｂは、検出用ミラー９ａで変更させられた２光束の両方の光束を受光する。信号処理手段１２は、第１受光手段１１Ａ及び第２受光手段１１Ｂからの信号を各々２値化し、この２値化された２つの信号に基づいて何れの光束かを判別し、この判別結果に基づいて各光束に合わせた補正処理を行う。【選択図】      図１
2005030854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物（１０）に走査した光を照射し、該測定対象物からの反射光を受けて、前記測定対象物の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記測定対象物に走査範囲（Ｈ）で２つの光束を投光する投光手段（１）と、
該投光手段と前記測定対象物の間に配置され、前記走査範囲外で前記投光手段から投光される２つの光束の光路を変更させる検出用ミラー（９ａ）と、
該検出用ミラーによって光路を変更させられた２つの光束のうちの一方の光束のみを受光する第１の受光面と、該検出用ミラーによって光路を変更させられた２つの光束の両方の光束を受光する第２の受光面とを有する受光手段（１１）と、
該受光手段の２つの受光面からの信号を各々２値化し、この２値化された２つの信号に基づいて何れの光束かを判別し、この判別結果に基づいて各光束に合わせた補正データにより補正処理を行う信号処理手段（１２）とを備えたことを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
測定対象物（１０）に走査した光を照射し、該測定対象物からの反射光を受けて、前記測定対象物の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記測定対象物に走査範囲（Ｈ）で２つの光束を投光する投光手段（１）と、
該投光手段と前記測定対象物の間に配置され、前記走査範囲外で前記投光手段から投光される２つの光束の光路を変更させる検出用ミラー（９ａ）と、
該検出用ミラーによって光路を変更させられた２つの光束のうちの一方の光束のみを受光する第１の受光面と、該検出用ミラーによって光路を変更させられた２つの光束の他方の光束を受光する第２の受光面とを有する受光手段（１１）と、
該受光手段の２つの受光面からの信号を各々２値化し、この２値化された２つの信号に基づいて何れの光束かを判別し、この判別結果に基づいて各光束に合わせた補正データにより補正処理を行う信号処理手段（１２）とを備えたことを特徴とする変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物に照射された光で形成される照射点を走査させて測定対象物の変位量を非接触で測定する変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な変位測定装置として、三角測量の原理に基づき、測定対象物の対象面の変位を測定するものが知られている。図１０はこの種の変位測定装置の構成を示す斜視図である。図１０に示す変位測定装置は、投光系５１（光走査装置）と、受光系５５とで略構成されている。
【０００３】
投光系５１は、光源５２、偏向器５３、レンズ５４で概略構成されている。光源５２は、例えばレーザダイオード等で構成され、偏向器５３に対しビームを出射する。偏向器５３としては、例えば図１０に示すポリゴンミラーが採用される。ポリゴンミラーは、円盤状の周囲に複数の鏡面部５３ａを有し、その回転によって光源５２から入射されたビームを偏向させ、所望の走査対象範囲（図１１で示すＨ）で走査する。このポリゴンミラーからなる偏向器５３では、ビームを片道走査する。レンズ５４は、偏向器５３により扇形に走査されるビームを、平行になるように収束させる。
【０００４】
受光系５５は、集光レンズアレイ５６、結像レンズ５７、受光素子５８（ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ））で構成されている。集光レンズアレイ５６は、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数（図１０では６個）の集光レンズ部５６ａ〜５６ｆが一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。各集光レンズ部５６ａ〜５６ｆは、その光軸に直交する面が球面状に形成され、測定光を光軸廻りに均等に絞り込むことができるレンズである。
【０００５】
結像レンズ５７は、照射点Ｓの走査幅より大きい径を有し、集光レンズアレイ５６からのビームを収束して、受光素子５８の受光面５８ａ上に結像させる。
【０００６】
このような変位測定装置は、測定対象物６０のＺ軸方向の変位量をＸ軸方向に走査されたビームで得る。この時、測定台６１をＹ軸方向に移動させることにより、Ｘ−Ｙの二次元における各照射点ＳのＺ方向の変位量を得ることができる。この結果、三次元の距離データを得ることが可能となる。
【０００７】
そして、上述した従来の光走査装置（投光系５１）では、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、偏向器５３としてのポリゴンミラーが、その回転に際して各鏡面部５３ａに入射されたビームを所望の走査対象範囲Ｈで走査する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記光走査装置では、ビーム径が有限であるため、回転して偏向する一つの鏡面部５３ａでの偏向角全てを利用することができない。このため、図１１（ｄ），（ｅ）に示すように、一つの鏡面部５３ａで偏向走査されるビームが、対象面６０ａに係る走査対象範囲Ｈから外れて、次の鏡面部５３ａによって偏向走査されるビームが走査対象範囲Ｈ内に至るまでの間隔が開き、ビームの走査が断続的になるという問題点があった。この場合、測定台６１のＹ方向移動速度をビームの走査速度に合わせて遅くせざるを得ず、測定時間の短縮を図ることができない。
【０００９】
そこで、本件出願人は、上記問題を解消するべく、走査対象範囲を連続的に走査することができるように、投光系に光路の異なる２光束を用いた走査型の非接触変位測定装置として、図１２乃至図１９に示すものを既に提案している。
【００１０】
光走査装置を構成する投光手段１は、光源部３と、ポリゴンミラー型等の偏向器４と、収束レンズ５で概略構成されている。
【００１１】
光源部３は、光源３１と、分光手段３２とを有している。光源３１は、レーザダイオード等からなり、分光手段３２に対しビームを出射する。分光手段３２は、光源３１から出射されたビームを偏向器４に対して入射角の異なる複数のビームとする。分光手段３２は、図１２乃至図１９に示す例では、ハーフミラー３２Ａとミラー３２Ｂとから構成されている。ハーフミラー３２Ａは、光源３１から出射されたビームを、図１３（ａ）に示す入射角θ１で偏向器４に対して反射するとともに、同ビームをミラー３２Ｂに対して透過する。ミラー３２Ｂは、ハーフミラー３２Ａを透過した光源３１からのビームを、図１３（ａ）に示す入射角θ２で偏向器４に対して反射する。このように、光源部３は、入射角の異なる複数（図示の例では二つ）のビームを偏向器４に対して出射する。
【００１２】
なお、光源部３は、偏向器４に対して入射角の異なる複数のビームを出射する構成であればよく、上記構成の他に、偏向器４に対して入射角の異なる複数のビームを出射する光源３１を複数有した構成でもよい。
【００１３】
偏向器４は、光源部３から入射された各ビームを偏向させ、所望の走査対象範囲Ｈで走査させる。この偏向器４としては、例えばポリゴンミラーが採用される。ポリゴンミラーは、円盤状の周囲に複数の鏡面部４ａを有し、その回転によって入射された各ビームを偏向させ等速度で所望の走査対象範囲Ｈで走査する。このポリゴンミラーからなる偏向器４では、各ビームを片道走査する。
【００１４】
収束レンズ５は、ｆθレンズなどからなり、偏向器４により扇形に走査される各ビームが平行になるように収束させる。
【００１５】
受光手段２は、図１０に示す受光系５５と同様の構成であり、集光レンズアレイ６、結像レンズ７、受光素子８（ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ））で構成されている。
【００１６】
集光レンズアレイ６は、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数（図１２では６個）の集光レンズ部６ａ〜６ｆが一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。各集光レンズ部６ａ〜６ｆは、その光軸に直交する面が球面状に形成される。各集光レンズ部６ａ〜６ｆは、それぞれの光軸が平行で、且つ、その光軸に直交する線上に連続して一列に並ぶように側面同士を密着させた状態で一体化されている。集光レンズアレイ６は、各集光レンズ部６ａ〜６ｆの光軸が測定する測定対象物１０の対象面１０ａ上に走査される照射点Ｓ（移動軌跡ＳＬ）と交わるように配置されている。
【００１７】
結像レンズ７は、集光レンズ部６ａ〜６ｆに対応して対向配置される。そして、結像レンズ７は、集光レンズアレイ６からのビームを収束して、受光素子８の受光面８ａ上に結像させる。
【００１８】
受光素子８は、結像レンズ７から焦点距離ｆ２離れた位置に配置されている。受光素子８は、照射点Ｓから反射される光が結像される受光面８ａを有する。なお、受光面８ａでの結像点Ｋの走査方向（すなわち照射点Ｓの走査方向）の幅を走査幅Ｗと称する。また、結像点Ｋの走査方向（走査幅Ｗ）と直交する方向を副走査方向と称する。受光素子８ａの副走査方向の両端縁には、それぞれ電極が設けられている。これらの電極からは、それぞれ結像点Ｋの位置に応じた電流が出力される。
【００１９】
ところで、上記の如く複数のビームを偏向させて所望の走査対象範囲Ｈで走査する際、各ビームの走査位置を認識する必要がある。そこで、図１３（ａ）に示すように、片道走査される各ビームの終点側となる上記走査対象範囲Ｈの奥側に検出用ミラー９ａが配されている。走査対象範囲Ｈから奥側に外れたビームは、検出用ミラー９ａで折り返され、波形整形のためのナイフエッジ９ｂを前面に配置された受光手段（フォトダイオード）１１に照射される。ナイフエッジ９ｂを設けることにより、タイミング信号をより急峻に得ることができる。これにより、上記変位測定装置（光走査装置）では、各ビームが走査対象範囲Ｈの奥側にあることが検知され、そのタイミングからの経時時間で各ビームの走査位置が認識できる（図１５あるいは図１８参照）。なお、図１３（ｂ）に示すように、検出用ミラー９ａを終点側に限らず、始点側に設置することも可能である。この場合では、各ビームが走査対象範囲Ｈの手前にあることが検知され、そのタイミングからの経時時間で各ビームの走査位置が認識できる。
【００２０】
次に、上記変位測定装置に用いられる光走査装置（投光手段２）の作用について説明する。図１４に示すように、ハーフミラー３２Ａによって偏向器（ポリゴンミラー）４に入射されたビームＡは、対象面１０ａに係る走査対象範囲Ｈ内にある。また、ミラー３２Ｂによって偏向器４に入射されたビームＢは、走査対象範囲Ｈから外れている。この場合には、ビームＡの反射光が受光素子８の受光面８ａに結像される。
【００２１】
次いで、図１５に示すように、偏向器４（ポリゴンミラーの回転）によってビームＡが走査対象範囲Ｈ内を走査される。この際、偏向器４によってビームＢは走査対象範囲Ｈから外れて拡散されている。すなわち、引き続きビームＡの反射光が受光素子８の受光面８ａに結像される。
【００２２】
次いで、図１６に示すように、偏向器４（ポリゴンミラーの回転）によってビームＡが走査対象範囲Ｈ内をさらに走査される。この際、偏向器４によってビームＢは走査対象範囲Ｈの手前に照射される。すなわち、引き続きビームＡの反射光が受光素子８の受光面８ａに結像される。
【００２３】
なお、図１４において、走査対象範囲Ｈの奥側にて、ビームＢが照射される光路に配された検出用ミラー９ａが、ビームＢの照射光を反射させて受光手段１１に向けて照射させる。これにより、上記変位測定装置では、ビームＢが走査対象範囲Ｈの奥側にあることが検知され、そのタイミングからの経時時間でビームＢの走査位置が認識できる。
【００２４】
次いで、図１７に示すように、偏向器４（ポリゴンミラーの回転）によってビームＡが走査対象範囲Ｈから外れる。この際、走査対象範囲Ｈ内には、ビームＡに換わってビームＢが照射される。すなわち、ビームＡに換わりビームＢの反射光が受光素子８の受光面８ａに結像される。
【００２５】
次いで、図１８に示すように、偏向器４（ポリゴンミラーの回転）によってビームＢが走査対象範囲Ｈ内を走査される。この際、ビームＡは、走査対象範囲Ｈから外れて拡散されている。すなわち、引き続きビームＢの反射光が受光素子８の受光面８ａに結像される。
【００２６】
次いで、図１９に示すように、偏向器４（ポリゴンミラーの回転）によってビームＢが走査対象範囲Ｈ内をさらに走査される。ビームＡは、走査対象範囲Ｈの手前に照射される。すなわち、引き続きビームＢの反射光が受光素子８の受光面８ａに結像される。
【００２７】
なお、図１７において、走査対象範囲Ｈの奥側にて、ビームＡの照射光が、検出用ミラー９ａによって反射されて、受光手段１１に向けて照射されることにより、上記変位測定装置では、ビームＡが走査対象範囲Ｈに奥側にあることが検知され、そのタイミングからの経時時間でビームＡの走査位置が認識できる。以下、偏向器４（ポリゴンミラーの回転）に伴って上記図１４乃至図１９の動作が繰り返し行われる。
【００２８】
上記構成による変位測定装置では、図１２に示すように、光源３１から照射された照射光が、分光手段３２を介して異なる二つの入射角で偏向器４に出射される。各照射光は、偏向器４によりそれぞれ屈曲され、所定のストロークで走査される。走査された照射光は収束レンズ５に入射され、平行に移動するビームとなり、対象面１０ａ上に照射点Ｓを形成する。照射光は照射点Ｓごとに反射又は散乱し、その反射，散乱光（測定光）は受光手段２側へ入射する。
【００２９】
照射点Ｓは走査されて、集光レンズアレイ６の一端にある集光レンズ部６ａに対向する位置に移動する。照射点Ｓからの測定光は、集光レンズ部６ａによってほぼ平行なビームとなって収束する。収束された測定光は、結像レンズ７の光軸に対し角度のある状態で結像レンズ７に入射される。
【００３０】
結像レンズ部７は、集光レンズ部６ａに入射された測定光の向きを変え、受光面８ａの走査幅方向の一端側の位置に測定光を結像させる。照射点Ｓからの測定光は、側方（図１２中Ｘ方向）からみても、集光レンズ部６ａによってほぼ平行に収束され、結像レンズ部７によって受光素子８の受光面８ａ上に結像される。
【００３１】
このため、受光素子８の受光面８ａには、照射点Ｓの高さに正確に対応した位置に点状の像Ｋ（結像点）が形成され、その位置に対応した電気信号（電流）が電極から出力される。そして、上記偏向器４による照射点Ｓの走査によって、受光素子８の受光面８ａに結像される像Ｋの位置が変わる。
【００３２】
このように、照射点Ｓが集光レンズ部６ａに対向する範囲内で移動すると、受光面８ａ上の像Ｋの位置は、受光面８ａの走査幅Ｗの一端側から他端側に移動することになる。
【００３３】
そして、照射点Ｓの走査に伴って、照射点Ｓが高さ（Ｚ）方向に移動すると、受光素子８の受光面８ａ上の像Ｋがずれて，その位置に対応する電気信号が出力される。そして、この電気信号から移動した照射点Ｓの基準面からの高さが検出され、基の照射点Ｓの高さとの差（変位）が判る。
【００３４】
このような変位測定装置は、測定対象物１０のＺ軸方向の変位量をＸ軸方向（走査方向）に走査されたビームで得ることができる。また、測定台６１をＹ軸方向（副走査方向）に移動させることにより、Ｘ−Ｙ−Ｚの三次元の距離データを得ることができる。
【００３５】
また、対象面１０ａが上記変位測定装置の走査幅に対して大きい場合には、Ｘ方向に照射点Ｓを走査しつつ測定台６１をＹ方向に移動させ、対象面１０ａに対する副走査方向の一方の端縁から他方の端縁まで走査する。次いで、変位測定装置を走査幅分Ｘ方向にシフトし、Ｘ方向に照射点Ｓを走査しつつ測定台６１をＹ方向に移動させ、対象面１０ａに対する走査幅分シフトした副走査方向の他方の端縁から一方の端縁まで走査する。この動作を繰り返すことにより、面積の広い対象面１０ａ全体の変位量が測定できる。
【００３６】
このように光走査装置では、入射角の異なる二つ（複数）のビームＡ，Ｂを出射し、各ビームＡ，Ｂをそれぞれ偏向させて所望の走査対象範囲Ｈで走査して、所望の走査対象範囲Ｈを連続的に走査させる光走査方法を実現している。
【００３７】
なお、前記各ビームＡ，Ｂの入射角は、偏向器４によって走査された際に、走査対象範囲Ｈで同時に走査されないタイミングとなるように設定される。
【００３８】
したがって、上述した光走査装置では、光源部３にて入射角の異なる複数のビームＡ，Ｂを出射し、偏向器４にて各ビームＡ，Ｂをそれぞれ偏向させて所望の走査対象範囲Ｈで走査し、収束レンズ５にて走査する各ビームＡ，Ｂを平行にする。これにより、偏向器４による一走査分の偏向動作中で一方のビームＡ（Ｂ）が走査対象範囲Ｈから外れるときに他方のビームＢ（Ａ）が走査対象範囲Ｈ内で走査されるので、走査対象範囲Ｈを連続的に走査することが可能となる。
【００３９】
また、上記光走査装置を用いた変位測定装置では、走査対象範囲Ｈを連続的に走査することにより、測定台６１のＹ方向移動速度を向上することが可能となる。
しかしながら、上述した投光系に光路の異なる２光束を用いた走査型の非接触変位測定装置では、２光束の光路が異なるため、２光束の特性が完全には一致しない。
【００４０】
ここで、上述した変位測定装置の２光束ビームにおけるビームＡとビームＢの光学的違いについて説明する。この光学的違いとしては、図２０（ａ）〜（ｃ）に示すように、（１）Ｘ方向の傾きずれ、（２）Ｙ方向の傾きずれ、（３）Ｙ方向の位置ずれがある。これらのずれは、光学的な調整で合わせ込みを実施する必要があるが、短時間で２光束のずれを所望の精度に対して影響ないレベルにまで合わせ込むのは困難である。
【００４１】
そして、上記（１）、（２）、（３）のずれを総合すると、最も差が大きくなる条件において、ビームＡとビームＢの変位測定値に２０〜５０μｍの差が発生していまう。例えば（２）Ｙ方向の傾きずれに関して、仮にθｙ＝１°であった場合には、直線性（Ｚ補正）でビームＡとビームＢの変位測定値に２０μｍの違いが発生してしまう。
【００４２】
また、図１２乃至図１９に示すような受光系にレンズアレイを使用した走査型の三角測量方式の非接触変位測定装置では、個々のレンズアレイの設置位置・方向や焦点距離のばらつきにより透過したレンズによる結像点もばらついてしまい、実際には平坦な測定対象物が平坦として測定できない問題がある。
【００４３】
したがって、２光束の各光束に対して調整が必要であり、また、１光束に対しても複数の補正が必要となるが、図２０に示す光学的な違いから、より正確な測定結果を得るためには各光束毎に各種補正が望まれていた。
【００４４】
そこで、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであって、２光束を判別してそれぞれに最適な補正を行うことができる変位測定装置を提供することを目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
この発明の請求項１記載の変位測定装置は、測定対象物１０に走査した光を照射し、該測定対象物からの反射光を受けて、前記測定対象物の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記測定対象物に走査範囲Ｈで２つの光束を投光する投光手段１と、
該投光手段と前記測定対象物の間に配置され、前記走査範囲外で前記投光手段から投光される２つの光束の光路を変更させる検出用ミラー９ａと、
該検出用ミラーによって光路を変更させられた２つの光束のうちの一方の光束のみを受光する第１の受光面と、該検出用ミラーによって光路を変更させられた２つの光束の両方の光束を受光する第２の受光面とを有する受光手段１１と、
該受光手段の２つの受光面からの信号を各々２値化し、この２値化された２つの信号に基づいて何れの光束かを判別し、この判別結果に基づいて各光束に合わせた補正データにより補正処理を行う信号処理手段１２とを備えたことを特徴とする。
【００４６】
請求項２記載の変位測定装置は、測定対象物１０に走査した光を照射し、該測定対象物からの反射光を受けて、前記測定対象物の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記測定対象物に走査範囲Ｈで２つの光束を投光する投光手段１と、
該投光手段と前記測定対象物の間に配置され、前記走査範囲外で前記投光手段から投光される２つの光束の光路を変更させる検出用ミラー９ａと、
該検出用ミラーによって光路を変更させられた２つの光束のうちの一方の光束のみを受光する第１の受光面と、該検出用ミラーによって光路を変更させられた２つの光束の他方の光束を受光する第２の受光面とを有する受光手段１１と、
該受光手段の２つの受光面からの信号を各々２値化し、この２値化された２つの信号に基づいて何れの光束かを判別し、この判別結果に基づいて各光束に合わせた補正データにより補正処理を行う信号処理手段１２とを備えたことを特徴とする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る変位測定装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
図１は本発明に係る変位測定装置の補正処理に関する電気的構成部分のブロック図、図２は同変位測定装置による２光束の判別処理の一例を示すタイミングチャート、図３は同変位測定装置による２光束の判別処理の他の例を示すタイミングチャート、図４及び図５はＸ補正に関する説明図、図６及び図７はＺ補正に関する説明図、図８は走査開始位置ディレイ（ｄｅｌａｙ  ）に関する説明図、図９は図８の一点鎖線の丸で囲まれた部分の拡大図である。
【００４９】
本例の変位測定装置は、測定対象物に照射される２光束を判別し、この判別結果に基づいて各光束に適切な補正処理を施す機能を有するものである。具体的に、変位測定装置は、図１２及び図１３において、走査対象範囲Ｈから外れた光路上に配置された検出用ミラー９ａで反射される２光束がビームＡかビームＢかを判別し、この判別結果に基づいて各ビームＡ，Ｂ毎に各種補正を行うための構成として、受光手段１１が２つの受光面を有し、受光手段１１からの信号を処理する信号処理手段１２を備えている。
【００５０】
なお、本発明の変位測定装置の光学系の基本構成としては、投光系に光路の異なる２光束を用いた走査型の構成であれば良く、図１２乃至図１９に示す構成に限定されるものではない。
【００５１】
本例の変位測定装置では、図９に示すように、検出用ミラー９ａで反射されて受光手段１１により受光される光の領域として、ビームＡのみの領域Ｆ１、ビームＡ，Ｂの領域Ｆ２、ビームＢのみの領域Ｆ３が存在する。
【００５２】
以下、ビームＡのみとビームＡ，Ｂを受光し、この受光したタイミング信号に基づいてビームＡとビームＢを判別し、この判別によって得られる信号を用いて各ビームＡ，Ｂ毎に各種補正処理を行う場合の構成を例にとって説明する。
【００５３】
図１に示す受光手段１１は、２つの受光面を有している。図１の例では、この２つの受光面として、機能的に第１受光手段１１Ａと第２受光手段１１Ｂで表現している。第１受光手段１１Ａは、ビームＡのみの領域Ｆ１からのビームＡを受光している。また、第２受光手段１１Ｂは、ビームＡ，Ｂの領域Ｆ２からのビームＡ，Ｂを受光している。この受光手段１１は、２つの受光面を有していれば良く、例えば２つの受光素子や受光面が２分割された１つの受光素子で構成することができる。
【００５４】
なお、第１受光手段１１Ａと第２受光手段１１Ｂの各々の受光面の前面には、図１３（ａ），（ｂ）で説明したような波形整形のためのナイフエッジ（図１３（ａ），（ｂ）の９ｂに相当）を設け、タイミング信号をより急峻に得る構成とするのが好ましい。更に、図１３（ａ）に示すように、収束レンズ５は、測定対象物１０の対象面１０ａでビーム径が最小となるように測定対象物１０が配置されているが、ビームが検出用ミラー９ａで折り返された場合、受光手段１１でビーム径が最小となるように検出用ミラー９ａ及び受光手段１１が配置されるのが望ましい。
【００５５】
図１に示すように、信号処理手段１２は、増幅手段１３、２値化手段１４、判別手段１５、演算処理手段１６を備えて概略構成される。
【００５６】
図１に示す増幅手段１３は、第１増幅手段１３Ａと第２増幅手段１３Ｂを備えて構成される。第１増幅手段１３Ａは、第１受光手段１１ＡからのビームＡのみのタイミング信号を増幅している。また、第２増幅手段１２Ｂは、第２受光手段１１ＢからのビームＡ，Ｂのタイミング信号を増幅している。
【００５７】
図１に示す２値化手段１４は、第１の２値化手段１４Ａと第２の２値化手段１４Ｂを備えて構成される。第１の２値化手段１４Ａは、第１増幅手段１３Ａで増幅されたビームＡのみのタイミング信号を２値化処理（例えば信号無し…「Ｌレベル：０」、信号有り…「Ｈレベル：１」）している。また、第２の２値化手段１４Ｂは、第２増幅手段１３Ｂで増幅されたビームＡ，Ｂのタイミング信号を２値化処理（例えば信号無し…「Ｌレベル：０」、信号有り…「Ｈレベル：１」）している。
【００５８】
図１に示す判別手段１５は、２値化手段１４（１４Ａ，１４Ｂ）からの２値化された２つのタイミング信号に基づいてビームＡかビームＢかを判別している。判別手段１５は、例えば図２に示すように、ビームＡと判別したときにＬレベルの判別結果信号を演算処理手段１６に出力し、ビームＢと判別したときにはＨレベルの判別結果信号を演算処理手段１６に出力している。
【００５９】
また、図１に示す変位演算手段１６Ａは、ＰＳＤ８からの２つの信号に基づいて測定対象物１０の変位を演算し、この演算により得られる変位データを演算処理手段１６に出力している。
【００６０】
図１に示すように、演算処理手段１６は、Ｘ補正処理手段１６Ｂ、Ｚ補正処理手段１６Ｃ、位置ディレイ補正処理手段１６Ｄ、補正データ記憶手段１７を備えている。
【００６１】
図１に示す補正データ記憶手段１７は、各種補正項目毎に設けられ、ビームＡ，Ｂ毎の各種補正項目の補正データを格納している。図１の例では、補正項目がＸ補正、Ｚ補正、走査開始位置ディレイの３項目の場合を示しており、３つの補正データ記憶手段１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが設けられ、各々ビームＡ，Ｂ毎に補正データが格納されている。
【００６２】
図１に示すＸ補正処理手段１６Ｂは、変位演算手段１６Ａからの変位データに対し、判別手段１５からの判別結果信号（ビームＡを示すＬレベルの信号、又はビームＢを示すＨレベルの信号）に基づき、補正データ記憶手段１７Ａの補正データを用いて追って説明するＸ補正の信号処理を各ビームＡ，Ｂ毎に行っている。
【００６３】
図１に示すＺ補正処理手段１６Ｃは、Ｘ補正処理手段１６ＢからのＸ補正された変位データに対し、判別手段１５からの判別結果信号（ビームＡを示すＬレベルの信号、又はビームＢを示すＨレベルの信号）に基づき、補正データ記憶手段１７Ｂの補正データを用いて追って説明するＺ補正の信号処理を各ビームＡ，Ｂ毎に行っている。
【００６４】
図１に示す位置ディレイ補正処理手段１６Ｄは、判別手段１５からの判別結果信号（ビームＡを示すＬレベルの信号、又はビームＢを示すＨレベルの信号）に基づき、補正データ記憶手段１７Ｃの補正データ（パラメータ）を用いて追って説明する走査開始位置ディレイの信号処理を各ビームＡ，Ｂ毎に行っている。
【００６５】
上記構成による変位測定装置では、測定対象物１０の測定が開始され、検出用ミラー９ａにより２光束をなすビームＡ，Ｂが反射されると、この反射されたビームＡ，Ｂが受光手段１１によって受光される。ここでは、第１受光手段１１ＡがビームＡ，Ｂの領域Ｆ２から交互に入射されるビームＡ，Ｂを受光する。また、第２受光手段１１ＢがビームＡのみの領域Ｆ１から入射されるビームＡを受光する。
【００６６】
そして、第１受光手段１１Ａが受光したビームＡ，Ｂは、第１増幅手段１３Ａで増幅された後、第１の２値化手段１４Ａで２値化されて判別手段１５に入力される。また、第２受光手段１１Ｂが受光したビームＡは、第２増幅手段１３Ｂで増幅された後、第２の２値化手段１４Ｂで２値化されて判別手段１５に入力される。
【００６７】
ここで、判別手段１５に対して２値化手段１４（１４Ａ，１４Ｂ）から２つのタイミング信号が入力されると、この２つの信号に基づいて判別手段１５がビームＡ，Ｂの判別を行う。
【００６８】
今、図２に示すようなタイミングで２値化手段１４（１４Ａ，１４Ｂ）から２つの信号が入力されると、判別手段１５は、ビームＡのみを受光したタイミング信号の立ち下がりからビームＡ，Ｂ（交互に受光されるビームＡ，ＢのうちのビームＢ）を受光したタイミング信号の立ち上がりまでの間をビームＢと判別し、それ以外の期間をビームＡと判別する。
【００６９】
なお、図２において、斜線で示す部分は、光が測定対象物に照射していない期間（トリガ用の折り返しミラーに当たって外に出ていない時など）である。また、図２の例では、ビームＡ，Ｂのタイミング信号の立ち上がりと、ビームＡのみのタイミング信号の立ち下がりによるエッジを利用しているが、この信号のエッジは自由に選択することが可能である。さらに、図２では、ビームＡを示す判別結果信号と、ビームＢを示す判別結果信号のパルス幅が異なるが、両者の信号のパルス幅が１対１になるように信号処理することも可能である。
【００７０】
ところで、上述した構成では、検出用ミラー９ａからビームＡのみとビームＡ，Ｂを受光し、この受光したタイミング信号に基づいてビームＡ，Ｂを判別し、この判別によって得られる信号を用いて各ビームＡ，Ｂ毎に補正を行う場合を例にとって説明したが、ビームＢのみとビームＡ，Ｂを受光し、この受光したタイミング信号に基づいてビームＡ，Ｂを判別し、この判別によって得られる信号を用いて各ビームＡ，Ｂ毎に各種補正を行う構成としても良い。この場合、一方の受光手段（例えば第１受光手段１１Ａ）がビームＢのみの領域Ｆ３からのビームＢを受光し、他方の受光手段（例えば第２受光手段１１Ｂ）がビームＡ，Ｂの領域Ｆ２からのビームＡ，Ｂを受光する構成とする。
【００７１】
また、ビームＡのみとビームＢのみを受光し、この受光したタイミング信号に基づいてビームＡ，Ｂを判別し、この判別によって得られる信号を用いて各ビームＡ，Ｂ毎に各種補正を行う構成とすることもできる。この場合、一方の受光手段（例えば第１受光手段１１Ａ）がビームＡのみの領域Ｆ１からのビームＡを受光し、他方の受光手段（例えば第２受光手段１１Ｂ）がビームＢのみの領域Ｆ３からのビームＢを受光する構成とする。このときのタイミングチャートを図３に示す。この場合、図３に示すように、判別手段１５は、ビームＢのみを受光したタイミング信号の立ち下がりから次のビームＡのみを受光したタイミング信号の立ち下がりまでの間をビームＡと判別する。そして、そこから次のビームＢのみを受光したタイミング信号の立ち下がりまでの間をビームＢと判別する。
【００７２】
このように、ビームＡとビームＢが判別されると、そのときの判別結果信号は主に以下に説明するＸ補正、Ｚ補正、走査開始位置ディレイの３つの補正処理に使用される。
【００７３】
Ｘ補正処理手段１６Ｂは、補正データ記憶手段１７Ａの補正データに基づき、図４に示すようにレンズアレイ（集光レンズアレイ６）に起因する走査方向位置による変位のばらつきをビームＡ，Ｂ毎に補正する（Ｘ補正）。
【００７４】
なお、補正データ記憶手段１７Ａには、レンズアレイに起因する誤差を走査方向の測定位置毎に基準に対する偏差として求め、この値が補正値としてビームＡ，Ｂ毎の測定値毎に格納されている。
【００７５】
このＸ補正によれば、測定の際、ビーム毎の測定位置毎に補正値を測定値から減算することによりレンズアレイに起因する誤差を除くことができる。その結果、図５（ａ），（ｂ）に示すように、従来補正の無い装置においては平坦なものを測定しても走査方向にはレンズアレイのピッチで段差をもつ測定値しか得られなかったが、上述したＸ補正を行うことで平坦に測定できる。
【００７６】
図６及び図７に示すように、受光手段（ＰＳＤ）１１から得られる変位測定値の直線性には、三角測量の原理上発生する誤差が含まれ、比例関係にならない。そこで、本例では、Ｚ補正処理手段１６Ｃが補正データ記憶手段１７Ｂの補正データに基づいてビームＡ，Ｂ毎に上記誤差による直線性のずれを補正する。
【００７７】
図８に示すように走査方向を仮定すると、受光手段１１、増幅手段１３、２値化手段１４を介して入力されるタイミング信号は、走査対象範囲Ｈを走査した直後に発生する。このため、次の走査の開始点（Ｘ位置＝０）にビームが来るまでに時間的なずれが発生する。この時間的なずれを走査開始位置ディレイとして記憶している。２光束で走査するの場合、ビームＡとビームＢの光学的特性の違いから、上記ディレイ値が異なる値となる（Ｘ方向位置に換算して例えば４０μｍ程度）。そこで、本例では、ビームＡ又はビームＢを判別し、この判別結果に基づいてビームＡ，Ｂ毎に位置補正処理手段１６Ｄが補正データ記憶手段１７Ｃの補正データに基づいてビームＡ，Ｂ毎にディレイ値を変えて補正する。
【００７８】
このように、本例の変位測定装置によれば、測定対象物に照射される２光束（ビームＡ，Ｂ）を判別し、この判別結果に基づいて最適な補正データにより各種補正をビーム毎に行うことができる。また、本例の変位測定装置は、２光束を用いた投光系ではあるが、受光手段１１を含む処理回路（信号処理手段１２）の設定変更のみで任意の１光束を選択して測定が可能になる。これにより、各光束毎に調整作業が可能になる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る変位測定装置によれば、測定対象物に照射される２光束を判別し、この判別結果に基づいて最適な補正データにより各種補正をビーム毎に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る変位測定装置の補正処理に関する電気的構成部分のブロック図である。
【図２】本発明に係る変位測定装置による２光束の判別処理の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明に係る変位測定装置による２光束の判別処理の他の例を示すタイミングチャートである。
【図４】Ｘ補正に関する説明図である。
【図５】（ａ），（ｂ）Ｘ補正に関する説明図であり、Ｘ補正前後の波形の一例を示す図である。
【図６】Ｚ補正に関する説明図である。
【図７】Ｚ補正に関する説明図である。
【図８】走査開始位置ディレーに関する説明図である。
【図９】走査開始位置ディレーに関する説明図であり、図８の一点鎖線の丸で囲まれた検出用ミラーでのビームＡ，Ｂの軌跡を示す拡大図である。
【図１０】従来の変位測定装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）図１０の変位測定装置における光走査装置の作用を示す図である。
【図１２】本発明が採用される変位測定装置の光学系の一例を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）図１０における光走査装置を示す図である。
（ｂ）ビームの走査位置を認識する別の構成を示す図である。
【図１４】図１３の光走査装置の作用を示す図である。
【図１５】図１３の光走査装置の作用を示す図である。
【図１６】図１３の光走査装置の作用を示す図である。
【図１７】図１３の光走査装置の作用を示す図である。
【図１８】図１３の光走査装置の作用を示す図である。
【図１９】図１３の光走査装置の作用を示す図である。
【図２０】２光束におけるビームＡとビームＢの光学的違いの説明図である。
【符号の説明】
１…投光手段（光走査装置）、９ａ…検出用ミラー、１０…測定対象物、１１…受光手段、１１Ａ…第１受光手段、１１Ｂ…第２受光手段、１２…信号処理手段、１４…２値化手段、１５…判別手段、１６…演算処理手段、Ｓ…照射点。
【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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