CN109557545A

CN109557545A - 位移测量装置、测量系统及位移测量方法

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Publication number: CN109557545A
Application number: CN201810151188.8A
Authority: CN
Inventors: 近藤智则; 铃木祐太; 的场贤; 的场贤一; 金谷义宏
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2038-02-13
Also published as: EP3460387B1; TW201915437A; EP3460387A1; US10495448B2; JP2019060699A; KR102077691B1; TWI653432B; CN109557545B; US20190094013A1; JP7024285B2; KR20190035457A

Abstract

本发明获得一种能够精度良好地测量到测量对象面的距离的位移测量装置、测量系统及位移测量方法。本发明的位移测量装置包括：投光部，产生光；传感器头，对测量对象物照射光，且接收所照射的光中在测量对象物的测量对象面反射的光；以及控制部，基于传感器头所接收的光，算出表示与测量对象面之间的距离的值。控制部是以所算出的值包含在预先设定的数值范围内为条件，将所算出的值作为表示到测量对象面的距离的值进行处理，且基于所算出的值，重新设定数值范围。

Description

位移测量装置、测量系统及位移测量方法

技术领域

本发明涉及一种位移测量装置、包括位移测量装置的系统及位移测量方法。

背景技术

以往，例如，已知有如专利文献1所示使用白光共聚焦方式(whiteconfocalmethod)作为测量方式的位移测量装置。该位移测量装置是一边使非接触型传感器头移动，一边连续地测量与测量对象物之间的距离(位移)。

此外，存在一种工件，通过基于来自多个位置的反射光测量构件的厚度或位移，而进行品质管理。作为这种工件，例如，可列举包含不易反射光的原材料的工件(被实施了抗反射(AntiReflective，AR)涂布等抗反射加工的光学零件等)、形成为多层构成的工件(透镜组群等)。

此外，以往，已知有如专利文献2所示使用三角测距方式作为测量方式的位移测量装置。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2012-208102号公报

[专利文献2]日本专利特开2013-90045号公报

发明内容

[发明欲解决的课题]

在如上所述的工件中，并不一定能够稳定地从所有测量位置获得反射光。例如，当如以图22的波形911所示，在第一个测量对象面上反射的光的受光量较小而成为面检测阈值以下时，位移测量装置将以波形912所示的在第二个测量对象面反射的光作为在第一测量对象面反射的光进行处理。具体来说，位移测量装置将到第一个测量对象面的距离作为距离L912而非距离L911进行处理。

此外，当存在来自多个位置的反射光时，工件的微小的位置偏差会导致测量对象面向测量范围外偏离。例如，如果像图23所示那样第一个测量对象面偏离测量范围，那么位移测量装置将以波形922所示的在第二个测量对象面反射的光作为在第一个测量对象面反射的光进行处理。具体来说，位移测量装置将到第一个测量对象面的距离作为距离L922进行处理。

此外，在使传感器头与工件的相对位置逐次偏移而反复进行所述测量时，有波形912、922等的位置沿图22、图23的横轴方向发生变动的情况。

因此，关于如上所述的工件，可能产生无法准确地测量到各测量对象面的距离的情况。因此，要求准确地测量到包含这种工件在内的各种工件的测量对象面的距离。

本发明鉴于所述问题而完成，目的在于提供一种能够精度良好地测量到测量对象面的距离的位移测量装置、系统及位移测量方法。

[解决课题的手段]

根据本发明的一实施方式，位移测量装置包括：投光部，产生光；传感器头，对测量对象物照射光，且接收所照射的光中在测量对象物的测量对象面反射的光；以及控制部，基于传感器头所接收的光，算出表示与测量对象面之间的距离的值。控制部以所算出的值包含在预先设定的数值范围内为条件，将所算出的值作为表示到测量对象面的距离的值进行处理，且基于所算出的值，重新设定数值范围。

根据本发明的一实施方式，测量系统包括上述位移测量装置和能够与位移测量装置进行通信的信息处理装置。信息处理装置将由位移测量装置的受光部接收到的光的受光量与距传感器头的距离建立关联地以图表显示，且将图表显示中的预先设定的数值范围的显示方式从内定的方式变更为预先设定的方式。

根据本发明的一实施方式，位移测量方法包括以下步骤。产生光。对测量对象物照射光。接收所照射的光中在测量对象物的测量对象面反射的光。基于所接收的光，算出表示与测量对象面之间的距离的值。以算出的值包含在预先设定的数值范围内为条件，将算出的值作为表示到测量对象面的距离的值进行处理，且基于算出的值，重新设定数值范围。

[发明效果]

根据所述构成，能够精度良好地测量到各测量对象面的距离。

附图说明

图1是表示本实施方式的测量系统的构成的图。

图2是用来说明各测量对象面的设定范围的图。

图3是表示一实施方式中的第i次的测量值的图。

图4是表示不同于图3的实施方式中的第i次的测量值的图。

图5是表示不同于图3及图4的实施方式中的第i次的测量值的图。

图6是用来说明设定范围的变更的图。

图7是表示传感器控制器无法获取测量值的情况的图。

图8是表示设定范围的变更导致设定范围重复的情况的图。

图9是表示在一个设定范围内检测出多个测量对象面的情况的图。

图10是用来说明对设定范围进行设定的方法的图。

图11是表示测量值不在设定范围内的情况的图。

图12是用来说明对设定范围进行设定的方法的图。

图13是用来说明测量系统的功能构成的图。

图14是表示初始设定时的处理流程的流程图。

图15是表示在初始设定结束后执行的测量处理的流程的流程图。

图16是表示初始设定时所显示的画面的图。

图17是表示正常进行测量的该次测量的画面的图。

图18是表示设定范围重复时的该次测量的画面的图。

图19是表示在传感器控制器中判断为不存在测量对象面时的该次测定的画面的图。

图20是表示在传感器控制器中判断出有不存在测定值的设定范围时的该次测定的画面的图。

图21是用来说明设定宽度的自动设定的图。

图22是表示位移传感器所检测的波形的图。

图23是表示位移传感器所检测的另一波形的图。

附图标号说明

1：测量系统

2：位移传感器

3：信息处理装置

10：传感器控制器

11、31：控制部

12：投光部

13：受光部

14、34：显示部

15、35：通信IF部

19：导光部

20：传感器头

32：存储部

33：输入部

131：分光器

132：检测器

501～504、511～514、521～524、541～544、551～554、561～564、591～594、911、912、922：波形

600：箭头

700：照射光

701、702、703、704：光

800：测量对象物

810、820、830：层

811、812、813、814：面

840：基板

1600、1700、1800、1900、2000：画面

1610：复选框

1611、1612、1613、1614：设定项目

1621：对象

1721、1722、1723、1724：标记

1740：十字标记

d1、d2、L1(i)、L1(i+1)、L2(i)、L2(i+1)、L3(i)、L3(i+1)、L4(i)、L4(i+1)、L4’(i+1)、L11(i)、L12(i)、L21(i)、L22(i)、L31(i)、L32(i)、L41(i)、L42(i)、L911、L912、L922、Lmax、Lmin：距离

P_ADD[0]、P_ADD[1]、P_ADD[2]、P_ADD[3]：波峰

R1(i)、R1(i+1)、R2(i)、R2(i+1)、R3(i)、R3(i+1)、R3(i+2)、R4(i)、R4(i+1)、R4(i+2)：范围

S1～S3、S101～S111：步骤

X[0]、X[1]、X[2]：各面的相对距离

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同的构件标附有相同的符号。这些相同构件的名称及功能也相同。因此，不重复对这些相同构件进行详细说明。

<A.系统构成>

图1是表示本实施方式的测量系统的构成的图。

参照图1，测量系统1包括位移传感器2和信息处理装置3。典型来说，信息处理装置3为个人计算机。

位移传感器2是使用波长色散的传感器。详细地说，位移传感器2是使用白光共聚焦方式作为测量方式的位移测量装置。位移传感器2也被称作光纤同轴位移传感器。位移传感器2具有传感器控制器10、导光部19和传感器头20。传感器头20包含共聚焦光学系统。详细地说，传感器头20具有物镜和色像差单元。

传感器控制器10产生具有特定波长展开度(波长宽度)的光(典型为白光)。该光在导光部19中传输并到达传感器头20。

在传感器头20中，传输来的光通过物镜会聚后被照射向测量对象物800。照射光700通过色像差单元而产生轴上色像差，因此，从物镜照射的照射光的焦点位置按照每个波长不同。只有聚焦在测量对象物800的波长的光会再入射到导光部19。

测量对象物800具有能够使白光透射的多个层810、层820、层830。这些各层810、层820、层830例如形成在不使白光透射的基板840(基材)上。

聚焦在测量对象物800的第一面811的波长的光701、聚焦在第二面812的波长的光702、聚焦在第三面813的波长的光703和聚焦在第四面814的波长的光704作为反射光由传感器头20接收。

另外，各面811～面814是测量对象面。详细地说，第一面811是第一层810的上侧的面，且露出于外部。第二面812是第二层820的上侧的面，且与上侧的层810相接。第三面813是第三层830的上侧的面，且与上侧的层820相接。第四面814是基板840的面，且与上侧的层830相接。

由传感器头20接收的反射光通过导光部19入射到传感器控制器10。传感器控制器10基于该反射光，算出传感器头20到测量对象物800的距离。详细地说，传感器控制器10基于该反射光，算出传感器头20到测量对象物800的各层810、层820、层830的各距离(位移)和到基板840的距离(位移)。

利用位移传感器2，反复地测量距离以及例如使传感器头20向箭头600的方向移动。由此，针对各个面811～面814，获得沿面的多个部位上的测量值。

另外，也可以构成为，不使传感器头20移动而使测量对象物800在生产线上移动。本例能够应用于一边使传感器头20与测量对象物800的相对位置发生变化一边进行测量的系统中。

信息处理装置3与传感器控制器10连接。通过信息处理装置3，能够变更传感器控制器10的各种设定。此外，在信息处理装置3中，能够显示由传感器控制器10算出的距离等信息。关于信息处理装置3的各种功能将在下文进行说明。另外，传感器控制器10单独也能够进行这种设定及显示。

另外，传感器控制器10、传感器头20及导光部19的硬件构成与以往的硬件构成相同，因此，在此不重复说明它们的构成。

<B.处理的概要>

在测量系统1中，指定各面811～面814的设定范围，将各设定范围内所获得的距离设为有关各面811～面814的距离。另外，设定范围也可以说是规定测量对象面的位置(也就是受光量达到波峰的距离)的区域。以下，对这种构成的具体例进行说明。

图2是用来说明各面811～面814的设定范围的图。

参照图2，指定范围R1(i)作为第一面811的设定范围。同样地，指定范围R2(i)作为第二面812的设定范围。此外，指定范围R3(i)作为第三面813的设定范围，指定范围R4(i)作为第四面814的设定范围。关于该范围设定方法的详情将于下文进行说明。

另外，范围R1(i)是距离L11(i)到距离L12(i)的范围。以下同样地，范围R2(i)、范围R3(i)、范围R4(i)分别为距离L21(i)到距离L22(i)的范围、距离L31(i)到距离L32(i)的范围、距离L41(i)到距离L42(i)的范围。能够利用位移传感器2测量的范围(测量范围)为距离Lmin到距离Lmax的范围。

在所述说明中，i设为1以上的任意自然数。各范围R1(i)到范围R4(i)的初始值(R1(1)、R2(1)、R3(1)、R4(1))是使用信息处理装置3由用户设定。此外，位移传感器2按照每一测量周期，逐次变更各范围R1(i)、范围R2(i)、范围R3(i)、范围R4(i)。也就是说，如果着眼于范围R1(i)，那么在R1(i)之后设定(重新设定)R1(i+1)，然后设定(重新设定)R1(i+2)。这种设定范围的变更(重新设定)是由构成位移传感器2的传感器控制器10的控制部11(参照图13)执行。

以下，将范围R1(i)、范围R2(i)、范围R3(i)、范围R4(i)作为用于第i次测量的设定范围进行说明。另外，由于反复地测量以及使传感器头20移动，因此，第i次的测量地点不同于第i+1次的测量地点。

图3是表示一实施方式中的第i次的测量值的图。

参照图3，在传感器控制器10中，作为表示反射光的受光量的波形，检测四个波长的波形501、波形502、波形503、波形504。波形501、波形502、波形503、波形504达到波峰的距离分别为距离L1(i)、距离L2(i)、距离L3(i)、距离L4(i)。

距离L1(i)包含在范围R1(i)内。因此，传感器控制器10将距离L1(i)作为到层810的第一面811的距离进行处理。具体来说，确定距离L1(i)为测量值。

此外，距离L2(i)包含在范围R2(i)内。因此，传感器控制器10将距离L2(i)作为到层820的第二面812的距离进行处理。同样地，传感器控制器10将距离L3(i)作为到第三面813的距离进行处理，且将距离L4(i)作为到第四面814的距离进行处理。

图4是表示不同于图3的实施方式中的第i次的测量值的图。

参照图4，在传感器控制器10中，作为表示反射光的受光量的波形，检测四个波长的波形511、波形512、波形513、波形514。为了便于说明，波形511、波形512、波形513、波形514的波峰与图3同样地，分别记载为距离L1(i)、距离L2(i)、距离L3(i)、距离L4(i)。

关于波形511，受光量达到波峰的距离L1(i)包含在范围R1(i)内。因此，传感器控制器10将距离L1(i)作为到第一面811的距离进行处理。同样地，传感器控制器10将距离L2(i)作为到第二面812的距离进行处理，且将距离L4(i)作为到第四面814的距离进行处理。

但是，关于波形513，受光量达到波峰的距离L3(i)不含在范围R3(i)内。因此，传感器控制器10不将距离L3(i)作为到第三面813的距离进行处理。传感器控制器10将到第三面813的距离作为无法测量进行处理(错误处理)。

这样一来，传感器控制器10将所算出的4个距离中包含在预先设定的数值范围内的距离(例如，包含在范围R1(i)内的距离L1(i))，作为到多个层810、层820、层830及基板840中预先设定的层的测量对象面或基板840的测量对象面的距离(例如，到层810的第一面811的距离)进行处理。

根据这种构成，不含在数值范围内的距离不被作为到测量对象面的距离进行处理，因此，能够精度良好地测量到各面811～面814的距离。

参照图5，在传感器控制器10中，作为表示反射光的受光量的波形，检测四个波长的波形521、波形522、波形523、波形524。为了便于说明，波形522、波形523、波形524达到波峰的距离与图3及图4同样地，分别记载为L2(i)、L3(i)、L4(i)。

关于波形522，受光量达到波峰的距离L2(i)包含在范围R2(i)内。因此，传感器控制器10将距离L2(i)作为到第二面812的距离进行处理。同样地，传感器控制器10将距离L3(i)作为到第三面813的距离进行处理，且将距离L4(i)作为到第四面814的距离进行处理。

但是，如波形521所示，第一面811成为传感器头20的测量范围外的位置，因此，传感器控制器10无法检测包含在范围R1(i)内的受光量的波峰。因此，传感器控制器10将到第一面811的距离作为无法测量进行处理(错误处理)。

这样一来，传感器控制器10将所算出的4个距离中包含在预先设定的数值范围内的距离，作为到多个层810、层820、层830及基板840中预先设定的层的测量对象面或基板840的测量对象面的距离进行处理。

根据这种构成，不含在数值范围内的距离不被作为到测量对象面的距离进行处理。尤其是，在图5时，能够防止传感器控制器10将到第一个测量对象面也就是第一面811的距离作为距离L2(i)进行处理。因此，根据传感器控制器10，能够精度良好地测量到各面811～面814的距离。

图6是用来说明设定范围的变更的图。

参照图6，传感器控制器10基于包含在范围R1(i)内的距离L1(i)，将第一面811相关的设定范围从范围R1(i)变更为范围R(i+1)。典型来说，传感器控制器10以距离L1(i)成为范围R1(i+1)的中间值的方式设定(重新设定)范围R1(i+1)。

同样地，传感器控制器10基于包含在范围R2(i)内的距离L2(i)，将第二面812相关的设定范围从范围R2(i)变更为范围R2(i+1)。此外，传感器控制器10将第三面813相关的设定范围从范围R3(i)变更为范围R3(i+1)，且将第四面814相关的设定范围从范围R4(i)变更为范围R4(i+1)。

这样一来，位移传感器使各面811～面814相关的设定范围追随作为测量值的距离L1(i)到距离L4(i)。据此，与不进行这种追随处理(设定范围的重新设定处理)的构成相比，执行错误处理的次数减少。因此，根据这种构成，能够精度良好地测量到各面811～面814的距离，并且能够获取大量的到各面811～面814的距离的数据。

另外，在所述构成中，列举即便产生错误也继续测量的构成为例进行了说明，但也能以在产生错误的时点停止测量的方式构成测量系统1。

<C.处理的详情>

(c1.初始设定)

如上所述，作为初始值的范围R1(1)、范围R2(1)、范围R3(1)、范围R4(1)是使用信息处理装置3由用户设定。这种初始值是在示教模式中进行设定。另外，传感器控制器10单独也能够进行这种设定。

另外，典型来说，传感器控制器10预先存储有数值范围的内定值。基于示教处理(teachingprocess)，变更该内定值，变更后的值被用作所述初始值。

传感器控制器10基于示教时所测量的到各面811、面812、面813、面814的距离(受光量为波峰的距离)和用户所输入的设定范围的宽度(设定范围的上限值与下限值的差量)，设定范围R1(1)、范围R2(1)、范围R3(1)、范围R4(1)。具体来说，传感器控制器10以到第一面811的距离成为所输入的宽度的中间值的方式，决定范围R1(1)。传感器控制器10以到第二面812的距离成为所输入的宽度的中间值的方式，设定范围R2(1)。针对范围R3(1)、范围R4(1)，也以相同的方法进行设定。

在测量系统1中，设定范围的宽度能够针对范围R1(1)、范围R2(1)、范围R3(1)、范围R4(1)分别进行设定。

(c2.测量开始后的处理)

在测量时，除图3、图4及图5所示的实施方式以外，还可能产生各种实施方式。以下，对产生所述实施方式以外的实施方式时的处理进行说明。

(1)无法获得测量值时

图7是表示传感器控制器10无法获取测量值的情况的图。

参照图7，当在测量范围内(距离Lmin～距离Lmax的范围内)无受光量波峰时，传感器控制器10判断为不存在测量对象面，而作为偏离全部设定范围的错误进行处理。此时，关于该次测量，传感器控制器10判定为不存在表示到各面811～814的距离的数据。

(2)设定范围重复时

图8是表示变更设定范围而导致设定范围重复的情况的图。

参照图8，设定了范围R1(i)到范围R4(i)后，在传感器控制器10中，检测出四个波长的波形541、波形542、波形543、波形544。另外，波形541、波形542、波形543、波形544达到波峰的距离分别为距离L1(i)、距离L2(i)、距离L3(i)、距离L4(i)。

关于波形541，受光量达到波峰的距离L1(i)包含在范围R1(i)内。因此，传感器控制器10将距离L1(i)作为到层810的第一面811的距离进行处理。同样地，传感器控制器10将距离L2(i)作为到第二面812的距离进行处理。

但是，已经设定的范围R3(i)与范围R4(i)的一部分互相重复。在这种情况下，传感器控制器10将包含在重复范围内的测量值作为错误进行处理。此时，关于该次测量，传感器控制器10判定为不存在第三面813的测量值(距离L3(i))和第四面814的测量值(距离L4(i))。

(3)在一个设定范围内检测出多个测量对象面时

参照图9，设定了范围R1(i+1)到范围R4(i+1)后，在传感器控制器10中，检测出四个波长的波形551、波形552、波形553、波形554。另外，波形551、波形552、波形553、波形554达到波峰的距离分别为距离L1(i+1)、距离L2(i+1)、距离L3(i+1)、距离L4(i+1)。

关于波形551，受光量达到波峰的距离L1(i+1)包含在范围R1(i+1)内。因此，传感器控制器10将距离L1(i+1)作为到层810的第一面811的距离进行处理。同样地，传感器控制器10将距离L2(i+1)作为到第二面812的距离进行处理。

但是，范围R3(i+1)内包含两个受光量的波峰。也就是说，传感器控制器10在范围R3(i+1)内检测出两个测量对象面。

在这种情况下，传感器控制器10以如下方式设定在范围R3(i+1)之后设定的范围R3(i+2)。

图10是用来说明设定范围R3(i+2)的方法的图。

参照图10，传感器控制器10选择距离L3(i+1)及距离L4(i+1)中接近上一次测量值(距离L3(i))的距离。在距离L3(i)与距离L3(i+1)之间的距离为d1，且距离L3(i)与距离L4(i+1)之间的距离为d2(＞d1)时，传感器控制器10选择距离L3(i+1)。此时，传感器控制器10以距离L3(i+1)成为之后设定的范围R3(i+2)的中间值的方式，设定范围R3(i+2)。

这样一来，传感器控制器10在范围R3(i+1)内包含距离L3(i+1)和距离L4(i+1)时，使距离L3(i+1)与距离L4(i+1)中接近距离L3(i)的距离成为变更后的范围R3(i+2)的中间值。

根据这种构成，能够恰当设定下一范围。

(4)测量值不在设定范围内时

图11是表示测量值不在设定范围内的情况的图。

参照图11，设定了范围R1(i+1)到范围R4(i+1)后，在传感器控制器10中，检测出四个波长的波形561、波形562、波形563、波形564。另外，波形561、波形562、波形563、波形564达到波峰的距离分别为距离L1(i+1)、距离L2(i+1)、距离L3(i+1)、距离L4(i+1)。

关于波形561，受光量达到波峰的距离L1(i+1)包含在范围R1(i+1)内。因此，传感器控制器10将距离L1(i+1)作为到层810的第一面811的距离进行处理。同样地，传感器控制器10将距离L2(i+1)作为到第二面812的距离进行处理，且将距离L3(i+1)作为到第三面813的距离进行处理。

但是，关于波形564，受光量达到波峰的距离L4(i+1)不含在R4(i+1)内。因此，传感器控制器10不将距离L4(i+1)作为到第四面814的距离进行处理。传感器控制器10将到第四面814的距离作为无法测量进行处理(错误处理)。

在这种情况下，传感器控制器10以如下方式设定范围R4(i+1)之后设定的范围R4(i+2)。

图12是用来说明设定范围R4(i+2)的方法的图。

参照图12，传感器控制器10使用距离L3(i)、距离L3(i+1)和距离L4(i)，算出用来决定范围R4(i+2)的距离L4’(i+1)。传感器控制器10不利用距离L4(i+1)决定范围R4(i+2)。

具体来说，传感器控制器10通过下式(1)算出距离L4’(i+1)。

L4’(i+1)＝L3(i+1)+(L4(i)-L3(i)) (1)

这样一来，传感器控制器10利用上一次测量中的两个测量值的相对位置关系，算出距离L4’(i+1)。传感器控制器10以距离L4’(i+1)成为之后设定的范围R4(i+2)的中间值的方式，设定范围R4(i+2)。

如上所述，在上一次的多个测量值(L1(i+1)、L2(i+1)、L3(i+1)、L4(i+1))不含在范围R4(i+1)内时，传感器控制器10基于距离L4(i)、距离L3(i)和包含在范围R3(i+1)的距离L3(i+1)，将用于第四面814的设定范围从范围R4(i+1)变更为范围R4(i+2)。

根据这种构成，相较于使用图11所示的距离L4(i+1)设定范围R4(i+2)的情况，能够精度良好地设定范围R4(i+2)。

另外，在所述说明中，为了设定范围R4(i+2)，利用了L3(i+1)和L3(i)，但也可取而代之，利用L2(i+1)和L2(i)。或者，传感器控制器10也可利用L1(i+1)和L1(i)。

(c3.功能构成)

图13是用来说明测量系统1的功能构成的图。

参照图13，测量系统1如上所述，包括位移传感器2和信息处理装置3。位移传感器2具有传感器控制器10、导光部19和传感器头20。

传感器控制器10具有控制部11、投光部12、受光部13、显示部14和通信IF(接口(InterFace))部15。受光部13包含分光器131及检测器132。

投光部12所产生的具有特定波长展开度的照射光在导光部19中传输并到达传感器头20。再入射到传感器头20的反射光在导光部19传输中并向受光部13入射。在受光部13，入射的反射光通过分光器131被分离为各波长成分，且利用检测器132检测各波长成分的强度。

控制部11基于检测器132的检测结果，算出传感器头20到测量对象物800的各面811～面814的距离(位移)。此外，控制部11针对各面811～面814变更(重新设定)设定范围。

显示部14以数值显示控制部11所算出的距离。

构成受光部13的检测器132的多个受光元件中接收反射光的受光元件会根据传感器头20所对应的测量对象物800的表面形状而发生变化。因此，能够根据检测器132的多个受光元件的检测结果(像素信息)，测量相对于测量对象物800的各面811～面814的距离变化(位移)。由此，通过位移传感器2，能够对测量对象物800的各测量对象面的形状进行测量。

通信IF部15用来与信息处理装置3进行通信。

信息处理装置3具有控制部31、存储部32、输入部33、显示部34和通信IF部35。

控制部31控制信息处理装置3的动作。控制部31基于存储部32中存储的操作系统，执行特定的应用程序。关于通过执行应用程序而显示在显示部34的画面(用户界面)的例子，将在下文进行说明。

控制部31经由输入部33受理用户输入(输入操作)。此外，控制部31将画面输出到显示部34。控制部31经由通信IF部35与传感器控制器10通信。

信息处理装置3对传感器控制器10发送设定范围的设定宽度的信息以及初始设定时所使用的示教执行命令。设定宽度是使用输入部33输入的值。另外，例如，在图2的范围R1(i)时，设定宽度为L12(i)减去L11(i)所得的数值。

此外，示教执行命令是通过由用户选择显示在显示部34的特定对象(以下，也称作“示教按钮”)，而从信息处理装置3被发送到传感器控制器10。

针对信息处理装置3，作为一例，传感器控制器10在每次进行测量时，将测量值发送到信息处理装置3。另外，作为错误进行处理的测量值不被发送到信息处理装置3。此外，传感器控制器10在错误时，对信息处理装置3通知错误消息。而且，传感器控制器10在每次变更(重新设定)针对各面811～面814的设定范围(范围R1(i)～范围R4(i))时，对信息处理装置3通知设定范围的中间值的值(距离)。

信息处理装置3基于所接收的各种数据，将测量值(波形)等更新显示在显示部34。通过由用户辨识显示部34的画面，而能够确认波形的时间变化等。

(c4.控制构造)

图14是表示初始设定时的处理流程的流程图。

参照图14，在步骤S1中，信息处理装置3受理用来登记针对各面811～面814的设定宽度的输入操作(用户输入)。当输入设定宽度时，在步骤S2中，信息处理装置3受理针对示教按钮的输入操作。由此，设定宽度的信息从信息处理装置3被发送到传感器控制器10。

在步骤S3中，传感器控制器10基于示教执行时的各面811～面814的测量值(距离)和从信息处理装置3接收到的各面811～面814的各设定宽度的信息，而存储各设定范围的初始值(R1(1)、R2(1)、R3(1)、R4(1))。

参照图15，在步骤S101中，传感器控制器10基于各面811～面814的位置，算出测量值(距离)。在步骤S102中，传感器控制器10基于算出结果，判断测量对象面是否存在一个以上的面。也就是说，传感器控制器10判断测量值是否为一个以上。

传感器控制器10在判断为存在一个以上的面时(在步骤S102中为“是”)，在步骤S103中，判断设定范围是否重复。

传感器控制器10在判断为不存在任何的面时(在步骤S102中为“否”)，在步骤S108中，以不存在面的形式执行错误处理。具体来说，传感器控制器10是如基于图7所说明那样，传感器控制器10判断为不存在测量对象面，而作为偏离全部设定范围的错误进行处理。详细地说，关于该次测量，传感器控制器10判定为不存在表示到各面811～814的距离的数据。

传感器控制器10在判断为设定范围不重复时(在步骤S103中为“是”)，在步骤S104中，判断各设定范围内是否不存在两个以上的测量值。也就是说，传感器控制器10判断是否为一个设定范围内包含的测量值为零个或者仅一个的状态。

传感器控制器10在判断为设定范围重复时(在步骤S103中为“否”)，在步骤S109中，以设定范围重复的形式进行错误处理。具体来说，传感器控制器10是如基于图8所说明那样，关于该次测量，传感器控制器10判定为不存在包含在重复设定范围内的各面的测量值(图3中为距离L3(i)及距离L4(i))。

传感器控制器10在判断为各设定范围内不存在两个以上的测量值时(在步骤S104中为“是”)，在步骤S105中，判断是否有不存在测量值的设定范围。

传感器控制器10在判断为各设定范围内不存在两个以上的测量值时(在步骤S104中为“否”)，在步骤S110中，如基于图9及图10所说明那样，将接近上一次测量位置的值作为设定范围的中间值，以此设定用于下一次测量的设定范围。

传感器控制器10在判断为各设定范围内存在测量值时(在步骤S105中为“否”)，在步骤S106中，例如，如基于图6所说明那样重新设定各设定范围。

传感器控制器10在判断为有不存在测量值的设定范围时(在步骤S105中为“是”)，在步骤S111中，如基于图11及图12所说明那样，针对不存在测量值的设定范围，使用设定范围内存在测量值的设定范围的测定值来变更设定范围。此外，针对设定范围内存在测量值的设定范围，也使用该测量值来变更设定范围。

在步骤S107中，传感器控制器10如图1的箭头600所示，使传感器头20移动到下一测量位置。

<D.用户界面>

接下来，对信息处理装置3的显示部34(参照图13)所显示的画面例进行说明。另外，画面的显示由控制部31进行。

(d1.设定画面)

图16是表示初始设定时所显示的画面的图。

参照图16，在画面1600中至少显示复选框(checkbox)1610、设定项目1611、设定项目1612、设定项目1613、设定项目1614和对象1621。

复选框1610用来决定是否进行测量对象面的设定。设定项目1611用来输入第一面811的设定宽度。设定项目1612用来输入第二面812的设定宽度。设定项目1613用来输入第三面813的设定宽度。设定项目1614用来输入第四面814的设定宽度。

对象1621是用来供用户指示示教执行的对象。

(d2.正常处理时)

图17是表示正常进行测量的该次测量的画面的图。另外，图17也是对应于图3的状态的图。

参照图17，控制部31显示至少包含标记1721、标记1722、标记1723、标记1724、波形501～波形504和四个十字标记1740的画面1700。

控制部31以不同于其它范围的方式显示设定范围内。例如，控制部31将设定范围内的背景色设为不同于其它范围的背景色的颜色。具体来说，其它范围的颜色为白色，控制部31通过将设定范围(范围R1(i)、范围R2(i)、范围R3(i)、范围R4(i))设为绿色而使它不同于其它范围。

标记1721、标记1722、标记1723、标记1724用来在视觉上识别四个设定区域的各区域。控制部31使标记1721、标记1722、标记1723、标记1724的位置根据相对应的设定范围的变更而左右移动。典型来说，控制部31使标记1721、标记1722、标记1723、标记1724的位置成为相对应的设定范围的正中间的位置。

十字标记1740显示在波形501～504的波峰位置。

(d3.设定范围重复时：在步骤S103中为“否”时)

图18是表示设定范围重复时的该次测量的画面的图。另外，图18也是对应于图8的状态的图。

参照图18，控制部31显示至少包含标记1721～标记1724、波形541～波形544和两个十字标记1740的画面1800。

如果着眼于与图17所示的画面1700的差异进行说明，那么在画面1800中，为了在视觉上通知用户发生了重复，而不将第三面813的设定范围(R3(i))和第四面814的设定范围(R4(i))着色成绿色等。

此外，控制部31以不同于标记1721、标记1722的方式显示标记1723、标记1724，所述标记1723、标记1724针对设定范围重复的测量对象面，所述标记1721、标记1722针对未重复的测量对象面。例如，控制部31将标记1723、标记1724整体的颜色或者该标记的局部(例如框)颜色设为不同于标记1721、标记1722的颜色(以下，也称作“默认颜色”)的颜色。

而且，控制部31将基于波形543、波形544的测量值(距离)作为错误进行处理(不确定测定值)，因此，为了视觉上通知用户，而不在波形543、波形544的波峰显示十字标记1740。

(d3.不存在测量对象面：在步骤s102中为“否”时)

图19是表示在传感器控制器10中判断为不存在测量对象面时的该次测定的画面的图。另外，图19也是对应于图7的状态的图。

参照图19，控制部31显示至少包含标记1721～标记1724的画面1900。但是，控制部31为了通知用户全部设定范围都未包含波形的波峰，而使全部设定范围都不以绿色等显示。

此外，控制部31将各个标记1721～标记1724如图18中所说明那样设为不同于默认颜色的颜色。而且，作为一例，将标记1721～标记1724各自的位置设为默认位置。

(d4.有不存在测定值的设定范围时：在步骤S105中为“是”时)

图20是表示在传感器控制器10中判断为有不存在测定值的设定范围时的该次测定的画面的图。另外，图20也是对应于图11的状态的图。

参照图20，控制部31显示至少包含标记1721～标记1724、波形561～波形564和四个十字标记1740的画面2000。

控制部31判断为设定范围不重复且存在测量对象面，因此，与图17同样地，以不同于其它范围的方式显示全部设定范围内。其中，由于波形564的波峰偏离范围R4(i+1)，因此，就通知用户波形564的波峰为范围外的观点来说，控制部31不在波形564的波峰显示十字标记1740。

(d5.错误汇总)

表1是对所述错误进行汇总所得的表。

表1

参照表1，作为错误类别，有偏离设定范围错误和受光波形错误。

偏离设定范围错误的第一个产生条件是如图7所示的未检测出任何的测量对象面(在图15的步骤S102中为“否”时)。此外，偏离设定范围错误的第二个产生条件是如图8所示的设定范围重复(在图15的步骤S103中为“否”时)。

受光波形错误的第一个产生条件是如图9所示的在一个设定范围内检测出两个以上的波峰(在图15的步骤S104中为“否”)。此外，受光波形错误的第二个产生条件是有不存在测定值的设定范围(在图15的步骤S105中为“否”)。

将对应于各错误产生条件的信息处理装置3中的画面显示内容记载在错误后的状态一栏。这些记载从上到下依次对应于图17、图18、图19、图20。

传感器控制器10将偏离设定范围错误作为无法恢复的错误进行处理。另一方面，传感器控制器10将受光波形错误作为能够恢复的错误进行处理。

受光波形错误是当再次在相同位置进行测量时，如果测量值(波形达到波峰的距离)处于设定范围内，那么即便将该测量值作为到测量对象面的距离进行处理也没有问题，所以被归为能够恢复的错误。

偏离设定范围错误是即便测量值处于设定范围内，也不适合将该测量值作为到测量对象面的距离进行处理，所以被归为无法恢复的错误。当为偏离设定范围错误时，传感器控制器10不会再次进行测量而是使传感器头20的位置移动到下一测量位置。

<E.变形例>

(1)位移测量装置

在所述说明中，作为位移传感器2，对使用白光共聚焦方式的位移测量装置进行了说明。也就是说，在所述说明中，作为位移传感器2，列举如下构成的位移测量装置为例进行了说明，所述构成包括：(i)投光部(光源)，产生具有预先设定的波长展开度的光；(ii)照射部(传感器头的一部分)，对具有能够使光透射的多个层的测量对象物，以按照每一波长在光轴上的不同位置聚焦的方式照射光；(iii)受光部，接收在多个层各自的测量对象面上聚焦并且反射的各波长的光，且根据所接收的光来侦测各波长；以及(iv)控制部，基于所侦测出的各波长，算出每一波长下的与测量对象物(各测量对象面)之间的距离。

但是，位移测量装置并不限定于这种构成。例如，控制部11中的所述处理也能够应用于使用三角测距方式的位移传感器(位移测量装置)。

在这种使用三角测距方式的位移传感器中，使从测量对象物漫反射回来的部分光在位移传感器内的透镜上聚光。由此，在位移传感器内的互补金氧半导体电路(complementarymetaloxidesemiconductor，CMOS)等位置传感器(撮像元件)上成像。当到测定物对象的距离发生变化时，位置传感器上的受光位置也发生变化。因此，控制部11通过特定出位置传感器上的受光位置，而能够求出到测定对象物的距离。

这样一来，位移测量装置也可以构成为至少包括：(a)投光部，产生光；(b)传感器头，对具有能够使光透射的多个层的测量对象物照射光，且接收所照射的光中在多个层各自的测量对象面反射的光；以及(c)控制部，基于传感器头所接收的光，算出与各测量对象面之间的距离；且(d)控制部将所算出的多个距离中包含在特定数值范围(例如第一设定范围)内的第一距离，作为到多个层中的特定层(例如第一层)的测量对象面的距离进行处理。

而且，关于这种构成(c)及构成(d)，在三角测量方式时，也可以构成为，控制部算出位置传感器上的受光位置(具体来说，表示位置传感器的像素位置的像素值)代替距离，且将算出的多个像素值中包含在特定数值范围内的第一像素值作为到多个层中的特定层的测量对象面的像素值进行处理。

此外，关于所述构成(c)及构成(d)，在白光共聚焦方式时，也可以构成为，控制部算出光的波长代替距离，且将算出的多个波长中包含在特定数值范围内的第一波长作为到多个层中的特定层的测量对象面的波长进行处理。

如上所述，控制部只要为算出表示距离的值(距离、像素值、波长)的构成即可。也就是说，控制部只要为如下构成即可，将算出的多个表示距离的值中包含在特定数值范围内的第一值作为表示到多个层中的特定层的测量对象面的距离的值进行处理。

(2)测量对象物

在所述说明中，作为测量对象物，列举了包括多个层810、层820、层830的测量对象物800为例，所述层810、层820、层830分别能够使光(典型为白光)透射，但测量对象物并不限定于这种构成。

测量对象物例如也可为只具有一个层(例如层830)的构成。也就是说，使光透射的层也可为单层。

此外，测量对象物也可不包括这种层(使光透射的层)。也可为只测定一个测量对象面的构成。

(3)设定范围

在所述说明中，列举了如下构成为例进行了说明，即，在示教模式中，由信息处理装置3或传感器控制器10自动地决定各范围R1(i)到范围R4(i)内的初始值R1(1)、初始值R2(1)、初始值R3(1)、初始值R4(1)，但并不限定于此。也可为由用户决定(设定)初始值R1(1)、初始值R2(1)、初始值R3(1)、初始值R4(1)的构成。

此外，在所述说明中，针对四个测量对象面(第一面811、第二面812、第三面813、第四面814)，分别进行了使用范围R1(i)～范围R4(i)的判断处理，但并不限定于此。也可基于用户操作，对三个以下的测量对象面，进行使用范围的判断处理。也就是说，也能以用户能够指定各面811～面814中的至少一个面的设定范围的方式，构成信息处理装置3或传感器控制器10。

这样一来，也能以如下方式构成信息处理装置3或传感器控制器10，即，受理用来将对应于多个测量对象面中一个以上的测量对象面的数值范围与该测量对象面建立关联地指定的用户输入，且将包含在数值范围内的值作为表示到对应于该数值范围的测量对象面的距离的值进行处理。

例如，也能以如下方式构成信息处理装置3或传感器控制器10，即，受理用来指定四个初始值R1(1)、初始值R2(1)、初始值R3(1)、初始值R4(1)中R1(1)和R2(1)的数值范围的用户输入，将包含在R1(1)内的值作为表示到对应于该数值范围的第一面811的距离的值进行处理，且将包含在R2(1)内的值作为表示到对应于该数值范围的第二面812的距离的值进行处理。另外，此时，到第三面813及第四面814的距离因未指定范围，所以设为由信息处理装置3或传感器控制器10算出的值本身。

(设定宽度的自动设定)

在所述说明中，列举了受理设定范围的宽度(设定宽度)的用户输入的构成为例进行了说明，但也可构成为传感器控制器10或者信息处理装置3自动地算出最佳的设定宽度。以下，基于图21对这种构成进行说明。另外，设定宽度并非动态变更，而是在测量中使用相同值。

图21是用来说明设定宽度的自动设定的图。参照图21，传感器控制器10检测出四个波长的波形591、波形592、波形593、波形594。

以下，将变量N设为面的数量。N为0时，不进行面检测。此外，在本例中，N的最大值为4。将变量X[n]设为各面的相对距离(单位为像素)。另外，单位也可为mm。以像素值进行计算时，最后需要换算成mm值。变量TW[n]为设定宽度(边轨宽度)。n为2以上且N-1以下的自然数。

在此，四个波长的波形591、波形592、波形593、波形594的波峰分别设为P_ADD[0]、P_ADD[1]、P_ADD[2]、P_ADD[3]。另外，单位设为像素。

此时，传感器控制器10是按如下方式设定第一面811的设定宽度、第二面812的设定宽度、第三面813的设定宽度和第四面814的设定宽度。

(a)第一面811的设定宽度＝X[0]/4

(b)第二面812的设定宽度＝X[1]/4(当X[0]/4＞X[1]/4时)X[0]/4(所述情况以外时)

(c)第三面813的设定宽度＝X[2]/4(当X[1]/4＞X[2]/4时)X[1]/4(所述情况以外时)

(d)第四面814的设定宽度＝X[2]/4

这样一来，传感器控制器10根据各面的相对位置设定最佳宽度。

必须根据实际上检测出的面数，来变更设定宽度的算出式。实际处理的流程如以下顺序(i)～顺序(iii)所示。

(i)确认检测出的面数N

传感器控制器10确认检测出的面数N。N＝0时，传感器控制器10作为错误进行处理。此外，N＝1时，传感器控制器10将内定值设为第一面811的设定宽度。

(ii)算出各面的相对距离(检测出两个面以上时)

传感器控制器10进行下式(2)中所示的运算。

X[n]＝abs(P_ADD[n+1]-P_ADD[n]) (2)

另外，n为0～N-2的值。此外，式(1)是算出相邻值的差量的绝对值的式子。

(iii)设定宽度的自动算出(检测出两个面以上时)

传感器控制器10基于以下的式(3)、式(4)，算出端面的设定宽度。

TW[0]＝X[0]/4 (3)

TW[N-1]＝X[N-2]/4 (4)

传感器控制器10基于以下的式(5)、式(6)，算出中间面的设定宽度。另外，在检测出三个面以上时，存在中间面。例如，在检测出四个面时，第二面及第三面相当于中间面。N＝2时，无须进行以下的式(5)、式(6)的处理。

TW[n-1]＝X[n-2]/4(当X[n-1]＞X[n-2]/4时) (5)

TW[n-1]＝X[n-1]/4(所述情况以外时) (6)

应当认为本次公开的实施方式全部内容都是例示，而非对本发明的限制。本发明的范围并非由所述说明表示，而是由权利要求所表示，且意图包含与权利要求均等的含义及范围内的全部变更。

Claims

1.一种位移测量装置，其特征在于，包括：

投光部，产生光；

传感器头，对测量对象物照射所述光，且接收所照射的所述光中在所述测量对象物的测量对象面反射的光；以及

控制部，基于所述传感器头所接收的光，算出表示与所述测量对象面之间的距离的值，且

所述控制部是以算出的所述值包含在预先设定的数值范围内为条件，将所算出的所述值作为表示到所述测量对象面的距离的值进行处理，且基于所算出的所述值，重新设定所述预先设定的数值范围。

2.根据权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，

所述测量对象物在基材上具有能够使所述光透射的第一层，

所述传感器头接收所照射的所述光中在所述基材的测量对象面和所述第一层的测量对象面的各面反射的光，

所述控制部基于所述传感器头所接收的光，算出表示与各所述测量对象面之间的距离的值，且将算出的多个所述值中的第一值作为表示到所述第一层的测量对象面的距离的值进行处理，所述第一值包含在作为所述预先设定的数值范围的第一数值范围内。

3.根据权利要求2所述的位移测量装置，其特征在于，

所述控制部将算出的多个所述值中的第二值作为表示到所述基材的测量对象面的距离的值进行处理，所述第二值包含在不与所述第一数值范围重复且作为所述预先设定的数值范围的第二数值范围内。

4.根据权利要求2所述的位移测量装置，其特征在于，

所述测量对象物具有积层在所述第一层的第二层，

所述传感器头还接收所照射的所述光中在所述第二层的测量对象面反射的光，

所述控制部是将算出的多个所述值中的第二值作为表示到所述第二层的测量对象面的距离的值进行处理，所述第二值包含在不与所述第一数值范围重复且作为所述预先设定的数值范围的第二数值范围内。

5.根据权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，

所述传感器头与所述测量对象物的相对位置根据所述传感器头或所述测量对象物的移动而发生变化，

所述控制部基于所述相对位置发生变化后由所述传感器头接收的光，再次算出表示与所述测量对象面之间的距离的值，且将再次算出的所述值中包含在重新设定后的所述数值范围内的值，作为所述相对位置发生变化后的位置上的到所述测量对象面的距离进行处理。

6.根据权利要求3或4所述的位移测量装置，其特征在于，

所述控制部基于所述相对位置发生变化后由所述传感器头接收的光，再次算出表示与各所述测量对象面之间的距离的值，且将再次算出的多个所述值中包含在重新设定后的所述第一数值范围内的第三值，作为所述相对位置发生变化后的位置上的到所述第一层的测量对象面的距离进行处理。

7.根据权利要求5所述的位移测量装置，其特征在于，

所述位移测量装置是通过使所述传感器头沿垂直于光轴的方向移动，而使所述相对位置变化。

8.根据权利要求6所述的位移测量装置，其特征在于，

所述控制部是以所述第一值成为重新设定后的所述第一数值范围的中间值的方式，重新设定所述第一数值范围。

9.根据权利要求6所述的位移测量装置，其特征在于，

所述控制部在重新设定后的所述第一数值范围内包含所述第三值和第四值时，以所述第三值及所述第四值中接近所述第一值的值成为再次重新设定后的所述第一数值范围的中间值的方式，进一步变更重新设定后的所述第一数值范围。

10.根据权利要求6所述的位移测量装置，其特征在于，

所述控制部基于包含在所述第二数值范围内的所述第二值，重新设定所述第二数值范围，且当再次算出的多个所述值不含在重新设定后的所述第一数值范围内时，基于所述第一值、所述第二值和包含在重新设定后的所述第二数值范围内的第五值，再次重新设定所述第一数值范围。

11.根据权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于，

所述传感器头接收在所述测量对象物的多个测量对象面的各面反射的光，

所述控制部受理用户输入，所述用户输入是用来将对应于所述多个测量对象面中的一个以上的所述测量对象面的数值范围与所述测量对象面建立关联地进行指定，基于由所述传感器头接收的光，算出表示与各所述测量对象面之间的距离的值，将包含在所述数值范围内的所述值作为表示到对应于所述数值范围的所述测量对象面的距离的值进行处理。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的位移测量装置，其特征在于，

存储有所述预先设定的数值范围的内定值，且

基于示教处理，变更所述内定值。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的位移测量装置，其特征在于，

所述控制部在第一动作模式时，重新设定所述数值范围，在第二动作模式时，不对所述数值范围进行重新设定。

14.根据权利要求3或4所述的位移测量装置，其特征在于，

所述控制部基于所述第一值及所述第二值，决定所述第一数值范围的宽度和所述第二数值范围的宽度。

15.一种测量系统，其特征在于，包括根据权利要求1至14中任一项所述的位移测量装置和能够与所述位移测量装置进行通信的信息处理装置，

所述信息处理装置将由所述位移测量装置的受光部接收到的光的受光量与距所述传感器头的距离建立关联地以图表显示，且将所述图表显示中的所述预先设定的数值范围的显示方式从内定的方式变更为预先设定的方式。

16.根据权利要求15所述的测量系统，其特征在于，

所述信息处理装置在所述值不含在所述预先设定的数值范围内时及包含在所述预先设定的数值范围内时，使所述图表显示的方式不同。

17.根据权利要求15或16所述的测量系统，其特征在于，

所述信息处理装置针对所述图表显示中的所述预先设定的数值范围，标附表示为所述预先设定的数值范围的标记。

18.一种位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

产生光；

对测量对象物照射所述光；

接收所照射的所述光中在所述测量对象物的测量对象面反射的光；

基于所接收的光，算出表示与所述测量对象面之间的距离的值；以及

以算出的所述值包含在预先设定的数值范围内为条件，将算出的所述值作为表示到所述测量对象面的距离的值进行处理，且基于算出的所述值，重新设定所述数值范围。