JP2861800B2 - 形状測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触で物体の形状を
測定する形状測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の形状測定装置としては、接触式の
三次元測定器が多く使用されているが、測定時間がかか
るため非接触で高速に測定できる三次元測定器が開発さ
れている。非接触三次元測定器の一例として、特開平０
１−１１９７０４号公報には、レ−ザ光を用いた非接触
三次元測定器が提案されている。

【０００３】図１８に、その従来例の基本構成を示す。
同図に示すように、部品１８０１が取り付けられたプリ
ント基板１８０２の三次元形状を測定するものであり、
１８０３はスリット照明光、１８０４および１８０５は
スリット照明光の反射光１８１０および１８１１を撮像
するＣＣＤカメラ、１８０６および１８０７は高さデー
タ検出回路、１８０８は合成回路、１８１２は移動ステ
ージである。以下、その動作を説明する。

【０００４】プリント基板１８０２に対して直線状のス
リット照明光１８０３を上方から照射し、そのプリント
基板１８０２および部品１８０１からの反射光１８１０
および１８１１をスリット照明光１８０３の両側に設け
たＣＣＤカメラ１８０４および１８０５で検出してい
る。ＣＣＤカメラ１８０４および１８０５は、それぞれ
スリット照明光１８０３と所定の角度をなして設置され
ており、プリント基板１８０２および部品１８０１の三
次元形状を光切断法の原理により測定している。なお、
プリント基板１８０２は移動ステージ１８１２の上に設
置されていて、移動ステージ１８１２によりスリット照
明光１８０３がＹ方向に移動し、プリント基板１８０２
全体の三次元形状を測定している。ＣＣＤカメラ１８０
４および１８０５の出力信号はそれぞれ高さデータ検出
回路１８０６および１８０７に入力され、プリント基板
１８０２および部品１８０１の高さデータが計算され
る。また高さデータと同時に反射光の輝度データとその
ピーク幅を計算しており、高さデータと共に合成回路１
８０８に出力している。合成回路１８０８では、入力さ
れた反射光の輝度データとそのピーク幅を用いて、それ
ぞれの高さデータ検出回路から出力された高さデータの
うちどちらかの高さデータを選択し、最終的なプリント
基板１８０２および部品１８０１の高さデータを求めて
いる。即ち、まず輝度データの大きい方の高さデータを
選択し、輝度データが飽和している場合は、大きさで比
較できないために、図１９に示すように、その飽和した
ピーク幅Ｗ１およびＷ２を比較し、その広い方（図の例
ではＷ１）の高さデータを選択している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の形状測定装置はＣＣＤカメラを両側に設けてそれぞれ
高さデータを求めることにより、例えば部品などの影で
照射したスリット照明光が撮像できなくなることを軽減
し、更に合成回路に輝度ピーク幅の比較回路を設けるこ
とにより、材質や測定面の傾きによって反射光が強すぎ
て飽和してしまって、輝度データの強度で比較できなく
ても、どちらかの高さデータを選択することができるよ
うになされている。

【０００６】しかし、輝度データが飽和してしまった場
合には反射光の輝度ピーク位置が正確に求めることがで
きないため、どちらの高さデータも正確な高さデータを
示しているとはいえない。即ち光切断法を用いた三次元
計測では、カメラにより撮像されたスリット反射光の輝
度分布は必ずしも左右対象にはならないため、特開平０
１ー９６５０４にも開示されているように、高精度な計
測を行うために撮像したスリット像の輝度ピーク位置を
正確に求める手法が各種示されており、反射光の輝度が
飽和した場合にはそのピーク位置が捉えられず、単に予
想することしかできないため飽和した輝度データから求
めた高さデータには誤差が含まれてしまう。例えばプリ
ント基板上の部品が正しく取り付けられているかを検査
するために部品の高さを計測する場合には、不正確な高
さデータでは正確な検査を行うことはできず、従来手法
による高さ合成手法を適用することはできない。本発明
は上記従来技術の課題を解決するもので、測定誤差を低
減し高速・高精度な計測ができる形状測定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、第１に非分割型の１次元光位置検出素子
を、その短辺方向に複数個配列して構成した撮像面を有
する位置検出手段と、１次元光位置検出素子の長辺方向
の両側に配置した２組のスリット光源およびスリット走
査手段と、スリット光源からの光出力を制御する光出力
制御手段と、スリット光の照射により被測定物上から反
射して得られる散乱光を集光レンズで位置検出手段に集
光し光電流信号を出力する受光手段と、データ選択手
段、位置演算手段、座標演算手段およびデータ統合手段
を有する形状演算手段と、全体系を制御する装置制御手
段から構成されている。

【０００８】第２にデータ選択手段が、１次元光位置検
出素子から２つずつ出力される光電流信号の和が飽和し
ているか判定する出力電流和判定手段と、１次元光位置
検出素子から２つずつ出力されるそれぞれの前記光電流
信号が飽和しているか判定する出力電流判定手段と、出
力電流和判定手段および出力電流判定手段からの判定結
果から異なる光出力に対応して順次得られる前記光電流
信号からひとつの光電流信号を選択する電流選択手段か
ら構成されている。

【０００９】第３にデータ選択手段が、１次元光位置検
出素子から２つずつ出力される光電流信号の和と予め定
めたしきい値との大小を判定する出力電流和判定手段
と、異なる光出力に対応して出力電流和判定手段から順
次出力される判定結果を用いて、１次元光位置検出素子
から２つずつ出力される光電流信号を前記しきい値に近
い順に並び替える並び替え手段と、並び替え手段から前
記しきい値に近い順に出力されるそれぞれの前記光電流
信号が飽和しているか判定する出力電流判定手段から構
成されている。

【００１０】第４にデータ統合手段が、ｘ，ｙ座標値を
２軸に持つテーブルに座標演算手段から得られる高さデ
ータおよび高さデータと対応する光電流信号をデータの
ｘ，ｙ座標値に応じて格納する高さテーブル作成手段
と、テーブルの要素ごとに光電流信号の最大値に対応す
る高さデータを出力値と決定する最大光電流判定手段か
ら構成されている。

【００１１】第５にデータ統合手段が、ｘ，ｙ座標値を
２軸に持つ２種類のテーブルに座標演算手段から得られ
る２種類の高さデータおよび高さデータと対応する光電
流信号をデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納する第１の
片側高さテーブル作成手段及び第２の片側高さテーブル
作成手段と、第１及び第２の片側高さテーブル作成手段
で作成された２種類のテーブルを統合する際にテーブル
の各要素ごとに格納されているデータの個数を予め決め
られているしきい値と比較するデータ数比較手段と、テ
ーブルの各要素ごとにデータ数比較手段で第１及び第２
のテーブルの要素のデータ数が共にしきい値以内である
場合は両テーブルの要素に格納されているデータを出力
し、どちらか一方のみがしきい値以内である場合はしき
い値以内である方のデータを出力する使用データ判定手
段と、テーブルの要素ごとに使用データ判定手段から出
力される光電流信号の中の最大値に対応する高さデータ
を出力値と決定する最大光電流判定手段と、データ数比
較手段で第１及び第２のテーブルのデータ数が共にしき
い値以内でない場合に、テーブル上で近傍の要素の既に
出力値と決定された高さデータの平均値に最も近い高さ
データを出力値と決定する近傍平均手段から構成されて
いる。

【００１２】第６に最大光電流判定手段が、入力される
データから高さデータの最大値と最小値を除外する極値
除外手段と、極値除外手段からのデータのうち光電流信
号の最大値に対応する高さを出力値と決定する極値除外
最大光電流判定手段から構成されている。

【００１３】第７に位置演算手段が、１次元光位置検出
素子１つずつに対し、受光位置に対応した位置補正値を
被測定物との距離に応じて複種類格納しておく位置補正
値格納手段と、前記複種類の位置補正値から距離に応じ
てひとつの補正値を選択する位置補正値選択手段から構
成されている。

【００１４】

【作用】本発明は上記構成によって、第１に位置検出手
段の両側から光出力を複数段階に切り換えて、スリット
光を被測定物に照射し、被測定物から反射して得られる
散乱光を集光レンズで位置検出手段に導き、被測定物上
の高さの凹凸に従って変化する位置検出手段上の散乱光
の集光位置を光電流信号で検出し、その光電流信号から
形状演算手段により被測定物表面の高さデータを高速に
かつ高精度に取得することができる。

【００１５】第２に、出力電流和判定手段により１次元
光位置検出素子から２つずつ出力される光電流信号の和
と予め定めたしきい値との大小を判定し、出力電流判定
手段で１次元光位置検出素子から２つずつ出力されるそ
れぞれの光電流信号が飽和しているか判定し、両判定結
果から異なる光出力に対応して順次得られる前記光電流
信号からひとつの光電流信号を電流選択手段で選択する
ことにより複数段階光出力を切り換えて測定して得られ
る光電流信号のなかから最適な光電流信号を選択するこ
とができる。

【００１６】第３に、出力電流和判定手段により１次元
光位置検出素子から２つずつ出力される光電流信号の和
と予め定めたしきい値との大小を判定し、異なる光出力
に対応して出力電流和判定手段から順次出力される判定
結果を用いて、並び替え手段で１次元光位置検出素子か
ら２つずつ出力される光電流信号をしきい値に近い順に
並び替え、出力電流判定手段によってしきい値に近い順
にそれぞれの光電流信号が飽和しているか判定すること
によって最適な光電流信号の選択をより効率的に行うこ
とができる。

【００１７】第４に、データ統合手段で、ｘ，ｙ座標値
を２軸に持つテーブルに座標演算手段から得られる高さ
データおよび高さデータと対応する光電流信号をデータ
のｘ，ｙ座標値に応じて格納し、テーブルの要素ごとに
光電流信号の最大値に対応する高さデータを出力値と決
定することにより両側から測定したデータの統合と測定
データの間引きを行うことができる。

【００１８】第５に、データ統合手段で、ｘ，ｙ座標値
を２軸に持つ２種類のテーブルに座標演算手段から得ら
れる２種類の高さデータおよび前記高さデータと対応す
る光電流信号をデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納し、
前記２種類のテーブルを統合する際にテーブルの各要素
ごとに格納されているデータの個数を予め決められてい
るしきい値と比較し、データ数が共にしきい値以内であ
る場合は両テーブルの要素に格納されているデータを出
力し、片方の場合はしきい値以内である方のデータを出
力し、データの中から光電流信号の最大値に対応する高
さデータを出力値と決定し、またデータ数が共にしきい
値以内でない場合には、近傍の高さデータの平均値に最
も近い高さデータを出力値と決定することにより両側か
ら測定したデータのより信頼性の高い統合を行うことが
できる。

【００１９】第６に、最大光電流判定手段で、入力され
てくるデータから高さデータの最大値と最小値を除外し
て、除外したデータの中から光電流信号の最大値に対応
する高さを出力値と決定することにより両側から測定し
たデータを更に信頼性高く統合することができる。

【００２０】第７に、位置演算手段で１次元光位置検出
素子１つずつに対し、受光位置に対応した位置補正値を
被測定物との距離に応じて複種類格納しておき、前記複
種類の位置補正値から前記距離に応じてひとつの補正値
を選択することにより被測定物の凹凸変化に応じた適切
な補正を行い、広範囲に高精度な測定を行うことができ
る。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について、図
面を参照しながら説明する。

【００２２】図１は本発明の第１の実施例における形状
測定装置のブロック結線図である。図１において、１０
１および１０８はレーザスリット光源、１０２および１
０９はスリット走査手段、１０３および１１０はスリッ
ト光、１０４は被測定物、１０５は集光レンズ、１０６
は位置検出手段、１０７は受光手段である。レーザスリ
ット光源１０１とスリット走査手段１０２は位置検出手
段１０６の左側に配置され、レーザスリット光源１０８
とスリット走査手段１０９は位置検出手段１０６の右側
の対称な位置に配置されている。さらに、１１１および
１１２は受光手段１０７からの光電流信号、１２５は光
電流信号から三次元形状情報を計算する形状演算手段、
１２１は全体を制御する制御ＭＰＵ、１２２はレーザス
リット光源１０１および１０８の光出力を制御する光出
力制御ドライバ、１２３はスリット走査手段１０２およ
び１０９を制御するスキャナ制御ドライバ、１２４はＭ
ＰＵバスであり、さらに形状演算手段１２５の構成要素
として、１１３は光電流信号を電圧信号に変化するＩ／
Ｖ変換手段、１１４は電圧信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換手段、１１５はデジタル信号を一次的に記
憶しておくメモリＡ、１１６はデータ選択手段、１１７
は位置演算手段、１１８は三次元形状を演算する座標演
算手段、１１９は形状演算結果を記憶しておくメモリ
Ｂ、１２０はデータ統合手段である。

【００２３】図２は受光手段１０７の撮像面を構成する
位置検出手段１０６の構成図である。非分割型の１次元
光位置検出センサ２０１を短辺方向に１２８個配列して
撮像面を構成している。本実施例では、非分割型の１次
元光位置検出センサ２０１に、ＰＳＤ（Position Sensi
tive Detector：半導体位置検出素子）を用いており、
ＰＳＤに入射する被測定物からのスリット光の散乱光の
入射位置は、素子の両端電極２０２及び２０３に流れる
電流が各電極間との距離に反比例する特徴を利用して求
めることができる。即ち、両電極２０２及び２０３に流
れる電流Ｉ１及びＩ２より式（１）を用いて位置データ
を計算できる。

【００２４】 位置データ＝Ｋ・（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２） ---------（１） なお、Ｋは正規化するための係数である。

【００２５】受光手段１０７の撮像面をこのような構成
にすることにより、従来のＣＣＤカメラによる撮像方式
に比べより高速にスリット光の散乱光を撮像することが
できる。即ち、従来のＣＣＤカメラによる撮像方式で
は、１画面（例えば垂直走査４８０ライン）を撮像する
のに３３ms必要であり、１点の撮像時間に換算すると約
６０μｓとなる。これに対し、本実施例によれば各ライ
ンでの１次元光位置検出センサの応答速度は約１０μｓ
であり、センサそれぞれに対応したＩ／Ｖ変換手段を設
けることにより従来方式より約６倍の高速計測が実現で
きる。

【００２６】図３はＡ／Ｄ変換手段１１４の構成要素を
示す図であり、前段のＩ／Ｖ変換手段１１３からの８個
の信号３０１はマルチプレクサ３０２により時分割的に
統合され、１個のＡ／Ｄ変換器３０３でデジタル信号に
変換されメモリ書き込み制御回路３０４によりメモリＡ
１１５に書き込まれる。Ａ／Ｄ変換手段１１４は図３の
構成要素３２個で構成されており、位置検出手段１０６
の両電極２０２及び２０３に流れる電流Ｉ１及びＩ２を
それぞれＡ／Ｄ変換している。このＡ／Ｄ変換及びメモ
リ書き込みを１信号当り約１μｓ強で実行しており、セ
ンサの応答速度約１０μｓを実現している。

【００２７】図４は本発明の形状測定装置で被測定物の
三次元形状を測定する基本的な測定原理である三角測量
の原理を示している。図に示すように、レ−ザビ−ム４
０１を対象物上の点Ｐ４０２に照射し、その時の反射光
４０３を撮像手段４０４で撮像する。このとき、被測定
物の表面の凹凸により生じた撮像手段４０４のスクリ−
ン４０５上での像の移動量を抽出することにより、基線
ＡＢ４０６と反射光４０３との交差角θｂ及びθｄが求
められ、これらの値とレ−ザビ−ム４０１の照射角、即
ち基線ＡＢ４０６とレ−ザビ−ム４０１との交差角θａ
及びθｃと基線ＡＢ４０６の長さＬから物体表面の三次
元座標情報を取得することができる。

【００２８】以上のように構成された形状測定装置につ
いて、以下にその動作を説明する。レーザスリット光源
１０１およびスリット走査手段１０２によりスリット光
１０３を被測定物１０４上に照射する。この際レーザス
リット光源１０１の光出力は光出力制御ドライバ１２２
からの制御信号により予め定めておいた３段階の出力値
の１番目の出力値に設定されている。スリット光１０３
の照射により被測定物１０４上から反射してくる散乱光
を、集光レンズ１０５及び複数配列された位置検出手段
１０６から構成される受光手段１０７で撮像する。位置
検出手段１０６からの光電流信号１１１及び１１２は、
それぞれＩ／Ｖ変換手段１１３により電圧信号に変換さ
れ、さらにＡ／Ｄ変換手段１１４により所定の同期信号
のタイミングで１スリット当り約１０μｓでデジタル信
号に変換され、メモリＡ１１５に書き込まれる。その
後、スキャナ制御ドライバ１２３からの制御信号により
スリット走査手段１０２でスリット光１０３を被測定物
１０４上の異なる位置に移動させ、上記のメモリＡ１１
５までの信号処理を繰り返すことにより高速に被測定物
１０４全面をスリット走査する。１番目の光出力値での
被測定物１０４全面のスリット走査が終了すると、次に
光出力制御ドライバ１２２からの制御信号によりレーザ
スリット光源１０１の光出力は予め定めておいた３段階
の出力値の２番目の値に設定される。そして１番目の光
出力値の時と同様に、２番目の光出力値での被測定物１
０４全面のスリット走査が行われ、それぞれの光電流信
号はデジタル信号に変換され、メモリＡ１１５に書き込
まれる。続いて同様に光出力制御ドライバ１２２からの
制御信号によりレーザスリット光源１０１の光出力は予
め定めておいた３段階の出力値の３番目の値に設定さ
れ、３番目の光出力値での被測定物１０４全面のスリッ
ト走査が行われ、それぞれの光電流信号はデジタル信号
に変換され、メモリＡ１１５に書き込まれる。

【００２９】次にデータ選択手段１１６において、各ス
リットの各１次元光位置検出素子（ＰＳＤ）毎に、メモ
リＡ１１５に格納された３種類の光出力値でのデジタル
化された光電流信号のうちから１種類の光電流信号が選
択される。そして位置演算手段１１７において、選択さ
れた各スリットの各ＰＳＤ毎のデジタル信号より、式
（１）に基づいて各スリットの各ＰＳＤ毎の散乱光入射
位置を計算し、これを測定点の位置信号とし、座標演算
手段１１８で図４に示した三角測量の原理に基づき被測
定物１０４の各測定点の所定の座標系に対する三次元形
状情報が演算され、メモリＢ１１９に書き込まれる。な
お、データ選択手段における３種類の光出力値でのデジ
タル化された光電流信号のうちから１種類の光電流信号
を選択する方法としては、本実施例では２つの光電流出
力端子からの光電流値の和が予め定めた飽和閾値を越え
ない最大のものを選択した。

【００３０】以上のようにレーザスリット光源１０１お
よびスリット走査手段１０２からのスリット光１０３の
光出力を３段階に切り換えて照射し、各測定点で適当な
光電流値を選択し、その値を用いて被測定物１０４表面
の三次元座標測定結果が得られた後、今度は、レーザス
リット光源１０８およびスリット走査手段１０９により
スリット光１１０を被測定物１０４上に照射する。この
場合も上述のレーザスリット光源１０１およびスリット
走査手段１０２によるスリット光１０３の照射の場合と
同様の動作の流れで、光出力を３段階に切り換えて照射
し、各測定点で適当な光電流値を選択し、その値を用い
て被測定物１０４表面の三次元座標演算を行い、演算結
果はメモリＢ１１９に書き込まれる。

【００３１】このように、両方向からの三次元座標演算
が終了すると、データ統合手段１２０において、両方向
から測定したデータを統合し、死角となる領域の削減を
図る。本実施例では両方向のデータが測定できている場
合、両データの平均値を統合した値とした。なお、この
一連の動作は制御ＭＰＵ１２１により制御されており、
これらの動作により、死角となる領域を削減し、また被
測定物の材質や測定面の傾きなどの影響による受光素子
の飽和現象を生じにくくし、測定誤差の少ない最適な光
照射のもとで高速かつ高精度に被測定物の三次元形状を
取得することができる。

【００３２】以上のように本実施例によれば、非分割型
の１次元光位置検出素子を、その短辺方向に複数個配列
して構成した撮像面を有する位置検出手段と、１次元光
位置検出素子の長辺方向の両側に配置した２組のスリッ
ト光源およびスリット走査手段と、スリット光源からの
光出力を制御する光出力制御手段と、スリット光の照射
により被測定物上から反射して得られる散乱光を集光レ
ンズで位置検出手段に集光し光電流信号を出力する受光
手段と、データ選択手段、位置演算手段、座標演算手段
およびデータ統合手段を有する形状演算手段と、全体系
を制御する装置制御手段により、死角となる領域の削減
と受光素子の飽和現象の低減を行い、被測定物表面の高
さデータを高速かつ高精度に取得でき、三次元形状を有
する物体の認識や検査等を高速・高精度に行うことがで
きる。

【００３３】なお、本実施例において、まず左側からの
測定において３段階に光出力を変化させてから次に右側
からの測定において３段階に光出力を変化させたが、こ
の順序は本発明を限定するものではなく、同じ光出力で
左右それぞれ測定してから次に光出力を変えて左右測定
しても同様の効果が得られる。また、光出力を変化させ
てから被測定物表面にスリット光をスリット走査手段で
投射かつ走査したが、この順序は本発明を限定するもの
ではなく、スリット走査手段によるスリット光走査を間
欠的に行い、走査を止めている間に光出力を３段階変化
させてそれぞれ測定しても同様の効果が得られ、更に光
出力の制御段数も、本実施例では３段階としたが被測定
物の材質や形状に合わせて制御段数を増減してもよく、
なんら本発明を限定するものではない。

【００３４】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００３５】図５は、本発明の第１の実施例の形状測定
装置の構成を示す図１における形状演算手段１２５の構
成要素であるデータ選択手段１１６の構成図である。そ
の他の構成及び動作は、本発明の第１の実施例と同一で
あり、構成図及び動作説明は省略する。

【００３６】図５において、最大値選出器５０１におい
て１次元光位置検出素子の光電流信号２つ（Ｉ₁ ５０
８、Ｉ₂ ５０９）を光出力を変更した回数分メモリＡ
１１５から取り出し、Ｉ₁とＩ₂を比較して大きい方の値
を選出する。次に出力電流信号飽和判定手段５０３にお
いて光電流信号の大きい方の値が飽和していないかを調
べる。飽和しているかどうかの判定の基準となる電流信
号値はあらかじめしきい値格納手段Ａ５０２に格納して
おき、この値を取り出してその値よりも大きい場合は飽
和しているとみなす。飽和しているかどうかの判定に出
力電流信号和を用いずに電流信号を用いる理由を説明す
る。図６に示す１次元光位置検出素子６０１による位置
検出は光電流出力信号（Ｉ₁、Ｉ₂）が各電極間との距離
に反比例するものを用いている。位置演算手段１１７で
は両電極間からの光電流出力信号Ｉ ₁、Ｉ₂を本発明の第
１の実施例で示した式（１）を用いて位置データ（ｘ／
Ｌ）を演算する。よって同じ出力電流和でも位置によっ
てＩ₁，Ｉ₂に偏りがあるので光電流信号の大きい方の値
から飽和判定を行う。ここで飽和していないとみなされ
たデータの光電流信号を出力電流信号和算出器Ａ５０４
で、その和（Ｉ₁＋Ｉ₂、出力電流信号和）を求める。そ
の結果をメモリＣ５０５に格納する。次に予め設定した
最適受光量に相当する出力電流和の値をしきい値格納手
段Ｂ５０６より取り出し、メモリＣ５０５に格納されて
ある出力電流信号和と比較器５０７において比較する。
比較器５０７では最適受光量に相当する出力電流和とメ
モリＣ５０５に格納されてある出力電流和との差を求め
ており、この差の最も小さいデータを選択する。その際
に差の絶対値が同じ程度だった場合は最適受光量に相当
する出力電流和よりメモリＣ５０５に格納されている出
力電流信号和が大きいほうを選ぶ。なお図７に示すよう
に出力電流信号飽和判定手段５０３と出力電流信号和算
出器Ｂ７０１を並列に動作させ、出力電流信号和算出器
Ｂ７０１の結果をメモリＤ７０２に格納し、出力電流信
号飽和判定手段５０３の結果から削除判定器７０３にお
いて飽和しているデータを削除してからメモリＥ７０４
に格納し、そのデータを比較器５０７においてデータを
選択しても同様の効果が得られる。

【００３７】以上のように、本実施例によれば多段階に
光出力を変更したデータより最適な光電流出力信号を選
択することができ、測定精度の向上を図ることができ
る。

【００３８】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００３９】図８は、本発明の第１の実施例の形状測定
装置の構成を示す図１における形状演算手段１２５の構
成要素であるデータ選択手段１１６の構成図である。そ
の他の構成及び動作は、本発明の第１の実施例と同一で
あり、構成図及び動作説明は省略する。

【００４０】図８において、出力電流信号和算出器Ｂ８
０１において１次元光位置検出素子の光電流信号２つ
（Ｉ₁ ５０８、Ｉ₂ ５０９）を光出力を変更した回数
分メモリＡ１１５から取り出し、その和（Ｉ₁＋Ｉ₂、出
力電流信号和）を求める。その結果をメモリＦ８０２に
格納する。次に予め設定した最適受光量に相当する出力
電流和の値をしきい値格納手段Ｂ８０３より取り出し、
メモリＦに格納されてある出力電流信号和と比較器８０
４において比較する。比較器８０４では最適受光量に相
当する出力電流和とメモリＦ８０２に格納されてある出
力電流和との差を求めている。この差をもとにソート手
段８０６において最適順に光出力を変更した回数分なら
べる。最適順とは最適受光量に相当する出力電流信号和
とメモリＦ８０２に格納されてある出力電流和との差が
小さい方から順位づけすることである。その際に差の絶
対値が同じ程度だった場合は最適受光量に相当する出力
電流和よりメモリＦ８０２に格納されている出力電流信
号和が大きいほうを選ぶ。次に出力電流信号飽和判定手
段８０９において光電流信号の大きい方の値が飽和して
いないかを最適順に調べる。光電流信号（Ｉ₁、Ｉ₂）の
どちらが大きいかは最大値選出器８０５において調べて
メモリＧ８０８に格納しておく。飽和しているかどうか
の判定の基準となる電流信号値はあらかじめしきい値格
納手段Ａ８０７に格納しておき、この値を取り出してそ
の値よりも大きい場合は飽和しているとみなす。もし、
最適順に並んだ１番目のデータの光電流出力信号が飽和
していなければそれ以下の順番のデータにおいては判断
せずに最適順に並んだ１番目のデータを選択決定する。
飽和していた場合は最適順に並んだ２番目のデータにつ
いて調べる。飽和していなければ最適順に並んだ２番目
のデータを採用する。飽和していれば３番目というよう
にくりかえす。出力電流信号飽和判定手段８０９におい
ての役割は最適順とはいえ、個々の出力電流が飽和して
いるデータは排除しなければいけない。なぜなら本実施
例で用いている図６に示した１次元光位置検出素子６０
１による位置検出は光電流出力信号（Ｉ₁、Ｉ₂）が各電
極間との距離に反比例するものを用いている。位置演算
手段１１７では両電極間からの光電流出力信号Ｉ₁、Ｉ₂
を本発明の第１の実施例で示した式（１）を用いて位置
データ（ｘ／Ｌ）を演算する。よって同じ出力電流和で
も位置によってＩ₁、Ｉ₂に偏りがあるので光電流信号の
大きい方の値から飽和判定を行う。

【００４１】以上のように、本実施例によれば多段階に
光出力を変更したデータより最適な光電流出力信号を選
択することができ、測定精度の向上を図ることができ
る。

【００４２】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００４３】図９は、本発明の第１の実施例の形状測定
装置の構成を示す図１における形状演算手段１２５の構
成要素であるデータ統合手段１２０の構成図である。そ
の他の構成及び動作は、本発明の第１の実施例と同一で
あり、構成図及び動作説明は省略する。

【００４４】図９において、９０１は、ｘ，ｙ座標値を
２軸に持つテーブルに座標演算手段１１８から得られる
高さデータ及び前記高さデータと対応する光電流信号
を、データのｘ，ｙ座標値に応じて格納する高さテーブ
ル作成手段、９０２はテーブルの要素ごとに光電流信号
の最大値に対応する高さデータを出力値と決定する最大
光電流判定手段、９０３は最大光電流判定手段９０２か
らのテーブルの要素ごとの出力値をまとめて高さ画像を
生成しメモリＢ１１９に出力する高さ画像生成手段、９
０４は座標演算手段１１８から得られる高さデータ及び
光電流信号、９０５はデータ統合手段１２０が出力する
高さ画像である。

【００４５】上記のように構成された形状測定装置につ
いて、以下その動作を説明する。まず、高さテーブル作
成手段９０１は座標演算手段１１８から得られる高さデ
ータ及び前記高さデータと対応する光電流信号９０４
を、ｘ，ｙ座標値を２軸に持つテーブルにデータのｘ，
ｙ座標値に応じて格納する。図１０はテーブルの説明図
である。１００１はテーブル、１００２はテーブルの要
素、１００３は座標演算手段１１８から得られる高さデ
ータ及び前記高さデータと対応する光電流信号９０４が
対になって順次格納される高さデータ及び光電流信号格
納領域である。次に、最大光電流判定手段９０２はテー
ブルの要素ごとに並列に光電流信号の最大値を求め、対
応する高さデータを出力値と決定する。高さ画像生成手
段９０３は最大光電流判定手段９０２からのテーブルの
要素ごとの出力値をまとめて高さ画像９０５を生成しメ
モリＢ１１９に出力する。図１１は以上の動作から得ら
れる高さ画像９０５の説明図である。図１１において１
１０１は高さ画像、１１０２は最大光電流判定手段９０
２から出力される高さデータである。高さ画像１１０１
において横軸はｘ座標値、縦軸はｙ座標値に対応してい
る。

【００４６】以上のように本実施例によれば、座標演算
手段１１８から得られる高さデータ及び前記高さデータ
と対応する光電流信号を、ｘ，ｙ座標値を２軸に持つテ
ーブルにデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納する高さテ
ーブル作成手段９０１と、テーブルの要素ごとに光電流
信号の最大値に対応する高さデータを出力値と決定する
最大光電流判定手段９０２と、最大光電流判定手段９０
２からのテーブルの要素ごとの出力値をまとめて高さ画
像を生成しメモリＢ１１９に出力する高さ画像生成手段
９０３を設けることにより、レーザを一方向のみから照
射した各データではレーザが被測定物に照射されない場
合かあるいはレーザの反射光が被測定物の形状によって
ＰＳＤで検出されない場合に生じる死角部分のデータを
互いに補うことができる。また、レーザを一方向のみか
ら照射した場合の高さデータに含まれるノイズを軽減す
ることができる。更に、測定後の処理が容易な画像形式
のデータを生成することができる。

【００４７】なお、本実施例において最大光電流判定手
段はテーブルの要素ごとに並列に処理したが、逐次に処
理してもよいことは言うまでもない。

【００４８】（実施例５）以下、本発明の第５の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００４９】図１２は、本発明の第５の実施例の形状測
定装置の構成を示す図１における形状演算手段１２５の
構成要素であるデータ統合手段１２０の構成図である。
その他の構成及び動作は、本発明の第１の実施例と同一
であり、構成図及び動作説明は省略する。図１２におい
て、１２０１はｘ，ｙ座標値を２軸に持つテーブルＡに
座標演算手段１１８から得られるデータのうちレーザス
リット光源１０１からのスリット光１０３を用いて得ら
れた高さデータ及び前記高さデータと対応する光電流信
号をデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納する第１の片側
高さテーブル作成手段、１２０２はｘ，ｙ座標値を２軸
に持つテーブルＢにレーザスリット光源１０８からのス
リット光１１０を用いて得られた高さデータ及び前記高
さデータと対応する光電流信号をデータのｘ，ｙ座標値
に応じて格納する第２の片側高さテーブル作成手段、１
２０３は第１及び第２の片側高さテーブル作成手段１２
０１、１２０２内に作成された２種類のテーブルＡ、Ｂ
を統合する際にテーブルの各要素ごとに格納されている
データの個数を予め決められているしきい値と比較する
データ数比較手段、１２０４はテーブルの各要素ごとに
データ数比較手段１２０３でテーブルＡ，Ｂの要素のデ
ータ数が共にしきい値以内である場合は両テーブルの要
素に格納されているデータを用い、どちらか一方のみが
しきい値以内である場合はしきい値以内である方のデー
タを用いると判定する使用データ判定手段、１２０５は
テーブルの要素ごとに使用データ判定手段１２０４から
の光電流信号の最大値を求め、対応する高さデータを出
力値と決定する最大光電流判定手段、１２０６は各最大
光電流判定手段１２０５からのテーブル上の要素ごとの
出力値をまとめて仮の高さ画像を生成し、データ数比較
手段１２０３でテーブルＡ，Ｂのデータ数が共にしきい
値以内でないため出力値が未決定の画素には未決定タグ
を画素値として入力しておく仮高さ画像生成手段、１２
０７は仮高さ画像上で未決定タグが入力されている画素
において画素値を決定するために、仮高さ画像上で８近
傍の画素の既に決定された画素値の平均値に最も近い高
さデータを画素値と決定し仮の高さ画像に入力する近傍
平均手段、１２０８は仮の高さ画像において画素値が未
決定タグである画素の存在を判定する未決定画素判定手
段、１２０９は仮の高さ画像を確定した高さ画像として
メモリＢ１１９に出力する確定高さ画像生成手段、１２
１０は座標演算手段１１８から得られる２種類の高さデ
ータ及び光電流信号のうちレーザスリット光源１０１か
らのスリット光１０３を用いて得られたデータ、１２１
１は座標演算手段１１８から得られる２種類の高さデー
タ及び光電流信号のうちレーザスリット光源１０８から
のスリット光１１０を用いて得られたデータ、１２１２
はデータ統合手段１２０が出力する高さ画像である。

【００５０】上記のように構成された形状測定装置につ
いて、以下その動作を説明する。まず、第１の片側高さ
テーブル作成手段１２０１は座標演算手段１１８から得
られるデータのうちレーザスリット光源１０１からのス
リット光１０３を用いて得られた高さデータ及び前記高
さデータと対応する光電流信号１２１０を、ｘ，ｙ座標
値を２軸に持つ同手段内のテーブルＡにデータのｘ，ｙ
座標値に応じて格納する。同様にして、第２の片側高さ
テーブル作成手段１２０２はレーザスリット光源１０８
からのスリット光１１０を用いて得られた高さデータ及
び前記高さデータと対応する光電流信号１２１１を、
ｘ，ｙ座標値を２軸に持つ同手段内のテーブルＢにデー
タのｘ，ｙ座標値に応じて格納する。次に、データ数比
較手段１２０３は第１及び第２の片側高さテーブル作成
手段１２０１、１２０２内に作成された２種類のテーブ
ルＡ、Ｂを統合する際に、テーブルの各要素ごとに並列
に格納されているデータの個数を予め決められているし
きい値と比較する。使用データ判定手段１２０４はテー
ブルの各要素ごとに並列にデータ数比較手段１２０３で
テーブルＡ，Ｂの要素のデータ数が共にしきい値以内で
ある場合は両テーブルの要素に格納されているデータを
出力し、どちらか一方のみがしきい値以内である場合は
しきい値以内である方のデータを出力する。最大光電流
判定手段１２０５はテーブルの要素ごとに並列に使用デ
ータ判定手段１２０４からの光電流信号の最大値を求
め、対応する高さデータを出力値と決定する。仮高さ画
像生成手段１２０６は各最大光電流判定手段１２０５か
らのテーブル上の要素ごとの出力値をまとめて仮の高さ
画像を生成する。このときデータ数比較手段１２０３で
テーブルＡ，Ｂのデータ数が共にしきい値以内でないた
めに出力値が未だ決定されていない画素には未決定タグ
を画素値として仮高さ画像に入力しておく。近傍平均手
段１２０７は、仮の高さ画像を順次走査し、仮高さ画像
上で未決定タグが入力されている画素において画素値を
決定するために、仮高さ画像上で８近傍の画素の既に決
定された画素値の平均値に最も近い高さデータを画素値
と決定し、決定された画素値を未決定タグの代わりに仮
の高さ画像に入力する。未決定画素判定手段１２０８は
仮の高さ画像において画素値が未決定タグである画素が
存在するかを判定し、存在する場合には再び近傍平均手
段１２０７に戻り画素値を決定する。未決定画素判定手
段１２０８において画素値が未決定タグである画素が存
在しなければ、確定高さ画像生成手段１２０９は仮の高
さ画像を高さ画像１２１２としてメモリＢ１１９に出力
する。以上の動作においてテーブルの要素ごとにデータ
数がしきい値以内かを判定し、その判定結果から画素値
の決定方法を最大光電流判定手段１２０５と近傍平均手
段１２０７に分けるのは、データ数があるテーブルの要
素において計測されたデータ数と比較して極端に多いか
あるいは極端に少ない場合は、被測定物上の測定面の傾
きが受光手段１０７の光軸に対し垂直から大きく傾いて
いると推測することができ、高さデータの信頼性が低下
するからである。そのため、まずデータ数がしきい値以
内の適当な数である要素で信頼性の高い画素値を決定
し、次にデータ数がしきい値以外である信頼性の低いデ
ータが多く集まっている要素では既に決定された信頼性
の高いデータに最も近いデータを選択することでノイズ
に対するロバスト性を向上させている。

【００５１】以上のように、ｘ，ｙ座標値を２軸に持つ
テーブルＡに座標演算手段１１８から得られるデータの
うちレーザスリット光源１０１からのスリット光１０３
を用いて得られた高さデータ及び前記高さデータと対応
する光電流信号をデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納す
る第１の片側高さテーブル作成手段１２０１と、ｘ，ｙ
座標値を２軸に持つテーブルＢにレーザスリット光源１
０８からのスリット光１１０を用いて得られた高さデー
タ及び前記高さデータと対応する光電流信号をデータの
ｘ，ｙ座標値に応じて格納する第２の片側高さテーブル
作成手段１２０２と、第１及び第２の片側高さテーブル
作成手段１２０１、１２０２で作成された２種類のテー
ブルＡ、Ｂを統合する際にテーブルの各要素ごとに格納
されているデータの個数を予め決められているしきい値
と比較するデータ数比較手段１２０３と、テーブルの各
要素ごとにデータ数比較手段１２０３でテーブルＡ，Ｂ
の要素のデータ数が共にしきい値以内である場合は両テ
ーブルの要素に格納されているデータを出力し、どちら
か一方のみがしきい値以内である場合はしきい値以内で
ある方のデータを出力する使用データ判定手段１２０４
と、テーブルの要素ごとに使用データ判定手段１２０４
からの光電流信号の最大値を求め、対応する高さデータ
を出力値と決定する最大光電流判定手段１２０５と、各
最大光電流判定手段１２０５からのテーブル上の要素ご
との出力値をまとめて仮の高さ画像を生成しデータ数比
較手段１２０３でテーブルＡ，Ｂのデータ数が共にしき
い値よりも大きいため出力値が未決定の画素には未決定
タグを画素値として入力しておく仮高さ画像生成手段１
２０６と、仮高さ画像上で未決定タグが入力されている
画素において画素値を決定するために仮高さ画像上で８
近傍の画素の既に決定された画素値の平均値に最も近い
高さデータを画素値と決定し仮の高さ画像に入力する近
傍平均手段１２０７と、仮の高さ画像において画素値が
未決定タグである画素の存在を判定する未決定画素判定
手段１２０８と、仮の高さ画像を確定した高さ画像とし
てメモリＢ１１９に出力する確定高さ画像生成手段１２
０９を設けることにより、レーザを一方向のみから照射
した各データではレーザが被測定物に照射されない場合
かあるいはレーザの反射光が被測定物の形状によってＰ
ＳＤで検出されない場合に生じる死角部分のデータを互
いに補うことができ、また、レーザを一方向のみから照
射した場合の高さデータに含まれるノイズを軽減するこ
とができ、より精度の高い高さデータを得ることができ
る。更に、測定後の処理が容易な画像形式のデータを生
成することができる。

【００５２】なお、本実施例においてデータ数比較手
段、使用データ判定手段及び最大光電流判定手段はそれ
ぞれテーブルの要素ごとに並列に処理したが、逐次に処
理してもよいことは言うまでもない。

【００５３】また、近傍平均手段において仮の高さ画像
上で８近傍の画素を参照したが、参照する近傍の画素数
は本発明をなんら限定するものではない。

【００５４】（実施例６）以下、本発明の第６の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００５５】図１３は、本発明の第６の実施例の形状測
定装置の構成を示す図１における形状演算手段１２５の
構成要素であるデータ統合手段１２０の構成図である。
その他の構成及び動作は、本発明の第１の実施例と同一
であり、構成図及び動作説明は省略する。

【００５６】図１３において、１３０１はｘ，ｙ座標値
を２軸に持つテーブルＡに座標演算手段１１８から得ら
れるデータのうちレーザスリット光源１０１からのスリ
ット光１０３を用いて得られた高さデータ及び前記高さ
データと対応する光電流信号を、データのｘ，ｙ座標値
に応じて格納する第１の片側高さテーブル作成手段、１
３０２はｘ，ｙ座標値を２軸に持つテーブルＢにレーザ
スリット光源１０８からのスリット光１１０を用いて得
られた高さデータ及び前記高さデータと対応する光電流
信号をデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納する第２の片
側高さテーブル作成手段、１３０３は第１及び第２の片
側高さテーブル作成手段１３０１、１３０２内に作成さ
れた２種類のテーブルＡ、Ｂを統合する際にテーブルの
各要素ごとに格納されているデータの個数を予め決めら
れているしきい値と比較するデータ数比較手段、１３０
４はテーブルの各要素ごとにデータ数比較手段１３０３
でテーブルＡ，Ｂの要素のデータ数が共にしきい値以内
である場合は両テーブルの要素に格納されているデータ
を出力し、どちらか一方のみがしきい値以内である場合
はしきい値以内である方のデータを出力する使用データ
判定手段、１３０５はテーブルの要素ごとに使用データ
判定手段１３０４のデータから高さデータの最大値と最
小値を除外する極値除外手段、１３０６は極値除外手段
１３０５からのデータのうち光電流信号の最大値に対応
する高さデータを出力値と決定する極値除外最大光電流
判定手段、１３０７は各極値除外最大光電流判定手段１
３０６からのテーブル上の要素ごとの出力値をまとめて
仮の高さ画像を生成し、データ数比較手段１３０３でテ
ーブルＡ，Ｂのデータ数が共にしきい値以内でないため
出力値が未決定の画素には未決定タグを画素値として入
力しておく仮高さ画像生成手段、１３０８は仮高さ画像
上で未決定タグが入力されている画素において画素値を
決定するために仮高さ画像上で８近傍の画素の既に決定
された画素値の平均値に最も近い高さデータを画素値と
決定し仮の高さ画像に入力する近傍平均手段、１３０９
は仮の高さ画像において画素値が未決定タグである画素
の存在を判定する未決定画素判定手段、１３１０は仮の
高さ画像を確定した高さ画像としてメモリＢ１１９に出
力する確定高さ画像生成手段、１３１１は座標演算手段
１１８から得られる２種類の高さデータ及び光電流信号
のうちレーザスリット光源１０１からのスリット光１０
３を用いて得られたデータ、１３１２は座標演算手段１
１８から得られる２種類の高さデータ及び光電流信号の
うちレーザスリット光源１０８からのスリット光１１０
を用いて得られたデータ、１３１３はデータ統合手段１
２０が出力する高さ画像である。

【００５７】上記のように構成された形状測定装置につ
いて、以下その動作を説明する。まず、第１の片側高さ
テーブル作成手段１３０１は座標演算手段１１８から得
られるデータのうちレーザスリット光源１０１からのス
リット光１０３を用いて得られた高さデータ及び前記高
さデータと対応する光電流信号１３１１を、ｘ，ｙ座標
値を２軸に持つテーブルＡにデータのｘ，ｙ座標値に応
じて格納する。同様にして、第２の片側高さテーブル作
成手段１３０２はレーザスリット光源１０８からのスリ
ット光１１０を用いて得られた高さデータ及び前記高さ
データと対応する光電流信号１３１２を、ｘ，ｙ座標値
を２軸に持つテーブルＢにデータのｘ，ｙ座標値に応じ
て格納する。次に、データ数比較手段１３０３は第１及
び第２の片側高さテーブル作成手段１３０１、１３０２
内に作成された２種類のテーブルＡ、Ｂを統合する際
に、テーブルの各要素ごとに並列に格納されているデー
タの個数を予め決められているしきい値と比較する。使
用データ判定手段１３０４はテーブルの各要素ごとに並
列にデータ数比較手段１３０３でテーブルＡ，Ｂの要素
のデータ数が共にしきい値以内である場合は両テーブル
の要素に格納されているデータを出力し、どちらか一方
のみがしきい値以内である場合はしきい値以内である方
のデータを出力する。極値除外手段１３０５はテーブル
の各要素ごとに並列に、使用データ判定手段１３０４の
高さデータからまず最大値と最小値を求め、これら最大
値及び最小値に対応する高さデータ及び光電流信号の対
を使用データ判定手段１３０４のデータから除外する。
極値除外最大光電流判定手段１３０６はテーブルの要素
ごとに並列に極値除外手段１３０５からのデータにおい
て光電流信号の最大値を求め、対応する高さデータを出
力値と決定する。以上の動作において光電流信号の最大
値に対応する高さデータを求める前に、高さデータの最
大値と最小値を除外することにより、計測された高さデ
ータのばらつきを吸収し、より信頼度の高い高さ画像１
３１３を生成することができる。次に仮高さ画像生成手
段１３０７は各極値除外最大光電流判定手段１３０６か
らのテーブル上の要素ごとの出力値をまとめて仮の高さ
画像を生成する。このときデータ数比較手段１３０３で
テーブルＡ，Ｂのデータ数が共にしきい値以内でないた
めに出力値が未だ決定されていない画素には未決定タグ
を画素値として仮高さ画像に入力しておく。近傍平均手
段１３０８は、仮の高さ画像を順次走査し、仮高さ画像
上で未決定タグが入力されている画素において画素値を
決定するために、仮高さ画像上で８近傍の画素の既に決
定された画素値の平均値に最も近い高さデータを画素値
と決定し、決定された画素値を未決定タグの代わりに仮
の高さ画像に入力する。未決定画素判定手段１３０９は
仮の高さ画像において画素値が未決定タグである画素が
存在するかを判定し、存在する場合には再び近傍平均手
段１３０８に戻り画素値を決定する。未決定画素判定手
段１３０９において画素値が未決定タグである画素が存
在しなければ、確定高さ画像生成手段１３１０は仮の高
さ画像を高さ画像１３１３としてメモリＢ１１９に出力
する。

【００５８】以上のように、ｘ，ｙ座標値を２軸に持つ
テーブルＡに座標演算手段１１８から得られるデータの
うちレーザスリット光源１０１からのスリット光１０３
を用いて得られた高さデータ及び前記高さデータと対応
する光電流信号をデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納す
る第１の片側高さテーブル作成手段１３０１と、ｘ，ｙ
座標値を２軸に持つテーブルＢにレーザスリット光源１
０８からのスリット光１１０を用いて得られた高さデー
タ及び前記高さデータと対応する光電流信号をデータの
ｘ，ｙ座標値に応じて格納する第２の片側高さテーブル
作成手段１３０２と、第１及び第２の片側高さテーブル
作成手段１３０１、１３０２内に作成された２種類のテ
ーブルＡ、Ｂを統合する際にテーブルの各要素ごとに格
納されているデータの個数を予め決められているしきい
値と比較するデータ数比較手段１３０３と、テーブルの
各要素ごとにデータ数比較手段１３０３でテーブルＡ，
Ｂの要素のデータ数が共にしきい値以内である場合は両
テーブルの要素に格納されているデータを出力し、どち
らか一方のみがしきい値以内である場合はしきい値以内
である方のデータを出力する使用データ判定手段１３０
４と、テーブルの要素ごとに使用データ判定手段１３０
４のデータから高さデータの最大値と最小値を除外する
極値除外手段１３０５と、極値除外手段１３０５からの
データのうち光電流信号の最大値に対応する高さデータ
を出力値と決定する極値除外最大光電流判定手段１３０
６と、各極値除外最大光電流判定手段１３０６からのテ
ーブル上の要素ごとの出力値をまとめて仮の高さ画像を
生成しデータ数比較手段１３０３でテーブルＡ，Ｂのデ
ータ数が共にしきい値以内でないため出力値が未決定の
画素には未決定タグを画素値として入力しておく仮高さ
画像生成手段１３０７と、仮高さ画像上で未決定タグが
入力されている画素において画素値を決定するために仮
高さ画像上で８近傍の画素の既に決定された画素値の平
均値に最も近い高さデータを画素値と決定し仮の高さ画
像に入力する近傍平均手段１３０８と、仮の高さ画像に
おいて画素値が未決定タグである画素の存在を判定する
未決定画素判定手段１３０９と、仮の高さ画像を確定し
た高さ画像としてメモリＢ１１９に出力する確定高さ画
像生成手段１３１０を設けることにより、レーザを一方
向のみから照射した各データではレーザが被測定物に照
射されない場合かあるいはレーザの反射光が被測定物の
形状によってＰＳＤで検出されない場合に生じる死角部
分のデータを互いに補うことができ、また、レーザを一
方向のみから照射した場合の高さデータに含まれるノイ
ズを軽減することができる。

【００５９】なお、本実施例においてデータ数比較手
段、使用データ判定手段、極値除外手段及び極値除外最
大光電流判定手段はテーブルの要素ごとに並列に処理し
たが、逐次に処理してもよいことは言うまでもない。

【００６０】また、近傍平均手段において仮の高さ画像
上で８近傍の画素を参照したが、参照する近傍の画素数
は本発明をなんら限定するものではない。

【００６１】（実施例７）以下、本発明の第７の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００６２】図１４は、本発明の第１の実施例の形状測
定装置の構成を示す図１における形状演算手段１２５の
構成要素である位置演算手段１１７を示している。図に
おいて位置補正回路１４０１を新たに設けている。それ
以外の構成及び動作は、本発明の第１の実施例と同一で
あり、構成図及び動作説明は省略する。

【００６３】図１４において、データ選択手段１１６か
らの光電流信号１４０８を用いて位置演算回路１４０７
で１次元光位置検出素子の受光面上の位置（図６におけ
るｘ／Ｌの値）を計算し、受光位置領域決定手段１４０
２において１次元光位置検出素子のどの領域に属するか
を決定する。それと並行して位置演算回路１４０７の結
果を読み込み、距離算出部１４０３において被測定物ま
での距離（ｚ）を算出する。この距離が距離範囲選択手
段１４０４においてあらかじめ定めてある範囲のどこに
属するかを決定する。この距離範囲選択手段１４０４と
受光位置領域決定手段１４０２の結果より位置補正テー
ブル参照器１４０５において補正値を決定する．この補
正値を用いて補正値演算器１４０６で位置演算回路１４
０７から読み込んだ１次元光位置検出素子の受光面上の
位置との和を求める。これを１次元光検出素子の数だけ
行う。

【００６４】図１５において受光位置領域決定手段１４
０２について詳しく説明する。１次元光検出素子受光面
１５０１を受光位置で０〜ｎのｎ＋１個の範囲にわけ、
位置演算回路１４０７によって算出された受光面上の位
置がこのどの範囲に入っているのかを決定する。

【００６５】図１６において距離範囲選択手段１４０４
について詳しく説明する。距離の範囲わけは、本実施例
では図のように撮像素子１６０１からの距離で３つにわ
けた。距離算出部１４０３において算出された距離がｌ
０〜ｌ１の範囲だった場合は距離範囲選択手段１４０４
において基準面Ａ１６０２を選択する。ｌ１〜ｌ２の範
囲に入っていれば基準面Ｂ１６０３の範囲となり、基準
距離ｌ２以上の範囲に入っていれば基準面Ｃ１６０４の
範囲となる．なお、それぞれの範囲は等間隔ではなく、
基準面も範囲の中心にあるわけではない。

【００６６】図１７において位置補正テーブル参照器１
４０５について詳しく説明する。位置補正テーブル参照
器１４０５はパラメータｘとｙから補正値（Ａ０１〜Ａ
ｎ３）を決定する。パラメータｘは距離範囲選択手段１
４０４より決まり、パラメータｙは受光位置領域決定手
段１４０２より決まる。これをテーブルにまとめたのが
図の位置補正テーブル１７０１である。位置補正テーブ
ル１７０１中の値（Ａ０１〜Ａｎ３）は各基準面におけ
る１次元光位置検出素子受光面１５０１の各領域（０〜
ｎ、図１５参照）の中心にスリット光を当てたときの実
際に当たった位置と１次元光位置検出素子の光電流信号
２つ（Ｉ₁、Ｉ₂）より算出した位置の差である。

【００６７】以上のように本実施例によれば１次元光検
出素子の受光位置領域をｎ分割することによって受光位
置の場所による誤差の違いを補正できる。また基準面の
数を複数にしたことにより被測定物上のスリット光の幅
が距離によって違うので補正すべき誤差が変化すること
に対応することができ、さらに１次元光検出素子の数だ
け位置補正テーブルを用意することにより素子間の特性
むらを補正することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明は、第１に非分割型
の１次元光位置検出素子を、その短辺方向に複数個配列
して構成した撮像面を有する位置検出手段と、１次元光
位置検出素子の長辺方向の両側に配置した２組のスリッ
ト光源およびスリット走査手段と、スリット光源からの
光出力を制御する光出力制御手段と、スリット光の照射
により被測定物上から反射して得られる散乱光を集光レ
ンズで位置検出手段に集光し光電流信号を出力する受光
手段と、データ選択手段、位置演算手段、座標演算手段
およびデータ統合手段を有する形状演算手段と、全体系
を制御する装置制御手段により、死角となる領域を削減
し、また被測定物の材質や測定面の傾きなどの影響によ
る受光素子の飽和現象を生じにくくし、被測定物表面の
高さデータを高速・高精度に取得することができる。

【００６９】第２に、出力電流和判定手段により１次元
光位置検出素子から２つずつ出力される光電流信号の和
と予め定めたしきい値との大小を判定し、出力電流判定
手段で１次元光位置検出素子から２つずつ出力されるそ
れぞれの光電流信号が飽和しているか判定し、両判定結
果から異なる光出力に対応して順次得られる前記光電流
信号からひとつの光電流信号を電流選択手段で選択する
ことにより複数段階光出力を切り換えて測定して得られ
る光電流信号のなかから最適な光電流信号を選択するこ
とができる。

【００７０】第３に、出力電流和判定手段により１次元
光位置検出素子から２つずつ出力される光電流信号の和
と予め定めたしきい値との大小を判定し、異なる光出力
に対応して出力電流和判定手段から順次出力される判定
結果を用いて、並び替え手段で１次元光位置検出素子か
ら２つずつ出力される光電流信号をしきい値に近い順に
並び替え、出力電流判定手段によってしきい値に近い順
にそれぞれの光電流信号が飽和しているか判定すること
により最適な光電流信号の選択をより効率的に行うこと
ができる。

【００７１】第４に、データ統合手段で、ｘ，ｙ座標値
を２軸に持つテーブルに座標演算手段から得られる高さ
データおよび高さデータと対応する光電流信号をデータ
のｘ，ｙ座標値に応じて格納し、テーブルの要素ごとに
光電流信号の最大値に対応する高さデータを出力値と決
定することにより両側から測定したデータの統合と測定
データの間引きを行うことができる。

【００７２】第５に、データ統合手段で、ｘ，ｙ座標値
を２軸に持つ２種類のテーブルに座標演算手段から得ら
れる２種類の高さデータおよび前記高さデータと対応す
る光電流信号をデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納し、
前記２種類のテーブルを統合する際にテーブルの各要素
ごとに格納されているデータの個数を予め決められてい
るしきい値と比較し、データ数が共にしきい値以内であ
る場合は両テーブルの要素に格納されているデータを出
力し、片方の場合はしきい値以内である方のデータを出
力し、データの中から光電流信号の最大値に対応する高
さデータを出力値と決定し、またデータ数が共にしきい
値以内でない場合には、近傍の高さデータの平均値に最
も近い高さデータを出力値と決定することにより両側か
ら測定したデータのより信頼性の高い統合を行うことが
できる。

【００７３】第６に、最大光電流判定手段で、入力され
てくるデータから高さデータの最大値と最小値を除外し
て、除外したデータの中から光電流信号の最大値に対応
する高さを出力値と決定することにより両側から測定し
たデータを更に信頼性高く統合することができる。

【００７４】第７に、位置演算手段で１次元光位置検出
素子１つずつに対し、受光位置に対応した位置補正値を
被測定物との距離に応じて複種類格納しておき、前記複
種類の位置補正値から前記距離に応じてひとつの補正値
を選択することにより被測定物の凹凸変化に応じた適切
な補正を行い、広範囲に高精度な測定を行うことがで
き、高精度かつ効率的な三次元形状を有する物体の認識
や検査等を可能とする優れた形状測定装置を実現できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における形状測定装置の
ブロック結線図

【図２】本発明の第１の実施例における位置検出手段の
詳細平面図

【図３】本発明の第１の実施例におけるＡ／Ｄ変換手段
の詳細ブロック結線図

【図４】三角測量の原理を示す幾何学的配置図

【図５】本発明の第２の実施例におけるデータ選択手段
のブロック結線図

【図６】本発明の実施例における１次元光位置検出素子
の詳細概念図

【図７】本発明の第２の実施例におけるデータ選択手段
のブロック結線図

【図８】本発明の第３の実施例におけるデータ選択手段
のブロック結線図

【図９】本発明の第４の実施例におけるデータ統合手段
のブロック結線図

【図１０】本発明の第４の実施例におけるテーブルの概
念図

【図１１】本発明の第４の実施例における高さ画像の概
念図

【図１２】本発明の第５の実施例におけるデータ統合手
段のブロック結線図

【図１３】本発明の第６の実施例におけるデータ統合手
段のブロック結線図

【図１４】本発明の第７の実施例における位置演算手段
のブロック結線図

【図１５】本発明の第７の実施例における受光位置領域
区分の図

【図１６】本発明の第７の実施例における距離範囲区分
の図

【図１７】本発明の第７の実施例における位置補正テー
ブル詳細概念図

【図１８】従来の形状測定装置のブロック結線図

【図１９】従来の形状測定装置の合成回路の動作を説明
する概念図

【符号の説明】

１０１ レーザスリット光源 １０２ スリット走査手段 １０３ スリット光 １０４ 被測定物 １０５ 集光レンズ １０６ 位置検出手段 １０７ 受光手段 １０８ レーザスリット光源 １０９ スリット走査手段 １１０ スリット光 １１１ 光電流信号 １１２ 光電流信号 １１３ Ｉ／Ｖ変換手段 １１４ Ａ／Ｄ変換手段 １１５ メモリＡ １１６ データ選択手段 １１７ 位置演算手段 １１８ 座標演算手段 １１９ メモリＢ １２０ データ統合手段 １２１ 制御ＭＰＵ １２２ 光出力制御ドライバ １２３ スキャナ制御ドライバ １２４ ＭＰＵバス １２５ 形状演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 幸文 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番 １号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−180635（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67198（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67197（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67195（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−60523（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−161302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−46605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−115312（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/24

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非分割型の、光電流出力端子を２つ有す
   る１次元光位置検出素子を、その短辺方向に複数個配列
   して構成した撮像面を有する位置検出手段と、前記１次
   元光位置検出素子の長辺方向の両側に配置した２組の、
   スリット光を生成するスリット光源および前記スリット
   光を被測定物に投射し走査するスリット走査手段と、前
   記スリット光源からの光出力を制御する光出力制御手段
   と、前記スリット光の走査により前記被測定物上から反
   射して得られる散乱光を集光レンズで前記位置検出手段
   に集光し、前記複数個配列された１次元光位置検出素子
   から２つずつ前記光電流信号を出力する受光手段と、前
   記受光手段からの光電流信号により前記被測定物の高さ
   デ−タを演算する形状演算手段と、前記光出力制御手段
   の制御による異なる光出力での複数回のスリット走査お
   よび形状演算を、前記２組の光走査手段によるスリット
   走査に対応して順次行うように全体系を制御する装置制
   御手段を具備し、前記形状演算手段は、前記異なる光出
   力での複数回のスリット走査により順次得られる前記光
   電流信号からひとつの光電流信号を選択するデ−タ選択
   手段と、前記デ−タ選択手段により選択された光電流信
   号から前記散乱光の受光位置を演算する位置演算手段
   と、前記位置演算手段からの受光位置情報から前記被測
   定物の高さデ−タを演算する座標演算手段と、前記２組
   の光走査により前記座標演算手段から得られる２種類の
   高さデ−タを統合するデ−タ統合手段から構成されてい
   ることを特徴とする形状測定装置。
2. 【請求項２】 デ−タ選択手段が、１次元光位置検出素
   子から２つずつ出力される光電流信号の和と予め定めた
   しきい値との大小を判定する出力電流和判定手段と、前
   記１次元光位置検出素子から２つずつ出力されるそれぞ
   れの前記光電流信号が飽和しているか判定する出力電流
   判定手段と、前記出力電流和判定手段および前記出力電
   流判定手段からの判定結果から異なる光出力に対応して
   順次得られる前記光電流信号からひとつの光電流信号を
   選択する電流選択手段を有することを特徴とする請求項
   １記載の形状測定装置。
3. 【請求項３】 デ−タ選択手段が、１次元光位置検出素
   子から２つずつ出力される光電流信号の和と予め定めた
   しきい値との大小を判定する出力電流和判定手段と、異
   なる光出力に対応して前記出力電流和判定手段から順次
   出力される判定結果を用いて、前記１次元光位置検出素
   子から２つずつ出力される光電流信号を前記しきい値に
   近い順に並び替える並び替え手段と、前記並び替え手段
   から前記しきい値に近い順に出力されるそれぞれの前記
   光電流信号が飽和しているか判定する出力電流判定手段
   を有することを特徴とする請求項１記載の形状測定装
   置。
4. 【請求項４】 データ統合手段が、ｘ，ｙ座標値を２軸
   に持つテーブルに座標演算手段から得られる高さデータ
   および前記高さデータと対応する光電流信号をデータの
   ｘ，ｙ座標値に応じて格納する高さテーブル作成手段
   と、テーブルの要素ごとに光電流信号の最大値に対応す
   る高さデータを出力値と決定する最大光電流判定手段を
   有することを特徴とする請求項１、２または３記載の形
   状測定装置。
5. 【請求項５】 データ統合手段が、ｘ，ｙ座標値を２軸
   に持つ２種類のテーブルに座標演算手段から得られる２
   種類の高さデータおよび前記高さデータと対応する光電
   流信号をデータのｘ，ｙ座標値に応じて格納する第１の
   片側高さテーブル作成手段及び第２の片側高さテーブル
   作成手段と、前記第１及び第２の片側高さテーブル作成
   手段で作成された２種類のテーブルを統合する際にテー
   ブルの各要素ごとに格納されているデータの個数を予め
   決められているしきい値と比較するデータ数比較手段
   と、テーブルの各要素ごとに前記データ数比較手段で第
   １及び第２のテーブルの要素のデータ数が共にしきい値
   以内である場合は両テーブルの要素に格納されているデ
   ータを出力し、どちらか一方のみがしきい値以内である
   場合はしきい値以内である方のデータを出力する使用デ
   ータ判定手段と、テーブルの要素ごとに前記使用データ
   判定手段から出力される光電流信号の中の最大値に対応
   する高さデータを出力値と決定する最大光電流判定手段
   と、前記データ数比較手段で第１及び第２のテーブルの
   データ数が共にしきい値以内でない場合に、テーブル上
   で近傍の要素の既に出力値と決定された高さデータの平
   均値に最も近い高さデータを出力値と決定する近傍平均
   手段を有する請求項１、２または３記載の形状測定装
   置。
6. 【請求項６】 最大光電流判定手段が、入力されるデー
   タから高さデータの最大値と最小値を除外する極値除外
   手段と、前記極値除外手段からのデータのうち光電流信
   号の最大値に対応する高さを出力値と決定する極値除外
   最大光電流判定手段を有する請求項４または５記載の形
   状測定装置。
7. 【請求項７】 位置演算手段が、１次元光位置検出素子
   １つずつに対し、受光位置に対応した位置補正値を被測
   定物との距離に応じて複種類格納しておく位置補正値格
   納手段と、前記複種類の位置補正値から前記距離に応じ
   てひとつの補正値を選択する位置補正値選択手段を有す
   ることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６
   記載の形状測定装置。