JP4619171B2

JP4619171B2 - 角度測定装置

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Publication number: JP4619171B2
Application number: JP2005095499A
Authority: JP
Inventors: 敦也高瀬
Original assignee: Panasonic Electric Works SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006275783A

Description

本発明は、角度測定装置に関する。

従来から知られている角度測定装置としてオートコリメーション法を利用してワークの傾角を検出するものがある。

その構成は、コリメータレンズにより平行光とされた投光素子からの光をハーフミラーを介してワークに照射し、このワークからの正反射光をハーフミラー及び集光レンズを介して撮像を有する撮像手段に照射するようになっている。そして、撮像面上の集光中心の位置に基づいてワークの傾角を測定するものである（特許文献１）。
この種の角度測定装置では、計測を誤差なく正確に行うためには、撮像面上における集光中心の位置を正確に特定することが必要であるため、撮像面上の全画素に関する受光量情報から集光中心を検出することとしている。

ところで、上記角度測定装置においては、２つのワークの傾角を同時に測定するいわゆる２面測定法が知られている。これは、２つのワークに同時に光を照射して、撮像面に各ワークの反射光をそれぞれ集光させる。そして、撮像面上の各集光位置に基づいて両ワークの傾角、或いは相対角度を算出するものである。この場合に、ワークで反射した各反射光の集光中心の算出方法としては、例えば、以下のような方法がある。
まず、撮像面５上において、各反射光の受光スポットを取り囲むように受光領域１、２をそれぞれ決定する。次に得られた各受光領域２、３内の全画素に基づいて各反射光の集光中心（受光スポットＳの中心位置）Ｃ１、Ｃ２をそれぞれ算出する（図１２参照）。
特開２００１−３０４８３１公報

係る２面測定法は、例えば、両ワークの平行度の測定に使用されるが、この場合には、撮像面上に形成される両反射光の集光中心位置が近くなるため、撮像面上に形成される各反射光の受光スポット同士が互いに重なってしまう。すると、一方側の受光領域内に、他方側のワークで反射した反射光の受光スポットの一部が含まれてしまい、これが測定誤差の原因となる。
受光スポット同士が互いに重なるような場合であっても、誤差を最小限に留めることが可能な度測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、角度測定用投光手段からの平行光を被測定対象物に照射するとともに、前記被測定対象物からの正反射光（角度測定用正反射光）を複数の画素より構成された二次元の角度測定用撮像手段の撮像面に集光させ、前記撮像面上の集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾角を測定する角度測定装置であって、二つの被測定対象物にそれぞれ前記平行光を照射して、これら各被測定対象からの反射光をそれぞれ前記撮像面上に集光させ、二つの集光位置に基づいて前記二つの被測定対象物の各傾角をそれぞれ決定する２面測定モードが設けられたものにおいて、前記撮像面上の各画素を対象として、縦方向、並びに横方向の各方向に関する受光量分布をそれぞれ決定する受光量分布決定手段と、前記受光量分布決定手段により決定された前記各方向の受光量分布に基づいて、受光量の極大点を各方向ごとにそれぞれ決定する極大点決定手段と、前記極大点決定手段により得られた極大点の受光量レベルより所定レベル下がったレベルで、極小点の受光量レベルよりも大きいレベルを閾値として設定する閾値設定を各方向の各極大点についてそれぞれ行う閾値設定手段と、前記閾値設定手段により設定された閾値と、同閾値設定の対象となった極大点近傍の各画素の受光量レベルとを比較して、各画素のレベルが閾値以上となる領域を各方向の極大点ごとにそれぞれ決定し、この閾値以上となる領域に基づいて前記被測定対象物でそれぞれ反射した二つの反射光の集光中心をそれぞれ含む二つの閉じた領域を決定する画素抽出領域決定手段と、前記画素抽出領域決定手段によって定められた各領域内にそれぞれ含まれる各画素の受光量レベルに基づいて前記反射光の集光中心の位置をそれぞれ決定する集光位置決定手段と、前記集光位置決定手段によって決定された前記二つの集光中心の位置に基づいて、前記二つの被測定対象物の傾角をそれぞれ決定する角度決定手段と、を備え、前記受光量分布決定手段が前記撮像面の縦方向或いは、横方向のいずれかの方向の各列について列内の全ての画素を対象として受光量レベルの比較を行って最大受光量を特定する投影処理を行うことで一方向の前記受光量分布を決定するとともに、前記受光量分布決定手段が、次の方向の投影処理を開始するまでの間に、先に行われた方向の投影処理より得られる受光量分布の極大点から、前記一方向について前記極大点を含む所定幅の投影範囲を各極大点ごとにそれぞれ決定する投影範囲決定手段を有し、前記受光量分布決定手段は、後に投影処理を行うときには、各列のうちの前記投影範囲決定手段によって決定された前記投影範囲内の画素のみを対象として受光量レベルの比較を行って最大受光量を特定することで他方向の前記受光量分布を決定するところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記集光位置決定手段は、前記画素抽出領域決定手段によって定められた各領域について、各領域内の画素を対象として受光の重心位置をそれぞれ算出し、これを前記集光中心の位置とするところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
このような構成であれば、撮像面上に形成される受光スポットの一部が互いに重なるような場合であっても、限られた領域内の画素に基づいて受光スポットの集光中心を決定するから重複による誤差を最小限に留めることが可能となり、これにより、各測定対象物に関し正確な傾角の測定が可能となる。

また、このような方法で領域の決定を行えば、受光量のレベルの高い範囲に領域を限定できるから、受光量のレベルの低い範囲、すなわち受光スポットの重複範囲を効果的に排除できる。また、このような構成であれば、後に行う投影処理を各列の画素全てを対象とする場合に比べて投影処理に必要とされる処理時間を短縮できる。

＜請求項２の発明＞
集光中心の位置を重心法により算出してやれば、各画素の受光分布を考慮（例えば、サブピクセル法など、最大受光量の画素の位置を集光中心とするものは受光分布を考慮することが出来ない）することが可能となり一層正確な測定が可能となる。

＜実施形態１＞
本実施形態の角度測定装置１０は、被測定対象物としてのワークに光（検出光）を照射し、ワーク上で反射した反射光の集光位置に基づいて同ワークの傾角を測定するものである。そして、本実施形態の角度測定装置１０には単面測定モード、２面測定モード（多面測定モード）の２つのモードが設けられており、測定に先立って、設定手段に設けられる操作部による切り替え操作によってモードの切り替えを行うことができるようになっている。尚、単面測定モードとは、被測定対象物が複数ある場合に、測定を時分割で個別に行うものである。一方、２面測定モードは、複数の測定対象物に同時に光を照射し、各被測定対象物の角度を同時に測定するものである。

＜全体構成＞
図１に示す符号１１は検出光を出射する投光素子（本発明の角度測定用投光手段に相当）、符号１２はコリメータレンズ、符号１３はハーフミラー、符号１４は収束レンズ、符号１５は撮像素子（本発明の角度測定用撮像手段に相当）である。撮像素子１５は複数の画素がマトリクス状に配されて２次元の撮像面１５Ａを備えてなる。以下の説明において、図２における横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とする座標系を撮像面１５Ａに設定するものとし、同撮像面１５Ａの中央を原点Ｏと規定する。また、符号１６はメモリ、符号１７は制御部、符号１８は設定手段である。メモリ１６には撮像素子１５の撮像面１５Ａにおける１フレーム分の情報を記憶するための領域が確保されている。
尚、制御部１７は、本発明における受光量分布決定手段、極大点決定手段、画素抽出領域決定手段、集光位置決定手段、角度決定手段、閾値設定手段として機能する。

制御部１７から投光素子１１に対して制御信号Ｓｂが出力されると、投光素子１１より検出光が出射される。出射された検出光はコリメータレンズ１２により平行光に変換され、その後、ハーフミラー１３によって図示下方に方向転換された後、ワークＷ２上に照射される。

照射された検出光のうちの一部はワークＷ２上で反射し、光路がハーフミラー１３に向かうように方向転換される。一方、残りの検出光はワークＷ２を透過した後、ワークＷ１上で反射して光路がハーフミラー１３に向かうように方向転換される。
両反射光はその後、ハーフミラー１３を透過し、収束レンズ１４によって収束されて撮像素子１５の撮像面１５Ａ上に集光する。これにより、撮像面１５Ａ上にはワークＷ１からの反射光による受光スポットＳ１及びワークＷ２からの反射光による受光スポットＳ２がそれぞれ形成されることとなる（図２参照）。

本実施形態の構成は以上であり、続いて２面測定モードにおける傾角算出の一連の処理（図３に示す処理であって、記憶処理、Ｘ軸方向の受光量処理、Ｙ軸方向の受光量処理、領域指定処理、受光スポットの集光中心検出処理及び傾角検出処理を順におこなう処理）について説明する。

＜記憶処理＞
撮像面１５Ａ上に各ワークＷ１、Ｗ２からの反射光が入光し、受光スポットＳ１、Ｓ２が形成されると、光の入光があった各画素（撮像素子）からは受光量に応じたレベルの撮像信号Ｓａが信号線を通じて送信され、同撮像信号Ｓａは一旦、メモリ１６に記憶される。

＜Ｘ軸方向の受光量処理＞
処理が開始されると、ステップ２１で制御部１７によって投影処理が行われる。ここで行われる投影処理はまず、Ｙ軸方向に延びる列（例えば、Ｊ１）についてラインデータの取得、すなわち同じ列Ｊ１内の各画素の受光量データをそれぞれメモリ１６から読み出す処理を行い、その後、取得されたラインデータＪ１中の最大受光量レベルの画素をサンプリングする。そして、このラインデータの読み出し、最大受光量レベルのサンプリング処理を、図５における左端の列Ｊ１から右端の列Ｊｎまで順に行うものである。これにより、同図の（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に関する受光量分布Ｂｘが得られる。

Ｘ軸方向に関する受光量分布Ｂｘが得られると、制御部１７はダークカット処理を行って、ステップ２２へ移行する。尚、ダークカット処理とは、撮像面１５Ａに対する外乱光の影響を排除するための処理であり、得られた受光量分布Ｂｘの各構成点の受光量レベルと所定のカットレベルとを比較して、カットレベルより受光量レベルの小さい構成点については、以下の処理において受光量レベルがゼロとして取り扱うものである。

ステップ２２では、ステップ２１で得られたＸ軸方向の受光量分布Ｂｘの推移（曲線の傾き）に基づいて受光量分布Ｂｘに二つのピーク点（極大点）が現れているか、否かの判定を制御部１７によって行う。
そして、ピーク点が２つ現れている場合には、ステップ２３へ移行する。尚、極大点の個数について判定を行うのは、図９に示すように、２つの受光スポットがＹ軸方向に沿って上下に重なった場合を考慮するためである。

ステップ２３では制御部１７によって１つの目のピーク点Ｐ１のＸ軸方向の座標値Ｘｐ１が算出されるとともに、閾値Ｌ１が設定される。閾値の設定はピーク点Ｐ１の受光量レベルに対して所定比率（例えば、０．７）を乗ずることにより行われるが、その値は少なくとも、受光量分布Ｂｘの極小点Ｐｍｉｎの受光量レベルより大きいことが望ましく、所定比率を乗じた際に極小点Ｐｍｉｎのレベルを下回る場合には、所定比率を変更して再度閾値Ｌ１の設定を行う。

かくして、閾値Ｌ１の設定が完了すると、次に、ステップ２４に移行する。ステップ２４では、閾値Ｌ１と受光量分布Ｂｘを構成する各構成点の受光量レベルとの比較がなされる。ここで、受光量分布Ｂｘの構成点のうち、比較の対象とされる構成点は、ピーク点Ｐ１の近傍のものであり、例えば、比較範囲はピーク点Ｐ１のＸ軸方向の座標値Ｘｐ１を中心として段階的に拡張され、これを、構成点の受光量レベルが閾値Ｌ１を下回るまで続ける。これにより、図５の（ｄ）に示すように、ピーク点Ｐ１の近傍において、受光量レベルが閾値Ｌ１を上回る範囲（以下、Ｘ方向第一領域ｄｘ１）を決定することが出来る。かくして、Ｘ方向第一領域ｄｘ１が決定されると、ステップ２５に移行する。

ステップ２５においてはピーク点Ｐ２のＸ軸方向の座標値Ｘｐ２が算出されるとともに、ステップ２３と同じ要領で、閾値Ｌ２が設定され（図５における（ｅ）参照）、その後、ステップ２６へ移行する。

ステップ２６においては、ステップ２４と同じ要領で、ピーク点Ｐ２の近傍において、受光量レベルが閾値Ｌ２を上回る範囲（以下、Ｘ方向第二領域ｄｘ２）が決定される。かくして、Ｘ方向第一領域ｄｘ１、Ｘ方向第二領域ｄｘ２が決定されると、Ｙ軸方向の受光量処理に移行する。
尚、Ｘ方向第一領域ｄｘ１、Ｘ方向第二領域ｄｘ２が本発明の所定幅の範囲に相当するものであり、座標値Ｘｐ１、Ｘｐ２が本発明の各極大点をとる位置に相当するものである。

＜Ｙ軸方向の受光量処理＞
次に、Ｙ軸方向の受光量処理について、図６並びに図７を参照して説明する。
まず、ステップ４１において、Ｙ軸に平行でＸ座標がＸｐ１であるラインＱ１上の各画素の受光量データ（以下、受光ラインデータとする）をメモリ１６から読み出す。これにより、図７の（ａ）に示す、Ｙ軸方向に関する受光スポットＳ１の受光量分布Ｂｙ１が取得される。

ステップ４３では、ステップ４１で得られた受光スポットＳ１の受光量分布Ｂｙ１の推移に基づいてピーク点Ｐ１のＹ軸方向の座標値Ｙｐ１を算出するとともに、閾値の設定を行う。閾値の設定に関しては、受光スポットＳ１の受光量分布Ｂｙ１のピーク点Ｐ１に基づいて決定してもよいが、ここでは、改めて演算による閾値の設定を行うことはせず、先のステップ２３において算出した閾値をそのまま使用する。これは、通常であれば、Ｘ軸方向に関する受光量分布Ｂｘの各ピーク点と、Ｙ軸方向に関する受光量分布Ｂｙ１、Ｂｙ２の各ピーク点は一致する筈であり、そのレベルは等しくなるためである。

ステップ４４では、ステップ２４と同じ要領で、閾値Ｌ１と受光スポットＳ１の受光量分布Ｂｙ１を構成する構成点の受光量レベルとの比較がなされる。ここで、受光スポットＳ１の受光量分布Ｂｙ１を構成する構成点のうち、比較の対象とされる構成点は、ピーク点Ｐ１の近傍のものであり、例えば、比較範囲はピーク点Ｐ１のＹ軸方向の座標値Ｙｐ１を中心として段階的に拡張され、これを、構成点の受光量レベルが閾値Ｌ１を下回るまで続ける。これにより、図７の（ｂ）に示すように、ピーク点Ｐ１の近傍において、受光量レベルが閾値Ｌ１を上回る範囲（以下、Ｙ方向第一領域ｄｙ１）を決定することが出来る。かくして、Ｙ方向第一領域ｄｙ１が決定されると、ステップ４５に移行する。

ステップ４５では、ステップ４１と同じ要領で、Ｙ軸に平行でＸ座標がＸｐ２であるラインＱ２上の各画素の受光量データ（以下、受光ラインデータとする）をメモリ１６から読み出す。これにより、図７の（ｃ）に示す、Ｙ軸方向に関する受光スポットＳ２の受光量分布Ｂｙ２が取得される。

ステップ４６では、ステップ４３と同じ要領で、受光スポットＳ２の受光量分布Ｂｙ２の推移に基づいてピーク点Ｐ２のＹ軸方向の座標値Ｙｐ２を算出するとともに、閾値の設定を行う。ここでは、閾値はステップ２５で算出した閾値をそのまま使用し、Ｌ２に設定される。

次に、ステップ４７では、ステップ４４と同じ要領で、ピーク点Ｐ２の近傍において、受光量レベルが閾値Ｌ２を上回る範囲（以下、Ｙ方向第二領域ｄｙ２）が決定される。かくして、Ｙ方向第一領域ｄｙ１、Ｙ方向第二領域ｄｙ２が決定されると、Ｙ軸方向の受光量処理は完了し、領域指定処理に移行する。
尚、Ｙ方向第一領域ｄｙ１、Ｙ方向第二領域ｄｙ２が本発明の所定幅の範囲に相当するものであり、座標値Ｙｐ１、Ｙｐ２が本発明の各極大点をとる位置に相当するものである。

＜領域指定処理＞
領域指定処理は、撮像面１５Ａ上の領域を第一の指定領域（受光スポットＳ１の集光中心を取り囲む領域であって、かつ受光量レベルが高い画素群よりなる領域）♯１と、第二の指定領域（受光スポットＳ２の集光中心を取り囲む領域であって、かつ受光量レベルが高い画素群よりなる領域）♯２と、それ以外の受光量レベルが低い領域に分けるものであり、具体的には図８に示すように、第一の指定領域♯１であれば、ステップ２４で算出されたＸ方向第一領域ｄｘ１を一辺とし、ステップ４４で算出されたＹ方向第一領域ｄｙ１をもう１辺とする長方形領域とされる。一方、第二の指定領域♯２は、ステップ２６で算出されたＸ方向第二領域ｄｘ２を一辺とし、ステップ４７で算出されたＹ方向第二領域ｄｙ２をもう一辺とする長方形領域とされる。
尚、この第一の指定領域♯１と、第二の指定領域♯２との両領域が、本発明の二つの閉じた領域に相当する。

＜受光スポットの集光中心検出処理＞
かくして、第一の指定領域♯１、第二の指定領域♯２がそれぞれ決定されると、各指定領域♯１、♯２ごとに、以下の演算式に従って、受光スポットＳ１、Ｓ２の集光中心Ｃ１、Ｃ２の位置が算出され、その後、傾角検出処理に移行する。
体積重心位置（集光中心の位置）＝{Σ（ｍＩ）／Σｍ}
Ｉ：各指定領域内における、各画素の位置ベクトル
ｍ：各指定領域内の各画素の受光量レベルに応じた係数

＜傾角検出処理＞
傾角検出処理は周知のオートコリメーション法に基づいて行われる。すなわち、各受光スポットＳ１、Ｓ２の集光中心Ｃ１、Ｃ２の位置と、撮像面１５Ａにおける基準位置（例えば、撮像面の中央位置）との位置関係に基づいて傾きの方向並びに傾き角をそれぞれ算出する。これにより、ワークＷ１の傾角、ワークＷ２の傾角をそれぞれ個別に算出することが出来る。
また、上記算出処理に続いて、今度は、２つの受光スポットＳ１、Ｓ２の集光中心Ｃ１、Ｃ２のうち一方の集光中心（例えば、Ｃ１）を基準とし、これに対する他方の集光中心Ｃ２との位置関係を算出する。これにより両集光中心の位置関係から、ワークＷ１に対するワークＷ２の傾き（平行度）を算出することが出来る。

次に、ステップ５０に移行した場合、すなわち２つの受光スポットがＹ軸方向に沿って上下に重なった場合について説明する。先に説明した投影処理ではＸ軸方向に関する受光量分布Ｂｘを先に算出し、その後、Ｙ軸方向の受光量分布Ｂｙ１、Ｂｙ２を取得したが、受光スポットがＹ軸方向に重なっている場合には、先にＹ軸方向に関する受光量分布を取得してＹ軸方向の領域を決定（ステップ５１、５２）する。そして、Ｙ軸方向に関する処理の完了に続いて、Ｘ軸方向の受光量分布を取得してＸ軸方向の領域をそれぞれ決定してやればよい。そして、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向について領域が決定されたら、今度は、先に説明した領域指定処理を行い、これに続いて受光スポットの集光中心検出処理、ひいては傾角検出処理を行ってやれることで、ワークＷ１、Ｗ２の各傾角並びに相対角度を算出することが出来る。

本実施形態によれば、制御部１７によって撮像面１５Ａ上の領域を、集光中心を取り囲み、受光量レベルが高い領域（指定領域♯１、♯２）と、それ以外の受光量レベルが低い領域とに分けておき、指定領域♯１内の画素のみに基づいて受光スポットＳ１の集光中心Ｃ１を決定し、指定領域♯２の画素のみに基づいて受光スポットＳ２の集光中心Ｃ２の位置を決定するようにしている。従って、受光スポットＳ１、Ｓ２の集光中心Ｃ１、Ｃ２から比較的遠く受光レベルが低い部分、すなわち受光スポットＳ１、Ｓ２が互いに重なる部分を集光中心の算出の対象から排除できることとなり、受光スポットＳ１、Ｓ２の重複による測定誤差を最小限に留めることが可能となる。

また、Ｘ方向第一、第二領域ｄｘ１、ｄｘ２、Ｙ方向第一、第二領域ｄｙ１、ｄｙ２の算出は、閾値Ｌ１、Ｌ２と受光量分布Ｂｘ、Ｂｙを構成する各構成点の受光レベルを比較することでなされるが、閾値Ｌ１はピーク点Ｐ１の受光量レベルに基づいて決定され、閾値Ｌ２はピーク点Ｐ２の受光量レベルに基づいて決定されている。閾値Ｌ１、Ｌ２の設定には、例えば、予め固定的な値として設定しておく方法があるが、撮像面１５Ａに入光する光の強さは例えば、ワークＷ１、Ｗ２の種類（例えば、材質が異なると、反射率が変わる）によって種々変化する。従って、場合によっては、閾値Ｌ１、Ｌ２がピーク点Ｐ１、Ｐ２の受光量レベルに近くなり過ぎる。すると、指定領域♯１、♯２の範囲が極端に狭くなってしまうから、重心の算出に少なくとも必要とされる数の画素が得られず、結果として測定精度の低下を招く恐れがある。しかし、本実施形態のように、ピーク点Ｐ１、Ｐ２のレベルに応じて閾値Ｌ１、Ｌ２を決定してやれば、指定領域♯１、♯２の範囲を常に一定面積以上確保することが出来、係る測定精度の低下を未然に回避することが可能となる。

また、Ｙ軸方向の受光量分布を取得する方法には、Ｘ軸方向の受光量分布Ｂｘを取得するの同様に、各列Ｒ１、Ｒ２、・・、Ｒｎごとにそれぞれラインデータを取得し、各ラインデータ中の最大受光量の画素を抽出する方法もあるが、本実施形態では、ラインＱ１、Ｑ２上のラインデータを読み出して、これをＹ軸方向の受光量分布Ｂｙ１、Ｂｙ２として使用している。そのため、データの読み出し回数が少なくて済むからＹ軸方向の受光量分布Ｂｙ１、Ｂｙ２を取得するのに必要な処理時間が短縮できる。

また、本実施形態では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向についてそれぞれ受光量処理を行っており、その際に、ピーク点の座標値をそれぞれ算出している。そのため、これらピーク点の座標値（Ｘｐ１、Ｙｐ１）、（Ｘｐ２、Ｙｐ２）を集光中心の座標値とすることも理論的には可能（いわゆるサブピクセル法）であるが、本実施形態では、敢えて、重心法により集光中心の位置を算出している。これは、集光中心の位置をより正確に特定するためであり、例えば、先のサブピクセル法では実質的に極大点のみに基づいて集光中心を決定するから受光量の分布を一切考慮しないことになるが、重心法であれば受光量の分布を加味した上で中心位置を算出することとなるからである。

また、上記では、受光スポットＳ１、Ｓ２の集光中心Ｃ１、Ｃ２の位置を、体積重心法により算出したが、面積重心法により算出することが可能である。尚、面積重心位置の算出は、以下の演算式に従って算出することが出来る。
［面積重心位置の重心算出式］
面積重心位置＝{Σ（ＭＩ）／ΣＭ}
Ｉ：各指定領域内における、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

また、上記では、Ｙ軸方向の受光量分布の取得方法に関し、ラインＱ１に関する受光ラインデータ、或いはラインＱ２に関する受光ラインデータをそのまま、Ｙ軸方向に関する受光スポットＳ１、Ｓ２の受光量分布としたが、次に説明するように、投影範囲Ｆ１、Ｆ２を設定し、この投影範囲Ｆ１、Ｆ２内の画素を対象として投影処理を行うことで受光スポットＳ１、Ｓ２の受光量分布を算出することが可能である。具体的には、受光スポットＳ１についての受光量分布であれば、まず、制御部（本発明の投影範囲決定手段に相当する）１７によりラインＱ１を中心として所定幅の投影範囲Ｆ１を決定しておく。そして、投影範囲Ｆ１が決定されたら今度は、Ｘ軸方向に延びる各列Ｒ１、Ｒ２、・・・、Ｒｎについて領域Ｆ１内の画素を対象として最大受光量レベルを特定してやればよく、これにより、図１１に示すような受光量分布Ｂｙ１を得ることが出来る。

そして、受光スポットＳ１についての受光量分布Ｂｙ１が取得されたら、今度は受光スポットＳ２についての受光量分布を同じ要領で算出してやればよい。

このような構成であれば、後に行う投影処理の対象を撮像面１５Ａ上の全ての画素とする場合に比べて、処理時間を短く出来る。加えて、受光ラインデータをそのまま受光量分布Ｂｙ１、Ｂｙ２とする実施形態１の構成の場合に比べて、ラインデータに加えて、同ラインデータ近傍の比較的受光量レベルが高い画素の受光量データを加味した上で受光量分布Ｂｙ１、Ｂｙ２を算出することとなるから、より信頼性の高い受光量分布Ｂｙ１、Ｂｙ２が取得されることが期待できる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について図１２を参照して説明する。
このものは、角度測定装置１０を、ＤＶＤ等のディスク１００を回転させる回転機構１１０と読み取り機構１２０の相対的な位置関係が正規状態にあるか、否か、より具体的に言えば、回転機構１１０の基準軸Ｌ１と、読み取り機構１２０の基準軸Ｌ２のなす角度が直交した状態にあるか、否かを検査する検査装置に適用したものである。

図１２における１００はＤＶＤ等のディスク、１１０は回転機構である。回転機構１１０はディスク１００を支持するための支持軸１１１、ディスク１００を回転させるためのスピンドルモータ１１５からなる。
一方、１２０は読み取り機構である。読み取り機構１２０はディスク１００に光を照射して、その反射光に基づいてディスク１００に書き込まれた情報の読み取りを行う読取部１２１と、これをディスク１００の径方向に沿って進退させるスライド部１２０からなる。

そして、角度測定装置１０を構成する光学系は、図１２において、ディスク１００の上方にあって、投光素子１１から出射されコリメータレンズ１２で平行光に変換された光は、ハーフミラー１３で図示下方に向きを変えられた後、ディスク１００並びに読取部１２１上に照射される。このときに、回転機構１１０側の基準軸Ｌ１と読み取り機構側の基準軸Ｌ２とが直交していれば、ディスク１００の上面と読み取り部１２１の上面とは互いに平行な状態となるはずであるから、両面でそれぞれ反射した光は収束レンズ１４を通過した後に、同じ位置で結像する。これにより、撮像面１５Ａ上には一の受光スポットが形成される。
これに対して、両基準軸Ｌ１、Ｌ２のなす角度が９０度からずれている場合には、撮像面１５Ａ上には、二つの受光スポットが形成される。そのため、撮像面１５Ａ上に形成される受光スポットを監視することで、回転機構１１０と読み取り機構１２０の相対的な位置関係が正規状態にあるか、否かを検査することが出来る。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）実施形態１〜実施形態２では、受光スポットの集光中心の位置の算出をいずれも重心法に基づいて算出したが、算出方法がこれに限られるものではなく、例えば、階層平均法によるものであってもよい。

（２）実施形態１〜実施形態２では、ワークが２つの場合を例示したが、ワークの数は２以上であってもよく、この場合には、ワーク数が増加する分だけ、指定領域の数を増加させてやればよい。

実施形態１に係る角度測定装置の光学的構成、電気的構成を示す概念的に示した図撮像面上に二つの受光スポットが形成された状態を示す図角度検出処理過程を示すフローチャート図Ｘ軸方向の受光量処理過程を示すフローチャート図Ｘ軸方向の受光量分布を示す図Ｙ軸方向の受光量処理過程を示すフローチャート図Ｙ軸方向の受光量分布を示す図指定領域を示す図受光スポットがＹ軸方向に並んでいる状態を示す図受光スポットがＹ軸方向に並んでいる場合の処理過程を示すフローチャート図投影領域を設定を現す図実施形態２に係る角度測定装置の光学的構成、電気的構成を示す概念的に示した図従来例を示す図

符号の説明

１０…角度測定装置
１１…投光素子（角度測定用投光手段）
１５…撮像素子（角度測定用撮像手段）
１５Ａ…撮像面
１７…制御部（受光量分布決定手段、極大点決定手段、画素抽出領域決定手段、集光位置決定手段、角度決定手段）
Ｗ１、Ｗ２…ワーク（被測定対象物）

Claims

角度測定用投光手段からの平行光を被測定対象物に照射するとともに、前記被測定対象物からの正反射光（角度測定用正反射光）を複数の画素より構成された二次元の角度測定用撮像手段の撮像面に集光させ、前記撮像面上の集光位置に基づいて前記被測定対象物の傾角を測定する角度測定装置であって、
二つの被測定対象物にそれぞれ前記平行光を照射して、これら各被測定対象からの反射光をそれぞれ前記撮像面上に集光させ、二つの集光位置に基づいて前記二つの被測定対象物の各傾角をそれぞれ決定する２面測定モードが設けられたものにおいて、
前記撮像面上の各画素を対象として、縦方向、並びに横方向の各方向に関する受光量分布をそれぞれ決定する受光量分布決定手段と、
前記受光量分布決定手段により決定された前記各方向の受光量分布に基づいて、受光量の極大点を各方向ごとにそれぞれ決定する極大点決定手段と、
前記極大点決定手段により得られた極大点の受光量レベルより所定レベル下がったレベルで、極小点の受光量レベルよりも大きいレベルを閾値として設定する閾値設定を各方向の各極大点についてそれぞれ行う閾値設定手段と、
前記閾値設定手段により設定された閾値と、同閾値設定の対象となった極大点近傍の各画素の受光量レベルとを比較して、各画素のレベルが閾値以上となる領域を各方向の極大点ごとにそれぞれ決定し、この閾値以上となる領域に基づいて前記被測定対象物でそれぞれ反射した二つの反射光の集光中心をそれぞれ含む二つの閉じた領域を決定する画素抽出領域決定手段と、
前記画素抽出領域決定手段によって定められた各領域内にそれぞれ含まれる各画素の受光量レベルに基づいて前記反射光の集光中心の位置をそれぞれ決定する集光位置決定手段と、
前記集光位置決定手段によって決定された前記二つの集光中心の位置に基づいて、前記二つの被測定対象物の傾角をそれぞれ決定する角度決定手段と、を備え、
前記受光量分布決定手段が前記撮像面の縦方向或いは、横方向のいずれかの方向の各列について列内の全ての画素を対象として受光量レベルの比較を行って最大受光量を特定する投影処理を行うことで一方向の前記受光量分布を決定するとともに、
前記受光量分布決定手段が、次の方向の投影処理を開始するまでの間に、先に行われた方向の投影処理より得られる受光量分布の極大点から、前記一方向について前記極大点を含む所定幅の投影範囲を各極大点ごとにそれぞれ決定する投影範囲決定手段を有し、
前記受光量分布決定手段は、後に投影処理を行うときには、各列のうちの前記投影範囲決定手段によって決定された前記投影範囲内の画素のみを対象として受光量レベルの比較を行って最大受光量を特定することで他方向の前記受光量分布を決定することを特徴とする角度測定装置。
前記集光位置決定手段は、前記画素抽出領域決定手段によって定められた各領域について、各領域内の画素を対象として受光の重心位置をそれぞれ算出し、これを前記集光中心の位置とすることを特徴とする請求項１に記載の角度測定装置。