JP5922458B2 - 変位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象を光で走査し、測定対象で反射された光を受光して得られる信号から、測定対象の変位を三角測量により測定する変位測定装置に関する。

変位測定装置は、被測定物に測定光を照射し、受光素子の受光状態に基づき被測定物の測定面の変位量を測定することができる。この変位測定装置は、例えば三角測量の原理で被測定物の測定面にレーザー光を照射し、センサの受光面上で検出された反射光の受光位置に基づき被測定物の測定面の変位量を測定する。

変位測定装置のセンサとして、複数の受光素子が配列されたエリアセンサを用いる場合がある。このようなエリアセンサは、受光素子数（厳密には、単位面積当たりの受光素子数）が多くなると、受光面上で反射光の受光位置を特定するための分解能が向上し、被測定物の変位をより細かい単位で測定することが可能となる。即ち、エリアセンサの受光素子数は、その変位測定装置に求められる測定の精度により決定される。

一方で、エリアセンサの受光素子数が多くなると、これに比例して、エリアセンサから出力されるデータ量も大きくなる。そのため、これらのデータの読み出しに時間がかかり、変位の測定に係るフレームレート（サンプリング速度）が低下するという問題がある。

また、変位測定装置は、各受光素子からのデータに対して解析処理を施すことで、反射光の受光位置を特定する。そのため、データ量が多くなると、これらの処理に要する時間も長くなり、これによって、変位の測定に係るフレームレートが低下する場合がある。

特開２００３−１９４５１４号公報 特開平１１−２３７２０８号公報

この発明は、変位の測定に係る分解能を低下させることなく、変位の測定に係るフレームレートを向上させることが可能な変位測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被測定物（５００）の表面に対して光を照射する光源（１０１）と、複数の受光素子が配列されて形成され、前記表面で反射された前記光を当該受光素子で受光し、その強さを示す測定値を出力するエリアセンサ（１０２）と、を有し、前記表面に沿って走査方向に所定の周期のタイミングで移動して測定位置を変えるたびに三角測量するセンサ部（１０）と、前記タイミングごとに前記周期内で、前記受光素子に露出させるとともに、前記エリアセンサ内の所定の領域に含まれる前記受光素子から前記測定値を読み出して出力する読み出し手段（１１）と、前記読み出し手段の出力を受けて、前記読み出し手段が読み出したタイミングの後に、前記領域内で前記測定値がピークとなる位置を前記受光位置として特定し、当該受光位置に基づき、前記変位を算出する変位演算部（１２）と、前記変位演算部で求められた前記受光位置を含み、前記周期内で読み出し可能な受光範囲を、前記エリアセンサ内の新たな領域として前記読み出し手段に通知する範囲特定部（１３）と、を備え、前記読み出し手段は、前記通知を受けて、前記所定の領域を前記新たな領域に更新することを特徴とする変位測定装置である。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変位測定装置であって、前記範囲特定部は、前記受光位置を中心とする前記受光範囲を前記新たな領域として特定することを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の変位測定装置であって、前記測定値に基づき、前記測定値が所定の範囲に入るように第１のゲインを算出するゲイン算出部（１４）と、算出された前記第１のゲインに基づき、前記受光素子の露出時間を算出し、算出した前記周期を基に予め決められた最大露出時間の範囲内である否かを判断する取得条件算出部（１５）と、を備え、さらに、前記読み出し手段は、算出された前記露出時間が、前記最大露出時間の範囲内である場合に当該露出時間に基づき、前記新たな領域に更新するタイミングで前記受光素子の露出を制御する露出制御部（１１２）を備えたことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の変位測定装置であって、さらに、前記受光素子の出力を増幅する増幅器（１０３）を有し、前記取得条件算出部は、前記算出された露出時間が前記最大露出時間を超える場合、前記受光素子に対して前記最大露出時間内の露出時間を前記露出制御部を介して制御するとともに、前記増幅器の第２のゲインを制御することを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の変位測定装置であって、前記取得条件算出部は、前記算出された露出時間が、前記最大露出時間を超える場合、前記受光素子に対して前記最大露出時間内の露出時間を前記露出制御部を介して制御するとともに、前記光源の光の強さを制御する取得条件算出部（１５）と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の変位測定装置であって、さらに、前記受光素子の出力を増幅する増幅器（１０３）を有し、前記取得条件算出部は、前記算出された露出時間が、前記最大露出時間を超える場合、前記受光素子に対して前記最大露出時間内の露出時間を前記露出制御部を介して制御するとともに、前記増幅器の第２のゲインおよび前記光源の光の強さを制御することを特徴とする。

本発明に係る変位測定装置は、測定値のピーク位置に基づき、受光素子から測定値を読み出す領域を特定する。このような構成とすることで、汎用的に利用するために受光素子数が多いエリアセンサを用いた場合においても、その測定対象に対応した受光素子の範囲を利用することが可能となる。つまり、全ての受光素子から測定値を読み出す必要がなくなる。これにより、エリアセンサの受光素子数を減らすことなく、処理するデータの総量を低減し、フレームレートを向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る変位測定装置の構成を示したブロック図である。 変位測定装置による変位測定の方法について説明するための図である。 ピーク位置特定部の動作について説明するための図である。 本発明に係る変位測定装置の処理タイミングについて説明するための図である。 範囲特定部の動作について説明するための図である。 範囲特定部の動作について説明するための図である。 範囲特定部の動作について説明するための図である。 帯状ビームを用いた場合の、受光範囲と受光位置とを示した一例である。 本発明に係る変位測定装置のゲイン制御に係る動作について説明するための模式図である。 本発明の変形例に係る変位測定装置の構成を示したブロック図である。 ビット制御部の動作について説明するための図である。 ビット制御部の動作について説明するための図である。 ビット制御部の動作について説明するための図である。

本発明に係る変位測定装置１について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、変位測定装置１は、センサ部１０と、読み出し手段１１と、変位演算部１２と、範囲特定部１３と、ゲイン算出部１４と、取得条件算出部１５と、フレーム制御部１６とを含んで構成される。

（センサ部１０）
センサ部１０は、光源１０１と、エリアセンサ１０２と、増幅器１０３と、Ａ／Ｄ変換器１０４を含んで構成されている。光源１０１は、被測定物５００の表面に対して光を照射し、この表面上を走査する。被測定物５００の表面で反射した光は、エリアセンサ１０２で検知される。エリアセンサ１０２は、光源１０１に対して三角測量が可能な相対的に固定された位置に配置され、複数の受光素子が配列されて形成されている。これらの受光素子は、表面で反射した光を受けて、この光を光電変換し、受光素子が受光した光の強さを示すアナログの信号を出力する。なお、光源１０１から照射される光の強さは、後述する取得条件算出部１５により決定される。

エリアセンサ１０２を構成する各受光素子の後段には増幅器１０３が設けられており、各受光素子で光電変換されて出力された信号は、増幅器１０３に入力される。増幅器１０３は、光電変換されて受光素子から出力されるアナログの信号を、あらかじめ決められたゲインで増幅し、増幅後の信号をＡ／Ｄ変換器１０４に出力する。Ａ／Ｄ変換器１０４は、受けたアナログの信号をデジタル信号に変換する。なお、このゲインは、後述する取得条件算出部１５により決定される。また、このデジタル信号が示す値が、受光素子が受光した光の強さを示す測定値に相当する。

このデジタル信号は、後述する読み出し手段１１により、所定のタイミングごとに（所定のフレームレートで）読み出される。このセンサ部１０による変位の測定に係るフレームレートは、後述するフレーム制御部１６により制御される。以降では、このセンサ部１０による変位の測定のフレームレート（即ち、サンプリング速度）を示す情報を「フレーム情報」と呼ぶ場合がある。なお、読み出し手段１１によりデジタル信号が読み出されると、センサ部１０は、次の信号の取得（即ち、変位の測定）を開始する。このような構成とすることで、読み出し手段１１により読み出された信号に基づく処理と、センサ部１０による次の変位の測定とを並行して動作させることが可能となる。

ここで、図２を参照しながら、変位測定装置１による変位の測定方法について具体的に説明する。図２は、被測定物５００の所望の測定位置での、変位測定装置１による変位測定の方法について説明するための図である。変位測定装置１は、被測定物５００の表面上の凹凸や被測定物５００の反り等による高さの変位を三角測量により測定する。即ち、被測定物５００に向けて光を照射し、その反射光が測定された位置のずれにより測定位置における変位を測定する。図２の例では、このような凹凸により表面の位置が変化する方向（鉛直方向）をｚ方向として表している。また、被測定物５００の表面で反射した反射光は、それぞれエリアセンサ１０２中の異なる位置で受光される。この反射光の受光位置は、表面の位置がｚ軸上に沿って変位した際に、所定の方向に沿ってずれる。以降では、この方向をｘ方向とする。

図２に示すように、例えば、被測定物５００の表面の高さがｚ１１で示された位置の場合には、光源１０１からの光は、エリアセンサ１０２中のｘ１１で示された位置で受光される。これに対し、凸部のように、被測定物５００の表面の高さがｚ１２に示す位置となった場合（＋ｚ方向にずれた場合）、光源１０１からの光は、エリアセンサ１０２中のｘ１２で示された位置にずれる（＋ｘ方向にずれる）。また、凹部のように、被測定物５００の表面の高さがｚ１３に示す位置となった場合（−ｚ方向にずれた場合）、光源１０１からの光は、エリアセンサ１０２中のｘ１３で示された位置にずれる（−ｘ方向にずれる）。即ち、エリアセンサ１０２中の受光位置に基づき、被測定物５００の表面の高さや、その変位を測定することが可能となる。

なお、変位測定装置１による変位の測定分解能は、エリアセンサ１０２の受光素子数（厳密には、単位面積当たりの受光素子数）に依存する。即ち、受光素子数が多くなるほど、エリアセンサ１０２中での反射光の受光位置を特定するための分解能が向上し、被測定物５００の変位をより細かい単位で測定することが可能となる。一方で、エリアセンサ１０２の受光素子数が多くなると、これに比例して、エリアセンサ１０２から出力されるデータ量も大きくなる。そのため、これらのデータの読み出しに時間がかかり、変位の測定に係るフレームレート（サンプリング速度）が低下するという問題がある。そこで、本発明に係る変位測定装置１は、受光位置に基づきエリアセンサ１０２中の所定の領域の受光素子のみからデータを読み出すことで、この読み出しに係る時間を制限し、変位の測定に係るフレームレートを向上させる。なお、この動作の詳細については、範囲特定部１３の動作とあわせて後述する。

センサ部１０は、駆動部（図示しない）により、被測定物５００に対して相対的に平行移動可能に構成されている。変位測定装置１は、センサ部１０を被測定物５００の表面に対して平行に移動させて、移動された位置の変位を測定する。この測定に係る動作が「走査」に相当し、この移動された位置が、測定位置に相当する。移動後にセンサ部１０は、エリアセンサ１０２のシャッターを切って撮影する。撮影されたデータは後述する読み出し手段１１に読み出され変位が測定される。なお、撮影後にセンサ部１０は、次の位置へ移動し、次の撮影を行う。この繰り返しは、一定のタイミングごとに（即ち、所定の周期で）行われる。以降では、この周期をフレームレートと呼ぶ場合がある。上記で説明したように、このフレームレートには、少なくとも、エリアセンサ１０２がシャッターを開く時間（露光時間）と、エリアセンサ１０２により撮影されたデータの読み出し時間が含まれる。また、フレームレートは、センサ部１０が測定位置間を移動する時間（走査時間）にも関係し、双方が同じか、または、走査時間がフレームレートよりも短くなる。

（フレーム制御部１６）
フレーム制御部１６は、指示を受けて、センサ部１０をその駆動部を介して、所定のタイミングごとに（所定周期で）所定の速度で走査させるとともに、フレームレートを示すフレーム情報を、センサ部１０、読み出し手段１１、範囲特定部１３、及び取得条件算出部１５に出力する。これにより、センサ部１０、読み出し手段１１、範囲特定部１３、及び取得条件算出部１５が、このフレームレートに基づき動作することが可能となる。なお、読み出し手段１１、範囲特定部１３、及び取得条件算出部１５については後述する。

（読み出し手段１１）
読み出し手段１１は、範囲制御部１１１と、露出制御部１１２とを含んで構成されている。読み出し手段１１は、フレーム制御部１６からフレーム情報をあらかじめ受ける。読み出し手段１１は、このフレーム情報に基づき、エリアセンサ１０２中の所定の範囲に含まれる受光素子から出力され、その出力の大きさ（レベル）がＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を所定のタイミングごとに（所定のフレームレートで）選択的に読み出す。

範囲制御部１１１は、エリアセンサ１０２中の所定の範囲、即ち、いずれの受光素子から信号を読み出すかを制御する。この範囲は、エリアセンサ１０２中において測定値がピークとなるピーク位置（即ち、受光位置）に基づき、後述する範囲特定部１３により決定される。範囲特定部１３の詳細については後述する。

露出制御部１１２は、取得条件算出部１５から露光時間を示す情報をあらかじめ受ける。露出制御部１１２は、この情報に基づきエリアセンサ１０２の露出（即ち、露光時間）を制御する。１回の測定（１フレーム）における露光時間が長くなるほど、受光素子が受ける光の光量は多くなり、これに比例して測定値は高くなる。なお、露光時間は、１フレームの時間よりも短いことは言うまでもない。

読み出し手段１１は、所定の範囲に含まれる受光素子それぞれから読み出されたデジタル信号を変位演算部１２に出力する。

（変位演算部１２）
変位演算部１２は、ピーク位置特定部１２２と、出力特定部１２１とを含んで構成されている。変位演算部１２は、所定の範囲に含まれる受光素子それぞれから出力されたデジタル信号を、読み出し手段１１から所定のタイミングごとに（所定のフレームレートで）受ける。変位演算部１２は、これらのデジタル信号を出力特定部１２１に出力し、各信号の出力レベルを測定させる。

出力特定部１２１は、所定の範囲に含まれる受光素子それぞれから出力されたデジタル信号を変位演算部１２から受ける。出力特定部１２１は、受光素子ごとに測定されたデジタル信号、即ち、出力レベルをピーク位置特定部１２２に出力する。また、出力特定部１２１は、各受光素子の出力レベルを比較し、最大出力レベルを特定する。出力特定部１２１は、特定された最大出力レベルを示す情報をゲイン算出部１４に出力する。

ピーク位置特定部１２２は、受光素子ごとに測定された出力レベルを出力特定部１２１から受ける。ここで、図３を参照する。図３は、ピーク位置特定部１２２の動作について説明するための図である。図３の横軸は、図２におけるｘ方向を示しており、ｘ１〜ｘ７は、ｘ方向に沿って、この順番で並べられた各受光素子を示している。また、図３の縦軸は出力レベルを示している。例えば、Ｅ４は、受光素子ｘ４から出力された出力レベルを示している。まず、ピーク位置特定部１２２は、最大出力レベルを示す受光素子の位置をピーク位置ｘｐ２として特定する。図３の例では、受光素子ｘ４が、これに該当する。ピーク位置特定部１２２は、特定されたピーク位置ｘｐ２を示す情報を範囲特定部１３に出力する。なお、この受光素子の位置は、出力特定部１２１が特定し、ピーク位置特定部１２２は、これを出力特定部１２１から受けるように動作させてもよい。この場合には、出力特定部１２１は、最大出力レベルを特定したときに、その最大出力レベルを示した受光素子の位置をピーク位置特定部１２２に通知すればよい。また、出力特定部１２１が、特定されたピーク位置ｘｐ２を示す情報を範囲特定部１３に出力してもよい。

また、各受光素子（ｘ１〜ｘ７）の出力レベルは、離散値を示している。そのため、ピーク位置ｘｐ２が、必ずしも出力レベルが最大となる位置を示しているとは限らない。即ち、図３に示すように、出力レベルが最大となる位置が、受光素子の位置とずれている場合がある。そこで、ピーク位置特定部１２２は、これら複数の受光素子の出力レベルを基に、例えば、最小２乗法により近似曲線Ｇ１１を算出する。ピーク位置特定部１２２は、この近似曲線Ｇ１１に沿って微分し、その微分値の変化により出力がピーク（図３におけるＥｐ）となるｘ方向に沿ったピーク位置ｘｐ１を特定する。このように近似曲線Ｇ１１を算出し、これに基づきピーク位置ｘｐ１を特定することで、エリアセンサ１０２を構成する受光素子間の間隔よりも狭い分解能でピーク位置ｘｐ１を特定することが可能となる。また、この測定されたピーク位置ｘｐ１は、変位の測定値として変位測定装置１の外部にも出力される。このようにして、所定のタイミングごとに（所定のフレームレートで）被測定物５００の変位、即ち、表面の高さの変位が測定され、変位測定装置１の外部に測定値として出力される。

なお、ピーク位置ｘｐ１の特定に際し、受光素子間の間隔よりも狭い分解能を求めない場合には、ピーク位置ｘｐ２（即ち、最大出力レベルに対応する受光素子の位置）をピーク位置ｘｐ１としてもよい。また、上記では、ピーク位置特定部１２２は、ピーク位置ｘｐ２示す情報を範囲特定部１３に出力していたが、より細かい分解能での制御が要求される場合には、ピーク位置ｘｐ２に替えてピーク位置ｘｐ１を示す情報を出力してもよい。

なお、ピーク位置特定部１２２は、一時的な記憶領域を設け、前回の（直前のフレーム）測定値を記憶するように構成してもよい。このように構成することで、ピーク位置特定部１２２は、例えば、今回測定されたピーク位置ｘｐ１と、前回測定されたピーク位置ｘｐ１との差分を算出し、この変位量を変位測定装置１の外部にも出力することが可能となる。

（受光範囲特定の概要）
ここで、エリアセンサ１０２中において、読み出し手段１１がデジタル信号を読み出す受光素子の範囲、即ち、受光範囲の特定方法と、その範囲の制御の概要について説明する。

被測定物５００の変位（具体的には、被測定物５００の表面高さの変化）の態様は、局所的な凹凸による変化と、被測定物５００全体（例えば、プリント基板）の歪や反りによる、前述した凹凸による変化よりも緩やかな変化があげられる。そして、局所的な凹凸による高さの変化に対する許容範囲と、それに加え、被測定物５００全体（例えば、プリント基板）の歪や反りによる変化に対する許容範囲とがあらかじめ決定されている。なお、以降では、この局所的な凹凸による高さの変化に対する許容範囲を、「局所許容範囲」と呼び、被測定物５００全体（例えば、プリント基板）の歪や反りによる変化に対する許容範囲を、「全体許容範囲」と呼ぶ場合がある。なお、この許容範囲は、設計上に予想される範囲、あるいは、期待される期待値の範囲のいずれであってもよい。

本発明に係る変位測定装置１は、変位の測定時には、エリアセンサ１０２中の受光素子が使用される範囲（以降では、「受光範囲」と呼ぶ場合がある）を、局所許容範囲または全体許容範囲に基づいて決定することができる。局所許容範囲に基づいて受光範囲が決定された場合には、被測定物５００全体の歪や反りによる変化にあわせて、この範囲を追随させる。なお、全体許容範囲に基づいて受光範囲が決定された場合には、この範囲外の受光素子が使用されることは無いため、受光範囲の追随を行う必要はない。

一方で、変位測定装置１による変位の測定のフレームレートは、エリアセンサ１０２の露光時間と、エリアセンサ１０２により撮影されたデータの読み出し時間に依存する。以降では、これらの時間をまとめて、「データ取得時間」と呼ぶ場合がある。前述したように、フレームレートには、少なくとも、データ取得時間、即ち、エリアセンサ１０２の露光時間と、エリアセンサ１０２により撮影されたデータの読み出し時間が含まれる。そのため、１フレームの長さを、このデータ取得時間以下に短くすることは困難である。このデータ取得時間は、デジタル信号を読み出す受光素子の数に依存するため、この数が多いほど長くなり、フレームレートも遅くなる。即ち、フレームレートに依存して、受光範囲が制限される場合がある。なお、フレームレートは、少なくとも、局所許容範囲に基づく受光範囲に含まれる受光素子からデジタル信号を読み出す時間よりも長く設定する必要がある。

そこで、本発明に係る変位測定装置１は、測定全体の許容範囲に基づく受光範囲と、局所的な許容範囲に基づく受光範囲との間で、フレームレートに基づき受光範囲のｘ方向に沿った幅ｗ（即ち、受光範囲の広さ）決定する。そして、変位測定装置１は、フレームごとにピーク位置ｘｐ２（即ち、受光位置）を特定し、これを含むように幅ｗの受光範囲の位置を各フレームで変化させる。即ち、ピーク位置ｘｐ２に、幅ｗを有する受光範囲を追随させ、この受光範囲に含まれる受光素子からのデジタル信号のみを読み出し処理の対象とする。このように動作させることで、本発明に係る変位測定装置１は、１フレームで使用される受光素子の数を低減してデータ取得時間を短くし、フレームレートを向上させる。なお、測定全体の許容範囲に基づく受光範囲が、所望のフレームレートを満たす場合には、受光範囲をピーク位置ｘｐ２に追随させる必要が無いことは言うまでも無い。このような場合には、フレームごとに受光範囲の位置を変化させる必要は無い。

ここで、図４を参照しながら、デジタル信号の読み出しに係る時間とフレームレートとの関係について詳しく説明する。図４は、変位測定装置１の処理タイミングについて説明するための図である。図４におけるＴ１１〜Ｔ１５それぞれは、変位測定装置１による変位の測定に係る一連の処理のフレームを示している。また、Ｔ１１１、Ｔ１２１、・・・、及びＴ１５１は、変位の測定を行うための取得条件を各部に設定するための時間を示している。この取得条件には、例えば、光源１０１から照射される光の強さ、増幅器１０３に設定するゲイン、及び、エリアセンサ１０２の露出時間が含まれる。また、Ｔ１１２、Ｔ１２２、・・・、及びＴ１５２は、データ取得時間を示しており、Ｔ１１３、Ｔ１２３、・・・、及びＴ１５３は、少なくとも出力特定部１２１による最大出力レベルの特定と、ピーク位置特定部１２２によるピーク位置ｘｐ２の特定に係る処理の時間を含む演算時間を示している。なお、これらの処理以降の、変位演算部１２による演算処理については、この演算時間中に処理してもよいし、この演算時間以降で処理してもよい。

図４に示すように、フレームＴ１１において、Ｔ１１１で取得条件が設定され、この取得条件に基づき、Ｔ１１２のタイミングで変位が測定されてデジタル信号が取得される。このデジタル信号は、Ｔ１１３のタイミング、即ち、フレームＴ１２で処理される。このように、１フレームの長さは、条件設定に係るＴ１１１の長さと、データ取得に係るＴ１１２の長さに依存する。このデータ取得に係るＴ１１２の長さは、上述したように、デジタル信号を読み出す受光素子の数に依存する。

なお、フレームＴ１２の開始にあわせて、Ｔ１２１及びＴ１２２で示された次の変位測定が開始される。即ち、Ｔ１１３で示された演算と、Ｔ１２１及びＴ１２２で示された次の変位測定とが、フレームＴ１２において並行して処理される。

（範囲特定部１３）
次に、受光範囲の特定に係る範囲特定部１３の動作について説明する。範囲特定部１３は、フレーム制御部１６からフレーム情報をあらかじめ受ける。範囲特定部１３は、フレーム情報を受けると、このフレーム情報に基づきデータ取得時間を決定する。具体的には、図４に示すように、例えば、フレーム情報に基づき１フレームの長さＴ１１を特定し、これから条件設定に係る時間Ｔ１１１を減算することで、データ取得時間Ｔ１１２を特定する。なお、条件設定に係る時間Ｔ１１１については、実験等によりあらかじめ測定しておけばよい。なお、データ取得時間Ｔ１１２は、フレーム情報が更新されない限り一定である。即ち、データ取得時間Ｔ１１２＝Ｔ１２２＝・・・＝Ｔ１５２となる。

データ取得時間Ｔ１１２を特定すると、範囲特定部１３は、このデータ取得時間Ｔ１１２を基に、受光範囲の幅ｗを特定する。なお、データ取得時間Ｔ１１２と受光範囲の幅ｗとの間の関係については、センサ部１０及び読み出し手段１１を構成する素子の性能や、事前の実験等により特定し、これを示す情報を範囲特定部１３に記憶させておけばよい。このような構成とすることで、受光範囲を制限してデジタルデータの読み出しに係る処理負荷を低減し、所望のフレームレートを実現することが可能となる。

なお、上記に加えて、範囲特定部１３は、測定全体の許容範囲の指定をあらかじめ受けて、この許容範囲に基づく受光範囲をあらかじめ算出し記憶しておいてもよい。このような場合には、範囲特定部１３は、データ取得時間Ｔ１１２を基に幅ｗを算出した後に、これを、測定全体の許容範囲に基づく受光範囲の幅と比較し、狭い方を幅ｗとして特定してもよい。

また、上記に加えて、範囲特定部１３は、局所的な許容範囲の指定をあらかじめ受けて、この許容範囲に基づく受光範囲をあらかじめ算出し記憶しておいてもよい。このような場合には、範囲特定部１３は、データ取得時間Ｔ１１２に基づく幅ｗと、局所的な許容範囲に基づく受光範囲の幅と比較し、データ取得時間Ｔ１１２に基づく幅ｗが狭い場合には、エラーを通知するように動作させてもよい。

なお、上記では、あらかじめ決められたフレームレートに基づき受光範囲の幅ｗを決定する例について説明したが、受光範囲（即ち、局所許容範囲）の幅ｗを決めて、これに基づきフレームレートを決定してもよい。その場合には、範囲特定部１３は、局所的な凹凸の許容範囲を示す情報をあらかじめ受ける。範囲特定部１３は、この情報に基づき受光範囲（即ち、局所許容範囲）を特定する。範囲特定部１３は、特定された受光範囲を示す情報をフレーム制御部１６に出力する。フレーム制御部１６は、この受光範囲を示す情報を基に、フレームレートを算出すればよい。なお、フレームレートの算出処理は、フレーム制御部１６に替えて、範囲特定部１３が行ってもよい。このような構成とすることで、局所的な凹凸の許容範囲を満たしたうえで、デジタル信号の読み出し時間の処理負荷を低減し、フレームレートを向上させることが可能となる。

また、データ取得時間Ｔ１１２で取得されたデジタル信号は、時間Ｔ１１３で示されたタイミングで変位演算部１２により処理される。範囲特定部１３は、この処理結果として特定されたピーク位置ｘｐ２を示す情報を、フレームＴ１３の開始前にピーク位置特定部１２２から受ける。同様にして、時間Ｔ１２３で示されたタイミングで変位演算部１２により処理され、この処理結果として特定されたピーク位置ｘｐ２を示す情報を、範囲特定部１３は、フレームＴ１４の開始前にピーク位置特定部１２２から受ける。このように、範囲特定部１３は、各フレームの開始直前に、直前のフレームで特定されたピーク位置ｘｐ２を示す情報をピーク位置特定部１２２から受ける。

ピーク位置ｘｐ２を示す情報を受けると、範囲特定部１３は、エリアセンサ１０２中において、このピーク位置ｘｐ２を含み、ｘ方向に幅ｗの広さの領域を受光範囲として特定する。この受光範囲の具体的な特定方法について、図２及び図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、この特定された受光範囲の一例を示している。なお、図５Ａ〜図５Ｃは、局所許容範囲に基づき受光範囲を特定した場合、即ち、ピーク位置ｘｐ２に受光範囲を追随させる場合を示している。

例えば、図５Ａは、図２において、被測定物５００の表面がｚ１１の位置にある場合を示している。この場合には、光源１０１からの光はエリアセンサ１０２中の位置ｘ１１で受光される。即ち、ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１１となる。このとき、範囲特定部１３は、図５Ａに示すように、ｘ１１の位置を含みｘ方向に幅ｗを有する受光範囲１０２ａを特定する。

また、図５Ｂは、図２において、被測定物５００の表面がｚ１２の位置にある場合を示している。この場合には、光源１０１からの光はエリアセンサ１０２中の位置ｘ１２で受光される。即ち、ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１２となる。このとき、範囲特定部１３は、図５Ａに示すように、ｘ１２の位置を含みｘ方向に幅ｗを有する受光範囲１０２ｂを特定する。

また、図５Ｃは、図２において、被測定物５００の表面がｚ１３の位置にある場合を示している。この場合には、光源１０１からの光はエリアセンサ１０２中の位置ｘ１３で受光される。即ち、ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１３となる。このとき、範囲特定部１３は、図５Ａに示すように、ｘ１３の位置を含みｘ方向に幅ｗを有する受光範囲１０２ｃを特定する。

なお、範囲特定部１３は、例えば、ピーク位置ｘｐ２を中心にしてｘ方向に幅ｗを有する領域を受光範囲として特定すればよい。また、ピーク位置ｘｐ２のｘ方向に沿った位置に応じて、この受光範囲の、ピーク位置ｘｐ２を基準としたｘ方向の幅の比率を変更してもよい。例えば、図５Ｂに示すように、ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１２が＋ｘ側に位置する場合には、ピーク位置ｘｐ２がこれ以上＋ｘ側に移動すると測定全体の許容範囲を超える可能性がある。そのため、この許容範囲を超えないことを前提として、−ｘ側の幅を広くするとよい。同様にして、図５Ｃに示すように、ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１３が−ｘ側に位置する場合には、＋ｘ側の幅を広くするとよい。

また、直前のピーク位置ｘｐ２との関係に応じて、この受光範囲の、ピーク位置ｘｐ２を基準としたｘ方向の幅の比率を変更してもよい。例えば、図５Ａに示した状態（ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１１）から、図５Ｂに示した状態（ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１２）に遷移した場合には、さらに＋ｘ方向にピーク位置ｘｐ２が移動する可能性がある。そのため、ピーク位置ｘｐ２を基準として＋ｘ側の幅を広く取ってもよい。同様に、図５Ａに示した状態（ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１１）から、図５Ｃに示した状態（ピーク位置ｘｐ２＝ｘ１３）に遷移した場合には、ピーク位置ｘｐ２を基準として−ｘ側の幅を広く取ってもよい。

また、上記では、直前のフレームで特定されたピーク位置ｘｐ２を示す情報を基に、受光範囲（即ち、受光範囲１０２ｂａ〜１０２ｃ）を特定していたが、過去の複数フレームにおけるピーク位置ｘｐ２に基づき推定するようにしてもよい。このように動作させることで、ノイズ等の異常値が取得されたフレームが混在していたとしても、この異常値の影響を低減することが可能となる。

また、別の方法として、範囲特定部１３は、エリアセンサ１０２を、それぞれが幅ｗを有する複数の受光範囲にあらかじめ分割しておいてもよい。このような場合には、範囲特定部１３は、このあらかじめ分割された複数の受光範囲の中から、ピーク位置ｘｐ２が含まれる受光範囲を特定すればよい。

範囲特定部１３は、特定された受光範囲を示す情報を範囲制御部１１１に通知する。これを受けて、範囲制御部１１１は、次のデータ取得時（次のフレーム）に、この範囲に含まれる受光素子からのデジタル信号を読み出すように読み出し手段１１を制御する。

なお、上記では、変位演算部１２は、所定の範囲中におけるピーク位置（即ち、ピーク位置ｘｐ１及びｘｐ２）を求めているが、エリアセンサ１０２中の絶対位置としてピーク位置を求めるように動作させてもよい。この場合には、変位演算部１２は、受光範囲に含まれる受光素子それぞれからのデジタル信号に加えて、その受光範囲を示す情報（位置及び広さを示す情報）を、読み出し手段１１または範囲特定部１３から受ける。変位演算部１２は、この受光範囲を示す情報を基に、エリアセンサ１０２における受光範囲の位置を特定し、この特定結果に基づき、エリアセンサ１０２中の絶対位置としてピーク位置を特定することが可能となる。

（ゲイン算出部１４）
被測定物５００は、例えば、プリント基板等が該当する。プリント基板の表面は、基板部分（ガラス基板）のように反射率の低い部分と、金属パターンのように反射率の高い部分とが存在する。エリアセンサ１０２に到達する光の強さは、この反射率の違いにより変化する。そのため、例えば、基板部分で反射した光のように、エリアセンサ１０２で受光した光が弱すぎる場合には、ピーク位置ｘｐ１及びｘｐ２を特定するために必要な分解能を得られない場合がある。そのため、本発明に係る変位測定装置１は、エリアセンサ１０２で受光され出力される信号のレベルを特定し、このレベルが常に一定の範囲に含まれるように、ゲインを算出して調整を行う。以降では、この信号のレベルの調整に係る動作について説明する。

ここで、図１を参照する。ゲイン算出部１４は、最大出力レベルを示す情報を出力特定部１２１から受ける。ゲイン算出部１４は、あらかじめ決められた出力レベルの範囲を記憶しており、受けた情報が示す最大出力レベルが、この範囲に含まれるか否かを判断する。最大出力レベルが、この範囲に含まれない場合には、ゲイン算出部１４は、以降の測定において、最大出力レベルがこの範囲に含まれるようにゲインを算出する。ゲイン算出部１４は、算出されたゲインを取得条件算出部１５に通知する。

なお、上記では、直前のフレームで特定された最大出力レベルを示す情報を基に、ゲインを算出していたが、過去の複数フレームにおける最大出力レベルに基づき推定するようにしてもよい。このように動作させることで、ノイズ等の異常値が取得されたフレームが混在していたとしても、この異常値の影響を低減することが可能となる。

（取得条件算出部１５）
取得条件算出部１５は、フレーム制御部１６からフレーム情報をあらかじめ受ける。取得条件算出部１５は、このフレーム情報に基づき、エリアセンサ１０２の露出時間の最大値（以降では、「最大露出時間」と呼ぶ）を算出する。ここで、図４を参照する。図４に示すように、データ取得の時間Ｔ１１２、Ｔ１２２、・・・、及びＴ１５２は、１フレームの周期（即ち、Ｔ１１〜Ｔ１５）と、条件設定に係る時間（即ち、Ｔ１１１、Ｔ１２１、・・・、及びＴ１５１）により決定され、この時間以上に露出時間を確保することは困難である。そのため、取得条件算出部１５は、データ取得の時間（Ｔ１１２、Ｔ１２２、・・・、及びＴ１５２）の範囲で最大露出時間を決定する（例えば、データ取得の時間を最大露出時間に基づき決定する）。

また、取得条件算出部１５は、フレームレートに同期した所定のタイミングごとに、ゲイン算出部１４からゲインが通知される。取得条件算出部１５は、センサ部１０から出力される信号のレベルが、このゲインに基づくレベルとなるように、エリアセンサ１０２の露出時間を算出する。なお、ゲインと露出時間との関係を示す情報は、実験等によりあらかじめ生成しておき、取得条件算出部１５に記憶させておく。

露出時間を算出すると、取得条件算出部１５は、これを最大露出時間と比較する。算出された露出時間が最大露出時間を超えない場合には、取得条件算出部１５は、この算出された露出時間を示す情報を露出制御部１１２に出力する。露出制御部１１２は、この情報に基づきエリアセンサ１０２の露出を制御する。これにより、センサ部１０から出力される信号のレベルが調整される。

算出された露出時間が最大露出時間を超える場合には、エリアセンサ１０２の露出の制御のみでは、通知されたゲインを実現することは困難である。そのため、取得条件算出部１５は、エリアセンサ１０２の露出に加え、増幅器１０３のゲインと、光源１０１の出力とを制御する。例えば、増幅器１０３のゲインを上げれば、センサ部１０から出力される信号のレベルは増幅し、このゲインを下げれば減衰する。また、光源１０１の出力を上げれば、これに比例してセンサ部１０から出力される信号のレベルは高くなり、出力を下げれば低くなる。このように、取得条件算出部１５は、センサ部１０からの信号の出力が、通知されたゲインに基づくレベルとなるように、エリアセンサ１０２の露出時間と、増幅器１０３のゲインと、光源１０１の出力とを算出する。取得条件算出部１５は、この算出されたゲインに基づき増幅器１０３の動作を制御する。また、取得条件算出部１５は、この算出された出力を示す情報に基づき、光源１０１の動作を制御する。なお、通知されたゲインと、エリアセンサ１０２の露出制御、増幅器１０３のゲイン制御、及び光源１０１の出力制御との関係を示す情報は、実験等によりあらかじめ生成しておき、取得条件算出部１５に記憶させておく。

なお、取得条件算出部１５は、センサ部１０からの信号の出力を調整する際に、エリアセンサ１０２の露出による制御と、増幅器１０３のゲインによる制御と、光源１０１の出力による制御とを適宜組み合わせてもよい。例えば、光源１０１の出力制御を行わずに、エリアセンサ１０２の露出制御と、増幅器１０３のゲイン制御とにより、センサ部１０からの信号の出力を調整してもよい。また、増幅器１０３のゲイン制御を行わずに、エリアセンサ１０２の露出制御と、光源１０１の出力制御とにより、センサ部１０からの信号の出力を調整してもよい。

（ゲイン制御）
次に、図６を参照しながら、変位測定装置１のゲイン制御の概要について説明する。図６は、変位測定装置１のゲイン制御に係る動作について説明するための模式図である。図６における、Ｔ２１〜Ｔ２５は、変位の測定に係る各フレームを示しており、Ｇ２０は、ゲイン算出部１４により算出されるゲインの時系列に沿った変化を示している。また、Ｇ２１〜Ｇ２５は、フレームＴ２１〜Ｔ２５のそれぞれにおける、各受光素子からの信号の出力レベルの近似曲線を示している。また、出力レベルＥ１１及びＥ１２は、ゲイン算出部１４があらかじめ記憶している出力レベルの範囲を示しており、出力レベルＥ１１がこの範囲の下限に対応し、出力レベルＥ１２がこの範囲の上限に対応している。

例えば、図６の例では、フレームＴ２１において、ゲインはＡ１２を示しており、このときの信号の出力レベルは、近似曲線Ｇ２１が示すように出力レベルＥ１２を上回っている。ゲイン算出部１４は、これを検知し、この出力が出力レベルＥ１１及びＥ１２で示される範囲に含まれるように、ゲインＡ１２よりも低いゲインＡ１１を算出し、これを取得条件算出部１５に通知する。取得条件算出部１５は、このゲインＡ１１の通知を受けた後のフレームＴ２２の開始時に、露出制御部１１２、増幅器１０３、及び光源１０１を制御する。これにより、フレームＴ２２における信号の出力レベルが、近似曲線Ｇ２２に示すように抑制される。

また、図６の例では、フレームＴ２３において、信号の出力レベルが、近似曲線Ｇ２３に示すように出力レベルＥ１１を下回る。ゲイン算出部１４は、これを検知し、この出力が出力レベルＥ１１及びＥ１２で示される範囲に含まれるように、ゲインＡ１２を算出し、これを取得条件算出部１５に通知する。取得条件算出部１５は、このゲインＡ１１の通知を受けた後のフレームＴ２４の開始時に、露出制御部１１２、増幅器１０３、及び光源１０１を制御する。これにより、フレームＴ２４における信号の出力レベルが、近似曲線Ｇ２４に示すように増幅される。

なお、図６の例では、説明を分かりやすくするために、センサ部１０からの信号の取得（即ち、データ取得）と、ゲイン算出部１４によるゲインの算出（即ち、演算）とが同じタイミングで処理されるものとして説明している。しかし、実際には、図４に示すように、これらの処理は異なるフレームで実行され、これに伴い、算出されたゲインが反映されるタイミングもずれることは言うまでもない。

なお、上記では出力特定部１２１は、受光素子それぞれから出力されたデジタル信号の出力レベルを比較し、そのうちの最大値（例えば、図３の出力レベルＥ４）を最大出力レベルとしていた。これに替えて、出力特定部１２１は、ピーク位置特定部１２２から近似曲線Ｇ１１を示す情報を受け、そのピーク位置ｘｐ２の出力（例えば、図３の出力レベルＥｐ）を最大出力レベルとしてもよい。このように動作させることで、最大出力レベルの算出に係る時間は増大するが、最大出力レベルの算出に係る分解能を向上させることが可能となる。

また、上記では、所定のタイミングごと（例えば、フレームごと）にゲインが変化するが、エリアセンサ１０２が実際に受けた反射光の光量を出力できるように構成してもよい。この場合には、変位演算部１２は、受光素子それぞれから読み出されたデジタル信号に加えて、そのデジタル信号が出力されたときのゲインを示す情報をゲイン算出部１４から受ける。このデジタル信号はゲイン制御後の信号となる。即ち、変位演算部１２は、特定された最大出力レベルを受けたゲインで除算することで、エリアセンサ１０２が実際に受けた反射光の光量を算出すればよい。このように、エリアセンサ１０２が実際に受けた反射光の光量を算出し出力することで、例えば、これに基づき反射率を算出して、被測定物５００の材質を特定することが可能となる。

また、読み出し手段１１は、センサ部１０の一部の構成として実装してもよい。例えば、エリアセンサ１０２を構成する受光素子のうち、所望の一部からのみ測定値を出力可能に構成したセンサのパッケージが、これに該当する。なお、動作については、上記のように、センサ部１０と読み出し手段１１とを別の構成とした場合と同様である。

また、読み出し手段１１を変位演算部１２の一部の構成として実装してもよい。この場合には、読み出し手段１１を含む変位演算部１２は、センサ部１０から受光素子ごとに出力されるデジタル信号のうち、所定の範囲に含まれる受光素子からのデジタル信号のみを、演算の対象として選別すればよい。このような構成とすることで、変位演算部１２による処理のフレームレート（即ち、処理速度）がセンサ部１０よりも遅い場合に、処理対象のデータ数を少なくすることで変位演算部１２の処理速度を向上させ、変位演算部１２による演算のボトルネックを解消することが可能となる。

なお、上記では、点状のビームを用いて変位の測定を行っていたが、これに替えて、帯状ビームを用いてもよい。図５Ｄは、帯状ビームを用いた場合の、受光範囲と受光位置とを示した一例である。図５Ｄにおいて、ｘ１４は、被測定物５００で反射した帯状ビームの受光位置を示しており、１０２ｄは、このときの受光範囲を示している。被測定物５００に凹凸がある場合には、例えば、ｘ１４１に示すように、その部分のｘ方向に沿った受光位置がずれる。これにより、所定の幅の領域を同時に走査しながら、被測定部５００上の凹凸を検知する。

このように、帯状ビームを用いる場合には、帯状ビームが受光された複数の受光素子、即ち、横方向（図５Ｄにおいてｘ方向に垂直な方向）に並んだ複数の受光素子からの出力を基に、最大出力レベルと、受光範囲を特定するためのピーク位置（即ち、ピーク位置ｘｐ１またはｘｐ２）とを求めればよい。例えば、最大出力レベルは、帯状ビームを受光した各受光素子からの出力のうちの最大値を用いればよい。

また、受光範囲を特定するためのピーク位置（即ち、ピーク位置ｘｐ１またはｘｐ２）については、帯状ビームを受光した各受光素子のｘ方向の位置に基づき平均値を算出し、これを基準とするピーク位置とすればよい。また、平均値に限らず、例えば、ｘ方向に沿った最大値（即ち、＋ｘ側の端部）と最小値（−ｘ側の端部）とを特定し、これらの中間点を受光範囲を特定するためのピーク位置としてもよい。

以上、本発明に係る変位測定装置１は、エリアセンサ１０２の一部の領域で示される受光範囲中に含まれる受光素子からの信号のみを読み出し、かつ、変位の測定に同期して、この受光範囲を受光位置（即ち、ピーク位置ｘｐ２）に追随させる。これにより、受光素子数が多いエリアセンサ１０２を用いた場合においても、全ての受光素子から信号を読み出す必要がなくなる。そのため、変位の測定に係る分解能を下げることなく、エリアセンサ１０２からの信号の読み出しに係る時間を短縮し、フレームレートを向上させることが可能となる。また、変位測定装置１は、フレームごとにセンサ部１０から出力される信号のレベルの変化を検知し、このレベルが所定の範囲に含まれるように、エリアセンサ１０２の露出を制御する。このとき、変位測定装置１は、露出時間が１フレームの周期を上回る場合には、露出制御とあわせて、増幅器１０３のゲインと光源１０１の出力とを制御する。これにより、フレームレートが高い場合においても、センサ部１０からの出力信号を一定のレベルに保ち、変位測定の精度の劣化を防止することが可能となる。

（変形例）
次に、変形例に係る変位測定装置１について説明する。変位演算部１２による演算の処理速度が、センサ部１０による変位測定の速度よりも遅い場合、変位演算部１２の演算がボトルネックとなり、フレームレートが制限される場合がる。そこで、変形例に係る変位測定装置１では、変位演算部１２による演算のビット数を、センサ部１０による変位の測定に係る処理のビット数よりも少なくすることで、演算の負荷を軽減し、演算の処理速度を向上させる。以降では、変形例に係る変位測定装置１の構成について図７を参照しながら、上記した実施形態と異なる部分に着目して説明する。図７は、変形例に係る変位測定装置１の構成を示したブロック図である。なお、以降では、センサ部１０の処理ビット数を１２ビット、変位演算部１２の処理ビット数を８ビットとして説明する。

図７に示すように、変形例に係る変位測定装置１では、読み出し手段１１と変位演算部１２との間にビット制御部１７が介在する。ビット制御部１７は、エリアセンサ１０２中の各受光素子から読み出された１２ビットのデジタル信号を受ける。ビット制御部１７は、各受光素子からの信号のレベルを比較し、最大出力レベルを特定する。ビット制御部１７は、この最大出力レベルに基づき、受けたデジタル信号を構成する１２ビットのデータのうち、いずれか８ビットのデータを演算対象のデータとして抽出する。このビット制御部１７の動作について、図８Ａ〜図８Ｃを参照しながら説明する。

図８Ａ〜図８Ｃは、ビット制御部１７の動作について説明するための図である。図８ＡにおけるＧ３１、図８ＢにおけるＧ３２、及び図８ＣにおけるＧ３３は、それぞれセンサ部１０から読み出された信号（具体的には、信号の近似曲線）を模擬的に示している。図８Ａは、センサ部１０からの信号Ｇ３１の出力レベルが、あらかじめ決められた出力レベルＥ３１を超える場合を示している。また、図８Ｂは、センサ部１０からの信号Ｇ３２の出力レベルが、あらかじめ決められた出力レベルＥ３２以上、出力レベルＥ３１以下の場合を示している。また、図８Ｃは、センサ部１０からの信号Ｇ３３の出力レベルが、あらかじめ決められた出力レベルＥ３２未満の場合を示している。また、図８Ａ〜図８ＣにおけるＤ１０は、センサ部１０からの信号のデータ（ビット列）を示しており、Ｒ１０は、このデータＤ１０全体の範囲を示している。

図８ＡのＧ３１に示すように、センサ部１０からの信号の最大出力レベルが、所定のレベルＥ３１を超える場合には、ビット制御部１７は、データＤ１０のうち、範囲Ｒ１１で示された上位８ビットの部分データを抽出する。

また、図８ＢのＧ３２に示すように、センサ部１０からの信号の最大出力レベルが、出力レベルＥ３２以上、出力レベルＥ３１以下の場合には、ビット制御部１７は、データＤ１０のうち、範囲Ｒ１２で示された中間の８ビットの部分データを抽出する。

また、図８ＣのＧ３３に示すように、センサ部１０からの信号の最大出力レベルが、出力レベルＥ３２未満の場合には、ビット制御部１７は、データＤ１０のうち、範囲Ｒ１３で示された下位８ビットの部分データを抽出する。

ビット制御部１７は、センサ部１０からの信号のデータＤ１０（１２ビット）から抽出された部分データ（８ビット）を変位演算部１２に出力する。

一般的に、１２ビットのデータを単純に８ビットのデータに変換した場合には、光量が低い場合（即ち、信号の出力レベルが低い場合）に、変位演算部１２による演算の分解能が劣化する。一方で、変形例に係る変位測定装置１では、センサ部１０からの信号の出力レベルに応じて、データＤ１０のうちで演算に使用するビットの範囲を切り替える。これにより、変位演算部１２による演算の分解能を維持しつつ処理負荷を低減する。即ち、変位測定に係る処理制度を維持しつつ、フレームレートを向上させることが可能となる。

なお、上記では、ビット制御部１７は、自身で最大出力レベルの測定を行っていたが、これに替えて、出力特定部１２１で測定された最大出力レベルを用いてもよい。また、上記では、ビット制御部１７と変位演算部１２とを別々の構成として説明していたが、ビット制御部１７を変位演算部１２の一部の構成として組み込んでもよい。

以上のように、変形例に係る変位測定装置１では、センサ部１０からの信号の出力レベルに応じて、データＤ１０のうちで演算に使用するビットの範囲を切り替える。これにより、変位演算部１２による演算の分解能を維持しつつ処理負荷を低減する。即ち、変位測定に係る処理制度を維持しつつ、フレームレートを向上させることが可能となる。

１ 変位測定装置
１０ センサ部
１０１ 光源
１０２ エリアセンサ
１０３ 増幅器
１０４ Ａ／Ｄ変換器
１１ 読み出し手段
１１１ 範囲制御部
１１２ 露出制御部
１２ 変位演算部
１２１ 出力特定部
１２２ ピーク位置特定部
１３ 範囲特定部
１４ ゲイン算出部
１５ 取得条件算出部
１６ フレーム制御部
１７ ビット制御部
５００ 被測定物

Claims (6)

1. 被測定物（５００）の表面に対して光を照射する光源（１０１）と、複数の受光素子が
   配列されて形成され、前記表面で反射された前記光を当該受光素子で受光し、その強さを
   示す測定値を出力するエリアセンサ（１０２）と、を有し、前記表面に沿って走査方向に所定の周期のタイミングで移動して測定位置を変えるたびに三角測量するセンサ部（１０）と、
   前記タイミングごとに前記周期内で、前記受光素子に露出させるとともに、前記エリアセンサ内の所定の領域に含まれる前記受光素子から前記測定値を読み出して出力する読み出し手段（１１）と、
   前記読み出し手段の出力を受けて、前記読み出し手段が読み出したタイミングの後に、前記領域内で前記測定値がピークとなる位置を前記受光位置として特定し、当該受光位置に基づき、前記変位を算出する変位演算部（１２）と、
   前記変位演算部で求められた前記受光位置を含み、前記周期内で読み出し可能な受光範囲を、前記エリアセンサ内の新たな領域として前記読み出し手段に通知する範囲特定部（１３）と、
   を備え、
   前記読み出し手段は、前記通知を受けて、前記所定の領域を前記新たな領域に更新する
   ことを特徴とする変位測定装置。
2. 前記範囲特定部は、前記受光位置を中心とする前記受光範囲を前記新たな領域として特定することを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
3. 前記測定値に基づき、前記測定値が所定の範囲に入るように第１のゲインを算出するゲイン算出部（１４）と、
   算出された前記第１のゲインに基づき、前記受光素子の露出時間を算出し、算出した前記周期を基に予め決められた最大露出時間の範囲内である否かを判断する取得条件算出部（１５）と、を備え、さらに、
   前記読み出し手段は、算出された前記露出時間が、前記最大露出時間の範囲内である場合に当該露出時間に基づき、前記新たな領域に更新するタイミングで前記受光素子の露出を制御する露出制御部（１１２）を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変位測定装置。
4. さらに、前記受光素子の出力を増幅する増幅器（１０３）を有し、
   前記取得条件算出部は、前記算出された露出時間が前記最大露出時間を超える場合、前記受光素子に対して前記最大露出時間内の露出時間を前記露出制御部を介して制御するとともに、前記増幅器の第２のゲインを制御することを特徴とする請求項３に記載の変位測定装置。
5. 前記取得条件算出部は、前記算出された露出時間が、前記最大露出時間を超える場合、前記受光素子に対して前記最大露出時間内の露出時間を前記露出制御部を介して制御するとともに、前記光源の光の強さを制御する取得条件算出部（１５）と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載の変位測定装置。
6. さらに、前記受光素子の出力を増幅する増幅器（１０３）を有し、
   前記取得条件算出部は、前記算出された露出時間が、前記最大露出時間を超える場合、前記受光素子に対して前記最大露出時間内の露出時間を前記露出制御部を介して制御するとともに、前記増幅器の第２のゲインおよび前記光源の光の強さを制御することを特徴とする請求項３に記載の変位測定装置。

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