JP7219056B2 - 変位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物の所定位置の変位を測定する変位測定装置に関する。

従来より、三角測距の原理を用いた三次元測定法として、帯状の測定光を測定対象物の表面に対して当該測定対象物を切断するように照射し、当該測定対象物の表面から反射した光を受光素子により受光して高さ情報を得る、いわゆる光切断法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の装置は、測定光を、静止状態の測定対象物に対して当該測定光の延びる方向と直交する方向に走査して測定対象物の三次元形状測定を行うように構成されている。

また、三次元測定法として、パターン投影法も知られている。パターン投影法の場合、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）のようなパターン投影光学系が測定装置に設けられている。

特開２０００－１９３４２８号公報

ところで、特許文献１の装置では、測定光を測定対象物の全体に走査して測定対象物の三次元形状測定を行うようにしているので、測定を開始して完了するまでに要する時間が長時間化する場合がある。

特許文献１の装置において測定時間を短くするためには測定光の走査範囲を狭めればよいのであるが、実際の測定対象物の測定現場では、測定対象物の位置や姿勢が一定であるとは限らず、変動することがある。仮に測定光の走査範囲を狭くしていると、測定対象物の位置や姿勢が変動した場合に、予め設定してある走査範囲内に測定対象物の測定位置が入らず、その結果、測定ができなかったり、測定に失敗してしまうという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象物の位置や姿勢が変動しても、測定対象物の所定位置の変位を短時間で測定できるようにすることにある。

上記目的を達成するために、第１の発明は、測定対象物の所定位置の変位を測定する変位測定装置において、測定光源と、該測定光源からの光が入射する投光レンズとを有し、第１方向に延びる帯状の測定光を測定対象物に照射するための投光部と、前記測定光を、前記第１方向と交差する第２方向に走査可能な走査部と、前記測定対象物から反射した前記測定光を受光し、変位測定用の受光量分布を出力するとともに、前記測定対象物から反射した光を受光し、画像生成（輝度測定）用の受光量分布を出力する２次元の受光素子からなる受光部と、前記画像生成（輝度測定）用の受光量分布に基づいて、前記測定対象物の輝度画像を生成する輝度画像生成部と、前記走査部による走査可能範囲内で変位の測定を行う測定位置の設定を受け付けるとともに、前記輝度画像生成部により生成された輝度画像上で、前記測定位置の補正を行う位置補正用の領域の設定を受け付ける設定部と、前記領域内の位置補正用情報を、前記設定部により設定される設定位置との相対位置情報とともに記憶する補正用情報記憶部と、前記変位測定装置の運転時に、前記輝度画像生成部により新たに生成された輝度画像上で、前記補正用情報記憶部に記憶された前記位置補正用情報を用いて前記測定対象物の位置及び姿勢を特定し、前記相対位置情報を用いて前記測定位置の補正を行う位置補正部と、前記位置補正部により補正された測定位置に前記測定光が照射されるように前記投光部及び前記走査部を制御する測定制御部と、前記位置補正部により補正された測定位置に照射された前記測定光が該測定位置から反射して前記受光部で受光されることによって該受光部から出力された前記変位測定用の受光量分布に基づいて、該測定位置の変位を測定する変位測定部とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、測定対象物から反射した光が受光部で受光され、該受光部から輝度測定用の受光量分布が出力されて輝度画像が生成される。生成された輝度画像上で、測定位置の補正を行う際に用いられる位置補正用の領域の設定が行われると、その設定された領域と、当該領域内の位置補正用情報とが、互いの相対位置情報とともに補正用情報記憶部に記憶されることになる。位置補正用情報は、例えば、画像そのものを示す輝度情報であってもよいし、測定対象物のエッジ情報（エッジの形状、エッジ長さ、エッジの数等）であってもよい。また、正規化相関を使って補正するための輝度情報であってもよい。

一方、変位測定装置の運転時には、輝度画像が輝度画像生成部により新たに生成されるが、この輝度画像に含まれる測定対象物の位置や姿勢は、都度、異なっている場合がある。この場合に、輝度画像生成部により新たに生成された輝度画像上で、位置補正用情報を用いて測定対象物の位置及び姿勢を特定し、相対位置情報を用いて測定位置の補正を行うことができる。その後、補正された測定位置に測定光が照射されるように、測定制御部が投光部及び走査部を制御することで、補正された測定位置に測定光の照射が可能になる。補正された測定位置に照射された測定光は該測定位置から反射して受光部で受光される。受光部から出力された変位測定用の受光量分布に基づいて、補正された測定位置の変位が測定される。測定位置の変位の測定原理は、従来から周知の三角測距の原理を用いることができる。

したがって、測定対象物の位置や姿勢が異なっていても測定対象物の所定位置の変位を測定することができる。

測定光を走査する部分は、測定対象物の複数箇所に設定することもできる。また、必要に応じて、測定光が測定対象物の全体を走査するように、投光部及び走査部を制御することもできる。

また、前記走査部は、例えばＭＥＭＳミラー、ガルバノミラー、ステッピングモーターで回動するミラー等で構成することができる。ＭＥＭＳとは、Micro Electro Mechanical Systemsのことであり、いわゆる微小電気機械システムである。

また、測定対象物から反射した測定光を受光し、変位測定用の受光量分布を出力する受光部と、測定対象物から反射した照明光を受光し、輝度測定用の受光量分布を出力する受光部とが別体で設けられていて、これら受光部によって本発明の受光部が構成されていてもよいし、測定対象物から反射した光を受光し、変位測定用の受光量分布を出力するとともに、測定対象物から反射した光を受光し、輝度測定用の受光量分布を出力する単一の受光部によって本発明の受光部が構成されていてもよい。また、前記設定部により設定される測定位置は、輝度画像上における１画素とは限らない。複数の画素から構成され、所定の面積（領域）を有する位置であってもよい。

第２の発明は、前記位置補正用情報は、前記輝度画像の一部であることを特徴とする。

この構成によれば、予め取得されている輝度画像そのものを用いて測定対象物の位置及び姿勢を特定することができる。測定対象物の位置及び姿勢を特定するために用いる画像は、テンプレート画像と呼ぶこともできる。

第３の発明は、前記位置補正用情報は、前記輝度画像のエッジ情報であることを特徴とする。

この構成によれば、予め取得されている輝度画像のエッジ情報を用いて測定対象物の位置及び姿勢を特定することができる。尚、輝度画像そのものは、補正用情報記憶部に記憶してもよいし、記憶しなくてもよい。

第４の発明は、前記輝度画像における前記測定対象物のエッジを抽出するエッジ抽出部を備え、前記位置補正用情報は、前記エッジ抽出部で抽出されたエッジに関するエッジ情報であることを特徴とする。

この構成によれば、測定対象物のエッジ情報を用いることで、測定対象物の位置及び姿勢を高速にかつ誤りが少ない状態で特定することができる。尚、輝度画像そのものは、補正用情報記憶部に記憶してもよいし、記憶しなくてもよい。エッジ情報は、直線成分が含まれていてもよく、直線成分を用いて測定対象物の位置及び姿勢を特定することができる。

第５の発明は、前記エッジ抽出部で抽出されたエッジを前記輝度画像に重畳表示する表示部を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、エッジ抽出部で抽出されたエッジを使用者が輝度画像上で見て確認することができる。

第６の発明は、前記設定部は、前記測定位置の変位測定を行う変位測定範囲の設定が可能に構成され、前記輝度画像上のＸ座標が前記第１方向の座標となり、前記輝度画像上のＹ座標が前記第２方向の座標となるように、該輝度画像を表示するように構成された表示部を備え、前記測定制御部は、前記位置補正部により補正された前記測定位置のＹ座標と、前記設定部により設定された変位測定範囲とに基づいて、前記位置補正部により補正された測定位置に前記測定光が照射されるように、前記投光部及び前記走査部を制御するように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、測定位置を補正することができるともに、変位測定範囲を設定することができるので、最大走査範囲の全体を走査する必要が無くなり、測定位置の変位を取得するのに要する時間が短くて済む。

第７の発明は、前記測定制御部は、さらに、前記位置補正部により補正された前記測定位置のＸ座標と、前記設定部により設定された変位測定範囲とに基づいて、前記投光部及び前記走査部を制御するように構成されていることを特徴とする。

第８の発明は、前記照明部により前記測定対象物に一様な照明光が照射されて前記輝度画像生成部により前記測定対象物の輝度画像が生成された後に、前記投光部により前記測定対象物に前記測定光が照射されて前記受光部が変位測定用の受光量分布を出力するように構成され、前記位置補正部が、前記輝度画像生成部により新たに生成された輝度画像上で、前記補正用情報記憶部に記憶された前記位置補正用情報を用いて前記測定対象物の位置及び姿勢を特定し、前記相対位置情報を用いて前記測定位置の補正をしてから、前記位置補正部により補正された位置に前記測定光が照射されるように、前記測定制御部が前記投光部及び前記走査部を制御するように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、まず、輝度画像が生成され、生成された輝度画像上で位置補正用情報を用いて測定対象物の位置及び姿勢を特定し、相対位置情報を用いて測定位置の補正を行うことができる。次いで、補正された位置に測定光が照射される。測定対象物から反射した測定光が受光部で受光された後、変位測定用の受光量分布が受光部から出力される。この受光量分布に基づいて、測定位置の変位を測定することができる。

第９の発明は、前記輝度画像生成部により生成された輝度画像を表示可能な表示部を備え、前記設定部は、前記表示部に表示された前記輝度画像上で、変位の測定を行う測定位置の設定を受け付けるとともに、前記測定位置の補正を行う位置補正用の領域の設定を受け付けるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、使用者は、表示部に表示された輝度画像を見ながら、測定位置の設定や位置補正用の領域の設定を行うことができるので、操作性が良好になる。

本発明によれば、変位測定装置の運転時に位置補正用情報を用いて測定対象物の位置及び姿勢を特定して測定位置の補正を行い、補正された測定位置に測定光を照射して測定位置の変位を測定することができるので、測定対象物の位置や姿勢が変動しても、測定対象物の所定位置の変位を短時間で測定できる。

本発明の実施形態に係る変位測定装置の運用時を示す概略説明図である。 センサヘッドを下方から見た斜視図である。 センサヘッドの側部カバーを取り外した状態を示しており、センサヘッドの内部構造の一部透過図である。 センサヘッドの側部カバーを取り外した側面図である。 センサヘッドの光学系の分解斜視図である。 偏光フィルタアタッチメントが取り付けられた状態の図２相当図である。 変位測定装置のブロック図である。 図８Ａはハーフミラーを用いて変位測定用の受光部と輝度測定用の受光部に分光する例を示し、図８Ｂは変位測定用の受光部と輝度測定用の受光部にそれぞれ光を入射させる例を示す。 図９Ａ及び図９Ｂは、変位測定装置による変位の測定原理を説明する模式図である。 輝度画像が表示されたユーザーインターフェースを示す図である。 高さツールで測定位置を設定した状態を示す図１０相当図である。 高さツールで変位測定範囲を設定した状態を示す図１０相当図である。 走査モード時に輝度画像上でエッジ抽出が行われた状態を示す図１０相当図である。 ラインモード時に高さプロファイル上でエッジ抽出が行われた状態を示す図１０相当図である。 測定ツール選択用インターフェースを示す図である。 測定領域の大きさが異なる測定ツールを選択する場合を説明する図１５相当図である。 測定光の走査範囲の変更について説明する図であり、図１７（Ａ）は第１の位置にある測定対象物を測定する際に測定光をＺ方向全域に走査する場合であり、図１７（Ｂ）は第１の位置にある測定対象物を測定する際に測定光をＺ方向の狭い範囲に走査する場合であり、図１７（Ｃ）は第２の位置にある測定対象物を測定する際に測定光をＺ方向全域に走査する場合であり、図１７（Ｄ）は第２の位置にある測定対象物を測定する際に測定光をＺ方向の狭い範囲に走査する場合である。 測定光を走査した場合を上方から見た図であり、図１８（Ａ）は測定対象物が第１の位置にある場合を示し、図１８（Ｂ）は測定対象物が第２の位置にある場合を示す。 高さツールのツールサイズを変更した場合を説明する図であり、図１９（Ａ）はツールサイズが大きい場合、図１９（Ｂ）はツールサイズが小さい場合を示す。 複数の測定位置が設定されている場合に走査順を説明する図である。 図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、測定用受光部の受光量分布を示す図である。 第１プログラムの内容を示す図である。 第２プログラムの内容を示す図である。 第３プログラムの内容を示す図である。 走査モード設定時のフローチャートである。 走査モード設定時に取得される輝度画像を示す図である。 走査モード設定時のマスター登録フローチャートである。 走査モード設定時のマスター登録に表示部に表示される画像を示す図である。 マスター高さデータ使用時のフローチャートである。 段差ツールを選択した場合に表示部に表示される画像を示す図である。 段差ツールの変位測定範囲を設定する場合に表示部に表示される画像を示す図である。 面積ツールを選択した場合に表示部に表示される画像を示す図である。 測定ツールの設定が完了した場合に表示部に表示される画像を示す図である。 走査モードの設定時における出力割り当て設定画面を示す図である。 走査モードの設定時における総合判定条件設定画面を示す図である。 ハレーション低減の処理手順を示すフローチャートである。 ピーク位置取得の処理手順を示すフローチャートである。 傾き補正を行う際の基準面設定画面を示す図である。 基準面設定後の画面を示す図である。 傾き補正後の画面を示す図である。 図４１（Ａ）、図４１（Ｂ）及び図４１（Ｃ）は、基準面方向に応じて測定光の照射ピッチを最適化する方法を説明する図である。 図４２（Ａ）及び図４２（Ｂ）は、基準面高さ補正の概要を説明する図である。 高さ面積ツールの設定画面を示す図である。 １回目の抽出箇所の指定を受け付けた状態を示す図である。 ２回目の抽出箇所の指定を受け付けた状態を示す図である。 高さ面積ツールの処理手順を示すフローチャートである。 走査モード運転時のフローチャートである。 粗サーチ及び精密測定処理の基本フローチャートである。 粗サーチ及び精密測定処理において複数のパターンを交互に実行する場合のフローチャートである。 粗サーチ及び精密測定処理において複数のパターンの粗サーチを先に実行する場合のフローチャートである。 粗サーチ及び精密測定処理において複数のパターンの粗サーチを同時に実行する場合のフローチャートである。 粗サーチ及び精密測定処理において粗サーチ中に測定対象物の高さ情報が得られたタイミングで精密測定に移行する場合のフローチャートである。 粗サーチ及び精密測定処理において粗サーチ及び精密測定の両方の結果から測定位置を特定する場合のフローチャートである。 ラインモード設定時のフローチャートである。 ラインモード設定時に輝度画像が表示されたユーザーインターフェースを示す図である。 高さツールで変位測定範囲を設定した状態を示す図５５相当図である。 段差ツールで変位測定範囲を設定した状態を示す図５５相当図である。 ラインモード設定時のマスター登録フローチャートである。 ラインモード運転時のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る変位測定装置１の運用時を模式的に示すものである。変位測定装置１は、測定対象物Ｗの所定位置の変位を測定することができる装置またはシステムであり、単に変位計と呼ぶこともできるし、測距計あるいは高さ変位計等と呼ぶこともできる。また、詳細は後述するが、測定光を走査する走査モードで使用する場合には、画像センサに変位計が追加された装置、あるいは変位計の測定箇所が可変になった装置と呼ぶこともできる。また、この実施形態では、測定対象物Ｗの各部の変位を測定することができるので、三次元測定システムと呼ぶこともできる。また、この実施形態では、変位測定のことを高さ測定ともいう。

図１では、測定対象物Ｗが搬送用ベルトコンベヤＢ等の搬送装置によって搬送されている場合、即ち測定対象物Ｗが移動している場合を示しているが、これに限らず、測定対象物Ｗは静止していてもよい。また、一度に測定可能な測定対象物Ｗの数は１つまたは複数であり、複数の測定対象物Ｗの所定位置の変位を一度に測定することも可能である。測定対象物Ｗの種類は特に限定されない。

（変位測定装置１の全体構成）
図１に示す例では、変位測定装置１は、複数のセンサヘッド２と、子機アンプ３と、親機アンプ４と、設定機器５としてのモニタ装置５Ａまたはパーソナルコンピュータ５Ｂとを備えている。センサヘッド２は１つであってもよく、設定機器５が不要な場合の最小構成としては、１つのセンサヘッド２と１つの親機アンプ４である。子機アンプ３と親機アンプ４が統合されたシステムであってもよい。

センサヘッド２は、接続線２ａを介して子機アンプ３や親機アンプ４に接続され、相互通信可能に構成されている。子機アンプ３は単独では動作することができず、親機アンプ４と接続し、親機アンプ４から電力の供給を受けて動作可能になる。また、子機アンプ３と親機アンプ４とは相互通信可能に構成されている。親機アンプ４には複数の子機アンプ３を接続することが可能になっている。本実施形態では、親機アンプ４のみにＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタが設けられており、親機アンプ４も子機アンプ３も、このＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタを介してモニタ装置５Ａやパーソナルコンピュータ５Ｂと通信可能となっている。尚、子機アンプ３を省略する、または子機アンプ３の機能を親機アンプ４に取り込むことによって１つのアンプとすることもできる。また、アンプ３、４の機能をセンサヘッド２に取り込むことで、アンプ３、４を省略することもできる。さらに、上述したＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタは、親機アンプ４のみならず、子機アンプ３に設けることとしても構わない。

外部機器６は、例えばプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）とすることができる。ＰＬＣは、搬送用ベルトコンベアＢ及び変位測定装置１をシーケンス制御するための制御装置であり、汎用の装置を利用することができる。なお、図１は、あくまで変位測定装置１のシステム構成を示す一例である。本発明はこれに限られず、親機アンプ４や子機アンプ３は、ＩＯ入出力を備え、直接、外部装置６に接続されていてもよい。この場合、外部装置６からトリガ信号や結果出力信号などの物理的な信号が、外部装置６との間でやりとりされる。また、親機アンプ４にアナログ出力が設けられていてもよい。また、親機アンプ４及び子機アンプ３は、上述したＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタを介して、外部機器６と通信してもよい。この場合、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰやＰＲＯＦＩＮＥＴ等、各種公知の通信プロトコルを利用して通信してもよい。

また、変位測定装置１は、その運用時において、外部機器６から接続線６ａを介して、測定の開始タイミングを規定する測定開始トリガ信号を受信する。そして、変位測定装置１は、この測定開始トリガ信号に基づいて変位の測定や良否判定を行う。その結果は、信号線６ａを介して外部機器６へ送信されるように構成することができる。

変位測定装置１の運用時には、変位測定装置１と外部機器６との間で、接続線６ａを介して測定開始トリガ信号の入力と結果の出力が繰り返し行われる。なお、測定開始トリガ信号の入力や結果の出力は、上述したように、変位測定装置１と外部機器６との間の接続線６ａを介して行ってもよいし、それ以外の図示しない通信線を介して行ってもよい。例えば、測定対象物Ｗの到着を検知するためのセンサ（図示せず）と変位測定装置１とを直接的に接続し、そのセンサから変位測定装置１へ測定開始トリガ信号を入力するようにしてもよい。変位測定装置１は、内部で生成する内部トリガによって動作するように構成することもできる。このように、変位測定装置１は、定期的に内部トリガを発行するモードを有していてもよい。

モニタ装置５Ａとパーソナルコンピュータ５Ｂのうち、一方が親機アンプ４に対して接続線５ａを介して接続され、相互通信可能に構成されているが、モニタ装置５Ａとパーソナルコンピュータ５Ｂの両方が親機アンプ４に接続されていてもよい。モニタ装置５Ａ及びパーソナルコンピュータ５Ｂは、変位測定装置１の各種設定や操作を行う操作装置であるとともに、センサヘッド２で撮像された画像や処理後の画像、各種測定値、測定結果、判定結果等を表示する表示装置でもある。モニタ装置５Ａは専用品であるが、パーソナルコンピュータ５Ｂは汎用品を使用することができる。なお、モニタ装置５Ａとして、いわゆるプログラマブル表示器などの汎用品を使用してもよいことは言うまでもない。

センサヘッド２と子機アンプ３または親機アンプ４との間の通信、親機アンプ４とモニタ装置５Ａまたはパーソナルコンピュータ５Ｂとの間の通信、親機アンプ４と外部機器６との間の通信は、有線によるものであってもよいし、無線によるものであってもよい。親機アンプ４の通信ユニットは、特に限定されるものではないが、例えば、EtherNet/IP、PROFINET、CC-Link、DeviceNet、EtherCAT、PROFIBUS、BCD、RS-232C等を挙げることができる。

（モニタ装置５Ａ及びパーソナルコンピュータ５Ｂ）
モニタ装置５Ａ及びパーソナルコンピュータ５Ｂは、それぞれ、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスで構成された表示部８を備えている。表示部８には、後述するように、センサヘッド２で撮像された画像や、子機アンプ３や親機アンプ４で生成された画像、各種インターフェース等を表示することができるようになっている。

モニタ装置５Ａは、タッチパネル式の入力部９（図７に示す）を備えており、使用者が表示部８上のどこにタッチしたか、その入力操作を受け付けることができるように構成されている。パーソナルコンピュータ５Ｂは、キーボードやマウス、タッチパッド、タッチパネル等からなる入力部９（図７に示す）を備えており、モニタ装置５Ａと同様に入力操作を受け付けることができるように構成されている。タッチ操作は、例えばペンによる操作や指による操作であってもよい。

（センサヘッド２の構成）
図３や図４に示すように、センサヘッド２は、測定光を測定対象物Ｗに照射するための投光モジュール１０と、角度検知センサ２２と、測定対象物に一様な照明光を照射するための照明部３０と、測定対象物Ｗから反射した測定光を受光する変位測定用受光部４０と、ハウジング５０とを備えている。投光モジュール１０、角度検知センサ２２、照明部３０及び受光部４０は、ハウジング５０の内部に収容されている。図２～図５ではセンサヘッド２の上下方向を規定しているが、これは説明の便宜を図るためだけであり、運用時のセンサヘッド２の姿勢を限定するものではなく、どのような向き及び姿勢でセンサヘッド２を使用してもよい。

図７に示すように、センサヘッド２はアンプ通信部２０とトリガ検知部２１とを備えている。アンプ通信部２０は、子機アンプ３や親機アンプ４と通信する部分であり、センサヘッド２と子機アンプ３や親機アンプ４との間で信号の送受を行っている。トリガ検知部２１は、子機アンプ３や親機アンプ４から出力されたトリガ信号を検知する部分であり、このトリガ信号を検知すると変位の測定を行うように、センサヘッド２の各部に信号が出力される。なお、本実施形態では、センサヘッド２は、子機アンプ３や親機アンプ４から出力されたトリガ信号を検知する構成としているが、例えば後述するラインモードにおいて、センサヘッド２において自動的にトリガ信号を生成してもよい。この場合、トリガ信号を生成するトリガ信号生成部を有していてもよい。

（ハウジング５０の構成）
図２～図３に示すように、ハウジング５０は全体として細長い形状とされている。投光モジュール１０は、ハウジング５０の内部において長手方向一方側に偏位した状態で該ハウジング５０に固定されている。ハウジング５０の長手方向一方側とは図４の右側である。照明部３０及び変位測定用受光部４０は、ハウジング５０の内部において長手方向他方側に偏位した状態で該ハウジング５０に固定されている。ハウジング５０の長手方向他方側とは図４の左側である。

図２に示すように、ハウジング５０の長手方向に延びる端壁部５１には、投光モジュール１０から照射された測定光が出射する測定光投光窓５１ａと、測定対象物Ｗから反射した照明光が入射する受光窓５１ｂとが設けられている。測定光投光窓５１ａと受光窓５１ｂは透明な部材で覆われている。尚、受光窓５１ｂからは照明部３０による照明光が照射される。また、ここでいう「透明な部材」は、透明又は半透明のバンドパスフィルタであってもよい。

（偏光フィルタ）
図６に示すように、ハウジング５０は、受光窓５１ｂのうち、集光光学系４１と対向する第１領域と、発光ダイオード３１～３４と対向する第２領域とに、それぞれ偏光成分が９０度異なるように偏光フィルタ５２ａが取付可能に構成されている。図６に示す例では、偏光フィルタ５２ａを有する偏光フィルタアタッチメント５２がハウジング５０の端壁部５１を覆うように取り付けられる例である。偏光フィルタアタッチメント５２は、爪嵌合による固定方法やネジのような締結部材による固定方法等、ハウジング５０に対して着脱自在な方法で取り付けられる。偏光フィルタアタッチメント５２は、周囲の環境や測定対象物Ｗの表面状態等に応じて使用することができ、特にハレーションが起こる場合に偏光フィルタアタッチメント５２を使用することで、ハレーションを除去することができる。

尚、上述した第１領域に取り付けられる偏光フィルタ５２ａの偏光成分は、測定光の偏光成分と平行になるようにすることができる。これにより、測定光の光量低下量を最小限に抑えることができる。具体的には、測定光は偏向方向が揃っているため、受光窓５１ｂのうち上述した第１領域に、測定光の偏光方向と平行な向きに偏光フィルタを入れる。

（投光モジュール１０の構成）
図３に示すように、投光モジュール１０は、投光部１０ａと、走査部としてのＭＥＭＳミラー１５と、これらが取り付けられるモジュール化部材１０ｂとを有している。投光部１０ａは、測定光源としてのレーザー出力器１２と、該レーザー出力器１２からの光が入射するコリメートレンズ１３及びシリンドリカルレンズ１４とを有しており、図３等に示す第１方向に延びる帯状の測定光を生成して測定対象物Ｗに照射する部分である。測定光源はレーザー出力器１２以外の光源であってもよい。

レーザー出力器１２、コリメートレンズ１３及びシリンドリカルレンズ１４は、モジュール化部材１０ｂに固定されており、相互の相対的な位置関係が変化しないようになっている。コリメートレンズ１３がシリンドリカルレンズ１４よりもレーザー出力器１２に近い側に配置されている。コリメートレンズ１３は、レーザー出力器１２から出射された測定光の光線を平行化するためのレンズである。シリンドリカルレンズ１４は、第１方向に長軸を有するように配置されており、コリメートレンズ１３から出射された測定光が入射し、第１方向に長い帯状の測定光を生成するためのレンズである。従って、レーザー出力器１２から出力された測定光はコリメートレンズ１３を通過することによって平行化されてからシリンドリカルレンズ１４に入射して第１方向に長い帯状の測定光になる。また、コリメートレンズ１３及びシリンドリカルレンズ１４との間には絞り部材１６が配設されている。コリメートレンズ１３及びシリンドリカルレンズ１４は、投光レンズの一例である。投光レンズの構成はこれに限られるものではない。

図７に示すように、センサヘッド２はレーザー制御部１２ａを備えている。レーザー制御部１２ａは、レーザー出力器１２からのレーザー光の出力／停止制御を実行する部分である。その具体的な制御については後述する。

（ＭＥＭＳミラー１５の構成）
ＭＥＭＳミラー１５は、投光部１０ａのシリンドリカルレンズ１４から出射された測定光を、第１方向と交差する第２方向（図３等に示す）に走査することが可能に構成された部材である。この実施形態では、第２方向が第１方向に対して直交しているが、これに限られるものではなく、第１方向と第２方向との交差角度は任意に設定することができる。また、図１において第１方向を搬送用ベルトコンベアＢの幅方向とし、第２方向を搬送用ベルトコンベアＢによる搬送方向とすることもできるし、その逆にすることもできる。

ＭＥＭＳミラー１５は従来から周知のものであるため、詳細な説明は省略するが、測定光を第２方向に走査可能な走査ミラーと、この走査ミラーを動かす駆動部とを有している。走査ミラーがシリンドリカルレンズ１４の光出射面と対向するように、ＭＥＭＳミラー１５がモジュール化部材１０ｂに固定されている。ＭＥＭＳとは、Micro Electro Mechanical Systemsのことであり、いわゆる微小電気機械システムのことである。この微小電気機械システムを用いることで、小型化を図りながら、走査ミラーの角度、即ち測定光の反射角度（測定光の照射角度）を高速でかつ小ピッチで変更することができるように構成されている。なお、ＭＥＭＳミラー１５は、別の言い方をすれば、１枚のミラーを１軸で回転可能なものと表現することもできる。また、２軸からなるＭＥＭＳミラーも考えられ、この場合、シリンドリカルレンズ１４を使わなくてもよい。すなわち、２軸のうちの一方でレーザー走査を行うとともに、他方でレーザーを広げる（シリンドリカルレンズ１４と同等の機能をもたせる）ようにしてもよい。

モジュール化部材１０ｂは、ＭＥＭＳミラー１５で反射された測定光を外部に照射させることができるように透光部を有している。このモジュール化部材１０ｂの透光部がハウジング５の測定光投光窓５１ａに向くように、モジュール化部材１０ｂがハウジング５に固定されている。従って、ＭＥＭＳミラー１５で反射された測定光は、モジュール化部材１０ｂの透光部及びハウジング５の測定光投光窓５１ａを通って測定対象物Ｗに照射されることになる。

図７に示すように、ＭＥＭＳミラー１５はミラー制御部１５ａを備えている。ミラー制御部１５ａは、ＭＥＭＳミラー１５の動作、即ち走査ミラーの角度調整、変更を実行する部分である。ＭＥＭＳミラー１５の具体的な制御については後述する。

走査部は、ＭＥＭＳミラー１５以外にも、ガルバノミラー、ステッピングモーターで回動するミラー等で構成することができ、測定光を走査可能なデバイスであればよい。

（変位測定用受光部４０の構成）
図３に示すように、変位測定用受光部４０は、測定対象物Ｗから反射した測定光を受光し、変位測定用の受光量分布を出力するとともに、測定対象物Ｗから反射した照明光（照明部３０から照射された光）を受光し、輝度測定用の受光量分布を出力する２次元の受光素子からなるイメージセンサで構成することができる。この実施形態では、集光光学系４１を有しており、測定光及び照明光は集光系光学系４１を通して変位測定用受光部４０の受光素子に達することになる。変位測定用受光部４０の受光素子は特に限定されるものではないが、集光系光学系４１を通して得られた光の強度を電気信号に変換するＣＣＤ(charge-coupled device)イメージセンサやＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサ等である。集光系光学系４１は、外部から入射する光を集光するための光学系であり、典型的には一以上の光学レンズを有している。集光系光学系４１の光軸と、投光部１０ａの光軸とは交差する関係となっている。

この実施形態では、１つの変位測定用受光部４０で変位測定用の受光量分布と輝度測定用の受光量分布の両方を出力可能に構成しているが、これに限られるものではない。例えば図８Ａに示すように、変位測定用の受光部４０Ａと輝度測定用の受光部４０Ｂをハウジング５０の内部に配設し、さらにハーフミラーＭをハウジング５０の内部に配設し、ハウジング５内に入射した光（測定光及び照明光）をハーフミラーＭによって分光して変位測定用の受光部４０Ａ及び輝度測定用の受光部４０Ｂに入射させるようにしてもよい。

また、図８Ｂに示すように、変位測定用の受光部４０Ａと輝度測定用の受光部４０Ｂをハウジング５０の内部に配設し、各々の光入射方向を、測定対象物Ｗに向く方向としてもよい。この場合、測定対象物Ｗで反射した測定光及び照明光がそれぞれ変位測定用の受光部４０Ａと輝度測定用の受光部４０Ｂに入射することになる。

図７に示すように、変位測定用受光部４０は撮像制御部４０ａを備えている。撮像制御部４０ａは、変位測定用受光部４０による受光制御を実行する部分である。撮像制御部４０ａによる具体的な制御については後述する。

（照明部３０の構成）
照明部３０は、第１方向または第２方向に互いに離れて配設された複数の発光ダイオードを有しており、測定対象物Ｗに対して異なる方向から光を照射可能に構成されている。具体的には、図３や図５に示すように、照明部３０は、第１発光ダイオード３１、第２発光ダイオード３２、第３発光ダイオード３３及び第４発光ダイオード３４と、これら発光ダイオード３１～３４が取り付けられる板状の取付部材３０ａとを有している。取付部材３０ａは、ハウジング５０の端壁部５１に沿うようにかつ受光窓５１ｂに臨むように配設されている。取付部材３０ａの中央部には、該取付部材３０ａを上下方向に貫通する貫通孔３０ｂが形成されている。この貫通孔３０ｂと一致するように、集光系光学系４１の入射側が配置されており、測定対象物Ｗで反射した測定光及び照明光は取付部材３０ａの貫通孔３０ｂを通って集光系光学系４１に入射するようになっている。

第１～第４発光ダイオード３１～３４は、取付部材３０ａの貫通孔３０ｂを囲むように配置され、下方に光を照射する姿勢となっている。したがって、第１～第４発光ダイオード３１～３４の光照射方向と、測定光の光軸とは交差する関係になる。

第１発光ダイオード３１と第２発光ダイオード３２とは互いに第１方向に離れており、第１発光ダイオード３１と第３発光ダイオード３３とは互いに第２方向に離れている。また、第２発光ダイオード３２と第４発光ダイオード３４とは互いに第２方向に離れており、第３発光ダイオード３３と第４発光ダイオード３４とは互いに第１方向に離れている。これにより、集光系光学系４１の光軸の周囲の４方向から測定対象物Ｗに対して照明光を照射することが可能になる。

図７に示すように、照明部３０は照明制御部３５を備えている。照明制御部３５は、第１～第４発光ダイオード３１～３４の点灯／消灯制御や明るさ調整を実行する部分である。第１～第４発光ダイオード３１～３４の具体的な制御については後述する。

この実施形態では、照明部３０がセンサヘッド２に設けられていて変位測定用受光部４０と一体化されているが、これに限らず、照明部３０をセンサヘッド２と別体としてもよい。

また、発光ダイオードの数は４つに限られるものではなく、任意の数にすることができる。

（角度検知センサ２２の構成）
図５に示すように、角度検知センサ２２は、測定対象物Ｗの測定位置を含む領域に測定光が照射されたときのＭＥＭＳミラー１５による測定光の走査角度を検出するためのセンサである。角度検知センサ２２は、ＭＥＭＳミラー１５の走査ミラーにより走査される測定光の第１方向端部の光が受光可能な位置に設けられており、第２方向に並んだ複数の画素を有する１次元の受光素子２２ａと、演算処理を行う角度検出部２２ｂとを有している。測定光の第１方向端部の光を受光素子２２ａに入射させると、第２方向に並んだ複数の画素のうち、いずれかの画素及びその画素近傍の画素に該光が当たることになり、画素間で受光量に明確な差が生じることになる。第２方向に並んだ複数の画素のうち、受光量が最も高くなる画素と、測定光の走査ミラーからの出射角度とを予め得ておけば、角度検出部２２ｂが受光素子２２ａから出力された受光量分布に基づいて測定光の走査ミラーからの出射角度を検出することができる。測定光の走査ミラーからの出射角度は、走査ミラーの照射角度を検出するということもできるので、角度検出部２２ｂは走査ミラーの照射角度を検出する部分でもある。受光素子２２ａは、１次元のＣＭＯＳセンサであってもよいし、１次元の光位置センサ（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）であってもよい。

また、角度検知センサ２２の構成は上述した構成に限られるものではなく、測定光の光源とは別に角度検出用の参照光を照射する光源を設け、参照光を走査ミラーに向けて当て、走査ミラーからの反射光を光位置センサ等に入射させ、その出力に基づいて角度情報を得る構成であってもよい。また、ＭＥＭＳミラー１５の内部に角度検出センサを内蔵していてもよい。この場合、例えば逆起電力方式のセンサやピエゾ信号方式のセンサ等がある。さらに、本実施形態では、走査部としてＭＥＭＳミラー１５を採用しているが、走査部としてガルバノミラーを採用した場合には、角度検知センサ２２は、ガルバノミラーからの（リアルタイム）角度フィードバックを検出するセンサを利用することができる。

（設定情報記憶部２３の構成）
図７に示すように、センサヘッド２には、各種メモリ等で構成された設定情報記憶部２３が設けられている。設定情報記憶部２３には、子機アンプ３や親機アンプ４から送信された様々な設定情報を記憶することができるようになっている。設定情報記憶部２３に記憶される具体的な内容については後述する。設定情報記憶部２３は、子機アンプ３や親機アンプ４に搭載されていてもよいし、センサヘッド２ と子機アンプ３の両方に搭載されていてもよい。

（測定原理の説明）
ここでセンサヘッド２により得られた各情報に基づいて測定対象物Ｗの所定位置の変位を測定する原理について説明する。基本的には三角測距の原理を用いており、図９に模式的に示している。図９Ａは、本実施形態で採用している方式であり、図９Ｂは、変形例となる方式であるが、いずれを採用しても構わない。図９Ａ及び図９Ｂにおいて、投光部１０ａから照射された測定光はＭＥＭＳミラー１５の動作によって第２方向に走査されて測定対象物Ｗに照射される。符号Ｗ１は、測定対象物Ｗの相対的に高い面を示し、符号Ｗ２は、測定対象物Ｗの相対的に低い面を示している。以下、図９Ａの測定原理と、図９Ｂの測定原理（変形例）について詳述する。

図９Ａでは、測定対象物Ｗの高さをＺ、投光軸角度をθ２とする。投光軸角度θ２は、角度検知センサ２２により検知可能である。三角測距の原理に従えば、変位測定用受光部４０における第２方向（Ｙ方向）の位置ｙ（Ｙ座標）と、投光軸角度θ２が求まれば、Ｚは一意に特定することができる。そこで、ｙ、θ２、Ｚの各値を実験によって様々なパターンで計測し、（ｙ，θ２，Ｚ）を一組とするデータセットを、テーブルとして変位測定装置１に予め記憶させておくことができる。変位測定装置１の運用時には、検出されたｙとθ２から、テーブルを参照してＺを得ることができる。また、テーブルにない値は、補間処理によって得ることができる。さらに、変位測定装置１に予めテーブルを記憶させておかなくても、（ｙ，θ２）からＺを求めるための近似式を用意しておき、変位測定装置１の運用時には、その近似式を使ってＺを算出するようにしてもよい。

ここで、図９Ａでは、第２方向（Ｙ方向）における測定位置（Ｙ座標）と投光軸角度θ２とに基づいて高さＺを求めるようにしているが、本発明はこれに留まらず、第１方向（図９Ａでは紙面奥行方向）及び第２方向における測定位置（Ｘ座標及びＹ座標）と投光軸角度θ２とに基づいて高さＺを求めるようにしてもよい。これは、本来、第１方向に真っ直ぐ延びた測定光（レーザー）と、変位測定用受光部４０の受光素子２２ａの並び方向（図９Ａでは紙面奥行方向）とは、完全に平行であることが望ましいところ、製造時の組み付けズレによって、これらが非平行となる場合がある。また、光学バラつきによって、レーザー自体が第１方向に沿って湾曲した形状になる場合もある。このような場合に、第２方向のＹ座標だけで測定位置を決めると、正しい変位測定が困難になる。そこで、第１方向（Ｘ方向）における測定位置（Ｘ座標）も加味した上で、高さＺを求めてもよい。つまり、ｘ、ｙ、θ２、Ｚの各値を実験によって様々なパターンで計測し、（ｘ，ｙ，θ２，Ｚ）を一組とするデータセットを、テーブルとして変位測定装置１に予め記憶させておく。そして、運用時には、（ｘ，ｙ，θ２）という３つのパラメータに基づいて、高さＺを求めるようにしてもよい。これにより、より高精度な変位測定が可能になる。なお、上述したように、テーブルを記憶する方式に留まらず、運用時に近似式を使ってＺを算出するようにしても構わない。また、上述した（ｘ，ｙ，θ２，Ｚ）を一組とするデータセットは、いわゆる校正データに相当し、製品出荷時に予め記憶しておいてもよい。具体的には、校正用ワークの高さＺを変えながら（ｘ，ｙ）におけるθ２を求めると、ｘ軸，ｙ軸，θ２軸を３軸とする３次元空間座標に高さＺがプロットされた、校正データを得ることができる。運用時には、（ｘ，ｙ，θ２）を求めると、３次元空間座標における１点を一意に特定することができ、その結果、その１点に対応する高さＺを特定することができる。

次に図９Ｂの変形例について説明する。図９Ｂでは、測定対象物Ｗの高さをＺ、投受光間距離をＡ（図中の矢印参照）、受光軸角度をθ１、投光軸角度をθ２とする。受光軸角度θ１は変位測定用受光部４０における測定光の受光位置により検出可能であり、また、投光軸角度θ２は角度検知センサ２２により検出可能である。Ａは既知であり、変位測定装置１に記憶させておく。Ｚは、特定の計算式により、Ａ、θ１及びθ２を用いて算出することが可能である。特定の計算式について一例を挙げる。まず、図９の右方向を＋Ｘ方向、図９の上方向を＋Ｙ方向とする、２次元座標平面を考え、その座標平面の原点を、ＭＥＭＳミラー１５の回転軸の位置とする。すると、図９において角度θ２で示す投光軸の直線は、ｙ＝ｔａｎθ２（直線の傾き）×ｘという１次方程式で表される。また、図９において角度θ１で示す受光軸の直線は、ｙ＝ｔａｎθ１（直線の傾き）×ｘ＋Ａｔａｎθ１（切片）という１次方程式で表される。Ｚは、これら両直線の交点のｙ座標に相当するから、連立１次方程式を解いてｙ座標を求めると、－｛Ａｔａｎθ１ｔａｎθ２／（ｔａｎθ２－ｔａｎθ１）｝で表される。すなわち、ＭＥＭＳミラー１５の回転軸の位置から符号Ｗ２までの距離は、このｙ座標の絶対値である。そして、ＭＥＭＳミラー１５の回転軸の位置からハウジング５０までの距離は既知であるので、その分を差し引くと、Ｚを求めることができる。なお、このような計算式で算出してもよいし、Ｚ、θ１、θ２の各値を実験によって様々なパターンで計測し、テーブルとして変位測定装置１に記憶させておき、変位測定装置１の運用時には、検出されたθ１、θ２からテーブルを参照してＺを得ることもできる。テーブルに無い値は補間処理によって得ることができる。テーブルを用いることなく、都度、計算するようにしてもよい。なお、図９Ｂに示す受光軸角度をθ１は、受光量分布の第２方向におけるピーク位置と一対一の対応関係にある。

（アンプの構成）
図７は子機アンプ３の構成について示している。以下の説明では、子機アンプ３が各機能を実行するものとして説明するが、これら機能の全てを子機アンプ３が備えていてもよいし、一部または全部を親機アンプ４が備えていてもよい。また、子機アンプ３の機能の一部または全部をセンサヘッド２が備えていてもよい。さらに、子機アンプ３の機能の一部または全部をモニタ装置５Ａまたはパーソナルコンピュータ５Ｂが備えていてもよい。

子機アンプ３は、センサヘッド通信部３００と、トリガ制御部３０１と、記憶部３２０とを備えている。センサヘッド通信部３００は、センサヘッド２と通信する部分であり、子機アンプ３とセンサヘッド２との間で信号の送受信を行っている。トリガ制御部３０１は、トリガ信号をセンサヘッド２へ送出する部分である。外部機器６から接続線６ａを介して測定の開始タイミングを規定する測定開始トリガ信号が入力されると、トリガ制御部３０１がトリガ信号を生成して送出するように構成されている。トリガ信号は周期的なトリガ信号であってもよい。

（輝度画像生成部３０２の構成）
図７に示す例では、子機アンプ３は、輝度画像生成部３０２も備えている。輝度画像生成部３０２は、測定対象物Ｗから反射した照明光をセンサヘッド２の変位測定用受光部４０が受光したときに変位測定用受光部４０から出力される輝度測定用の受光量を得て、その輝度測定用の受光量分布に基づいて測定対象物の輝度画像を生成するように構成されている。輝度画像生成部３０２は、図８Ａ及び図８Ｂに示す例の場合、輝度測定用の受光部４０Ｂから出力される輝度測定用の受光量分布に基づいて測定対象物の輝度画像を生成する。生成される輝度画像は、変位測定用受光部４０から出力される輝度値が低いほど黒く、輝度値が高いほど白くなる画像することができ、白黒画像であってもよいし、カラー画像であってもよい。なお、輝度画像の生成方法については、如何なる方法を採用しても構わない。例えば、輝度測定用の受光量分布をそのまま輝度画像として採用してもよいし、或いは、センサヘッド２における前処理として、ＦＰＮ補正やＨＤＲ補正などの各種処理を行ってもよいし、子機アンプ３における前処理として、ハレーション除去を実行するための合成処理を行ってもよい。

輝度画像生成部３０２で生成された輝度画像は、図１０に示すようにユーザーインターフェース７０に組み込まれた状態で表示部８に表示される。ユーザーインターフェース７０は、図７に示すように子機アンプ３が有するＵＩ生成部３０３によって生成される。ユーザーインターフェース７０には画像表示領域７１が設けられており、この画像表示領域７１に輝度画像が表示される。画像表示領域７１に表示される輝度画像は、現在の測定対象物Ｗを撮像した画像、いわゆるライブビュー画像である。従って、表示部８は、輝度画像生成部３０２により生成された輝度画像を表示可能な部分である。

表示部８は、輝度画像上のＸ座標が第１方向の座標となり、輝度画像上のＹ座標が第２方向の座標となるように、該輝度画像を表示するように構成されている。表示部８に表示された状態にある輝度画像上のＸ方向は横方向であり、Ｙ方向は縦方向である。

ＵＩ生成部３０３は図１０に示すユーザーインターフェース７０の他にも後述するような様々なユーザーインターフェースを生成することができるようになっている。なお、本実施形態では、ＵＩ生成部３０３は、子機アンプ３に設けることとしているが、モニタ装置５Ａ又はパーソナルコンピュータ５Ｂ側に設けることとしてもよい。

（設定部３０４の構成）
図７に示すように、子機アンプ３は、設定部３０４も備えている。設定部３０４は、表示部８に表示された輝度画像上で、変位の測定を行う測定位置の設定を受け付ける部分である。使用者が、測定対象物Ｗの中で変位の測定を行いたい部分があるとき、その部分を表示部８に表示された輝度画像上でタッチ操作すると、設定部３０４がタッチ操作された位置を例えばＸＹ座標で特定し、特定された位置を測定位置として設定する。つまり、測定位置の入力操作が行われたことを検出して測定位置を特定する。これにより、使用者による測定位置の設定を受け付けることができる。測定位置が設定されると、図１１に示すようにユーザーインターフェース７０の画像表示領域７１に、測定位置を示す目印７２を輝度画像に重畳させて表示する。目印７２は測定ポイントと呼ぶこともできる。目印７２は、例えばドラッグ操作によって別の箇所に移動させることもできる。

１つの輝度画像上に、互いに異なる複数の測定位置を設定することができる。この場合、複数の測定位置は第１方向に互いに離れていてもよいし、第２方向に互いに離れていてもよい。第２方向の位置が異なる複数の位置を、第１測定位置及び第２測定位置として設定可能することもできる。

測定位置の設定は、ＭＥＭＳミラー１５による測定光の走査可能範囲内でのみ受け付けるようにすることができる。ＭＥＭＳミラー１５による測定光の走査可能範囲は予め記憶させておくことができ、測定光の走査可能範囲外に測定位置が設定されても変位を測定することはできないので、測定光の走査可能範囲外には測定位置を設定できないようにする。測定光の走査可能範囲外に測定位置が行われると、その操作を受け付けないようにしてもよいし、測定光の走査可能範囲外にあることを使用者に報知するようにしてもよい。

設定部３０４は、測定位置の変位測定を行う変位測定範囲の設定が可能に構成されている。図１２に示すように、ユーザーインターフェース７０の画像表示領域７１の側方に、使用レンジ設定領域７３を表示させることができ、この使用レンジ設定領域７３で変位測定範囲の設定を行うことができる。目印７２が置かれた測定位置の変位を基準として高い方向（＋方向）と低い方向（－方向）で、どの程度の範囲を変位測定範囲とするか、数値（ｍｍ）で設定することができる。測定範囲が狭いということは測定光の走査範囲が狭くなるということなので、測定範囲が狭ければ狭いほど高速で測定することができる。この測定範囲はＺ座標で表すことができる。

また、設定部３０４は、変位測定装置１の設定時に、輝度画像上で、測定位置の補正を行う位置補正用の領域の設定を受け付けるように構成されている。すなわち、変位測定装置１による測定時間を短くするためには測定光の走査範囲を狭めればよいのであるが、実際の測定対象物Ｗの測定現場では、測定対象物Ｗの位置や姿勢が一定であるとは限らず、変動することがあり、仮に測定光の走査範囲を狭く設定していると、測定対象物Ｗの位置や姿勢が変動した場合に、予め設定してある走査範囲内に測定対象物Ｗが入らず、その結果、測定ができなかったり、精度が低下して測定に失敗してしまうおそれがある。

この実施形態では、図１１に示すように、ユーザーインターフェース７０の画像表示領域７１に輝度画像が表示されている状態で、使用者が図７に示す入力部９を操作して位置補正用の領域７４の設定を行うと、その設定が設定部３０４により受け付けられる。位置補正用の領域７４の設定方法としては、例えば図１３に示すような枠線で囲む方法、領域を着色する方法、領域を塗りつぶす方法等がある。枠線の形状としては、矩形であってもよいし、円形であってもよい。矩形の枠線で囲む方法の場合、タッチペン等を、囲もうとする領域の上の角部から下の角部へ動かす、あるいは下の角部から上の角部へ動かす方法がある。

位置補正用の領域７４は、基本的には、位置補正だけに使用される。そして、位置補正用の領域７４とは別に、各種測定ツールによる測定を行う領域（測定ツール用の領域）を設定する。一又は複数の測定ツール用領域は、位置補正用の領域７４に対する相対的な位置関係とともに設定される。運転時には、位置補正用の領域７４によってワークの位置や姿勢が特定された後、この相対的な位置関係を用いて、測定ツール用領域の位置や姿勢も補正される。なお、ここでは、位置補正用の領域７４と測定ツール用の領域を個別に設定しているが、例えば、これら領域を共有化するようにしてもよい。

また、設定部３０４は、測定位置を含む当該測定位置近傍の領域の指定を受け付けるように構成されていてもよい。測定位置をピンポイントで指定する以外にも、ある程度の広さを持つように、測定位置とその近傍の領域を含む領域の指定を受け付けることができる。

以上は測定光を走査する走査モード時における設定方法であり、測定光を走査しないラインモード時には、図１４に示すように、Ｘ方向に延びる測定光上の一部を指定することで、位置補正用の領域７４の設定を行うことができる。表示部５には、測定対象物Ｗの輝度画像と、測定対象物Ｗに照射される測定光の位置を示す測定光位置表示線７６とが重畳表示されるようになっている。これにより、使用者は、測定光位置表示線７６上で少なくとも２箇所を指定すると、指定された２箇所の間の部分が位置補正用の領域７４であるとして設定される。ラインモードにおいても、測定位置とその近傍の領域を含む領域の指定を受け付けることができる。測定光位置表示線７６は、測定光の位置を示すものなので、仮想的な測定輝線と呼ぶこともできる。

（エッジ抽出部３０６の構成）
図７に示すように、子機アンプ３は、エッジ抽出部３０６も備えている。エッジ抽出部３０６は、輝度画像における測定対象物Ｗのエッジを抽出するように構成された部分である。エッジとは、広義には測定対象物Ｗの輪郭、外形線と定義できる。エッジ抽出処理自体は従来から周知の手法を用いることができ、例えば、輝度画像上の各画素の画素値を取得し、輝度画像上の画素値の変化がエッジ検出用のしきい値以上となる領域が存在する場合に、その境界部分がエッジであるとして抽出する。エッジ抽出の閾値は使用者が任意に調整することができる。

具体的には、図１３に示すように、ユーザーインターフェース７０の画像表示領域７１に輝度画像が表示されている状態で、上述した位置補正用の領域７４の設定を行うと、当該領域７４内でエッジ抽出処理が実行される。測定対象物Ｗの輪郭、外形線であると推定される部位がエッジとして抽出される。測定対象物Ｗのエッジは、エッジ表示線７５にて表示される。エッジ表示線７５は、例えば、太線、破線、赤色や黄色等の目立つ色の線等で構成することができるが、これらに限られるものではなく、点滅表示する形態等であってもよい。図１３では、エッジ抽出部３０６で抽出されたエッジが輝度画像に重畳表示されるようになっている。エッジの重畳表示処理は輝度画像生成部３０２で行うようにしてもよいし、ＵＩ生成部３０３で行うようにしてもよい。

図１３では測定光を走査する走査モード時におけるエッジ抽出を示している。測定光を走査しないラインモード時における高さプロファイル上でのエッジ抽出は図１４に示している。ラインモード時にも同様にしてエッジ抽出部３０６で高さプロファイル上のエッジが抽出されてエッジ表示線７５が輝度画像に重畳表示される。このように、エッジ抽出部３０６は、測定光を走査する走査モード（スキャンモード）時には、輝度画像上でのエッジを抽出し、測定光を走査しないラインモード時には、高さプロファイル上でのエッジを抽出する。なお、本発明はこれに限られず、例えばラインモード時において、測定光位置表示線７６における輝度画像上でのエッジを抽出する機能を有していてもよい。

（補正情報記憶部３２０ａの構成）
図７に示すように、子機アンプ３は補正情報記憶部３２０ａも備えている。補正情報記憶部３２０ａは、設定部３０４により設定された領域７４（図１１等に示す）内の位置補正用情報を、設定部３０４により設定される測定位置との相対位置情報とともに記憶する部分であり、子機アンプ３の記憶部３２０の一部として構成することができる。領域７４内の位置補正用情報とは、後述する位置補正部３０７で測定対象物Ｗの位置補正を行う際に必要な情報であり、位置補正の基準となり得る情報である。位置補正の基準となり得る情報としては、例えば、輝度画像生成部３０２で生成された輝度画像の一部、輝度画像の輝度情報、エッジ抽出部３０６で抽出されたエッジに関するエッジ情報（エッジの点群を含む）等を挙げることができる。位置補正用情報を輝度画像の一部とする場合、その画像をテンプレート画像と呼ぶこともできる。

輝度画像の一部とは、輝度画像生成部３０２で生成された輝度画像のうち、測定対象物Ｗの一部を示す画像とすることができ、測定対象物Ｗの位置及び姿勢を特定できるような範囲や位置の画像が好ましい。また、輝度画像の輝度情報とは、各画素の輝度値とすることができ、この場合も測定対象物Ｗの位置及び姿勢を特定できるような範囲や位置の画素値が好ましい。さらに、エッジ抽出部３０６で抽出されたエッジに関するエッジ情報とは、エッジ線の形状、長さ、エッジ線の個数、複数のエッジ線の相対位置座標等とすることができ、この場合も測定対象物Ｗの位置及び姿勢を特定可能なエッジ情報が好ましい。

この位置補正用情報と、領域７４の形状や大きさとを互いに関連付けるとともに、互いの相対的な位置関係を示す座標情報を補正情報記憶部３２０ａに記憶する。記憶するタイミングは、エッジ抽出が完了した時点としてもよいし、後述するように、１つのプログラムの設定が完了した時点としてもよい。補正情報記憶部３２０ａには、テンプレート画像とエッジ情報とを関連付けて記憶させてもよいし、テンプレート画像を記憶させずにエッジ情報を記憶させるようにしてもよい。

（位置補正部３０７の構成）
図７に示すように、子機アンプ３は位置補正部３０７も備えている。位置補正部３０７は、変位測定装置１が走査モードで運転している時に、輝度画像生成部３０２により新たに生成された輝度画像上で、補正用情報記憶部３２０ａに記憶された位置補正用情報を用いて測定対象物Ｗの位置及び姿勢を特定し、相対位置情報を用いて測定位置の補正を行うように構成されている。

例えば、位置補正用情報としてテンプレート画像が記憶されている場合は、新たに生成された輝度画像にテンプレート画像が含まれているか否かを正規化相関によって検出し、テンプレート画像が含まれていることが検出された場合には、設定時におけるテンプレート画像の位置及び姿勢となるように、新たに生成された輝度画像を移動させるとともに、回転等させて、当該輝度画像の位置及び姿勢の補正を行う。このとき、テンプレート画像と測定位置との相対位置情報に基づいて新たに生成された輝度画像上の測定位置が同時に補正されることになる。

位置補正用情報としてエッジ情報が記憶されている場合には、対応するエッジが新たに生成された輝度画像に含まれているか否か検出し、対応するエッジが含まれていることが検出された場合には、設定時における輝度画像の位置及び姿勢となるように、新たに生成された輝度画像を移動させるとともに、回転等させて、当該輝度画像の位置及び姿勢の補正を行う。このとき、エッジ情報と測定位置との相対位置情報に基づいて新たに生成された輝度画像上の測定位置が同時に補正されることになる。

従って、実際の測定対象物Ｗの測定現場で測定対象物Ｗの位置や姿勢が変化したとしても、一定の位置及び姿勢に補正した上で測定を行うことが可能になる。なお、補正方法は、幾つか種類があり、上述したように、輝度画像を移動させたり回転させたりして、輝度画像の位置及び姿勢の補正を行ってもよいし、或いは、測定ツール用の領域を移動させたり回転させたりして、位置補正を行うようにしてもよい。また、変位測定装置１がラインモードで運転している時には、上述したように、高さプロファイル上でエッジ抽出が行われ、抽出されたエッジ情報と測定位置との相対位置情報に基づいて、位置補正を行うようにしてもよい。

（測定ツール選択部３０８の構成）
図７に示すように、子機アンプ３は測定ツール選択部３０８も備えている。測定ツール選択部３０８は、複数の測定ツールの中から１つまたは複数を選択可能にする部分であり、図１５に示すような測定ツール選択用インターフェース８０をＵＩ生成部３０３に生成させて表示部８に表示させる。測定ツールは、例えば測定対象物Ｗの段差の大きさを測定する段差ツール、測定対象物Ｗの所定位置の高さを測定する高さツール、後述する高さ面積ツール、測定対象物Ｗの位置を補正する位置補正ツール、測定対象物Ｗの所定範囲内の最小、最大高さを求めるＭＡＸ／ＭＩＮツール等があるが、これら以外の測定ツールを設けてもよい。

使用者は、測定ツール選択用インターフェース８０にアイコンで表示されている測定ツールを選択操作すると、選択した測定ツールが記憶部３２０に記憶される。変位測定装置１の運転時における測定ツールの適用順は指定しなくてもよいが、適用順を指定可能にすることもでき、適用順についても記憶部３２０に記憶される。

また、測定ツールには、変位の測定領域の大きさが異なる複数の測定ツールが含まれている。例えば図１６に示すように、画像表示領域７１の側方に、変位の測定領域の大きさを選択する測定ツール選択部としての大きさ選択部８１を設けることができる。大きさ選択部８１を操作することにより、変位の測定領域の大きさが異なる複数の測定ツールの中から任意の測定ツールの選択を受け付けることができる。ここで、「ポイント」とは、測定位置を示す目印７２のことであり、「標準」を選択すると、図１６に実線で示す大きさの円が表示され、この円の内部が変位の測定領域となる。一方、「大」を選択すると、図１６に仮想線で示す大きさの円が表示され、この円の内部が変位の測定領域となる。また、図示しないが、「小」を選択すると、「標準」の円よりも小さな円が表示され、この円の内部が変位の測定領域となる。円以外の形状で囲むようにしてもよいし、無段階で測定領域の大きさを変えることができるようにしてもよい。

（測定制御部３０５の構成）
測定制御部３０５は、設定部３０４により設定された測定位置及び設定部３０４により設定された変位測定範囲に測定光が照射されるように投光部１０ａ及びＭＥＭＳミラー１５を制御するように構成されており、このとき、設定部３０４で受け付けた領域のみに測定光が照射されるように投光部１０ａ及びＭＥＭＳミラー１５を制御するようにしてもよい。また、測定制御部３０５は、測定位置の輝度画像上におけるＹ座標に基づいて、ＭＥＭＳミラー１５による測定光の走査範囲を変更するように構成することができ、具体的には、測定位置のＹ座標と、変位測定を行う変位測定範囲とに基づいて、ＭＥＭＳミラー１５による走査範囲を当該ＭＥＭＳミラー１５により走査が可能な走査可能範囲よりも狭く設定する。

このことを図１７及び図１８を用いて詳しく説明する。図１７（Ａ）～（Ｄ）は測定対象物Ｗの上方にセンサヘッド２を配置して測定を行う場合を側方から見た状態を示しており、斜線で示す範囲Ｂは輝度画像の視野範囲であるとともに、変位測定装置１によって高さ測定可能な範囲である。範囲Ｂ内であれば測定光を照射することができるようになっており、ＭＥＭＳミラー１５により走査が可能な走査可能範囲であるということもできる。図１７（Ａ）、（Ｂ）は第１の位置（Ｙ方向中央部）に測定対象物Ｗがある場合を示しており、図１７（Ｃ）、（Ｄ）は第１の位置からＹ軸方向マイナス側に離れた第２の位置に測定対象物Ｗがある場合を示している。

図１７（Ａ）において符号Ｄは、設定部３０４により設定された測定位置であり、Ｙ座座標によって得られる。線Ｅと線Ｆは測定光の照射範囲を示しており、設定部３０４により設定された測定位置Ｄに測定光が照射されるように、測定制御部３０５がＭＥＭＳミラー１５を制御する。これにより、高さ測定可能な範囲Ｂの全体に測定光を走査する場合に比べて測定時間を短くすることができる。

ところで、測定対象物Ｗが配置されている高さが分からない場合には、上下方向に延びる線Ｇで示すように、高さ測定可能な範囲ＢにおいてＺ軸方向全体に測定光を走査する必要がある。この場合、図１７（Ａ）に線Ｅと線Ｆとで示す範囲θＡに測定光を走査することになる。範囲θＡに測定光を走査する場合であっても、高さ測定可能な範囲Ｂの全体に測定光を走査する場合に比べて測定時間を短くすることができるが、この実施形態では測定対象物ＷのＺ方向の測定範囲を規定することで、更なる高速化を実現している。測定対象物ＷのＺ方向の測定範囲は、上述したように設定部３０４で設定することができ、測定範囲の上端と下端とをそれぞれＺ座標で表すことができる。測定対象物ＷのＺ方向の測定範囲は、測定対象物Ｗの存在範囲であってもよいし、測定位置の変動範囲であってもよい。測定対象物ＷのＺ方向の測定範囲が規定されることで、図１７（Ｂ）に示すように、線Ｅと線Ｆとのなす角度が図１７（Ａ）で示す場合に比べて小さくて済む。線Ｅと線Ｆとのなす角度が小さいということは、測定光の走査範囲が狭いということであり、測定を高速化できる。

図１７（Ｃ）は測定対象物Ｗが第２の位置にある場合を示しており、この場合も設定部３０４により設定された測定位置に基づいて測定光の照射範囲を狭めることができるので、高さ測定可能な範囲Ｂの全体に測定光を走査する場合に比べて測定時間を短くすることができる。図１７（Ｄ）に示すように、測定対象物ＷのＺ方向の測定範囲を規定すると、線Ｅと線Ｆとのなす角度が図１７（Ｃ）で示す場合に比べて小さくて済むので、測定光の走査範囲が狭くなり、より一層の高速化を実現できる。

図１８（Ａ）は、図１７（Ｂ）の条件で測定光を走査する様子を上方から見た図であり、測定光の延びる方向はＸ方向（図の左右方向）、測定光の走査方向はＹ方向（図の上下方向）となる。設定部３０４により設定された測定位置を目印７２の円で表示している。この目印７２の円内に測定光が照射されるように、測定光を線Ｅから線Ｆの間で複数回、Ｙ方向に間隔をあけて照射する（実線で示す）。この走査処理は、相対的に大きなピッチで測定光を測定対象物Ｗに走査する第１走査処理である。第１走査処理の際に、測定位置を含む領域に測定光が照射されたときのＭＥＭＳミラー１５による走査角度を上述した角度検出部２２ｂが検出する。

その後、測定制御部３０５は、角度検出部２２ｂにより検出された走査角度の周辺の照射角度を相対的に小さなピッチで走査する第２走査処理を行う。第２走査処理で照射する測定光を図１８（Ａ）に破線で示しており、測定光のＹ方向の間隔が第１走査処理（実線で示す）よりも短くなっており、少なくとも１以上（好ましくは少なくとも２以上）の測定光が目印７２の円に照射されるようにＹ方向の間隔が設定されている。第１走査処理は、測定位置をサーチするための粗サーチ処理と呼ぶことができる。これに対して、第２走査処理は、粗サーチによってサーチされた測定位置を精密測定する処理と呼ぶことができる。

図１８（Ｂ）は、図１７（Ｄ）の条件で測定光を走査する様子を上方から見た図である。測定対象物Ｗが第２の位置にある場合も同様に、測定位置をサーチするための粗サーチ処理を行った後、精密測定処理を行うことができる。ただし、測定対象物Ｗが第２の位置にある場合は、第１の位置にある場合に比べて測定光の走査範囲が広くなる（θＡ＜θＢ）ため、粗サーチ処理時における測定光の本数は多くなる（本例では５本→７本）。つまり、測定光の走査範囲はＹ座標に応じて変化させればよい。したがって、測定制御部３０８は、設定部３０４により設定された各測定位置に対して測定光の走査範囲を個別に設定可能に構成されている。

また、図１７に示すように、測定制御部３０５は、少なくとも設定部３０４により設定された測定位置に測定光が照射されるように、ＭＥＭＳミラー１５の走査ミラーを走査可能範囲よりも狭い第１走査範囲で動作させ、測定位置に測定光が照射された際に角度検出部２２ｂで検出された走査ミラーの第１照射角度を取得する。これは粗サーチ処理時に行われる。この第１照射角度を含み、第１走査範囲よりも狭い第２走査範囲で走査ミラーを動作させ、測定位置に測定光が照射された際に角度検出部２２ｂで検出された走査ミラーの第２照射角度を取得する。これは精密測定処理時に行われる。測定制御部３０５は、測定位置に対して、第１走査範囲、第２走査範囲の順序で測定光を照射する。第１照射角度及び第２照射角度は記憶部３２０に記憶される。

測定位置が複数ある場合には、測定制御部３０５は、各測定位置に対して、第１走査範囲、第２走査範囲の順序で測定光を照射するように構成されている。第１測定位置及び第２測定位置がある場合、測定制御部３０５は、第１測定位置に対して第１走査範囲、第２走査範囲の順序で測定光を照射してから、第２測定位置に対して第１走査範囲、第２走査範囲の順序で測定光を照射するように構成することもできる。また、第１測定位置及び第２測定位置がある場合、測定制御部３０５は、第１測定位置及び第２測定位置に対して測定光を第１走査範囲で照射してから、第１測定位置及び第２測定位置に対して測定光を第２走査範囲で照射するように構成することもできる。

測定制御部３０５は、測定ツール選択部３０８で選択された測定ツールの測定領域の大きさに応じて測定位置を走査する測定光のピッチを変えるように構成されている。図１９は高さツールのツールサイズを変更した場合を示しており、図１９（Ａ）に示すように目印７２の大きさが大きいと測定光のピッチが大きくなり、図１９（Ｂ）に示すように目印７２の大きさが小さいと測定光のピッチが小さくなる。測定光のピッチは３段階以上に設定することもでき、目印７２の内部に３本～５本の測定光が入るように測定光のピッチを設定することができる。つまり、測定制御部３０５は、測定ツール選択部３０８で選択された測定ツールの測定領域に測定光が照射されるように走査ミラーを動作させ、具体的には、測定ツール選択部３０８で選択された測定ツールの測定領域に測定光がＹ方向（第２方向）に間隔をあけて複数回照射されるように、走査ミラーを動作させる。尚、測定領域に測定光が１回のみ照射させるように走査ミラーを動作させてもよい。

位置補正が行われたときには測定光の走査範囲や走査位置が変更される。すなわち、測定制御部３０５は、位置補正部３０７により補正された位置に、測定光が照射されるように投光部１０ａ及びＭＥＭＳミラー１５を制御する。このとき、位置補正部３０７により補正された測定位置のみに測定光が照射されるように投光部１０ａ及びＭＥＭＳミラー１５を制御するようにしてもよい。また、測定制御部３０５は、位置補正部３０７により補正された測定位置の輝度画像上におけるＹ座標に基づいて、ＭＥＭＳミラー１５による測定光の走査範囲を変更するように構成することができ、具体的には、位置補正部３０７により補正された測定位置のＹ座標と、変位測定を行う変位測定範囲とに基づいて、ＭＥＭＳミラー１５による走査範囲を当該ＭＥＭＳミラー１５により走査が可能な走査可能範囲よりも狭く設定する。

図２０に示すように、第１測定位置、第２測定位置及び第３測定位置が設定されていて、それぞれを測定光で走査する必要がある場合、例えば第１測定位置を走査した後、第２測定位置を走査するのではなく、第１測定位置からＹ方向について近い測定位置にある第３測定位置を走査し、その後、第２測定位置を走査するようにＭＥＭＳミラー１５を制御するのが好ましい。これにより、第１測定位置、第２測定位置及び第３測定位置の全てを測定する場合のＭＥＭＳミラー１５による走査速度を高めることができる。

（モード選択部３０９の構成）
図７に示すように子機アンプ３はモード選択部３０９も備えている。モード選択部３０９は、変位測定装置１の運転時におけるモードの選択を可能にする部分であり、ＭＥＭＳミラー１５による走査を行わずに測定光を測定対象物Ｗに照射するラインモードと、測定光をＭＥＭＳミラー１５によって走査して測定対象物Ｗに照射する走査モードとのうち、任意のモードを使用者が選択できる。ラインモードで変位を測定可能な場合には、測定光を走査しない分、高速に測定を完了することができる。一方、広い範囲を測定する場合には走査モードで対応することができる。ラインモードと走査モードの選択手段は、例えばＵＩ生成部３０３でモード選択用のユーザーインターフェース（図示せず）を生成して表示部８に表示させ、使用者の選択をユーザーインターフェース上の操作によって受け付ける構成とすることができる。

測定制御部３０５は、モード選択部３０９により走査モードが選択されている場合に、測定対象物ＷのＹ方向（第２方向）の異なる位置に測定光が順次照射されるように投光部１０ａ及びＭＥＭＳミラー１５を制御する。一方、測定制御部３０５は、モード選択部３０９によりラインモードが選択されている場合に、測定対象物Ｗの第２方向の同一の位置に測定光が照射されるように投光部１０ａ及びＭＥＭＳミラー１５を制御するように構成されている。これによりモードの切替が実行される。

測定制御部３０５は、モード選択部３０９によりラインモードが選択されている場合に、走査ミラーを動作させずに、測定対象物Ｗの第２方向の同一の位置に測定光を照射するように構成されている。また、測定制御部３０５は、モード選択部３０９によりラインモードが選択されている場合に、走査ミラーを動作させて、第２方向の互いに近接する複数の位置に測定光を照射するように構成されている。

走査モードとラインモードとのいずれが選択されているかは、記憶部３２０の設定情報記憶部３２０ｆに記憶されている。

（出射方向調整部３１０の構成）
図７に示すように子機アンプ３は出射方向調整部３１０も備えている。出射方向調整部３１０は、モード選択部３０９によりラインモードが選択されている場合に、測定光の出射方向を第２方向について調整するための部分である。出射方向の調整は例えば使用者がユーザーインターフェース上で行うことができる。

（照射角度特定部３１１の構成）
図７に示すように子機アンプ３は照射角度特定部３１１も備えている。照射角度特定部３１１は、変位測定用受光部４０から出力される測定位置に対応する受光素子の画素位置の受光量を連続的に取得し、測定光が測定位置に照射されたときの走査ミラーの照射角度を特定する部分である。測定対象物Ｗの測定位置を含む領域に測定光が照射されたときのＭＥＭＳミラー１５による測定光の走査角度は、上述した角度検知センサ２２で取得することができ、この角度検知センサ２２からの出力値に基づいて、測定光が測定位置に照射されたときの走査ミラーの照射角度を算出することができる。得られた走査ミラーの照射角度は、測定光が測定位置に照射されたときの走査ミラーの照射角度として特定される。特定された走査ミラーの照射角度は記憶部３２０に記憶される。なお、測定光の照射角度を特定するにあたり、角度検知センサ２２を用いなくても、ＭＥＭＳミラー１５への駆動信号に基づいて大まかな照射角度は特定することができる。しかし、温度特性の変化や経時変化などを考慮すると、正確な照射角度を知るためには、角度検知センサ２２等によって角度測定することが好ましい。

（変位測定部３１２の構成）
図７に示すように子機アンプ３は変位測定部３１２も備えている。変位測定部３１２が用いている測定原理は、上述した三角測距の原理である。変位測定部３１２は、設定部３０４により設定された測定位置に照射された測定光が該測定位置から反射して変位測定用受光部４０で受光されることによって変位測定用受光部４０から出力された変位測定用の受光量分布に基づいて、該測定位置の変位を測定する。また、変位測定部３１２は、測定位置から反射した測定光だけでなく、測定位置を含む領域から反射した測定光に基づいて変位を測定することもできる。すなわち、設定部３０４により設定された測定位置を含む領域に測定光が照射されたときに変位測定用受光部４０から出力された変位測定用の受光量分布に基づいて、当該測定位置の変位を測定するように構成することができる。測定結果は、図７に示す測定データ記憶部３２０ｅに記憶させることができる。なお、変位測定部３１２の機能は、センサヘッド２と子機アンプ３とに分割させるようにしてもよい。

また、変位測定部３１２は、相対的に大きなピッチで測定光を測定対象物Ｗに走査する第１走査処理の後、相対的に小さなピッチで測定光を走査する第２走査処理時に、測定位置を含む領域に測定光が照射されたときに得られた受光量分布に基づいて、当該測定位置の変位を測定するように構成されている。

表示部８は、変位測定部３１２により測定された測定位置の変位を、当該変位測定部３１２により測定が可能な最大変位測定範囲との相対的な位置関係で表示するように構成されている。具体的には、例えば図１０のユーザーインターフェース７０に示すように、測定位置を示す目印７２の変位が測定された後、その値をユーザーインターフェース７０の下部に設けられている測定値表示領域７０ａに表示する。測定値表示領域７０ａの側方には、最大変位測定範囲表示領域７０ｂが設けられている。最大変位測定範囲表示領域７０ｂの右側へ行くほど高いことを示し、左側へ行くほど低いことを示しており、最大変位測定範囲のどこに目印７２の部位の高さが位置しているのか目視で把握することができるようになっている。これにより、目印７２の測定位置が、最大測定範囲内でどの程度の余裕を持っているか分かる。

また、位置補正が行われた場合には、位置補正部３０７により補正された測定位置に照射された測定光が該測定位置から反射して変位測定用受光部４０で受光されることになる。変位測定部３１２は、位置補正が行われた場合にも、変位測定用受光部４０から出力された変位測定用の受光量分布に基づいて、該測定位置の変位を測定することができる。

また、変位測定部３１２は、三角測距の原理を利用することで、変位測定用受光部４０から出力された変位測定用の受光量分布を取得するとともに、測定位置に測定光が照射された際に角度検出部２２ｂで検出された走査ミラーの角度（第２照射角度）と、測定位置のＹ方向（第２方向）の位置とに基づいて、該測定位置の変位を測定することができる。さらに、上述したように、測定位置は、Ｙ方向（第２方向）の位置に留まらず、Ｘ方向（第１方向）の位置にも基づいて、測定位置の変位を測定してもよい。具体的には、製造出荷時に、校正用データを記憶しておくことで対応できる。例えば、測定光を照射した状態で、校正用プレートを任意の高さＺに配置して、輝度画像を撮像し、そのときの測定光が延びる方向を認識する。仮に、受光素子２２ａの長手方向と非平行になっていたり、湾曲したりしていれば、そのズレ分を校正用データとして記憶しておく。また、校正用プレートを、任意の高さＺとは異なる複数の高さに配置変更し、その都度、輝度画像を撮像し、そのときの測定光が延びる方向を認識する。これにより、各高さＺにおける校正用データを取得・記憶することができる。運転時には、測定位置のＸ方向（第１方向）の位置（Ｘ座標）に基づいて、上述した校正用データを使用して、正確な測定位置の変位を測定してもよい。

また、粗サーチ処理時に第１走査範囲で走査している間に変位測定用受光部４０から出力された変位測定用の受光量分布を変位測定部３１２が取得する間隔は、第１走査範囲よりも狭い第２走査範囲で走査している間に変位測定用受光部４０から出力された変位測定用の受光量分布を変位測定部３１２が取得する間隔よりも長く設定されている。これは、第１走査範囲を走査する際の測定光のピッチが第２走査範囲を走査する際の測定光のピッチよりも大きいことによる。ピッチが小さいと測定光の照射間隔が短くなり、これにより、受光量分布を取得する間隔が短くなる。

また、変位測定部３１２は、第２走査処理時、測定位置を含む領域に測定光が照射されたときに得られた受光量分布に基づいて、当該測定位置の変位を測定するように構成することもできる。さらに、変位測定部３１２は、測定光が照射される都度、変位測定用受光部４０から出力された変位測定用の受光量分布を取得して測定位置の変位を複数回測定し、得られた複数の変位を平均化処理するように構成することもできる。

また、変位測定部３１２は、照射角度特定部３１１により特定された照射角度と、測定光が測定位置に照射されたときの受光量分布のピーク位置とに基づいて、該測定位置の変位を測定することもできる。図２１（Ａ）は、Ｘ方向に延びる測定光を測定対象物Ｗに照射した際の変位測定用受光部４０の受光量分布を示す図であり、中央部が両側よりも上に位置しているのは、その部分の高さが高いことによる。図２１（Ａ）の２本の破線で囲まれた範囲を抜き出して拡大すると図２１（Ｂ）のようになり、受光量分布に基づいてピーク位置を取得することができる。ピーク位置の取得処理の詳細については後述する。

変位測定部３１２は、測定光が測定位置に照射されたときの受光量分布に基づいてピーク位置を推定するように構成することもできる。すなわち、受光量分布がＹ方向について連続して得られない場合には、周辺の受光量分布に基づいてピーク位置を推定することができる。

また、変位測定部３１２は、測定光が測定位置に照射されたときの受光量分布に複数のピークが存在する場合に、該複数のピークの中から１つ選択してピーク位置を決定するように構成することもできる。ピーク位置がＹ方向に間隔をあけて複数ある場合には、それらのうち、最も高いピークをピーク位置とすることができる。もちろん、最も高いピークをピーク位置とせず、複数あるピーク位置に基づいて、最適なピーク位置を推定しても構わない。

また、変位測定装置１の設定時に、測定光を第１のピッチで測定対象物Ｗの全体に走査した後、測定光を第１のピッチとは異なる第２のピッチで測定対象物Ｗの全体に走査するように、測定制御部３０５が投光部１０ａ及びＭＥＭＳミラー１５を制御することもできる。この場合、変位測定部３１２は、第１のピッチで走査されたときに変位測定用受光部４０から順次出力された変位測定用の受光量分布に基づいて測定対象物Ｗの全体の第１高さデータを生成し、第２のピッチで走査されたときに変位測定用受光部４０から順次出力された変位測定用の受光量分布に基づいて測定対象物Ｗの全体の第２高さデータを生成するように構成されている。

第１高さデータ及び第２高さデータはマスターデータであり、輝度画像と共に保存される３次元データを構成している。第１高さデータ及び第２高さデータを保持しておくことで、例えば設定時に測定ツールで測定しようとすると、測定位置に測定光を照射することなく、第１高さデータまたは第２高さデータから変位を取得して直ちに表示させることができる。また、一旦設定した後、測定ツールの位置を微調整する場合に、再度マスターとなる測定対象物Ｗを用意しなくても、変更後の測定位置の変位を出すことができる。

高さデータは、１つであってもよいが、測定光のピッチが異なる第１高さデータ及び第２高さデータを保持しておくことで、測定ツール毎、測定ツールの大きさ毎に、対応した高さデータから変位を読み出して表示することができる。例えば、細かいピッチで測定したマスターデータを１つ保持して、間引いて使うことも考えられるが、間引いて作ったマスターデータでは最終処理と完全に一致しないことがあるので、複数の測定光のピッチが異なる高さデータを保持しておくのが好ましい。高さデータは、記憶部３２０の高さデータ記憶部３２０ｂに記憶される。

また、変位測定部３１２は、モード選択部３０９によりラインモードが選択されている場合に、測定光が照射される都度、変位測定用受光部４０から出力された変位測定用の受光量分布を取得して測定対象物の変位を複数回測定し、得られた複数の変位を平均化処理するように構成することもできる。なお、本明細書における「平均化」とは、狭義の意味での平均に留まらず、例えばトリム平均やメディアンフィルタ、或いは、各種フィルタ等も含む広い概念である。

（良否判定部３１３の構成）
図７に示すように子機アンプ３は良否判定部３１３を備えている。良否判定部３１３は、輝度画像生成部３０２により生成された輝度画像に基づいて測定対象物Ｗの状態を判定した判定結果と、変位測定部３１２で測定した変位に基づいて測定対象物Ｗの状態を判定した判定結果とを組み合わせて測定対象物Ｗの良否判定を行うように構成されている。例えば、輝度画像上で一部が欠落しているか否かを検出し、欠落していない場合であっても、変位測定部３１２で測定した変位が基準値を外れている場合には、測定対象物Ｗが不良品であると判定することができる。反対に、変位測定部３１２で測定した変位が基準値であっても、輝度画像上で一部が欠落していると判定される場合には、測定対象物Ｗが不良品であると判定することができる。処理結果は、図７に示す処理結果記憶部３２０ｃに記憶させることができる。

（設定情報記憶部３２０ｆの構成）
設定情報記憶部３２０ｆには、図２２～図２４に示すようなプログラムが記憶されている。プログラムは、複数の設定情報からなるものであり、複数通り記憶させておくことができる。各プログラムに含まれる設定情報としては、例えば走査モード（スキャンモード）とラインモードのいずれが選択されているか、トリガ関連の設定、撮像関連の設定（明るさ、感度等）、マスターデータの有無、ヘッド傾き補正、適用される測定ツール及びそのパラメータ等が含まれている。使用者は、設定情報記憶部３２０ｆに記憶されているプログラムの中から任意のプログラムを選択して変位測定装置１の運転時に適用することができる。

（設定時及び運転時の具体例）
次に、変位測定装置１の設定時及び運転時の具体例について説明する。図２５は、変位測定装置１の走査モードの設定時に行う手順を示すフローチャートである。

（走査モードの設定時）
走査モードの設定時のフローチャートにおけるステップＳＡ１は、外部トリガや内部トリガ等を設定するステップであり、どのようなトリガ信号でどのように動作するかを設定する。トリガ条件の設定が行われると子機アンプ３やセンサヘッド２に設定情報が送られ、センサヘッド２はこの条件で動作するようになる。

ステップＳＡ２では、輝度画像の明るさ設定が行われる。明るさ設定とは、露光時間、照明光量、撮像モード（ＨＤＲの有無）などのことである。ＨＤＲとは、ハイダイナミックレンジ処理のことである。明るさ設定は自動で行うこともできるし、手動で行うこともできる。このとき取得される測定対象物Ｗの輝度画像を図２６に示す。

ステップＳＡ３では、マスター登録を行う。マスターとは、輝度画像及び視野全体の３次元データ（高さデータ）のことであり、センサヘッド２が測定対象物Ｗの輝度画像を取得するとともに、測定対象物Ｗの全体に測定光を走査して変位を測定し、高さデータを取得する。輝度画像と高さデータとを対応させて図７に示す高さ画像記憶部３２０ｂに記憶させる。ステップＳＡ３では、異なるピッチで測定光を走査して複数の高さデータを取得しておくことができる。尚、複数の高さデータを取得するにあたっては、種々の方法が考えられる。例えば、予め定められた最も細かいピッチで測定光を走査し、一の高さデータを取得し、このピッチよりも粗いピッチ（分解能が粗いピッチ）については、この一の高さデータを間引くことによって生成するようにしてもよい。さらには、マスター登録は省略してもよい。

ステップＳＡ４では、例えば図１５に示すような測定ツール選択用インターフェース８０を表示部８に表示させて測定ツールの選択を行う。測定ツールを選択すると、ステップＳＡ５に進み各ツールの設定を行う。測定ツールの設定順に決まりはないが、処理順は位置補正ツールが最初に行われるようになっている。位置補正ツールは他の全測定ツールに対して１つだけ設定できるようにしてもよいし、他の測定ツール毎に個別に設定するようにしてもよい。

ステップＳＡ６において測定ツールの追加が完了したか否かを判定し、測定ツールの追加が完了していない場合には、ステップＳＡ４、ＳＡ５を経て測定ツールを追加する。測定ツールの追加が完了すると、ステップＳＡ７に進む。ステップＳＡ７では、出力割り当てを設定する。その後、ステップＳＡ８において総合判定条件を設定する。

（走査モードの設定時のマスター登録）
次に、走査モードの設定時のマスター登録について詳細に説明する。図２６に示すユーザーインターフェース７０のマスター登録開始ボタン７０ｂを押すことでマスター登録が開始される。図２７に示すマスター登録フローチャートのステップＳＢ１では、照明部３０の第１～第４発光ダイオード３１～３４を点灯させる。ステップＳＢ２では、輝度画像を撮像する。画像データは、例えば子機アンプ３の画像データ記憶部３２０ｄ（図７に示す）に記憶される。

ステップＳＢ３では、輝度画像全体の変位を測定可能となるようにＭＥＭＳミラー１５を制御する。ステップＳＢ４では、レーザー出力器１２から発光させて帯状の測定光を測定対象物Ｗに照射する。ステップＳＢ５で撮像し、ステップＳＢ６で変位を測定する。尚、このとき撮像した画像は子機アンプ３に転送せずにセンサヘッド２において変位測定を実行するようにしてもよい。また、ステップＳＢ５で撮像した画像からピーク位置の座標を算出する処理までをセンサヘッド２で行い、ピーク位置から実際の測定値への演算を子機アンプ３が行うように構成することもできる。

ステップＳＢ７では、全ての測定データを使ってマスター高さデータ１を生成し、輝度画像の各画素に対して高さデータをマッピングする。ステップＳＢ８では、２Ｎ回目の測定か否かを判定する。２Ｎ回目の測定であればステップＳＢ９に進み、２Ｎ回目の測定でなければステップＳＢ１２に進む。ステップＳＢ９では、２Ｎ回目の測定データのみを使ってマスター高さデータ２を生成し、輝度画像の各画素に対して高さデータをマッピングする。ステップＳＢ１０では、４Ｎ回目の測定か否かを判定する。４Ｎ回目の測定であればステップＳＢ１１に進み、４Ｎ回目の測定でなければステップＳＢ１２に進む。ステップＳＢ１１では、４Ｎ回目の測定データのみを使ってマスター高さデータ３を生成し、輝度画像の各画素に対して高さデータをマッピングする。ステップＳＢ７、ＳＢ９、ＳＢ１１は並行して行うようにしてもよい。

ステップＳＢ１２では測定が完了したか否かを判定し、測定が完了していない場合にはステップＳＢ３に進み、上述した手順を再び行う。測定が完了していれば、ステップＳＢ１３に進む。三角測距では死角になる箇所の高さデータが生成されないので、ステップＳＢ１３で、輝度画像の各画素において高さデータがない画素を表示部８上で赤色斜線表示する。斜線表示されている様子を図２８に示す。マスター高さデータ１～３は、図７に示す高さデータ記憶部３２０ｂに記憶することができる。

（マスター高さデータ使用時）
次に、マスター高さデータ１～３の使用時について図２９に示すフローチャートに基づいて説明する。マスター高さデータ１～３は、測定ツールの選択時に使用することができ、ステップＳＣ１では、マスター高さデータ１～３の中から、測定ツール種別、測定ツール設定に応じて使用するマスター高さデータを選択する。ステップＳＣ２では、選択されたマスター高さデータと、測定ツールの測定位置及び範囲から測定値を算出する。ステップＳＣ３では、ステップＳＣ２で測定した値を表示部８に表示する。

段差ツールの場合は、図３０に示すように、２つの位置（点Ａと点Ｂ）を指定すると、ユーザーインターフェース７０の上部に設けられた測定値表示部７０ｃに２点間の段差が数値で表示される。２つの位置を指定した後、図３１に示すように、それぞれの変位測定範囲を設定することができる。点Ａの変位測定範囲を設定する領域７０ｄと、点Ｂの変位測定範囲を設定する領域７０ｅとがユーザーインターフェース７０に表示され、個別に設定可能となっている。

面積ツールの場合は、図３２に示すように、予め設定された色範囲内にある面が同じ色に着色されて表示される。ここで、面積ツールは、輝度画像から特徴（図３２では、予め設定された色範囲内か否か）を抽出するための測定ツールであって、いわゆる画像処理ツールの一例である。他にも、輝度画像からエッジを抽出してエッジ幅などを測定するエッジツールなどが挙げられる。本実施形態では、このような画像処理ツールと、変位を測定するための変位測定ツールとの両方を、一つの輝度画像に設定することが可能である。

走査モードにおける測定ツールの設定が完了すると、図３３に示すように、ユーザーインターフェース７０の側部に設けられた測定ツール表示領域７０ｆに、選択された測定ツールが一覧表示される。

（出力割り当て設定）
出力割り当て設定では、図３４に示すように、外部への出力ピンに何を割り当てるか設定する。ＯＦＦ／総合判定／ビジー／エラ／ツール１結果等を選択することができるが、これ以外を選択可能にしてもよい。

（総合判定条件設定）
図３５に示すように、判定条件設定領域７０ｇにおいて、測定ツールが「すべてＯＫ」か「いずれかＯＫ」を選択することができる。その他にも、測定ツール１がＯＫかつ測定ツール２がＮＧなら総合判定がＯＫとするような組み合わせパターンを出力することも可能である。

上述した設定が終了すると、変位測定装置１が設定モードから運転モードに遷移し運転を開始する。設定が終了するまではセンサヘッド２に設定情報を出力し、ＲＡＭ値(揮発メモリ)のみの書き換えを行う。設定が終了すると、設定情報をＲＯＭ値(不揮発メモリ)に書き込む。運転とは、変位測定装置１を測定現場で運用することである。

（ハレーション低減機能）
変位測定装置１は、輝度画像の白飛びを低減するハレーション低減機能を有している。すなわち、発光ダイオードを使って輝度画像を撮像すると、正反射する測定対象物Ｗなどではハレーションが発生することがある。このことに対して、上述した偏光フィルタアタッチメント５２を装着して対応することもできるが、偏光フィルタ５２ａを入れると測定光の受光量が下がってしまう。また、ドーム照明を利用してハレーションを低減する方法もあるが、ドーム照明は大きくなるので測定の邪魔になることがある。

そこで、本例では、偏光フィルタ５２ａを入れることなく、また、ドーム照明を利用することなく、ハレーションを低減可能なハレーション低減機能を搭載している。尚、偏光フィルタ５２ａ及びドーム照明を利用してもよく、これらのうち、少なくとも一方と、ハレーション低減機能とを組み合わせてもよい。

ハレーション低減機能は、子機アンプ３が有していてもよいし、センサヘッド２が有していてもよい。まず、測定制御部３０５は照明部３０の各発光ダイオード３１～３４を個別に点灯する制御を行う。そして、変位測定用受光部４０は、各発光ダイオード３１～３４を個別に点灯して得られた複数の受光量分布を出力する。輝度画像生成部３０２は、複数の受光量分布に基づいてハレーションの影響を低減した合成輝度画像を生成するように構成されている。つまり、異なる方向から照明を照射した複数の画像を合成することで、ハレーションを低減ないし除去することができる。

図３６にハレーション低減処理のフローチャートを示す。ステップＳＤ１では、第１～第４発光ダイオード３１～３４の点灯パターン制御を行う。点灯パターン制御とは、第１～第４発光ダイオード３１～３４を順に点灯することである。ステップＳＤ２では、第１発光ダイオード３１のみ点灯、第２発光ダイオード３２のみ点灯、第３発光ダイオード３３のみ点灯、第４発光ダイオード３４のみ点灯させる。ステップＳＤ３では、例えば、第１発光ダイオード３１のみ点灯した状態で変位測定用受光部４０が受光量分布を出力し、一旦保存しておく。ステップＳＤ４では、第１～第４発光ダイオード３１～３４の全てについて変位測定用受光部４０が受光量分布を出力したか否かを判定する。第２発光ダイオード３２のみ点灯した状態で変位測定用受光部４０が受光量分布を出力し、一旦保存し、第３発光ダイオード３３のみ点灯した状態で変位測定用受光部４０が受光量分布を出力し、一旦保存し、第４発光ダイオード３４のみ点灯した状態で変位測定用受光部４０が受光量分布を出力し、一旦保存する。このようにして、４つの輝度画像を構成するデータを取得する。

その後、ステップＳＤ５に進む。本例では、４方向から照明を照射した４つの輝度画像を構成する４種類のデータができるため、各画素に４つの輝度値が存在することになる。４つの輝度値の中で１番明るい値は、ハレーションである可能性が高いため、ステップＳＤ５では、１番明るい値を除き、２～４番目の値を使用して合成画像を生成する。これにより、ハレーションを低減ないし除去した輝度画像を得ることができる。

（ピーク位置取得）
図３７は、測定光が測定対象物Ｗの測定位置に照射されたときの受光量分布のピーク位置を取得する手順を示すフローチャートである。ステップＳＥ１では、測定対象物Ｗの測定位置の指定を受け付ける。これは設定部３０４により行うことができる。ステップＳＥ２では、測定位置を含む近傍の撮像範囲（変位測定範囲）を指定する。ステップＳＥ３では、測定位置を含む変位測定範囲の変位を測定可能となるようにＭＥＭＳミラー１５を制御する。ステップＳＥ４では、レーザー出力器１２から発光させて帯状の測定光を測定対象物Ｗに照射する。

ステップＳＥ５では変位測定用受光部４０で撮像を行う。ステップＳＥ６では変位測定用受光部４０から出力される受光量分布から測定光のピーク位置の座標を算出する。また、ステップＳＥ８では、１次元の受光素子２２ａで撮像を行う。変位測定用受光部４０の撮像と、１次元の受光素子２２ａの撮像とは略同時である。これにより、誤差を小さくすることができる。ステップＳＥ９では、上述したように角度検出部２２ｂによって走査ミラーの角度を算出する。その後、ステップＳＥ９では、測定光のピーク位置と、走査ミラーの角度（測定光の走査ミラーからの出射角度）とに基づいて、三角測距の原理を用いて高さ（変位）計算を行う。なお、上述したように、測定光のピーク位置としてのＸ座標に基づいて、校正用データを用いて高さ（変位）計算をしてもよい。これにより、温度特性の変化や経時変化を加味した上で、より正確な高さ計算を行うことが可能である。

（傾き補正機能）
変位測定装置１は、平坦な基準面の傾きを補正する傾き補正機能を有している。傾き補正機能は、子機アンプ３が有していてもよいし、センサヘッド２が有していてもよい。図３８に示すように、ユーザーインターフェース７０に輝度画像が表示された状態で、基準面設定ボタン７０ｈを押すと、図３９に示すようにユーザーインターフェース７０に高さ画像が表示される。高さ画像は、高さに応じて色を変えた画像であり、例えば高いほど白く、低いほど黒く表示した画像にしたり、高いほど赤く、低いほど青く表示した画像にすることができる。図３９に示す高さ画像では、基準面が表示部６の下に行くほど低くなるように傾斜している様子が分かる。

使用者は、図３９に示す高さ画像上で基準面を設定する。基準面は３点を指定することによって行うことができ、この例では、第１ポイント９１、第２ポイント９２、第３ポイント９３を入力部９の操作によって指定する。各ポイント９１～９３のサイズは、サイズ設定部９４を操作することで変えることができ、例えば小、標準、大にすることができる。

第１～第３ポイント９１～９３の指定が終わると、子機アンプ３またはセンサヘッド２の信号処理部は、第１～第３ポイント９１～９３が全て同じ高さになるように、各画素の変位を演算する。演算後、図４０に示すように、基準面の高さが全て同じになる。

（測定光のピッチ最適化）
図４１は、基準面方向に応じて測定光の照射ピッチを最適化する方法を説明する図である。符号２００は基準面を示しており、また、符号２０１は変位測定範囲を示しており、また、符号２０２は測定光を示している。

図４１の（Ａ）では、基準面２００が水平な場合に、変位測定範囲２０１に測定光２０２を５本照射する様子を示している。図４１の（Ｂ）は、基準面２００が右上がりに傾斜している場合を示しており、この場合に、仮に測定光２０２のピッチを（Ａ）と同じにしていると、変位測定範囲２０１には測定光２０２が３本しか照射されなくなり、測定精度の低下を招くおそれがある。本例では、測定光２０２のピッチを基準面２００の傾きに応じて変化させるピッチ変更制御を行うように構成されている。図４１の（Ｃ）に示すように、基準面２００が傾斜した場合には、水平である場合と同じ本数の測定光２０２が変位測定範囲２０１に照射されるように、測定光２０２のピッチを狭める。これにより、測定精度の低下を抑制できる。これは、上述した傾き補正によって基準面を決定した後に行うことができる。

（基準面高さ補正）
図４２は、基準面高さ補正の概要を説明する図である。符号２００は基準面を示しており、また、符号２０１は変位測定範囲を示しており、また、符号２０２は測定光を示しており、また、符号２０３は測定レンジを示している。ここで、測定対象物Ｗが台座に置かれた状態を想定する。測定対象物Ｗの天面を測定すると考えたときに、台座から見た測定対象物Ｗの相対的な高さ変動は、上下両方向で例えば５ｍｍのように小さいが、台座の高さ変動が上下両方向で例えば２０ｍｍあった場合には、合計で上下両方向に２５ｍｍの測定レンジを設定する必要があり、測定時間が長くなるおそれがある。

本例では、上述した傾き補正によって台座を基準面として補正すると、基準面２００に対して測定レンジ２０３だけ測定すればよいので、上下両方向で５ｍｍの測定で済む。これにより測定時間を短くすることができる。

（高さ面積ツール）
高さ面積ツールは、測定ツール用の領域内の高さを測定し、指定した高さ範囲内に入っていれば面積として抽出し、表示するツールである。測定ツール用の領域内の高さを測定しようとすると、測定光の走査範囲が広くなりがちで、測定時間が長くなるという問題があるが、高さ面積ツールは、測定ツール用の領域内の全ての高さを測定し、指定した高さ範囲内に入っているかチェックする必要はなく、指定した高さ範囲内だけを測定し、測定できたところを面積として抽出する。これを利用し、指定した高さ範囲内だけ測定することで測定速度を高める。

具体例を図４３～４５に示す画像及び図４６に示すフローチャートに基づいて説明する。図４６に示すフローチャートのステップＳＦ１では、図４３に示すように、ユーザーインターフェース７０に輝度画像を表示する。図４６のステップＳＦ２では、測定ツール用の領域２１０の位置指定を受け付け、これにより、図４３に示すように測定ツール用の領域２１０が設定される。測定ツール用の領域２１０の設定は、位置補正用の領域７４の設定と同様に行うことができる。

図４６のステップＳＦ３では、面積として抽出する箇所の位置指定を受け付ける。これは設定部３０４により行うことができ、具体的には、図４４に示すように、使用者がタッチペン２１１等で面積として抽出したい箇所を指定する。ステップＳＦ４では、指定された抽出画素の高さが抽出範囲に含まれるように、抽出範囲を拡張する。ステップＳＦ５では、抽出範囲にある画素を色付け表示する。ステップＳＦ６では、高さ面積ツールの設定が完了したか否かを判定する。高さ面積ツールの設定が完了していない場合には、ステップＳＦ３に戻り、２回目の抽出箇所の位置指定を受け付けた後、ステップＳＦ４に進んで抽出範囲を拡張した後、ステップＳＦ５に進んで拡張された抽出範囲にある画素を色付け表示する。これにより、図４５に示すように色付け表示された画素が図４４に比べて多くなる。抽出箇所の位置指定は３回以上行ってもよい。高さ面積ツールの設定が完了した場合にはステップＳＦ７で設定を保存する。これにより、抽出範囲の上限値と下限値が、プログラムの設定値として保存される。運転時には、ここで保存された上限値と下限値が読み出され、ＭＥＭＳミラー１５を制御する角度が決まる。

抽出範囲の設定方法は上述したタッチペン２１０による方法に限られるものではなく、図４４や図４５に示すように、抽出範囲設定部２１１の操作による方法であってもよい。プラスボタンを押すと抽出範囲が拡張され、マイナスボタンを押すと抽出範囲が縮小される。

（走査モードの運転時）
図４７は、変位測定装置１の走査モードの運転時に行う手順を示すフローチャートである。走査モードの運転時のフローチャートにおけるステップＳＧ１では、外部機器６等から外部トリガを受け付ける。ステップＳＧ２では、照明部３０の第１～第４発光ダイオード３１～３４を点灯させる。ステップＳＧ３では、輝度画像を撮像する。画像データは、例えば子機アンプ３の画像データ記憶部３２０ｄ（図７に示す）に記憶される。

ステップＳＧ４では位置補正ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に位置補正ツールが選択されていればステップＳＧ５に進み、設定時に位置補正ツールが選択されていなければステップＳＧ７に進む。ステップＳＧ５では位置補正ツールを実行し、ステップＳＧ６では測定ツールの位置、即ち測定位置を補正する。ステップＳＧ５及びＳＧ６は位置補正部３０７で行われる。

ステップＳＧ７では、画像処理ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に画像処理ツールが選択されていればステップＳＧ８に進み、設定時に画像処理ツールが選択されていなければステップＳＧ９に進む。ステップＳＧ８では各種画像処理を実行する。画像処理は従来から周知のものを挙げることができる。

ステップＳＧ９では、リアルタイム傾き補正の適用があるか否かを判定する。設定時に傾き補正機能の実行が選択されていればステップＳＧ１０に進み、設定時に傾き補正機能の実行が選択されていなければステップＳＧ１８に進む。ステップＳＧ１０では、測定位置を含む変位測定範囲の変位を測定可能となるようにＭＥＭＳミラー１５を制御する。ステップＳＧ１１では、レーザー出力器１２から発光させて帯状の測定光を測定対象物Ｗに照射する。ステップＳＧ１２で撮像し、ステップＳＧ１３で変位を測定する。

ステップＳＧ１４では、第１～第３ポイント９１～９３（図３９に示す）の全て測定が完了したか否かを判定する。第１～第３ポイント９１～９３の全ての測定が完了していない場合には、３点の測定が完了するまで上述した処理を繰り返す。第１～第３ポイント９１～９３の全て測定が完了したらステップＳＧ１５に進み、第１～第３ポイント９１～９３から基準面を計算する。その後、ステップＳＧ１６に進み、基準面方向に応じて変位測定範囲内への測定光の照射ピッチを最適化する。また、ステップＳＧ１７では、基準面の高さに応じて測定光の走査範囲を最適化する。

ステップＳＧ１８では、測定ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に測定ツールが選択されていればステップＳＧ１９に進み、設定時に測定ツールが選択されていなければステップＳＧ２４に進む。ステップＳＧ１９では、測定ツールに応じて測定位置を含む変位測定範囲の変位を測定可能となるようにＭＥＭＳミラー１５を制御する。ステップＳＧ２０では、レーザー出力器１２から発光させて帯状の測定光を測定対象物Ｗに照射する。ステップＳＧ２１で撮像し、ステップＳＧ２２で変位を測定する。ステップＳＧ２３で全ての測定が完了した場合にはステップＳＧ２４に進み、全ての測定が完了していない場合には上述した測定を繰り返す。ステップＳＧ２４では、全ての測定ツールの処理結果を統合して総合判定結果を生成する。生成した総合判定結果は出力される。

（粗サーチ及び精密測定処理）
図４８は、粗サーチ及び精密測定処理の基本フローチャートであり、図１８に示すように実線で表される測定光による粗サーチ処理を行った後に、破線で表される測定光による精密測定を行う。

ステップＳＨ１では、粗サーチの範囲及び測定光のピッチを決定する。本実施形態では、このピッチは後述する精密測定時のピッチよりも大きく、変位測定範囲の大きさによって異なっている。ステップＳＨ２では、測定光のピッチが大きい粗サーチを実行する。ステップＳＨ３では、測定対象物Ｗの粗い高さを確定する。ステップＳＨ４では、精密測定の範囲及び測定光のピッチを決定する。精密測定の範囲は変位測定範囲を含む範囲である。測定光のピッチは、変位測定範囲に対して複数本の測定光を照射可能なピッチである。ステップＳＨ５では、精密測定を実行する。ステップＳＨ６では、測定対象物Ｗの精密な高さを確定する。

図４９は、粗サーチ及び精密測定処理において複数のパターンを交互に実行する場合のフローチャートである。ステップＳＪ１では、複数のパターン（例：パターンＡ、パターンＢ、…）の走査順を決定する。ステップＳＪ２では、複数のパターンのうちから１つのパターンを選択する。ステップＳＪ３では、選択したパターンの粗サーチの範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＪ４では、測定光のピッチが大きい粗サーチを実行する。ステップＳＪ５では、測定対象物Ｗの粗い高さを確定する。ステップＳＪ６では、精密測定の範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＪ７では、精密測定を実行する。ステップＳＪ８では、測定対象物Ｗの精密な高さを確定する。ステップＳＪ９では、全パターンの走査が終了したか否か判定し、全パターンの走査が終了するまで上述した処理を繰り返す。

図５０は、粗サーチ及び精密測定処理において複数のパターンの粗サーチを先に実行する場合のフローチャートである。ステップＳＫ１では、複数のパターンの粗サーチの走査順を決定する。ステップＳＫ２では、複数のパターンのうちから１つのパターンを選択する。ステップＳＫ３では、選択したパターンの粗サーチの範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＫ４では、測定光のピッチが大きい粗サーチを実行する。ステップＳＫ５では、測定対象物Ｗの粗い高さを確定する。ステップＳＫ６では、全パターンの粗サーチが終了したか否か判定し、全パターンの粗サーチが終了するまで上述した処理を繰り返す。

全パターンの粗サーチが終了すると、ステップＳＫ７に進み、複数のパターンの精密測定の走査順を決定する。ステップＳＫ８では、順番に精密測定を実行する。ステップＳＫ９では、測定対象物Ｗの精密な高さを確定する。

図５１は、粗サーチ及び精密測定処理において複数のパターンの粗サーチを同時に実行する場合のフローチャートである。ステップＳＬ１では、複数のパターンを包含する粗サーチの範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＬ２では、測定光のピッチが大きい粗サーチを実行する。ステップＳＬ３では、パターン毎に粗い高さを確定する。ステップＳＬ４では、複数パターンの各精密測定の走査順を決定する。ステップＳＬ５では、複数のパターンのうちから１つのパターンを選択する。ステップＳＬ６では、精密測定の範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＬ７では、精密測定を実行する。ステップＳＬ８では、測定対象物Ｗの精密な高さを確定する。ステップＳＬ９では、全パターンの走査が終了したか否か判定し、全パターンの走査が終了するまで上述した処理を繰り返す。

図５２は、粗サーチ及び精密測定処理において粗サーチ中に測定対象物の高さ情報が得られたタイミングで精密測定に移行する場合のフローチャートである。ステップＳＭ１では、粗サーチの範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＭ２では、測定光のピッチが大きい粗サーチを開始する。ステップＳＭ３では、粗サーチ位置を順番に走査する。ステップＳＭ４では、測定位置が特定されるか否かを判定する。測定位置が特定されなければステップＳＭ３に戻り、粗サーチ位置を順番に走査する。測定位置が特定されれば、ステップＳＭ５に進み、特定された測定位置に対する精密測定の範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＭ６では、精密測定を実行する。ステップＳＭ７では、測定対象物Ｗの精密な高さを確定する。

図５３は、粗サーチ及び精密測定処理において粗サーチ及び精密測定の両方の結果から測定位置を特定する場合のフローチャートである。ステップＳＮ１では、粗サーチの範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＮ２では、測定光のピッチが大きい粗サーチを開始する。ステップＳＮ３では、測定位置の粗サーチにより得られた高さ情報を記録する。ステップＳＮ４では、精密測定の範囲及び測定光のピッチを決定する。ステップＳＮ
５では、精密測定を実行する。ステップＳＮ６では、ステップＳＮ３で得られた粗サーチの高さ情報と、ステップＳＮ５で得られた精密測定の結果から測定対象物の高さを特定する。

（ラインモード設定時）
図５４はラインモード設定時のフローチャートである。外部トリガや内部トリガ等を設定するステップは省略している。ステップＳＰ１では、輝度画像の明るさ設定が行われる。ステップＳＰ２では、マスター登録を行う。ステップＳＰ３では、測定ツールの選択を行い、測定ツールを選択すると、ステップＳＰ４に進み各ツールの設定を行う。ステップＳＰ５において測定ツールの追加が完了したか否かを判定し、測定ツールの追加が完了していない場合には、ステップＳＰ３、ＳＰ４を経て測定ツールを追加する。測定ツールの追加が完了すると、ステップＳＰ６に進む。ステップＳＰ６では、出力割り当てを設定する。その後、ステップＳＰ７において総合判定条件を設定する。なお、上述した走査モード（スキャンモード）と同様に、ステップＳＰ２のマスター登録は省略してもよい。

図５５に示すように、ユーザーインターフェース７０に表示される輝度画像には、仮想的な測定輝線２２０が重畳表示される。測定輝線２２０は測定光が照射されている箇所を示すものであり、測定光の照射位置に対応するように表示される。

図５６は、ラインモード設定時に高さツールで変位測定範囲２２１を設定した状態を示している。変位測定範囲２２１が測定輝線２２０上で設定可能となっている。変位測定範囲２２１の両側にある矢印状の目印２２１ａを操作することで、変位測定範囲２２１の長さや位置を変更することができる。

図５７は、ラインモード設定時に段差ツールで変位測定範囲２２１を設定した状態を示している。２つの位置（点Ａと点Ｂ）を測定輝線２２０上で設定可能となっている。点Ａと点Ｂを指定すると、ユーザーインターフェース７０の上部に設けられた測定値表示部７０ｃに２点間の段差が数値で表示される。

（ラインモードの設定時のマスター登録）
次に、ラインモードの設定時のマスター登録について詳細に説明する。図５８に示すマスター登録フローチャートのステップＳＱ１では、照明部３０の第１～第４発光ダイオード３１～３４を点灯させる。ステップＳＱ２では、輝度画像を撮像する。ステップＳＱ３では、輝度画像全体の変位を測定可能となるようにＭＥＭＳミラー１５を制御する。ステップＳＱ４では、レーザー出力器１２から発光させて帯状の測定光を測定対象物Ｗに照射する。ステップＳＱ５で撮像し、ステップＳＢ６で変位を測定する。

ステップＳＱ７では、輝度画像の各画素に対して高さデータをマッピングする。ステップＳＱ８では、輝度画像の各画素において高さデータがない画素を表示部８上で赤色斜線表示する。

（ラインモード運転時）
図５９は、変位測定装置１のラインモードの運転時に行う手順を示すフローチャートである。ラインモードの運転時のフローチャートにおけるステップＳＲ１では周期的にトリガ信号を出力する。ステップＳＲ２では、照明部３０の第１～第４発光ダイオード３１～３４を点灯させる。ステップＳＲ３では、輝度画像を撮像する。ステップＳＲ４では、測定位置を含む変位測定範囲の変位を測定可能となるようにＭＥＭＳミラー１５を制御する。ステップＳＲ５では、レーザー出力器１２から発光させて帯状の測定光を測定対象物Ｗに照射する。ステップＳＲ６で撮像し、ステップＳＲ７で変位を測定する。

ステップＳＲ８では位置補正ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に位置補正ツールが選択されていればステップＳＲ９に進み、設定時に位置補正ツールが選択されていなければステップＳＲ１１に進む。ステップＳＲ９では位置補正ツールを実行し、ステップＳＲ１０では測定ツールの位置、即ち測定位置を補正する。

ステップＳＲ１１では、測定ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に測定ツールが選択されていればステップＳＲ１２に進み、設定時に測定ツールが選択されていなければステップＳＲ１３に進む。ステップＳＲ１２では、測定ツールを実行する。全ての測定が完了した場合には、ステップＳＲ１３において全ての測定ツールの処理結果を統合して総合判定結果を生成する。生成した総合判定結果は出力される。

（実施形態の作用効果）
この実施形態によれば、表示部８に表示された輝度画像上で変位の測定を行う測定位置を設定することにより、該測定位置に測定光を照射し、該測定位置から反射して変位測定用受光部４０で受光された変位測定用の受光量分布に基づいて該測定位置の変位を測定することができるので、測定光を測定対象物Ｗの全体に走査して測定対象物Ｗの三次元形状測定を行うことなく、測定対象物Ｗの所定位置の変位を短時間で測定できる。

また、変位測定装置１の運転時に位置補正用情報を用いて測定対象物Ｗの位置及び姿勢を特定して測定位置の補正を行い、補正された測定位置に測定光を照射して測定位置の変位を測定することができるので、測定対象物Ｗの位置や姿勢が変動しても、測定対象物Ｗの所定位置の変位を短時間で測定できる。

また、測定光を第１走査範囲で走査させて測定位置に測定光が照射された際の走査ミラーの第１照射角度を特定し、その後、この第１照射角度を含み、第１走査範囲よりも狭い第２走査範囲で走査ミラーを動作させ、測定位置に測定光が照射された際の走査ミラーの第２照射角度を特定し、第２照射角度と、測定位置の第２方向の位置とに基づいて該測定位置の変位を測定するようにしたので、測定対象物Ｗの所定位置の変位を短時間で高精度に測定することができる。

また、測定光が測定位置に照射されたときの走査ミラーの照射角度を特定し、照射角度と、測定光が測定位置に照射されたときの受光量分布のピーク位置とに基づいて測定位置の変位を測定するようにしたので、測定対象物Ｗの所定位置の変位を短時間で測定できる。

また、走査モードが選択されている場合に測定対象物Ｗの第２方向の異なる位置に測定光を順次照射する一方、ラインモードが選択されている場合に測定対象物Ｗの同一の位置に測定光を照射し、変位測定用受光部４０から出力された受光量分布に基づいて測定対象物Ｗの変位を測定することができるので、測定対象物Ｗが静止している場合であっても移動している場合であっても所定位置の変位を測定することができる。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る変位測定装置は、各種測定対象物の所定位置の変位を測定する場合に使用することができる。

１ 変位測定装置
２ センサヘッド
３ 子機アンプ
４ 親機アンプ
５Ａ モニタ装置
５Ｂ パーソナルコンピュータ
８ 表示部
１０ａ 投光部
１２ レーザー出力器（測定光源）
１３ コリメートレンズ（投光レンズ）
１４ シリンドリカルレンズ（投光レンズ）
１５ ＭＥＭＳミラー（走査部）
２２ａ 一次元の受光素子
２２ｂ 角度検出部
２３ 設定情報記憶部
３０ 照明部
３１～３４ 第１～第４発光ダイオード
４０ 測定用受光部（２次元の受光素子）
５１ａ 測定光投光窓
５１ｂ 受光窓
５２ａ 偏光フィルタ
３０２ 輝度画像生成部
３０４ 設定部
３０５ 測定制御部
３０６ エッジ抽出部
３０７ 位置補正部
３０８ 測定ツール選択部
３０９ モード選択部
３１０ 出射方向調整部
３１２ 変位測定部
３１３ 良否判定部
３２０ 記憶部
３２０ａ 補正用情報記憶部
３２０ｂ 高さデータ記憶部
３２０ｆ 設定情報記憶部
Ｗ 測定対象物

Claims (9)

1. 測定対象物の所定位置の変位を測定する変位測定装置において、
   測定光源と、該測定光源からの光が入射する投光レンズとを有し、第１方向に延びる帯状の測定光を測定対象物に照射するための投光部と、
   前記測定光を、前記第１方向と交差する第２方向に走査可能な走査ミラーを有する走査部と、
   前記測定対象物から反射した前記測定光を受光し、変位測定用の受光量分布を出力するとともに、前記測定対象物から反射した光を受光し、画像生成用の受光量分布を出力する２次元の受光素子からなり、前記第１方向及び前記第２方向と直交する高さ方向に受光軸を有する受光部と、
   前記画像生成用の受光量分布に基づいて、前記測定対象物の輝度画像を生成する輝度画像生成部と、
   前記走査部による走査可能範囲内で変位の測定を行う測定位置の設定を受け付けるとともに、前記輝度画像生成部により生成された輝度画像上で、前記測定位置の補正を行う位置補正用の領域の設定を受け付ける設定部と、
   前記領域内の位置補正用情報を、前記設定部により設定される設定位置との相対位置情報とともに記憶する補正用情報記憶部と、
   前記変位測定装置の運転時に、前記輝度画像生成部により新たに生成された輝度画像上で、前記補正用情報記憶部に記憶された前記位置補正用情報を用いて前記測定対象物の位置及び姿勢を特定し、前記相対位置情報を用いて前記測定位置の補正を行う位置補正部と、
   前記位置補正部により補正された測定位置の変位が前記高さ方向に沿った所定の変位測定範囲内にあるとき該測定位置に前記測定光が照射されるように、前記投光部及び前記走査部の前記第２方向の走査範囲の幅を制御する測定制御部と、
   前記位置補正部により補正された測定位置に照射された前記測定光が該測定位置から反射して前記受光部で受光されることによって該受光部から出力された前記変位測定用の受光量分布を取得し、該測定位置に前記測定光が照射されたときの前記走査ミラーの照射角度と、該測定位置の前記第２方向の位置とに基づいて、該測定位置の変位を測定する変位測定部とを備えていることを特徴とする変位測定装置。
2. 請求項１に記載の変位測定装置において、
   前記位置補正用情報は、前記輝度画像の一部であることを特徴とする変位測定装置。
3. 請求項１または２に記載の変位測定装置において、
   前記位置補正用情報は、前記輝度画像のエッジ情報であることを特徴とする変位測定装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の変位測定装置において、
   前記輝度画像における前記測定対象物のエッジを抽出するエッジ抽出部を備え、
   前記位置補正用情報は、前記エッジ抽出部で抽出されたエッジに関するエッジ情報であることを特徴とする変位測定装置。
5. 請求項４に記載の変位測定装置において、
   前記エッジ抽出部で抽出されたエッジを前記輝度画像に重畳表示する表示部を備えていることを特徴とする変位測定装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の変位測定装置において、
   前記設定部は、前記測定位置の変位測定を行う変位測定範囲の設定が可能に構成され、
   前記輝度画像上のＸ座標が前記第１方向の座標となり、前記輝度画像上のＹ座標が前記第２方向の座標となるように、該輝度画像を表示するように構成された表示部を備え、
   前記測定制御部は、前記位置補正部により補正された前記測定位置のＹ座標と、前記設定部により設定された変位測定範囲とに基づいて、前記位置補正部により補正された測定位置に前記測定光が照射されるように、前記投光部及び前記走査部の前記第２方向の走査範囲の幅を制御するように構成されていることを特徴とする変位測定装置。
7. 請求項６に記載の変位測定装置において、
   前記測定制御部は、さらに、前記位置補正部により補正された前記測定位置のＸ座標と、前記設定部により設定された変位測定範囲とに基づいて、前記投光部及び前記走査部の前記第２方向の走査範囲の幅を制御するように構成されていることを特徴とする変位測定装置。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の変位測定装置において、
   前記測定対象物に一様な照明光を照射する照明部を備え、
   前記照明部により前記測定対象物に一様な照明光が照射されて前記輝度画像生成部により前記測定対象物の輝度画像が生成された後に、前記投光部により前記測定対象物に前記測定光が照射されて前記受光部が変位測定用の受光量分布を出力するように構成され、
   前記位置補正部が、前記輝度画像生成部により新たに生成された輝度画像上で、前記補正用情報記憶部に記憶された前記位置補正用情報を用いて前記測定対象物の位置及び姿勢を特定し、前記相対位置情報を用いて前記測定位置の補正をしてから、前記位置補正部により補正された位置に前記測定光が照射されるように、前記測定制御部が前記投光部及び前記走査部の前記第２方向の走査範囲の幅を制御するように構成されていることを特徴とする変位測定装置。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の変位測定装置において、
   前記輝度画像生成部により生成された輝度画像を表示可能な表示部を備え、
   前記設定部は、前記表示部に表示された前記輝度画像上で、変位の測定を行う測定位置の設定を受け付けるとともに、前記測定位置の補正を行う位置補正用の領域の設定を受け付けるように構成されていることを特徴とする変位測定装置。

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