JP7433121B2 - 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。

特開２０００－１９３４２８号公報

ところで、測定対象物の表面において、ある広さを持った領域の変位を測定したい場合がある。この場合には、変位測定したい領域を円形や矩形の枠で囲む測定ツールを変位測定装置に予め用意しておき、ユーザが必要に応じてこの測定ツールを使用可能にすることが考えられる。このような測定ツールでは、枠内の領域の各部の高さを平均化し、それを測定値として出力することができる。

上記測定ツールを予め用意しておくことで、ユーザは変位測定したい領域を簡単に指定することができる反面、以下に述べるように、測定結果を不安定にしてしまうことが想定される。

すなわち、測定ツールの枠の大きさを複数用意することができるが、最も小さな枠の幅よりも狭い幅を有する部分（例えば薄い板の端面の高さ）を測定したい場合があり、この場合、測定ツールの枠内には、測定したい部分（板の端面）と、それ以外の部分（板の端面よりも低い面）とが存在することになる。したがって、枠内の各部の高さを平均化する際、測定したい部分以外の部分の高さが測定値に反映されてしまい、測定結果が不安定になるという問題がある。特に、枠内における測定したい部分以外の部分が占める割合が大きかったり、測定したい部分とそれ以外の部分との高さの差が大きいと、上記問題が顕著になる。

また、画像の解像度が低くて、測定したい部分を画像上で視認することが困難な場合や、製造現場で個体差のある複数の測定対象物を測定したい場合に、所望の部分だけを含むような指定ができないことがある。例えば、対象が小さい場合には位置ずれの補正に要求される精度が高く、また、形状が複雑な場合には乱反射でランダムに発生する異常値の場所を予想することは困難である。

本開示は、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、ある領域の変位を測定する際に安定した測定結果が得られ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の開示では、測定対象物の所定位置の変位を測定する変位測定装置を前提とすることができる。変位測定装置は、測定対象物を撮像して測定対象物の画像を生成する画像生成部と、画像生成部により生成された画像の画素に対応付けて前記測定対象物の変位を取得する変位取得部と、変位取得部により画素ごとに取得された変位の度数分布において、所定の閾値以上の度数を有する変位で構成される群から少なくとも一つの群を選択する選択部と、選択部により選択された群に含まれる変位に基づいて、該選択された群に含まれる変位に対応付けられた画素からなる変位測定領域を特定し、該特定された変位測定領域の変位を算出する変位算出部とを備えている。

この構成によれば、変位取得部により、画像の画素に対応付けて測定対象物の変位が取得される。変位取得の方法は特に限定されるものではなく、例えば帯状の測定光を走査する走査機構を使用した方法、縞投影パターン法、ステレオカメラを用いた方法、ＴＯＦ（Time Of Flight）距離計測技術を用いた方法等であってもよい。また、測定候補領域を設定する際の画像は、輝度画像であってもよいし、高さ画像であってもよい。

取得された複数の変位の度数分布において、所定の閾値以上の度数を有する変位で構成される群が形成される。選択部によって任意の一つの群を選択すると、選択された群に含まれる変位に基づいて、該選択された群に含まれる変位に対応付けられた画素からなる変位測定領域が特定される。特定された変位測定領域の変位が変位算出部によって算出される。

第２の開示では、変位測定装置は、変位取得部により取得された変位を、該変位の度数分布および所定の閾値に基づいて、該閾値以上の度数を有する変位で構成される複数の群に分類する変位分類部を備えている。選択部は、変位分類部によって分類された複数の群のうち少なくとも一つの群を選択することが可能である。

選択部によって選択可能な群は、例えば、最も大きな変位の群、最も小さな変位の群、最もピークの高い群、最もピークの低い群等を挙げることができ、また、変位を直接指定し、指定された変位に最も近い変位にピークを持つ群を選択可能にしてもよい。

第３の開示では、変位測定装置は、変位取得部により画素ごとに取得された変位の度数分布において、所定の閾値以上の度数を有する変位で構成される群のうち少なくとも一つの群を選択するための選択規則を設定する設定部を備えている。選択部は、設定部により設定された選択規則に基づいて、少なくとも一つの群を選択することが可能である。

第４の開示では、変位測定装置は、画像生成部により生成された画像を表示する表示部を備えている。設定部は、表示部に表示された画像上で、測定対象物の表面のうち変位測定の候補位置を含む測定対象領域を設定することができる。さらに、設定部は、選択規則を設定することができる。変位取得部は、画像生成部により生成された画像のうち測定対象領域内の画素に対応付けて測定対象物の変位を取得することができる。変位算出部は、設定部により設定された選択規則を用いて選択された群に含まれる変位に基づいて、候補位置における高さ方向の変位を算出することが可能である。

第５の開示は、前記変位分類部は、前記変位取得部により取得した複数の変位の度数分布を算出し、算出した度数分布に基づいて、複数の変位を複数の群に分類することができる。

この構成によれば、複数の変位の度数分布を算出することで、例えば複数の近しい変位を一つの群とすることができる。例えば、候補位置の変位が複数存在している場合には、候補位置の変位の度数が高まり、これを候補位置の変位を含んだ群とすることができる。また、候補位置以外の部分の変位が複数存在している場合には、候補位置以外の部分の変位で度数が高いものを一つの群に分類することができる。

第６の開示は、前記変位分類部は、算出した度数分布を示すヒストグラムを生成し、前記表示部は、前記変位分類部が生成したヒストグラムを表示し、前記設定部は、前記ヒストグラム上で頻度の閾値の設定を受け付け、前記変位算出部は、前記設定部で受け付けた閾値よりも高い頻度を有する群に含まれる複数の変位に基づいて、前記候補位置の変位を算出することができるものである。

この構成によれば、変位取得部により取得した複数の変位のヒストグラムをユーザが見ることができる。ヒストグラムには、候補位置の変位の度数が高ければその候補位置の変位を含む群が示され、また、候補位置以外の部分の変位の度数が高ければその候補位置以外の部分の変位を含む群も示される。ユーザは、そのヒストグラム上で頻度の閾値を設定することができる。これにより、明らかに候補位置の変位でないものを的確に除外することができるので、変位算出部において候補位置の変位を含む群によって候補位置の変位を算出できる。

第７の開示は、前記変位算出部は、選択された群に含まれる複数の変位を平均化することにより前記候補位置の変位を算出することができるものである。

この構成によれば、度数分布によって分類された群が算出対象となっているので、当該群に含まれる複数の変位は近しいものであると推定され、大きく外れた値が存在する頻度は低い。したがって、平均化するにあたり、大きく外れた値の影響が殆ど無くなり、測定結果の精度を高めることができる。

第８の開示は、前記表示部は、前記ヒストグラムにおける前記閾値よりも高い頻度を有する群を示す第１エリアを、該第１エリア外の第２エリアと識別可能な形態で表示することができるものである。

すなわち、ヒストグラムには、閾値よりも高い頻度を有する群を示す第１エリアの他に、頻度が低く、明らかに候補位置を含まない変位も示されることがあり、このエリアが第２エリアになり得る。本構成では、ヒストグラム上で第１エリアと第２エリアとの識別が可能になっているので、ユーザは第１エリアに示されている群を選択する操作が容易に行える。

第９の開示は、前記表示部は、前記ヒストグラムに前記第１エリアが複数存在する場合、複数の前記第１エリアの各々の表示形態を識別可能な形態で表示するものである。

すなわち、ヒストグラム上で閾値よりも高い頻度を有する群が複数存在することがある。この場合、本構成によれば、複数の第１エリアの各々を識別可能な形態で表示することができるので、ユーザは複数の第１エリアを容易に識別することができる。

識別可能な形態としては、例えば、異なる色で着色する、異なる模様を付す、異なる文字や記号を付す等を挙げることができ、これらのうち１つを用いてもよいし、任意の複数を組み合わせて用いてもよい。

第１０の開示は、前記表示部は、前記画像上で前記第１エリアに示される群に対応する部分を、当該第１エリアの表示形態と同一または類似した形態で表示するものである。

この構成によれば、ヒストグラム上での第１エリアの表示形態と、画像における第１エリアに示される群に対応する部分とが同一または類似の表示形態で表示されているので、ユーザは、第１エリアに示される群が画像上のどこに対応しているのか容易に判断できる。

第１１の開示は、前記表示部は、前記変位分類部により分類された複数の群に対応する部分を、各々、識別可能な形態で前記画像上に表示し、前記設定部は、前記画像上に表示する群の頻度の閾値の調整を受け付けることができるものである。

この構成によれば、分類された複数の群に対応する部分が、それぞれ画像上に表示されているので、各群が、測定対象物の表面のどこの変位を示すものであるか容易に把握できる。そして、例えば頻度が低い群のように、変位測定の候補となり得ない群を閾値の調整によって除外して画像上に表示させないようにすることができる。

第１２の開示は、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、前記設定部により設定された測定候補領域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を備え、前記変位取得部は、前記設定部により設定された測定候補領域に照射された前記測定光が該測定候補領域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、該測定候補領域内で複数の変位を取得するものである。

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、測定候補領域を設定が可能になり、この測定候補領域に測定光が走査される。測定候補領域からの反射光は、受光部で受光されてから変位測定用の受光量として出力される。変位取得部は、変位測定用の受光量分布に基づいて測定候補領域内で複数の変位を取得することができる。

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。

本開示によれば、画素ごとに取得された変位の度数分布において、所定の閾値以上の度数を有する変位で構成される群から少なくとも一つの群を選択し、選択された群に含まれる変位に対応付けられた画素からなる変位測定領域を特定し、該特定された変位測定領域の変位を算出することができるので、測定候補位置の測定結果を安定させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る変位測定装置の運転時を示す概略説明図である。 図２は、センサヘッドを下方から見た斜視図である。 図３は、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。 図４は、センサヘッドの側部カバーを取り外した側面図である。 図５は、センサヘッドの光学系の分解斜視図である。 図６は、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。 図７は、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す図である。 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である。 図９Ａ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。 図９Ｂは、変形例に係る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。 図１０は、輝度画像が表示されたユーザーインターフェース画像の一例を示す図である。 図１１は、測定対象物の一例を示す斜視図である。 図１２は、ウインドウ枠設定後に表示されるユーザーインターフェース画像の一例を示す図である。 図１３は、変位測定エリアを切り替えた場合のユーザーインターフェース画像の一例を示す図である。 図１４は、走査モード設定時のフローチャートである。 図１５は、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。 図１６は、マスター高さデータ使用時のフローチャートである。 図１７は、測定ツールとしてエリア高さツールが選択されたときの詳細な設定手順を示すフローチャートである。 図１８は、ヒストグラムを表示したユーザーインターフェース画像の一例を示す図である。 図１９は、頻度の閾値を高くした場合の図１８相当図である。 図２０は、分類手法の変形例を説明する図である。 図２１は、設定情報記憶部に記憶される設定情報の一例を示す図である。 図２２は、走査モード運転時のフローチャートである。 図２３は、運転時における高さ測定ステップの処理手順の一例を示すフローチャートである。 図２４は、運転時における高さ測定ステップの詳細な処理手順の一例を示す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の運転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、その運転時において、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の運転時には、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、ユーザが表示部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、運転時のセンサヘッド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。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。

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。

（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。

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、図７に示すように、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９Ａ、図９Ｂ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ＷＡは、測定対象物Ｗの相対的に高い面を示し、符号ＷＢ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の運転時には、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の運転時には、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、運転時には、（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、運転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。運転時には、（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９Ａの右方向を＋Ｘ方向、図９Ａ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９Ａ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ＷＢ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の運転時には、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画像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画像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ってもよいし、静止画であってもよい。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画像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画像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。

尚、図１０に示すユーザーインターフェース画像７０に表示されている測定対象物Ｗは、図１１に示すような形状となっている。すなわち、測定対象物Ｗは基板Ｗ１と、孔部Ｗ２と、第１円柱部Ｗ３と、２つの第２円柱部Ｗ４とを備えている。第２円柱部Ｗ４は第１円柱部Ｗ３よりも高さが高くなっている。

（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、測定対象物Ｗの表面のうち、変位測定の候補位置の設定及び当該候補位置を含む測定候補領域の設定を受け付ける部分である。ユーザが、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、特定された位置を変位測定の候補位置として設定する。つまり、設定部３０４は、ユーザによる変位測定の候補位置の入力操作が行われたことを検出して変位測定の候補位置を特定する。これにより、ユーザによる変位測定の候補位置の設定を受け付けることができる。

また、設定部３０４は、変位測定の候補位置を含む測定候補領域の設定も可能となっている。すなわち、図１０に示すユーザーインターフェース画像７０には、ウインドウ形状設定部７２が設けられている。このウインドウ形状設定部７２には、矩形ボタン７２ａと、円ボタン７２ｂとが設けられている。設定部３０４は、矩形ボタン７２ａが操作されたことを検出すると、矩形のウインドウ枠７３を輝度画像に重畳表示させる。このとき、変位測定の候補位置がウインドウ枠７３内に位置するように当該ウインドウ枠７３を表示できる。円ボタン７２ｂが操作された場合には、円形のウインドウ枠（図示せず）を同様に輝度画像に重畳表示させる。尚、ウインドウ枠７３の形状は矩形及び円形以外の形状であってもよく、測定対象部分の形状に合わせて選択できる。

設定部３０４は、ウインドウ枠７３で囲まれた領域を変位測定の候補位置を含む測定候補領域として設定し、受け付ける。ウインドウ枠７３は、ユーザが表示部８に表示された輝度画像上でタッチ操作することによって当該輝度画像上の任意の位置に移動させることができる。

ウインドウ枠７３は、測定ツールの一つとすることができ、このウインドウ枠７３で囲まれた領域の高さを測定するためのエリア高さツールである。エリア高さツールでは、高さごとに分割された複数のエリアの中から測定したいエリアを選択することができ、選択したエリアの高さの平均値を測定値として出力することができる。測定ツールとしては、他にも、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、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等があるが、これら以外の測定ツールを設けてもよい。

図１０に示すユーザーインターフェース画像７０の矩形ボタン７２ａまたは円ボタン７２ｂが操作されると、上記ウインドウ枠７３を表示させるとともに、図１２に示すユーザーインターフェース画像７０のようにサイズ設定ボタン８０が表示される。サイズ設定ボタン８０は、ウインドウ枠７３の大きさを設定するためのボタンであり、ウインドウ枠７３を最も小さくする「小」、ウインドウ枠７３を標準の大きさにする「標準」、ウインドウ枠７３を最も大きくする「大」の中から選択可能になっている。

図１０に示すユーザーインターフェース画像７０には、マスク設定ボタン７４が設けられている。マスク設定ボタン７４は、ウインドウ枠７３内で変位測定が不要な部分がある場合に、その不要な部分をマスク処理する際に使用するボタンである。マスク設定ボタン７４を操作すると、マスク領域を示すマスク枠（図示せず）が輝度画像に重畳表示され、このマスク枠を任意の位置に配置し、任意の大きさに操作することで、変位測定が不要な部分をマスク処理することができ、後述する分類時にマスク処理した部分の変位を使用しないようにすることができる。

変位測定の候補位置及び測定候補領域の設定は、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変位測定の候補位置及び測定候補領域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変位測定の候補位置及び測定候補領域を設定できないようにする。測定光の走査可能範囲外に変位測定の候補位置及び測定候補領域が行われると、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ユーザに報知するようにしてもよい。

（エッジ抽出部３０６の構成）
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閾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、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、エッジ表示線にて表示される。エッジ表示線は、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。

（測定制御部３０５の構成）
図７に示す測定制御部３０５は、設定部３０４により設定された変位測定の候補位置及び設定部３０４により設定された測定候補領域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し、設定部３０４で受け付けた領域以外にも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。

測定制御部３０５は、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。例えば、測定候補領域の大きさが大きいと測定光のピッチが大きくなり、測定候補領域の大きさが小さいと測定光のピッチが小さくなる。

（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、任意のモードをユーザが選択できる。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、ユーザ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ユーザ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。

（変位取得部３１２の構成）
図７に示すように子機アンプ３は変位取得部３１２も備えている。変位取得部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。変位取得部３１２は、設定部３０４により設定された変位測定の候補位置に照射された測定光が該変位測定の候補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、該変位測定の候補位置の変位を測定する。また、変位取得部３１２は、変位測定の候補位置から反射した測定光だけでなく、変位測定の候補位置を含む測定候補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。

変位取得部３１２の構成は上述した構成に限られるものではなく、測定対象物Ｗに縞模様を投影する縞投影パターン法、複数のカメラによるステレオカメラを用いた方法、ＴＯＦ（Time Of Flight）距離計測技術を用いた方法等であってもよい。また、測定候補領域を設定する際の画像は、輝度画像であってもよいし、高さ画像であってもよい。

図１０に示すユーザーインターフェース画像７０では、ウインドウ枠７３で囲まれた領域が測定候補領域であるので、この測定候補領域の高さを変位取得部３１２が測定する。変位取得部３１２は、測定候補領域内の各部の変位を取得した後、測定候補領域内で最も変位が大きい（高さが高い）エリアを自動的に選択して現在の変位測定エリアとする。「自動的」とは、変位取得部３１２が測定候補領域内の複数の変位を取得した後に、ユーザが特別な操作を行うことなく、測定候補領域内で最も変位が大きいエリアをすぐに選択して変位測定エリアとすることである。

この実施形態では、測定対象物Ｗが図１１に示す形状なので、測定候補領域内で最も変位が大きい部分は、２つの第２円柱部Ｗ４であり、これら第２円柱部Ｗ４の上面が輝度画像上で他の部分と識別可能に表示されて変位測定エリアとなっている。図１０では、第２円柱部Ｗ４の上面を黒く塗りつぶしているが、これに限らず、例えば目立つ色で着色したり、模様を付すことによって変位測定エリアを識別可能に表示してもよい。

上述したマスク処理は、測定候補領域内で最も変位が大きいエリアが自動的に選択された後に行うこともできる。最も変位が大きいエリアがどのあたりであるかを輝度画像上で確認しながら、不要な箇所を的確にマスク処理できる。つまり、ユーザは、測定候補領域をウインドウ枠７３よりも狭い範囲に自由に絞ることができる。

図１２に示すユーザーインターフェース画像７０には、「低く」ボタン８５ａと、「高く」ボタン８５ｂと、感度調整ボタン８５ｃとが設けられている。「低く」ボタン８５ａは、現在表示されている変位測定エリアの次に変位が低いエリアを変位測定エリアとする場合に操作するボタンである。現在表示されている変位測定エリアの次に変位が低いエリアは測定対象物Ｗの第１円柱部Ｗ３の上面であることから、変位取得部３１２は、「低く」ボタン８５ａが操作されたことを検出すると、図１３に示すように、測定対象物Ｗの第１円柱部Ｗ３の上面が輝度画像上で他の部分と識別可能に表示されて変位測定エリアとなる。

図示しないが、「低く」ボタン８５ａがもう一度操作されると、次に低いエリアである測定対象物Ｗは基板Ｗ１の上面が輝度画像上で他の部分と識別可能に表示されて変位測定エリアとなる。このように、「低く」ボタン８５ａを操作することで、低いエリアが順次変位測定エリアに切り替わる。

図１２では、「高く」ボタン８５ｂを破線で示している。これは、図１２では、最も高いエリアが変位測定エリアとなっているので、それよりも高いエリアがないためであり、「高く」ボタン８５ｂが操作できないようになっている。同様に、最も低いエリアが変位測定エリアとなっている場合には、「低く」ボタン８５ａが操作できない表示形態で表示される。

図１３に示すように、測定対象物Ｗの第１円柱部Ｗ３の上面が変位測定エリアとなっているときには、当該エリアよりも高いエリアが存在することから、「高く」ボタン８５ｂが操作可能な表示形態になる。変位取得部３１２は、「高く」ボタン８５ｂが操作されたことを検出すると、図１２に示すように、測定対象物Ｗの第２円柱部Ｗ４の上面が変位測定エリアとなる。

つまり、ユーザは、「低く」ボタン８５ａ及び「高く」ボタン８５ｂを操作することで、所望のエリアを変位測定エリアとして選択することができ、変位測定エリアを表示部８で確認することができる。選択されたエリアは、変位測定エリアとして記憶部３２０に記憶される。

また、ユーザは、ウインドウ枠７３内の任意のエリアをタッチすることによっても変位測定エリアを選択できる。例えば、測定対象物Ｗの第２円柱部Ｗ４の上面をタッチすれば、第２円柱部Ｗ４の上面が変位測定エリアとなる。

以上のように、「低く」ボタン８５ａ及び「高く」ボタン８５ｂを操作することによる変位測定エリアの検出方法と、ウインドウ枠７３内の任意のエリアをタッチすることよる変位測定エリアの検出方法とがあり、これらの検出方法を「選択したエリア」による検出方法という。

その他にも、ウインドウ枠７３内で最も高い面を変位測定エリアとして検出する検出方法と、ウインドウ枠７３内で最も低い面を変位測定エリアとして検出する検出方法とがある。その他にも、詳細は後述するが、ヒストグラム上をタッチすることによっても変位測定エリアを選択することができる。

また、ピークが一番高いもの、即ち重み付きの頻度が最も高いものを変位測定エリアとして検出してもよいし、頻度と変位の組み合わせを用いて変位測定エリアを検出してもよいし、ユーザが選んだエリアに頻度が近いエリアを変位測定エリアとして検出してもよいし、例えば塗りつぶしの形状のようにユーザが選んだものにＸＹ方向の配置が近いものを変位測定エリアとして検出してもよいし、運転モード中にユーザが選んだエリアに近いエリアを変位測定エリアとして検出してもよい。

段差ツールでは、測定対象物Ｗの表面における任意の２点の高さの差を検出することができる。このツールでは、任意の２点を設定する必要があり、１点を基準点とし、もう１点を変位測定の候補位置とすることができる。いずれの点を設定する際も、上述した方法を適用することができる。

なお、変位取得部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。

（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１４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。

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次元データのことである。ここで、３次元データは、高さ情報を含んでいるので高さデータと呼ぶこともできるし、変位情報を含んでいるので変位データと呼ぶこともできる。３次元データ、高さデータ及び変位データは同じ意味である。

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、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。図示しないが、マスター登録開始ボタンを操作することでマスター登録が開始される。図１５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。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１６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、輝度画像上で２つの位置を指定すると、ユーザーインターフェース画像７０に２点間の段差が数値で表示される。

面積ツールの場合は、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。

（エリア高さツール選択時の詳細な設定手順）
図１７は、測定ツールとしてエリア高さツールが選択されたときの詳細な設定手順を示すフローチャートである。開始後、ステップＳＤ１では、輝度画像生成部３０２が生成した輝度画像を図１０に示すユーザーインターフェース画像７０の画像表示領域７１に表示させる。その後、ステップＳＤ２では、設定部３０４が測定候補領域の設定を受け付ける。ユーザによって表示されたウインドウ枠７３内が測定候補領域となる。

測定候補領域の設定を受け付けた後、ステップＳＤ３に進み、測定候補領域内の変位データでヒストグラムを作成する。具体的には、子機アンプ３に設けられている変位分類部３１４が、変位取得部３１２により取得された測定候補領域内の複数の変位を統計的に複数の群に分類する。「統計的」とは、複数の変位からなる集団における分布を、統計の手法を用いて解析することであり、これを経ることで、候補位置の変位が含まれる群、候補位置の変位が含まれない群等を含む複数の群に分類することが可能になる。本例では、ヒストグラムを作成する元になるデータを取得するので、変位分類部３１４は、変位取得部３１２により取得した複数の変位の度数分布を算出し、算出した度数分布に基づいて、複数の変位を複数の群に分類する。ここで用いる変位は、変位測定用受光部４０の受光面と垂直な方向の変位とは限らず、測定対象物Ｗの傾きが補正されている場合には、その補正に対応するように変換された座標軸での変位となる。また、頻度に関しては、別のパラメータの重み付けを行ったものであってもよい。例えば、明るさが明るいほどプラス側の補正を行う等である。

変位分類部３１４は、算出した度数分布を示すヒストグラムを生成する。生成されたヒストグラムの一例を図１８のユーザーインターフェース画像７０に示す。図１８のユーザーインターフェース画像７０は、図１２及び図１３に示す感度調整ボタン８５ｃが操作された場合に表示部８に表示される。図１８のユーザーインターフェース画像７０には、上記ヒストグラムが表示されるヒストグラム表示領域９０が設けられている。尚、ステップＳＤ３では、ヒストグラムを作成するだけであり、ユーザーインターフェース画像７０には表示させない。

ステップＳＤ３でヒストグラムを生成した後、ステップＳＤ４に進む。ステップＳＤ４では、変位測定エリアの検出方法を「選択したエリア」とし、図７に示す選択部３１６にて、ヒストグラムの複数のピークのうち、最も大きな変位のエリアを変位測定エリアとして選択される。選択部３１６は、変位取得部３１２により画素ごとに取得された変位の度数分布において、所定の閾値以上の度数を有する変位で構成される群から少なくとも一つの群を選択する部分である。

ヒストグラムのピークは、統計的に分類された複数の群を示しており、ステップＳＤ４で複数の群の中から一つを選択する際、最も大きな変位の群を選択することになる。これにより、図１０のユーザーインターフェース画像７０に示すように、第２円柱部Ｗ４の上面が識別可能な形態で表示される。

なお選択部３１６による変位測定エリアの選択は、最も大きな変位の群に限定されず、最も小さな変位の群を選択しても良いし、ピークの高さに着目して、最もピークの高い群や最もピークの低い群を選択しても良い。あるいは、変位を直接指定して、指定された変位に最も近い変位にピークを持つ群を選択させても良い。ステップＳＤ４では設定部３０４により、ステップＳＤ４にて選択された変位測定エリアに応じて、運転時に選択部３１６が用いる選択規則を設定する。例えば、最も大きな変位の群が選択された場合には、設定部３０４は、運転時に最も大きな変位の群を変位測定エリアとして選択するように選択規則を設定する。ピークの高さに着目して、例えばｎ番目に高い群を選択した場合には、運転時において、ｎ番目に高いピークを有する群を変位測定エリアとして選択するように設定部３０４が選択規則を設定する。あるいは、変位を直接指定した場合には、運転時において、指定された変位に最も近い変位にピークを有する群を変位測定エリアとして選択するように設定部３０４が選択規則を設定する。

ステップＳＤ５では、ステップＳＤ４で選択した変位測定エリアに合わせて頻度の閾値を調整する。その後、ステップＳＤ６では、ステップＳＤ５で調整された頻度の閾値、ステップＳＤ４の検出方法及び選択した変位測定エリア情報を更新する。変位測定エリア情報とは、図１８にて色や模様の付された、閾値以上の頻度を有する複数の群のうち、選択された群に関する情報である。ステップＳＤ７では、ステップＳＤ６で更新された頻度の閾値を用いてヒストグラム上の全てのピークを決定する。

次いで、ステップＳＤ８では選択部３１６が、ステップＳＤ６で更新された検出方法、変位測定エリア情報を用いて変位測定エリアを選択し、決定する。変位測定エリアの決定後、ステップＳＤ９に進んで変位測定エリアの平均変位を算出し、算出された平均変位を測定値とする。すなわち、図７に示すように子機アンプ３は、変位算出部３１５を備えている。変位算出部３１５は、変位測定エリアに含まれる複数の変位に基づいて当該変位測定エリアの変位を算出するように構成されており、変位測定エリアに含まれる複数の変位の平均値を算出し、得られた値が測定値となる。測定値は、図７に示す測定データ記憶部３２０ｅに記憶させておくことができる。

以下、測定値を算出する際には上述した算出方法を用いることができるが、算出方法は上述した方法に限られるものではない。例えば、ある群の中の上下の外れ値を無視して平均値を算出したり、上下の外れ値の重みを軽くして平均値を算出してもよい。また、ヒストグラムの山の形状に２次関数などをフィットさせてピークの位置を決め、ピークの位置を変位としても良い。これにより、ヒストグラムの１ビンより細かい単位の測定値を得ることができる。また、変位測定エリアに含まれる変位データの中で特定の特性（例えば、撮像時の座標以外の情報）を持った変位データだけを採用して平均してもよい。

測定値を取得した後、ステップＳＤ１０に進む。ステップＳＤ１０では、ヒストグラムの全てのピーク、即ちステップＳＤ６で更新された頻度の閾値よりも高い頻度を有する群の全てに対して測定箇所を作成する。測定箇所とは、ある群が輝度画像上どのエリアに対応しているかを示したものであり、図１０では測定箇所が第２円柱部Ｗ４の上面、図１３では測定箇所が第１円柱部Ｗ３の上面になる。

その後、ステップＳＤ１１に進む。ステップＳＤ１１では、測定値を、例えば図１０のユーザーインターフェース画像７０に設けられている測定値表示領域７５に表示する。測定値は、図７に示す高さデータ記憶部３２０ｂに記憶させることもできる。また、輝度画像上で、図１０や図１３に示すように測定箇所を例えば塗りつぶし等によって表示する。さらに、図１８に示すようにヒストグラムがユーザーインターフェース画像７０に表示されている場合には、ヒストグラムを更新する。

続くステップＳＤ１２では、設定が完了したか否かを判定する。これはユーザによる操作に基づいて判定することができ、設定完了の操作をユーザが行った場合にはステップＳＤ１２でＹＥＳと判定されてステップＳｄ１３に進み、設定内容を保存する。ユーザが設定完了の操作を行わなかった場合には、ステップＳＤ１２でＮＯと判定されてステップＳＤ６に戻り、再度設定を行う。

（ヒストグラムの表示形態）
図１８に示すように、ウインドウ枠７３内には、最も高い面である第２円柱部Ｗ４の上面と、その次に高い面である第１円柱部Ｗ３の上面と、その次に高い面である基板Ｗ１の上面と、基板Ｗ１の上面よりも低い面である孔部Ｗ２の底面と、最も低い面である面Ｓ１とがエリアとして存在している。第２円柱部Ｗ４の上面と、第１円柱部Ｗ３の上面と、基板Ｗ１の上面と、孔部Ｗ２の底面と、面Ｓ１とは、表示部８の輝度画像上での表示形態を識別可能な形態として表示している。具体的には、第２円柱部Ｗ４の上面と、第１円柱部Ｗ３の上面と、基板Ｗ１の上面と、孔部Ｗ２の底面と、面Ｓ１との色を変えたり、これら面に互いに異なる模様を付したりすることで、識別することができる。図１８に示す表示例では、第２円柱部Ｗ４の上面と、第１円柱部Ｗ３の上面と、基板Ｗ１の上面と、孔部Ｗ２の底面と、面Ｓ１の色を変えるとともに、模様も変えている。

ヒストグラム表示領域９０に表示するヒストグラムの縦軸は変位（高さ）であり、横軸は頻度を非線形に圧縮したものである。頻度の閾値を超えた１つの山は１つのエリアを示している。このヒストグラム上では、閾値表示線９０ａによって頻度の閾値の設定が可能になっている。ユーザが閾値表示線９０ａを図の左右方向に移動させることにより、設定部３０４が頻度の閾値の設定を受け付ける。図１９に示すユーザーインターフェース画像７０では、図１８に比べて頻度の閾値を高くしている。頻度の閾値は、閾値表示線９０ａを移動させる以外にも、ユーザーインターフェース画像７０に設けられている閾値入力領域９０ｃに数値で閾値を入力することによっても変更できる。閾値表示線９０ａを移動させれば、それに応じて閾値入力領域９０ｃの数値が変わり、また、閾値入力領域９０ｃの数値を変えれば、それに応じて閾値表示線９０ａが移動する。

閾値を変更することで、例えば異常値データで作られた群よりも高い閾値にすることができ、異常値データで作られた群を測定対象から外すことができる。また、閾値を変更することで、隣合う２つの群を１つの群にしたり、反対に２つのピークを有する１つの群を、それぞれ１つのピークを有する２つの群に分けることもできる。閾値は任意に設定することができ、例えば０であってもよい。

測定値の算出時、頻度の閾値よりも高い頻度の群を算出対象とし、閾値以下の頻度の群を算出対象から外す。具体的には、図１８のユーザーインターフェース画像７０では、閾値よりも高い頻度の群、即ち、閾値表示線９０ａよりも右に突出した群が５つ存在している。ヒストグラムにおける閾値表示線９０ａよりも右に突出した５つの群を示すエリアを第１エリアとしたとき、ヒストグラムにおける閾値表示線９０ａから左のエリアは第１エリア外であり、第２エリアとすることができる。閾値表示線９０ａよりも右に突出した５つの群を示すエリアには、着色や模様が付されているが、閾値表示線９０ａから左のエリアにはそのような着色や模様が付されていない。このように、閾値表示線９０ａよりも右に突出した５つの群を示すエリアと、それ以外のエリアとを識別可能な形態で表示しているので、その群が測定値の算出となり得るのかをユーザが容易に把握できる。

閾値表示線９０ａよりも右に突出した群が５つ存在しているが、これら群は、それぞれ、画像表示領域７１に表示されている輝度画像上の各部の表示形態と同一または類似している。すなわち、閾値表示線９０ａよりも右に突出した群のうち、最も上に位置する群は最も高い変位の群であるので、画像表示領域７１に表示されている輝度画像上の第２円柱部Ｗ４の上面に対応している。したがって、閾値表示線９０ａよりも右に突出した群のうち、最も上に位置する群と、第２円柱部Ｗ４の上面とは、同じまたは類似した表示形態となっている。同様に、閾値表示線９０ａよりも右に突出した群のうち、上から２番目に位置する群と、第１円柱部Ｗ３の上面とは、同じまたは類似した表示形態となっており、また、閾値表示線９０ａよりも右に突出した群のうち、上から３番目に位置する群と、基板Ｗ１の上面とは、同じまたは類似した表示形態となっており、また、閾値表示線９０ａよりも右に突出した群のうち、上から４番目に位置する群と、孔部Ｗ２の底面とは、同じまたは類似した表示形態となっており、また、閾値表示線９０ａよりも右に突出した群のうち、最も下に位置する群と、面Ｓ１とは、同じまたは類似した表示形態となっている。

ヒストグラムには、現在選択されている変位測定エリアに対応する山を示すように指示部（矢印）９０ｄが表示される。これにより、現在の測定値がヒストグラム上でどの群に相当しているのかを容易に把握できる。

また、ヒストグラムにおける閾値表示線９０ａよりも右に突出した群をタッチ操作することで、変位測定エリアを選択できる。例えば最も上の群をタッチすると、第２円柱部Ｗ４の上面が変位測定エリアとなる。

ヒストグラムは、スクロール操作部９０ｅによって上下方向にスクロールすることができる。図１８では表示されていないヒストグラムの下の方や上の方に群が存在していても、ヒストグラムをスクロール操作部９０ｅによって上下方向にスクロールすることでユーザーインターフェース画像７０に表示させることができる。

また、ヒストグラムにはピークが１つだけできる場合もある。この場合、測定値の算出に使用できる群と、それ以外の群とに分けることができる。

（ヒストグラムを用いない方法）
ヒストグラムを用いない方法でも複数の群を得ることができる。例えば、ミーンシフト法などの画像処理方法による領域分割によって複数の群、即ちエリアを取得できる。エリアを取得した後は、任意のエリアを変位測定エリアとして選択できる。

（分類手法の変形例）
図２０は、取得された変位を縦軸に取り、頻度を横軸に取ったグラフである。このグラフを上から見ていき、グラフの極大値を山とし、極小値を谷とすることで、複数の群に分類することができる。

この場合、調整方法としては、ピークの高さの絶対値に対して何％分下がったら谷だと判定するか、ヒストグラムを作るビンのピッチの調整、グラフを平滑化するためにビンの値を移動平均する範囲等がある。また、この分類方法は、上述の実施形態において閾値を０とした場合とみなすこともできる。

（ライブビュー画像での調整）
図１８や図１９に示すように、ユーザーインターフェース画面７０には、Ｌｉｖｅ調整ボタン９０ｆが設けられている。Ｌｉｖｅ調整ボタン９０ｆを操作すると、センサヘッド２が現在の視野範囲にある測定対象物Ｗを撮像し、ユーザーインターフェース画面７０の画像表示領域７１に表示させる。すなわち、測定には多少の揺らぎが発生することがあり、同じ測定対象物Ｗを測定しても、測定ごとにヒストグラムが変動することがある。Ｌｉｖｅ調整ボタン９０ｆを操作することで、ライブビュー画像とヒストグラムを観察しながら閾値を設定することができる。これにより、変化に対する余裕を確認しながら設定できる。

（設定情報記憶部３２０ｆの構成）
設定情報記憶部３２０ｆには、図２１に示すような複数の設定情報が記憶されている。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。

（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、変位取得部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、変位取得部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、変位取得部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。

（出力割り当て設定）
出力割り当て設定では、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）
総合判定条件としては、例えば測定ツールによる測定結果が「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を測定現場で運転することである。

（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。例えば、ユーザーインターフェース画面７０に高さ画像を表示した状態で、ユーザが基準面を設定する。基準面は３点を指定することによって行うことができる。３点の指定が終わると、子機アンプ３またはセンサヘッド２の信号処理部は、３点が全て同じ高さになるように、各画素の変位を演算する。演算後は３点の高さが全て同じになる。

（走査モードの運転時）
図２２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、傾き補正機能を実行し、指定した３点の全て測定が完了したか否かを判定する。３点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。３点の全て測定が完了したらステップＳＧ１５に進み、３点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で高さを測定する。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。

（運転時における高さ測定ステップ）
図２２におけるステップＳＧ２２は高さ測定ステップであり、この高さ測定ステップについて図２３に示すフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳＨ１では、変位取得部３１２が測定候補領域内で複数の変位を取得し、変位分類部３１４が測定候補領域内の変位データを分類してヒストグラムを作成する。ここで作成したヒストグラムは表示部８に表示させてもよいし、表示させなくてもよい。

ステップＳＨ２では、図１７に示すフローチャートのステップＳＤ５で調整された頻度の閾値を用いて全てのピークを決定する。これにより、変位分類部３１４により分類された複数の群が測定値の算出対象となる。

その後、ステップＳＨ３に進み、図１７に示すフローチャートのステップＳＤ６で更新された検出方法、変位測定エリア情報を用いて複数のエリアのいずれか一つを選択して変位測定エリアを決定する。ステップＳＤ４において最も大きな変位を有する群を変位測定エリアとして選択した場合には、最も大きな変位の群が変位測定エリアとして選択される。ピークの高さに着目して、ｎ番目に高い群を選択した場合には、ｎ番目に高いピークを有する群が変位測定エリアとして選択される。あるいは、変位を直接指定した場合には、運転時において、指定された変位に最も近い変位にピークを有する群が変位測定エリアとして選択される。変位測定エリアには、ユーザが設定した変位測定の候補位置が含まれている。変位測定エリアを決定した後、ステップＳＨ４に進み、変位測定エリアに含まれる複数の変位に基づいて、候補位置の変位を算出する。候補位置の変位は、変位測定エリアに含まれる複数の変位の平均変位である。ステップＳＨ３は選択部３１６が、ステップＳＨ４は変位算出部３１５がそれぞれ行う。次いで、ステップＳＨ５に進み、測定箇所作成用のピークの変位範囲を作成する。

（運転時における高さ測定ステップの詳細）
図２４は、運転時における高さ測定ステップの詳細な処理手順を示すフローチャートである。ステップＳＪ１は、図２３に示すフローチャートのステップＳＨ１と同じである。ステップＳＪ２では、段差演算、即ち段差ツールの適用があるか否かを判定する。ステップＳＪ２でＹＥＳと判定されて段差演算がある場合にはステップＳＪ３に進み、ユーザが入力した基準面の変位でヒストグラムをオフセットする。一方、ステップＳＪ２でＮＯと判定されて段差演算がない場合にはステップＳＪ４に進み、図２３に示すフローチャートのステップＳＨ２と同様な処理を行う。

その後、ステップＳＪ５に進み、検出方法が選択したエリアであるか否かを判定する。ステップＳＪ５でＹＥＳと判定されて検出方法が選択したエリアである場合には、ステップＳＪ６に進み、登録してあるマスター画像の変位に近いピークを選択する。一方、ステップＳＪ５でＮＯと判定されて検出方法が選択したエリアでない場合には、ステップＳＪ７に進み、検出方法がＭＡＸ、即ち最も高いピークを有する群を検出するか否かを判定する。ステップＳＪ７でＹＥＳと判定されて検出方法がＭＡＸである場合には、ステップＳＪ８に進み、最も高いピークを有する群を選択する。ステップＳＪ７でＮＯと判定されて検出方法がＭＡＸでない場合には、ステップＳＪ９に進み、最も低いピークを有する群を選択する。

次いで、ステップＳＪ１０、ＳＪ１１に進み、それぞれ、図２３に示すフローチャートのステップＳＨ４、ＳＨ５の処理を行う。

（実施形態の作用効果）
この実施形態によれば、表示部８に表示された測定対象物の画像上で、測定候補領域が設定されると、変位取得部３１２によって測定候補領域内で複数の変位を取得することができる。変位取得時、測定候補領域には、候補位置以外の部分も含まれていることがあるので、候補位置の変位とともに、候補位置以外の部分の変位も取得される。取得された複数の変位は、変位分類部３１４によって統計的に複数の群に分類される。分類された複数の群はヒストグラムにピークとして現れる。

分類後、複数の群の中から候補位置の変位が含まれる群が選択された場合、選択された群に含まれる複数の変位に基づいて、候補位置の変位を算出することができる。つまり、測定候補領域に候補位置以外の部分が含まれている場合に、候補位置以外の変位の影響を低減して候補位置の変位を算出することができるので、測定結果が安定する。

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
８ 表示部
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）
４０ 測定用受光部
３０２ 輝度画像生成部
３０４ 設定部
３０５ 測定制御部
３１２ 変位取得部
４１３ 変位分類部
３１５ 変位算出部
３１６ 選択部
Ｗ 測定対象物

Claims (12)

1. 測定対象物の所定位置における高さ方向の変位を測定する変位測定装置において、
   前記測定対象物を撮像して測定対象物の画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部により生成された画像の画素に対応付けて前記測定対象物の変位を取得する変位取得部と、
   前記変位取得部により画素ごとに取得された変位の度数分布において、所定の閾値以上の度数を有する変位で構成される群から少なくとも一つの群を選択する選択部と、
   前記選択部により選択された群に含まれる変位に基づいて、該選択された群に含まれる変位に対応付けられた画素からなる変位測定領域を特定し、該特定された変位測定領域の変位を算出する変位算出部とを備えている変位測定装置。
2. 請求項１に記載の変位測定装置はさらに、
   前記変位取得部により取得された変位を、該変位の度数分布および所定の閾値に基づいて、該閾値以上の度数を有する変位で構成される複数の群に分類する変位分類部を備え、
   前記選択部は、前記変位分類部によって分類された複数の群のうち少なくとも一つの群を選択する変位測定装置。
3. 請求項１または２に記載の変位測定装置はさらに、
   前記変位取得部により画素ごとに取得された変位の度数分布において、所定の閾値以上の度数を有する変位で構成される群のうち少なくとも一つの群を選択するための選択規則を設定する設定部を備え、
   前記選択部は、前記設定部により設定された選択規則に基づいて、前記少なくとも一つの群を選択する変位測定装置。
4. 請求項３に記載の変位測定装置はさらに、
   前記画像生成部により生成された画像を表示する表示部を備え、
   前記設定部は、前記表示部に表示された画像上で、測定対象物の表面のうち変位測定の候補位置を含む測定対象領域を設定するとともに、前記選択規則を設定し、
   前記変位取得部は、前記画像生成部により生成された画像のうち前記測定対象領域内の画素に対応付けて測定対象物の変位を取得し、
   前記変位算出部は、前記設定部により設定された前記選択規則を用いて選択された群に含まれる変位に基づいて、前記候補位置における高さ方向の変位を算出する変位測定装置。
5. 請求項２に記載の変位測定装置において、
   前記変位分類部は、前記変位取得部により取得した複数の変位の度数分布を算出し、算出した度数分布に基づいて、複数の変位を複数の群に分類する変位測定装置。
6. 請求項５に記載の変位測定装置において、
   前記変位分類部は、算出した度数分布を示すヒストグラムを生成し、
   前記変位分類部が生成したヒストグラムを表示する表示部を備えており、
   前記ヒストグラム上で頻度の閾値の設定を受け付ける設定部を備えており、
   前記変位算出部は、前記設定部で受け付けた閾値よりも高い頻度を有する群に含まれる複数の変位に基づいて、変位測定の候補位置の変位を算出する変位測定装置。
7. 請求項６に記載の変位測定装置において、
   前記変位算出部は、選択された群に含まれる複数の変位を平均化することにより前記候補位置の変位を算出する変位測定装置。
8. 請求項６または７に記載の変位測定装置において、
   前記表示部は、前記ヒストグラムにおける前記閾値よりも高い頻度を有する群を示す第１エリアを、該第１エリア外の第２エリアと識別可能な形態で表示する変位測定装置。
9. 請求項８に記載の変位測定装置において、
   前記表示部は、前記ヒストグラムに前記第１エリアが複数存在する場合、複数の前記第１エリアの各々の表示形態を識別可能な形態で表示する変位測定装置。
10. 請求項９に記載の変位測定装置において、
    前記表示部は、前記画像上で前記第１エリアに示される群に対応する部分を、当該第１エリアの表示形態と同一または類似した形態で表示する変位測定装置。
11. 請求項６から１０のいずれか１つに記載の変位測定装置において、
    前記表示部は、前記変位分類部により分類された複数の群に対応する部分を、各々、識別可能な形態で前記画像上に表示し、
    前記設定部は、前記画像上に表示する群の頻度の閾値の調整を受け付ける変位測定装置。
12. 請求項３、６から１１のいずれか１つに記載の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、
    前記設定部により設定された測定候補領域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を備え、
    前記変位取得部は、前記設定部により設定された測定候補領域に照射された前記測定光が該測定候補領域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、該測定候補領域内で複数の変位を取得する変位測定装置。

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