KR20230113154A - 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

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파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
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Abstract

역치를 이용하여 대상물을 광학적으로 측정하는 측정 장치로서, 투광부와, 대상물에 의해 투광광이 반사 또는 산란된 반사광을 수광하여, 수광 신호를 생성하는 수광부와, 수광 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비한다. 수광부에 있어서의 복수의 수광 소자를 포함하는 수광 에어리어가, 복수의 측정용 영역으로 구분되는 것과 더불어, 복수의 피크 위치 특정용 영역으로 구분된다. 복수의 피크 위치 특정용 영역 각각은, 서로 인접하는 2개의 측정용 영역 각각의 일부를 포함한다. 신호 처리부는, 수광 신호의 수광량이 최대인 수광 소자의 위치를 포함하는 피크 위치 특정용 영역을 판정하고, 판정된 피크 위치 특정용 영역에 일부가 포함되는 2개의 측정용 영역의 외측에 위치하는 복수의 측정용 영역 각각에 있어서의 수광량의 대표값에 의거하여, 외란광 성분의 수광량을 추정하고, 외란광 성분의 수광량에 의거하여, 역치를 제어한다.

Description

측정 장치 및 측정 방법{MEASUREMENT DEVICE AND MEASUREMENT METHOD}
본 개시는, 역치를 이용하여 대상물을 광학적으로 측정하는 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
종래, 삼각측량의 원리를 이용하여 대상물의 변위나 대상물의 표면 형상 등을 측정하기 위한 측정 장치가 알려져 있다. 이 측정 장치는, 투광부로부터 투광한 광을 대상물에 조사시키고, 그 대상물로부터의 반사광을 이미지 센서에서 수광하여, 그 이미지 센서의 각 화소에 있어서의 수광량으로부터 수광 중심 위치를 검출하고, 그 수광 중심 위치에 의거하여 대상물의 변위 등을 측정한다.
구체적으로는, 이미지 센서의 각 화소의 수광량(수광 신호 레벨)이 순차적으로 읽어내질 때에, 각 화소의 수광 신호 레벨과 미리 설정된 역치를 비교하여, 수광 신호 레벨이 역치 이상이 되는 화소 범위를 연산 범위로 설정한다. 그리고, 이 설정한 연산 범위에서 수광 신호 레벨 분포(수광 파형)의 피크 위치를 구하고, 그 구한 위치를 상기 수광 중심 위치로서 검출한다.
종래의 측정 장치로서, 광학식 측거 장치가 알려져 있다. 이 광학식 측거 장치는, 발광 소자와, 발광 소자로부터 발광되는 광속(光束)을 집속하여, 측정 대상물에 스폿광을 조사하는 발광 광학계와, 측정 대상물로부터의 반사광을 집광하는 수광 광학계와, 수광 광학계에 의해 집광된 측정 대상물로부터의 스폿광을 검출하는 수광 소자, 수광 소자로부터의 수광 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비한다. 수광 소자는, 측정 대상물로부터의 반사광의 강도 분포를 검출하는 라인 센서 또는 에어리어 센서이다. 신호 처리부는, 수광 광학계에 의해 집광된 스폿광의 수광 소자 상의 스폿 위치를 연산하여, 당해 스폿 위치로부터 측정 대상물까지의 거리를 검출하는 거리 연산부와, 발광 광학계 및 수광 광학계와, 측정 대상물 사이에 배치된 투광성의 보호 커버에 의해 반사된 광이 수광 광학계를 통해 수광 소자에서 검출되는 커버 반사광의 강도 분포를 검출하여 거리의 연산을 보정하는 보정 연산부를 갖는다. 보정 연산부는, 수광 소자의 양단 중 적어도 한쪽의 일부 영역의 강도 분포로부터 커버 반사광의 강도 분포에 대응하는 보정 계수를 연산하여, 스폿광의 강도 분포를 보정하고, 보정 연산부의 출력에 의거하여 거리 연산부는 측정 대상물까지의 거리를 연산한다.
일본국 특허공개 2014-224726호 공보
특허 문헌 1에서는, 수광 소자의 수광 에어리어로서, 중앙부와 양단부를 갖는다. 수광 에어리어의 중앙부와 양단부 중 한쪽의 경계 부근에 수광량의 피크가 존재하는 경우, 광 강도 분포가 산의 형상(가우스 형상)을 가지므로, 광 강도 분포의 아랫 부분이, 수광량의 피크가 위치하는 영역(중앙부 또는 양단부 중 한쪽)의 이웃 영역(양단부 중 한쪽 또는 중앙부)으로 들어간다. 따라서, 특허 문헌 1에서는, 보호 커버에서 반사되어, 수광 소자에서 검출되는 신호(노이즈, 외란광 등)의 보정 정밀도가 저하될 수 있다. 그 때문에, 외란광의 영향이 남아, 대상물의 측정 정밀도가 저하될 수 있다.
본 개시는, 외란광의 영향을 저감하여, 대상물의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 측정 장치 및 측정 방법을 제공한다.
본 개시의 일 양태는, 역치를 이용하여 대상물을 광학적으로 측정하는 측정 장치로서, 상기 대상물에 제1 투광광을 투광하는 투광부와, 복수의 수광 소자를 갖고, 상기 대상물에 의해 상기 제1 투광광이 반사 또는 산란된 제1 반사광을 수광하여, 제1 수광 신호를 생성하는 수광부와, 상기 제1 수광 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비하고, 상기 수광부에 있어서의 상기 복수의 수광 소자를 포함하는 수광 에어리어가, 상기 복수의 수광 소자를 각각이 하나 이상의 수광 소자를 갖는 복수의 그룹으로 구분하는 복수의 제1 경계에 의해 획정되며, 상기 복수의 그룹에 대응한 복수의 측정용 영역으로 구분되는 것과 더불어, 상기 복수의 제1 경계와는 상이한 복수의 제2 경계에 의해 획정되는 복수의 피크 위치 특정용 영역으로 구분되고, 상기 복수의 피크 위치 특정용 영역 각각은, 하나의 측정용 영역의 적어도 일부와, 상기 하나의 측정용 영역에 인접하는 다른 측정용 영역의 일부를 포함하고, 상기 수광 에어리어는, 복수의 통합 영역을 갖고, 상기 복수의 통합 영역 각각은, 상기 복수의 측정용 영역 중 인접하는 2개에 의해 형성되고, 상기 신호 처리부는, 상기 복수의 피크 위치 특정용 영역 중 하나로서, 상기 제1 수광 신호의 수광량이 최대인 수광 소자의 위치를 포함하는 대상 피크 위치 특정용 영역을 판정하고, 상기 복수의 통합 영역 중 하나로서 상기 대상 피크 위치 특정용 영역을 포함하는 대상 통합 영역의 외측에 위치하는 상기 복수의 측정용 영역 중 적어도 2개의 측정용 영역 각각에 있어서의 수광량의 대표값에 의거하여, 상기 대상 통합 영역에서의 외란광 성분의 수광량을 추정하고, 상기 외란광 성분의 수광량에 의거하여, 상기 역치를 제어하는, 측정 장치이다.
본 개시의 일 양태는, 역치를 이용하여 대상물을 광학적으로 측정하는 측정 방법으로서, 상기 대상물에 제1 투광광을 투광하는 단계와, 복수의 수광 소자를 갖는 수광부가, 상기 대상물에 의해 상기 제1 투광광이 반사 또는 산란된 제1 반사광을 수광하여, 제1 수광 신호를 생성하는 단계와, 상기 제1 수광 신호를 처리하는 단계를 갖고, 상기 수광부에 있어서의 상기 복수의 수광 소자를 포함하는 수광 에어리어가, 상기 복수의 수광 소자를 각각이 하나 이상의 수광 소자를 갖는 복수의 그룹으로 구분하는 복수의 제1 경계에 의해 획정되며, 상기 복수의 그룹에 대응한 복수의 측정용 영역으로 구분되는 것과 더불어, 상기 복수의 제1 경계와는 상이한 복수의 제2 경계에 의해 획정되는 복수의 피크 위치 특정용 영역으로 구분되고, 상기 복수의 피크 위치 특정용 영역 각각은, 하나의 측정용 영역의 적어도 일부와, 상기 하나의 측정용 영역에 인접하는 다른 측정용 영역의 일부를 포함하고, 상기 수광 에어리어는, 복수의 통합 영역을 갖고, 상기 복수의 통합 영역 각각은, 상기 복수의 측정용 영역 중 인접하는 2개에 의해 형성되고, 상기 제1 수광 신호를 처리하는 단계는, 상기 복수의 피크 위치 특정용 영역 중 하나로서, 상기 제1 수광 신호의 수광량이 최대인 수광 소자의 위치를 포함하는 대상 피크 위치 특정용 영역을 판정하는 단계와, 상기 복수의 통합 영역 중 하나로서 상기 대상 피크 위치 특정용 영역을 포함하는 대상 통합 영역의 외측에 위치하는 상기 복수의 측정용 영역 중 적어도 2개의 측정용 영역 각각에 있어서의 수광량의 대표값에 의거하여, 상기 대상 통합 영역에서의 외란광 성분의 수광량을 추정하는 단계와, 상기 외란광 성분의 수광량에 의거하여, 상기 역치를 제어하는 단계를 포함하는, 측정 방법이다.
본 개시에 의하면, 외란광의 영향을 저감하여, 대상물의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 개시의 실시 형태에 따른 측정 장치가 대상물에 투광광을 투광하고, 반사광을 수광하는 상황을 나타내는 개념도이다.
도 2는, 측정 장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 3은, 수광부가 생성한 수광 신호와, 측정용 영역과, 피크 위치 특정용 영역과, 통합 영역의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 측정 장치에 의한 피크 위치의 판정예 및 외란광의 수광량의 추정예를 설명하는 개념도이다.
도 5는, 측정 장치에 의한 외란광 성분의 수광량의 다른 추정예를 설명하는 그래프이다.
이하, 적절히 도면을 참조하면서, 실시 형태를 상세하게 설명한다. 단, 필요 이상으로 상세한 설명은 생략하는 경우가 있다. 예를 들면, 이미 잘 알려진 사항의 상세 설명이나 실질적으로 동일한 구성에 대한 설명을 생략하는 경우가 있다. 이는, 이하의 설명이 불필요하게 장황해지는 것을 피하고, 당업자의 이해를 용이하게 하기 위함이다. 또한, 첨부 도면 및 이하의 설명은, 당업자가 본 개시를 충분히 이해하기 위해 제공되는 것이며, 이들에 의해 특허 청구의 범위에 기재된 주제를 한정하는 것은 의도되지 않았다.
도 1은, 본 개시의 실시 형태에 따른 측정 장치가 대상물에 투광광을 투광하고, 반사광을 수광하는 상황을 나타내는 개념도이다. 측정 장치(50)는, 투광부(1)가, 대상물(10)에 대해 투광광(L1)을 투광하고, 수광부(4)가, 대상물(10)에 의해 투광광(L1)이 반사 또는 산란된 반사광(L2)을 수광한다. 측정 장치(50)는, 반사광(L2)으로부터 얻어진 수광 신호에 의거하여, 대상물(10)을 광학적으로 측정한다. 측정 장치(50)는, 예를 들면, 측정 센서, 변위 센서 또는 측거 센서로서 동작 가능하다. 측정 장치(50)는, 예를 들면 절대적인 거리 또는 상대적인 거리를 측정해도 된다. 측정 장치(50)는, 예를 들면, 기준이 되는 평면에 대해, 요철 등의 변위의 유무 또는 변위량 등을 검출해도 된다.
도 2는, 실시 형태에 따른 측정 장치(50)의 일례를 나타내는 블록도이다. 측정 장치(50)는, 투광부(1)와, 발광 렌즈(2)와, 수광 렌즈(3)와, 수광부(4)와, 신호 처리부(5)와, 기억부(5M)를 구비한다. 투광부(1)는, 발광 소자 등으로 구성된다. 발광 소자는, 예를 들면 레이저 다이오드를 포함한다.
수광부(4)는, 복수의 수광 소자를 갖는다. 수광 소자는, 예를 들면 포토 다이오드 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)를 포함하는 반도체 수광 소자이며, 수광한 광의 광 신호를 전기 신호로 변환한다. 수광부(4)는, 수광 소자에 의해, 대상물(10)에 의해 투광광(L1)이 반사 또는 산란된 반사광(L2)을 수광하여, 수광 신호를 생성한다. 수광부(4)는, 수광 소자가 x축 상의 일렬로 배치된 라인 센서를 구성하고 있는데, 수광 소자가 2차원 평면 상에 배치된 에어리어 센서여도 된다.
도 2에서는, 투광부(1)로부터 투광된 투광광(L1)이 대상물(10)에 입사하고, 대상물(10)로부터의 반사광(L2)이, 측정 장치(50)의 수광부(4)에 입사하고 있다. 도시되는 반사광(L2)은, 다중 반사의 결과로서 수광부(4)에서 검출되는 광축을 대표해서 나타내고 있다.
투광부(1)로부터 투광된 투광광(L1)은, 발광 렌즈(2)를 통해 방출된다. 투광광(L1)의 발광 광속의 대부분은, 대상물(10)을 조사한다. 충분히 떨어진 위치에 있는 대상물(10)로부터의 반사광(L2)은, 수광 렌즈(3)에 의해 집광되어 수광부(4) 상에 광 스폿을 형성한다. 수광부(4)의 수광 에어리어(8)는, 대상물(10)의 강도 분포 S20(도 3 참조)을 검출하기 위해 필요한 사이즈를 갖고 있다. 수광 에어리어(8)는, 복수의 수광 소자를 포함하는 에어리어이다.
신호 처리부(5)는, 예를 들면 프로세서에 의해 구성된다. 프로세서는, 기억부(5M)에 보유된 프로그램(또는 지령)을 실행함으로써, 신호 처리부(5)의 각종 기능을 실현(또는 각종 동작을 실시)한다. 프로세서는, MPU(Micro processing Unit), CPU(Central Processing Unit), 또는 DSP(Digital Signal Processor) 등을 포함해도 된다. 프로세서는, 각종 집적 회로(예를 들면 LSI(Large Scale Integration) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array))에 의해 구성되어도 된다. 신호 처리부(5)는, 측정 장치(50)의 각부를 통괄적으로 제어하여, 각종 처리를 행한다. 신호 처리부(5)는, 역치 제어부(6) 및 거리 연산부(7)를 포함한다.
기억부(5M)는, 일차 기억 장치(예를 들면 RAM(Random Access Memory) 또는 ROM(Read Only Memory))을 포함한다. 메모리(13)는, 이차 기억 장치 또는 삼차 기억 장치 등을 포함해도 되고, 분리 가능한 기억 매체를 포함해도 된다. 기억부(5M)는, 각종 데이터 또는 정보 등을 기억한다. 기억부(5M)는, 수광 신호의 정보(수광 신호를 나타내는 수광 파형의 정보)를 보유해도 된다. 수광 신호의 정보는, 대상물(10)을 측정하기 위한 역치(th)의 제어에 이용된다.
역치 제어부(6)는, 대상물(10)을 측정하기 위한 역치(th)를 제어한다. 역치 제어부(6)의 상세에 대해서는 후술한다.
거리 연산부(7)는, 수광부(4)의 복수의 수광 소자 중 어느 수광 소자가 수광했는지에 따라, 대상물(10)을 측정한다. 거리 연산부(7)는, 측정 장치(50)로부터 대상물(10)까지의 거리를 산출해도 된다. 수광 소자마다의 검출 거리의 정보(셀 거리 정보)가, 기억부(5M)에 보유되어 있어도 된다. 거리 연산부(7)는, 셀 거리 정보에 의거하여, 대상물(10)까지의 거리를 산출해도 된다. 거리 연산부(7)는, 수광부(4)에 의해 수광된 수광 신호 S1(도 3 참조)의 수광량이 역치(th) 이상인 하나 이상의 수광 소자를 특정한다. 거리 연산부(7)는, 특정된 수광 소자의 위치에 의거하여 대상물(10)까지의 거리를 산출해도 된다.
도 3은, 수광부(4)가 생성한 수광 신호 S1과, 측정용 영역 R1과, 피크 위치 특정용 영역 R2와, 통합 영역 TR의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4는, 측정 장치(50)에 의한 피크 위치의 판정예 및 외란광의 수광량의 추정예를 설명하는 개념도이다. 도 4는, 도 3의 그래프에 있어서의 측정용 영역 R10~R13의 부분을 확대한 도면으로 되어 있다.
도 3은, 수광부(4)의 수광 에어리어(8)가 수광한 반사광(L2)의 강도 분포(반사광 프로파일)에 의거하여, 수광부(4)가 생성한 수광 신호 S1을 나타내고 있다. 도 3의 횡축(x축에 대응)은, 수광 에어리어(8)의 좌표이며, 배치된 복수의 수광 소자 각각의 번호(수광 소자 번호)가 부여된다. 복수의 수광 소자는, 도 1에서 투광부(1)와 수광부(4)가 늘어서는 방향과 같은 방향을 따라 배열된다.
수광 에어리어(8)는, 복수의 수광 소자를 정리하여 구분하는 제1 경계(B1)에 의해 획정되는 복수의 측정용 영역 R1로 구분된다. 도 3에서는, 수광 에어리어(8)는, 8개의 측정용 영역 R1(R10~R17)을 포함하고 있다.
도 3에서는, 수광부(4)가 라인 센서를 구성하는 것을 예시하고 있다. 또한, 수광부(4)가 에어리어 센서를 구성하는 경우, 도 3의 그래프는, 평면 상에서 x축에 수직인 축에 있어서 복수 개 생성된다.
도 3의 종축(y축)은, 각 수광 소자(각 수광 위치)에서의 수광량(예를 들면 전압을 AD 변환한 수치)을 나타낸다. 즉, 반사광(L2)에 의거하여, 수광부(4)가 생성한 수광 신호 S1의 수광량이 나타나 있다. 수광 신호 S1의 수광량의 강도 분포는, x축을 따른 어느 한 방향에 있어서(본 예에서는 좌측으로의 방향에 있어서) 증가하는 수광량의 강도 분포 S10에, 대상물(10)로부터의 수광량의 강도 분포 S20이 가산된 형상이 된다. 도 3에서는, 강도 분포 S10은, 좌측으로 올라가는 형상, 즉, 수광 소자 번호가 작은 수광 소자가 수광한 수광 신호 S1의 수광량일수록, 값(수광량)이 커지는 형상을 나타내고 있다. 이 현상은, 주위로부터의 외란광의 작용 등에 의해 발생하는 사정이며, 측정 장치에 있어서 일반적으로 볼 수 있는 현상이다. 즉, 강도 분포 S10은, 외란광 성분의 수광량에 대응한다. 또, 강도 분포 S20은, 이른바 가우스 분포에 따른 소정의 피크를 갖는 형상을 나타내는데, 이 피크는 대상물(10)로부터의 반사광(L2)에 대응한다.
강도 분포 S10에 나타나는 외란광은, 예를 들면 환경광을 포함한다. 환경광은, 측정 장치(50) 주위의 일광 또는 조명 등의 광을 포함한다. 대상물(10)에서 외란광이 반사 또는 산란되면, 반사광(L2)의 성분의 일부인 외란광 성분으로서 수광부(4)에 수광될 수 있다.
도 3에서는, 측정용 영역 R12에 강도 분포 S20의 피크가 존재하고 있으며, 역치 제어부(6)는, 수광 신호 S1을 처리하고, 대상물(10)로부터의 반사광(L2)이, 측정용 영역 R12에 의해 수광되었다고 판정한다. 거리 연산부(7)는, 반사광(L2)을 수광한 측정용 영역 R1에 의거하여, 대상물(10)까지의 거리를 산출한다. 이 경우, 거리 연산부(7)는, 각 수광 소자의 수광량과, 역치 제어부(6)에서 설정된 역치(th)를 비교하여, 수광량이 역치(th) 이상이 되는 수광 소자만을 측거 연산의 범위로 설정한다. 거리 연산부(7)는, 설정된 측거 연산 범위에 있어서 강도 분포 S20의 피크 위치를 산출하고, 이 위치를 수광 중심 위치로서 검출한다. 이로 인해, 측정 장치(50)는, 연산 오차를 저감할 수 있다. 거리 연산부(7)는, 셀 거리 정보에 의거하여, 검출된 수광 위치에 대응하는 거리를 도출해도 된다.
또, 도 3에서는, 암(暗) 레벨이, 수광부(4)가 광을 검출하지 않아도 반드시 생성하는 신호의 수광량으로 미리 설정되어 있다. 암 레벨은, 예를 들면, 측정 장치(50)의 기동 시에 소정값으로 설정되어, 기억부(5M)에 보유되어 있다. 신호 처리부(5)는, 예를 들면 측정 장치(50)의 기동 시에는, 초기 설정 역치(th1)을 설정하여 기억부(5M)에 보유시키고 있다. 초기 설정 역치(th1)는, 범용적으로 적용 가능한 수광량으로 미리 설정되어도 된다. 초기 설정 역치(th1)가 설정되어 있는 경우, 거리 연산부(7)는, 초기 설정 역치(th1)보다 큰 수광량을 검지한 수광 소자만, 대상물(10)의 측정의 연산의 대상으로 한다.
여기서, 측정 장치(50)의 환경은 천차만별이며, 초기 설정 역치(th1)가, 상황에 따라서는 적절한 수광량이 아닌 경우도 있을 수 있다. 그래서, 역치 제어부(6)는, 외란광 성분의 수광량을 추정하고, 추정된 외란광 성분의 수광량에 의거하여, 역치(th)를 제어한다. 도 3의 예에서는 초기 설정 역치(th1)가 너무 작아, 모든 수광 소자가, 거리 연산부(7)에 의한 수광 중심 위치를 도출하는 연산의 대상으로 되어 있다. 그래서, 역치 제어부(6)는, 강도 분포 S10 및 강도 분포 S20을 판정하여, 수광 신호 S1의 수광량(즉 수광 파형)에 대응한 추정 후 역치(th2)를 결정한다. 즉, 역치 제어부(6)는, 초기 설정 역치(th1)를 추정 후 역치(th2)로 변경한다(도 3의 화살표 C2). 측정 장치(50)는, 추정 후 역치(th2)를 이용하여 대상물(10)을 광학적으로 측정함으로써, 연산 오차를 저감할 수 있다.
예를 들면, 외란광 성분이 많은 경우, 즉 측정 장치(50)가 초기 설정 역치(th1)에 대응하는 환경보다 밝은 환경에 배치된 경우, 추정 후 역치(th2)는 초기 설정 역치(th1)보다 커지도록 변경된다. 외란광 성분이 적은 경우, 즉 측정 장치(50)가 초기 설정 역치(th1)에 대응하는 환경보다 어두운 환경에 배치된 경우, 추정 후 역치(th2)는 초기 설정 역치(th1)보다 작아지도록 변경된다. 또, 밝기뿐만 아니라, 온도에 의거하여 역치(th)가 변경되어도 된다.
역치 제어부(6)는, 수광 신호 S1이 나타내는 각 수광 소자에서의 수광량에 의거하여, 수광 신호 S1의 피크 위치 즉 수광량이 최대인 수광 소자의 위치(최대 수광 위치)와, 최대 수광 위치가 속하는 피크 위치 특정용 영역 R2(본 예에서는 피크 위치 특정용 영역 R21)를 판정한다.
본 실시 형태에서는, 수광 에어리어(8)가, 2종류의 영역으로 분할된다. 구체적으로는, 수광 에어리어(8)는, 복수의 측정용 영역 R1로 구분된다. 또, 수광 에어리어(8)는, 수광 신호 S1의 피크 위치를 특정하기 위한 복수의 피크 위치 특정용 영역 R2로도 구분된다. 복수의 피크 위치 특정용 영역 R2는, 측정용 영역 R1을 획정하는 제1 경계(B1)와는 상이한 제2 경계(B2)에 의해 획정되어 구분된다. 측정용 영역 R1이 정해지면, 피크 위치 특정용 영역 R2가 정해진다. 예를 들면, 측정용 영역 R1을 획정하는 서로 이웃하는 2개의 제1 경계(B1)의 중앙 위치가 제2 경계(B2)가 되도록, 피크 위치 특정용 영역 R2가 정해진다.
제2 경계(B2)는, 예를 들면, 측정용 영역 R11~R16 각각의 x축 상에 있어서의 중앙 위치, 즉 측정용 영역 R11~R16의 수광 소자의 배치 방향에 있어서의 중앙 위치에 설정된다. 바꾸어 말하면, 제2 경계(B2)는, 예를 들면, 인접하는 2개의 제1 경계(B1) 사이의 중앙 위치에 설정된다. 단, 제2 경계(B2)의 위치는, 제1 경계(B1)와 겹치지 않는 한, 이러한 예로 한정되는 것은 아니다.
도 3에서는, 피크 위치 특정용 영역 R2는, 하기와 같이 7개의 피크 위치 특정용 영역 R2(R20~R26)를 포함하고 있다.
복수의 피크 위치 특정용 영역 R2 각각은, 서로 인접하는 2개의 측정용 영역 R1 각각의 일부를 포함하고 있다. 예를 들면, 피크 위치 특정용 영역 R21은, 측정용 영역 R11의 일부(오른쪽 절반)와, 측정용 영역 R12의 일부(왼쪽 절반)를 포함하고 있다. 그리고, 서로 인접하는 2개의 측정용 영역 R1은, 2개의 측정용 영역 R1이 통합된 통합 영역 TR을 형성한다.
본 실시 형태에서는, 통합 영역 TRxy로 나타내고, 여기서의 x는 인접하는 2개의 측정용 영역 R1 중 한쪽(부호가 작은 쪽) 말미의 부호이며, 여기서의 y는 인접하는 2개의 측정용 영역 R1 중 다른 쪽(부호가 큰 쪽) 말미의 부호이다. 예를 들면, 측정용 영역 R11, R12를 포함하는 통합 영역 TR은, 통합 영역 TR12가 된다. 마찬가지로, 통합 영역 TR과 측정용 영역 R1의 관계는, 예를 들면 이하이다.
통합 영역 TR01：측정용 영역 R10, R11
통합 영역 TR12：측정용 영역 R11, R12
통합 영역 TR23：측정용 영역 R12, R13
통합 영역 TR34：측정용 영역 R13, R14
통합 영역 TR45：측정용 영역 R14, R15
통합 영역 TR56：측정용 영역 R15, R16
통합 영역 TR67：측정용 영역 R16, R17
역치 제어부(6)는, 수광 신호 S1의 최대 수광 위치를 포함하는 피크 위치 특정용 영역 R2를 판정한다. 최대 수광 위치는, 수광 신호 S1의 수광량이 최대인 수광 소자의 위치이다. 도 3에서는, 역치 제어부(6)는, 피크 위치 특정용 영역 R21이 최대 수광 위치를 포함한다고 판정한다.
역치 제어부(6)는, 최대 수광 위치를 포함하는 피크 위치 특정용 영역 R21이, 측정용 영역 R11의 일부(오른쪽 절반)와, R12의 일부(왼쪽 절반)를 포함하고 있다고 판정하고, 통합 영역 TR12에 포함된다고 판정한다. 역치 제어부(6)는, 피크 위치 특정용 영역 R21의 외측 즉 피크 위치 특정용 영역 R21에 대응하는 통합 영역 TR의 외측에 위치하는 복수의 측정용 영역 R1 각각에 있어서의 수광량의 대표값을 산출한다. 본 예에서는, 역치 제어부(6)는, 피크 위치 특정용 영역 R21의 외측에 위치하는 측정용 영역 R10, R13 각각에 있어서의 수광량의 대표값을 산출한다. 또한, 제1 경계(B1)와 제2 경계(B2)는 겹치지 않기 때문에, 측정용 영역 R10 및 측정용 영역 R13은, 피크 위치 특정용 영역 R21에 대응하는 통합 영역 TR12의 외측에 인접해 있다.
도 3에서는, 측정용 영역 R10에 있어서의 수광량의 대표값이 수광량 A0이다. 측정용 영역 R13에 있어서의 수광량의 대표값이 수광량 A3이다. 역치 제어부(6)는, 예를 들면, 측정용 영역 R10의 수광량 A0와 측정용 영역 R13의 수광량 A3에 의거하여, 최대 수광 위치를 포함하는 피크 위치 특정용 영역 R21에 대응하는 통합 영역(예를 들면 x축 상에 있어서의 통합 영역 TR의 중앙 위치)의 수광량 AT12를 산출한다. 수광량 AT12는, 통합 영역 TR의 수광량의 대표값인 것을 나타내고 있다. 역치 제어부(6)는, 통합 영역 TR12의 수광량 AT12를, 대표값인 수광량 A0, A3을 잇는 직선(D) 상에 의거하여, 예를 들면 직선(D) 상의 값으로서, 산출 가능하다.
역치 제어부(6)는, 측정용 영역 R1에 있어서의 수광량의 대표값으로부터 암 레벨의 수광량을 제함으로써, 이 측정용 영역 R1에 있어서의 오프셋 수광량을 산출한다. 이 오프셋 수광량의 산출은, 측정용 영역 R1뿐만 아니라, 통합 영역 TR에 대해서도 동일하다. 따라서, 역치 제어부(6)는, 통합 영역 TR12에 있어서의 수광량 AT12로부터 암 레벨의 수광량을 제함으로써, 이 측정용 영역 R1에 있어서의 오프셋 수광량을 산출한다.
이와 같이, 역치 제어부(6)는, 측정용 영역 R10, R13 각각에 있어서의 대표값으로서의 수광량 A0, A3에 의거하여, 통합 영역 TR12의 오프셋 수광량을 산출한다. 역치 제어부(6)는, 초기 설정 역치(th1)와 통합 영역 TR12의 오프셋 수광량에 의거하여, 추정 후 역치(th2)를 결정한다. 이 경우, 역치 제어부(6)는, 초기 설정 역치(th1)에 통합 영역 TR12의 오프셋 수광량을 가산함으로써, 추정 후 역치(th2)를 결정해도 된다.
최대 수광 위치를 포함하는 피크 위치 특정용 영역 R21에 대응하는 통합 영역 TR12의 오프셋값의 산출은, 통합 영역 TR12에 있어서의 외란광 성분의 수광량의 추정에 상당한다. 그리고, 역치 제어부(6)가, 추정된 외란광 성분의 수광량에 상당하는 오프셋 수광량에 의거하여, 역치(th)를 제어한다. 이로 인해, 측정 장치(50)는, 역치(th)를 적절하게 설정할 수 있으며, 대상물(10)의 측정용 수광 중심 위치의 측거 연산 범위를 적합하게 제한할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 예를 들면 수광 신호 S1의 최대 수광 위치가 2개의 측정용 영역 R1의 경계인 제1 경계(B1) 부근에 존재해도, 최대 수광 위치를 포함하는 피크 위치 특정용 영역 R2에 대응하는 통합 영역 TR12의 외연인 제1 경계(B1)(측정용 영역 R12, R13의 경계) 부근에 존재하는 것은 아니다. 즉, 최대 수광 위치가 2개의 측정용 영역 R1의 경계(제1 경계(B1)) 부근에 존재하는 경우에도, 최대 수광 위치를 포함하는 통합 영역 TR의 경계(외연)로부터 벗어난 위치(통합 영역 TR의 중앙 위치 부근)에 존재하게 된다. 따라서, 수광 신호 S1의 최대 수광 위치로부터 수광량이 저하된 아랫 부분이, 최대 수광 위치를 포함하는 통합 영역 TR의 외측에 큰 값을 갖고 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 측정 장치(50)는, 오프셋 수광량을 도출원이 되는 수광량에 수광 신호 S1의 본래의 신호 성분이 들어가는 것을 억제할 수 있으므로, 오프셋 수광량을 고정밀도로 도출할 수 있다. 따라서, 측정 장치(50)는, 역치(th)를 적절하게 결정할 수 있다.
또한, 수광 신호 S1의 최대 수광 위치가, 인접하는 2개의 피크 위치 특정용 영역 R2의 경계(제2 경계(B2)) 부근에 존재하는 경우에도, 이 제2 경계(B2)의 위치의 외측에, 피크 위치 특정용 영역 R2에 대응하는 통합 영역 TR의 외연(제1 경계(B1))이 위치하게 된다. 따라서, 수광 신호 S1의 최대 수광 위치로부터 수광량이 저하된 아랫 부분이, 최대 수광 위치를 포함하는 통합 영역 TR의 외측으로 큰 값을 갖고 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 측정 장치(50)는, 오프셋 수광량을 도출원이 되는 수광량에 수광 신호 S1의 본래의 신호 성분이 들어가는 것을 억제할 수 있으므로, 오프셋 수광량을 고정밀도로 도출할 수 있다. 따라서, 측정 장치(50)는, 역치(th)를 적절하게 결정할 수 있다.
도 3은, 측정 장치(50)에 의한 외란광 성분의 수광량의 추정예를 설명하는 그래프도 포함하고 있다. 역치 제어부(6)는, 판정된 피크 위치 특정용 영역 R21에 대응하는 통합 영역 TR12의 양쪽 외측에 인접하는 2개의 측정용 영역 R10, R13 각각에 있어서의 수광 신호 S1의 수광량의 대표값에 의거하여, 외란광 성분의 수광량을 추정해도 된다. 이 경우, 역치 제어부(6)는, 측정용 영역 R1마다, 측정용 영역 R1에 포함되는 복수의 수광 소자 각각이 수광한 수광 신호 S1의 수광량의 평균값을, 수광 신호 S1의 수광량의 대표값으로서 산출해도 된다. 또한, 수광량의 대표값은, 이 평균값 이외의 다른 값(예를 들면 최대값, 최소값)이어도 된다.
역치 제어부(6)는, 수광량의 대표값으로서, 측정용 영역 R1마다의 수광량의 평균값을 이용하는 경우, 최대 수광 위치를 포함하는 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을, 다음의 순서에 따라 추정해도 된다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이 최대 수광 위치가 피크 위치 특정용 영역 R21에 포함되는 경우, 피크 위치 특정용 영역 R21에 대응하여 통합 영역 TR12가 특정된다. 역치 제어부(6)는, 예를 들면, 통합 영역 TR12의 오프셋 수광량을, (A0+A3)/2에 따라 산출한다. 또, 최대 수광 위치가 피크 위치 특정용 영역 R22에 포함되는 경우, 피크 위치 특정용 영역 R22에 대응하여 통합 영역 TR23이 특정된다. 역치 제어부(6)는, 예를 들면, 통합 영역 TR23의 오프셋 수광량을, (A1+A4)/2에 따라 산출한다. 또한, 여기에서는, 수광량 An은, 측정용 영역 R1n에 있어서의 수광량의 대표값(예를 들면 평균값)이다.
도 5는, 측정 장치(50)에 의한 외란광 성분의 수광량의 다른 추정예를 설명하는 그래프이다. 도 5의 예는, 강도 분포 S20의 피크 위치(최대 수광 위치)가 피크 위치 특정용 영역 R20에 위치하고 있다. 본 예에서는, 피크 위치 특정용 영역 R20에 대응하는 통합 영역 TR01의 좌측(x축(도 5의 횡축)의 작은 쪽)에는, 인접하는 측정용 영역 R1이 없다. 그래서 역치 제어부(6)는, 통합 영역 TR01의 한쪽(예를 들면 우측, x축의 큰 쪽)의 외측에 인접하는 2개의 측정용 영역 R12, R13 각각에 있어서의 수광 신호 S1의 대표값으로서의 수광량 A2, A3에 의거하여, 외란광 성분의 수광량을 추정해도 된다.
예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이 최대 수광 위치가 피크 위치 특정용 영역 R20에 포함되는 경우, 피크 위치 특정용 영역 R20에 대응하여 통합 영역 TR01이 특정된다. 역치 제어부(6)는, 예를 들면, 통합 영역 TR01의 오프셋 수광량을, (5A2-3A3)/2에 따라 산출한다. 이로 인해, 측정 장치(50)는, 최대 수광 위치를 포함하는 피크 위치 특정용 영역 R2나 통합 영역 TR이 수광 에어리어(8)의 단부에 위치해도, 외분점을 이용하여, 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 추정할 수 있고, 적절한 역치(th)를 결정할 수 있다.
또한, 역치 제어부(6)는, 최대 수광 위치를 포함하는 통합 영역 TR에 인접하지 않는 복수의 측정용 영역 R1 각각의 수광량의 대표값에 의거하여, 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 추정해도 된다. 또, 역치 제어부(6)는, 최대 수광 위치를 포함하는 통합 영역 TR의 외측에 있는 3개 이상의 측정용 영역 R1 각각의 수광량의 대표값에 의거하여, 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 추정해도 된다. 3개 이상의 수광량이 얻어지는 경우에는, 역치 제어부(6)는, 직선적인 근사법이 아니라, 다양한 공지의 근사법에 따라, 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 추정해도 된다.
다음에, 역치 제어의 베리에이션에 대해서 설명한다.
역치 제어부(6)는, 역치(th)가 상한값보다 커지지 않도록 제어해도 된다. 수광부(4)에 의한 수광량은, 투광부(1)에 의한 투광광(L1)의 투광 시간의 조정에 의해 조정 가능하다. 역치(th)의 상한값은, 수광부(4)에 의한 수광량에 의한 수광 가능량을 가미하여, 정해진다. 투광부(1)는, 역치(th)의 상한값 이상이며 수광 가능량의 상한값 이하에 들어가도록, 투광량을 조정해도 된다. 역치(th)의 상한값은, 기억부(5M)에 보유되어 있어도 된다.
예를 들면, 역치 제어부(6)는, 초기 설정 역치(th1)에서 추정 후 역치(th2)로 변경하도록 역치(th)를 제어하는 경우에 있어서, 추정 후 역치(th2)의 예정값이 상한값 이상인 경우, 추정 후 역치(th2)를 상한값으로 결정해도 된다. 추정 후 역치(th2)의 예정값이란, 상한값을 가미하지 않고 역치 제어부(6)가 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 가미하여 산출한 당초의 추정 후 역치(th2)이다. 따라서, 역치 제어부(6)는, 추정 후 역치(th2)가 너무 커지는 것을 억제할 수 있다.
또, 역치 제어부(6)는, 역치(th)의 변화량이 상한 변화량보다 커지지 않도록 제어해도 된다. 예를 들면, 역치 제어부(6)는, 초기 설정 역치(th1)에서 추정 후 역치(th2)로 변경하도록 역치(th)를 제어하는 경우, 초기 설정 역치(th1)와 추정 후 역치(th2)의 예정값의 차가 소정값보다 큰 경우, 즉 역치(th)의 변화량이 상한 변화량보다 큰 경우, 초기 설정 역치(th1)에 상한 변화량을 가산하여 추정 후 역치(th2)를 결정해도 된다. 따라서, 역치 제어부(6)는, 추정 후 역치(th2)가 급격하게 변화하여, 추정 후 역치(th2)를 이용한 대상물(10)의 측정 결과가 급격하게 변화하는 것을 억제할 수 있다.
또, 역치 제어부(6)가 역치 제어를 행하는 타이밍은, 임의이다. 예를 들면, 역치 제어의 타이밍과 대상물(10)의 측정 타이밍은, 같아도 된다. 예를 들면, 역치 제어부(6)는, 대상물(10)의 측정마다 역치(th)를 제어해도 된다. 또, 역치 제어부(6)는, 수광 신호 S1(수광 파형)을 취득할 때마다, 역치(th)를 제어해도 된다.
또, 역치 제어의 타이밍과 대상물(10)의 측정 타이밍은, 상이한 타이밍이어도 된다. 예를 들면, 투광부(1)가, 대상물(10)에 역치 제어용과는 상이한 측정용 투광광을 투광하고, 수광부(4)가, 대상물(10)에 의해 투광광이 반사 또는 산란된 측정용 반사광을 수광하여, 역치 제어용과는 상이한 측정용 수광 신호 S11을 생성해도 된다. 거리 연산부(7)는, 수광부(4)에 의해 수광된 수광 신호 S11의 수광량이, 역치 제어부(6)에 의해 제어가 완료된 역치(th) 이상인 수광 소자를 특정하고, 특정된 수광 소자의 위치에 의거하여, 대상물(10)을 측정해도 된다. 즉, 거리 연산부(7)는, 역치 제어에 이용하는 투광광(L1) 및 반사광(L2)과는 별도로, 측정용 투광광 및 반사광을 이용하여, 대상물(10)을 측정해도 된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 측정 장치(50)는, 실제의 측정 시(예를 들면 측거 시)의 영역(측정용 영역 R1)과는 상이한 피크 위치 특정용 영역 R2를 이용하여, 최대 수광 위치가 포함되는 피크 위치 특정용 영역 R2를 특정한다. 측정 장치(50)는, 특정된 피크 위치 특정용 영역 R2에 대응하는 통합 영역 TR을 특정하고, 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 산출하여, 통합 영역 TR의 예를 들면 중앙 위치에서의 외란광을 추정한다. 추정된 외란광은, 변동될 수 있는 암 레벨에 대응한다. 측정 장치(50)는, 추정된 외란광에 따라, 역치(th)를 조정 가능하다.
예를 들면, 암 레벨이 전체적으로 큰 값으로 변동했다고 가정한다. 이 경우, 초기 설정 역치(th1)가 암 레벨에 대해 상대적으로 작아지고, 초기 설정 역치(th1)보다 큰 수광량을 수광하는 수광 소자의 수가 많아진다. 즉, 피크 위치의 주변뿐만 아니라, 수광 에어리어(8)의 광범위에 있어서 초기 설정 역치(th1) 이상의 수광량의 반사광(L2)을 수광한다. 이러한 경우에는, 거리 연산부(7)가, 수광 에어리어(8)의 광범위에 있어서의 수광 중심 위치를 연산함으로써, 대상물(10)의 측정 정밀도가 저하될 수 있다. 이에 대해, 측정 장치(50)에 의하면, 암 레벨에 대응하여 변동하는 외란광의 추정 결과에 따라 초기 설정 역치(th1)를 추정 후 역치(th2)로 변경한다. 이로 인해, 수광 에어리어(8)에 있어서 추정 후 역치(th2) 이상의 수광량을 수광하는 수광 소자의 수를 저감할 수 있고, 수광 에어리어(8)에 있어서의 피크 위치의 주변에 한해서 추정 후 역치(th2) 이상의 수광량의 반사광(L2)을 수광하게 된다. 따라서, 측정 장치(50)는, 대상물(10)의 측정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
또, 측정 장치(50)는, 최대 수광 위치가 있는 통합 영역 TR의 외측에 있어서의 측정용 영역 R1의 수광량을 이용하여 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 도출하고, 통합 영역 TR 내의 수광량을 통합 영역 TR의 오프셋 수광량의 도출에 이용하지 않는다. 통합 영역 TR은, 투광광(L1)이 반사 또는 산란된 반사광(L2)의 신호 성분(즉 외란광 이외의 본래 취득하고 싶은 성분)의 수광량이 크다. 따라서, 측정 장치(50)는, 본래 취득하고 싶은 성분이 제외되고, 외란광 성분이 많이 포함되는 측정용 영역 R1의 수광량을 이용하여, 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 도출할 수 있으므로, 외란광의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 오프셋 수광량이 양의 값인 것을 주로 예시했는데, 이것으로 한정되지 않는다. 외란광의 오프셋 수광량은, 음의 값인 경우도 있을 수 있다. 외란광의 오프셋 수광량이 음의 값인 경우에는, 초기 설정 역치(th1)보다 추정 후 역치(th2)가 작아지도록 변경된다. 또한, 역치 제어부(6)는, 통합 영역 TR에 있어서의 중앙 위치 이외에서의 외란광을 추정해도 되고, 예를 들면 최대 수광 위치에서의 외란광을 추정해도 된다.
이상과 같이, 상기 실시 형태의 측정 장치(50)는, 역치를 이용하여 대상물(10)을 광학적으로 측정한다. 측정 장치(50)는, 대상물(10)에 투광광(L1)(제1 투광광의 일례)을 투광하는 투광부(1)와, 복수의 수광 소자를 갖고, 대상물(10)에 의해 투광광(L1)이 반사 또는 산란된 반사광(L2)(제1 반사광의 일례)을 수광하여, 수광 신호 S1(제1 수광 신호의 일례)을 생성하는 수광부(4)와, 수광 신호 S1을 처리하는 신호 처리부(5)를 구비한다. 수광부(4)에 있어서의 복수의 수광 소자를 포함하는 수광 에어리어(8)가, 복수의 수광 소자를 각각이 하나 이상의 수광 소자를 갖는 복수의 그룹으로 구분하는 복수의 제1 경계(B1)에 의해 획정되며, 복수의 그룹에 대응한 복수의 측정용 영역 R1로 구분되는 것과 더불어, 복수의 제1 경계(B1)와는 상이한 복수의 제2 경계(B2)에 의해 획정되는 복수의 피크 위치 특정용 영역 R2로 구분된다. 복수의 피크 위치 특정용 영역 R2 각각은, 하나의 측정용 영역 R1의 적어도 일부와, 이 하나의 측정용 영역 R1에 인접하는 다른 측정용 영역 R1의 일부를 포함한다. 수광 에어리어는, 복수의 통합 영역 TR을 갖고, 복수의 통합 영역 TR 각각은, 복수의 측정용 영역 R1 중 인접하는 2개에 의해 형성된다. 신호 처리부(5)는, 복수의 피크 위치 특정용 영역 R2 중 하나로서 수광 신호 S1의 수광량이 최대인 수광 소자의 위치(최대 수광 위치)를 포함하는 대상 피크 위치 특정용 영역 R2를 판정한다. 신호 처리부(5)는, 복수의 통합 영역 TR 중 하나로서 대상 피크 위치 특정용 영역 R2를 포함하는 대상 통합 영역 TR의 외측에 위치하는 적어도 2개의 측정용 영역 R1 각각에 있어서의 수광량의 대표값에 의거하여, 대상 통합 영역 TR에서의 외란광 성분의 수광량(오프셋 수광량)을 추정한다. 신호 처리부(5)는, 외란광 성분의 수광량에 의거하여, 역치(th)를 제어한다.
이로 인해, 측정 장치(50)는, 대상물(10)의 측정용으로 이용되는 측정용 영역 R1과는 별도로, 수광 신호 S1의 피크 위치를 특정하기 위한 피크 위치 특정용 영역 R2와 통합 영역 TR을 고려하여, 역치(th)를 제어할 수 있다. 이 경우, 측정 장치(50)는, 측정용 영역 R1에서는 경계 단부에 피크 위치(최대 수광 위치)가 있는 경우에도, 이 피크 위치는 통합 영역 TR의 단부에는 위치하지 않는다. 즉, 통합 영역 TR은, 측정용 영역 R1에서의 피크 위치가 측정용 영역 R1에서의 경계 단부에 있는 경우에, 피크 위치가 통합 영역 TR의 중앙 부근에 위치하도록 선택된다. 그 때문에, 통합 영역 TR에 인접하는 외측의 영역에, 수광 신호 S1을 나타내는 수광 파형의 아랫 부분이 들어가지 않는다. 따라서, 통합 영역 TR 내에 신호 성분이 위치하고, 통합 영역 TR의 외측에 신호 성분 이외의 외란광 성분이 위치한다. 측정 장치(50)는, 통합 영역 TR의 외측의 수광량을 이용함으로써, 외란광의 수광 레벨을 고정밀도로 추정할 수 있고, 대상물(10)을 측정하기 위한 역치(th)를 적절하게 결정할 수 있다. 따라서, 측정 장치(50)는, 외란광의 영향을 저감하여 대상물의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 신호 처리부(5)는, 대상 피크 위치 특정용 영역 R2를 포함하는 대상 통합 영역 TR의 양쪽 외측에 인접하는 2개의 측정용 영역 R1 각각에 있어서의 수광 신호 S1의 수광량의 대표값에 의거하여, 외란광 성분의 수광량을 추정해도 된다.
이로 인해, 측정 장치(20)는, 본래 취득하고 싶은 신호 성분을 거의 포함하지 않고 외란광 성분이 많은 측정용 영역 R1의 수광량을 이용하여, 외란광 성분의 수광량을 추정하므로, 통합 영역 TR에서의 외란광을 고정밀도로 추정할 수 있다.
또, 신호 처리부(5)는, 대상 피크 위치 특정용 영역 R2를 포함하는 대상 통합 영역 TR의 한쪽의 외측에 인접하는 2개의 측정용 영역 R1 각각에 있어서의 수광 신호 S1의 수광량의 대표값에 의거하여, 외란광 성분의 수광량을 추정해도 된다.
이로 인해, 측정 장치(50)는, 최대 수광 위치를 포함하는 피크 위치 특정용 영역 R2나 통합 영역 TR이 수광 에어리어(8)의 단부에 위치해도, 외분점을 이용하여, 통합 영역 TR의 오프셋 수광량을 추정할 수 있고, 적절한 역치(th)를 결정할 수 있다.
또, 복수의 측정용 영역 R1 각각에 있어서의 수광 신호 S1의 수광량의 대표값은, 대응하는 측정용 영역 R1에 포함되는 하나 이상의 수광 소자 각각에 수광된, 수광 신호 S1의 수광량의 평균값이어도 된다. 이로 인해, 측정용 영역 R1을 대표하는 수광량의 값을 적절하게 얻을 수 있다.
또, 복수의 제2 경계(B2) 중 적어도 하나는, 복수의 제1 경계(B1) 중 인접하는 2개 사이의 중앙 위치에 설정되어도 된다.
이로 인해, 피크 위치 특정용 영역 R2가, 2개의 측정용 영역 R1을 절반씩 포함하도록 할 수 있다. 따라서, 측정용 영역 R1, 피크 위치 특정용 영역 R2 및 통합 영역 TR의 위치 관계가 대칭성을 갖는다. 그 때문에, 측정 장치(50)는, 수광 에어리어(8)의 x축의 큰 쪽 또는 작은 쪽에 있어서 치우친 위치에서의 수광량에 의거하여 통합 영역 TR에서의 외란광 추정을 실시하는 것을 억제할 수 있어, 외란광 추정의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 신호 처리부(5)는, 초기 설정 역치(th1)(제1 역치의 일례)에서 추정 후 역치(th2)(제2 역치의 일례)로 변경하도록 역치를 제어하는 경우에 있어서, 추정 후 역치(th2)의 예정값이 상한값 이상인 경우, 추정 후 역치(th2)를 상한값으로 설정해도 된다.
이로 인해, 측정 장치(50)는, 예를 들면 투광부(1) 또는 수광부(4)의 특성을 가미하여, 추정 후 역치(th2)가 너무 커지는 것을 억제할 수 있다.
또, 신호 처리부(5)는, 초기 설정 역치(th1)에서 추정 후 역치(th2)로 변경하도록 역치를 제어하는 경우에 있어서, 초기 설정 역치(th1)와 추정 후 역치(th2)의 예정값의 차가 상한 변화량 이상인 경우, 초기 설정 역치(th1)에 상한 변화량을 가산하여 추정 후 역치(th2)를 설정해도 된다.
이로 인해, 측정 장치(50)는, 추정 후 역치(th2)가 급격하게 변화하여, 추정 후 역치(th2)를 이용한 대상물(10)의 측정 결과가 급격하게 변화하는 것을 억제할 수 있다.
또, 신호 처리부(5)는, 복수의 수광 소자 중, 수광부(4)에 의해 수광된 수광 신호 S1의 수광량이 역치 이상인 적어도 하나의 수광 소자를 특정하고, 이 적어도 하나의 수광 소자의 위치에 의거하여, 대상물(10)을 측정해도 된다.
이로 인해, 측정 장치(50)는, 외란광 성분을 가미한 역치(th)의 결정을 측정 타이밍과 같은 타이밍에 실시할 수 있다. 따라서, 측정 장치(50)는, 단시간에 고정밀도로 대상물(10)의 측정을 실시할 수 있다.
또, 투광부(1)는, 대상물(10)에 투광광(L1)과는 상이한 다른 투광광(제2 투광광의 일례)을 투광해도 된다. 수광부(4)는, 대상물(10)에 의해 다른 투광광이 반사 또는 산란된 다른 반사광(제2 반사광의 일례)을 수광하여, 다른 수광 신호(제2 수광 신호의 일례)를 생성해도 된다. 신호 처리부(5)는, 복수의 수광 소자 중, 수광부(4)에 의해 수광된 다른 수광 신호의 수광량이 역치(th) 이상인 적어도 하나의 수광 소자를 특정하고, 이 적어도 하나의 수광 소자의 위치에 의거하여, 대상물(10)을 측정해도 된다.
이로 인해, 측정 장치(50)는, 외란광 성분을 가미한 역치(th)의 결정을 측정 타이밍과는 상이한 타이밍에 실시할 수 있다. 따라서, 측정 장치(50)는, 다른 타이밍에 역치(th)를 결정해 두고, 측정 시의 처리 부하를 저감하여, 대상물(10)을 측정할 수 있다.
이상, 도면을 참조하면서 각종 실시 형태에 대해서 설명했는데, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예를 도출할 수 있는 것은 분명하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 또, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 상기 실시 형태에 있어서의 각 구성 요소를 임의로 조합해도 된다.
상기 실시 형태에서는, CPU 등의 프로세서는, 물리적으로 어떻게 구성해도 된다. 또, 프로그램 가능한 프로세서를 이용하면, 프로그램의 변경에 의해 처리 내용을 변경할 수 있으므로, 프로세서의 설계의 자유도를 높일 수 있다. 프로세서는, 하나의 반도체 칩으로 구성해도 되고, 물리적으로 복수의 반도체 칩으로 구성해도 된다. 복수의 반도체 칩으로 구성하는 경우, 상기 실시 형태의 각 제어를 각각 다른 반도체 칩으로 실현해도 된다. 이 경우, 그들 복수의 반도체 칩으로 하나의 프로세서를 구성한다고 생각할 수 있다. 또, 프로세서는, 반도체 칩과 다른 기능을 갖는 부재(콘덴서 등)로 구성해도 된다. 또, 프로세서가 갖는 기능과 그 이외의 기능을 실현하도록, 하나의 반도체 칩을 구성해도 된다. 또, 복수의 프로세서에 의한 기능이 하나의 프로세서로 실현이 되어도 된다.
본 개시는, 외란광의 영향을 저감하여, 대상물의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 측정 장치 및 측정 방법에 유용하다.
1: 투광부 2: 발광 렌즈
3: 수광 렌즈 4: 수광부
5: 신호 처리부 5M: 기억부
6: 역치 제어부 7: 거리 연산부
8: 수광 에어리어 10: 대상물
50: 측정 장치 R10~R17: 측정용 영역
R20~R26: 피크 위치 특정용 영역 TR: 통합 영역
th1: 초기 설정 역치 th2: 추정 후 역치

Claims (10)

  1. 역치를 이용하여 대상물을 광학적으로 측정하는 측정 장치로서,
    상기 대상물에 제1 투광광을 투광하는 투광부와,
    복수의 수광 소자를 갖고, 상기 대상물에 의해 상기 제1 투광광이 반사 또는 산란된 제1 반사광을 수광하여, 제1 수광 신호를 생성하는 수광부와,
    상기 제1 수광 신호를 처리하는 신호 처리부
    를 구비하고,
    상기 수광부에 있어서의 상기 복수의 수광 소자를 포함하는 수광 에어리어가, 상기 복수의 수광 소자를 각각이 하나 이상의 수광 소자를 갖는 복수의 그룹으로 구분하는 복수의 제1 경계에 의해 획정되며, 상기 복수의 그룹에 대응한 복수의 측정용 영역으로 구분되는 것과 더불어, 상기 복수의 제1 경계와는 상이한 복수의 제2 경계에 의해 획정되는 복수의 피크 위치 특정용 영역으로 구분되고,
    상기 복수의 피크 위치 특정용 영역 각각은, 하나의 측정용 영역의 적어도 일부와, 상기 하나의 측정용 영역에 인접하는 다른 측정용 영역의 일부를 포함하고,
    상기 수광 에어리어는, 복수의 통합 영역을 갖고, 상기 복수의 통합 영역 각각은, 상기 복수의 측정용 영역 중 인접하는 2개에 의해 형성되고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 복수의 피크 위치 특정용 영역 중 하나로서 상기 제1 수광 신호의 수광량이 최대인 수광 소자의 위치를 포함하는 대상 피크 위치 특정용 영역을 판정하고,
    상기 복수의 통합 영역 중 하나로서 상기 대상 피크 위치 특정용 영역을 포함하는 대상 통합 영역의 외측에 위치하는 상기 복수의 측정용 영역 중 적어도 2개의 측정용 영역 각각에 있어서의 수광량의 대표값에 의거하여, 상기 대상 통합 영역에서의 외란광 성분의 수광량을 추정하고,
    상기 외란광 성분의 수광량에 의거하여, 상기 역치를 제어하는,
    측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 처리부는, 상기 대상 피크 위치 특정용 영역을 포함하는 상기 대상 통합 영역의 양쪽 외측에 인접하는 2개의 측정용 영역 각각에 있어서의 상기 제1 수광 신호의 수광량의 대표값에 의거하여, 상기 외란광 성분의 수광량을 추정하는, 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 처리부는, 상기 대상 피크 위치 특정용 영역을 포함하는 상기 대상 통합 영역의 한쪽의 외측에 인접하는 2개의 측정용 영역 각각에 있어서의 상기 제1 수광 신호의 수광량의 대표값에 의거하여, 상기 외란광 성분의 수광량을 추정하는, 측정 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 측정용 영역 각각에 있어서의 상기 제1 수광 신호의 수광량의 대표값은, 대응하는 측정용 영역에 포함되는 상기 하나 이상의 수광 소자 각각에 수광된, 상기 제1 수광 신호의 수광량의 평균값인, 측정 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 경계 중 적어도 하나는, 상기 복수의 제1 경계 중 인접하는 2개 사이의 중앙 위치에 설정되어 있는, 측정 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는, 제1 역치에서 제2 역치로 변경하도록 상기 역치를 제어하는 경우에 있어서, 상기 제2 역치의 예정값이 상한값 이상인 경우, 상기 제2 역치를 상기 상한값으로 설정하는, 측정 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는, 제1 역치에서 제2 역치로 변경하도록 상기 역치를 제어하는 경우에 있어서, 상기 제1 역치와 상기 제2 역치의 예정값의 차가 상한 변화량 이상인 경우, 상기 제1 역치에 상기 상한 변화량을 가산하여 상기 제2 역치를 설정하는, 측정 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 복수의 수광 소자 중, 상기 수광부에 의해 수광된 상기 제1 수광 신호의 수광량이 상기 역치 이상인 적어도 하나의 수광 소자를 특정하고,
    상기 적어도 하나의 수광 소자 각각의 위치에 의거하여, 상기 대상물을 측정하는, 측정 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광부는, 상기 대상물에, 상기 제1 투광광과는 상이한 제2 투광광을 투광하고,
    상기 수광부는, 상기 대상물에 의해 상기 제2 투광광이 반사 또는 산란된 제2 반사광을 수광하여, 제2 수광 신호를 생성하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 복수의 수광 소자 중, 상기 수광부에 의해 수광된 상기 제2 수광 신호의 수광량이 상기 역치 이상인 적어도 하나의 수광 소자를 특정하고,
    상기 적어도 하나의 수광 소자 각각의 위치에 의거하여, 상기 대상물을 측정하는, 측정 장치.
  10. 역치를 이용하여 대상물을 광학적으로 측정하는 측정 방법으로서,
    상기 대상물에 제1 투광광을 투광하는 단계와,
    복수의 수광 소자를 갖는 수광부가, 상기 대상물에 의해 상기 제1 투광광이 반사 또는 산란된 제1 반사광을 수광하여, 제1 수광 신호를 생성하는 단계와,
    상기 제1 수광 신호를 처리하는 단계
    를 갖고,
    상기 수광부에 있어서의 상기 복수의 수광 소자를 포함하는 수광 에어리어가, 상기 복수의 수광 소자를 각각이 하나 이상의 수광 소자를 갖는 복수의 그룹으로 구분하는 복수의 제1 경계에 의해 획정되며, 상기 복수의 그룹에 대응한 복수의 측정용 영역으로 구분되는 것과 더불어, 상기 복수의 제1 경계와는 상이한 복수의 제2 경계에 의해 획정되는 복수의 피크 위치 특정용 영역으로 구분되고,
    상기 복수의 피크 위치 특정용 영역 각각은, 하나의 측정용 영역의 적어도 일부와, 상기 하나의 측정용 영역에 인접하는 다른 측정용 영역의 일부를 포함하고,
    상기 수광 에어리어는, 복수의 통합 영역을 갖고, 상기 복수의 통합 영역 각각은, 상기 복수의 측정용 영역 중 인접하는 2개에 의해 형성되고,
    상기 제1 수광 신호를 처리하는 단계는,
    상기 복수의 피크 위치 특정용 영역 중 하나로서 상기 제1 수광 신호의 수광량이 최대인 수광 소자의 위치를 포함하는 대상 피크 위치 특정용 영역을 판정하는 단계와,
    상기 복수의 통합 영역 중 하나로서 상기 대상 피크 위치 특정용 영역을 포함하는 대상 통합 영역의 외측에 위치하는 상기 복수의 측정용 영역 중 적어도 2개의 측정용 영역 각각에 있어서의 수광량의 대표값에 의거하여, 상기 대상 통합 영역에서의 외란광 성분의 수광량을 추정하는 단계와,
    상기 외란광 성분의 수광량에 의거하여, 상기 역치를 제어하는 단계를 포함하는,
    측정 방법.
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