JP3241093B2 - Shape measuring device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、形状測定装置にかか
り、特に、スリット光を被測定面に照射し被測定面から
の反射光を受光することにより被測定面の形状を測定す
る形状測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring device, and more particularly to a shape measuring device for measuring the shape of a surface to be measured by irradiating a slit light to the surface to be measured and receiving light reflected from the surface to be measured. Related to the device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来より、非接触にて被測定面の凸凹等
の形状を三角測量法を用いて測定する形状測定装置があ
る（特公昭５０−３６３７４号公報、特開昭５６−１３
８２０４号公報、特開昭５７−２２５０８号公報、特開
昭５８−５２５０８号公報等）。2. Description of the Related Art Conventionally, there is a shape measuring apparatus for measuring the shape of a surface to be measured, such as unevenness, in a non-contact manner by using a triangulation method (Japanese Patent Publication No. 50-36374, Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 8204, JP-A-57-22508, JP-A-58-52508, etc.).

【０００３】これらの形状測定装置は、スリット状の光
ビーム（以下、スリット光線という）を被測定面へ照射
し、その照射した光の光軸と所定の角度をもって設けら
れたセンサにおける被測定面の反射光の受光位置によっ
て表面形状等を測定する。詳細には図４に示すように、
形状測定装置１２は、半導体レーザー５０等の光源、コ
リメートレンズ５２及びロッドレンズ５４等の拡散レン
ズを備えた光源装置６２と、受光レンズ５６及び２次元
ＣＣＤセンサ４０等の受光素子を備えた受光装置と、２
次元ＣＣＤセンサ４０に接続された演算回路１０とから
構成される。上記拡散レンズにはロッドレンズ５４の他
にシリンドリカルレンズを用いることができる。また、
受光素子には、１次元ＣＣＤセンサ等を用いることがで
きる。These shape measuring devices irradiate a slit-shaped light beam (hereinafter, referred to as a slit light beam) to a surface to be measured, and the surface to be measured in a sensor provided at a predetermined angle with the optical axis of the irradiated light. The surface shape and the like are measured according to the position where the reflected light is received. Specifically, as shown in FIG.
The shape measuring device 12 includes a light source device 62 including a light source such as a semiconductor laser 50, a diffusion lens such as a collimating lens 52 and a rod lens 54, and a light receiving device including a light receiving lens 56 and a light receiving element such as a two-dimensional CCD sensor 40. And 2
And an arithmetic circuit 10 connected to the three-dimensional CCD sensor 40. In addition to the rod lens 54, a cylindrical lens can be used as the diffusion lens. Also,
As the light receiving element, a one-dimensional CCD sensor or the like can be used.

【０００４】この形状測定装置１２によれば、半導体レ
ーザー５０の射出側には、球面レンズで構成されたコリ
メートレンズ５２が配設されており、半導体レーザー５
０から射出されるレーザービームがコリメートレンズ５
２により被測定面に集束される。コリメートレンズ５２
の射出側にはロッドレンズ５４が配設されており、コリ
メートレンズ５２から射出されたレーザービームは、ロ
ッドレンズ５４に照射される。ロッドレンズ５４は、円
柱形状で入射されたレーザービームは円周方向にのみス
リット状に発散される。また、シリンドリカルレンズは
同一の断面凹部（または、凸部）が一方向に連続した柱
状になっており、入射されたレーザービームは断面凹部
が連続した方向と交差するスリット状に発散される。ロ
ッドレンズ５４の射出側には被測定面６０Ａが位置して
おり、ロッドレンズ５４から射出されたスリット状のレ
ーザービームが被測定面６０Ａに向かって照射される。According to the shape measuring device 12, a collimating lens 52 composed of a spherical lens is disposed on the emission side of the semiconductor laser 50.
Laser beam emitted from 0 is collimated lens 5
2 focuses on the surface to be measured. Collimating lens 52
A rod lens 54 is disposed on the emission side of the laser beam, and the laser beam emitted from the collimator lens 52 is applied to the rod lens 54. In the rod lens 54, the laser beam incident in a cylindrical shape is diverged in a slit shape only in the circumferential direction. Further, the cylindrical lens has the same cross section concave (or convex) section in a column shape continuous in one direction, and the incident laser beam diverges in a slit shape intersecting the direction in which the cross section concave section continues. The measurement surface 60A is located on the emission side of the rod lens 54, and a slit-shaped laser beam emitted from the rod lens 54 is irradiated toward the measurement surface 60A.

【０００５】ロッドレンズ５４によってスリット状に発
散されたスリット光線は被測定面６０Ａに照射され、こ
のスリット状に発散された光線と被測定面６０Ａとの交
点が輝く、すなわち、被測定面６０Ａの形状に応じた形
状に照明される。被測定面６０Ａに照射されたスリット
光線は、受光レンズ５６を介して、２次元ＣＣＤセンサ
４０に結像される。従って、この２次元ＣＣＤセンサ４
０上には、被測定面６０Ａ上の輝線の光の像（以下、ス
リット像という）が結像される。また、この２次元ＣＣ
Ｄセンサ４０は、照射されたレーザービームの位置及び
光強度に応じた電気信号を演算回路１０に出力するよう
になっている。The slit light beam diverged in the form of a slit by the rod lens 54 is applied to the surface to be measured 60A, and the intersection between the light beam diverged in a slit shape and the surface to be measured 60A shines. It is illuminated in a shape corresponding to the shape. The slit light beam applied to the surface to be measured 60A is imaged on the two-dimensional CCD sensor 40 via the light receiving lens 56. Therefore, this two-dimensional CCD sensor 4
An image of light of a bright line on the measured surface 60A (hereinafter, referred to as a slit image) is formed on 0. Also, this two-dimensional CC
The D sensor 40 outputs an electric signal corresponding to the position and light intensity of the irradiated laser beam to the arithmetic circuit 10.

【０００６】上記受光装置の光軸は光源装置６２の光軸
と所定の角度θをもって取り付けられている。このた
め、被測定面６０Ａが光源装置６２の光軸方向に段差が
ある場合には、被測定面６０Ａ上の光点の位置は、段差
に応じて光源装置６２の光軸方向に変位することにな
り、２次元ＣＣＤセンサ４０上でのスリット像６４は、
図５（１）に示したように、光軸方向の段差が測定方向
（図５紙面水平方向）の変位となって現れることにな
る。この２次元ＣＣＤセンサ４０の図５紙面水平方向に
対応する任意のライン（走査線）５９Ａ、５９Ｂの出力
信号は、図５（２）、（３）に示したようになる。２次
元ＣＣＤセンサ４０は、このような信号を演算回路１０
に出力する。この出力信号の振幅が大きい部位がライン
上のスリット部分になる。すなわち、出力信号の振幅が
大きい部位がラインとスリット像との交点（光点）位置
に対応する。この位置の偏差を求めることによって、求
めたライン間の段差を求めることができる。[0006] The optical axis of the light receiving device is attached to the optical axis of the light source device 62 at a predetermined angle θ. Therefore, when the measured surface 60A has a step in the optical axis direction of the light source device 62, the position of the light spot on the measured surface 60A is displaced in the optical axis direction of the light source device 62 according to the step. And the slit image 64 on the two-dimensional CCD sensor 40 is
As shown in FIG. 5A, a step in the optical axis direction appears as a displacement in the measurement direction (horizontal direction in FIG. 5). The output signals of arbitrary lines (scanning lines) 59A and 59B corresponding to the horizontal direction of the paper of FIG. 5 of the two-dimensional CCD sensor 40 are as shown in FIGS. 5 (2) and (3). The two-dimensional CCD sensor 40 outputs such a signal to the arithmetic circuit 10.
Output to A portion where the amplitude of the output signal is large is a slit portion on the line. That is, the portion where the amplitude of the output signal is large corresponds to the position of the intersection (light spot) between the line and the slit image. By determining the deviation of this position, the step between the determined lines can be determined.

【０００７】従って、演算回路１０は、入力された信号
に基づいて、上記２次元ＣＣＤセンサ４０上の全てのラ
インとスリット像６４との交点位置（光点位置）を求め
ることによって、２次元ＣＣＤセンサ４０上におけるス
リット像６４の位置を求め、求めた位置の各々の偏差を
求めて、被測定面６０Ａの段差を求める。この段差を２
次元ＣＣＤセンサ４０の全てに亘って求めることによっ
て測定対象物６０の形状を測定することができる。Accordingly, the arithmetic circuit 10 determines the intersection (light spot position) between all the lines on the two-dimensional CCD sensor 40 and the slit image 64 based on the input signal, thereby obtaining the two-dimensional CCD. The position of the slit image 64 on the sensor 40 is obtained, the deviation of each of the obtained positions is obtained, and the step of the measured surface 60A is obtained. This step is 2
The shape of the measurement target 60 can be measured by obtaining the shape over the entirety of the dimensional CCD sensor 40.

【０００８】被測定面６０Ａ上に照射されるスリット光
線は所定の幅を有しかつ、このスリット光線の幅方向が
測定方向に対応するため、上記２次元ＣＣＤセンサ４０
上のラインとスリット像６４との光点位置はスリット像
の幅による範囲となり、位置を特定する分解能が低くな
る。この分解能を向上させるためには、スリット像の幅
によって定まる光点の位置範囲を特定する必要がある。
この光点位置は、以下の式（１）に示したように、２次
元ＣＣＤセンサ４０の任意のラインから出力される信号
の加重平均によって求めることができる。すなわち、任
意のラインにおけるスリット像の位置範囲から位置を特
定する場合、２次元ＣＣＤセンサ４０に照射された各位
置における光量を重みとして位置の加重平均を求める
（図６（１）参照）。これにより、２次元ＣＣＤセンサ
４０上の光点がずれても、高い分解能で光点の位置を求
めることができる。The two-dimensional CCD sensor 40 has a predetermined width of the slit light beam irradiated on the surface 60A to be measured, and the width direction of the slit light beam corresponds to the measurement direction.
The position of the light spot between the upper line and the slit image 64 is a range depending on the width of the slit image, and the resolution for specifying the position is low. In order to improve the resolution, it is necessary to specify the position range of the light spot determined by the width of the slit image.
This light spot position can be obtained by a weighted average of signals output from an arbitrary line of the two-dimensional CCD sensor 40 as shown in the following equation (1). That is, when the position is specified from the position range of the slit image in an arbitrary line, a weighted average of the positions is obtained using the light amount at each position irradiated on the two-dimensional CCD sensor 40 as a weight (see FIG. 6A). Thus, even if the light spot on the two-dimensional CCD sensor 40 shifts, the position of the light spot can be obtained with high resolution.

【０００９】[0009]

【数１】 (Equation 1)

【００１０】但し、ｉ＝０、１、・・・ Ｚａ：光点位置 Ｚi ：２次元ＣＣＤセンサにおける位置 Ｉi ：位置Ｚi に照射された光量。Here, i = 0, 1,... Za: light spot position Zi: position in the two-dimensional CCD sensor Ii: light quantity irradiated to the position Zi.

【００１１】なお、予め測定対象物６０の基準面に対応
する２次元ＣＣＤセンサ４０上の所定の位置を基準位置
と定めると、被測定面６０Ａの基準位置からの変位に応
じて２次元ＣＣＤセンサ４０上に像点の変位となって表
れるので、２次元ＣＣＤセンサ４０上のスリット像位置
に応じて出力される信号に基づいて求めたスリット像６
４の位置と予め設定された基準の光点位置との偏差を求
めることによって、基準面からの被測定面の変位を求め
ることができる。If a predetermined position on the two-dimensional CCD sensor 40 corresponding to the reference plane of the measuring object 60 is determined in advance as a reference position, the two-dimensional CCD sensor is moved in accordance with the displacement of the measured surface 60A from the reference position. Since it appears as a displacement of the image point on the slit 40, the slit image 6 obtained based on the signal output according to the slit image position on the two-dimensional CCD sensor 40
By calculating the deviation between the position of No. 4 and the preset reference light spot position, the displacement of the measured surface from the reference surface can be obtained.

【００１２】しかしながら、上記加重平均法によって光
点位置を求める方法では、被測定面６０Ａ上の表面粗さ
や表面の傷、表面反射率等の影響を受け易くなる。すな
わち、被測定面６０Ａ上に傷がある場合には、その傷部
における光ビームの乱反射が増加し、結果として図２
（１）に示したように傷部の光量値が大きくなる。この
ため、この出力信号を加重平均すると、傷部に対応する
位置の重みが大きくなり光点位置が２次元ＣＣＤセンサ
４０上のスリット像の幅の中心位置よりずれて求められ
る。これによって、傷のある部位と傷のない部位との偏
差をとって段差を求めるとばらつきが生じ、適正な測定
値を得ることができないことがある。However, in the method of obtaining the light spot position by the above-mentioned weighted average method, the light spot position is easily affected by surface roughness, surface scratches, surface reflectance, etc. on the surface 60A to be measured. That is, when there is a flaw on the surface to be measured 60A, diffuse reflection of the light beam at the flaw increases, and as a result, FIG.
As shown in (1), the light amount value of the flaw increases. Therefore, when this output signal is weighted and averaged, the weight of the position corresponding to the flaw is increased, and the position of the light spot is determined to be shifted from the center position of the width of the slit image on the two-dimensional CCD sensor 40. As a result, when a difference between a damaged part and a non-flawed part is calculated to obtain a step, variation occurs, and an appropriate measurement value may not be obtained.

【００１３】また、表面の状態が均一でなく、光ビーム
の反射が方向性を有しているような被測定面６０Ａを測
定する場合には、同一の光量を照射しても２次元ＣＣＤ
センサ４０に照射される光量が一定にならずに、光量の
分布が偏ってしまうため、上記と同様に求める光点位置
がずれてしまう。When measuring the surface to be measured 60A in which the surface condition is not uniform and the reflection of the light beam has directivity, a two-dimensional CCD is used even if the same light amount is applied.
Since the distribution of the light amount is not uniform but the light amount irradiated on the sensor 40 is not constant, the light spot position to be obtained is shifted as described above.

【００１４】上記問題を解決するために、２次元ＣＣＤ
センサ４０から出力される信号を直流分再生回路（クラ
ンパ）によってクランピングして加重平均により位置を
求めるクランプ法が考えられる。この場合には、２次元
ＣＣＤセンサ４０の出力信号に直流分を加えて、この信
号波形の最小部を所定のレベル、例えば０Ｖに一致させ
る。上記の方法では、被測定面の全面に均一な乱反射光
が照射されて信号波形の最小部が変動する場合は有効で
あるが、光量の分布が偏った場合や傷等によるノイズの
影響を除去することができない。更に、信号波形の最小
部を所定のレベルにしても、信号波形の最大部にノイズ
が含まれているため、出力信号のＳＮ比が低下し、測定
誤差が生じることがある。To solve the above problem, a two-dimensional CCD
A clamp method is conceivable in which a signal output from the sensor 40 is clamped by a DC component reproducing circuit (clamper) to obtain a position by a weighted average. In this case, a DC component is added to the output signal of the two-dimensional CCD sensor 40, and the minimum part of this signal waveform is made equal to a predetermined level, for example, 0V. The above method is effective when the entire surface of the surface to be measured is uniformly scattered and the minimum part of the signal waveform fluctuates. However, the effect of noise due to uneven distribution of the light amount or scratches is removed. Can not do it. Furthermore, even if the minimum part of the signal waveform is set to a predetermined level, noise is included in the maximum part of the signal waveform, so that the S / N ratio of the output signal is reduced and a measurement error may occur.

【００１５】また、上記の他の方法として、所定のしき
い値Ｉｏ以上の光ビームが２次元ＣＣＤセンサに照射さ
れた位置についてのみ単純な平均を行うことによって光
点を求める平均法が考えられる。この場合には、２次元
ＣＣＤセンサの出力信号及びしきい値Ｉｏ信号をコンパ
レータに入力し、しきい値Ｉｏ以上でハイレベルになる
信号を出力させ、カウンタを用いて出力信号の立ち上が
り、立ち下がりの時点のカウンタ値を２次元ＣＣＤセン
サ上の位置Ｚｂ、Ｚｃとする（図６（２）参照）。そし
て、求めた位置Ｚｂ、Ｚｃの中心値Ｚｄを、２次元ＣＣ
Ｄセンサ４０上におけるスリット像６４とラインとの交
点の光点位置として求める。As another method described above, an averaging method in which a light spot is obtained by performing a simple averaging only at a position where a light beam having a predetermined threshold value Io or more is irradiated on a two-dimensional CCD sensor is considered. . In this case, the output signal of the two-dimensional CCD sensor and the threshold value Io signal are input to the comparator, a signal which becomes high level when the threshold value Io or more is output, and the rising and falling of the output signal is obtained by using the counter. Let the counter values at the time point be positions Zb and Zc on the two-dimensional CCD sensor (see FIG. 6 (2)). Then, the center value Zd of the obtained positions Zb and Zc is represented by a two-dimensional CC.
It is determined as the light spot position at the intersection of the slit image 64 and the line on the D sensor 40.

【００１６】しかしながら、上記のようにして求めた中
心位置はカウンタのクロック幅で決定されるため、クロ
ック幅またはクロック幅の１／２より高い分解能を得る
ことができない。この分解能を高くするためには高速の
カウンタを用いなければならない。However, since the center position obtained as described above is determined by the clock width of the counter, a resolution higher than the clock width or 1/2 of the clock width cannot be obtained. In order to increase the resolution, a high-speed counter must be used.

【００１７】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事実を
考慮して、スリット光を照射することによって被測定面
の形状を測定する形状測定装置において、被測定面の表
面の粗さや反射等の状態に拘わらず高分解能で光点位置
を特定することができる形状測定装置の提供を目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a shape measuring apparatus for measuring the shape of a surface to be measured by irradiating slit light in consideration of the above facts. It is an object of the present invention to provide a shape measuring device capable of specifying a light spot position with high resolution irrespective of the state.

【００１８】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、被測定面へスリット光を照射
する照射手段と、被測定面で反射された光を受光しかつ
受光位置に応じた光強度信号を出力する位置検出手段
と、受光した光の幅方向の受光位置に応じた光強度が予
め定められた基準値以上のときハイレベルになる比較信
号を出力する比較手段と、前記比較信号を左右対称でか
つ中心を含む領域の大きさが最大になるように波形整形
した整形信号を出力する波形整形手段と、前記整形信号
の光強度に対応する値を重みとして前記整形信号の受光
位置に対応する値の加重平均を演算する加重平均演算手
段と、を備えている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises an irradiating means for irradiating slit light to a surface to be measured, a light receiving means for receiving light reflected by the surface to be measured and receiving the light. Position detecting means for outputting a light intensity signal corresponding to the position, and comparing means for outputting a comparison signal which becomes high when the light intensity corresponding to the light receiving position in the width direction of the received light is equal to or higher than a predetermined reference value When a waveform shaping means for the magnitude of the realm comprising a symmetrical at and around the comparison signal and outputs a shaped signal waveform shaping so as to maximize the value corresponding to the light intensity of the shaped signal as the weight Weighted average calculating means for calculating a weighted average of values corresponding to light receiving positions of the shaping signal.

【００１９】請求項２記載の発明は、被測定面へスリッ
ト光を照射する照射手段と、被測定面で反射された光を
受光しかつ受光位置に応じた光強度信号を出力する位置
検出手段と、受光した光の幅方向の受光位置に応じた光
強度が、予め定められた基準値以上のときハイレベルに
なる比較信号を出力する比較手段と、前記比較信号を左
右対称でかつ中心を含む領域の大きさが最大になるよう
に波形整形した整形信号を出力する波形整形手段と、前
記光強度信号と、前記整形信号との何れか一方を出力す
る切換手段と、前記切換手段から出力された信号の光強
度に対応する値を重みとして該信号の受光位置に対応す
る値の加重平均を演算する加重平均演算手段と、を備え
ている。According to a second aspect of the present invention, there is provided an irradiation means for irradiating slit light to a surface to be measured, and a position detecting means for receiving light reflected on the surface to be measured and outputting a light intensity signal corresponding to a light receiving position. And comparison means for outputting a comparison signal that becomes a high level when the light intensity according to the light receiving position in the width direction of the received light is equal to or greater than a predetermined reference value, and the comparison signal is left-right symmetric and centered. a waveform shaping means for outputting a shaping signal magnitude of realm is waveform-shaped to maximize containing, said light intensity signal, and switching means for outputting either one of the adjusting signal from said switching means And a weighted average calculating means for calculating a weighted average of values corresponding to the light receiving positions of the signal using a value corresponding to the light intensity of the output signal as a weight.

【００２０】[0020]

【作用】請求項１に記載の発明によれば、被測定面には
照射手段によってスリット光が照射される。位置検出手
段は、被測定面で反射された光を受光しかつ受光位置に
応じた光強度信号を出力する。比較手段は、受光した光
の幅方向の受光位置に応じた光強度が、予め定められた
基準値以上のときハイレベルになる比較信号を出力す
る。波形整形手段は、比較信号が左右対称でかつ中心を
含む領域が最大になるように波形を整形した整形信号を
出力する。このような整形信号としては、立ち上がり勾
配と立ち下がり勾配とが逆の略台形波形や、ガウス分布
の波形がある。加重平均演算手段は、整形信号の光強度
に対応する値を重みとして整形信号の受光位置に対応す
る値の加重平均を演算し、位置検出手段が受光した光の
幅方向の中心位置を求める。このように、左右対称かつ
中心を含む領域の重みを重くして加重平均するため、被
測定面に傷等がある場合や被測定面の表面状態が一様で
ない場合でも、受光した光の中心を含む領域の重みを重
くして中心位置を高い分解能で求めることができる。従
って、被測定面における乱反射の影響による検出位置の
ずれを防止することができる。さらに、上記整形信号は
基準値以上のときハイレベルにしてノイズを除去してい
るため、クランパによってクランピングされた信号のよ
うに、ＳＮ比が低下することなく、中心位置を精度よく
求めることができる。According to the present invention, the surface to be measured is irradiated with the slit light by the irradiation means. The position detection means receives the light reflected on the surface to be measured and outputs a light intensity signal corresponding to the light receiving position. The comparing means outputs a comparison signal which becomes a high level when the light intensity corresponding to the light receiving position in the width direction of the received light is equal to or higher than a predetermined reference value. The waveform shaping means outputs a shaped signal whose waveform is shaped such that the comparison signal is bilaterally symmetric and the region including the center is maximized. Such shaped signals include a substantially trapezoidal waveform in which the rising gradient and the falling gradient are opposite, and a Gaussian distribution waveform. The weighted average calculating means calculates a weighted average of the values corresponding to the light receiving positions of the shaping signal using the value corresponding to the light intensity of the shaping signal as a weight, and obtains the center position in the width direction of the light received by the position detecting means. As described above, since the weight of the region including the center which is symmetrical and including the center is weighted and weighted, the center of the received light is obtained even when the surface to be measured has a flaw or the surface condition is not uniform. The center position can be obtained with high resolution by increasing the weight of the region including. Therefore, it is possible to prevent the detection position from being shifted due to the influence of irregular reflection on the surface to be measured. Further, since the shaped signal is set to a high level when the signal is equal to or higher than the reference value to remove noise, it is possible to accurately determine the center position without lowering the SN ratio unlike a signal clamped by a clamper. it can.

【００２１】上記で説明したように、位置検出手段から
出力される信号を整形しているため、処理時間が長くな
る場合がある。また、被測定面の表面の状態によって
は、信号波形を整形する必要がない場合もある。As described above, since the signal output from the position detecting means is shaped, the processing time may be long. Also, depending on the state of the surface to be measured, it may not be necessary to shape the signal waveform.

【００２２】そこで、請求項２に記載した発明の切換手
段は、光強度信号と、整形信号との何れか一方を出力す
る。加重平均演算手段は、切換手段から出力された信号
の光強度に対応する値を重みとして受光位置に対応する
加重平均を演算する。これによって、光強度信号に対応
する値をそのまま重みとして光強度信号の受光位置に対
応する値を演算するか、整形信号の光強度信号に対応す
る値を重みとして整形信号の受光位置に対応する値を演
算するかを切換手段によって切り換えることができる。
従って、被測定面の表面の状態による影響が少ない場合
や短い時間で処理したい場合は、加重平均手段に入力さ
れる信号を光強度信号に切り換えることにより、処理時
間が長くなることなく、中心位置を求めることができ
る。また、高い分解能の測定が必要な場合には、整形信
号が加重平均手段に入力されるように切り換えることに
よって実現できる。従って、被測定面の表面の状態に応
じて最適な処理時間で処理することができる。Therefore, the switching means of the present invention outputs one of a light intensity signal and a shaping signal. The weighted average calculating means calculates a weighted average corresponding to the light receiving position using a value corresponding to the light intensity of the signal output from the switching means as a weight. Thereby, the value corresponding to the light receiving position of the light intensity signal is calculated using the value corresponding to the light intensity signal as it is as a weight, or the value corresponding to the light intensity signal of the shaping signal is used as the weight to correspond to the light receiving position of the shaping signal. Whether to calculate the value can be switched by the switching means.
Therefore, when the influence of the surface condition of the surface to be measured is small or when it is desired to perform processing in a short time, the signal input to the weighted averaging means is switched to the light intensity signal so that the processing time is not increased and the center position is not increased. Can be requested. When high-resolution measurement is required, it can be realized by switching so that the shaped signal is input to the weighted averaging means. Therefore, processing can be performed in an optimum processing time according to the state of the surface of the surface to be measured.

【００２３】[0023]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。本実施例は、照射手段としての光源装置
６２から射出されたスリット光線が被測定面６０Ａで反
射することによって得られるスリット像の光強度及び位
置を、位置検出手段としての２次元ＣＣＤセンサ４０に
より検出するようにしたものである。なお、本実施例に
おける、２次元ＣＣＤセンサ４０上の位置は、２次元Ｃ
ＣＤセンサ４０に所定の周期（水平及び垂直）の同期型
センサを用い、この水平同期信号ＨＤ、及び垂直同期信
号ＶＤの立ち上がり（立ち下がり）からの経過した時刻
に２次元ＣＣＤセンサ４０上の位置を対応させることに
よって特定することができる。また、本実施例に利用し
た形状測定装置１２は、図４に示した従来例と略同様の
ため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略
する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the light intensity and the position of the slit image obtained by the reflection of the slit light beam emitted from the light source device 62 as the irradiation means on the surface to be measured 60A are determined by the two-dimensional CCD sensor 40 as the position detection means. This is to detect. In the present embodiment, the position on the two-dimensional CCD sensor 40 is
A synchronous sensor having a predetermined cycle (horizontal and vertical) is used as the CD sensor 40, and the position on the two-dimensional CCD sensor 40 is determined at the time when the horizontal synchronizing signal HD and the vertical synchronizing signal VD rise (fall). Can be specified. Further, the shape measuring device 12 used in the present embodiment is substantially the same as the conventional example shown in FIG. 4, and therefore, the same portions are denoted by the same reference characters and detailed description is omitted.

【００２４】図１に示したように、演算回路１０は、増
幅回路（ＡＭＰ）３２を備えており、増幅回路３２の入
力端は２次元ＣＣＤセンサ４０に接続されている。増幅
回路３２は２次元ＣＣＤセンサ４０から出力された信号
を所定の増幅率で増幅して出力する。増幅回路３２の出
力端は切換手段としてのスイッチ１４の一方の入力端及
び比較手段としてのコンパレータ（ＣＭＰ）１８の一方
の入力端に接続されている。コンパレータ１８の他方の
入力端には比較の基準となるしきい値の電圧（Ｖth）が
入力されるように接続されている。このしきい値の電圧
Ｖthは、予めノイズによる２次元ＣＣＤセンサ４０の出
力値を越えた値を定めることが好ましい。コンパレータ
１８の出力端は所定の時定数の充放電回路から構成され
た波形成形手段としての整形回路１６の入力端に接続さ
れている。整形回路１６の出力端はスイッチ１４の他方
の入力端に接続されている。スイッチ１４の出力端はア
ナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）３４の入力端に接続さ
れており、アナログデジタル変換器３４の出力端は荷重
平均演算手段としての加重平均回路２０に接続されてい
る。As shown in FIG. 1, the arithmetic circuit 10 includes an amplifier circuit (AMP) 32, and an input terminal of the amplifier circuit 32 is connected to the two-dimensional CCD sensor 40. The amplification circuit 32 amplifies the signal output from the two-dimensional CCD sensor 40 at a predetermined amplification rate and outputs the signal. The output terminal of the amplifier circuit 32 is connected to one input terminal of the switch 14 as switching means and one input terminal of a comparator (CMP) 18 as comparison means. The other input terminal of the comparator 18 is connected so that a threshold voltage (Vth) serving as a reference for comparison is input. It is preferable that the threshold voltage Vth be determined in advance so as to exceed the output value of the two-dimensional CCD sensor 40 due to noise. An output terminal of the comparator 18 is connected to an input terminal of a shaping circuit 16 as a waveform shaping means constituted by a charging / discharging circuit having a predetermined time constant. The output terminal of the shaping circuit 16 is connected to the other input terminal of the switch 14. An output terminal of the switch 14 is connected to an input terminal of an analog / digital converter (A / D) 34, and an output terminal of the analog / digital converter 34 is connected to a weighted average circuit 20 as a weighted average calculating means.

【００２５】加重平均回路２０は、中央演算処理装置
（ＣＰＵ）３０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２
８及びリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２６を備えたマ
イクロコンピュータで構成されており、これらはバス２
４によって接続されデータ及びコマンドが相互にやりと
りが可能になっている。また、加重平均回路２０は、外
部の装置との入出力を行なう入出力回路（以下、Ｉ／
Ｏ）２２を備えており、Ｉ／Ｏ２２はバス２４に接続さ
れている。Ｉ／Ｏ２２には、信号線４２の一方が接続さ
れており、信号線４２の他方はスイッチ１４の切り換え
を検出する切換センサ１５に接続されている。この切換
センサ１５には、スイッチ１４の状態に応じた信号、例
えば、スイッチ１４が増幅回路３２とアナログデジタル
変換器３４とを接続した通過側Ｆの状態のときローレベ
ル、整形回路１６とアナログデジタル変換器３４とを接
続した補正側Ｅの状態のときハイレベルの何れかの信号
を出力する（図１参照）。また、Ｉ／Ｏ２２には、出力
装置３６が接続されており、加重平均回路２０で求めた
位置を表示、印刷または他の演算装置に出力可能になっ
ている。The weighted average circuit 20 includes a central processing unit (CPU) 30, a random access memory (RAM) 2
8 and a microcomputer having a read-only memory (ROM) 26.
4 and the data and commands can be exchanged with each other. The weighted average circuit 20 includes an input / output circuit (hereinafter referred to as an I / O circuit) for performing input / output with an external device.
O) 22, and the I / O 22 is connected to the bus 24. One of the signal lines 42 is connected to the I / O 22, and the other of the signal lines 42 is connected to the switching sensor 15 that detects switching of the switch 14. The switching sensor 15 has a signal corresponding to the state of the switch 14, for example, a low level when the switch 14 is in the state of the passing side F where the amplifier circuit 32 and the analog-to-digital converter 34 are connected, and the shaping circuit 16 and the analog-digital In the state of the correction side E connected to the converter 34, any signal of a high level is output (see FIG. 1). An output device 36 is connected to the I / O 22 so that the position obtained by the weighted average circuit 20 can be displayed, printed, or output to another arithmetic device.

【００２６】以下、本実施例の作用を説明する。半導体
レーザー５０からレーザービームが射出されると、コリ
メートレンズ５２及びロッドレンズ５４を介して被測定
面６０Ａに照射される。ロッドレンズ５４から射出され
るレーザービームは、スリット状に発散され、被測定面
６０Ａには、スリット状のレーザービーム（スリット光
線）が照射される。被測定面６０Ａに照射されたスリッ
ト光線の輝線は、受光レンズ５６により集光され２次元
ＣＣＤセンサ４０上に、被測定面６０Ａの段差に応じた
スリット像６４として結像される。２次元ＣＣＤセンサ
４０はスリット像６４の位置及び光強度に応じた検出信
号を演算回路１０へ出力する（図４参照）。The operation of this embodiment will be described below. When a laser beam is emitted from the semiconductor laser 50, the laser beam is applied to the measured surface 60A via the collimating lens 52 and the rod lens 54. The laser beam emitted from the rod lens 54 is diverged in a slit shape, and the measured surface 60A is irradiated with a slit-shaped laser beam (slit beam). The bright line of the slit light beam applied to the measured surface 60A is condensed by the light receiving lens 56 and formed on the two-dimensional CCD sensor 40 as a slit image 64 corresponding to the step of the measured surface 60A. The two-dimensional CCD sensor 40 outputs a detection signal corresponding to the position of the slit image 64 and the light intensity to the arithmetic circuit 10 (see FIG. 4).

【００２７】演算回路１０に入力されるスリット像６４
の検出信号は、増幅回路３２によって所定の増幅率で増
幅されてコンパレータ１８に入力される。コンパレータ
１８は、２つの入力信号、すなわち、増幅回路３２の出
力信号としきい値電圧Ｖthの信号とを比較して、増幅回
路３２の出力信号がしきい値電圧Ｖth以上のレベルのと
きにハイレベルの信号を出力しかつしきい値電圧Ｖth未
満のレベルのときローレベルの信号を出力する（図２
（２）参照）。コンパレータ１８から出力された信号
は、整形回路１６によって所定の時定数に応じて波形整
形される。すなわち、整形回路１６では、コンパレータ
１８から出力される信号のレベルがローレベルからハイ
レベルになるときは所定の時定数に応じて充電され、ハ
イレベルからローレベルになるときはこれを放電する。
これにより、整形回路１６は、コンパレータ１８から出
力される信号のレベルがローレベルからハイレベルにな
るときは徐々にレベルが増加する信号を出力し、ハイレ
ベルからローレベルになるときは徐々にレベルが減少す
る信号を出力する。従って、整形回路１６から出力され
る信号は、時定数に応じて整形した滑らかな信号になる
（図２（３）参照）。The slit image 64 input to the arithmetic circuit 10
Is amplified at a predetermined amplification rate by the amplifier circuit 32 and input to the comparator 18. The comparator 18 compares two input signals, that is, the output signal of the amplifier circuit 32 and the signal of the threshold voltage Vth, and when the output signal of the amplifier circuit 32 is at a level higher than the threshold voltage Vth, 2 and outputs a low level signal when the level is lower than the threshold voltage Vth (FIG. 2).
(See (2)). The waveform of the signal output from the comparator 18 is shaped by the shaping circuit 16 according to a predetermined time constant. That is, the shaping circuit 16 is charged according to a predetermined time constant when the level of the signal output from the comparator 18 changes from a low level to a high level, and discharges the signal when the level changes from a high level to a low level.
Accordingly, the shaping circuit 16 outputs a signal whose level gradually increases when the level of the signal output from the comparator 18 changes from low level to high level, and gradually increases the level when the level changes from high level to low level. Is output. Therefore, the signal output from the shaping circuit 16 becomes a smooth signal shaped according to the time constant (see FIG. 2 (3)).

【００２８】整形回路１６から出力される信号は、アナ
ログデジタル変換器３４によって所定の時間でサンプリ
ングされたアナログ信号に応じた値のデジタル信号に変
換される。アナログデジタル変換器３４で変換されたデ
ジタル信号は加重平均回路２０に入力される。The signal output from the shaping circuit 16 is converted by the analog-to-digital converter 34 into a digital signal having a value corresponding to the analog signal sampled at a predetermined time. The digital signal converted by the analog-to-digital converter 34 is input to the weighted average circuit 20.

【００２９】加重平均回路２０は、詳細は後述するが２
次元ＣＣＤセンサ４０の１ライン（走査線）分の入力さ
れた信号に基づいて加重平均を行うことによって１ライ
ン上のスリット像６４の幅の中心位置（加重中心値）を
求める。この中心位置を全てのラインについて求め、ス
リット像の中心位置の偏差を求める。この偏差は被測定
面の段差に対応するため、ラインの位置と偏差とにより
被測定面の形状を求めることができる。The weighted averaging circuit 20 will be described in detail later.
The center position (weighted center value) of the width of the slit image 64 on one line is obtained by performing weighted averaging based on the input signals for one line (scanning line) of the dimensional CCD sensor 40. This center position is obtained for all the lines, and the deviation of the center position of the slit image is obtained. Since this deviation corresponds to a step on the surface to be measured, the shape of the surface to be measured can be obtained from the position and deviation of the line.

【００３０】次に、加重平均回路２０の作動について図
３に示したフローチャートを参照して説明する。Next, the operation of the weighted average circuit 20 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【００３１】先ず、ステップ１０２では、本ルーチンで
使用される変数の初期値を設定する。すなわち、フラグ
Flagをリセットし、カウンタ値としてｉ、ｊに１をセッ
トする。また、Ｉo ＝０、遅延時間Ｔth、変数Ｔs 、最
大サンプリング回数ｉmax を取り込む。First, at step 102, initial values of variables used in this routine are set. That is, the flag
The flag is reset and i and j are set to 1 as counter values. Also, Io = 0, delay time Tth, variable Ts, and maximum sampling number imax are taken in.

【００３２】なお、フラグFlagは、整形回路１６とアナ
ログデジタル変換器３４とが接続状態にあると共に、整
形回路１６から出力される信号が所定の時定数で定まる
時間を経過した状態がセット（Flag＝１）、そうでない
場合がリセット（Flag＝０）に対応する。カウンタ値
ｉ、ｊは、２次元ＣＣＤセンサ４０の水平同期信号（Ｈ
Ｄ）の立ち上がり（または立ち下がり）からの経過時間
を所定時間でサンプリングしたサンプル回数である。こ
のサンプリング時間を２次元ＣＣＤセンサ４０の１ＣＣ
Ｄ素子（ピクセル）に対応するように換算することによ
って、２次元ＣＣＤセンサ４０上のピクセル毎の位置に
対応させることができる。The flag is set to a state in which the shaping circuit 16 and the analog-to-digital converter 34 are in a connected state and a signal output from the shaping circuit 16 has passed a time determined by a predetermined time constant. = 1), otherwise corresponds to reset (Flag = 0). The counter values i and j are the horizontal synchronization signals (H
This is the number of samples obtained by sampling the elapsed time from the rise (or fall) of D) at a predetermined time. This sampling time is set to 1 CC of the two-dimensional CCD sensor 40.
By converting to correspond to the D element (pixel), it is possible to correspond to the position of each pixel on the two-dimensional CCD sensor 40.

【００３３】また、遅延時間Ｔthは、整形回路１６の時
定数で定まる立ち上がり信号の到達遅延時間を表してい
る。変数Ｔs は、立ち上がり時刻を示す変数である。最
大測定サンプリング回数ｉmax は、水平同期信号の周期
（１ライン）を上記所定時間でサンプリングした回数で
ある。なお、２次元ＣＣＤセンサ４０の１ピクセルに時
間を対応させ１ラインが有するＣＣＤ素子の数を換算す
ることによって、２次元ＣＣＤセンサ４０の１ライン上
のＣＣＤ素子の総和を用いることができる。The delay time Tth represents the arrival delay time of the rising signal determined by the time constant of the shaping circuit 16. The variable Ts is a variable indicating the rising time. The maximum measurement sampling number imax is the number of times the period (one line) of the horizontal synchronizing signal is sampled for the above-mentioned predetermined time. It is to be noted that the total sum of the CCD elements on one line of the two-dimensional CCD sensor 40 can be used by converting the number of CCD elements on one line according to the time corresponding to one pixel of the two-dimensional CCD sensor 40.

【００３４】次のステップ１０４では、入力される信号
の２次元ＣＣＤセンサ４０の１ラインについて時刻Ｔｉ
及び時刻Ｔｉのときの光量Ｉｊを記憶し、ステップ１０
６へ進む。次のステップ１０６では、現在のカウンタ値
ｉ，ｊの時刻Ｔｉ及び光量Ｉｊを取り込み、ステップ１
０８へ進む。In the next step 104, the time Ti is set for one line of the two-dimensional CCD sensor 40 of the input signal.
And the light amount Ij at the time Ti is stored, and
Proceed to 6. In the next step 106, the time Ti and the light quantity Ij of the current counter values i and j are fetched, and
Proceed to 08.

【００３５】ステップ１０８では、現在のカウンタ値
ｉ，ｊに対する時刻Ｔｉの光量Ｉｊが０を越えかつ前回
の光量Ｉ_j-1 が０か否かを判断することによって、現在
の時刻Ｔｉが立ち上がり時刻か否かを判断する。立ち上
がり時刻の場合は、ステップ１１０において現在取り込
んだ時刻Ｔｉを立ち上がり時刻を表す変数Ｔｓにセット
し、ステップ１１２へ進む。In step 108, it is determined whether or not the light quantity Ij at the time Ti with respect to the current counter values i and j exceeds 0 and the previous light quantity Ij _-1 is 0. It is determined whether or not. In the case of the rising time, the time Ti currently captured in step 110 is set as a variable Ts representing the rising time, and the process proceeds to step 112.

【００３６】ステップ１１２では、操作者がスイッチ１
４を切り換えた後に切換センサ１５から出力される信号
によってスイッチ１４の状態が補正側Ｅか通過側Ｆかを
判断する。すなわち、アナログデジタル変換器３４に入
力された信号が直接増幅回路３２から出力された信号
か、増幅回路３２から出力された信号が整形回路１６を
介して出力された信号か否かを判断する。通過側Ｆの場
合にはステップ１１４へ進み、加重平均回路２０によっ
て入力された信号をそのまま加重平均する。In step 112, the operator operates switch 1
After switching 4, the switch 14 determines whether the state of the switch 14 is the correction side E or the passing side F based on a signal output from the switching sensor 15. That is, it is determined whether the signal input to the analog-to-digital converter 34 is a signal output directly from the amplifier circuit 32 or a signal output from the amplifier circuit 32 is a signal output via the shaping circuit 16. In the case of the passing side F, the process proceeds to step 114, where the signal input by the weighted averaging circuit 20 is directly weighted and averaged.

【００３７】すなわち、ステップ１１４では、Ｓ＝Ｓ＋
Ｉｊを演算することによって現在のカウンタ値ｉに対す
る時刻までの光量Ｉの総和を演算し、ステップ１１６へ
進む。次のステップ１１６では、Ｔ＝Ｔ＋Ｉｊ・Ｔｉを
演算することによって時刻Ｔに光量Ｉで重み付けされた
総和を演算する。That is, in step 114, S = S +
By calculating Ij, the total sum of the light amounts I up to the time with respect to the current counter value i is calculated. In the next step 116, the total sum weighted by the light quantity I at time T is calculated by calculating T = T + Ij · Ti.

【００３８】上記演算が終了するとステップ１１８にお
いて、メモリされたデータが終了したか否かを判断する
ことによって１ラインについて上記処理が終了したか否
かを判断し、終了でない場合にはステップ１２０におい
て、ｉ及びｊを１インクリメントし、ステップ１０６へ
戻り、上記の処理を繰り返す。When the above operation is completed, in step 118, it is determined whether or not the above processing has been completed for one line by determining whether or not the stored data has been completed. , I and j are incremented by 1, and the process returns to step 106 to repeat the above processing.

【００３９】１ラインの処理が終了すると、ステップ１
２２において、上記求めた各総和からＴｃ＝Ｔ／Ｓを演
算することによって時間についての加重平均値Ｔｃを求
める。求めた値Ｔｃを２次元ＣＣＤセンサ４０上に対応
する位置に換算する。これにより、２次元ＣＣＤセンサ
４０上の位置を求めることができる。When the processing of one line is completed, step 1
At 22, a weighted average value Tc with respect to time is obtained by calculating Tc = T / S from the respective sums obtained above. The obtained value Tc is converted into a position corresponding to the position on the two-dimensional CCD sensor 40. Thereby, the position on the two-dimensional CCD sensor 40 can be obtained.

【００４０】一方、ステップ１１２において、スイッチ
１４が補正側Ｅと判断された場合にはステップ１２４へ
進む。On the other hand, if it is determined in step 112 that the switch 14 is on the correction side E, the process proceeds to step 124.

【００４１】ステップ１２４では、Ｔｉ−Ｔｓ＞Ｔthか
否かを判断することによって立ち上がり時刻Ｔｓから整
形回路１６の時定数で定まる遅延時間Ｔthを経過したか
否かを判断する。遅延時間Ｔthを経過していない場合に
はステップ１１４へ進み、上記と同様に各総和を求め
る。経過した場合にはステップ１２６において、フラグ
Flag＝１か否かを判断することによりスイッチ１４がセ
ットか否かを判断する。フラグFlagがセットの場合に
は、スイッチ１４が補正側Ｅであると共に、整形回路１
６から出力される信号が既に遅延時間Ｔthを経過した状
態であるため、ステップ１１４へ進み、上記と同様に各
総和を求める。フラグFlagがリセットの場合には、スイ
ッチ１４が補正側Ｅであると共に、整形回路１６から出
力される信号が遅延時間Ｔthを経過した当初の状態であ
るため、ステップ１２８において、ｊ＝ｊ＋Ｔthを演算
すると共に演算されたカウントの光量Ｉｊを読み取る。
読み取りが終了するとフラグFlagをセットしてステップ
１１４へ進む。次に、上記と同様に各総和を演算し（ス
テップ１１４、１１６）、１ラインについて処理を繰り
返す（ステップ１１８、１２０）。１ラインの処理が終
了すると、求めた各総和から時間についての加重平均値
Ｔｃを求め（ステップ１２２）、求めた値Ｔｃを２次元
ＣＣＤセンサ４０上に対応する位置に換算する。これに
より、２次元ＣＣＤセンサ４０上の位置を求めることが
できる。In step 124, it is determined whether or not Ti-Ts> Tth to determine whether or not a delay time Tth determined by the time constant of the shaping circuit 16 has elapsed from the rising time Ts. If the delay time Tth has not elapsed, the process proceeds to step 114, and each sum is obtained in the same manner as described above. If the time has elapsed, at step 126, the flag
It is determined whether or not the switch 14 is set by determining whether or not Flag = 1. When the flag is set, the switch 14 is on the correction side E and the shaping circuit 1 is set.
Since the signal output from No. 6 has already passed the delay time Tth, the process proceeds to step 114, and the respective sums are obtained in the same manner as described above. If the flag is reset, the switch 14 is on the correction side E, and the signal output from the shaping circuit 16 is in the initial state after the delay time Tth has elapsed. Therefore, in step 128, j = j + Tth is calculated. At the same time, the calculated light amount Ij of the count is read.
When the reading is completed, the flag is set, and the routine proceeds to step 114. Next, the respective sums are calculated in the same manner as described above (steps 114 and 116), and the processing is repeated for one line (steps 118 and 120). When the processing of one line is completed, a weighted average value Tc with respect to time is obtained from each of the obtained sums (step 122), and the obtained value Tc is converted into a position corresponding to the position on the two-dimensional CCD sensor 40. Thereby, the position on the two-dimensional CCD sensor 40 can be obtained.

【００４２】このように、スイッチ１４が補正側Ｅで、
２次元ＣＣＤセンサ４０から出力された信号（図２
（１）参照）がコンパレータ１８及び整形回路１６を介
して加重平均回路２０に入力された場合は、時間Ｔthを
経過した後、時間Ｔth進んだときの時刻の光量Ｉｊによ
って時刻Ｔｉに重みが付される。従って、加重平均によ
って求める時間は、整形回路１６で時間Ｔthだけ遅延さ
れた総時間Ｔxo（図２（３）参照）が補正され、所定の
光量以上の光が２次元ＣＣＤセンサ４０に照射された位
置間に対応する時間Ｔｘ（図２（２）参照）に等価にな
る。これによって、図２（４）に示したように、時間Ｔ
ｘの間で立ち上がり及び立ち下がりが滑らかになる信号
と等価な信号として加重平均を求めることができる。こ
のため、２次元ＣＣＤセンサ４０に照射されたスリット
像６４の中心位置を、精度良く求めることができる。As described above, when the switch 14 is on the correction side E,
The signal output from the two-dimensional CCD sensor 40 (FIG. 2
(See (1)) is input to the weighted average circuit 20 via the comparator 18 and the shaping circuit 16, after the time Tth has elapsed, the time Ti is weighted by the light amount Ij at the time when the time Tth has advanced. Is done. Therefore, the time obtained by the weighted average is corrected by the total time Txo (see FIG. 2 (3)) delayed by the time Tth in the shaping circuit 16, and the light having a predetermined light amount or more is irradiated on the two-dimensional CCD sensor 40. It becomes equivalent to the time Tx corresponding to the position (see FIG. 2 (2)). As a result, as shown in FIG.
A weighted average can be obtained as a signal equivalent to a signal whose rise and fall become smooth between x. Therefore, the center position of the slit image 64 irradiated on the two-dimensional CCD sensor 40 can be obtained with high accuracy.

【００４３】以上説明したように、演算回路１０は、１
ラインについての入力された信号に基づいて加重平均を
行うことによってスリット像６４の幅の中心位置を求め
る。求めたスリット像の中心位置の偏差を全てのライン
について求めることによって、被測定面の段差を求める
ことができる。このように、本実施例の形状測定装置１
２では、２次元ＣＣＤセンサ４０の出力信号に基づいて
演算回路１０によって被測定面６０Ａの段差を算出す
る。As described above, the arithmetic circuit 10 includes one
The center position of the width of the slit image 64 is obtained by performing weighted averaging based on the input signal for the line. By obtaining the deviation of the center position of the obtained slit image for all the lines, it is possible to obtain the step on the surface to be measured. As described above, the shape measuring device 1 of the present embodiment
In step 2, the arithmetic circuit 10 calculates the step on the measured surface 60A based on the output signal of the two-dimensional CCD sensor 40.

【００４４】本実施例では、スリット像６４の幅の中心
位置を求める場合に、基準値以上の光量が照射された位
置間で立ち上がり及び立ち下がりが滑らかかつ対称な信
号に補正して、この対称な信号の加重平均をとるので、
傷等の影響で光量の分布が異なっても、ずれることはな
く確実かつ高い分解能で、中心位置を求めることができ
る。従って、求めたスリット像の位置は、実際の位置に
対応して適正に求められ、最適な測定対象物の形状を得
ることができる。In the present embodiment, when the center position of the width of the slit image 64 is obtained, a signal whose rise and fall are smooth and symmetric between positions irradiated with a light amount equal to or more than the reference value is corrected. The weighted average of the signals
Even if the distribution of light amount is different due to the influence of a flaw or the like, the center position can be obtained reliably and with high resolution without deviation. Therefore, the determined position of the slit image is appropriately determined corresponding to the actual position, and the optimum shape of the measurement object can be obtained.

【００４５】なお、本実施例ではロッドレンズを利用し
てスリット状の光を得る例について説明したが、スリッ
ト状の光を得る素子としてシリンドリカルレンズ、シリ
ンドリカルミラー等を用いることもでき、回転多面鏡等
のレーザービームをスキャンすることによりスリット状
の光を得ることもできる。In this embodiment, an example of obtaining slit-like light using a rod lens has been described. However, a cylindrical lens, a cylindrical mirror, or the like may be used as an element for obtaining slit-like light. It is also possible to obtain a slit-like light by scanning a laser beam such as.

【００４６】また、本実施例では受光素子として２次元
ＣＣＤセンサを用いた場合について説明したが、２次元
ＣＣＤセンサに限定されるものではなく、１次元ＣＣＤ
センサ、撮像管を用いたテレビジョンシステムによる位
置検出方法を用いてセンサ上で２次元の位置を出力する
ことのできる素子を利用してもよい。In this embodiment, the case where a two-dimensional CCD sensor is used as the light receiving element has been described. However, the present invention is not limited to the two-dimensional CCD sensor.
An element that can output a two-dimensional position on the sensor using a position detection method by a television system using a sensor and an image pickup tube may be used.

【００４７】また、本実施例では、スイッチを切り換え
ることによって出力される制御信号に基づいて加重平均
回路は補正を行うようにしたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、常時コンパレータ及び整形回路を通
過した２次元ＣＣＤセンサから出力される信号を、加重
平均回路に入力するようにしてもよい。In this embodiment, the weighted averaging circuit performs the correction based on the control signal output by switching the switch. However, the present invention is not limited to this. A signal output from the two-dimensional CCD sensor that has passed through the shaping circuit may be input to the weighted averaging circuit.

【００４８】また、本実施例では、操作者によってスイ
ッチを切り換えた場合の例について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、スイッチを自動的に
切り換えることによって加重平均回路に入力する信号の
波形を整形してもよい。この場合は、制御信号が入力さ
れることによってオンオフするスイッチ、例えばアナロ
グスイッチを上記実施例に用いたスイッチと置き換え
る。このスイッチは、制御信号が入力されることによっ
て、２次元ＣＣＤセンサの出力信号がそのまま加重平均
回路へ出力される状態からコンパレータ及び整形回路に
よって波形整形された信号が加重平均回路へ出力される
状態に切り換わるようにする。この場合、先ず、２次元
ＣＣＤセンサの出力信号をそのままアナログデジタル変
換して加重平均回路によって加重平均する。このとき、
２次元ＣＣＤセンサに照射された位置についてのみ平均
する。または、重みを１（光量を全て１）に対応させて
加重平均する。この各演算値を比較し異なる場合に入力
波形が対称でないと判断し、スイッチに制御信号を出力
する。これによって、スイッチが作動し、波形が整形さ
れた信号を加重平均回路へ出力することができる。In this embodiment, the case where the switch is switched by the operator has been described. However, the present invention is not limited to this, and the input to the weighted average circuit can be performed by automatically switching the switch. May be shaped. In this case, a switch that turns on and off when a control signal is input, for example, an analog switch is replaced with the switch used in the above embodiment. This switch changes from a state where the output signal of the two-dimensional CCD sensor is directly output to the weighted averaging circuit when a control signal is input, to a state where a signal whose waveform is shaped by the comparator and the shaping circuit is output to the weighted averaging circuit. To switch to. In this case, first, the output signal of the two-dimensional CCD sensor is converted from analog to digital as it is and weighted and averaged by a weighted averaging circuit. At this time,
The average is obtained only for the position irradiated to the two-dimensional CCD sensor. Alternatively, weighted averaging is performed with the weight corresponding to 1 (all light amounts are 1). The calculated values are compared, and if they are different, it is determined that the input waveform is not symmetrical, and a control signal is output to the switch. As a result, the switch is operated, and the signal whose waveform has been shaped can be output to the weighted average circuit.

【００４９】[0049]

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、被測定面の表面の状態に拘わらず、ＳＮ比
が低下することなく、高い分解能で光の中心位置を求め
て被測定面の形状を測定することができる、という優れ
た効果を有する。As described above, according to the first aspect of the present invention, the center position of the light can be obtained with high resolution without lowering the SN ratio regardless of the state of the surface of the surface to be measured. It has an excellent effect that the shape of the surface to be measured can be measured.

【００５０】請求項２に記載の発明によれば、加重平均
手段に入力される信号を光強度信号か整形信号かに何れ
かを出力することによって、最適な処理時間で処理する
ことができ、また被測定面の表面の状態に応じて処理す
ることができる、という優れた効果を有する。According to the second aspect of the present invention, the signal input to the weighted averaging means can be processed in an optimum processing time by outputting either a light intensity signal or a shaped signal. In addition, there is an excellent effect that processing can be performed according to the state of the surface to be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施例にかかる形状測定装置の構成を
示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】（１）は、２次元ＣＣＤセンサ（受光面）上の
１ラインにおける位置と光量との関係を示す線図であ
る。（２）は、コンパレータの出力信号波形を示す線図
である。（３）は、整形回路の出力信号波形を示す線図
である。（４）は、加重平均回路における仮想的なスリ
ット像に対する信号波形を示す線図である。FIG. 2A is a diagram illustrating a relationship between a position on one line on a two-dimensional CCD sensor (light receiving surface) and a light amount. (2) is a diagram showing an output signal waveform of the comparator. (3) is a diagram showing an output signal waveform of the shaping circuit. (4) is a diagram showing a signal waveform for a virtual slit image in the weighted average circuit.

【図３】加重平均処理の演算処理の流れを示すフローチ
ャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of a calculation process of a weighted average process.

【図４】形状測定装置の概略構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a shape measuring device.

【図５】（１）は、形状測定装置の２次元ＣＣＤセンサ
（受光面）上におけるレーザービームの照射状態を示す
線図である。（２）、（３）は、２次元ＣＣＤセンサの
出力信号を示す線図である。FIG. 5A is a diagram showing an irradiation state of a laser beam on a two-dimensional CCD sensor (light receiving surface) of the shape measuring device. (2) and (3) are diagrams showing output signals of the two-dimensional CCD sensor.

【図６】（１）は、２次元ＣＣＤセンサの任意ラインの
位置及び光量の特性曲線において加重平均による中心位
置を示す線図である。（２）は、２点中心法によってス
リット像の中心位置を求める状態を示すイメージ図であ
る。FIG. 6 (1) is a diagram showing the position of an arbitrary line of a two-dimensional CCD sensor and the center position by a weighted average in a characteristic curve of light amount. (2) is an image diagram showing a state where a center position of a slit image is obtained by a two-point center method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ 演算回路 １２ 形状測定装置 １４ スイッチ（切換手段） １６ 整形回路（波形成形手段） １８ コンパレータ（比較手段） ２０ 加重平均回路（加重平均演算手段） ３４ アナログデジタル変換器 ４０ ２次元ＣＣＤセンサ（位置検出手段） ６０ 測定対象物 ６０Ａ 被測定面 Reference Signs List 10 arithmetic circuit 12 shape measuring device 14 switch (switching means) 16 shaping circuit (waveform shaping means) 18 comparator (comparing means) 20 weighted average circuit (weighted average calculating means) 34 analog-to-digital converter 40 two-dimensional CCD sensor (position detection) Means) 60 Object to be measured 60A Surface to be measured

フロントページの続き (72)発明者 岩田 国良 愛知県丹羽郡大口町大字豊田字野田１番 地 株式会社東海理化電機製作所内 (72)発明者 今藤 元寿 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 砂原 秀一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 川瀬 昌男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 小関 修 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 樋口 和則 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山本 新 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１株式会社豊田中央研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 Continued on the front page (72) Inventor Kuniyoshi Iwata No. 1 Noda, Toyota, Oguchi-cho, Niwa-gun, Aichi Prefecture Inside Tokai Rika Electric Works, Ltd. (72) Inventor Motohisa Imato 1st Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Vehicle (72) Inventor Shuichi Sunahara 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Masao Kawase 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Osamu Koseki 41 Toyota Chuo R & D Co., Ltd., 1-41, Nagachute-cho, Nagakute-cho, Aichi-gun, Japan 1) Inside Toyota Central Research Institute, Inc. 72) Inventor Yamamoto Shin 41 Toyota Chuo R & D Laboratories Co., Ltd. 1 at 41, Chuchu-Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 被測定面へスリット光を照射する照射手
段と、 被測定面で反射された光を受光しかつ受光位置に応じた
光強度信号を出力する位置検出手段と、 受光した光の幅方向の受光位置に応じた光強度が、予め
定められた基準値以上のときハイレベルになる比較信号
を出力する比較手段と、 前記比較信号を左右対称でかつ中心を含む領域の大きさ
が最大になるように波形整形した整形信号を出力する波
形整形手段と、 前記整形信号の光強度に対応する値を重みとして前記整
形信号の受光位置に対応する値の加重平均を演算する加
重平均演算手段と、 を備えた形状測定装置。An irradiation means for irradiating the surface to be measured with slit light; a position detection means for receiving light reflected by the surface to be measured and outputting a light intensity signal corresponding to a light receiving position; the size of the realm that includes light intensity corresponding to the light receiving position in the width direction, and comparing means for outputting a comparison signal which becomes high level when more than a predetermined reference value, the symmetric and and about the comparison signal Waveform shaping means for outputting a shaped signal whose waveform is shaped so that the maximum is obtained, and a weighted average for calculating a weighted average of a value corresponding to a light receiving position of the shaped signal by using a value corresponding to the light intensity of the shaped signal as a weight A shape measuring device comprising: a calculating means. 【請求項２】 被測定面へスリット光を照射する照射手
段と、 被測定面で反射された光を受光しかつ受光位置に応じた
光強度信号を出力する位置検出手段と、 受光した光の幅方向の受光位置に応じた光強度が、予め
定められた基準値以上のときハイレベルになる比較信号
を出力する比較手段と、 前記比較信号を左右対称でかつ中心を含む領域の大きさ
が最大になるように波形整形した整形信号を出力する波
形整形手段と、 前記光強度信号と、前記整形信号との何れか一方を出力
する切換手段と、 前記切換手段から出力された信号の光強度に対応する値
を重みとして該信号の受光位置に対応する値の加重平均
を演算する加重平均演算手段と、 を備えた形状測定装置。2. An irradiating means for irradiating slit light to a surface to be measured, a position detecting means for receiving light reflected by the surface to be measured and outputting a light intensity signal corresponding to a light receiving position, and the size of the realm that includes light intensity corresponding to the light receiving position in the width direction, and comparing means for outputting a comparison signal which becomes high level when more than a predetermined reference value, the symmetric and and about the comparison signal Waveform shaping means for outputting a shaped signal whose waveform is shaped so that the maximum is obtained, switching means for outputting any one of the light intensity signal and the shaped signal, and light of the signal output from the switching means. A weighted average calculating means for calculating a weighted average of a value corresponding to the light receiving position of the signal using a value corresponding to the intensity as a weight;