JP2006349416A - 表面性状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、表面性状測定の繰り返し性を向上することのできる表面性状測定機を提供することにある。
【解決手段】表面性状解析の対象となるワーク２２に照明光２４を照射する照明装置１２と、前記照明装置１２からの照明光２４をワーク２２に照射して得られた検出光２６を検出し光量データ２８を出力する光量検出器１４と、測定環境の周囲光３０の明るさを検出し周囲光データ３２を出力する外光検出器１６と、前記外光検出器１６からの周囲光データ３２の、予め定められた基準値からの変化値をモニタする比較手段１８と、前記比較手段１８でモニタされた変化値が所定値を超えると、該変化値に応じて該光量検出器１４での光量データ２８を補正する自動補正手段２０と、を備え、前記光量検出器１４からの光量データ２８に基づいてワーク２２の表面性状解析を行うことを特徴とする表面性状測定機１０。
【選択図】 図１

Description

本発明は表面性状測定機、特に表面性状測定の繰り返し性の向上機構に関する。

ワークの寸法や形状等の表面性状を測定するため、投影機、画像測定機等の表面性状測定機が用いられている。
ところで、ワークの高精度化に伴い、表面性状測定機には、高い表面性状測定の繰り返し性（繰り返し精度）が求められる。

このような要望に応えるため、従来は、表面性状測定機の組み立て精度等の機械的精度の向上が考えられる。また従来は、測定の繰り返し性の向上を図るため測定機の各軸運動誤差の低減化が考えられ、測定機の各軸運動誤差の低減化を図るため各軸運動誤差の測定が考えられる（例えば特許文献１）。
特開２００３−３０２２０２号公報

しかしながら、前記従来方式による測定の繰り返し性の向上も技術的な限界に達しており、ワークの更なる高精度化に伴い、表面性状測定機にも、更なる繰り返し性の向上が求められているにもかかわらず、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。

また従来は、表面性状測定機において、表面性状測定の繰り返し性の向上を妨げる決定的な原因も不明であった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、更なる表面性状測定の繰り返し性を向上することのできる表面性状測定機を提供することにある。

＜原因の解明＞
本発明者らが、表面性状測定機において、測定の繰り返し性の向上について鋭意検討を重ねた結果、測定の繰り返し性の向上を妨げる主な原因が、機械的精度の良し悪しによる影響よりも、表面性状測定機の設置されている環境の周囲光条件（例：明るさや色）の変化による、ワーク表面の状態変化（例：明るさや色の変化）による影響が大きい点にあることを解明した。
その上で、本発明者らは、ワーク表面の状態変化による影響を抑えるため、表面性状測定機においては、表面性状測定機の設置されている環境の周囲光条件の変化に応じて、光量検出器での光量データを補正することが非常に重要である点に気付いた。
そして、本発明者らは、前述のような原因の解明に基づいて、以下の点を構成するに至った。

すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる表面性状測定機は、照明装置と、光量検出器と、外光検出器と、モニタ手段と、自動補正手段と、を備え、前記光量検出器からの光量データに基づいて、前記ワークの表面性状解析を行うことを特徴とする。
ここで、前記照明装置は、表面性状解析の対象となるワークに所定の照明条件の照明光を照射する。
また前記光量検出器は、前記照明装置からの照明光をワークに照射して得られた検出光を検出し、光量データを出力する。
前記外光検出器は、測定環境の周囲光条件を検出し、周囲光データを出力する。
前記モニタ手段は、前記外光検出器からの周囲光データの、予め定められた基準値からの変化値をモニタする。
前記自動補正手段は、前記モニタ手段でモニタされた変化値に基づいて、該光量検出器での光量データを補正する。

ここにいう周囲光（外光）とは、単に戸外の光のみをいうのでなく、戸外の光（昼光や夕陽などによって明るさや色が変化する光）ないし戸内の光（白熱電球や蛍光灯による明るさや色が変化する光）を含めていう。
ここにいう周囲光条件とは、周囲光の明るさや色などの周囲光の条件をいう。
ここにいう光量検出器での光量データを補正するとは、具体的には、例えば以下の（１）〜（３）よりなる群より選択された一以上の動作で、光量検出器での光量データを補正することが好ましい。
（１）光量検出器の増幅器のゲインを変える
（２）光量検出器の増幅器のオフセットを変える
（３）光量検出器の光量比較器の閾値を変える

ここで、以下の点に基づいて、前記（１）〜（３）の動作を選択することが特に好ましい。
（１）ワークの光反射率が低く暗い場合は、前記（１）のゲイン変更が特に有効である。
（２）環境外光の影響をキャンセルしたい場合は、前記（２）のオフセット変更が特に有効である。
（３）光量の差によるエッジ検出誤差を補正したい場合は、前記（３）の閾値変更が特に有効である。

モニタ手段での周囲光データ（照明）の基準値を得るタイミングとしては、例えば以下のタイミングが一例として挙げられる。
（１）測定者の目の疲労度を軽減できる明るさを基準とし、その時の外光検出器の出力である周囲光データを、周囲光データ（照明）の基準値とする。
（２）複数の異なる照明条件で、実際のワーク測定を行い、最も真の値に近い測定値が得られた時の、外光検出器の出力である周囲光データを、周囲光データ（照明）の基準値とする。

本発明の表面性状測定機としては、例えば投影機、画像測定機等が一例として挙げられる。
本発明の投影機としては、スクリーンに投影された像に基づいて、ワークの表面性状解析を行うものが一例として挙げられる。
本発明の画像測定機としては、カメラで撮像された画像データを画像処理し、ワークの表面性状解析を行うものが一例として挙げられる。
本発明の光量検出器としては、例えばスポット光量検出器、イメージセンサ等が一例として挙げられる。本発明のスポット光量検出器としては、表面性状測定機において周囲の明るさの変化の検出に優れた、例えばフォトトランジスタ、フォトダイオード、フォトＩＣ等が一例として挙げられる。本発明のイメージセンサとしては、例えばＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等が一例として挙げられる。

＜エッジ自動検出装置＞
なお、本発明において、前記光量検出器は、予め定めておいたエッジ検出用閾値を用いて、前記光量データから前記ワークのエッジ情報を検出するためのエッジ自動検出装置を含む。前記自動補正手段は、前記モニタ手段でモニタされた変化値に基づいて、前記エッジ自動検出装置でのエッジ検出用閾値を補正する。該表面性状測定機は、前記エッジ自動検出装置で検出されたエッジ情報に基づいて、前記ワークの表面性状解析を行うことが好適である。

＜画像測定機＞
また本発明において、前記光量検出器は、前記ワークからの検出光を撮像して得られた光量データに基づいて、該ワークの表面性状解析を行うための画像測定機のカメラを含む。
前記自動補正手段は、前記モニタ手段でモニタされた変化値に基づいて、前記画像測定機のカメラでの光量データを補正する。該表面性状測定機は、前記画像測定機のカメラからの光量データに基づいて、前記ワークの表面性状解析を行うことが好適である。
なお、モニタ手段は、周囲光データの基準値からの変化値を基準値との差分データであるアナログ量（連続値）として出力するものでも、あるいは基準値との比較結果であるデジタル量（離散値：ON／OFF値）として出力するものでも良い。アナログ量で出力するものは、光量データやエッジ検出用閾値の連続的補正が可能であり、デジタル量で出力するものは、光量データやエッジ検出用閾値の離散的補正（例：Ａ値からＢ値への切り替え）が可能である。

＜照明光量補正＞
また本発明においては、照明装置は、前記モニタ手段でモニタされた変化値に基づいて、前記照明条件を補正することが好適である。
ここにいう照明条件とは、照明光の明るさあるいは光量、照明光の色、照明光のワークに対する照射角度、照明形態（いわゆる落射照明、透過照明など）などを含む照明の条件をいう。

＜外部指令＞
本発明において、外部指令手段と、外部補正手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記外部指令手段は、前記ワークの形状、材質及び仕上がりよりなる群より選択された少なくとも一以上の条件に基づいて、前記光量検出器での光量データあるいは前記エッジ自動検出装置でのエッジ検出用閾値の補正を指示する外部指令を入力するためのものとする。
また前記外部補正手段は、前記光量検出器での光量データあるいは前記エッジ自動検出装置でのエッジ検出用閾値を、更に、前記外部指令手段からの外部指令に基づいて補正する。

さらに、本発明において、前記ワークの形状、材質及び仕上がりよりなる群より選択された少なくとも一以上の条件に基づいて、前記照明装置の前記照明条件の補正を指示する外部指令を入力するための外部指令手段を備える。前記照明装置は、更に、前記外部指令手段からの外部指令に基づいて前記照明条件を補正することが好適である。
ここで、外部指令手段から入力される外部指令は、アナログ量（連続値）で指令するものであっても、デジタル量（離散値：ON／OFF値）で指令するものであっても良い。アナログ量（連続値）で指令されるものでは、補正は連続的に行われ、デジタル量で指令されるものでは、補正は離散的に行われる。

＜本発明の特徴的事項＞
前述のような課題解決手段の組み合せは、本発明者らによる表面性状測定の繰り返し性の向上を妨げる原因の解明によりはじめて到達し得るものである。
一方、前述のような本発明者らによる原因の解明に記載の知識を得たうえで、事後的に分析すると、下記先行文献に基づいて本発明を容易に構成し得るように見えるかもしれない。
しかしながら、本発明の出願当時の技術水準、例えば表面性状測定に関するものでなく、他分野に属する以下の先行技術の記載事項を考慮しても、本発明者らによる原因の解明の起因ないし契機（動機付け）となり得るものが一切ない。
したがって、下記先行文献に、それぞれ以下の点が記載されているということだけでは、本発明は容易に構成し得ず、また本発明の効果、すなわち表面性状測定の繰り返し性の向上を確実に得ることも困難である。

（１）表面性状測定に関するものでなく、投射型表示装置に関する技術であるが、ランプ寿命やスクリーン画質の改善のため、スクリーン近傍の明るさに応じてスクリーン上の画像の明るさを補正する点（例えば特許第３６１０９３１号公報、特開２００４−３５４８８２号公報）。
（２）表面性状測定に関するものでなく、顕微鏡システムに関する技術であるが、ディスプレイの周囲の明るさに応じてディスプレイの輝度を補正する点（例えば特開平８−２１９５７号公報）。
（３）表面性状測定に関するものでなく、紙葉類対応型処理機に関する技術であるが、紙葉類の誤検出を防ぐため、外光に応じて紙葉類が挿入状態か否かを検知するセンサの検出レベルを補正する点（例えば実開平５−２２７９号公報）。
（４）表面性状測定に関するものでなく、明るさ補正機能付きカラー画像処理装置に関する技術であるが、色の違いがある物体の良否を判定するため、受像データのうちの特定画素の輝度に基づいて、他の各画素の輝度を補正する点（例えば特開２００４−２２０５５２号公報）。

＜光量データ補正＞
本発明にかかる表面性状測定機によれば、前述のような表面性状測定の繰り返し性の向上を妨げる原因の解明に基づいて、前記外光検出器、前記モニタ手段及び前記自動補正手段を組合せることとしたので、表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。
＜投影機＞
また本発明においては、自動補正手段が、周囲の明るさの変化に応じて、エッジ自動検出装置でのエッジ検出用閾値の補正を行うことにより、該エッジ検出用閾値に基づくエッジ検出の繰り返し性を向上することができるので、更なる表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。
＜画像測定機＞
本発明においては、自動補正手段が、周囲光条件の変化に応じて、画像測定機のカメラでの光量データの補正を行うことにより、画像測定機による表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。
＜照明光量補正＞
本発明においては、照明装置が、周囲光条件の変化に応じて、照明条件の補正を行うことにより、ワーク表面の状態変化を最小に保つことが出来るので、更なる表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。

＜外部指令＞
本発明においては、外部補正手段が、外部指令手段からの外部指令に基づいて、光量検出器での光量データやエッジ検出用閾値を補正することにより、更なる表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。
本発明においては、照明装置が、外部指令手段からの外部指令に基づいて、照明条件を補正することにより、更なる表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる表面性状測定機の概略構成が示されている。
同図に示す表面性状測定機１０は、照明装置１２と、光量検出器１４と、照度センサ素子１６（外光検出器）と、比較手段（モニタ手段）１８と、自動補正回路（自動補正手段）２０と、を備える。
ここで、前記照明装置１２は、表面性状解析の対象となるワーク２２に照明光２４を照射する。
また前記光量検出器１４は、照明装置１２から所定の照明条件の照明光２４をワーク２２に照射して得られた検出光２６を検出し、光量データ２８を出力する。
前記外光検出器１６は、表面性状測定機１０の設置されている環境の周囲の明るさ（測定環境の周囲光３０の条件：周囲光条件）を検出し、周囲光データ３２を出力する。
前記比較手段１８は、外光検出器１６からの周囲光データ３２の、予め定められた基準値からの変化値をモニタする。
前記自動補正手段２０は、比較手段１８でモニタされた変化値が、表面性状測定の繰り返し性を保つことのできる許容範囲（所定値）を超えると、該変化値に応じて、該光量検出器１４での光量データ２８を補正する。つまり、周囲光データ３２が基準値より大きくなって照明が明るすぎる場合には、光量検出器１４について、ゲインあるいはオフセットを減少させて光量データ２８を減少させ、周囲光データ３２が基準値より小さくなって照明が暗すぎる場合には、光量検出器１４について、ゲインあるいはオフセットを増大させて光量データ２８を増大させることによって光量データ２８の補正を行う。
そして、本実施形態は、光量検出器１４からの光量データ２８に基づいて、ワーク２２の表面性状解析を行う。

なお、本実施形態において、前記照明装置１２は、ランプ等を含む光源３４と、照明補正手段３６と、を含む。
前記照明補正手段３６は、比較手段１８でモニタされた変化値が所定値を超えると、該変化値に応じて、光源３４からの照明光２４の光量（所定の照明条件）を補正する。

前記外光検出器１６は、表面性状測定機１０の設置されている環境の周囲の明るさを検知するのに最適な検知エリア４０で、周囲光３０の明るさ（周囲光条件）を検出する。
従って、周囲の明るさが明るすぎる場合には照明装置１２の照明光量を減少させ、周囲の明るさが暗すぎる場合には照明装置１２の照明光量を増大させる。

本実施形態は、さらに外部補正手段（外部補正回路）４２を備える。
前記外部補正回路４２は、外部指令手段４４に接続され、外部指令手段４４からの指示量に応じて、光量検出器１４での光量データ２８を補正可能とする。
ここで、光量検出器１４での光量データ２８の補正にあたって、自動補正回路２０による補正を優先するか、外部補正回路４２による補正を優先するか、あるいは、両者の補正を併用するかは、外部指令手段４４において選択が可能である。
ここで、外部指令手段４４における指示は、設定器を備えた操作盤（図示せず）を測定者が操作して指示量を決定する。また、測定パートプログラムによって表面性状測定機１０が制御される場合は、外部指令手段４４が測定パートプログラム中の指令を解読して指示量を決定する。

本実施形態においては、表面性状解析手段４６を備える。表面性状解析手段４６は、光量検出器１４からの光量データ２８に基づいて、ワーク２２の表面性状解析を行う。

このようにして本実施形態にかかる表面性状測定機１０を構成することにより、表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。
すなわち、表面性状測定機において、表面性状測定の繰り返し性の向上を妨げる原因が、ワーク表面の明るさの変化などによる影響であるとは予想もつかず、主に機械的精度の良し悪しにあると考えられていた状況下において、本発明がはじめてワーク表面の明るさの変化などにある点を解明した。
本発明は、このような原因の解明に基づいて、ワーク表面の明るさの変化の影響を低減するため、以下の点を行うことが重要である点に到達した。

（１）初期設定
まず最適な照明が得られた時の、照度センサ素子１６からの周囲光データ３２を、照明の基準値として、比較手段１８に記憶しておく。
また、この時の、光量検出器１４の設定情報、例えば光量検出器１４でのゲイン情報、光量検出器１４でのオフセット情報、あるいは後述する光量検出器１４での閾値情報等を、光量検出器１４の初期設定として比較手段１８に記憶しておく。

（２）周囲の明るさ監視下での測定
ワーク２２の測定中、比較手段１８は、外光検出器１６の周囲光データ３２の、予め定められた基準値からの変化値をモニタし、この変化値が、ワーク２２の表面性状測定の繰り返し性を保つことのできる許容範囲（大きさ、時間）内か否かを監視している。

（３）補正
そして、測定中、比較手段１８は、モニタされた変化値が、所定値を超えたと判断すると、自動補正回路２０に、この変化値に応じた、光量検出器１４での光量データ２８の補正を指示する。自動補正回路２０は、比較手段１８でモニタされた変化値に応じて、光量検出器１４の設定を補正する。

このように本実施形態にかかる表面性状測定機１０によれば、周囲の明るさの変化に応じて、光量検出器１４での光量データを補正し、ワーク２２の表面性状解析を行うことにより、ワーク２２の測定中、周囲の明るさが変化しても、その影響を大幅に低減することができるので、安定した表面性状測定の繰り返し性能を確保することができる。
以下に、本実施形態にかかる表面性状測定機について、より具体的に説明する。

投影機
従来は、投影機でワークの寸法測定を行う際、スクリーン上の十字線をワークの片側に目視で合わせてスケールのカウント量をゼロクリアし、測定テーブルを動かして、もう片方のエッジに十字線を合わせた際のスケールのカウント量からワークサイズを知る方法が一般的である。 最近は、スクリーン上の十字線をワークの片側に合わせこむ作業や、ワークのもう片方のエッジに合わせこむ作業に代えて、エッジを自動検出するエッジ自動検出装置が開発されている。

一般的なエッジ自動検出装置は、測定者の違いに起因する測定値のばらつき低減化には効果的であるが、更なる繰り返し性の向上が困難である。
すなわち、投影機においては、測定の繰り返し性の向上を妨げる原因が、投影機の置かれている環境の周囲の明るさが変化して、ワーク表面の明るさが変化する影響が大きい。 例えば窓から差し込む光量が昼間と夜とでは変わる。また部屋の照明のＯＮ／ＯＦＦでも部屋の明るさが変わる。
このようにして投影機の設置されている環境の周囲の明るさが変わり、ワーク表面の明るさに影響を与える。
そして、照明が一定のままでは、投影機の設置されている環境の周囲が暗くなると、ワークの明暗のコントラスト比が小さくなる。このためエッジ検出の繰り返し性が悪くなったり、またエッジ検出そのものが不可能になってしまうことがある。
このため、エッジ自動検出装置を備えた投影機では、ワーク表面の明るさの変化の影響を抑えることが非常に重要であり、ワーク表面の明るさの変化の影響を抑えるため表面性状測定機の設置されている環境の周囲の明るさの変化に応じて、エッジ自動検出装置のエッジ検出用閾値を補正することが非常に重要である。

また本実施形態においては、エッジ検出用閾値の補正を容易に行うことも重要である。
すなわち、ワーク表面の明るさが変化するたびに、いちいちエッジ検出用閾値を設定し直していたのでは、面倒である。またワークの材質や、表面性状によりエッジ検出用閾値は異なるので、投影機の設置されている環境の周囲の明るさが変化した状態で測定結果の繰り返し性を維持しようとすると、測定者は測定前にいつもキャリブレーションをしなければならず、面倒である。

したがって、本実施形態は、投影機の設置されている環境の周囲の明るさの変化に応じて、エッジ検出用閾値を自動的に補正している。
図２には図１に示した表面性状測定機として投影機を用いた際の概略構成が示されている。図１と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。

同図に示す投影機（表面性状測定機）１１０では、前記光量検出器１１４として、エッジ自動検出装置を用いている（以下、エッジ自動検出装置１１４という）。
前記エッジ自動検出装置１１４は、受光素子１５２と、増幅器１５４と、光量比較器１５６と、を含む。
ここで、前記受光素子１５２は、例えばスポット光量検出器等よりなり、照明装置１１２の照明１２４で得られたワーク１２２の検出光１２６を受光し、これを光量データとして出力する。
ワーク１２２からの検出光１２６は、ビームスプリッタ１５８で分割され、第一分割光１２６ａは受光素子１５２に、第二分割光１２６ｂはスクリーン１６０上に拡大投影される。
また前記増幅器１５４は、受光素子１５２からの光量データを増幅する。
前記光量比較器１５６は、増幅器１５４からの光量データをモニタし、予め定めておいたエッジ検出用閾値を用いて、光量データからワーク１２２のエッジ情報を検出するためのものとする。

また本実施形態において、自動補正回路１２０は、比較手段１１８の出力に基づいて光量比較器１５６と増幅器１５４とを補正する補正情報を出力する。
そして、自動補正回路１２０は、比較手段１１８でモニタされた変化値が所定値（エッジ自動検出装置１１４によるエッジ検出の繰り返し性を保つことのできる許容範囲）を超えると、該変化値に応じて、エッジ自動検出装置１１４の光量比較器１５６でのエッジ検出用閾値と、増幅器１５４のゲインおよびオフセットとを補正する。

また本実施形態において、前記外部補正回路１４２は、増幅器１５４および光量比較器１５６に接続されている。
そして、前記外部補正回路１４２は、外部指令手段１４４からの指示に応じて、増幅器１５４での光量データのゲインないしオフセット、あるいは光量比較器１５６でのエッジ検出用閾値を補正する。

なお、本実施形態において、制御情報記憶手段１６２を備える。
前記制御情報記憶手段１６２は、投影機１１０において予め得ておいた、周囲の明るさの変化値と、該変化値に対応する最適な光量データ補正値との関係を表わす検出器制御情報を記憶している。
そして、測定中、比較手段１１８でモニタされた変化値が所定値を超えると、該変化値に応じた最適な補正値で、光量検出器１５６での光量データを補正するため、比較手段１１８は、制御情報記憶手段１６２の検出器制御情報の中から、周囲の明るさの変化値に対応する、最適な補正値を選択し、該選択された補正値で、光量検出器１５６での光量データ（光量比較器１５６でのエッジ検出用閾値、増幅器１５４でのゲインやオフセットなど）の補正を行うように、自動補正回路１２０に指示する。

また投影機１１０でワーク１２２の寸法測定を行う際、投影機１１０はステージ制御手段１６４及びステージ駆動手段１６６を介して測定テーブル１６８を動かしてワーク１２２の第一エッジを検出し、この第一エッジ検出位置でのスケール１７０のカウント量を取得する。また投影機１１０は、測定テーブル１６８を動かして該ワーク１２２の第二エッジを検出し、この第二エッジ検出位置でのスケール１７０のカウント量を取得する。

投影機１１０は、エッジ自動検出装置１１４の後段に、表面性状解析手段１４６を備える。
前記表面性状解析手段１４６は、エッジ自動検出装置１１４で得られたエッジ情報である、ワーク１２２の第一エッジでのカウント量と第二エッジでのカウント量とに基づいて、ワーク１２２の第一エッジと第二エッジ間の寸法等の表面性状情報を得ている。

このようにして本実施形態にかかる投影機１１０を構成することにより、その表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。
すなわち、本発明者らは、投影機において、表面性状測定の繰り返し性の向上を妨げる原因が、投影機の設置されている環境の周囲の明るさの変化による、ワーク表面の明るさの変化の影響であるとは予想もつかず、主に機械的精度の良し悪しにあると考えられていた状況下においてはじめて、このようなワーク表面の明るさの変化にある点を解明した。
その上で、本発明者らは、投影機において、ワーク表面の明るさの変化の影響を抑えるため、以下の点を行うことが重要である点に到達した。

（１）初期設定
まず所望の照明が得られた時の、照度センサ素子１１６からの周囲光データ１３２を、照明の基準値として、比較手段１１８に記憶しておく。
またこの時の、光量検出器１１４の設定情報、例えばエッジ自動検出装置１１４の増幅器１５４でのゲイン情報、エッジ自動検出装置１１４の増幅器１５４でのオフセット情報、エッジ自動検出装置１１４の光量比較器１５６でのエッジ検出用閾値情報等を、エッジ自動検出装置１１４の初期設定として比較手段１１８に記憶しておく。

（２）周囲の明るさ監視下での測定
ワーク１２２の測定中、比較手段１１８は、外光検出器１１６の周囲光データ１３２の、予め定められた基準値からの変化値をモニタする。これにより、比較手段１１８は、ワーク１２２の測定中、周囲の明るさの変化が、エッジ検出の繰り返し性を保つことのできる許容範囲（大きさ、時間）内か否かを監視している。

（３）光量データ補正
そして、自動補正回路１２０は、比較手段１１８でモニタされた変化値が所定値（表面性状測定の繰り返し性を保つことのできる許容範囲）を超えたと判断すると、該変化値に応じて、エッジ自動検出装置１１４でのエッジ検出用閾値、増幅器１５４でのゲインあるいはオフセットなどを補正する。

この結果、本実施形態にかかる投影機１１０は、ワーク１２２の測定中、周囲の明るさが変化しても、安定したエッジ検出の繰り返し性能を確保することができるので、安定した表面性状測定の繰り返し性能を確保することができる。
しかも、本実施形態は、このようなエッジ検出用閾値、ゲインあるいはオフセットの補正を、自動補正回路１２０が自動的に行うことにより、エッジ検出用閾値やゲインあるいはオフセットの面倒なキャリブレーション作業を省略することができるので、表面性状測定の繰り返し性の向上が、容易に行える。

＜照明光量補正＞
ところで、投影機１１０においては、表面性状測定の繰り返し性の更なる向上のため、周囲の明るさの変化値に応じて、照明装置１１２による照明光量を補正することも非常に重要である。

このために本実施形態においては、測定中、比較手段１１８でモニタされた変化値が所定値を超えると、該変化値に応じて、光源１３４の照明光量を補正する照明補正手段１３６を含むことも好適である。

なお、前記制御情報記憶手段１６２は、投影機１１０において予め得ておいた、周囲の明るさの変化値と、該変化値に対応する最適な照明光量補正値との関係を表わす照明制御情報を記憶している。
そして、比較手段１１８は、モニタされた変化値が所定値を超えると、該変化値に応じて、光源１３４の照明光量を補正するため、制御情報記憶手段１６２の照明制御情報の中から、周囲の明るさの変化値に対応する、最適な照明光量補正値を選択する。比較手段１１８は、選択された補正値で光源１３４の照明光量を補正するように照明補正手段１３６に指示する。

また、本実施形態においては、前述のようにしてワーク１２２の測定中、周囲の明るさの変化に応じて、照明装置１１２による照明光量を自動的に補正しているので、スクリーン１６０の明るさも自動に補正される。この結果、以下の効果がある。

（１）周囲の明るさが変化しても、安定したスクリーン１６０の明るさの繰り返し性能を確保することができるので、スクリーン１６０に投影された像に基づいて、安定したワークの表面性状測定の繰り返し性能を確保することができる。

（２）周囲の明るさに応じて、ワーク１２２を照明する光源１３４のランプ光量が自動的に切り変わるので、周囲の明るさが変化しても、測定者の目にやさしい、スクリーン１６０光量を維持することができる。
この結果、測定者の目の疲労度の軽減により、測定者への負担が軽減されるので、測定者がスクリーン１６０上に投影された像に基づいてワークの表面性状解析を行う際も、その繰り返し性能を確保することができる。
また測定者毎に最も作業しやすい時点の照明条件を制御情報記憶手段１６２に記憶し、照明装置１１２への照明制御情報とリンクさせることにより、測定者毎に、好みの照明条件の繰り返し性を確実に確保することもできる。

（３）また照明装置１１２の照明条件の最適化により、不要にランプ照度を明るい状態に維持することなく、ワーク１２２の照明が行えるので、不要にランプ照度を明るい状態に維持するものに比較し、消費電力の削減あるいはランプの長寿命化が図られる。

画像測定機
図３には図１に示した表面性状測定機として画像測定機を用いた際の概略構成が示されている。図１と対応する部分には符号２００を加えて示し、また図２と対応する部分には符号１００を加えて示し、説明を省略する。

同図に示す画像測定機（表面性状測定機）２１０は、光量検出器２１４として、照明装置２１２の照明によるワーク２２２の検出光２２６を撮像するカメラを用いている（以下、ＣＣＤカメラ２１４という）。
また自動補正回路２２０は、比較手段２１８でモニタされた変化値が所定値を超えると、該変化値に応じて、画像測定機２１０のＣＣＤカメラ２１４での光量データ２２８（以下、画像データ２２８という）を補正する。
そして、画像測定機２１０は、表面性状解析手段２４６を含む。表面性状解析手段２４６は、ＣＣＤカメラ２１４からの画像データ２２８を画像処理し、ワーク２２２の表面性状解析を行う。

なお、本実施形態において、光源２３４は複数のランプを含み、複数のランプがＣＣＤカメラ２１４の受光素子２５２の外周囲に沿って設けられている。

以上のようにして本実施形態にかかる画像測定機２１０を構成することにより、画像測定機２１０による表面性状測定の繰り返し性を向上することができる。
すなわち、本発明者らは、画像測定機において、表面性状測定の繰り返し性の向上を妨げる原因が、ワーク表面の明るさの変化にある点を解明した。
その上で、本発明は、ワーク表面の明るさの変化による測定の繰り返し性への悪影響を抑えるため、画像測定機では、以下の点を行うことが非常に重要である点に到達した。

（１）初期設定
まず所望の照明が得られた時の、照度センサ素子２１６からの周囲光データ２３２を、照明の基準値として、比較手段２１８に記憶しておく。
また、この時の、ＣＣＤカメラ２１４の設定情報、例えば増幅器２５４でのゲイン情報、増幅器２５４でのオフセット情報、光量比較器２５６での閾値情報等を、ＣＣＤカメラ２１４の初期設定として比較手段２１８に記憶しておく。

（２）周囲の明るさ監視下での測定
ワーク２２２の測定中、比較手段２１８は、外光検出器２１６の周囲光データ２３２の、予め定められた基準値からの変化値をモニタしている。これにより、比較手段２１８は、ワーク２２２の測定中、周囲の明るさの変化が、画像測定機２１０による表面性状測定の繰り返し性を保つことのできる許容範囲（大きさ、時間）内か否かを監視している。

（３）光量データ補正
そして、自動補正回路２２０は、比較手段２１８でモニタされた変化値が所定値を超えたと判断すると、該変化値に応じて、ＣＣＤカメラ２１４での画像データ２２８を補正する。

このように本実施形態においては、ワーク２２２の明るさの変化に応じてＣＣＤカメラ２１４での画像データ２２８を補正することにより、測定中、ワーク２２２の明るさが変化しても、ＣＣＤカメラ２１４で得られる画像データの繰り返し性を確保することができるので、安定した、画像測定機２１０による表面性状測定の繰り返し性能を確保することができる。

また本実施形態においては、第一実施形態と同様、周囲の明るさの変化に応じて、照明装置２１２の光量補正を行うことにより、画像測定機２１０による表面性状測定の繰り返し性を、さらに向上することができる。

変形例
＜測定モード＞
本発明の測定モードはそれぞれ前記各構成に限定されるものでなく、何れの表面性状測定機も、照明装置による透過照明ないし照明装置による反射照明を、例えばワークの材質、性状、測定項目等に応じて好適に選択することができる。

＜外部指令＞
本実施形態には、表面性状測定機において、表面性状測定の繰り返し性を、より確実に確保するため、以下の外部からの指令により光量データの補正を行うことも好ましい。

すなわち、本発明者らによれば、ワークの複数部位の測定を行う場合、ワークの形状、材質、仕上がりによっても光量検出器からの光量データが変動する場合があることがわかった。
例えば同一ワークでも表面粗さが異なる部位では、光の反射率が変わり、光量データが変化する。そのような場合に、ワークのどの部位を測定するかによって、光量データ補正を外部から追加可能にすることも非常に重要である。

＜光量データ補正＞
このために本発明において、ワークの形状、材質及び仕上がりよりなる群より選択された少なくとも一以上の条件に基づいて、光量検出器での光量データの補正を指示する外部指令を入力するための外部指令手段を備える。
そして、本発明においては、外部補正回路が、光量検出器での光量データを、更に、外部指令手段からの外部指令に基づいて補正することが好適である。

例えば前記図２においては、外部指令手段１４４からの指示に基づいて、外部補正回路１４２が、光量検出器１１４の増幅器１５４でのゲインないしオフセットあるいは光量比較器１５６でのエッジ検出用閾値を補正可能とすることにより、光量検出器１１４での光量データ１２８を、更に、補正可能とすることも好適である。

また前記図３においては、外部指令手段２４４からの指示に基づいて、外部補正回路２４２が、画像測定機２１４のＣＣＤカメラ２１４での画像データ２２８を、更に、補正可能することも好適である。

このようにして、光量検出器での光量データ補正に関し、自動補正回路と外部補正回路とを設けることにより、自動補正回路のみを設けたものに比較し、光量検出器での光量データ補正を、より適切に行うことができる。
さらに、図１〜３に示した実施形態においては、光量データ補正を行うために、増幅器１５４、２５４でのゲインとオフセットおよび光量比較器１５６、２５６でのエッジ検出用閾値を補正する例を示したが、これに限らず光量データを補正できるその他のパラメータを補正するようにしても良い。例えば、受光素子１５２、２５２の感度補正を行っても良い。また、カラー受光素子の場合はカラーバランス補正を行っても良い。
また、ゲイン、オフセット、エッジ検出用閾値、感度などの全てを補正する他、効果の高い１乃至複数のパラメータのみを補正するようにしても良い。
さらに、図３の実施形態においては、ＣＣＤカメラ２１４は光量比較器２５６を備え、２値化データを出力するものを示したが、これに限らず、光量比較器を備えず、増幅器２５４の出力をそのまま光量データ２２８とするものであっても良い。また、増幅器や光量比較器は光量検出器と一体である必要はなく、前置増幅器として分離されているものでも良く、さらに表面性状解析手段に組み込まれているものであっても良い。要は光量データ補正が行えれば良い。

＜照明光量補正＞
また例えば同一ワークでも表面粗さが異なる部位では、光の反射率が変わり、光量データが変化する。このため光量データ補正の限界を超えるほど、照明が明るすぎる、ないし暗すぎる場合もあるので、本発明においては、照明光量の補正を外部から追加可能にすることも非常に重要である。

このために本発明において、ワークの形状、材質及び仕上がりよりなる群より選択された少なくとも一以上の条件に基づいて、照明装置の照明光量の補正を指示する外部指令を入力するための外部指令手段を備えることも好適である。
そして、本発明においては、照明補正手段が、照明装置の照明光量を、更に、外部指令手段からの外部指令に基づいて補正することが好適である。

例えば前記図２においては、外部指令手段１４４からの外部指令に基づいて、照明補正手段１３６が、光源１３４による照明光量を、更に補正することが好適である。
また前記図３においては、外部指令手段２４４からの外部指令に基づいて、照明補正手段２３６が、光源２３４による照明光量を、更に補正することも好適である。

このようにして、照明装置での光量補正に関し、自動補正方式と外部補正方式とを設けることにより、自動補正方式のみを採用したものに比較し、照明装置の光量補正を、より適切に行うことができる。
さらに、照明装置の光量補正と光量検出器の光量データ補正を併用する場合を示したが、いずれか一方のみを選択して補正を行うものであっても良い。
また、各実施形態においては、外光検出器は測定環境の周囲光条件として明るさを検出するものを示したが、これに限らず色を検出しても良く、さらに両者を検出するものでも良い。
また、照明装置の照明条件補正は、照明光量の補正を行う場合を示したが、これに限らず照明光の色、照明光のワークに対する照射角度、照明形態（落射照明、透過照明など）を補正（切り替えなども含む）するものであっても良い。ここで、照明光のワークに対する照射角度を補正あるいは切り替えを行う場合は、外光検出器はワーク上の照明光の影などから照明光の照射角度を算出して出力できることが好ましい。
更に図２においては、ワーク１２２からの検出光１２６は、ビームスプリッタ１５８で分割され、第一分割光１２６ａは受光素子１５２に、第二分割光１２６ｂはスクリーン１６０上に拡大投影される構成を示したが、これに対して、変形例としてビームスプリッタを用いることなく、検出光１２６をスクリーン１６０上に拡大投影し、このスクリーン１６０上（図２の左側）に受光素子１５２を配置して、光量検出を行う構成でも良い。

本発明の一実施形態にかかる表面性状測定機の概略構成の説明図である。 図１に示した表面性状測定機として投影機を用いた際の概略構成の説明図である。 図１に示した表面性状測定機として画像測定機を用いた際の概略構成の説明図である。

符号の説明

１０，１１０，２１０ 表面性状測定機（投影機，画像測定機）
１２，１１２，２１２ 照明装置
１４，１１４，２１４ 光量検出器（エッジ自動検出装置，画像測定機のカメラ）
１６，１１６，２１６ 照度センサ素子（外光検出器）
１８，１１８，２１８ 比較手段（モニタ手段）
２０，１２０，２２０ 自動補正回路（自動補正手段）

Claims (7)

1. 表面性状解析の対象となるワークに所定の照明条件の照明光を照射する照明装置と、
   前記照明装置からの照明光をワークに照射して得られた検出光を検出し、光量データを出力する光量検出器と、
   測定環境の周囲光条件を検出し、周囲光データを出力する外光検出器と、
   前記外光検出器からの周囲光データの、予め定められた基準値からの変化値をモニタするモニタ手段と、
   前記モニタ手段でモニタされた変化値に基づいて、該光量検出器での光量データを補正する自動補正手段と、
   を備え、前記光量検出器からの光量データに基づいて、前記ワークの表面性状解析を行うことを特徴とする表面性状測定機。
2. 請求項１記載の表面性状測定機において、
   前記光量検出器は、予め定めておいたエッジ検出用閾値を用いて、前記光量データから前記ワークのエッジ情報を検出するためのエッジ自動検出装置を含み、
   前記自動補正手段は、前記モニタ手段でモニタされた変化値に基づいて、前記エッジ自動検出装置でのエッジ検出用閾値を補正し、
   前記エッジ自動検出装置で検出されたエッジ情報に基づいて、前記ワークの表面性状解析を行うことを特徴とする表面性状測定機。
3. 請求項１記載の表面性状測定機において、
   前記光量検出器は、前記ワークからの検出光を撮像して得られた光量データに基づいて、該ワークの表面性状解析を行うための画像測定機のカメラを含み、
   前記自動補正手段は、前記モニタ手段でモニタされた変化値に基づいて、前記画像測定機のカメラでの光量データを補正し、
   前記画像測定機のカメラからの光量データに基づいて、前記ワークの表面性状解析を行うことを特徴とする表面性状測定機。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の表面性状測定機において、
   前記照明装置は、前記モニタ手段でモニタされた変化値に基づいて、前記照明条件を補正することを特徴とする表面性状測定機。
5. 請求項２記載の表面性状測定機において、
   前記ワークの形状、材質及び仕上がりよりなる群より選択された少なくとも一以上の条件に基づいて、前記エッジ自動検出装置でのエッジ検出用閾値の補正を指示する外部指令を入力するための外部指令手段と、
   前記エッジ自動検出装置でのエッジ検出用閾値を、更に、前記外部指令手段からの外部指令に基づいて補正する外部補正手段と、
   を備えたことを特徴とする表面性状測定機。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の表面性状測定機において、
   前記ワークの形状、材質及び仕上がりよりなる群より選択された少なくとも一以上の条件に基づいて、前記光量検出器での光量データの補正を指示する外部指令を入力するための外部指令手段と、
   前記光量検出器での光量データを、更に、前記外部指令手段からの外部指令に基づいて補正する外部補正手段と、
   を備えたことを特徴とする表面性状測定機。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載の表面性状測定機において、
   前記ワークの形状、材質及び仕上がりよりなる群より選択された少なくとも一以上の条件に基づいて、前記照明装置の前記照明条件の補正を指示する外部指令を入力するための外部指令手段を備え、
   前記照明装置は、更に、前記外部指令手段からの外部指令に基づいて前記照明条件を補正することを特徴とする表面性状測定機。

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