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WO2017110837A1 - 共焦点変位計 - Google Patents

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WO2017110837A1
WO2017110837A1 PCT/JP2016/088008 JP2016088008W WO2017110837A1 WO 2017110837 A1 WO2017110837 A1 WO 2017110837A1 JP 2016088008 W JP2016088008 W JP 2016088008W WO 2017110837 A1 WO2017110837 A1 WO 2017110837A1
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WO
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light
unit
optical
wavelength
optical fiber
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/088008
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English (en)
French (fr)
Inventor
久我翔馬
Original Assignee
株式会社キーエンス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020187017498A priority patent/KR20180099673A/ko
Priority to CN201680076178.1A priority patent/CN108474646B/zh
Priority to JP2017558171A priority patent/JP6779233B2/ja
Publication of WO2017110837A1 publication Critical patent/WO2017110837A1/ja
Priority to US15/989,215 priority patent/US10260859B2/en
Priority to US16/282,333 priority patent/US10473455B2/en

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    • G01B2210/50—Using chromatic effects to achieve wavelength-dependent depth resolution

Definitions

  • the present invention relates to a confocal displacement meter using light of a wide wavelength band.
  • a confocal displacement meter is known as a device that measures the displacement of the surface of a measurement object by a non-contact method.
  • Patent Document 1 describes a chromatic point sensor (CPS) system that measures a distance from a predetermined reference position to a measurement object as a displacement of the surface of the measurement object.
  • the CPS of Patent Document 1 has two confocal optical paths. Light of a plurality of wavelengths is input to each optical path, and the light that has passed through one of the optical paths is selectively output to the measurement object.
  • the first optical path is configured such that light of different wavelengths is focused at different distances near the surface position of the measurement target in the optical axis direction.
  • the light that has passed through the first optical path is reflected by the surface of the measurement object.
  • the spectrum profile (first output spectrum profile) of the light detected by the wavelength detector includes a component indicating the measurement distance (distance-dependent profile component) and also includes a distance-independent profile component.
  • the second optical path is configured such that light of different wavelengths is focused at substantially the same distance in the vicinity of the surface position of the measurement object.
  • the light that has passed through the second optical path is reflected by the surface of the measurement object.
  • the spectral profile (second output spectral profile) of the light detected by the wavelength detector does not include a distance-dependent profile component but includes only a distance-independent profile component.
  • the second output spectral profile is used to correct for potential measurement errors associated with distance-independent profile components for the first output spectral profile.
  • An object of the present invention is to provide a confocal displacement meter that can reduce measurement errors.
  • a confocal displacement meter is a confocal displacement meter that measures a displacement of a measurement object using a confocal optical system, and a light projecting unit that emits light having a plurality of wavelengths.
  • the optical member that generates chromatic aberration along the optical axis direction in the light emitted from the light projecting unit, converges the light having chromatic aberration and irradiates the measurement object, and the measurement object is irradiated by the optical member.
  • a pinhole member having a plurality of pinholes that allows light of a wavelength reflected while being focused on the surface of the measurement object, and intensity for each wavelength of the plurality of lights that have passed through the plurality of pinholes
  • a displacement measuring unit that calculates the displacement of the measurement object based on the signal intensity for each wavelength of the average signal corresponding to the average.
  • the light projecting unit In this confocal displacement meter, light having a plurality of wavelengths is emitted by the light projecting unit. Chromatic aberration along the optical axis direction is generated by the optical member in the light emitted from the light projecting unit. In addition, light having chromatic aberration is converged by the optical member and irradiated onto the measurement object. Of the light irradiated to the measurement object by the optical member, the light having the wavelength reflected while being focused on the surface of the measurement object passes through the plurality of pinholes of the pinhole member. The displacement measuring unit calculates the displacement of the measurement object based on the signal intensity for each wavelength of the average signal corresponding to the average of the intensity for each wavelength for the plurality of lights that have passed through the plurality of pinholes.
  • the confocal displacement meter may include a first optical fiber, the end of the first optical fiber may be a pinhole, and the first optical fiber may be a pinhole member. In this case, it is not necessary to arrange the pinhole separately from the first optical fiber. Thereby, the structure of a confocal displacement meter can be made compact. Further, the light that has passed through the plurality of pinholes can be efficiently guided to the displacement measuring unit by the first optical fiber. Furthermore, the degree of freedom of the configuration of the optical path for guiding the light that has passed through the pinhole to the displacement measuring unit is improved.
  • the light projecting unit is disposed at one end of the second optical fiber having one end and the other end, a laser light source, and the second optical fiber, and absorbs light emitted from the laser light source.
  • a phosphor that emits light having a wavelength different from the wavelength of the light emitted by the laser light source, and the second optical fiber receives light emitted from the phosphor from one end and receives the received light from the other end. To the first optical fiber.
  • light having a plurality of wavelengths can be easily generated by the laser light source and the phosphor. Further, the generated light can be efficiently emitted through the second optical fiber and the first optical fiber.
  • a plurality of first optical fibers may be provided, and end portions of the plurality of first optical fibers may each be a plurality of pinholes.
  • the structure of a confocal displacement meter can be made compact.
  • the light that has passed through the plurality of pinholes can be efficiently guided to the displacement measuring section through the plurality of first optical fibers.
  • inducing the light which passed the several pinhole to a displacement measurement part improves.
  • the displacement measuring unit includes a combining unit that generates a single combined light by combining a plurality of lights that have passed through a plurality of pinholes, a spectroscopic unit that splits the combined light combined by the combining unit, A light receiving unit that receives the light separated by the light receiving unit and outputs an electric light receiving signal indicating the amount of light received for each wavelength of the light combined by the combining unit as an average signal, and an average signal output from the light receiving unit And a calculation unit that calculates the displacement of the measurement object.
  • the electrical light reception signal indicating the amount of light received for each wavelength output from the light receiving unit is an average signal obtained by integrating the intensities for each wavelength for a plurality of lights. According to this configuration, there is no need to perform an operation for generating an average signal. Thereby, the displacement of the measurement object can be calculated efficiently at high speed.
  • the combining unit includes a first fiber coupler, a second fiber coupler, a plurality of first optical fibers, a second optical fiber, a third optical fiber, and a fourth optical fiber.
  • the second optical fiber is connected to the first fiber coupler so as to guide the light emitted by the light projecting unit to the first fiber coupler
  • the fourth optical fiber is connected to the first fiber coupler.
  • the first and second fiber couplers are connected so that light is transmitted to and from the second fiber coupler, and each of the plurality of first optical fibers includes a second optical fiber and a fourth optical fiber.
  • the light guided to the second fiber coupler is guided to the optical member, and connected to the second fiber coupler so as to guide the reflected light while focusing on the surface of the measurement object to the second fiber coupler.
  • the third optical fiber has a plurality of The light guided to the first fiber coupler may be connected to a first fiber coupler to guide the spectral portion by one of the optical fiber and the fourth optical fiber.
  • the light emitted from the light projecting unit is guided to the optical member through the second optical fiber, the first fiber coupler, the fourth optical fiber, the second fiber coupler, and the plurality of first optical fibers. .
  • the light reflected while being focused on the surface of the measurement object passes through a plurality of pinholes.
  • the plurality of lights that have passed through the plurality of pinholes are guided to the spectroscopic unit through the plurality of first optical fibers, the second fiber coupler, the fourth optical fiber, the first fiber coupler, and the third optical fiber. Therefore, the plurality of lights that have passed through the plurality of pinholes are combined into one light in the process of being guided to the spectroscopic unit. Thereby, an average signal can be easily generated.
  • the combining unit includes a fiber coupler, a plurality of first optical fibers, a second optical fiber, and a third optical fiber, and the second optical fiber is emitted from the light projecting unit.
  • Each of the plurality of first optical fibers guides the light guided to the fiber coupler by the second optical fiber to the optical member and guides the light to the fiber coupler.
  • the third optical fiber is guided to the fiber coupler by the plurality of first optical fibers so as to guide the light reflected to the spectroscopic unit. It may be connected to a fiber coupler.
  • the light emitted from the light projecting unit is guided to the optical member through the second optical fiber, the fiber coupler, and the plurality of first optical fibers.
  • the light reflected while being focused on the surface of the measurement object passes through a plurality of pinholes.
  • the plurality of lights that have passed through the plurality of pinholes are guided to the spectroscopic unit through the plurality of first optical fibers, the fiber coupler, and the third optical fiber. Therefore, the plurality of lights that have passed through the plurality of pinholes are combined into one light in the process of being guided to the spectroscopic unit. Thereby, an average signal can be easily generated.
  • the displacement measuring unit receives a plurality of light beams separated by the spectroscopic unit and a plurality of light beams that have passed through the plurality of pinholes.
  • a light receiving unit that outputs a plurality of electrical light reception signals indicating the amount of light received for each wavelength, and a signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the plurality of light reception signals output from the light reception unit for each wavelength.
  • a calculation unit that calculates an average signal and calculates a displacement of the measurement object based on the calculated average signal.
  • a plurality of light receiving signals respectively corresponding to the plurality of lights that have passed through the plurality of pinholes are output by the light receiving unit.
  • An average signal is calculated by averaging or integrating a plurality of received light signals output from the light receiving unit for each wavelength by the calculating unit. According to this configuration, in calculating the average signal, it is possible to perform a desired average or integration considering a plurality of light intensities. Thereby, the displacement of the measurement object can be calculated more accurately.
  • the displacement measuring unit spectrally divides each of the combined light generated by the combining unit that generates a plurality of combined lights by partially combining the plurality of light beams that have passed through the plurality of pinholes.
  • a light receiving unit that receives a plurality of light beams separated by the beam splitting unit and outputs a plurality of electrical light receiving signals indicating the amounts of received light for each wavelength for each of the plurality of light beams that have passed through the plurality of pinholes.
  • the average signal is calculated as the signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the multiple received light signals output from the sensor and the light receiving unit, and the displacement of the measurement object is calculated based on the calculated average signal.
  • a calculating unit is calculated as the signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the multiple received light signals output from the sensor and the light receiving unit, and the displacement of the measurement object is calculated based on the calculated average signal.
  • a plurality of combined lights are generated by partially combining the plurality of lights having passed through the plurality of pinholes by the combining unit before being received by the light receiving unit.
  • a plurality of light receiving signals respectively corresponding to the plurality of combined lights are output by the light receiving unit.
  • An average signal is calculated by averaging or integrating a plurality of received light signals output from the light receiving unit for each wavelength by the calculating unit. According to this configuration, in calculating the average signal, it is possible to perform a desired average or integration in consideration of the intensity of a plurality of combined lights. Thereby, the displacement of the measurement object can be calculated more accurately.
  • the displacement measurement unit includes a switching unit that switches between irradiation and non-irradiation of the light focused by the optical member so that a plurality of lights are sequentially irradiated to the measurement target, and a switching unit.
  • the spectroscopic unit that splits each of the plurality of lights sequentially passing through the plurality of pinholes, and the plurality of lights dispersed by the spectroscopic unit are received and received within a single exposure period.
  • a light receiving unit that outputs an electrical light reception signal indicating the amount of light received for each wavelength of light as an average signal, and a calculation unit that calculates the displacement of the measurement object based on the average signal output from the light reception unit may be included. .
  • the electrical light reception signal indicating the amount of light received for each wavelength output from the light receiving unit is an average signal obtained by integrating the intensities for each wavelength for a plurality of lights. According to this configuration, there is no need to perform an operation for generating an average signal. Thereby, the displacement of the measurement object can be calculated efficiently.
  • the displacement measuring unit includes a switching unit that switches between irradiation and non-irradiation of the light focused by the optical member so that a plurality of lights are sequentially irradiated to the measurement target, and a switching unit.
  • a spectroscopic unit that splits a plurality of lights that sequentially pass through a plurality of pinholes, and a plurality of lights that respectively receive a plurality of lights dispersed by the spectroscopic unit and pass through the plurality of pinholes
  • a light receiving unit that outputs a plurality of electrical light reception signals indicating the amount of light received for each wavelength for each of the light, and a signal for each wavelength by averaging or integrating the plurality of light reception signals output from the light reception unit for each wavelength
  • a calculation unit that calculates an average signal as the intensity and calculates a displacement of the measurement object based on the calculated average signal.
  • the light receiving unit outputs a plurality of light receiving signals respectively corresponding to the plurality of lights sequentially passing through the plurality of pinholes.
  • An average signal is calculated by averaging or integrating a plurality of received light signals output from the light receiving unit for each wavelength by the calculating unit. According to this configuration, in calculating the average signal, it is possible to perform a desired average or integration considering a plurality of light intensities. Thereby, the displacement of the measurement object can be calculated more accurately.
  • the first optical fiber may be provided to guide the light emitted by the light projecting unit to the optical member.
  • the light emitted from the light projecting unit can be efficiently guided to the optical member by the first optical fiber.
  • emitted by the light projection part to an optical member improves.
  • the confocal displacement meter further includes a processing device and a head unit, and the processing device includes a light projecting unit, a spectroscopic unit, a light receiving unit, and a calculating unit, and a light projecting unit, a spectroscopic unit, a light receiving unit, and
  • the head unit may further include a first housing that houses the calculation unit, and the head unit may further include a second housing that houses the optical member.
  • the processing device including the light projecting unit, the spectroscopic unit, the light receiving unit, and the calculating unit and the head unit including the optical member are separately provided. Therefore, it becomes easy to use a head unit including an optical member that generates an appropriate chromatic aberration or an optical member having an appropriate focal length according to the shape or arrangement of the measurement object. Thereby, the displacement of a measurement object can be measured more easily.
  • the pinhole at the end of the first optical fiber may be provided in the head unit, and the first optical fiber may be arranged to guide light from the head unit to the processing apparatus. In this case, it is possible to place only the head portion in various environments where the measurement object is placed while separating the processing device from the head portion.
  • the plurality of pinholes may be arranged in a plane that intersects the optical path.
  • the plurality of pinholes allow light reflected by non-identical portions of the surface of the measurement object to pass. Therefore, in the average signal, a light component that causes a random measurement error due to irregular reflection on the surface of the measurement object is more reliably canceled. Thereby, the error of the displacement of the measurement object measured by the confocal displacement meter can be further reduced.
  • the plurality of pinholes may be arranged so as to allow each of the plurality of lights reflected while being focused on the plurality of portions on the surface of the measurement target among the light converged by the optical member. .
  • a light component that causes a random measurement error due to irregular reflection on the surface of the measurement object is more reliably canceled. Thereby, the error of the displacement of the measurement object measured by the confocal displacement meter can be further reduced.
  • the light projecting unit includes a light source that emits light having a single wavelength and a phosphor that absorbs light emitted by the light source and emits light having a wavelength different from the wavelength of the light emitted by the light source. May be included. In this case, light having a plurality of wavelengths can be easily generated.
  • the measurement error of the measurement object can be reduced.
  • FIG. 6 is a diagram showing first to fourth modifications of the lens unit. It is a figure which shows the modification of a light projection part. It is a figure which shows the modification of a spectroscopy part.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal displacement meter according to the first embodiment of the present invention.
  • the confocal displacement meter 500 includes a processing device 100, a measurement head 200, a light guide unit 300, and a control device 400.
  • the light guide unit 300 includes a plurality of optical fibers, and optically connects the processing apparatus 100 and the measurement head 200.
  • the processing apparatus 100 includes a housing 110, a light projecting unit 120, a spectroscopic unit 130, a light receiving unit 140, an arithmetic processing unit 150, and a display unit 160.
  • the housing 110 houses the light projecting unit 120, the spectroscopic unit 130, the light receiving unit 140, and the arithmetic processing unit 150.
  • the light projecting unit 120 is configured to emit light having a wide wavelength band (for example, 500 nm to 700 nm), that is, light having a plurality of wavelengths. A detailed configuration of the light projecting unit 120 will be described later.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 is input to an optical fiber 311 of the light guide unit 300 described later.
  • the spectroscopic unit 130 includes a diffraction grating 131 and a plurality of (two in this example) lenses 132 and 133.
  • a part of the light emitted from the light projecting unit 120 and reflected from the surface of the measurement object S is output from the optical fiber 312 of the light guide unit 300.
  • the light output from the optical fiber 312 passes through the lens 132, becomes substantially parallel, and enters the diffraction grating 131.
  • the diffraction grating 131 is a reflective diffraction grating.
  • the light incident on the diffraction grating 131 is split so as to be reflected at different angles for each wavelength, and is focused on a one-dimensional position that differs for each wavelength by passing through the lens 133.
  • the light receiving unit 140 includes an imaging device (one-dimensional line sensor) in which a plurality of pixels are arranged in a one-dimensional manner.
  • the image pickup device may be a multi-segment PD (photodiode), a CCD (charge coupled device) camera, a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor, or another device.
  • the light receiving unit 140 is arranged such that a plurality of pixels of the image sensor respectively receive light at a plurality of in-focus positions that are different for each wavelength formed by the lens 133 of the spectroscopic unit 130.
  • Each pixel of the light receiving unit 140 outputs an analog electrical signal (hereinafter referred to as a light receiving signal) corresponding to the amount of light received.
  • the arithmetic processing unit 150 includes a storage unit 151 and a control unit 152.
  • the storage unit 151 includes, for example, a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), or a hard disk.
  • the storage unit 151 stores a displacement measurement program and various data used for displacement measurement.
  • the control unit 152 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 152 acquires a light reception signal output from the light receiving unit 140 and executes a displacement measurement process of the measurement object S based on the displacement measurement program and data stored in the storage unit 151.
  • the measurement head 200 includes a casing 210 and a lens unit 220 having a substantially axisymmetric shape (for example, a cylindrical shape).
  • the housing 210 accommodates the lens unit 220.
  • the lens unit 220 includes a refractive lens 221, a diffractive lens 222, and an objective lens 223.
  • the light from the processing apparatus 100 output from the light guide unit 300 sequentially passes through the refractive lens 221 and the diffractive lens 222.
  • chromatic aberration occurs in the light along the optical axis direction.
  • the objective lens 223 is arranged so that light with chromatic aberration can be focused at a position near the surface of the measurement object S.
  • the light guide unit 300 includes a plurality (eight in this example) of optical fibers 311 to 318 and a plurality (two in this example) of fiber couplers 320 and 330.
  • the fiber coupler 320 is provided in the housing 110 of the processing apparatus 100
  • the fiber coupler 330 is provided in the housing 210 of the measurement head 200.
  • the present invention is not limited to this, and the fiber coupler 320 may be provided in a part other than the casing 110 of the processing apparatus 100, and the fiber coupler 330 may be provided in a part other than the casing 210 of the measuring head 200. Good.
  • the fiber coupler 320 has a so-called 2 ⁇ 2 configuration and includes four ports 321 to 324 and a main body 325.
  • the ports 321 and 322 and the ports 323 and 324 are connected to the main body 325 so as to face each other with the main body 325 interposed therebetween.
  • Light input to at least one of the ports 321 and 322 is output from each of the ports 323 and 324.
  • Light input to at least one of the ports 323 and 324 is output from each of the ports 321 and 322.
  • the fiber coupler 330 has a so-called 2 ⁇ 4 type configuration and includes six ports 331 to 336 and a main body 337.
  • the ports 331 and 332 and the ports 333 to 336 are connected to the main body 337 so as to face each other with the main body 337 interposed therebetween.
  • Light input to at least one of the ports 331 and 332 is output from each of the ports 333 to 336.
  • Light input to at least one of the ports 333 to 336 is output from each of the ports 331 and 332.
  • Optical fibers 311 and 312 are connected to the ports 321 and 322 of the fiber coupler 320, respectively.
  • Optical fibers 313 to 316 are connected to ports 333 to 336 of the fiber coupler 330, respectively.
  • the port 323 of the fiber coupler 320 and the port 331 of the fiber coupler 330 are connected by an optical fiber 317.
  • the port 324 of the fiber coupler 320 and the port 332 of the fiber coupler 330 are connected by an optical fiber 318.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 of the processing apparatus 100 is input to the port 321 of the fiber coupler 320 through the optical fiber 311.
  • the light input to the port 321 is output from the ports 323 and 324 and input to the ports 331 and 332 of the fiber coupler 330 through the optical fibers 317 and 318.
  • the light input to the ports 331 and 332 is output from the ports 333 to 336 and irradiated onto the measurement object S through the optical fibers 313 to 316 and the lens unit 220.
  • a part of the light reflected by the surface of the measuring object S is input to the ports 333 to 336 of the fiber coupler 330 through the lens unit 220 and the optical fibers 313 to 316.
  • the light input to the ports 333 to 336 is output from the ports 331 and 332 and input to the ports 323 and 324 of the fiber coupler 320 through the optical fibers 317 and 318.
  • Light input to the ports 323 and 324 is output from the ports 321 and 322.
  • the light output from the port 322 is guided to the spectroscopic unit 130 through the optical fiber 312. Thereby, a displacement measurement process is performed.
  • the display unit 160 includes a display such as a 7-segment display or a dot matrix display.
  • the display unit 160 is provided in the housing 110 of the processing apparatus 100 and is connected to the arithmetic processing unit 150.
  • the display unit 160 displays a numerical value such as a measurement distance calculated by the displacement measurement process of the arithmetic processing unit 150.
  • the control device 400 is constituted by a personal computer, for example, and is connected to the arithmetic processing unit 150 of the processing device 100.
  • the control device 400 includes a display device 401, an operation unit 402, a CPU (Central Processing Unit) 403 and a memory 404.
  • the display device 401 includes, for example, a liquid crystal display panel or an organic EL (electroluminescence) panel.
  • the display device 401 can display a light reception signal waveform (light reception waveform W0) as indicated by a solid line in FIG. 4 to be described later, in addition to numerical values such as a measurement distance calculated by the displacement measurement processing of the arithmetic processing unit 150. Is possible.
  • the operation unit 402 includes a pointing device such as a mouse and a keyboard.
  • the CPU 403 is configured to be operable in a measurement mode and a confirmation mode described later.
  • the CPU 403 may be set with a reference range for quality determination with respect to the measurement distance of the measurement object S.
  • a determination result for example, “OK”
  • a determination result for example, “NG”
  • the memory 404 stores a displacement measurement program and various data used for displacement measurement.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation principle of the confocal displacement meter 500.
  • the light output from the single optical fiber (optical fiber 313 in this example) to the measuring head 200 is generally used.
  • the operating principle of the confocal displacement meter will be described first.
  • the light output from the optical fiber 313 passes through the refractive lens 221 and the diffractive lens 222.
  • chromatic aberration occurs in the light.
  • the light in which chromatic aberration has occurred passes through the objective lens 223 and is focused at a different position for each wavelength. For example, light having a short wavelength is focused at a position close to the objective lens 223, and light having a long wavelength is focused at a position far from the objective lens 223.
  • a range between the in-focus position P1 closest to the objective lens 223 and the in-focus position P2 farthest from the objective lens 223 is the measurement range MR.
  • the refractive lens 221 has a convex shape
  • the diffractive lens 222 has a concave shape. In this case, chromatic aberration generated in the light is increased. Thereby, the measurement range MR can be enlarged.
  • the optical fiber 313 includes a core 310a and a clad 310b (see FIG. 3 described later).
  • the tip portion of the optical fiber 313 functions as a spatial filter having a minute pinhole. Therefore, most of the light reflected by the surface of the measuring object S is not input to the optical fiber 313.
  • the measurement distance is a distance from a predetermined reference position RP to the position of the surface of the measurement object S.
  • the reference position RP is the position of the end of the casing 210 that is closest to the measurement object S.
  • the light input to the optical fiber 313 is guided to the processing apparatus 100 shown in FIG. 1 and dispersed by the diffraction grating 131 and focused by the lens 133 at different positions for each wavelength.
  • the plurality of pixels of the light receiving unit 140 are respectively arranged at the in-focus positions of a plurality of lights that differ for each wavelength. Therefore, each pixel of the light receiving unit 140 receives light having a wavelength associated with the pixel and outputs a light reception signal.
  • the wavelength of the received light can be specified by specifying the position of the pixel of the light receiving unit 140 that outputs the light reception signal.
  • the measurement distance can be specified by specifying the wavelength of the received light.
  • the above is the description of the operation principle of a general confocal displacement meter.
  • light that is focused at a position different from the position of the surface of the measurement object S may be input to the optical fiber 313 due to irregular reflection of light on the surface of the measurement object S. In this case, a measurement error with a degree larger than the roughness of the surface of the measurement object S occurs at the measurement distance specified by the processing apparatus 100.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the arrangement of the optical fibers 313 to 316 of the fiber unit. As shown in FIG. 3, in the fiber unit 301, the four optical fibers 313 to 316 are integrally held by the holding member 302.
  • Each optical fiber 313 to 316 includes a core 310a and a clad 310b.
  • the core 310a is covered with a clad 310b.
  • Light input to one end of the core 310a of the optical fibers 313 to 316 is output from the other end of the core 310a.
  • the optical fibers 311, 312, 317 and 318 have the same configuration as the optical fibers 313 to 316.
  • the optical fiber of the fiber unit 301 is preferably arranged symmetrically with respect to the optical axis of the lens unit 220.
  • the center of the fiber unit 301 is disposed on the optical axis of the optical system 220, and the core 310 a (optical axis) of each of the optical fibers 313 to 316 is symmetric with respect to the optical axis of the lens unit 220.
  • the core 310a (optical axis) of each of the optical fibers 313 to 316 is separated from the center of the fiber unit 301, that is, the optical axis of the lens unit 220 by substantially the same distance.
  • the core 310a of each of the optical fibers 313 to 316 is disposed at a position approximately equidistant from the optical axis of the lens unit 220, so that the lens unit 220 for generating aberrations along the optical axis direction.
  • the optical axis not only means the optical axis when the optical axes of the refractive lens 221, the diffractive lens 222, and the objective lens 223 substantially match, but also the refractive lens 221, the diffractive lens 222, and It may mean any one or more optical axes of the objective lens 223.
  • the behavior of light output from the optical fibers 314 to 316 is the same as the behavior of light output from the optical fiber 313 described above. Therefore, light is irradiated from the measuring head 200 to the four portions of the surface of the measuring object S.
  • the optical fibers 313 to 316 are arranged so as to be positioned at four corners of a square.
  • the diameter L1 of each core 310a is preferably 200 ⁇ m or less, and more preferably 50 ⁇ m or less. In this case, since the four optical fibers 313 to 316 are arranged close to each other, the user recognizes that one portion of the surface of the measurement object S is irradiated with light.
  • the distance L2 between the centers of adjacent cores 310a is preferably at least three times the diameter L1.
  • the light reflected while focusing on a part of the surface of the measurement object S passes through the pinholes of the optical fibers 313 to 316 corresponding to the part. It passes through and hardly passes through pinholes of other optical fibers 313 to 316 that do not correspond to the part as disturbance light.
  • the distance L2 between the centers of the adjacent cores 310a is more preferably not less than 5 times and not more than 10 times the diameter L1.
  • the distance L2 is not less than 5 times and not more than 10 times the diameter L1
  • the light reflected while focusing on a part of the surface of the measurement object S is not affected by the part as disturbance light. Passing through the pinhole is further suppressed.
  • the plurality of lights are not greatly separated, they can pass near the center of the lens unit 220. Therefore, almost no aberration such as coma that lowers the measurement accuracy occurs.
  • the diameter L1 is, for example, 50 ⁇ m
  • the distance L2 is, for example, 250 ⁇ m.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the wavelength of the light received by the light receiving unit 140 and the intensity of the received light signal.
  • the horizontal axis in FIG. 4 indicates the wavelength of the received light, and the vertical axis indicates the intensity of the received light signal.
  • the horizontal axis of FIG. 4 and FIGS. 7 to 9 described later corresponds to the pixel position of the light receiving unit 140.
  • the waveforms of the received light signals (hereinafter referred to as received light waveforms) W1 to W4 of the light input to the optical fibers 313 to 316 are virtually separated, and are dotted lines, one-dot chain lines, two-dot chain lines. And indicated by dashed lines, respectively.
  • the peak wavelengths of the received light waveforms W1 to W4 (hereinafter referred to as peak wavelengths) are ⁇ 1 to ⁇ 4, respectively.
  • the peak wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 4 of the plurality of received light waveforms W1 to W4 are different from each other due to irregular reflection on the surface of the measurement object S.
  • the averaging process means a process for generating an average signal corresponding to the average intensity for each wavelength for a plurality of lights that have passed through a plurality of pinholes.
  • the averaging process is an integration process.
  • the optical signal that has passed through each pinhole is mixed while passing through the fiber coupler 330, the optical fibers 317 and 318, the fiber coupler 320, and the optical fiber 312. Thereafter, the mixed optical signal is converted into an electric signal by the light receiving unit 140 through the spectroscopic unit 130. That is, in this example, the averaging process is performed in the state of the optical signal.
  • the light reception waveform W0 corresponding to the light received by the light receiving unit 140 is indicated by a solid line.
  • the peak wavelength of the received light waveform W0 is ⁇ 0.
  • the peak wavelength ⁇ 0 is closer to the peak wavelength corresponding to the true measurement distance than the peak wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 4.
  • the true measurement distance is a measurement distance that should be specified when light irregular reflection does not occur. Therefore, the measurement distance can be specified more accurately by specifying the peak wavelength ⁇ 0 of the received light waveform W0.
  • FIGS. 5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing the configuration of the projecting unit 120, respectively.
  • the light projecting unit 120 includes a light source 121, a phosphor 122, a ferrule 123, a lens 124, a holder 125, a filter element 126, and an element holder 127.
  • the element holder 127 includes a light source fixing part 127A, a ferrule fixing part 127B, and a lens fixing part 127C.
  • the light source 121, the ferrule 123, and the lens 124 are respectively fixed to the light source fixing portion 127A, the ferrule fixing portion 127B, and the lens fixing portion 127C of the element holder 127.
  • the light source 121 is a laser light source that emits light of a single wavelength.
  • the light source 121 emits blue or ultraviolet light having a wavelength of 450 nm or less.
  • Phosphor 12 2 absorbs excitation light in the blue region or ultraviolet region and emits fluorescence in a wavelength region different from the wavelength region of the excitation light.
  • the phosphor 122 may emit yellow region fluorescence, green region fluorescence, or red region fluorescence.
  • the phosphor 122 may be composed of a plurality of fluorescent members.
  • the ferrule 123 holds the end of the optical fiber 311 of the light guide unit 300 in FIG.
  • the lens 124 is disposed between the light source 121 and the ferrule 123.
  • One end face of an annular holder 125 is attached to the end of the ferrule 123 (optical fiber 311).
  • the phosphor 122 is accommodated in the inner periphery of the holder 125.
  • a filter element 126 is attached to the other end surface of the holder 125 so as to cover the phosphor 122 in the holder 125.
  • the filter element 126 is a reflective filter that reflects light in the yellow region, green region, or red region and transmits light in the blue region or ultraviolet region.
  • the light emitted from the light source 121 passes through the lens 124 and is condensed on the phosphor 122 as excitation light.
  • the phosphor 122 absorbs excitation light and emits fluorescence.
  • the excitation light that is transmitted without being absorbed by the phosphor 122 and the fluorescence from the phosphor 122 are mixed, thereby generating light in a wide wavelength band.
  • the thickness of the phosphor 122 in the optical path direction is formed to be 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, for example.
  • the concentration of the phosphor 122 in the holder 125 is, for example, 30% to 60%.
  • the light generated in the light projecting unit 120 is input to the optical fiber 311 by passing through the ferrule 123.
  • the fluorescence emitted by the phosphor 122 in the direction opposite to the optical fiber 311 is reflected by the filter element 126 in the direction of the optical fiber 311. Thereby, fluorescence can be efficiently input into the optical fiber 311.
  • the phosphor 122 is accommodated in the holder 125, but the present invention is not limited to this.
  • the phosphor 122 may be applied to the end face of the ferrule 123.
  • the light projecting unit 120 does not include the holder 125.
  • the light projection part 120 contains the filter element 126, this invention is not limited to this. When sufficient fluorescence is input to the optical fiber 311, the light projecting unit 120 may not include the filter element 126.
  • the storage unit 151 of the arithmetic processing unit 150 in FIG. 1 stores in advance a conversion formula between the pixel position of the light receiving unit 140, the peak wavelength ⁇ 0 of the received light reception waveform W0, and the measurement distance. Has been.
  • the control unit 152 of the arithmetic processing unit 150 specifies the position of the pixel that outputs the light reception signal, and based on the position of the specified pixel and the conversion formula stored in the storage unit 151, the peak wavelength ⁇ 0 of the light reception waveform W0 and The measurement distance is calculated sequentially. Thereby, the thickness, distance, or displacement of the measuring object S can be measured.
  • the control unit 152 performs the removal of the base waveform and the correction of the temperature characteristics of the light receiving unit 140 described below in order to calculate the measurement distance more accurately.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of light reflected by a portion different from the measurement object S.
  • light directly reflected by the refractive lens 221 of the lens unit 220 is input to the optical fibers 313 to 316.
  • Such light includes an unnecessary component without including a component indicating the measurement distance.
  • FIG. 7 is a diagram showing a received light waveform W0 including unnecessary components.
  • the received light waveform W0 includes three peaks P0, Px, and Py.
  • the peak P0 is generated by light reflected from the surface of the measurement object S.
  • the peak P0 has a steep shape, and the peak wavelength is ⁇ 0.
  • the peak Px is generated by light reflected from a portion different from the measurement object S.
  • the peak Px has a smooth shape, and the peak wavelength is ⁇ x.
  • the peak Py is generated by light from the light source 121 (FIG. 5) having an oscillation wavelength ⁇ y reflected from a portion different from the measurement object S.
  • the peak Py has a steep shape, and the peak wavelength is ⁇ y.
  • the intensity of the excitation light emitted from the light source 121 which is a laser light source, is large, light having a wavelength component corresponding to the excitation light is not used as measurement light.
  • the peak wavelength ⁇ x is relatively close to the peak wavelength ⁇ 0, and the width of the peak Px is wide. Therefore, the peak P0 is buried in the peak Px. In this case, it is difficult to accurately specify the peak wavelength ⁇ 0. Therefore, correction for removing a portion (hereinafter referred to as a base waveform BL) caused by the peak Px from the received light waveform W0 is performed.
  • a base waveform BL a portion caused by the peak Px from the received light waveform W0
  • FIG. 8 is a diagram showing a base waveform BL of the received light waveform W0.
  • the control unit 152 obtains the base waveform BL of FIG. 8 by applying a low-pass filter process for identifying the peak Px and the peak P0 to the received light waveform W0.
  • the method of acquiring the base waveform BL is not limited to the above method, and data indicating the base waveform BL may be stored in advance in the storage unit 151 of FIG. In this case, the control unit 152 corrects the light reception waveform W0 so as to remove the base waveform BL from the light reception waveform W0 of FIG. 7 based on the acquired base waveform BL of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing the received light waveform W0 from which the base waveform BL has been removed.
  • the peak wavelength ⁇ 0 is slightly shifted to the shorter wavelength side than the peak wavelength ⁇ 0 of FIG.
  • the peak wavelength ⁇ 0 can be specified more accurately.
  • the measurement distance can be calculated more accurately.
  • the portion caused by the peak Py of the received light waveform W0 does not affect the accurate identification of the peak wavelength ⁇ 0, and therefore is not removed from the received light waveform W0.
  • the present invention is not limited to this, and a process for removing a portion caused by the peak Py from the received light waveform W0 may be performed.
  • (B) Correction of temperature characteristics of light receiving unit As described above, light having a specific wavelength is received by the pixels of the light receiving unit 140 associated with the wavelength. However, due to a change in the position of the light receiving surface of the light receiving unit 140 or a change in the inclination of the light receiving surface accompanying a change in ambient temperature, light having a specific wavelength may be received by a pixel different from the associated pixel. . In this case, the measurement distance cannot be calculated accurately. Therefore, correction of the temperature characteristics of the light receiving unit 140 described below is performed.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a path of light guided to the light receiving unit 140.
  • 0th-order light that is specularly reflected by the diffraction grating 131 is guided to the light receiving unit 140 in addition to the first-order light that is split by the diffraction grating 131.
  • primary light is indicated by a solid line
  • zero-order light is indicated by an alternate long and short dash line. The zero-order light is not used for calculation of the measurement distance.
  • FIG. 11 is a diagram showing a light reception waveform W0 of light guided to the light receiving unit 140 of FIG.
  • the horizontal axis of FIG. 11 indicates the pixel position of the light receiving unit 140, and the vertical axis indicates the intensity of the received light signal.
  • the received light waveform W0 includes a portion corresponding to the primary light and a portion corresponding to the zero-order light.
  • the portion of the light reception waveform W0 corresponding to the primary light includes three peaks P0, Px, and Py.
  • the portion of the received light waveform W0 corresponding to the 0th order light includes one peak Pz.
  • the position of a pixel where the center of at least one of the peaks Px, Py, and Pz should appear is stored in advance as a reference position.
  • the control unit 152 is the storage unit 1
  • the positions of the peaks Px to Pz corresponding to the reference position stored in 51 are specified.
  • the control unit 152 calculates the position shift of the pixel by comparing the positions of the specified peaks Px to Pz with the reference position, and corrects the position of the received light waveform W0 based on the calculated position shift of the pixel.
  • the received light waveform W0 after the position is corrected is indicated by a dotted line.
  • an interval between pixels where the centers of at least two peaks Px, Py, and Pz should appear is stored in advance as a reference interval.
  • the control unit 152 identifies the interval between the peaks Px to Pz corresponding to the reference interval stored in the storage unit 151.
  • the control unit 152 calculates the deviation of the pixel interval by comparing the interval between the specified peaks Px to Pz and the reference interval, and corrects the shape of the received light waveform W0 based on the calculated deviation of the pixel interval.
  • the correction of the temperature characteristics of the light receiving unit 140 only one of the correction of the position of the received light waveform W0 based on the shift of the pixel position and the correction of the shape of the received light waveform W0 based on the shift of the pixel interval may be performed. Both may be done.
  • the correction of the temperature characteristics of the light receiving unit 140 is performed prior to the removal of the base waveform BL. By specifying the peak P0 of the received light waveform W0 after the correction is performed, the measurement distance can be calculated more accurately.
  • the user first fixes the measurement object S on the mounting table for displacement measurement. Thereafter, the user roughly positions the measuring head 200 with respect to the measuring object S so that the light emitted from the measuring head 200 strikes the measuring object S.
  • the measuring head 200 is fixed in a desired posture at a user's desired position by a clamp member or the like.
  • FIG. 12 is a diagram showing a display example of the display device 401 of the control device 400 in the initial state.
  • a first display area 410 and a second display area 450 are set in the display device 401.
  • nothing is displayed in the first display area 410.
  • a light reception confirmation button 451, a confirmation setting button 452, a confirmation end button 453, and a measurement start button 454 are displayed.
  • the user operates the light reception confirmation button 451 using the operation unit 402 of FIG. 1 in order to adjust the position and orientation of the measurement head 200 more appropriately.
  • the CPU 403 is switched from the measurement mode to the confirmation mode.
  • the CPU 403 In the confirmation mode, the CPU 403 generates change information at a constant cycle, and the generated change information is displayed in the first display area 410. Specific contents and display examples of the change information will be described later.
  • the user can position the measuring head 200 more appropriately by finely adjusting the position and posture of the measuring head 200 while checking the change information.
  • the user operates the confirmation end button 453 using the operation unit 402 of FIG. Thereby, the operation mode of the CPU 403 is switched from the confirmation mode to the measurement mode. Thereafter, the user can measure the displacement of the measurement object S by operating the measurement start button 454.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of the measurement result displayed in the first display area 410 of FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a received light waveform displayed in the first display area 410 of FIG.
  • a numerical value indicating the displacement measurement result is displayed in the first display area 410 and a switching button 491 is displayed.
  • the received light waveform acquired at the present time is displayed in the first display area 410 and a switching button 491 is displayed.
  • the user can switch the display state of the first display area 410 to the display state of the received light waveform of FIG. 14 by operating the switch button 491 of FIG. 13 using the operation unit 402 of FIG. Further, the user switches the display state of the first display area 410 to the display state of the measurement result by the numerical value of FIG. 13 by operating the switch button 491 of FIG. 14 using the operation unit 402 of FIG. Can do.
  • the CPU 403 determines the suitability of the position and orientation of the measurement head 200 based on whether the peak value of the light reception signal is higher than a certain threshold during the light reception confirmation process in the confirmation mode (hereinafter, referred to as “reception light”).
  • the determination result can be displayed on the display device 401 together with the change information. Further, the CPU 403 can use only peaks within a certain wavelength range for the above-described suitability determination. Further, the CPU 403 can display the change information on the display device 401 in various modes.
  • Various information including a threshold value for suitability determination, a wavelength range for suitability determination, and a display mode used in the light reception confirmation process are stored as setting information in the memory 404 of FIG.
  • the user can store desired setting information in the memory 404 by operating the confirmation setting button 452 in FIG. 12 and inputting the information using the operation unit 402 in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of an input screen for setting information displayed in the first display area 410 of FIG.
  • two input fields 461 and 462 and two display mode buttons 463 and 464 are displayed in the first display area 410.
  • One input field 461 is used for the user to specify a threshold value for determination of suitability.
  • the other input field 462 is used by the user to specify the wavelength range for suitability determination.
  • the display mode buttons 463 and 464 are for the user to select whether to display the change in the peak value of the received light amount from the time point before the current time to the current time as the change information, for example, in a dot plot graph or a waveform graph. Used for.
  • the threshold for determining suitability may be set to a different value for each of a plurality of wavelength ranges.
  • a plurality of input fields for inputting a plurality of threshold values respectively corresponding to a plurality of wavelength ranges may be displayed.
  • the threshold value for determining the suitability may be stored in the memory 404 in advance by the manufacturer of the confocal displacement meter 500.
  • 16 to 21 are diagrams showing examples of change information displayed in the first display area 410 of FIG. 12 by the light reception confirmation process.
  • change information the peak value of the received light signal acquired at the present time (hereinafter referred to as the current peak value), the peak value of the received light signal acquired from the start of the received light confirmation process to the current time.
  • a dot plot graph showing changes in the peak value of the received light signal from the start of the light reception confirmation process to the present time.
  • the determination result of the suitability of the position and orientation of the measuring head 200 is displayed.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates the intensity of the received light signal.
  • the peak value of the received light signal acquired by the control unit 152 at a fixed period after the start of the received light confirmation process is displayed in dots, and the threshold value for determining appropriateness is indicated by a dotted line. Indicated.
  • the peak value display cycle and the horizontal axis scale may be set by the user.
  • the past maximum peak value and the dot corresponding to the peak value are highlighted.
  • the user can easily recognize the change over time of the peak value of the received light signal by visually recognizing the display device 401, so that the position and orientation of the measuring head 200 can be obtained so that a higher peak can be obtained. Can be adjusted.
  • the position / orientation suitability determination result is displayed.
  • the position / orientation suitability determination result is displayed as “OK” when the peak value of the received light signal exceeds the threshold value, and as “NG” when the peak value of the received light signal does not exceed the threshold value.
  • the position / orientation suitability determination result is displayed as “OK”, the user is prompted to finish the adjustment.
  • the threshold for displaying “OK” or “NG” of the position / orientation suitability determination result may be the same as the threshold for suitability setting set on the screen of FIG. It may be a threshold value.
  • the position / orientation suitability determination result may be determined to be “OK” if the current position / orientation suitability is better than the past.
  • the position / orientation suitability determination result indicates that the current position / orientation suitability is better than the past position / orientation and higher than the minimum range in which the confocal displacement meter 500 can measure the measurement object S. “OK” may be displayed.
  • the position / orientation suitability determination result notifies the user of the end of the adjustment and prompts the displacement measurement step when entering a range that will not affect the measurement accuracy even if further adjustments are made. .
  • the current peak value and the past maximum peak value are displayed as the change information. Further, as the change information, a waveform graph including the current received light waveform and the received light waveform when the past maximum peak value is obtained is displayed. Furthermore, the suitability determination result of the position and orientation of the measuring head 200 is displayed.
  • the horizontal axis indicates the wavelength of light received by the light receiving unit 140
  • the vertical axis indicates the intensity of the received light signal.
  • the light reception waveform when the past maximum peak value is obtained is indicated by a one-dot chain line
  • the current light reception waveform is indicated by a solid line.
  • the wavelength indicated by the horizontal axis of the waveform graph of FIG. 18 corresponds to the distance between the measurement target S and the measurement head 200 in the optical axis direction of the measurement head 200. Therefore, the user can recognize the positional relationship between the measurement object S and the measurement head 200 in the optical axis direction of the measurement head 200 by visually recognizing the current received light waveform. Thereby, the user can easily adjust the position of the measurement head 200 so that the peak wavelength of the received light signal falls within the wavelength range corresponding to the measurement range MR of FIG.
  • FIG. 19 is the same as the example of FIG. 18 except for the following points.
  • a waveform graph including a current received light waveform and a plurality of received light waveforms acquired by the control unit 152 at a fixed period after the light reception confirmation process is started is displayed. Is done.
  • the horizontal axis indicates the wavelength of light received by the light receiving unit 140
  • the vertical axis indicates the intensity of the received light signal.
  • a plurality of light reception waveforms acquired in the past are indicated by dotted lines
  • the current light reception waveforms are indicated by solid lines.
  • FIG. 20 is the same as the example of FIG. 18 except for the following points.
  • a waveform graph including the current received light waveform and an envelope connecting the peaks of the plurality of received light waveforms acquired by the control unit 152 after the light reception confirmation process is started. Is displayed.
  • the horizontal axis indicates the wavelength of light received by the light receiving unit 140
  • the vertical axis indicates the intensity of the received light signal.
  • an envelope connecting the peaks of a plurality of light reception waveforms acquired in the past is indicated by a dotted line
  • the current light reception waveform is indicated by a solid line. Accordingly, the user can visually recognize the display device 401 and position the measuring head 200 so that the peak height of the current received light signal approaches or exceeds the highest point of the envelope indicated by the dotted line. And the posture can be adjusted.
  • the waveform graph of FIG. 18 is displayed together with the dot plot graph of FIG. In this case, the user can easily recognize the change with time of the peak of the received light signal and the change with time of the received light waveform.
  • the waveform graph of FIG. 17 may be displayed instead of the dot plot graph displayed on the left side of the first display area 410, and is displayed on the right side of the first display area 410.
  • the waveform graph of FIG. 19 or 20 may be displayed as a waveform graph.
  • FIG. 22 is a flowchart showing the displacement measurement process.
  • the CPU 403 in FIG. 1 executes the following displacement measurement process at a constant cycle when the power of the confocal displacement meter 500 is turned on. In the initial state, the CPU 403 is in the measurement mode. Further, it is assumed that the screen of FIG. 12 is displayed on the display device 401.
  • the CPU 403 determines whether or not a switch to the confirmation mode is instructed by operating the light reception confirmation button 451 of FIG. 12, for example (step S1).
  • the CPU 403 ends the displacement measurement process after performing a light reception confirmation process in step S20 described later.
  • the CPU 403 determines whether or not the confirmation mode setting is instructed by operating the confirmation setting button 452 in FIG. 12, for example (step S2).
  • the control unit 152 accepts the setting information in response to the operation of the operation unit 402 by the user (Step S11), and stores the accepted setting information in the memory 404 (Step S12). ), And the displacement measurement process is terminated.
  • step S2 determines whether or not the start of measurement is instructed by operating the measurement start button 454 in FIG. 12, for example (step S3). When the start of measurement is not instructed, the CPU 403 executes the process of step S1.
  • the CPU 403 acquires a light reception signal given from the control unit 152 (step S4).
  • the received light signal supplied from the control unit 152 is subjected to the removal of the base waveform and the correction of the temperature characteristics of the light receiving unit 140 by the control unit 152.
  • the memory 404 stores in advance conversion formulas for the pixel position of the light receiving unit 140, the peak wavelength of the received light reception waveform, and the measurement distance.
  • the CPU 403 calculates the displacement of the measurement object S based on the corrected light reception signal and the conversion formula stored in the memory 404 (step S5). Further, the CPU 403 displays the calculated displacement on the display device 401 (step S6). Thereafter, the CPU 403 determines whether or not the end of the measurement is instructed by the user operating the operation unit 402 in FIG. 1 (step S7).
  • the CPU 403 ends the displacement measurement process when the end of measurement is instructed, and executes the process of step S4 when the end of measurement is not instructed.
  • FIG. 23 and FIG. 24 are flowcharts showing the light reception confirmation processing of FIG. As described above, the light reception confirmation process of FIGS. 23 and 24 is executed when switching to the confirmation mode is instructed in step S1 of FIG.
  • the CPU 403 resets a timer (not shown) built in the control device 400 and starts counting (step S21). Further, the CPU 403 sets the value of the variable i indicating the number of received light signal acquisitions to 1 (step S22).
  • the CPU 403 acquires a light reception signal given from the control unit 152 (step S23).
  • the received light signal supplied from the control unit 152 is subjected to the removal of the base waveform and the correction of the temperature characteristics of the light receiving unit 140 by the control unit 152.
  • the CPU 403 stores the received light received waveform of the received light signal in the memory 404 as the first received light waveform, extracts the peak of the acquired received light received signal, and stores the peak value in the memory 404 as the first peak value.
  • Store step S24
  • the CPU 403 displays the first peak value stored in the memory 404 as the current peak value on the display device 401 (step S25).
  • the CPU 403 determines whether or not a predetermined period has elapsed from the process of step S21 based on the count of the timer (step S26). When the certain period has not elapsed, the CPU 403 executes a process of step S33 described later. On the other hand, when the fixed period has elapsed, the CPU 403 resets the timer and starts counting (step S27). The CPU 403 adds 1 to the value of the variable i (step S28).
  • the CPU 403 acquires a light reception signal output from the light receiving unit 140 (step S29).
  • the received light signal given from the control unit 152 is subjected to the removal of the base waveform and the correction of the temperature characteristics of the light receiving unit 140.
  • the CPU 403 stores the received light reception waveform of the received light reception signal in the memory 404 as the i th received light waveform, extracts the peak of the acquired light reception signal, and stores the peak value in the memory 404 as the i th peak value.
  • Store step S30.
  • the CPU 403 generates change information based on the i-th peak value and the received light waveform and the first to (i ⁇ 1) -th peak values and received light waveforms stored in the memory 404, and is generated.
  • the change information is displayed on the display device 401 (step S31).
  • the change information includes at least one of the first to (i ⁇ 1) -th peak values and the i-th peak value (current peak value).
  • the CPU 403 determines the suitability of the position and orientation of the measuring head 200 based on the threshold value stored in advance in the memory 404 as setting information, and displays the determination result on the display device 401 (step S32). Note that if the threshold value is not stored in the memory 404, the process of step S32 may be omitted.
  • the CPU 403 determines whether or not the end of the light reception confirmation process is instructed by operating the confirmation end button 453 of FIG. 12, for example (step S33).
  • the CPU 403 executes the process of step S26.
  • the CPU 403 ends the light reception confirmation process.
  • the change information includes a graph (see FIGS. 16 and 17) that shows a change over time in the peak value of the light reception signal
  • the CPU 403 stores the graph at the end of the light reception confirmation process in the storage unit 151. Also good.
  • the plurality of lights that have passed through the plurality of optical fibers 313 to 316 are guided to the spectroscopic unit 130 through the fiber coupler 330, the optical fibers 317 and 318, the fiber coupler 320, and the optical fiber 312. Therefore, the plurality of lights that have passed through the plurality of optical fibers 313 to 316 are combined into one light in the process of being guided to the spectroscopic unit 130. Thereby, the averaging process of a plurality of lights can be easily performed. Based on the light intensity after the averaging process, the controller 152 calculates the displacement of the measurement object S.
  • the light focused at a position different from the position of the surface of the measurement object S may pass through any one of the optical fibers 313 to 316 due to irregular reflection on the surface of the measurement object S.
  • the intensity for each wavelength is averaged for a plurality of lights that have passed through the plurality of optical fibers 313 to 316 in the averaging process.
  • a light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is canceled out.
  • the displacement error of the measurement object S to be measured can be reduced.
  • the tip portions of the optical fibers 313 to 316 function as pinholes. In this case, it is not necessary to arrange a plurality of pinholes separately. Thereby, the structure of the confocal displacement meter 500 can be made compact.
  • the clad 310b of each of the optical fibers 313 to 316 is a light shielding portion (pinhole member) and the core 310a is a pinhole.
  • a confocal optical system can be realized with a simple configuration.
  • a light shielding member provided with a plurality of pinholes on a light shielding plate may be disposed at the end of the optical fibers 313 to 316 on the measurement head 200 side.
  • the processing apparatus 100 and the measurement head 200 are provided separately and are optically connected by the light guide unit 300. Therefore, it becomes easy to use measurement using the measurement head 200 including the lens unit 220 that generates an appropriate chromatic aberration or the lens unit 220 having an appropriate focal length according to the shape or arrangement of the measurement object S. Thereby, the displacement of the measuring object S can be measured more easily.
  • the processing apparatus 100 and the measurement head 200 can be arranged apart from each other.
  • the measuring head 200 is not provided with mechanically driven parts, and there is no heat source. Therefore, the measurement head 200 can be arranged in various environments. Further, as will be described later, by forming the exposed portion of the measurement head 200 with glass, the measurement head 200 can be arranged in more various environments.
  • the light guide unit 300 preferably includes an optical fiber.
  • the light guide unit 300 preferably includes an optical fiber.
  • the phosphor 122 when the phosphor 122 is excited by laser light emitted from the light source 121 to generate light having a plurality of wavelengths, the light generated by using the optical fiber is efficiently used. Can be extracted well. Further, by using the optical fiber, the extracted light can be efficiently supplied to the measuring head 200.
  • the fiber coupler 330 is provided in the housing 210 of the measurement head 200, but the fiber coupler may be provided in a connector portion between the measurement head 200 and the optical fibers 313 to 316.
  • the fiber coupler 330 may be provided in a strong housing (connector portion) made of metal or the like, it is possible to prevent the measuring head 200 from being enlarged while fixing and protecting the fiber coupler 330.
  • the fiber coupler 330 may be provided in the vicinity of the connector portion.
  • the fiber coupler 320 is disposed on the processing apparatus 100 side, and the fiber coupler 330 is disposed on the measurement head 200 side.
  • the fiber couplers 320 and 330 are connected by optical fibers 317 and 318 having two cores 310a. According to this configuration, it is possible to improve the degree of design freedom for the arrangement of the fiber couplers 320 and 330 while suppressing the loss of the optical signal reflected from the measurement object S.
  • the light guide unit 300 includes two fiber couplers 320 and 330, but the present invention is not limited to this.
  • the light guide unit 300 may not include one or both of the fiber couplers 320 and 330.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a first modification of the light guide unit 300.
  • the light guide unit 300 does not include the optical fibers 317 and 318 and the fiber coupler 320 of FIG.
  • Optical fibers 311 to 316 are connected to ports 331 to 336 of the fiber coupler 330, respectively.
  • the fiber coupler 330 is provided outside the casing 110 of the processing apparatus 100, but may be provided inside the casing 110 of the processing apparatus 100. In the example of FIG. 25, the fiber coupler 330 is provided on the light guide unit 300 on the side close to the processing device 100, but may be provided in the vicinity of the measurement head measurement head 200 or in the connector unit.
  • only one fiber coupler is provided, and no fiber coupler is arranged in the measurement head 200, so that the measurement head 200 can be easily assembled.
  • the fiber coupler 330 By arranging the fiber coupler 330 on the processing apparatus 100 side having a larger accommodation space than the measurement head 200, it is possible to achieve both ease of assembly and reduction of light loss.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a second modification of the light guide unit 300.
  • the light guide unit 300 includes two fiber couplers 340 instead of the fiber coupler 330 of FIG.
  • Each fiber coupler 340 has a so-called 1 ⁇ 2 configuration, and includes three ports 341 to 343 and a main body 344.
  • the ports 341 and 342 and the port 343 are connected to the main body 344 so as to face each other with the main body 344 interposed therebetween.
  • Light input to at least one of the ports 341 and 342 is output from the port 343.
  • Light input to the port 343 is output from each of the ports 341 and 342.
  • Optical fibers 313 and 314 are connected to ports 341 and 342 of one fiber coupler 340, respectively.
  • Optical fibers 315 and 316 are connected to ports 341 and 342 of the other fiber coupler 340, respectively.
  • the port 323 of the fiber coupler 320 and the port 343 of one fiber coupler 340 are connected by an optical fiber 317.
  • the port 324 of the fiber coupler 320 and the port 343 of the other fiber coupler 340 are connected by an optical fiber 318.
  • the fiber coupler 320 is provided outside the casing 110 of the processing apparatus 100, but may be provided inside the casing 110 of the processing apparatus 100. Further, although the fiber coupler 340 is provided outside the measuring head 200, it may be accommodated in the connector portion of the measuring head 200.
  • two fiber couplers 340 are provided on the measurement head 200 side.
  • the design layout for providing the fiber coupler 340 in the measuring head 200 can be easily performed.
  • the loss of the light reflected from the measurement object S can be suppressed.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a third modification of the light guide unit 300.
  • the light guide unit 300 includes two fiber couplers 340 and 350 instead of the fiber couplers 320 and 330 of FIG.
  • the light guide unit 300 in FIG. 27 does not include the optical fiber 318 in FIG.
  • the fiber coupler 340 of FIG. 27 has the same configuration as the fiber coupler 340 of FIG.
  • the fiber coupler 350 has a so-called 1 ⁇ 4 type configuration, and includes five ports 351 to 355 and a main body portion 356.
  • the ports 351 to 354 and the port 355 are connected to the main body 356 so as to face each other with the main body 356 interposed therebetween.
  • Light input to at least one of the ports 351 to 354 is output from the port 355.
  • Light input to the port 355 is output from each of the ports 351 to 354.
  • Optical fibers 311 and 312 are connected to ports 341 and 342 of the fiber coupler 340, respectively.
  • Optical fibers 313 to 316 are connected to ports 351 to 354 of the fiber coupler 350, respectively.
  • a port 343 of the fiber coupler 340 and a port 355 of the fiber coupler 350 are connected by an optical fiber 317.
  • the optical couplers 320, 330, 340, and 350 are used to combine and branch light, but the present invention is not limited to this.
  • the fiber couplers 320, 330, 340, and 350 may not be used, and the light may be coupled and branched using a plurality of optical fibers 311 to 318 in which a plurality of cores 310a are fused together.
  • the fiber coupler 340 is provided outside the casing 110 of the processing apparatus 100, but may be provided inside the casing 110 of the processing apparatus 100. Further, although the fiber coupler 350 is provided outside the measuring head 200, it may be accommodated in the connector portion of the measuring head 200. Further, instead of the fiber coupler 340, an optical circulator may be used. Thereby, the loss of light can be reduced as compared with the case where the fiber coupler 340 is used.
  • the lens unit 220 includes the refractive lens 221 and the diffractive lens 222, but the present invention is not limited to this.
  • the lens unit 220 may not include one or both of the refractive lens 221 and the diffractive lens 222.
  • FIGS. 28A to 28D are views showing first to fourth modifications of the lens unit 220. FIG.
  • the lens unit 220 in the first modified example includes a diffractive lens 222 and an objective lens 223 without including the refractive lens 221 of FIG.
  • the lens unit 220 in the second modified example includes the diffractive lens 222 and the objective lens 223 without including the refractive lens 221 in FIG. 1, as in the first modified example.
  • the diffractive lens 222 and the objective lens 223 are disposed in the opposite positions to the positions of the diffractive lens 222 and the objective lens 223 in the first modification.
  • the lens unit 220 in the third modification includes a doublet lens 224 instead of the diffraction lens 222 in the first modification.
  • the lens unit 220 in the fourth modified example includes a doublet lens 224 in place of the diffractive lens 222 in the second modified example.
  • the lens unit 220 may be configured by, for example, a diffractive lens, a doublet lens, a GRIN (graded index) lens, a prism, or a combination thereof. According to the configuration of these lens units 220, chromatic aberration along the optical axis direction is generated in the light emitted from the light projecting unit 120, and the light having chromatic aberration is converged to irradiate the measurement object S. it can.
  • the glass lens may be a glass lens, a resin lens, or a lens in which glass is processed with resin.
  • the glass lens has high heat resistance.
  • the resin lens can be manufactured at low cost.
  • a lens in which glass is processed with a resin can be manufactured at a relatively low cost and has a relatively high heat resistance.
  • the lens closest to the measurement object S in the lens unit 220 is formed of glass.
  • the measuring head 200 is arranged in an environment where moisture or oil is present in a production line such as a factory. By forming the optical system of a portion such as a lens exposed to the outside of the measurement head 200 from glass, the oil resistance, water resistance, and contamination resistance of the measurement head 200 can be improved.
  • a portion of the optical system of the lens unit 220 that is exposed to the outside air is formed of glass.
  • the refractive lens 221, the diffractive lens 222, the objective lens 223, or the doublet lens 224 may be formed of resin instead of glass, and the portion of the lens unit 220 exposed to the outside air may be configured of glass.
  • a cover glass may be provided on the lower side of the diffraction lens 222 (on the measurement object S side).
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a modification of the light projecting unit 120.
  • the light projecting unit 120 in the modification includes a light source 121, a phosphor 122, a ferrule 123, lenses 124 and 128, and a reflecting member 129.
  • the lens 124 is disposed between the light source 121 and the reflecting member 129.
  • the lens 128 is disposed between the reflecting member 129 and the ferrule 123.
  • the phosphor 122 is applied to the reflecting surface of the reflecting member 129.
  • the light emitted from the light source 121 passes through the lens 124 and is condensed on the phosphor 122 applied to the reflecting member 129 as excitation light.
  • the phosphor 122 absorbs excitation light and emits fluorescence.
  • the excitation light that is transmitted without being absorbed by the phosphor 122 and the fluorescence from the phosphor 122 are mixed, thereby generating light in a wide wavelength band.
  • the generated light is reflected by the reflecting surface of the reflecting member 129 and guided to the ferrule 123 through the lens 128. As a result, light is input to the optical fiber 311. In this configuration, the degree of freedom of arrangement of the optical elements is increased. Therefore, it becomes easy to reduce the size of the light projecting unit 120.
  • the reflection member 129 may be configured to be rotatable or movable. Thereby, the phosphor 122 is cooled and heat generation can be suppressed. As a result, the intensity of light generated by the light projecting unit 120 can be further increased.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating a modification of the spectroscopic unit 130.
  • the diffraction grating 131 has a transmission type.
  • the light incident on the diffraction grating 131 is split so as to be transmitted at different angles for each wavelength.
  • the light dispersed by the diffraction grating 131 passes through the lens 133 and is focused on the pixel position of the light receiving unit 140 that differs for each wavelength.
  • FIG. 31 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal displacement meter according to the second embodiment of the present invention.
  • the light guide unit 300 of the confocal displacement meter 500 includes a plurality (four in this example) of fiber couplers 340 and a plurality (12 in this example) of optical fibers 311A to 311D and 312A to 312D. , 313 to 316.
  • the fiber coupler 340 of FIG. 31 has the same configuration as the fiber coupler 340 of FIG.
  • the optical fibers 311A to 311D are connected to the ports 341 of the four fiber couplers 340, respectively.
  • the optical fibers 312A to 312D are connected to the ports 342 of the four fiber couplers 340, respectively.
  • Optical fibers 313 to 316 are connected to the ports 343 of the four fiber couplers 340, respectively.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 is input to the optical fibers 311A to 311D.
  • Light output from the optical fibers 312A to 312D is guided to the spectroscopic unit 130.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 is input to the port 341 of each fiber coupler 340 through the optical fibers 311A to 311D.
  • the light input to each port 341 is output from the corresponding port 343 and irradiated onto the measurement object S through the corresponding optical fibers 313 to 316 and the measurement head 200.
  • a part of the light reflected by the surface of the measurement object S is input to each port 343 through the measurement head 200 and the optical fibers 313 to 316.
  • Light input to each port 343 is output from the corresponding ports 341 and 342.
  • the light output from each port 342 is guided to the spectroscopic unit 130 through the optical fibers 312A to 312D.
  • FIG. 32 is a diagram showing a configuration of the spectroscopic unit 130 of FIG. As shown in FIG. 32, the light output from the optical fibers 312 A to 312 D passes through the lens 132, becomes approximately parallel, and enters the diffraction grating 131. The light incident on the diffraction grating 131 is split so as to be reflected at different angles for each wavelength.
  • FIG. 33 is a diagram showing the light receiving unit 140 and the light receiving waveform of FIG.
  • the light receiving unit 140 includes an image sensor (two-dimensional line sensor) in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged.
  • the imaging element may be a multi-segment PD, a CCD camera, a CMOS image sensor, or another element.
  • the light receiving unit 140 includes four rectangular light receiving regions 141 to 144.
  • the light receiving regions 141 to 144 are arranged so as to be aligned in the width direction (direction orthogonal to the longitudinal direction). Each of the light receiving regions 141 to 144 functions as a one-dimensional line sensor.
  • Light that is output from the optical fibers 312A to 312D in FIG. 32 and split by the diffraction grating 131 passes through the lens 133, and is focused on a one-dimensional position that differs for each wavelength on the light receiving regions 141 to 144, respectively. Is done.
  • a light reception signal corresponding to the amount of received light is output to the arithmetic processing unit 150 from each pixel in each of the light receiving regions 141 to 144.
  • FIG. 33 (a) pixels that output a light receiving signal having the highest intensity in each of the light receiving regions 141 to 144 are indicated by white circles.
  • the horizontal axis indicates the wavelength of the received light
  • the vertical axis indicates the intensity of the received light signal.
  • the arithmetic processing unit 150 in FIG. 32 acquires received light waveforms W1 to W4 corresponding to the received light regions 141 to 144 as shown in FIG.
  • the arithmetic processing unit 150 performs an averaging process on the acquired light reception waveforms W1 to W4, thereby generating a light reception waveform W0 similar to the light reception waveform W0 of FIG.
  • the averaging process may be calculation of an average value, calculation of an integrated value, calculation of a weighted average value or another calculation value.
  • a desired average or integration can be performed in consideration of the intensities of a plurality of lights that have passed through the plurality of optical fibers 313 to 316.
  • the averaging process of the light reception waveform W0 is electrically performed, so that the light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is canceled out.
  • the measurement distance can be specified more accurately.
  • the abnormal value when there is an abnormal value in the optical signals of the optical fibers 312A to 312D, the abnormal value can be easily excluded and the displacement can be calculated.
  • the intensity of the received light signal corresponding to the light receiving area 143 in FIG. 33A is larger or smaller than the intensity of the received light signals corresponding to the other light receiving areas 141, 142, and 144.
  • the measurement head 200 is dirty or an abnormal value is detected due to the influence of stray light or the like. Accordingly, it is possible to calculate the displacement using the light reception signals corresponding to the other light reception regions 141, 142, and 144 without the light reception signal corresponding to the light reception region 143.
  • any calculation such as weighted integration can be performed as an averaging process when calculating the displacement.
  • the arrangement space of the light receiving unit 140 can be reduced.
  • an optical circulator may be used instead of each fiber coupler 340. Thereby, the loss of light can be reduced as compared with the case where the fiber coupler 340 is used.
  • FIG. 34 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal displacement meter 500 according to the first modification example of the second embodiment.
  • a confocal displacement meter 500 according to the first modification includes a plurality (four in this example) of spectroscopic units 130A to 130D, instead of the spectroscopic unit 130 and the light receiving unit 140 of FIG. A plurality (four in this example) of light receiving portions 140A to 140D are included.
  • Each of the spectroscopic units 130A to 130D has the same configuration as that of the spectroscopic unit 130 of FIG. 1 in the first embodiment.
  • Each of the light receiving portions 140A to 140D has the same configuration as that of the light receiving portion 140 in FIG. 1 in the first embodiment. Therefore, each of the light receiving units 140A to 140D is realized by a one-dimensional line sensor.
  • the light receiving units 140A to 140D are arranged so as to receive the light dispersed by the spectroscopic units 130A to 130D, respectively.
  • the light output from the optical fibers 312A to 312D is guided to the spectroscopic units 130A to 130D, respectively.
  • the light output from the optical fibers 312A to 312D passes through the lens 132 in FIG. 32 in the corresponding spectroscopic units 130A to 130D, and is approximately collimated and is incident on the diffraction grating 131.
  • the light incident on the diffraction grating 131 is split so as to be reflected at different angles for each wavelength.
  • the light split by the diffraction grating 131 passes through the lens 133 and is focused on the pixel positions of the light receiving units 140A to 140D that differ for each wavelength.
  • a light reception signal corresponding to the amount of received light is output to the arithmetic processing unit 150.
  • the arithmetic processing unit 150 generates a received light waveform W0 similar to the received light waveform W0 of FIG. 4 by electrically averaging the received light waveforms acquired from the light receiving units 140A to 140D. Thereby, the measurement distance is calculated.
  • the diffraction grating 131 and the lenses 132 and 133 in the plurality of spectroscopic units 130A to 130D may be realized by the common diffraction grating 131 and the lenses 132 and 133, respectively. That is, the light receiving regions 141 to 144 of the light receiving unit 140 in FIG. 33A may be realized by separate one-dimensional line sensors.
  • the plurality of light receiving portions 140A to 140D are independently arranged, it is possible to perform independent signal processing on the light received by each of the light receiving portions 140A to 140D. Thereby, it is possible to calculate the displacement from which noise is eliminated.
  • FIG. 35 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal displacement meter 500 according to a second modification in the second embodiment.
  • the confocal displacement meter 500 according to the second modified example includes a plurality of (two in this example) spectroscopic units instead of the spectroscopic unit 130, the light receiving unit 140, and the fiber coupler 340 of FIG. 130A, 130B, a plurality (two in this example) of light receiving units 140A, 140B, and a plurality (two in this example) of fiber couplers 320 are included.
  • the confocal displacement meter 500 according to the second modification does not include the optical fibers 311C, 311D, 312C, and 312D of FIG.
  • Each fiber coupler 320 has the same configuration as the fiber coupler 320 of FIG.
  • Optical fibers 311A and 311B are connected to the ports 321 of the two fiber couplers 320, respectively.
  • Optical fibers 312A and 312B are connected to the ports 322 of the two fiber couplers 320, respectively.
  • Optical fibers 313 and 314 are connected to ports 323 and 324 of one fiber coupler 320, respectively, and port 32 of the other fiber coupler 320 is connected.
  • 3 and 324 are connected to optical fibers 315 and 316, respectively.
  • the spectroscopic units 130A and 130B have the same configuration as the spectroscopic units 130A to 130D in FIG.
  • Each of the light receiving portions 140A and 140B has the same configuration as the light receiving portions 140A to 140D in FIG. Therefore, each light receiving part 140A, 140B is realized by a one-dimensional line sensor.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 is input to the optical fibers 311A and 311B.
  • Light output from the optical fibers 312A and 312B is guided to the spectroscopic units 130A and 130B, respectively.
  • the light dispersed by the spectroscopic units 130A and 130B is received by the light receiving units 140A and 140B, respectively.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 is input to the port 321 of each fiber coupler 320 through the optical fibers 311A and 311B.
  • the light input to each port 321 is output from the corresponding ports 323 and 324, and is irradiated onto the measurement object S through the corresponding optical fibers 313 to 316 and the measurement head 200.
  • a part of the light reflected by the surface of the measurement object S is input to the ports 323 and 324 through the measurement head 200 and the optical fibers 313 to 316.
  • Light input to the ports 323 and 324 is output from the corresponding ports 321 and 322.
  • the light output from each port 322 is guided to the corresponding spectroscopic units 130A and 130B through the corresponding optical fibers 312A and 312B.
  • the light input to the optical fibers 313 and 314 is mixed in the process until it is output from the optical fiber 312A.
  • the light input to the optical fibers 315 and 316 is mixed in the process until it is output from the optical fiber 312B.
  • intensity averaging processing (accumulation processing in this example) is performed on the light output from the optical fiber 312A and the light output from the optical fiber 312B.
  • the light output from the optical fibers 312A and 312B is substantially collimated by passing through the lens 132 as shown in FIG. 1 and incident on the diffraction grating 131 in the corresponding spectroscopic units 130A and 130B.
  • the light incident on the diffraction grating 131 is split so as to be reflected at different angles for each wavelength.
  • the light split by the diffraction grating 131 passes through the lens 133 and is focused on the pixel positions of the light receiving units 140A and 140B that are different for each wavelength.
  • a light reception signal corresponding to the amount of received light is output to the arithmetic processing unit 150 from each pixel of each of the light receiving units 140A and 140B.
  • the arithmetic processing unit 150 generates a light reception waveform W0 similar to the light reception waveform W0 of FIG. 4 by further averaging the light reception waveforms acquired from the light reception units 140A and 140B.
  • the received light waveform W0 is averaged optically and electrically. Thereby, the measurement distance is calculated.
  • optical fibers 313 and 316 facing each other across the center of the fiber unit 301 are connected to the ports 323 and 324 of the one fiber coupler 320, respectively.
  • optical fibers 314 and 315 facing each other across the center of the fiber unit 301 are connected to ports 323 and 324 of the other fiber coupler 320, respectively.
  • FIG. 36 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal displacement meter according to the third embodiment of the present invention.
  • the light guide unit 300 of the confocal displacement meter 500 includes one optical switch 360 instead of the two fiber couplers 320 and 330 in FIG. Further, the light guide unit 300 does not include the optical fibers 317 and 318 in FIG.
  • the optical switch 360 has a so-called 2 ⁇ 4 type configuration and includes six ports 361 to 366 and a main body 367.
  • the ports 361 and 362 and the ports 363 to 366 are connected to the main body 367 so as to face each other with the main body 367 interposed therebetween.
  • Optical fibers 311 to 316 are connected to ports 361 to 366 of the optical switch 360, respectively.
  • the light input to any one of the ports 361 and 362 can be output from any one of the ports 363 to 366.
  • Light input to any of the ports 363 to 366 can be output from any of the ports 361 and 362.
  • the control unit 152 of the arithmetic processing unit 150 switches the connection state between the ports 361 and 362 and the ports 363 to 366 every four periods t1 to t4 having the same length.
  • light input to the port 361 is output from the port 363, and light input to the port 363 is output from the port 362.
  • light input to the port 361 is output from the port 364, and light input to the port 364 is output from the port 362.
  • light input to the port 361 is output from the port 365, and light input to the port 365 is output from the port 362.
  • a period t4 after the period t3 the light input to the port 361 is output from the port 366, and the light input to the port 366 is output from the port 362.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 of the processing apparatus 100 is input to the port 361 of the optical switch 360 through the optical fiber 311 during the period t1.
  • the light input to the port 361 is output from the port 363 and irradiated onto the measurement object S through the optical fiber 313 and the lens unit 220.
  • a part of the light reflected by the surface of the measuring object S is input to the port 363 through the lens unit 220 and the optical fiber 313.
  • the light input to the port 363 is output from the port 362 and guided to the spectroscopic unit 130 through the optical fiber 312.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 of the processing apparatus 100 is input to the port 361 of the optical switch 360 through the optical fiber 311.
  • the light input to the port 361 is output from the port 364 and is applied to the measurement object S through the optical fiber 314 and the lens unit 220.
  • a part of the light reflected by the surface of the measuring object S is input to the port 364 through the lens unit 220 and the optical fiber 314.
  • the light input to the port 364 is output from the port 362 and guided to the spectroscopic unit 130 through the optical fiber 312.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 of the processing apparatus 100 is input to the port 361 of the optical switch 360 through the optical fiber 311.
  • the light input to the port 361 is output from the port 365 and is applied to the measurement object S through the optical fiber 315 and the lens unit 220.
  • a part of the light reflected by the surface of the measuring object S is input to the port 365 through the lens unit 220 and the optical fiber 315.
  • the light input to the port 365 is output from the port 362 and guided to the spectroscopic unit 130 through the optical fiber 312.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 of the processing apparatus 100 is transmitted through the optical fiber 31. 1 to the port 361 of the optical switch 360.
  • the light input to the port 361 is output from the port 366 and irradiated onto the measurement object S through the optical fiber 316 and the lens unit 220.
  • a part of the light reflected by the surface of the measuring object S is input to the port 366 through the lens unit 220 and the optical fiber 316.
  • the light input to the port 366 is output from the port 362 and guided to the spectroscopic unit 130 through the optical fiber 312.
  • FIG. 37 is a diagram showing a received light waveform acquired by the arithmetic processing unit 150.
  • the horizontal axis of each period in FIG. 37 indicates the wavelength of the received light, and the vertical axis indicates the intensity of the received light signal.
  • the arithmetic processing unit 150 acquires the received light waveforms W1 to W4 in the periods t1 to t4, respectively.
  • the arithmetic processing unit 150 performs an averaging process on the acquired light reception waveforms W1 to W4 to generate a light reception waveform W0 similar to the light reception waveform W0 of FIG.
  • the averaging process may be calculation of an average value, calculation of an integrated value, calculation of a weighted average value or another calculation value. It may be.
  • a desired average or integration can be performed in consideration of the intensities of a plurality of lights that have passed through the plurality of optical fibers 313 to 316.
  • the averaging process of the light reception waveform W0 is electrically performed, so that the light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is canceled out.
  • the peak wavelength ⁇ 0 of the received light waveform W0 the measurement distance can be specified more accurately.
  • the light receiving unit 140 may perform exposure during the period t1 to t4, and a light reception signal integrated during the exposure period from each pixel of the light receiving unit 140 may be output to the arithmetic processing unit 150.
  • the arithmetic processing unit 150 acquires the received light waveform W0 corresponding to the light on which the intensity averaging process (accumulation process in this example) has been performed. In this case, it is not necessary to perform an operation for performing the averaging process. Thereby, the displacement of the measuring object S can be calculated efficiently at high speed.
  • the light guide unit 300 includes the optical fiber, so that the confocal displacement meter 500 can be easily configured. According to this configuration, it becomes easy to branch and multiplex light using various optical components. Moreover, it becomes easy to mix light by connecting a plurality of optical fibers. Furthermore, propagation of optical signals between the processing apparatus 100 and the measurement head 200 is facilitated. Further, in the light projecting unit 120, the phosphor 122 is excited by the laser light emitted from the light source 121, and light having a plurality of wavelengths is generated. Therefore, the generated light is efficiently emitted using an optical fiber. can do.
  • the light guide unit 300 includes an optical fiber, and light is transmitted between the processing apparatus 100 and the measurement head 200 using the optical fiber.
  • the present invention is not limited to this.
  • the light guide unit 300 does not include an optical fiber, and light may be transmitted between the processing apparatus 100 and the measurement head 200 using optical elements such as a mirror and a half mirror.
  • FIG. 38 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal displacement meter according to another embodiment.
  • a path of light irradiated on only one part of the measurement object S is illustrated.
  • the illustration of the path of the light applied to the other three portions of the measurement object S is omitted, but the confocal displacement meter 500 in FIG. 38 includes four light sources 121 and Four spatial filters 372 and four spatial filters 373 corresponding to each are provided.
  • the light guide unit 300 includes a half mirror 371 and the above spatial filter 372 instead of the optical fibers 311 to 318 and the fiber couplers 320 and 330 shown in FIG. , 373.
  • Pin holes 372a and 373a are formed in the spatial filters 372 and 373, respectively.
  • the light emitted from the light projecting unit 120 passes through the pinhole 372a of the spatial filter 372 and then passes through the half mirror 371.
  • the light that has passed through the half mirror 371 is applied to the measurement object S through the lens unit 220.
  • a part of the light reflected by the surface of the measuring object S passes through the lens unit 220 and is reflected by the half mirror 371.
  • the light reflected by the half mirror 371 passes through the pinhole 373 a of the spatial filter 373 and is guided to the spectroscopic unit 130.
  • the light receiving unit 140 receives the light dispersed by the spectroscopic unit 130 and outputs a light reception signal.
  • the arithmetic processing unit 150 acquires the received light waveform W0 that has been subjected to the optical or electrical averaging process described in the above embodiment, based on the received light signal output from the light receiving unit 140. In this way, by performing the averaging process of the received light waveform W0 electrically or optically, the light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is canceled out. By specifying the peak wavelength ⁇ 0 of the received light waveform W0, the measurement distance can be specified more accurately.
  • the light projecting unit 120 in FIG. 5 or FIG. 29 emits light in a wide wavelength band by mixing excitation light from the light source 121 and fluorescence from the phosphor 122.
  • the invention is not limited to this.
  • the light projecting unit 120 may include a light source that emits light in a wide wavelength band, instead of the light source 121 and the phosphor 122.
  • the light projecting unit 120 may include an LED (light emitting diode) or a halogen lamp that emits white light as a light source.
  • the light projecting unit 120 emits light having a continuous wavelength of 500 nm to 700 nm, but the present invention is not limited to this.
  • the light projecting unit 120 may emit light in another wavelength band having a continuous wavelength.
  • the light projecting unit 120 may emit infrared region light having a continuous wavelength, or may emit ultraviolet region light having a continuous wavelength.
  • the processing apparatus 100 and the measuring head 200 are configured as separate bodies, but the present invention is not limited to this.
  • the processing apparatus 100 and the measurement head 200 may be integrally configured.
  • the confocal displacement meter 500 is configured to irradiate light on four portions of the surface of the measurement object S, but the present invention is not limited to this.
  • the confocal displacement meter 500 may be configured such that light is irradiated to two parts, three parts, or five or more parts of the surface of the measurement object S.
  • the number of optical fibers included in the fiber unit 301 is preferably 2 or more, and more preferably 4 or more.
  • the number of optical fibers of the fiber unit 301 is increased, the measurement accuracy can be further improved by the averaging process, while the outer diameter of the fiber unit 301 is increased. Therefore, the number of optical fibers may be determined according to the required measurement accuracy and the outer diameter of the fiber unit 301.
  • the fiber unit 301 is arranged so that the center thereof substantially coincides with the optical axis of the lens unit 220, but the present invention is not limited to this.
  • the center of the fiber unit 301 may be arranged away from the optical axis of the lens unit 220.
  • the plurality of optical fibers 313 to 316 are arranged so as not to overlap the center of the fiber unit 301, but the present invention is not limited to this.
  • one optical fiber may be disposed so as to overlap the center of the fiber unit 301, and a plurality of other fibers may be disposed around the optical fiber.
  • the optical fibers 313 and 315 may be disposed so as to be displaced by a half of the distance L2 in the arrangement direction of the optical fibers 313 and 315 from the positions of the optical fibers 313 and 315 in FIG.
  • the optical fibers 313 to 316 may be arranged so that the optical fiber 313 contacts the optical fibers 314 and 316 and the optical fiber 316 contacts the optical fibers 313 and 315.
  • the CPU 403 determines whether the position and orientation of the measuring head 200 are appropriate based on whether the peak value of the light reception signal is higher than a certain threshold value in the light reception confirmation process.
  • the CPU 403 determines whether or not the position and orientation of the measuring head 200 are appropriate based on whether or not the current peak value is higher than a predetermined ratio (hereinafter referred to as a threshold ratio) of the past maximum peak value. May be.
  • a threshold ratio may be settable by the user.
  • FIG. 39 is a diagram showing another example of the setting information input screen displayed in the first display area 410 of FIG.
  • the uppermost input field 461 is used for the user to specify a threshold ratio.
  • the input ratio is set as the threshold ratio.
  • FIG. 40 is a diagram illustrating an example of change information displayed in the first display area 410 of FIG. 12 by the light reception confirmation process in a state where the threshold ratio is set by the user.
  • a dot plot graph indicating the current peak value, the past maximum peak value, and the change in the peak value of the received light signal from the start of the light reception confirmation process to the present time is displayed.
  • the determination result of the suitability of the position and orientation of the measuring head 200 is displayed.
  • the threshold ratio set by the user is displayed as a percentage, and the threshold ratio value with respect to the current past maximum peak value is displayed as the intensity value of the received light signal. Also, in the dot plot graph of FIG. 40, the threshold value for suitability determination that changes each time the past maximum peak value is updated is indicated by a dotted line.
  • the threshold value or threshold ratio with respect to the intensity of the received light signal is displayed on the display device 401 in the received light confirmation process.
  • the threshold may not be displayed. Further, the threshold value display or non-display may be switched by an input from the operation unit 402.
  • the plot or waveform that fits within the screen is lower than the past maximum peak value due to the passage of time with adjustment, and the past maximum peak value outside the screen
  • an indicator indicating that the past maximum peak has occurred may be indicated in the intensity of the received light signal corresponding to the past maximum peak value.
  • the intensity of the light reception signal on the vertical axis may be normalized based on the current peak value or the past maximum peak value up to the present time. For example, when the past maximum peak value is 80, the vertical axis is configured so that 80 is positioned near the upper limit of the vertical axis of the received light intensity.
  • the vertical axis of the trend graph may be normalized so that 350 is positioned near the upper limit of the vertical axis of intensity.
  • the measurement object S is an example of the measurement object
  • the confocal displacement meter 500 is an example of the confocal displacement meter
  • the light projecting unit 120 is an example of the light projecting unit
  • the lens unit 220 Is an example of an optical member.
  • the tip portions of the optical fibers 313 to 316 or the pinhole 373a are examples of pinholes
  • the optical fibers 313 to 316 or the spatial filter 373 are examples of pinhole members
  • the processing device 100 and the light guide unit 300 are displacement measuring units. It is an example.
  • the spectroscopic units 130 and 130A to 130D are examples of the spectroscopic unit
  • the light receiving units 140 and 140A to 140D are examples of the light receiving unit
  • the arithmetic processing unit 150 is an example of the calculating unit
  • the optical fibers 313 to 316 are the first. This is an example of the optical fiber.
  • the optical switch 360 is an example of a switching unit
  • the core 310a is an example of a core
  • the processing device 100 is an example of a processing device
  • the measuring head 200 is an example of a head unit
  • the housings 110 and 210 are first ones. It is an example of 1st and 2nd housing
  • the light source 121 is an example of a light source
  • the fluorescent substance 122 is an example of a fluorescent substance.
  • the fiber couplers 320 and 330 and the optical fibers 312 to 318 are examples of combining units, and the fiber couplers 320 and 330 are examples of first and second fiber couplers, respectively.
  • 312 is an example of the second and third optical fibers
  • optical fibers 317 and 318 are examples of the fourth optical fiber.
  • the fiber coupler 330 and the optical fibers 312 to 316 are examples of the combining unit
  • the fiber coupler 330 is an example of the fiber coupler
  • the optical fibers 311 and 312 are the second and third optical fibers, respectively. It is an example.
  • the fiber couplers 320 and 340 and the optical fibers 312 to 318 are examples of combining units, and the fiber couplers 320 and 340 are examples of the first and second fiber couplers, respectively.
  • 312 is an example of the second and third optical fibers
  • optical fibers 317 and 318 are examples of the fourth optical fiber.
  • fiber couplers 340 and 350 and optical fibers 312 to 317 are examples of combining units
  • fiber couplers 340 and 350 are examples of first and second fiber couplers, respectively.
  • Reference numerals 312 and 317 are examples of the second to fourth optical fibers, respectively.
  • the fiber coupler 320 and the optical fibers 311A, 311B, 312A, 312B, and 313 to 316 are examples of combining units.
  • the present invention can be effectively used for various confocal displacement meters.

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Abstract

[課題]計測誤差を低減可能な共焦点変位計を提供する。[解決手段]複数の波長を有する光が投光部（１２０）により出射される。投光部（１２０）により出射された光には、レンズユニット（２２０）により光軸方向に沿った色収差が発生する。また、色収差を有する光がレンズユニット（２２０）により収束されて計測対象物（Ｓ）に照射される。レンズユニット（２２０）により計測対象物（Ｓ）に照射された光のうち、計測対象物（Ｓ）の表面で合焦しつつ反射された波長の光が複数のピンホールを通過する。複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号の波長ごとの信号強度に基づいて演算処理部（１５０）により計測対象物（Ｓ）の変位が算出される。

Description

共焦点変位計
　本発明は、広い波長帯域の光を用いた共焦点変位計に関する。
　計測対象物の表面の変位を非接触方式により計測する装置として、共焦点変位計が知られている。例えば、特許文献１には、計測対象物の表面の変位として所定の基準位置から計測対象物までの距離を計測するクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）システムが記載されている。特許文献１のＣＰＳは、２個の共焦点系の光路を有する。複数波長の光が各光路に入力され、いずれかの光路を通過した光が選択的に計測対象物に出力される。
　第１光路は、光軸方向における計測対象物の表面位置の近傍の異なった距離において異なる波長の光が焦点を結ぶように構成される。第１光路を通過した光は、計測対象物の表面で反射される。反射光のうち、空間的なフィルタとして第１経路に配置された開口部の位置で合焦した光のみが当該開口部を通過して波長検出器に導かれる。波長検出器により検出された光のスペクトルプロファイル（第１出力スペクトルプロファイル）は、計測距離を示す成分（距離依存性のプロファイル成分）を含むとともに、距離非依存性のプロファイル成分をも含む。
　第２光路は、計測対象物の表面位置の近傍の略同一距離において異なる波長の光が焦点を結ぶように構成される。第２光路を通過した光は、計測対象物の表面で反射される。反射光のうち、空間的なフィルタとして第２経路に配置された開口部の位置で合焦した光のみが当該開口部を通過して波長検出器に導かれる。波長検出器により検出された光のスペクトルプロファイル（第２出力スペクトルプロファイル）は、距離依存性のプロファイル成分を含まず、距離非依存性のプロファイル成分のみを含む。第２出力スペクトルプロファイルを用いて、第１出力スペクトルプロファイルについて、距離非依存性のプロファイル成分に関連する潜在的な計測誤差のための補正が行われる。
特開２０１３－１３０５８１号公報
　特許文献１記載のＣＰＳシステムにおいては、第１出力スペクトルプロファイルについて上記の補正が行われることにより、信頼性が向上される。具体的には、距離非依存性のプロファイル成分として、計測対象物の材料成分、光源に関連付けられる光源のスペクトルプロファイル成分または波長検出器に関連付けられる成分による計測誤差が低減される。しかしながら、共焦点変位計においては、計測対象物の表面の乱反射の影響により、表面の粗さよりも大きい度合いの計測誤差が発生する。特許文献１のＣＰＳシステムでは、このような計測誤差を低減することができない。
　本発明の目的は、計測誤差を低減可能な共焦点変位計を提供することである。
　（１）本発明に係る共焦点変位計は、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する共焦点変位計であって、複数の波長を有する光を出射する投光部と、投光部により出射された光に光軸方向に沿った色収差を発生させるとともに、色収差を有する光を収束さ
せて計測対象物に照射する光学部材と、光学部材により計測対象物に照射された光のうち、計測対象物の表面で合焦しつつ反射された波長の光を通過させる複数のピンホールを有するピンホール部材と、複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号の波長ごとの信号強度に基づいて計測対象物の変位を算出する変位計測部とを備える。
　この共焦点変位計においては、複数の波長を有する光が投光部により出射される。投光部により出射された光には、光学部材により光軸方向に沿った色収差が発生する。また、色収差を有する光が光学部材により収束されて計測対象物に照射される。光学部材により計測対象物に照射された光のうち、計測対象物の表面で合焦しつつ反射された波長の光がピンホール部材の複数のピンホールを通過する。複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号の波長ごとの信号強度に基づいて変位計測部により計測対象物の変位が算出される。
　計測対象物の表面での乱反射により、計測対象物の表面の位置とは異なる位置で合焦した光がいずれかのピンホールを通過することがある。そのような場合でも、上記の構成によれば、平均信号において複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度が平均される。それにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。その結果、共焦点変位計により計測される計測対象物の変位の誤差を低減することができる。
　（２）共焦点変位計は、第１の光ファイバを有し、第１の光ファイバの端部がピンホールであり、第１の光ファイバがピンホール部材であってもよい。この場合、ピンホールを第１の光ファイバと別個に配置する必要がない。これにより、共焦点変位計の構成をコンパクトにすることができる。また、複数のピンホールを通過した光を第１の光ファイバにより効率よく変位計測部に導くことができる。さらに、ピンホールを通過した光を変位計測部に導くための光路の構成の自由度が向上する。
　（３）投光部は、一端部および他端部を有する第２の光ファイバと、レーザ光源と、第２の光ファイバの一端部に配置され、レーザ光源により出射された光を吸収してレーザ光源により出射された光の波長とは異なる波長の光を放出する蛍光体とを含み、第２の光ファイバは、蛍光体が放出する光を一端部から受け付け、受け付けた光を他端部から第１の光ファイバに導いてもよい。
　この場合、レーザ光源および蛍光体により複数の波長を有する光を容易に生成することができる。また、生成された光を第２の光ファイバおよび第１の光ファイバを通して効率よく出射することができる。
　（４）第１の光ファイバは、複数設けられ、複数の第１の光ファイバの端部がそれぞれ複数のピンホールであってもよい。この場合、複数のピンホールを複数の第１の光ファイバと別個に配置する必要がない。これにより、共焦点変位計の構成をコンパクトにすることができる。また、複数のピンホールを通過した光を複数の第１の光ファイバをそれぞれ通して効率よく変位計測部に導くことができる。さらに、複数のピンホールを通過した光を変位計測部に導くための光路の構成の自由度が向上する。
　（５）変位計測部は、複数のピンホールを通過した複数の光を合成することにより一の合成光を生成する合成部と、合成部により合成された合成光を分光する分光部と、分光部により分光された光を受光し、合成部により合成された光について波長ごとの受光量を示す電気的な受光信号を平均信号として出力する受光部と、受光部から出力される平均信号に基づいて計測対象物の変位を算出する算出部とを含んでもよい。
　この場合、複数のピンホールを通過した複数の光が受光部により受光される前に合成部により合成されることにより、一の合成光が生成される。そのため、受光部から出力される波長ごとの受光量を示す電気的な受光信号は、複数の光についての波長ごとの強度が積算された平均信号となる。この構成によれば、平均信号を生成するための演算を行う必要がない。これにより、計測対象物の変位を高速で効率よく算出することができる。
　（６）合成部は、第１のファイバカプラと、第２のファイバカプラと、複数の第１の光ファイバと、第２の光ファイバと、第３の光ファイバと、第４の光ファイバとを含み、第２の光ファイバは、投光部により出射された光を第１のファイバカプラに導くように第１のファイバカプラに接続され、第４の光ファイバは、第１のファイバカプラと第２のファイバカプラとの間で光が伝送されるように第１および第２のファイバカプラに接続され、複数の第１の光ファイバの各々は、第２の光ファイバおよび第４の光ファイバにより第２のファイバカプラに導かれた光を光学部材に導くとともに、計測対象物の表面で合焦しつつ反射された光を第２のファイバカプラに導くように第２のファイバカプラに接続され、第３の光ファイバは、複数の第１の光ファイバおよび第４の光ファイバにより第１のファイバカプラに導かれた光を分光部に導くように第１のファイバカプラに接続されてもよい。
　この場合、投光部により出射された光が、第２の光ファイバ、第１のファイバカプラ、第４の光ファイバ、第２のファイバカプラおよび複数の第１の光ファイバを通して光学部材に導かれる。これにより、簡単な構成で投光部により出射された光に色収差を発生させつつ、光を収束させて計測対象物に照射することができる。また、計測対象物の表面で合焦しつつ反射された光が複数のピンホールを通過する。複数のピンホールを通過した複数の光は、複数の第１の光ファイバ、第２のファイバカプラ、第４の光ファイバ、第１のファイバカプラおよび第３の光ファイバを通して分光部に導かれる。そのため、複数のピンホールを通過した複数の光が、分光部に導かれる過程で一の光に合成される。これにより、平均信号を容易に生成することができる。
　（７）合成部は、ファイバカプラと、複数の第１の光ファイバと、第２の光ファイバと、第３の光ファイバとを含み、第２の光ファイバは、投光部により出射された光をファイバカプラに導くようにファイバカプラに接続され、複数の第１の光ファイバの各々は、第２の光ファイバによりファイバカプラに導かれた光を光学部材に導くとともに、計測対象物の表面で合焦しつつ反射された光をファイバカプラに導くようにファイバカプラに接続され、第３の光ファイバは、複数の第１の光ファイバによりファイバカプラに導かれ光を分光部に導くようにファイバカプラに接続されてもよい。
　この場合、投光部により出射された光が、第２の光ファイバ、ファイバカプラおよび複数の第１の光ファイバを通して光学部材に導かれる。これにより、簡単な構成で投光部により出射された光に色収差を発生させつつ、光を収束させて計測対象物に照射することができる。また、計測対象物の表面で合焦しつつ反射された光が複数のピンホールを通過する。複数のピンホールを通過した複数の光は、複数の第１の光ファイバ、ファイバカプラおよび第３の光ファイバを通して分光部に導かれる。そのため、複数のピンホールを通過した複数の光が、分光部に導かれる過程で一の光に合成される。これにより、平均信号を容易に生成することができる。
　（８）変位計測部は、複数のピンホールを通過した複数の光をそれぞれ分光する分光部と、分光部により分光された複数の光をそれぞれ受光し、複数のピンホールを通過した複数の光の各々について波長ごとの受光量を示す電気的な複数の受光信号を出力する受光部と、受光部から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算することにより波
長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて計測対象物の変位を算出する算出部とを含んでもよい。
　この場合、複数のピンホールを通過した複数の光にそれぞれ対応する複数の受光信号が受光部により出力される。受光部から出力される複数の受光信号が算出部により波長ごとに平均または積算されることにより平均信号が算出される。この構成によれば、平均信号の算出において、複数の光の強度を考慮した所望の平均または積算を行うことができる。これにより、計測対象物の変位をより正確に算出することができる。
　（９）変位計測部は、複数のピンホールを通過した複数の光を部分的に合成することにより複数の合成光を生成する合成部と、合成部により合成された複数の合成光をそれぞれ分光する分光部と、分光部により分光された複数の光をそれぞれ受光し、複数のピンホールを通過した複数の光の各々について波長ごとの受光量を示す電気的な複数の受光信号を出力する受光部と、受光部から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算することにより波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて計測対象物の変位を算出する算出部とを含んでもよい。
　この場合、複数のピンホールを通過した複数の光が受光部により受光される前に合成部により部分的に合成されることにより、複数の合成光が生成される。複数の合成光にそれぞれ対応する複数の受光信号が受光部により出力される。受光部から出力される複数の受光信号が算出部により波長ごとに平均または積算されることにより平均信号が算出される。この構成によれば、平均信号の算出において、複数の合成光の強度を考慮した所望の平均または積算を行うことができる。これにより、計測対象物の変位をより正確に算出することができる。
　（１０）変位計測部は、複数の光が計測対象物に順次照射されるように、光学部材により収束された光の計測対象物への照射と非照射とを切り替える切替部と、切替部により計測対象物に照射された後、複数のピンホールを順次通過した複数の光をそれぞれ分光する分光部と、分光部により分光された複数の光を単一の露光期間内に受光し、受光した光について波長ごとの受光量を示す電気的な受光信号を平均信号として出力する受光部と、受光部から出力される平均信号に基づいて計測対象物の変位を算出する算出部とを含んでもよい。
　この場合、複数のピンホールを順次通過した複数の光が単一の露光期間内に受光部により受光される。そのため、受光部から出力される波長ごとの受光量を示す電気的な受光信号は、複数の光についての波長ごとの強度が積算された平均信号となる。この構成によれば、平均信号を生成するための演算を行う必要がない。これにより、計測対象物の変位を効率よく算出することができる。
　（１１）変位計測部は、複数の光が計測対象物に順次照射されるように、光学部材により収束された光の計測対象物への照射と非照射とを切り替える切替部と、切替部により計測対象物に照射された後、複数のピンホールを順次通過した複数の光をそれぞれ分光する分光部と、分光部により分光された複数の光をそれぞれ受光し、複数のピンホールを通過した複数の光の各々について波長ごとの受光量を示す電気的な複数の受光信号を出力する受光部と、受光部から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算することにより波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて計測対象物の変位を算出する算出部とを含んでもよい。
　この場合、複数のピンホールを順次通過した複数の光にそれぞれ対応する複数の受光信号が受光部により出力される。受光部から出力される複数の受光信号が算出部により波長
ごとに平均または積算されることにより平均信号が算出される。この構成によれば、平均信号の算出において、複数の光の強度を考慮した所望の平均または積算を行うことができる。これにより、計測対象物の変位をより正確に算出することができる。
　（１２）第１の光ファイバは、投光部により出射された光を光学部材に導くように設けられてもよい。この場合、投光部により出射された光を第１の光ファイバにより効率よく光学部材に導くことができる。また、投光部により出射された光を光学部材に導くための光路の構成の自由度が向上する。
　（１３）共焦点変位計は、処理装置と、ヘッド部とをさらに備え、処理装置は、投光部、分光部、受光部および算出部を含むとともに、投光部、分光部、受光部および算出部を収容する第１の筐体をさらに含み、ヘッド部は、光学部材を含むとともに、光学部材を収容する第２の筐体をさらに含んでもよい。
　この場合、投光部、分光部、受光部および算出部を含む処理装置と光学部材を含むヘッド部とが別体的に設けられる。そのため、計測対象物の形状もしくは配置等に応じて適切な色収差を発生させる光学部材または適切な焦点距離を有する光学部材を含むヘッド部を用いることが容易になる。これにより、計測対象物の変位をより容易に計測することができる。
　（１４）第１の光ファイバの端部のピンホールは、ヘッド部内に設けられ、第１の光ファイバは、ヘッド部から処理装置に光を導くように配置されてもよい。この場合、処理装置をヘッド部から離間させつつ、ヘッド部のみを計測対象物が載置された種々の環境に配置することができる。
　（１５）複数のピンホールは、光路に交差する面内で並ぶように配置されてもよい。
　この場合、複数のピンホールは、計測対象物の表面の同一でない部分で反射された光を通過させる。そのため、平均信号において、計測対象物の表面での乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分がより確実に打ち消される。これにより、共焦点変位計により計測される計測対象物の変位の誤差をより低減することができる。
　（１６）複数のピンホールは、光学部材により収束された光のうち、計測対象物の表面の複数の部分で合焦しつつ反射された複数の光をそれぞれ通過させるように配置されてもよい。この場合、平均信号において、計測対象物の表面での乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分がより確実に打ち消される。これにより、共焦点変位計により計測される計測対象物の変位の誤差をより低減することができる。
　（１７）投光部は、単一波長の光を出射する光源と、光源により出射された光を吸収して光源により出射された光の波長とは異なる波長の光を放出する蛍光体とを含んでもよい。この場合、複数の波長を有する光を容易に生成することができる。
　本発明によれば、計測対象物の計測誤差を低減することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。 共焦点変位計の動作原理を説明するための図である。 ファイバユニットの光ファイバの配置を示す断面図である。 受光部により受光される光の波長と受光信号の強度との関係を示す図である。 投光部の構成を示す平面図および断面図である。 計測対象物とは異なる部分で反射される光の一例を示す模式図である。 不要な成分を含む受光波形を示す図である。 受光波形の基底波形を示す図である。 基底波形が除去された受光波形を示す図である。 受光部に導かれる光の経路を示す図である。 図１０の受光部に導かれる光の受光波形を示す図である。 初期状態における制御装置の表示装置の表示例を示す図である。 図１２の第１の表示領域に表示される計測結果の例を示す図である。 図１２の第１の表示領域に表示される受光波形の例を示す図である。 図１２の第１の表示領域に表示される設定情報の入力画面の一例を示す図である。 受光確認処理により図１２の第１の表示領域に表示される変化情報の例を示す図である。 受光確認処理により図１２の第１の表示領域に表示される変化情報の例を示す図である。 受光確認処理により図１２の第１の表示領域に表示される変化情報の例を示す図である。 受光確認処理により図１２の第１の表示領域に表示される変化情報の例を示す図である。 受光確認処理により図１２の第１の表示領域に表示される変化情報の例を示す図である。 受光確認処理により図１２の第１の表示領域に表示される変化情報の例を示す図である。 変位計測処理を示すフローチャートである。 図２２の受光確認処理を示すフローチャートである。 図２２の受光確認処理を示すフローチャートである。 導光部の第１の変形例を示す図である。 導光部の第２の変形例を示す図である。 導光部の第３の変形例を示す図である。 レンズユニットの第１～第４の変形例を示す図である。 投光部の変形例を示す図である。 分光部の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。 図３１の分光部の構成を示す図である。 図３２の受光部および受光波形を示す図である。 第２の実施の形態における第１の変形例に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。 第２の実施の形態における第２の変形例に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。 演算処理部により取得される受光波形を示す図である。 他の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。 図１２の第１の表示領域に表示される設定情報の入力画面の他の例を示す図である。 使用者によりしきい割合が設定された状態で受光確認処理により図１２の第１の表示領域に表示される変化情報の例を示す図である。
　［１］第１の実施の形態
　（１）共焦点変位計の基本構成
　以下、本発明の第１の実施の形態に係る共焦点変位計について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図１に示すように、共焦点変位計５００は、処理装置１００、計測ヘッド２００、導光部３００および制御装置４００を備える。導光部３００は、複数の光ファイバを含み、処理装置１００と計測ヘッド２００とを光学的に接続する。
　処理装置１００は、筐体１１０、投光部１２０、分光部１３０、受光部１４０、演算処理部１５０および表示部１６０を含む。筐体１１０は、投光部１２０、分光部１３０、受光部１４０および演算処理部１５０を収容する。投光部１２０は、広い波長帯域（例えば５００ｎｍ～７００ｎｍ）の光すなわち複数の波長を有する光を出射可能に構成される。投光部１２０の詳細な構成については後述する。投光部１２０により出射された光は、後述する導光部３００の光ファイバ３１１に入力される。
　分光部１３０は、回折格子１３１および複数（本例では２個）のレンズ１３２，１３３を含む。後述するように、投光部１２０により出射されて計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部が、導光部３００の光ファイバ３１２から出力される。光ファイバ３１２から出力された光は、レンズ１３２を通過することにより略平行化され、回折格子１３１に入射される。本実施の形態においては、回折格子１３１は反射型の回折格子である。回折格子１３１に入射された光は、波長ごとに異なる角度で反射するように分光され、レンズ１３３を通過することにより波長ごとに異なる一次元上の位置に合焦される。
　受光部１４０は、複数の画素が一次元状に配列された撮像素子（一次元ラインセンサ）を含む。撮像素子は、多分割ＰＤ（フォトダイオード）、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラまたはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサであってもよいし、他の素子であってもよい。受光部１４０は、分光部１３０のレンズ１３３により形成された波長ごとに異なる複数の合焦位置で撮像素子の複数の画素がそれぞれ光を受光するように配置される。受光部１４０の各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ。）が出力される。
　演算処理部１５０は、記憶部１５１および制御部１５２を含む。記憶部１５１は、例えばＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）またはハードディスクを含む。記憶部１５１には、変位計測プログラムが記憶されるとともに、変位計測に用いられる種々のデータが記憶される。制御部１５２は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。制御部１５２は、受光部１４０により出力される受光信号を取得し、記憶部１５１に記憶された変位計測プログラムおよびデータに基づいて計測対象物Ｓの変位計測処理を実行する。
　計測ヘッド２００は、略軸対称形状（例えば円筒形状）を有する筐体２１０およびレンズユニット２２０を含む。筐体２１０はレンズユニット２２０を収容する。レンズユニット２２０は、屈折レンズ２２１、回折レンズ２２２および対物レンズ２２３を含む。導光部３００から出力された処理装置１００からの光は、屈折レンズ２２１および回折レンズ２２２を順に通過する。これにより、光軸方向に沿って光に色収差が発生する。対物レンズ２２３は、色収差が発生した光が計測対象物Ｓの表面近傍の位置で合焦可能に配置される。
　導光部３００は、複数（本例では８個）の光ファイバ３１１～３１８および複数（本例
では２個）のファイバカプラ３２０，３３０を含む。図１の例では、ファイバカプラ３２０は処理装置１００の筐体１１０に設けられ、ファイバカプラ３３０は計測ヘッド２００の筐体２１０に設けられる。本発明はこれに限定されず、ファイバカプラ３２０は処理装置１００の筐体１１０以外の部分に設けられてもよいし、ファイバカプラ３３０は計測ヘッド２００の筐体２１０以外の部分に設けられてもよい。
　ファイバカプラ３２０は、いわゆる２×２型の構成を有し、４個のポート３２１～３２４および本体部３２５を含む。ポート３２１，３２２とポート３２３，３２４とは、本体部３２５を挟んで対向するように本体部３２５に接続される。ポート３２１，３２２の少なくとも１つのポートに入力された光は、ポート３２３，３２４の各々から出力される。ポート３２３，３２４の少なくとも１つのポートに入力された光は、ポート３２１，３２２の各々から出力される。
　ファイバカプラ３３０は、いわゆる２×４型の構成を有し、６個のポート３３１～３３６および本体部３３７を含む。ポート３３１，３３２とポート３３３～３３６とは、本体部３３７を挟んで対向するように本体部３３７に接続される。ポート３３１，３３２の少なくとも１つのポートに入力された光は、ポート３３３～３３６の各々から出力される。ポート３３３～３３６の少なくとも１つのポートに入力された光は、ポート３３１，３３２の各々から出力される。
　ファイバカプラ３２０のポート３２１，３２２には、光ファイバ３１１，３１２がそれぞれ接続される。ファイバカプラ３３０のポート３３３～３３６には、光ファイバ３１３～３１６がそれぞれ接続される。ファイバカプラ３２０のポート３２３とファイバカプラ３３０のポート３３１とが光ファイバ３１７により接続される。ファイバカプラ３２０のポート３２４とファイバカプラ３３０のポート３３２とが光ファイバ３１８により接続される。
　この構成によれば、処理装置１００の投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１を通してファイバカプラ３２０のポート３２１に入力される。ポート３２１に入力された光は、ポート３２３，３２４から出力され、光ファイバ３１７，３１８を通してファイバカプラ３３０のポート３３１，３３２に入力される。ポート３３１，３３２に入力された光は、ポート３３３～３３６から出力され、光ファイバ３１３～３１６およびレンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓに照射される。
　計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、レンズユニット２２０および光ファイバ３１３～３１６を通してファイバカプラ３３０のポート３３３～３３６に入力される。ポート３３３～３３６に入力された光は、ポート３３１，３３２から出力され、光ファイバ３１７，３１８を通してファイバカプラ３２０のポート３２３，３２４に入力される。ポート３２３，３２４に入力された光は、ポート３２１，３２２から出力される。ポート３２２から出力された光は、光ファイバ３１２を通して分光部１３０に導かれる。これにより、変位計測処理が行われる。
　表示部１６０は、７セグメント表示器またはドットマトリクス表示器等の表示器を含む。表示部１６０は、処理装置１００の筐体１１０に設けられ、演算処理部１５０に接続される。表示部１６０には、演算処理部１５０の変位計測処理により算出された計測距離等の数値が表示される。
　制御装置４００は、例えばパーソナルコンピュータにより構成され、処理装置１００の演算処理部１５０に接続される。制御装置４００は、表示装置４０１、操作部４０２、ＣＰＵ（中央演算処理装置）４０３およびメモリ４０４を含む。表示装置４０１は、例えば
液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルを含む。表示装置４０１は、演算処理部１５０の変位計測処理により算出された計測距離等の数値に加えて、後述する図４の実線で示すような受光信号の波形（受光波形Ｗ０）を表示することが可能である。操作部４０２は、マウス等のポインティングデバイスおよびキーボードを含む。
　ＣＰＵ４０３は、後述する計測モードおよび確認モードで動作可能に構成される。また、ＣＰＵ４０３には、計測対象物Ｓの計測距離に対する良否判定用の基準範囲が設定されてもよい。この場合、計測距離が基準範囲内であるときには、計測対象物Ｓが良品であることを示す判定結果（例えば「ＯＫ」）が表示装置４０１に表示される。一方、計測距離が基準範囲外であるときには、計測対象物Ｓが不良品を示す判定結果（例えば「ＮＧ」）が表示装置４０１に表示される。メモリ４０４には、変位計測プログラムが記憶されるとともに、変位計測に用いられる種々のデータが記憶される。
　（２）共焦点変位計の動作原理
　図２は、共焦点変位計５００の動作原理を説明するための図である。以下、本実施の形態に係る共焦点変位計５００の動作原理の理解を容易にするため、１個の光ファイバ（本例では光ファイバ３１３）から計測ヘッド２００に出力される光を用いて一般の共焦点変位計の動作原理を先に説明する。
　光ファイバ３１３から出力された光は、屈折レンズ２２１および回折レンズ２２２を通過する。これにより、光に色収差が発生する。色収差が発生した光は、対物レンズ２２３を通過することにより波長ごとに異なる位置で合焦する。例えば、波長が短い光は対物レンズ２２３に近い位置で合焦し、波長が長い光は対物レンズ２２３から遠い位置で合焦する。対物レンズ２２３に最も近い合焦位置Ｐ１と対物レンズ２２３から最も遠い合焦位置Ｐ２との間の範囲が計測範囲ＭＲとなる。本例では、屈折レンズ２２１は凸型を有し、回折レンズ２２２は凹型を有する。この場合、光に発生する色収差が大きくなる。これにより、計測範囲ＭＲを大きくすることができる。
　計測範囲ＭＲに計測対象物Ｓの表面が存在する場合には、対物レンズ２２３を通過した光は、計測対象物Ｓの表面に照射された後、当該表面により広範囲に反射される。ここで、後述するように、光ファイバ３１３は、コア３１０ａおよびクラッド３１０ｂ（後述する図３参照）により構成される。本実施の形態においては、光ファイバ３１３の先端部分は、微小なピンホールを有する空間フィルタとして機能する。したがって、計測対象物Ｓの表面で反射された光のほとんどは、光ファイバ３１３に入力されない。
　一方、計測対象物Ｓの表面の位置で合焦した特定の波長を有する光は、当該表面で反射されることによりレンズユニット２２０を通過し、光ファイバ３１３のコア３１０ａの先端部分に入力される。光ファイバ３１３に入力された光の波長は、計測距離を示す。ここで、計測距離とは、所定の基準位置ＲＰから計測対象物Ｓの表面の位置までの距離である。なお、本例では、基準位置ＲＰは計測対象物Ｓに最も近い筐体２１０の端部の位置である。
　光ファイバ３１３に入力された光は、図１の処理装置１００に導かれ、回折格子１３１により分光されるとともにレンズ１３３により波長ごとに異なる位置に合焦される。受光部１４０の複数の画素は、波長ごとに異なる複数の光の合焦位置にそれぞれ配置される。そのため、受光部１４０の各画素は、当該画素に対応付けられた波長の光を受光し、受光信号を出力する。
　この構成によれば、受光信号を出力する受光部１４０の画素の位置を特定することによ
り、受光された光の波長を特定することができる。また、受光された光の波長を特定することにより、計測距離を特定することができる。以上が一般の共焦点変位計の動作原理の説明である。しかしながら、計測対象物Ｓの表面における光の乱反射により、計測対象物Ｓの表面の位置とは異なる位置で合焦する光が光ファイバ３１３に入力されることがある。この場合、処理装置１００により特定される計測距離には、計測対象物Ｓの表面の粗さよりも大きい度合いの計測誤差が発生する。
　そこで、本実施の形態に係る共焦点変位計５００においては、処理装置１００から入力された光が４個の光ファイバ３１３～３１６の各々から出力される。４個の光ファイバ３１３～３１６は、ファイバユニットとして一体的に構成される。図３は、ファイバユニットの光ファイバ３１３～３１６の配置を示す断面図である。図３に示すように、ファイバユニット３０１においては、４個の光ファイバ３１３～３１６が保持部材３０２により一体的に保持される。
　各光ファイバ３１３～３１６は、コア３１０ａおよびクラッド３１０ｂを含む。コア３１０ａはクラッド３１０ｂにより被覆される。光ファイバ３１３～３１６のコア３１０ａの一端部に入力された光は、コア３１０ａの他端部から出力される。なお、光ファイバ３１１，３１２，３１７，３１８も光ファイバ３１３～３１６と同様の構成を有する。
　ファイバユニット３０１の中心と図２のレンズユニット２２０の中心とが略一致している場合、ファイバユニット３０１の光ファイバは、レンズユニット２２０の光軸に対して対称に配置されることが好ましい。図３の例においては、ファイバユニット３０１の中心は、光学系２２０の光軸上に配置され、各光ファイバ３１３～３１６のコア３１０ａ（光軸）は、レンズユニット２２０の光軸に対して対称に配置される。この場合、各光ファイバ３１３～３１６のコア３１０ａ（光軸）は、ファイバユニット３０１の中心、すなわちレンズユニット２２０の光軸から略同一距離離間する。
　このように、レンズユニット２２０の光軸から略等間隔離れた位置に各光ファイバ３１３～３１６のコア３１０ａが配置されることにより、光軸方向に沿った収差を生じさせるためのレンズユニット２２０の光学設計を容易に行うことができる。ここで、光軸とは、屈折レンズ２２１、回折レンズ２２２および対物レンズ２２３の各々の光軸が略一致している場合における当該光軸を意味するだけでなく、屈折レンズ２２１、回折レンズ２２２および対物レンズ２２３のいずれか１つ以上の光軸を意味してもよい。
　光ファイバ３１４～３１６から出力される光の挙動は、上述した光ファイバ３１３から出力される光の挙動と同様である。したがって、計測ヘッド２００から計測対象物Ｓの表面の４つの部分に光が照射される。図３の例では、光ファイバ３１３～３１６は正方形の４つの角部に位置するように配置される。各コア３１０ａの直径Ｌ１は、２００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。この場合、４個の光ファイバ３１３～３１６は近接して配置されるので、使用者には計測対象物Ｓの表面の１つの部分に光が照射されているように認識される。
　計測対象物Ｓの表面の４つの部分で反射された光のうち、計測対象物Ｓの表面の位置で合焦した光が対応する光ファイバ３１３～３１６に入力され、受光部１４０により受光される。ここで、隣り合うコア３１０ａの中心間の距離Ｌ２は、直径Ｌ１の３倍以上であることが好ましい。この場合、距離Ｌ２が直径Ｌ１の３倍以上である場合には、計測対象物Ｓの表面の一部分で合焦しつつ反射された光が当該一部分に対応する光ファイバ３１３～３１６のピンホールを通過し、外乱光として当該一部分に対応しない他の光ファイバ３１３～３１６のピンホールを通過することがほとんどない。
　隣り合うコア３１０ａの中心間の距離Ｌ２は、直径Ｌ１の５倍以上１０倍以下であることがより好ましい。この場合、距離Ｌ２が直径Ｌ１の５倍以上１０倍以下以上である場合には、計測対象物Ｓの表面の一部分で合焦しつつ反射された光が外乱光として当該一部分に対応しない他のピンホールを通過することがさらに抑制される。また、複数の光は大きく離間していないので、レンズユニット２２０の中心付近を通過することができる。そのため、コマ収差等の測定精度を低下させる収差がほとんど発生しない。本例では、直径Ｌ１は例えば５０μｍであり、距離Ｌ２は例えば２５０μｍである。
　図４は、受光部１４０により受光された光の波長と受光信号の強度との関係を示す図である。図４の横軸は受光された光の波長を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。後述する図７～図９においても同様である。図４および後述する図７～図９の横軸は、受光部１４０の画素の位置に相当する。
　図４においては、光ファイバ３１３～３１６に入力された光の受光信号の波形（以下、受光波形と呼ぶ。）Ｗ１～Ｗ４が、仮想的に分離された状態で点線、一点鎖線、二点鎖線および破線によりそれぞれ示される。受光波形Ｗ１～Ｗ４のピークの波長（以下、ピーク波長と呼ぶ。）は、それぞれλ１～λ４である。複数の受光波形Ｗ１～Ｗ４のピーク波長λ１～λ４は、計測対象物Ｓの表面の乱反射により互いに異なる。
　しかしながら、実際には、光ファイバ３１３～３１６に入力された光は、光ファイバ３１２から出力されるまでの過程で混合される。これにより、光ファイバ３１２から出力される光には、強度の平均化処理が行われる。平均化処理とは、複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号を生成する処理を意味する。本例では、平均化処理は積算処理である。
　本例では、各ピンホールを通過した光信号が、ファイバカプラ３３０、光ファイバ３１７，３１８、ファイバカプラ３２０および光ファイバ３１２を通過する間に混合される。その後、混合された光信号は、分光部１３０を経て受光部１４０により電気信号に変換される。すなわち、本例では、光信号の状態で平均化処理が行われる。図４においては、受光部１４０により受光される後の光に対応する受光波形Ｗ０が実線により示される。受光波形Ｗ０のピーク波長はλ０である。
　このように、光学的に受光波形Ｗ０の平均化処理が行われることにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。そのため、ピーク波長λ０は、ピーク波長λ１～λ４よりも真の計測距離に対応するピーク波長に近い。ここで、真の計測距離とは、光の乱反射が生じないときに特定されるべき計測距離である。したがって、受光波形Ｗ０のピーク波長λ０を特定することにより、計測距離をより正確に特定することができる。
　（３）投光部
　図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ投光部１２０の構成を示す平面図および断面図である。図５に示すように、投光部１２０は、光源１２１、蛍光体１２２、フェルール１２３、レンズ１２４、保持具１２５、フィルタ素子１２６および素子ホルダ１２７を含む。素子ホルダ１２７は、光源固定部１２７Ａ、フェルール固定部１２７Ｂおよびレンズ固定部１２７Ｃを含む。光源１２１、フェルール１２３およびレンズ１２４は、素子ホルダ１２７の光源固定部１２７Ａ、フェルール固定部１２７Ｂおよびレンズ固定部１２７Ｃにそれぞれ固定される。
　光源１２１は、単一波長の光を出射するレーザ光源である。本実施の形態においては、光源１２１は波長４５０ｎｍ以下の青色領域または紫外領域の光を出射する。蛍光体１２
２は、青色領域または紫外領域の励起光を吸収し、励起光の波長領域とは異なる波長領域の蛍光を放出する。蛍光体１２２は、黄色領域の蛍光を放出してもよいし、緑色領域の蛍光を放出してもよいし、赤色領域の蛍光を放出してもよい。また、蛍光体１２２は、複数の蛍光部材により構成されてもよい。
　フェルール１２３は、図１の導光部３００の光ファイバ３１１の端部を保持する。レンズ１２４は、光源１２１とフェルール１２３との間に配置される。フェルール１２３（光ファイバ３１１）の端部には、円環状を有する保持具１２５の一端面が取り付けられる。保持具１２５の内周部に蛍光体１２２が収容される。保持具１２５内の蛍光体１２２を覆うように保持具１２５の他端面にフィルタ素子１２６が取り付けられる。フィルタ素子１２６は反射型フィルタであり、黄色領域、緑色領域または赤色領域の光を反射するとともに、青色領域または紫外領域の光を透過させる。
　この構成によれば、光源１２１により出射された光は、レンズ１２４を通過することにより、励起光として蛍光体１２２上に集光される。蛍光体１２２は、励起光を吸収して蛍光を放出する。ここで、蛍光体１２２に吸収されずに透過した励起光と蛍光体１２２からの蛍光とが混合されることにより、広い波長帯域の光が生成される。本例においては、励起光と蛍光とが所望の割合で混合された光を生成するために、光路方向における蛍光体１２２の厚みが、例えば１０μｍ～２００μｍに形成される。また、保持具１２５内における蛍光体１２２の濃度が、例えば３０％～６０％に形成される。
　投光部１２０において生成された光は、フェルール１２３を通過することにより光ファイバ３１１に入力される。蛍光体１２２により光ファイバ３１１とは反対の方向に放出された蛍光は、フィルタ素子１２６により光ファイバ３１１の方向に反射される。これにより、蛍光を効率よく光ファイバ３１１に入力することができる。
　本例においては、蛍光体１２２は保持具１２５内に収容されるが、本発明はこれに限定されない。蛍光体１２２は、フェルール１２３の端面に塗布されてもよい。この場合、投光部１２０は保持具１２５を含まない。また、投光部１２０はフィルタ素子１２６を含むが、本発明はこれに限定されない。十分な蛍光が光ファイバ３１１に入力される場合には、投光部１２０はフィルタ素子１２６を含まなくてもよい。
　（４）演算処理部
　図１の演算処理部１５０の記憶部１５１には、受光部１４０の画素の位置と、出力される受光波形Ｗ０のピーク波長λ０と、計測距離との換算式が予め記憶されている。演算処理部１５０の制御部１５２は、受光信号を出力する画素の位置を特定するとともに、特定された画素の位置および記憶部１５１に記憶された換算式に基づいて受光波形Ｗ０のピーク波長λ０および計測距離を順次算出する。これにより、計測対象物Ｓの厚み、距離または変位を計測することができる。また、制御部１５２は、計測距離をより正確に算出するために、以下に説明する基底波形の除去および受光部１４０の温度特性の補正を行う。
　（ａ）基底波形の除去
　計測対象物Ｓとは異なる部分で反射された光が受光部１４０により受光されることがある。図６は、計測対象物Ｓとは異なる部分で反射される光の一例を示す模式図である。図６の例においては、レンズユニット２２０の屈折レンズ２２１により直接反射された光（矢印で示す光）が光ファイバ３１３～３１６に入力される。このような光は、計測距離を示す成分を含まずに、不要な成分を含む。
　図７は、不要な成分を含む受光波形Ｗ０を示す図である。図７に示すように、受光波形Ｗ０には、３個のピークＰ０，Ｐｘ，Ｐｙが含まれる。ピークＰ０は、計測対象物Ｓの表
面で反射された光により発生する。ピークＰ０は急峻な形状を有し、ピーク波長はλ０である。ピークＰｘは、計測対象物Ｓとは異なる部分で反射された光により発生する。ピークＰｘは滑らかな形状を有し、ピーク波長はλｘである。
　ピークＰｙは、計測対象物Ｓとは異なる部分で反射された発振波長λｙの光源１２１（図５）の光により発生する。ピークＰｙは急峻な形状を有し、ピーク波長はλｙである。なお、本例においては、レーザ光源である光源１２１により出射される励起光の強度は大きいため、励起光に相当する波長成分の光は、測定光として用いられない。
　ピーク波長λｘはピーク波長λ０に比較的近く、ピークＰｘの幅は広い。そのため、ピークＰ０はピークＰｘに埋もれることとなる。この場合、ピーク波長λ０を正確に特定することは困難である。そこで、受光波形Ｗ０からピークＰｘに起因する部分（以下、基底波形ＢＬと呼ぶ。）を除去するための補正が行われる。
　図８は、受光波形Ｗ０の基底波形ＢＬを示す図である。本実施の形態では、制御部１５２は、ピークＰｘとピークＰ０とを識別する低域通過フィルタ処理を受光波形Ｗ０に適用することにより、図８の基底波形ＢＬを取得する。基底波形ＢＬを取得する方式は上記の方式に限定されず、図１の記憶部１５１に基底波形ＢＬを示すデータが予め記憶されていてもよい。この場合、制御部１５２は、取得した図８の基底波形ＢＬに基づいて、図７の受光波形Ｗ０から基底波形ＢＬを除去するように受光波形Ｗ０の補正を行う。
　図９は、基底波形ＢＬが除去された受光波形Ｗ０を示す図である。図９の例では、ピーク波長λ０が図７のピーク波長λ０よりも短波長側にわずかにシフトしている。このように、受光波形Ｗ０から基底波形ＢＬを除去することにより、ピーク波長λ０をより正確に特定することができる。その結果、計測距離をより正確に算出することが可能になる。なお、受光波形Ｗ０のピークＰｙに起因する部分は、ピーク波長λ０の正確な特定に影響を与えないので、受光波形Ｗ０から除去されない。本発明はこれに限定されず、受光波形Ｗ０からピークＰｙに起因する部分を除去するための処理が行われてもよい。
　（ｂ）受光部の温度特性の補正
　上記のように、特定の波長を有する光は、当該波長に対応付けられた受光部１４０の画素により受光される。しかしながら、周囲の温度変化に伴う受光部１４０の受光面の位置の変化または受光面の傾きの変化により、特定の波長を有する光が対応付けられた画素とは異なる画素により受光されることがある。この場合、計測距離を正確に算出することができない。そこで、以下に説明する受光部１４０の温度特性の補正が行われる。
　図１０は、受光部１４０に導かれる光の経路を示す図である。図１０に示すように、受光部１４０には、回折格子１３１により分光された１次光に加えて、回折格子１３１により正反射された０次光が導かれる。図１０においては、１次光が実線で示され、０次光が一点鎖線で示される。０次光は、計測距離の算出には用いられない。
　図１１は、図１０の受光部１４０に導かれる光の受光波形Ｗ０を示す図である。図１１の横軸は受光部１４０の画素の位置を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。図１１に示すように、受光波形Ｗ０は、１次光に対応する部分と０次光に対応する部分とを含む。図７の受光波形Ｗ０と同様に、１次光に対応する受光波形Ｗ０の部分には、３個のピークＰ０，Ｐｘ，Ｐｙが含まれる。０次光に対応する受光波形Ｗ０の部分には、１個のピークＰｚが含まれる。
　図１の記憶部１５１には、ピークＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚの少なくとも１つのピークの中心が現れるべき画素の位置が基準位置として予め記憶されている。制御部１５２は、記憶部１
５１に記憶された基準位置に対応するピークＰｘ～Ｐｚの位置を特定する。制御部１５２は、特定したピークＰｘ～Ｐｚの位置と基準位置とを比較することにより画素の位置のずれを算出し、算出した画素の位置のずれに基づいて受光波形Ｗ０の位置を補正する。図１１には、位置が補正された後の受光波形Ｗ０が点線で示されている。
　また、記憶部１５１には、ピークＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚの少なくとも２つのピークの中心が現れるべき画素の間隔が基準間隔として予め記憶されている。制御部１５２は、記憶部１５１に記憶された基準間隔に対応するピークＰｘ～Ｐｚの間隔を特定する。制御部１５２は、特定したピークＰｘ～Ｐｚの間隔と基準間隔とを比較することにより画素の間隔のずれを算出し、算出した画素の間隔のずれに基づいて受光波形Ｗ０の形状を補正する。
　受光部１４０の温度特性の補正として、画素の位置のずれに基づく受光波形Ｗ０の位置の補正および画素の間隔のずれに基づく受光波形Ｗ０の形状の補正の一方のみが行われてもよいし、両方が行われてもよい。受光部１４０の温度特性の補正は、上記の基底波形ＢＬの除去よりも先に行われる。補正が行われた後の受光波形Ｗ０のピークＰ０を特定することにより、計測距離をより正確に算出することができる。
　（５）共焦点変位計の基本的な使用例
　共焦点変位計５００について基本的な使用例を説明する。以下の使用例においては、初期状態で共焦点変位計５００の電源がオンされているものとする。また、図１の制御装置４００のＣＰＵ４０３は、計測モードにあるものとする。
　使用者は、まず計測対象物Ｓを変位計測用の載置台上に固定する。その後、使用者は、計測ヘッド２００から出射される光が計測対象物Ｓに当たるように、計測ヘッド２００を計測対象物Ｓに対して大まかに位置決めする。計測ヘッド２００は、クランプ部材等により使用者の所望の位置に所望の姿勢で固定される。
　図１２は、初期状態における制御装置４００の表示装置４０１の表示例を示す図である。図１２に示すように、表示装置４０１には、例えば第１の表示領域４１０および第２の表示領域４５０が設定される。初期状態では、第１の表示領域４１０には何も表示されない。一方、第２の表示領域４５０には、受光確認ボタン４５１、確認設定ボタン４５２、確認終了ボタン４５３および計測開始ボタン４５４が表示される。
　計測対象物Ｓに対する計測ヘッド２００の相対的な位置および姿勢が適切でないと、計測対象物Ｓの変位を正確に計測することは難しい。そこで、使用者は、計測ヘッド２００の位置および姿勢をより適切に調整するために、図１の操作部４０２を用いて受光確認ボタン４５１を操作する。この場合、ＣＰＵ４０３が計測モードから確認モードに切り替えられる。確認モードにおいては、ＣＰＵ４０３により一定の周期で変化情報が生成され、生成された変化情報が第１の表示領域４１０に表示される。変化情報の具体的な内容および表示例は後述する。
　この状態で、使用者は、変化情報を確認しつつ計測ヘッド２００の位置および姿勢を微調整することにより、計測ヘッド２００をより適切に位置決めすることができる。計測ヘッド２００の位置決めが完了すると、使用者は、図１の操作部４０２を用いて確認終了ボタン４５３を操作する。それにより、ＣＰＵ４０３の動作モードが確認モードから計測モードに切り替えられる。その後、使用者は、計測開始ボタン４５４を操作することにより、計測対象物Ｓの変位を計測することができる。
　ＣＰＵ４０３が計測モードにある状態で計測対象物Ｓの変位が計測される際には、図１２の第１の表示領域４１０に計測結果を示す数値または現時点で取得される受光波形が表
示される。図１３は、図１２の第１の表示領域４１０に表示される計測結果の例を示す図である。図１４は、図１２の第１の表示領域４１０に表示される受光波形の例を示す図である。
　図１３の例では、第１の表示領域４１０内に、変位の計測結果を示す数値が表示されるとともに切替ボタン４９１が表示される。また、図１４の例では、第１の表示領域４１０内に、現時点で取得される受光波形が表示されるとともに切替ボタン４９１が表示される。使用者は、図１の操作部４０２を用いて図１３の切替ボタン４９１を操作することにより、第１の表示領域４１０の表示状態を図１４の受光波形の表示状態に切り替えることができる。また、使用者は、図１の操作部４０２を用いて図１４の切替ボタン４９１を操作することにより、第１の表示領域４１０の表示状態を図１３の数値による計測結果の表示状態に切り替えることができる。
　ＣＰＵ４０３は、確認モードにある状態で受光確認処理中に、受光信号のピーク値があるしきい値よりも高いか否かに基づいて、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否を判定し（以下、適否判定と呼ぶ。）、判定結果を変化情報とともに表示装置４０１に表示させることができる。また、ＣＰＵ４０３は、ある波長範囲内にあるピークのみを上記の適否判定に用いることができる。さらに、ＣＰＵ４０３は、種々の態様で変化情報を表示装置４０１に表示することができる。
　受光確認処理で用いられる適否判定のしきい値、適否判定の波長範囲および表示態様を含む種々の情報は、設定情報として図１のメモリ４０４に記憶される。使用者は、図１の操作部４０２を用いて図１２の確認設定ボタン４５２を操作するとともにそれらの情報を入力することにより、所望の設定情報をメモリ４０４に記憶させることができる。
　図１５は、図１２の第１の表示領域４１０に表示される設定情報の入力画面の一例を示す図である。図１５の例では、第１の表示領域４１０内に、２つの入力欄４６１，４６２および２つの表示態様ボタン４６３，４６４が表示される。一方の入力欄４６１は、適否判定のしきい値を使用者が指定するために用いられる。他方の入力欄４６２は、適否判定の波長範囲を使用者が指定するために用いられる。表示態様ボタン４６３，４６４は、変化情報として現時点よりも前の時点から現時点までの受光量のピーク値の変化を例えばドットプロットグラフで表示するのか波形グラフで表示するのかを使用者が選択するために用いられる。
　なお、適否判定のしきい値は、複数の波長範囲についてそれぞれ異なる値に設定されてもよい。この場合、設定画面では、例えば複数の波長範囲にそれぞれ対応する複数のしきい値を入力するための複数の入力欄が表示されてもよい。また、適否判定のしきい値は、共焦点変位計５００の製造者により予めメモリ４０４に記憶されてもよい。
　図１６～図２１は、受光確認処理により図１２の第１の表示領域４１０に表示される変化情報の例を示す図である。図１６の例では、変化情報として、現時点で取得された受光信号のピーク値（以下、現在ピーク値と呼ぶ。）、受光確認処理が開始されてから現時点までに取得された受光信号のピーク値の最大値（以下、過去最大ピーク値と呼ぶ。）、および受光確認処理が開始されてから現時点までの受光信号のピーク値の変化を示すドットプロットグラフが表示される。また、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否判定結果が表示される。
　図１６のドットプロットグラフにおいては、横軸は時間を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。そのドットプロットグラフでは、受光確認処理が開始されてから一定の周期で制御部１５２により取得された受光信号のピーク値がドット表示されるとともに、予め設定
された適否判定のしきい値が点線で示される。なお、ピーク値の表示周期および横軸のスケールは、使用者により設定可能であってもよい。
　さらに、図１６の例では、ハッチングで示すように、過去最大ピーク値およびそのピーク値に対応するドットが強調表示される。これにより、使用者は、表示装置４０１を視認することにより受光信号のピーク値の経時的な変化を容易に認識することができるので、より高いピークが得られるように計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整することができる。
　また、図１６の例では、位置姿勢適否判定結果が表示されている。位置姿勢適否判定結果は、受光信号のピーク値がしきい値を超えるときに「ＯＫ」と表示され、受光信号のピーク値がしきい値を超えないときに「ＮＧ」と表示される。位置姿勢適否判定結果が「ＯＫ」と表示されることにより、使用者は調整の終了を促される。この位置姿勢適否判定結果の「ＯＫ」または「ＮＧ」を表示するためのしきい値は、図１５の画面により設定された適否判定のしきい値と同じであってもよいし、別のしきい値であってもよい。
　例えば、位置姿勢適否判定結果は、現時点での位置姿勢の適否が，過去よりもよくなっていれば「ＯＫ」と判定してもよい。また、位置姿勢適否判定結果は、現時点での位置姿勢適否が、過去の位置姿勢よりもよく、かつ、共焦点変位計５００が計測対象物Ｓを計測しうる最低限の範囲よりも高いときに「ＯＫ」と表示してもよい。
　位置姿勢適否判定結果は、これ以上調整しても、計測の精度に大きな影響を与えないような範囲に入ったときに、使用者に調整終了を報知し、変位計測のステップへ促すものである。
　図１７の例は、以下の点を除き図１６の例と同じである。図１７の例では、受光確認処理が開始されてから現時点までの受光信号のピーク値の変化が図１６のドットプロットグラフに代えて波形グラフで表示される。
　図１８の例では、変化情報として、現在ピーク値および過去最大ピーク値が表示される。また、変化情報として、現時点の受光波形および過去最大ピーク値が得られたときの受光波形を含む波形グラフが表示される。さらに、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否判定結果が表示される。
　図１８の波形グラフにおいては、横軸は受光部１４０により受光された光の波長を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。その波形グラフでは、過去最大ピーク値が得られたときの受光波形が一点鎖線で示され、現時点の受光波形が実線で示される。これにより、使用者は、表示装置４０１を視認しつつ、現時点の受光波形のピークが一点鎖線で示される過去の受光波形のピークを超えるように、計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整することができる。
　また、図１８の波形グラフの横軸で示される波長は、計測ヘッド２００の光軸方向における計測対象物Ｓと計測ヘッド２００との間の距離に対応する。したがって、使用者は、現時点の受光波形を視認することにより、計測ヘッド２００の光軸方向における計測対象物Ｓと計測ヘッド２００との位置関係を認識することができる。それにより、使用者は、受光信号のピーク波長が図２の計測範囲ＭＲに対応する波長の範囲に入るように、計測ヘッド２００の位置を容易に調整することができる。
　図１９の例は、以下の点を除き図１８の例と同じである。図１９の例では、図１８の波形グラフに変えて、現時点の受光波形と受光確認処理が開始されてから一定の周期で制御
部１５２により取得された複数の受光波形とを含む波形グラフが表示される。
　図１９の波形グラフにおいては、横軸は受光部１４０により受光された光の波長を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。その波形グラフでは、過去に取得された複数の受光波形が点線で示され、現時点の受光波形が実線で示される。これにより、使用者は、表示装置４０１を視認しつつ、現時点の受光信号のピークが点線で示される過去の複数の受光波形のピークを超えるように、計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整することができる。
　図２０の例は、以下の点を除き図１８の例と同じである。図２０の例では、図１８の波形グラフに代えて、現時点の受光波形と受光確認処理が開始されてから制御部１５２により取得された複数の受光波形のピークを結ぶ包絡線とを含む波形グラフが表示される。
　図２０の波形グラフにおいては、横軸は受光部１４０により受光された光の波長を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。その波形グラフでは、過去に取得された複数の受光波形のピークを結ぶ包絡線が点線で示され、現時点の受光波形が実線で示される。これにより、使用者は、表示装置４０１を視認しつつ、現時点の受光信号のピークの高さが点線で示される包絡線の最高点に近づくかその最高点を超えるように、計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整することができる。
　図２１の例は、以下の点を除き図１６の例と同じである。図２１の例では、図１６のドットプロットグラフとともに、図１８の波形グラフが表示される。この場合、使用者は、受光信号のピークの経時的な変化および受光波形の経時的な変化を容易に認識することができる。なお、図２１の例においては、第１の表示領域４１０の左側に表示されるドットプロットグラフに代えて図１７の波形グラフが表示されてもよく、第１の表示領域４１０の右側に表示される波形グラフとして図１９または図２０の波形グラフが表示されてもよい。
　（６）変位計測処理
　図２２は、変位計測処理を示すフローチャートである。図１のＣＰＵ４０３は、共焦点変位計５００の電源がオンされることにより、一定の周期で以下の変位計測処理を実行する。初期状態において、ＣＰＵ４０３は計測モードにある。また、表示装置４０１には、図１２の画面が表示されているものとする。
　まず、ＣＰＵ４０３は、例えば図１２の受光確認ボタン４５１が操作されることにより確認モードへの切り替えが指令されたか否かを判定する（ステップＳ１）。確認モードへの切り替えが指令された場合、ＣＰＵ４０３は、後述するステップＳ２０の受光確認処理を行った後、変位計測処理を終了する。
　一方、確認モードへの切り替えが指令されていない場合、ＣＰＵ４０３は、例えば図１２の確認設定ボタン４５２が操作されることにより確認モードの設定が指令されたか否かを判定する（ステップＳ２）。確認モードの設定が指令された場合、制御部１５２は、使用者による操作部４０２の操作に応答して設定情報を受け付け（ステップＳ１１）、受け付けられた設定情報をメモリ４０４に記憶し（ステップＳ１２）、変位計測処理を終了する。
　ステップＳ２において確認モードの設定が指令されていない場合、ＣＰＵ４０３は、例えば図１２の計測開始ボタン４５４が操作されることにより、計測の開始が指令されたか否かを判定する（ステップＳ３）。計測の開始が指令されていない場合、ＣＰＵ４０３は、ステップＳ１の処理を実行する。
　一方、計測の開始が指令された場合、ＣＰＵ４０３は、制御部１５２から与えられる受光信号を取得する（ステップＳ４）。ここで、制御部１５２から与えられる受光信号には、制御部１５２により基底波形の除去および受光部１４０の温度特性の補正が行われている。
　メモリ４０４には、記憶部１５１と同様に、受光部１４０の画素の位置と、出力される受光波形のピーク波長と、計測距離との換算式が予め記憶されている。ＣＰＵ４０３は、補正後の受光信号とメモリ４０４に記憶された換算式とに基づいて計測対象物Ｓの変位を算出する（ステップＳ５）。さらに、ＣＰＵ４０３は、算出された変位を表示装置４０１に表示する（ステップＳ６）。その後、ＣＰＵ４０３は、例えば使用者が図１の操作部４０２を操作することにより計測の終了が指令されたか否かを判定する（ステップＳ７）。ＣＰＵ４０３は、計測の終了が指令された場合に変位計測処理を終了し、計測の終了が指令されない場合にステップＳ４の処理を実行する。
　図２３および図２４は、図２２の受光確認処理を示すフローチャートである。上記のように、図２３および図２４の受光確認処理は図２２のステップＳ１において確認モードへの切り替えが指令された場合に実行される。
　まず、ＣＰＵ４０３は、制御装置４００に内蔵される図示しないタイマをリセットするとともにカウントをスタートさせる（ステップＳ２１）。また、ＣＰＵ４０３は受光信号の取得回数を示す変数ｉの値を１とする（ステップＳ２２）。
　続いて、ＣＰＵ４０３は、制御部１５２から与えられる受光信号を取得する（ステップＳ２３）。ここで、制御部１５２から与えられる受光信号には、制御部１５２により基底波形の除去および受光部１４０の温度特性の補正が行われている。その後、ＣＰＵ４０３は、取得された受光信号の受光波形を１番目の受光波形としてメモリ４０４に記憶し、取得された受光信号のピークを抽出するとともにそのピーク値を１番目のピーク値としてメモリ４０４に記憶する（ステップＳ２４）。また、ＣＰＵ４０３は、メモリ４０４に記憶された１番目のピーク値を現在ピーク値として表示装置４０１に表示する（ステップＳ２５）。
　次に、ＣＰＵ４０３は、タイマのカウントに基づいてステップＳ２１の処理から予め定められた一定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２６）。一定期間が経過していない場合、ＣＰＵ４０３は後述するステップＳ３３の処理を実行する。一方、一定期間が経過している場合、ＣＰＵ４０３は、タイマをリセットするとともにカウントをスタートさせる（ステップＳ２７）。また、ＣＰＵ４０３は変数ｉの値に１を加算する（ステップＳ２８）。
　続いて、ＣＰＵ４０３は、受光部１４０から出力される受光信号を取得する（ステップＳ２９）。ここで、制御部１５２から与えられる受光信号には、基底波形の除去および受光部１４０の温度特性の補正が行われている。その後、ＣＰＵ４０３は、取得された受光信号の受光波形をｉ番目の受光波形としてメモリ４０４に記憶し、取得された受光信号のピークを抽出するとともにそのピーク値をｉ番目のピーク値としてメモリ４０４に記憶する（ステップＳ３０）。また、ＣＰＵ４０３は、メモリ４０４に記憶されたｉ番目のピーク値および受光波形と１番目～（ｉ－１）番目までのピーク値および受光波形とに基づいて、変化情報を生成し、生成された変化情報を表示装置４０１に表示する（ステップＳ３１）。なお、変化情報は、１番目～（ｉ－１）番目までのピーク値のうちの少なくとも１つとｉ番目のピーク値（現在ピーク値）とを含む。
　その後、ＣＰＵ４０３は、予め設定情報としてメモリ４０４に記憶されているしきい値
に基づいて計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否を判定し、判定結果を表示装置４０１に表示する（ステップＳ３２）。なお、しきい値がメモリ４０４に記憶されていない場合、ステップＳ３２の処理は省略されてもよい。
　次に、ＣＰＵ４０３は、例えば図１２の確認終了ボタン４５３が操作されることにより、受光確認処理の終了が指令されたか否かを判定する（ステップＳ３３）。受光確認処理の終了が指令されていない場合、ＣＰＵ４０３は、ステップＳ２６の処理を実行する。一方、受光確認処理の終了が指令された場合、ＣＰＵ４０３は、受光確認処理を終了する。ここで、ＣＰＵ４０３は、変化情報が受光信号のピーク値の経時的な変化を示すグラフ（図１６および図１７参照）を含む場合、受光確認処理の終了時点のグラフを記憶部１５１に記憶してもよい。
　（７）効果
　本実施の形態に係る共焦点変位計５００においては、複数の波長を有する光が投光部１２０により出射される。投光部１２０により出射された光には、レンズユニット２２０により色収差が発生する。また、色収差を有する光がレンズユニット２２０により収束されて計測対象物Ｓに照射される。レンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓに照射された光のうち、計測対象物Ｓの表面で合焦しつつ反射された波長の光が複数の光ファイバ３１３～３１６を通過する。
　複数の光ファイバ３１３～３１６を通過した複数の光は、ファイバカプラ３３０、光ファイバ３１７，３１８、ファイバカプラ３２０および光ファイバ３１２を通して分光部１３０に導かれる。そのため、複数の光ファイバ３１３～３１６を通過した複数の光が、分光部１３０に導かれる過程で一の光に合成される。これにより、複数の光の平均化処理を容易に行うことができる。平均化処理後の光の強度に基づいて、制御部１５２により計測対象物Ｓの変位が算出される。
　計測対象物Ｓの表面での乱反射により、計測対象物Ｓの表面の位置とは異なる位置で合焦した光がいずれかの光ファイバ３１３～３１６を通過することがある。そのような場合でも、上記の構成によれば、平均化処理において複数の光ファイバ３１３～３１６を通過した複数の光についての波長ごとの強度が平均される。それにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。その結果、計測される計測対象物Ｓの変位の誤差を低減することができる。また、この構成においては、平均化処理を行うための演算を行う必要がない。これにより、計測対象物Ｓの変位を高速で効率よく算出することができる。
　また、本実施の形態においては、光ファイバ３１３～３１６の先端部分がピンホールとして機能する。この場合、複数のピンホールを別個に配置する必要がない。これにより、共焦点変位計５００の構成をコンパクトにすることができる。
　このように、各光ファイバ３１３～３１６のクラッド３１０ｂを遮光部（ピンホール部材）とし、コア３１０ａをピンホールとすることが好ましい。これにより、簡易な構成で共焦点光学系を実現することができる。一方で、光の損失を許容できる場合には、遮光性を有する板に複数のピンホールを設けた遮光部材を計測ヘッド２００側における光ファイバ３１３～３１６の端部に配置してもよい。
　さらに、本実施の形態においては、処理装置１００と計測ヘッド２００とが別体的に設けられ、導光部３００により光学的に接続される。そのため、計測対象物Ｓの形状または配置等に応じて適切な色収差を発生させるレンズユニット２２０または適切な焦点距離を有するレンズユニット２２０を含む計測ヘッド２００を用いて計測を用いることが容易に
なる。これにより、計測対象物Ｓの変位をより容易に計測することができる。
　また、導光部３００が光ファイバを含むことにより、処理装置１００と計測ヘッド２００とを離間して配置することができる。計測ヘッド２００には機械駆動する部品は設けられず、発熱源が存在しない。そのため、計測ヘッド２００を多様な環境に配置することができる。また、後述するように、計測ヘッド２００の露出する部分をガラスにより形成することにより、計測ヘッド２００をより多様な環境に配置することができる。
　光源１２１としてレーザ光源を用いる場合には、導光部３００が光ファイバを含むことが好ましい。例えば、図５に示すように、光源１２１により出射されるレーザ光により蛍光体１２２を励起し、複数の波長を有する光を生成する場合には、光ファイバを用いることにより生成された光を効率よく抽出することができる。また、光ファイバを用いることにより、抽出された光を計測ヘッド２００に効率よく供給できる。
　図１においては、ファイバカプラ３３０は、計測ヘッド２００の筐体２１０内に設けられているが、ファイバカプラは、計測ヘッド２００と光ファイバ３１３～３１６とのコネクタ部内に設けられていてもよい。金属等の強固な筐体（コネクタ部）の中にファイバカプラ３３０が配置されることにより、ファイバカプラ３３０を固定および保護しつつ計測ヘッド２００が大型化することを防止することができる。ファイバカプラ３３０は、コネクタ部の近傍に設けられてもよい。
　図１に示すように、ファイバカプラ３２０が処理装置１００側に配置され、ファイバカプラ３３０が計測ヘッド２００側に配置される。また、ファイバカプラ３２０，３３０間が２つのコア３１０ａを有する光ファイバ３１７，３１８により接続される。この構成によれば、計測対象物Ｓから反射される光信号の損失を抑制しつつ、ファイバカプラ３２０，３３０の配置のための設計自由度を向上させることができる。
　（８）変形例
　（ａ）導光部の変形例
　本実施の形態において、導光部３００は２個のファイバカプラ３２０，３３０を含むが、本発明はこれに限定されない。導光部３００はファイバカプラ３２０，３３０の一方または両方を含まなくてもよい。図２５は、導光部３００の第１の変形例を示す図である。図２５の例では、導光部３００は図１の光ファイバ３１７，３１８およびファイバカプラ３２０を含まない。ファイバカプラ３３０のポート３３１～３３６には、それぞれ光ファイバ３１１～３１６が接続される。
　図２５の例では、ファイバカプラ３３０が処理装置１００の筐体１１０の外に設けられているが、処理装置１００の筐体１１０の内に設けられていてもよい。また、図２５の例では、ファイバカプラ３３０は導光部３００のうち処理装置１００に近い側に設けられているが、計測ヘッド計測ヘッド２００の近傍またはコネクタ部内に設けられていてもよい。
　図２５の例では、設けられるファイバカプラは１つのみであり、計測ヘッド２００内にファイバカプラが配置されないので、計測ヘッド２００の組み立てが容易である。ファイバカプラ３３０を計測ヘッド２００に比べて大きい収容スペースを有する処理装置１００側に配置することにより、組み立ての容易性と光の損失の低減とを両立することができる。
　図２６は、導光部３００第２の変形例を示す図である。図２６の例では、導光部３００は図１のファイバカプラ３３０に代えて、２個のファイバカプラ３４０を含む。各ファイ
バカプラ３４０は、いわゆる１×２型の構成を有し、３個のポート３４１～３４３および本体部３４４を含む。ポート３４１，３４２とポート３４３とは、本体部３４４を挟んで対向するように本体部３４４に接続される。ポート３４１，３４２の少なくとも１つのポートに入力された光は、ポート３４３から出力される。ポート３４３に入力された光は、ポート３４１，３４２の各々から出力される。
　一方のファイバカプラ３４０のポート３４１，３４２には、それぞれ光ファイバ３１３，３１４が接続される。他方のファイバカプラ３４０のポート３４１，３４２には、それぞれ光ファイバ３１５，３１６が接続される。ファイバカプラ３２０のポート３２３と一方のファイバカプラ３４０のポート３４３とが光ファイバ３１７により接続される。ファイバカプラ３２０のポート３２４と他方のファイバカプラ３４０のポート３４３とが光ファイバ３１８により接続される。
　図２６の例では、ファイバカプラ３２０が処理装置１００の筐体１１０の外に設けられているが、処理装置１００の筐体１１０の内に設けられていてもよい。またファイバカプラ３４０は、計測ヘッド２００の外に設けられているが、計測ヘッド２００のコネクタ部内に収容されていてもよい。
　図２６の例では、計測ヘッド２００側に２つのファイバカプラ３４０が設けられている。この場合、ファイバカプラ３４０を計測ヘッド２００内に設けるための設計のレイアウトを容易に行うことができる。また、計測対象物Ｓから反射された光の損失を抑えることができる。
　図２７は、導光部３００の第３の変形例を示す図である。図２７の例では、導光部３００は図１のファイバカプラ３２０，３３０に代えて、２個のファイバカプラ３４０，３５０を含む。図２７の導光部３００は、図１の光ファイバ３１８を含まない。図２７のファイバカプラ３４０は、図２６のファイバカプラ３４０と同様の構成を有する。
　ファイバカプラ３５０は、いわゆる１×４型の構成を有し、５個のポート３５１～３５５および本体部３５６を含む。ポート３５１～３５４とポート３５５とは、本体部３５６を挟んで対向するように本体部３５６に接続される。ポート３５１～３５４の少なくとも１つのポートに入力された光は、ポート３５５から出力される。ポート３５５に入力された光は、ポート３５１～３５４の各々から出力される。
　ファイバカプラ３４０のポート３４１，３４２には、光ファイバ３１１，３１２がそれぞれ接続される。ファイバカプラ３５０のポート３５１～３５４には、光ファイバ３１３～３１６がそれぞれ接続される。ファイバカプラ３４０のポート３４３とファイバカプラ３５０のポート３５５とが光ファイバ３１７により接続される。
　また、本実施の形態において、ファイバカプラ３２０，３３０，３４０，３５０を用いて光の結合および分岐が行われるが、本発明はこれに限定されない。ファイバカプラ３２０，３３０，３４０，３５０が用いられず、複数のコア３１０ａが１つに融着された複数の光ファイバ３１１～３１８を用いて光の結合および分岐が行われてもよい。
　図２７の例では、ファイバカプラ３４０が処理装置１００の筐体１１０の外に設けられているが、処理装置１００の筐体１１０の内に設けられていてもよい。またファイバカプラ３５０が計測ヘッド２００の外に設けられているが、計測ヘッド２００のコネクタ部内に収容されていてもよい。また、ファイバカプラ３４０に代えて、光サーキュレータを用いてもよい。これにより、ファイバカプラ３４０を用いる場合に比べてよりも光の損失を低減することができる。
　（ｂ）レンズユニットの変形例
　本実施の形態において、レンズユニット２２０は屈折レンズ２２１および回折レンズ２２２を含むが、本発明はこれに限定されない。レンズユニット２２０は屈折レンズ２２１および回折レンズ２２２の一方または両方を含まなくてもよい。図２８（ａ）～（ｄ）は、レンズユニット２２０の第１～第４の変形例を示す図である。
　図２８（ａ）に示すように、第１の変形例におけるレンズユニット２２０は、図１の屈折レンズ２２１を含まずに回折レンズ２２２および対物レンズ２２３を含む。図２８（ｂ）に示すように、第２の変形例におけるレンズユニット２２０は、第１の変形例と同様に、図１の屈折レンズ２２１を含まずに回折レンズ２２２および対物レンズ２２３を含む。第２の変形例においては、回折レンズ２２２および対物レンズ２２３は、第１の変形例における回折レンズ２２２および対物レンズ２２３の位置とは逆に配置される。
　図２８（ｃ）に示すように、第３の変形例におけるレンズユニット２２０は、第１の変形例の回折レンズ２２２に代えて、ダブレットレンズ２２４を含む。図２８（ｄ）に示すように、第４の変形例におけるレンズユニット２２０は、第２の変形例の回折レンズ２２２に代えて、ダブレットレンズ２２４を含む。
　このように、レンズユニット２２０は、例えば回折レンズ、ダブレットレンズ、ＧＲＩＮ（グレーデッドインデックス）レンズもしくはプリズムまたはこれらの組み合わせにより構成されてもよい。これらのレンズユニット２２０の構成によれば、投光部１２０により出射された光に光軸方向に沿った色収差を発生させるとともに、色収差を有する光を収束させて計測対象物Ｓに照射することができる。
　上記のレンズは、ガラスレンズであってもよいし、樹脂レンズであってもよいし、ガラスが樹脂加工されたレンズであってもよい。ガラスレンズは、高い耐熱性を有する。樹脂レンズは、安価に製造することができる。ガラスが樹脂加工されたレンズは、比較的安価に製造することができ、かつ比較的高い耐熱性を有する。
　また、レンズユニット２２０のうち、計測対象物Ｓに最も近いレンズは、ガラスにより形成されることが好ましい。計測ヘッド２００は、工場等の製造ラインにおいては、水分または油分等が存在する環境に配置される。レンズ等の計測ヘッド２００の外部に露出している部分の光学系をガラスにより形成することにより、計測ヘッド２００の耐油性、耐水性および耐汚染性を向上させることができる。
　同様に、レンズユニット２２０の光学系のうち、外気に露出する部分をガラスにより形成することが好ましい。あるいは、屈折レンズ２２１、回折レンズ２２２、対物レンズ２２３またはダブレットレンズ２２４がガラスではなく、樹脂により形成され、レンズユニット２２０の外気に露出する部分がガラスにより構成されてもよい。例えば、図２８（ｂ）の例においては、回折レンズ２２２の下側（計測対象物Ｓ側）にカバーガラスが設けられてもよい。
　（ｃ）投光部の変形例
　本実施の形態において、光源１２１から出射される光の光軸とフェルール１２３の中心軸とが一直線上に配置されるが、本発明はこれに限定されない。図２９は、投光部１２０の変形例を示す図である。図２９に示すように、変形例における投光部１２０は、光源１２１、蛍光体１２２、フェルール１２３、レンズ１２４，１２８および反射部材１２９を含む。レンズ１２４は、光源１２１と反射部材１２９との間に配置される。レンズ１２８は、反射部材１２９とフェルール１２３との間に配置される。蛍光体１２２は、反射部材
１２９の反射面に塗布される。
　光源１２１により出射された光は、レンズ１２４を通過することにより、励起光として反射部材１２９に塗布された蛍光体１２２上に集光される。蛍光体１２２は、励起光を吸収して蛍光を放出する。ここで、蛍光体１２２に吸収されずに透過した励起光と蛍光体１２２からの蛍光とが混合されることにより、広い波長帯域の光が生成される。生成された光は、反射部材１２９の反射面で反射されることにより、レンズ１２８を通してフェルール１２３に導かれる。これにより、光ファイバ３１１に光が入力される。この構成においては、光学素子の配置の自由度が大きくなる。そのため、投光部１２０を小型化することが容易になる。
　投光部１２０により生成される光の強度を増加させるために、光源１２１により出射される光の光量を大きくすることが好ましい。一方で、光源１２１からの光の光量を大きくすると、蛍光体１２２の発熱が大きくなることにより、反射部材１２９の反射効率が低下するとともに、蛍光体１２２からの蛍光の放出が飽和しやすくなる。そこで、反射部材１２９が回転または移動可能に構成されてもよい。これにより、蛍光体１２２が冷却され、発熱を抑制することができる。その結果、投光部１２０により生成される光の強度をより増加させることができる。
　（ｄ）分光部の変形例
　本実施の形態において、分光部１３０の回折格子１３１は反射型を有するが、本発明はこれに限定されない。図３０は、分光部１３０の変形例を示す図である。図３０に示すように、分光部１３０の変形例においては、回折格子１３１は透過型を有する。回折格子１３１に入射された光は、波長ごとに異なる角度で透過するように分光される。回折格子１３１により分光された光は、レンズ１３３を通過することにより波長ごとに異なる受光部１４０の画素の位置に合焦される。
　［２］第２の実施の形態
　（１）共焦点変位計の基本構成
　本発明の第２の実施の形態に係る共焦点変位計について、第１の実施の形態に係る共焦点変位計５００と異なる点を説明する。図３１は、本発明の第２の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図３１に示すように、共焦点変位計５００の導光部３００は、複数（本例では４個）のファイバカプラ３４０および複数（本例では１２個）の光ファイバ３１１Ａ～３１１Ｄ，３１２Ａ～３１２Ｄ，３１３～３１６を含む。図３１のファイバカプラ３４０は、図２６のファイバカプラ３４０と同様の構成を有する。
　４個のファイバカプラ３４０のポート３４１には、光ファイバ３１１Ａ～３１１Ｄがそれぞれ接続される。４個のファイバカプラ３４０のポート３４２には、光ファイバ３１２Ａ～３１２Ｄがそれぞれ接続される。４個のファイバカプラ３４０のポート３４３には、光ファイバ３１３～３１６がそれぞれ接続される。投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１Ａ～３１１Ｄに入力される。光ファイバ３１２Ａ～３１２Ｄから出力された光は、分光部１３０に導かれる。
　この構成によれば、投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１Ａ～３１１Ｄを通して各ファイバカプラ３４０のポート３４１に入力される。各ポート３４１に入力された光は、対応するポート３４３から出力され、対応する光ファイバ３１３～３１６および計測ヘッド２００を通して計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、計測ヘッド２００および光ファイバ３１３～３１６を通して各ポート３４３に入力される。各ポート３４３に入力された光は、対応するポート３４１，３４２から出力される。各ポート３４２から出力された光は、光ファイバ３１２Ａ～３１２Ｄを通
して分光部１３０に導かれる。
　図３２は、図３１の分光部１３０の構成を示す図である。図３２に示すように、光ファイバ３１２Ａ～３１２Ｄから出力された光は、レンズ１３２を通過することにより略平行化され、回折格子１３１に入射される。回折格子１３１に入射された光は、波長ごとに異なる角度で反射するように分光される。
　図３３は、図３２の受光部１４０および受光波形を示す図である。図３３（ａ）に示すように、受光部１４０は、複数の画素が二次元状に配列された撮像素子（二次元ラインセンサ）を含む。撮像素子は、多分割ＰＤ、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳイメージセンサであってもよいし、他の素子であってもよい。受光部１４０は、矩形状の４個の受光領域１４１～１４４を有する。受光領域１４１～１４４は、幅方向（長手方向に直交する方向）に並ぶように配列される。各受光領域１４１～１４４は、一次元ラインセンサとして機能する。
　図３２の光ファイバ３１２Ａ～３１２Ｄから出力されて回折格子１３１により分光された光は、レンズ１３３を通過することにより、それぞれ受光領域１４１～１４４上において波長ごとに異なる一次元上の位置に合焦される。各受光領域１４１～１４４の各画素からは、受光量に対応する受光信号が演算処理部１５０に出力される。図３３（ａ）においては、各受光領域１４１～１４４で最も強度が大きい受光信号を出力した画素が白丸で示されている。
　図３３（ｂ）の横軸は受光された光の波長を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。図３２の演算処理部１５０は、図３３（ｂ）に示すように各受光領域１４１～１４４に対応する受光波形Ｗ１～Ｗ４を取得する。演算処理部１５０は、取得した受光波形Ｗ１～Ｗ４に平均化処理を行うことにより、図４の受光波形Ｗ０と同様の受光波形Ｗ０を生成する。
　ここで、平均化処理は、平均値の算出であってもよいし、積算値の算出であってもよいし、加重平均値または他の演算値の算出であってもよい。平均化処理において、複数の光ファイバ３１３～３１６を通過した複数の光の強度を考慮した所望の平均または積算を行うことができる。このように、電気的に受光波形Ｗ０の平均化処理が行われることにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。受光波形Ｗ０のピーク波長λ０を特定することにより、計測距離をより正確に特定することができる。
　図３１の構成によれば、光ファイバ３１２Ａ～３１２Ｄの光信号の中に異常値がある場合に、その異常値を容易に排除して変位を算出することができる。例えば、図３３（ａ）の受光領域１４３に対応する受光信号の強度のみが他の受光領域１４１，１４２，１４４に対応する受光信号の強度と比較して大きいか、または小さいことを考える。この場合、計測ヘッド２００に汚れがあるか、または迷光等の影響により異常値が検出されていることが考えられる。したがって、受光領域１４３に対応する受光信号を除外し、他の受光領域１４１，１４２，１４４に対応する受光信号を用いて変位を算出することができる。
　また、４つの光信号がそれぞれ独立に受光されるので、変位を算出する際の平均化処理として、重み付け積算等の任意の演算を行うことができる。さらに、受光部１４０の各受光領域１４１～１４４はつながっているので、受光部１４０の配置スペースを低減することができる。また、各ファイバカプラ３４０に代えて、光サーキュレータを用いてもよい。これにより、ファイバカプラ３４０を用いる場合に比べてよりも光の損失を低減することができる。
　（２）変形例
　（ａ）第２の実施の形態における第１の変形例
　本実施の形態において、受光部１４０が二次元ラインセンサにより実現されるが、本発明はこれに限定されない。図３４は、第２の実施の形態における第１の変形例に係る共焦点変位計５００の構成を示す模式図である。図３４に示すように、第１の変形例に係る共焦点変位計５００は、図３１の分光部１３０および受光部１４０に代えて、複数（本例では４個）の分光部１３０Ａ～１３０Ｄおよび複数（本例では４個）の受光部１４０Ａ～１４０Ｄを含む。
　各分光部１３０Ａ～１３０Ｄは、第１の実施の形態における図１の分光部１３０と同様の構成を有する。また、各受光部１４０Ａ～１４０Ｄは、第１の実施の形態における図１の受光部１４０と同様の構成を有する。そのため、各受光部１４０Ａ～１４０Ｄは一次元ラインセンサにより実現される。受光部１４０Ａ～１４０Ｄは、分光部１３０Ａ～１３０Ｄにより分光された光をそれぞれ受光するように配置される。
　光ファイバ３１２Ａ～３１２Ｄから出力された光は、それぞれ分光部１３０Ａ～１３０Ｄに導かれる。光ファイバ３１２Ａ～３１２Ｄから出力された光は、対応する分光部１３０Ａ～１３０Ｄにおいて、図３２のレンズ１３２を通過することにより略平行化され、回折格子１３１に入射される。回折格子１３１に入射された光は、波長ごとに異なる角度で反射するように分光される。回折格子１３１により分光された光は、レンズ１３３を通過することにより波長ごとに異なる受光部１４０Ａ～１４０Ｄの画素の位置に合焦される。
　各受光部１４０Ａ～１４０Ｄの各画素からは、受光量に対応する受光信号が演算処理部１５０に出力される。演算処理部１５０は、各受光部１４０Ａ～１４０Ｄから取得した受光波形に電気的に平均化処理を行うことにより、図４の受光波形Ｗ０と同様の受光波形Ｗ０を生成する。これにより、計測距離が算出される。
　第２の実施の形態における第１の変形例において、複数の分光部１３０Ａ～１３０Ｄにおける回折格子１３１およびレンズ１３２，１３３が、それぞれ共通の回折格子１３１およびレンズ１３２，１３３により実現されてもよい。すなわち、図３３（ａ）の受光部１４０の受光領域１４１～１４４が、それぞれ別個の一次元ラインセンサにより実現されてもよい。
　図３４の構成によれば、複数の受光部１４０Ａ～１４０Ｄが独立して配置されるので、各受光部１４０Ａ～１４０Ｄにより受光された光に独立した信号処理を施すことができる。これにより、ノイズが排除された変位を算出することができる。
　（ｂ）第２の実施の形態における第２の変形例
　図３５は、第２の実施の形態における第２の変形例に係る共焦点変位計５００の構成を示す模式図である。図３５に示すように、第２の変形例に係る共焦点変位計５００は、図３１の分光部１３０、受光部１４０およびファイバカプラ３４０に代えて、複数（本例では２個）の分光部１３０Ａ，１３０Ｂ、複数（本例では２個）の受光部１４０Ａ，１４０Ｂおよび複数（本例では２個）のファイバカプラ３２０を含む。また、第２の変形例に係る共焦点変位計５００は、図３１の光ファイバ３１１Ｃ，３１１Ｄ，３１２Ｃ，３１２Ｄを含まない。
　各ファイバカプラ３２０は図１のファイバカプラ３２０と同様の構成を有する。２個のファイバカプラ３２０のポート３２１には、光ファイバ３１１Ａ，３１１Ｂがそれぞれ接続される。２個のファイバカプラ３２０のポート３２２には、光ファイバ３１２Ａ，３１２Ｂがそれぞれ接続される。一方のファイバカプラ３２０のポート３２３，３２４には光ファイバ３１３，３１４がそれぞれ接続され、他方のファイバカプラ３２０のポート３２
３，３２４には光ファイバ３１５，３１６がそれぞれ接続される。
　各分光部１３０Ａ，１３０Ｂは、図３４の分光部１３０Ａ～１３０Ｄと同様の構成を有する。各受光部１４０Ａ，１４０Ｂは、図３４の受光部１４０Ａ～１４０Ｄと同様の構成を有する。そのため、各受光部１４０Ａ，１４０Ｂは一次元ラインセンサにより実現される。投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１Ａ，３１１Ｂに入力される。光ファイバ３１２Ａ，３１２Ｂから出力された光は、分光部１３０Ａ，１３０Ｂにそれぞれ導かれる。分光部１３０Ａ，１３０Ｂにより分光された光は、受光部１４０Ａ，１４０Ｂによりそれぞれ受光される。
　この構成によれば、投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１Ａ，３１１Ｂを通して各ファイバカプラ３２０のポート３２１に入力される。各ポート３２１に入力された光は、対応するポート３２３，３２４から出力され、対応する光ファイバ３１３～３１６および計測ヘッド２００を通して計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、計測ヘッド２００および光ファイバ３１３～３１６を通して各ポート３２３，３２４に入力される。各ポート３２３，３２４に入力された光は、対応するポート３２１，３２２から出力される。各ポート３２２から出力された光は、対応する光ファイバ３１２Ａ，３１２Ｂを通して対応する分光部１３０Ａ，１３０Ｂに導かれる。
　ここで、光ファイバ３１３，３１４に入力された光は光ファイバ３１２Ａから出力されるまでの過程で混合される。また、光ファイバ３１５，３１６に入力された光は光ファイバ３１２Ｂから出力されるまでの過程で混合される。これにより、光ファイバ３１２Ａから出力される光および光ファイバ３１２Ｂから出力される光には、強度の平均化処理（本例では積算処理）が行われる。
　光ファイバ３１２Ａ，３１２Ｂから出力された光は、対応する分光部１３０Ａ，１３０Ｂにおいて、図１に示すようにレンズ１３２を通過することにより略平行化され、回折格子１３１に入射される。回折格子１３１に入射された光は、波長ごとに異なる角度で反射するように分光される。回折格子１３１により分光された光は、レンズ１３３を通過することにより波長ごとに異なる受光部１４０Ａ，１４０Ｂの画素の位置に合焦される。
　各受光部１４０Ａ，１４０Ｂの各画素からは、受光量に対応する受光信号が演算処理部１５０に出力される。演算処理部１５０は、各受光部１４０Ａ，１４０Ｂから取得した受光波形にさらなる平均化処理を行うことにより、図４の受光波形Ｗ０と同様の受光波形Ｗ０を生成する。このように、本例においては、光学的および電気的に受光波形Ｗ０の平均化処理が行われる。これにより、計測距離が算出される。
　図３５の構成によれば、強度の積算を行う２つの光の組を任意に選択することができる。ここで、図３のファイバユニット３０１の中心を挟んで対向する２個の光ファイバからそれぞれ出力される２つの光の強度を積算することにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分をより効率よく除去することができる。
　したがって、ファイバユニット３０１の中心を挟んで対向する光ファイバ３１３，３１６が一方のファイバカプラ３２０のポート３２３，３２４にそれぞれ接続されることが好ましい。同様に、ファイバユニット３０１の中心を挟んで対向する光ファイバ３１４，３１５が他方のファイバカプラ３２０のポート３２３，３２４にそれぞれ接続されることが好ましい。
　［３］第３の実施の形態
　本発明の第３の実施の形態に係る共焦点変位計について、第１の実施の形態に係る共焦
点変位計５００と異なる点を説明する。図３６は、本発明の第３の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図３６に示すように、共焦点変位計５００の導光部３００は、図１の２個のファイバカプラ３２０，３３０に代えて１個の光スイッチ３６０を含む。また、導光部３００は、図１の光ファイバ３１７，３１８を含まない。
　光スイッチ３６０は、いわゆる２×４型の構成を有し、６個のポート３６１～３６６および本体部３６７を含む。ポート３６１，３６２とポート３６３～３６６とは、本体部３６７を挟んで対向するように本体部３６７に接続される。光スイッチ３６０のポート３６１～３６６には、光ファイバ３１１～３１６がそれぞれ接続される。
　ポート３６１，３６２のいずれかのポートに入力された光は、ポート３６３～３６６のいずれかのポートから出力可能である。ポート３６３～３６６のいずれかのポートに入力された光は、ポート３６１，３６２のいずれかのポートから出力可能である。演算処理部１５０の制御部１５２は、互いに等しい長さを有する４つの期間ｔ１～ｔ４ごとにポート３６１，３６２とポート３６３～３６６との間の接続状態を切り替える。
　期間ｔ１には、ポート３６１に入力された光がポート３６３から出力されるとともに、ポート３６３に入力された光がポート３６２から出力される。期間ｔ１の後の期間ｔ２には、ポート３６１に入力された光がポート３６４から出力されるとともに、ポート３６４に入力された光がポート３６２から出力される。期間ｔ２の後の期間ｔ３には、ポート３６１に入力された光がポート３６５から出力されるとともに、ポート３６５に入力された光がポート３６２から出力される。期間ｔ３の後の期間ｔ４には、ポート３６１に入力された光がポート３６６から出力されるとともに、ポート３６６に入力された光がポート３６２から出力される。
　この構成によれば、期間ｔ１には、処理装置１００の投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１を通して光スイッチ３６０のポート３６１に入力される。ポート３６１に入力された光は、ポート３６３から出力され、光ファイバ３１３およびレンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、レンズユニット２２０および光ファイバ３１３を通してポート３６３に入力される。ポート３６３に入力された光は、ポート３６２から出力され、光ファイバ３１２を通して分光部１３０に導かれる。
　同様に、期間ｔ２には、処理装置１００の投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１を通して光スイッチ３６０のポート３６１に入力される。ポート３６１に入力された光は、ポート３６４から出力され、光ファイバ３１４およびレンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、レンズユニット２２０および光ファイバ３１４を通してポート３６４に入力される。ポート３６４に入力された光は、ポート３６２から出力され、光ファイバ３１２を通して分光部１３０に導かれる。
　期間ｔ３には、処理装置１００の投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１を通して光スイッチ３６０のポート３６１に入力される。ポート３６１に入力された光は、ポート３６５から出力され、光ファイバ３１５およびレンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、レンズユニット２２０および光ファイバ３１５を通してポート３６５に入力される。ポート３６５に入力された光は、ポート３６２から出力され、光ファイバ３１２を通して分光部１３０に導かれる。
　期間ｔ４には、処理装置１００の投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１
１を通して光スイッチ３６０のポート３６１に入力される。ポート３６１に入力された光は、ポート３６６から出力され、光ファイバ３１６およびレンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、レンズユニット２２０および光ファイバ３１６を通してポート３６６に入力される。ポート３６６に入力された光は、ポート３６２から出力され、光ファイバ３１２を通して分光部１３０に導かれる。
　受光部１４０の各画素からは、受光信号が演算処理部１５０に出力される。図３７は、演算処理部１５０により取得される受光波形を示す図である。図３７の各期間の横軸は受光された光の波長を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。図３７に示すように、演算処理部１５０は、期間ｔ１～ｔ４に受光波形Ｗ１～Ｗ４をそれぞれ取得する。
　演算処理部１５０は、取得した受光波形Ｗ１～Ｗ４に平均化処理を行うことにより、図４の受光波形Ｗ０と同様の受光波形Ｗ０を生成する。ここで、第２の実施の形態と同様に、平均化処理は、平均値の算出であってもよいし、積算値の算出であってもよいし、加重平均値または他の演算値の算出であってもよい。平均化処理において、複数の光ファイバ３１３～３１６を通過した複数の光の強度を考慮した所望の平均または積算を行うことができる。このように、電気的に受光波形Ｗ０の平均化処理が行われることにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。受光波形Ｗ０のピーク波長λ０を特定することにより、計測距離をより正確に特定することができる。
　あるいは、受光部１４０は期間ｔ１～ｔ４の間露光を行い、受光部１４０の各画素から露光期間に積算された受光信号が演算処理部１５０に出力されてもよい。この場合、演算処理部１５０は、強度の平均化処理（本例では積算処理）が行われた光に対応する受光波形Ｗ０を取得する。この場合、平均化処理を行うための演算を行う必要がない。これにより、計測対象物Ｓの変位を高速で効率よく算出することができる。
　このように、第１～第３の実施においては、導光部３００が光ファイバを含むことにより、共焦点変位計５００を容易に構成することができる。この構成によれば、種々の光学部品を用いて光の分岐および合波を行うことが容易になる。また、複数の光ファイバを接続することにより、光を混合することが容易になる。さらに、処理装置１００と計測ヘッド２００との光信号の伝搬が容易になる。また、投光部１２０においては、光源１２１により出射されるレーザ光により蛍光体１２２が励起され、複数の波長を有する光が生成されるので、生成された光を光ファイバを用いて効率よく出射することができる。
　［４］他の実施の形態
　（１）上記実施の形態において、導光部３００は光ファイバを含み、光ファイバを用いて処理装置１００と計測ヘッド２００との間で光が伝送されるが、本発明はこれに限定されない。導光部３００は光ファイバを含まず、ミラーおよびハーフミラー等の光学素子を用いて処理装置１００と計測ヘッド２００との間で光が伝送されてもよい。
　図３８は、他の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図３８においては、理解を容易にするために計測対象物Ｓの１つの部分にのみ照射される光の経路が図示されている。図３８においては、計測対象物Ｓの他の３つの部分に照射される光の経路の図示が省略されているが、図３８の共焦点変位計５００は、４個の光源１２１と、これらにそれぞれ対応する４個の空間フィルタ３７２および４個の空間フィルタ３７３が設けられる。
　図３８に示すように、導光部３００は、図１の光ファイバ３１１～３１８およびファイバカプラ３２０，３３０に代えて、ハーフミラー３７１および上記の空間フィルタ３７２
，３７３を含む。空間フィルタ３７２，３７３には、ピンホール３７２ａ，３７３ａがそれぞれ形成される。
　投光部１２０から出射された光は、空間フィルタ３７２のピンホール３７２ａを通過した後、ハーフミラー３７１を通過する。ハーフミラー３７１を通過した光は、レンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、レンズユニット２２０を通過し、ハーフミラー３７１により反射される。ハーフミラー３７１により反射された光は、空間フィルタ３７３のピンホール３７３ａを通過して分光部１３０に導かれる。受光部１４０は、分光部１３０により分光された光を受光し、受光信号を出力する。
　演算処理部１５０は、受光部１４０により出力される受光信号に基づいて、上記の実施の形態で説明された光学的または電気的に平均化処理が行われた受光波形Ｗ０を取得する。このように、電気的または光学的に受光波形Ｗ０の平均化処理が行われることにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。受光波形Ｗ０のピーク波長λ０を特定することにより、計測距離をより正確に特定することができる。
　（２）上記実施の形態において、図５または図２９の投光部１２０は光源１２１からの励起光と蛍光体１２２からの蛍光とを混合することにより広い波長帯域の光を出射するが、本発明はこれに限定されない。投光部１２０は、光源１２１および蛍光体１２２に代えて、広い波長帯域の光を出射する光源を含んでもよい。例えば、投光部１２０は、光源として白色光を出射するＬＥＤ（発光ダイオード）またはハロゲンランプを含んでもよい。
　（３）上記実施の形態において、投光部１２０は連続的な波長を有する波長５００ｎｍ～７００ｎｍの光を出射するが、本発明はこれに限定されない。投光部１２０は連続的な波長を有する他の波長帯域の光を出射してもよい。例えば、投光部１２０は連続的な波長を有する赤外領域の光を出射してもよいし、連続的な波長を有する紫外領域の光を出射してもよい。
　（４）上記実施の形態において、処理装置１００と計測ヘッド２００とが別体として構成されるが、本発明はこれに限定されない。処理装置１００と計測ヘッド２００とが一体的に構成されてもよい。
　（５）上記実施の形態において、共焦点変位計５００は計測対象物Ｓの表面の４つの部分に光が照射されるように構成されるが、本発明はこれに限定されない。共焦点変位計５００は、計測対象物Ｓの表面の２つの部分、３つの部分または５つ以上の部分に光が照射されるように構成されてもよい。
　したがって、ファイバユニット３０１に含まれる光ファイバの数は、２個以上であることが好ましく、４個以上であることがより好ましい。ファイバユニット３０１の光ファイバの数を増加させた場合、平均化処理により測定精度をより向上させることができる一方で、ファイバユニット３０１の外径が大型化する。そのため、要求される測定精度とファイバユニット３０１の外径とに応じて光ファイバの数が決定されてもよい。
　（６）上記実施の形態において、ファイバユニット３０１は、その中心がレンズユニット２２０の光軸と略一致するように配置されるが、本発明はこれに限定されない。ファイバユニット３０１は、その中心がレンズユニット２２０の光軸から離間して配置されてもよい。
　（７）上記実施の形態において、ファイバユニット３０１の中心に重ならないように複
数の光ファイバ３１３～３１６が配置されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ファイバユニット３０１の中心に重なるように１個の光ファイバが配置され、当該光ファイバの周囲に他の複数のファイバが配置されてもよい。
　また、光ファイバ３１３，３１５が、図３における光ファイバ３１３，３１５の位置よりも光ファイバ３１３，３１５の配列方向に距離Ｌ２の半分だけ変位して配置されてもよい。この場合、光ファイバ３１３が光ファイバ３１４，３１６に接触するとともに、光ファイバ３１６が光ファイバ３１３，３１５に接触するように光ファイバ３１３～３１６が配置されてもよい。
　（８）上記実施の形態においては、ＣＰＵ４０３は、受光確認処理において、受光信号のピーク値があるしきい値よりも高いか否かに基づいて、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否を判定するが、本発明はこれに限定されない。ＣＰＵ４０３は、現在ピーク値が過去最大ピーク値の予め定められた割合（以下、しきい割合と呼ぶ。）の値よりも高いか否かに基づいて、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否を判定してもよい。この場合、しきい割合は使用者により設定可能であってもよい。
　図３９は、図１２の第１の表示領域４１０に表示される設定情報の入力画面の他の例を示す図である。図３９の例においては、最上段の入力欄４６１は、しきい割合を使用者が指定するために用いられる。入力欄４６１に使用者が所望の割合を入力することにより、入力された割合がしきい割合として設定される。
　図４０は、使用者によりしきい割合が設定された状態で受光確認処理により図１２の第１の表示領域４１０に表示される変化情報の例を示す図である。図４０の例では、図１６の例と同様に、現在ピーク値、過去最大ピーク値、受光確認処理が開始されてから現時点までの受光信号のピーク値の変化を示すドットプロットグラフが表示される。また、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否判定結果が表示される。
　さらに、本例では、使用者により設定されたしきい割合が百分率で表示されるとともに、現時点の過去最大ピーク値に対するしきい割合の値が受光信号の強度の値として表示される。また、図４０のドットプロットグラフでは、過去最大ピーク値が更新されるごとに変化する適否判定のしきい値が点線で示される。
　（９）上記実施の形態においては、図１６～図２１および図４０に示すように、受光確認処理において表示装置４０１に受光信号の強度に対するしきい値またはしきい割合が表示されるが、しきい値は表示されなくてもよい。また、しきい値の表示または非表示が操作部４０２からの入力により切り替えることができることとしてもよい。
　（１０）図１６、図１７、図２１および図４０の例において、調整にともなう時間の経過により、画面内に収まるプロットまたは波形が、過去最大ピーク値よりも低く、画面外に過去最大ピーク値がある時には、過去最大ピーク値に相当する受光信号の強度に、過去最大ピークがあったことを示す指標を示してもよい。縦軸の受光信号の強度は、現在ピーク値または現時点までの過去最大ピーク値に基づき規格化してもよい。例えば、過去最大ピーク値が８０のときは、受光強度の縦軸の上限近くに８０が位置するよう縦軸が構成され、調整と時間の経過とともに、過去最大ピーク値が３５０となれば、受光強度の縦軸の上限近くに３５０が位置するようトレンドグラフの縦軸が正規化されてもよい。
　［５］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
　以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
　上記実施の形態では、計測対象物Ｓが計測対象物の例であり、共焦点変位計５００が共焦点変位計の例であり、投光部１２０が投光部の例であり、レンズユニット２２０が光学部材の例である。光ファイバ３１３～３１６の先端部分またはピンホール３７３ａがピンホールの例であり、光ファイバ３１３～３１６または空間フィルタ３７３がピンホール部材の例であり、処理装置１００および導光部３００が変位計測部の例である。
　分光部１３０，１３０Ａ～１３０Ｄが分光部の例であり、受光部１４０，１４０Ａ～１４０Ｄが受光部の例であり、演算処理部１５０が算出部の例であり、光ファイバ３１３～３１６が第１の光ファイバの例である。光スイッチ３６０が切替部の例であり、コア３１０ａがコアの例であり、処理装置１００が処理装置の例であり、計測ヘッド２００がヘッド部の例であり、筐体１１０，２１０がそれぞれ第１および第２の筐体の例であり、光源１２１が光源の例であり、蛍光体１２２が蛍光体の例である。
　図１の構成においては、ファイバカプラ３２０，３３０および光ファイバ３１２～３１８が合成部の例であり、ファイバカプラ３２０，３３０がそれぞれ第１および第２のファイバカプラの例であり、光ファイバ３１１，３１２がそれぞれ第２および第３の光ファイバの例であり、光ファイバ３１７，３１８が第４の光ファイバの例である。図２５の構成においては、ファイバカプラ３３０および光ファイバ３１２～３１６が合成部の例であり、ファイバカプラ３３０がファイバカプラの例であり、光ファイバ３１１，３１２がそれぞれ第２および第３の光ファイバの例である。
　図２６の構成においては、ファイバカプラ３２０，３４０および光ファイバ３１２～３１８が合成部の例であり、ファイバカプラ３２０，３４０がそれぞれ第１および第２のファイバカプラの例であり、光ファイバ３１１，３１２がそれぞれ第２および第３の光ファイバの例であり、光ファイバ３１７，３１８が第４の光ファイバの例である。図２７の構成においては、ファイバカプラ３４０，３５０および光ファイバ３１２～３１７が合成部の例であり、ファイバカプラ３４０，３５０がそれぞれ第１および第２のファイバカプラの例であり、光ファイバ３１１，３１２，３１７がそれぞれ第２～第４の光ファイバの例である。図３５の構成においては、ファイバカプラ３２０および光ファイバ３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２Ａ，３１２Ｂ，３１３～３１６が合成部の例である。
　請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
　本発明は、種々の共焦点変位計に有効に利用することができる。
　１００　処理装置
　１１０，２１０　筐体
　１２０　投光部
　１２１　光源
　１２２　蛍光体
　１２３　フェルール
　１２４，１２８，１３２，１３３　レンズ
　１２５　保持具
　１２６　フィルタ素子
　１２７　素子ホルダ
　１２７Ａ　光源固定部
　１２７Ｂ　フェルール固定部
　１２７Ｃ　レンズ固定部
　１２９　反射部材
　１３０，１３０Ａ～１３０Ｄ　分光部
　１３１　回折格子
　１４０，１４０Ａ～１４０Ｄ　受光部
　１４１～１４４　受光領域
　１５０　演算処理部
　１５１　記憶部
　１５２　制御部
　１６０　表示部
　２００　計測ヘッド
　２２０　レンズユニット
　２２１　屈折レンズ
　２２２　回折レンズ
　２２３　対物レンズ
　２２４　ダブレットレンズ
　３００　導光部
　３０１　ファイバユニット
　３０２　保持部材
　３１０ａ　コア
　３１０ｂ　クラッド
　３１１～３１８，３１１Ａ～３１１Ｄ，３１２Ａ～３１２Ｄ　光ファイバ
　３２０，３３０，３４０，３５０　ファイバカプラ
　３２１～３２４，３３１～３３６，３４１～３４３，３５１～３５５，３６１～３６６
　ポート
　３２５，３３７，３４４，３５６，３６７　本体部
　３６０　光スイッチ
　３７１　ハーフミラー
　３７２，３７３　空間フィルタ
　３７２ａ，３７３ａ　ピンホール
　４００　制御装置
　４０１　表示装置
　４０２　操作部
　４０３　ＣＰＵ
　４０４　メモリ
　４１０　第１の表示領域
　４５０　第２の表示領域
　４５１　受光確認ボタン
　４５２　確認設定ボタン
　４５３　確認終了ボタン
　４５４　計測開始ボタン
　４６１，４６２　入力欄
　４６３，４６４　表示態様ボタン
　４９１　切替ボタン
　５００　共焦点変位計
　ＢＬ　基底波形
　Ｌ１　直径
　Ｌ２　距離
　ＭＲ　計測範囲
　Ｐ０，Ｐｘ～Ｐｚ　ピーク
　Ｐ１，Ｐ２　合焦位置
　ＲＰ　基準位置
　Ｓ　計測対象物
　Ｗ０～Ｗ４　受光波形
　λ０～λ４，λｘ，λｙ　ピーク波長

Claims (17)

  1. 共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する共焦点変位計であって、
    　複数の波長を有する光を出射する投光部と、
    　前記投光部により出射された光に光軸方向に沿った色収差を発生させるとともに、色収差を有する光を収束させて前記計測対象物に照射する光学部材と、
    　前記光学部材により前記計測対象物に照射された光のうち、前記計測対象物の表面で合焦しつつ反射された波長の光を通過させる複数のピンホールを有するピンホール部材と、
    　前記複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号の波長ごとの信号強度に基づいて前記計測対象物の変位を算出する変位計測部とを備える、共焦点変位計。
  2. 第１の光ファイバを有し、
    　前記第１の光ファイバの端部が前記ピンホールであり、前記第１の光ファイバが前記ピンホール部材である、請求項１記載の共焦点変位計。
  3. 前記投光部は、
    　一端部および他端部を有する第２の光ファイバと、
    　レーザ光源と、
    　前記第２の光ファイバの前記一端部に配置され、前記レーザ光源により出射された光を吸収して前記レーザ光源により出射された光の波長とは異なる波長の光を放出する蛍光体とを含み、
    　前記第２の光ファイバは、前記蛍光体が放出する光を前記一端部から受け付け、受け付けた光を前記他端部から前記第１の光ファイバに導く、請求項２記載の共焦点変位計。
  4. 前記第１の光ファイバは、複数設けられ、
    　前記複数の第１の光ファイバの端部がそれぞれ前記複数のピンホールである、請求項２または３記載の共焦点変位計。
  5. 前記変位計測部は、
    　前記複数のピンホールを通過した複数の光を合成することにより一の合成光を生成する合成部と、
    　前記合成部により合成された合成光を分光する分光部と、
    　前記分光部により分光された光を受光し、前記合成部により合成された光について波長ごとの受光量を示す電気的な受光信号を平均信号として出力する受光部と、
    　前記受光部から出力される平均信号に基づいて前記計測対象物の変位を算出する算出部とを含む、請求項２～４のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  6. 前記合成部は、第１のファイバカプラと、第２のファイバカプラと、複数の前記第１の光ファイバと、前記第２の光ファイバと、第３の光ファイバと、第４の光ファイバとを含み、
    　前記第２の光ファイバは、前記投光部により出射された光を前記第１のファイバカプラに導くように前記第１のファイバカプラに接続され、
    　前記第４の光ファイバは、前記第１のファイバカプラと前記第２のファイバカプラとの間で光が伝送されるように前記第１および第２のファイバカプラに接続され、
    　前記複数の第１の光ファイバの各々は、前記第２の光ファイバおよび前記第４の光ファイバにより前記第２のファイバカプラに導かれた光を前記光学部材に導くとともに、前記計測対象物の表面で合焦しつつ反射された光を前記第２のファイバカプラに導くように前記第２のファイバカプラに接続され、
    　前記第３の光ファイバは、前記複数の第１の光ファイバおよび前記第４の光ファイバに
    より前記第１のファイバカプラに導かれた光を前記分光部に導くように前記第１のファイバカプラに接続される、請求項５記載の共焦点変位計。
  7. 前記合成部は、ファイバカプラと、複数の前記第１の光ファイバと、前記第２の光ファイバと、第３の光ファイバとを含み、
    　前記第２の光ファイバは、前記投光部により出射された光を前記ファイバカプラに導くように前記ファイバカプラに接続され、
    　前記複数の第１の光ファイバの各々は、前記第２の光ファイバにより前記ファイバカプラに導かれた光を前記光学部材に導くとともに、前記計測対象物の表面で合焦しつつ反射された光を前記ファイバカプラに導くように前記ファイバカプラに接続され、
    　前記第３の光ファイバは、前記複数の第１の光ファイバにより前記ファイバカプラに導かれ光を前記分光部に導くように前記ファイバカプラに接続される、請求項５記載の共焦点変位計。
  8. 前記変位計測部は、
    　前記複数のピンホールを通過した複数の光をそれぞれ分光する分光部と、
    　前記分光部により分光された複数の光をそれぞれ受光し、前記複数のピンホールを通過した複数の光の各々について波長ごとの受光量を示す電気的な複数の受光信号を出力する受光部と、
    　前記受光部から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算することにより前記波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて前記計測対象物の変位を算出する算出部とを含む、請求項２～４のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  9. 前記変位計測部は、
    　前記複数のピンホールを通過した複数の光を部分的に合成することにより複数の合成光を生成する合成部と、
    　前記合成部により合成された複数の合成光をそれぞれ分光する分光部と、
    　前記分光部により分光された複数の光をそれぞれ受光し、前記複数のピンホールを通過した複数の光の各々について波長ごとの受光量を示す電気的な複数の受光信号を出力する受光部と、
    　前記受光部から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算することにより前記波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて前記計測対象物の変位を算出する算出部とを含む、請求項２～４のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  10. 前記変位計測部は、
    　複数の光が前記計測対象物に順次照射されるように、前記光学部材により収束された光の前記計測対象物への照射と非照射とを切り替える切替部と、
    　前記切替部により前記計測対象物に照射された後、前記複数のピンホールを順次通過した複数の光をそれぞれ分光する分光部と、
    　前記分光部により分光された複数の光を単一の露光期間内に受光し、受光した光について波長ごとの受光量を示す電気的な受光信号を平均信号として出力する受光部と、
    　前記受光部から出力される平均信号に基づいて前記計測対象物の変位を算出する算出部とを含む、請求項２～４のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  11. 前記変位計測部は、
    　複数の光が前記計測対象物に順次照射されるように、前記光学部材により収束された光の前記計測対象物への照射と非照射とを切り替える切替部と、
    　前記切替部により前記計測対象物に照射された後、前記複数のピンホールを順次通過し
    た複数の光をそれぞれ分光する分光部と、
    　前記分光部により分光された複数の光をそれぞれ受光し、前記複数のピンホールを通過した複数の光の各々について波長ごとの受光量を示す電気的な複数の受光信号を出力する受光部と、
    　前記受光部から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算することにより前記波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて前記計測対象物の変位を算出する算出部とを含む、請求項２～４のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  12. 前記第１の光ファイバは、前記投光部により出射された光を前記光学部材に導くように設けられる、請求項２～１１のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  13. 処理装置と、
    　ヘッド部とをさらに備え、
    　前記処理装置は、前記投光部、前記分光部、前記受光部および前記算出部を含むとともに、前記投光部、前記分光部、前記受光部および前記算出部を収容する第１の筐体をさらに含み、
    　前記ヘッド部は、前記光学部材を含むとともに、前記光学部材を収容する第２の筐体をさらに含む、請求項５～１２のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  14. 前記第１の光ファイバの端部の前記ピンホールは、前記ヘッド部内に設けられ、
    　前記第１の光ファイバは、前記ヘッド部から前記処理装置に光を導くように配置される、請求項１３記載の共焦点変位計。
  15. 前記複数のピンホールは、光路に交差する面内で並ぶように配置される、請求項１～１４のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  16. 複数のピンホールは、前記光学部材により収束された光のうち、前記計測対象物の表面の複数の部分で合焦しつつ反射された複数の光をそれぞれ通過させるように配置される、請求項１～１５のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
  17. 前記投光部は、
    　単一波長の光を出射する光源と、
    　前記光源により出射された光を吸収して前記光源により出射された光の波長とは異なる波長の光を放出する蛍光体とを含む、請求項１または２記載の共焦点変位計。
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