(57)【要約】【課題】  狭隘部分の距離を測定する。【解決手段】  距離測定装置は、測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された前記測定光の偏光状態を制御する第１偏光状態制御部と、前記第１偏光状態制御部によって偏光状態が制御された前記測定光の偏光状態を制御する第２偏光状態制御部と、前記第２偏光状態制御部により偏光状態が制御された前記測定光の出射方向を選択する光路切り替え素子と、を備え、前記第２偏光状態制御部は、前記光路切り替え素子から複数の前記出射方向に向かって前記測定光を射出するように前記測定光の偏光状態を制御し、前記光路切り替え素子は、出射した前記測定光が対象物にて反射した反射光を取り込むことを特徴とする。【選択図】図１
2020008496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を出力する発光部と、
前記発光部から出力された前記測定光の偏光状態を制御する第１偏光状態制御部と、
前記第１偏光状態制御部によって偏光状態が制御された前記測定光の偏光状態を制御する第２偏光状態制御部と、
前記第２偏光状態制御部により偏光状態が制御された前記測定光の出射方向を選択する光路切り替え素子と、
を備え、
前記第２偏光状態制御部は、前記光路切り替え素子から複数の前記出射方向に向かって前記測定光を射出するように前記測定光の偏光状態を制御し、
前記光路切り替え素子は、出射した前記測定光が対象物にて反射した反射光を取り込む
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の距離測定装置であって、
前記光路切り替え素子は、前記測定光を透過させることにより第１の方向に前記測定光を射出するとともに、前記測定光を反射させることにより前記第１の方向と略直角をなす第２の方向に前記測定光を射出する
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の距離測定装置であって、
前記第２偏光状態制御部及び前記光路切り替え素子を、前記第１の方向と平行な回転軸周りに回転させる回転部を、
備えることを特徴とする距離測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の距離測定装置であって、
前記第１偏光状態制御部は、前記第１の方向と平行な回転軸周りに回転されることなく固定されている
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の距離測定装置であって、
前記第１偏光状態制御部は、前記測定光の偏光状態を直線偏光から円偏光に制御し、
前記第２偏光状態制御部は、前記測定光の偏光状態を円偏光から直線偏光に制御し、
前記光路切り替え素子は、前記第２偏光状態制御部により制御された前記測定光の直線偏光の方向に応じて、前記測定光の出射方向を選択する
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の距離測定装置であって、
前記第１偏光状態制御部及び前記第２偏光状態制御部は、それぞれ１／４波長板から成る
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の距離測定装置であって、
前記発光部から出力された前記測定光の偏光状態を直線偏光に安定化する偏光安定化部と、
直線偏光に安定化された前記測定光をそのまま出力するか、または、前記直線偏光をπ／２回転させて出力する直線偏光切り替え素子と、
を備え、
前記第１偏光状態制御部には、直線偏光の方向がπ／２異なる前記測定光が切り替えられて入力される
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項８】
請求項１に記載の距離測定装置であって、
前記発光部から出力された前記測定光の偏光状態を直線偏光に安定化する偏光安定化部を、備え、
前記第１偏光状態制御部には、直線偏光に安定化された前記測定光と、直線偏光の方向がπ／２異なる前記測定光とが同時に入力される
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項９】
請求項１に記載の距離測定装置であって、
前記測定光の伝搬時間を測定することにより前記対象物までの距離を測定する距離演算部を、
備えることを特徴とする距離測定装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の距離測定装置であって、
前記光路切り替え素子は、偏光ビームスプリッタ、または、複屈折プリズムとミラーとの組合せから成る
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項１１】
距離測定装置の距離測定方法であって、
測定光を出力する発光ステップと、
出力された前記測定光の偏光状態を制御する第１偏光状態制御ステップと、
前記第１偏光状態制御ステップの処理で偏光状態が制御された前記測定光の偏光状態を制御する第２偏光状態制御ステップと、
前記第２偏光状態制御ステップの処理で偏光状態が制御された前記測定光の出射方向を選択する光路切り替えステップと、
出射された前記測定光が対象物にて反射した反射光を取り込む取り込みステップと、
を含み、
前記第２偏光状態制御ステップは、前記光路切り替えステップの処理で複数の前記出射方向に向かって前記測定光を射出するように前記測定光の偏光状態を制御する
ことを特徴とする距離測定方法。
【請求項１２】
測定光を出力する発光部と、
前記発光部から出力された前記測定光の偏光状態を制御する第１偏光状態制御部と、
前記第１偏光状態制御部によって偏光状態が制御された前記測定光の偏光状態を制御する第２偏光状態制御部と、
前記第２偏光状態制御部により偏光状態が制御された前記測定光の出射方向を選択する光路切り替え素子と、
前記光路切り替え素子を互いに直交するｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向を含む多方向へ移動させる移動機構と、
を備え、
前記第２偏光状態制御部は、前記光路切り替え素子から複数の前記出射方向に向かって前記測定光を射出するように前記測定光の偏光状態を制御し、
前記光路切り替え素子は、出射した前記測定光が対象物にて反射した反射光を取り込む
ことを特徴とする立体形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定装置、距離測定方法、及び立体形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式測定器に関する技術として、例えば、特許文献１には、「収容部３４内には、収容部３４に固定して一体的に設けられた棒状の軸（支持部材）３６と、軸３６を中心として可動な状態で軸３６に保持された反射ミラー３７、反射ミラー３７を回動前後の所定位置に保持するための保持部材３５とが配設されている。軸３６、反射ミラー３７及び保持部材３５は、光源３８から出力された測定用光の進行方向を所定方向に（例えば９０度）変えるための方向制御部を構成している。」、「保持部材３５は、反射ミラー３７が軸３６を中心として回動する前は、光源３８からの測定用光を反射しない位置である第１位置に反射ミラー３７を保持する。また、保持部材３５は、反射ミラー３７が軸３６を中心として所定角度（例えば４５度）回転して光源３８からの測定用光の進行方向を所定方向（９０度）に変える位置である第２位置まで動いた後は、反射ミラー３７を前記第２位置に保持するように機能する。」、「これにより、反射ミラー３７は、前記第１位置では光源３８からの測定用光の進行方向は変えず、前記第２位置では光源３８からの測定用光の進行方向を所定方向に変えるように動作する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７１６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光を照射することにより立体的な対象物の形状を測定する場合、照射の方向を変更することで、光を射出する測定部の移動を抑制して測定を行うことができる。
【０００５】
特許文献１に記載された技術では、収容部内に設置されたミラーを移動させることで、照射の方向を変更している。収容部内でミラーを移動させるためには、収容部の小型化が制限される。この場合、特に狭隘部分を測定するに際して、測定が制限される可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであって、狭隘部分の距離を測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係る距離測定装置は、測定光を出力する発光部と、前記発光部から出力された前記測定光の偏光状態を制御する第１偏光状態制御部と、前記第１偏光状態制御部によって偏光状態が制御された前記測定光の偏光状態を制御する第２偏光状態制御部と、前記第２偏光状態制御部により偏光状態が制御された前記測定光の出射方向を選択する光路切り替え素子と、を備え、前記第２偏光状態制御部は、前記光路切り替え素子から複数の前記出射方向に向かって前記測定光を射出するように前記測定光の偏光状態を制御し、前記光路切り替え素子は、出射した前記測定光が対象物にて反射した反射光を取り込むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、狭隘部分の距離を測定することが可能となる。
【０００９】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る距離測定装置の構成例を示す模式図である。
【図２】光路切り替え素子の一例である偏光ビームスプリッタによる作用を説明するための図である。
【図３】第１偏光状態制御部と、第２偏光状態制御部と、光路切り替え素子との関係を説明するための図である。
【図４】第１偏光状態制御部と、第２偏光状態制御部と、光路切り替え素子との関係を説明するための図である。
【図５】光路切り替え素子の一例である複屈折板とミラーとの組合せによる作用を説明するための図である。
【図６】測距制御部の第１の構成例を示す図である。
【図７】反射強度プロファイルから対象物Ｔの表面における反射位置を求める方法の一例を説明するための図である。
【図８】測距制御部の第２の構成例を示す図である。
【図９】測距制御部の第３の構成例を示す図である。
【図１０】第１偏光状態制御部と、第２偏光状態制御部と、光路切り替え素子との関係を説明するための図である。
【図１１】距離測定装置を採用した立体形状測定装置の第１の構成例を示す模式図である。
【図１２】距離測定装置を採用した立体形状測定装置の第２の構成例を示す模式図である。
【図１３】立体形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る複数の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。
【００１２】
＜本発明の一実施の形態に係る距離測定装置の構成例＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る距離測定装置１０の構成例を示す模式図である。該距離測定装置１０は、測距制御部１１０と測定プローブ１６０とが接続ケーブル１５０を介して接続されて構成される。
【００１３】
測距制御部１１０は、測定光を生成し、接続ケーブル１５０を介して測定プローブ１６０に出力する。接続ケーブル１５０は、例えば、光ファイバから成り、測距制御部１１０から出力される測定光を測定プローブ１６０に導光する。測定プローブ１６０は、対象物Ｔに対して測定光を照射し、対象物Ｔにて反射した測定光（反射光）を受光し、受光した反射光を、接続ケーブル１５０を介して測距制御部１１０に出力する。
【００１４】
測定プローブ１６０は、レンズ部１６１、回転部１６２、光路切り替え素子１６３、測定プローブ先端部１６４、第1偏光状態制御部１６５、及び第２偏光状態制御部１６６を有する。
【００１５】
レンズ部１６１は、測距制御部１１０から接続ケーブル１５０を介して導光された測定光を絞り、第1偏光状態制御部１６５へと導く。回転部１６２は、モータ等の回転駆動部を有する。回転部１６２は、制御装置２１０（図６）が内蔵する距離演算部（不図示）からの制御に従い、モータ等を回転駆動して、レンズ部１６１から出力される測定光と平行な回転軸周りに第２偏光状態制御部１６６及び光路切り替え素子１６３を同時に回転させる。
【００１６】
光路切り替え素子１６３は、例えば、偏光ビームスプリッタ１８０（図２）、または、複屈折板１８１とミラー１８２（図５）との組み合わせから成る。光路切り替え素子１６３は、直線偏光切り替え素子３０２（図６）と第1偏光状態制御部１６５によって円偏光方向を制御された測定光を、その偏光の方向に応じて選択的に測定光を射出する。具体的には、光路切り替え素子１６３は、レンズ部１６１から出力される測定光の進行方向と同じ進行方向である第１の方向３００ａ（ｚ軸方向）と、第１の方向３００ａに略直交する第２の方向３００ｂ（ｘｙ平面に平行な方向）との少なくとも一方に向かって光を射出する。
【００１７】
測定プローブ先端部１６４は、第２偏光状態制御部１６６と、光路切り替え素子１６３とを係止するとともに、光路切り替え素子１６３から射出される光を、第１の方向３００ａまたは第２の方向３００ｂに通過させる。測定プローブ先端部１６４は、例えば、第１の方向３００ａに開口部を有する筒状であり、光を透過する材料で構成され、内壁の少なくとも一部で光路切り替え素子１６３を係止している。測定プローブ先端部１６４は、レンズ部１６１から出力される測定光と平行な回転軸周りに回転し、測定プローブ先端部１６４の回転に伴い第２偏光状態制御部１６６と、光路切り替え素子１６３が回転する。なお、測定プローブ先端部１６４は、回転部１６２の回転箇所から光路切り替え素子１６３を係止する箇所までを指し、回転部１６２の制御に伴って回転するものとする。
【００１８】
なお、測定プローブ先端部１６４の構造は上述した例に限られない。例えば測定プローブ先端部１６４は、１本以上の支柱で第２偏光状態制御部１６６および光路切り替え素子１６３を係止し、支柱の駆動に伴い光路切り替え素子１６３が回転するものであってもよい。また、測定プローブ先端部１６４は、例えば透明な２層の筒から成り、内層側の筒で第２偏光状態制御部１６６および光路切り替え素子１６３を係止し、第２偏光状態制御部１６６および光路切り替え素子１６３を回転させてもよい。また、第２偏光状態制御部１６６と光路切り替え素子１６３とを直接的に接着させて測定プローブ先端部１６４に係止してもよいし、第２偏光状態制御部１６６と光路切り替え素子１６３をそれぞれ個別に測定プローブ先端部１６４に係止してもよい。
【００１９】
第1偏光状態制御部１６５は、例えば、１／４波長板、液晶素子、またはファイバ型偏光制御素子から成る。第1偏光状態制御部１６５は、測定プローブ１６０の内部で固定されており回転しない。第1偏光状態制御部１６５は、測距制御部１１０から出力された測定光の偏光を制御し、例えば測定光の円偏光方向を変化させる。第１偏光状態制御部１６５の詳細な作用については後述する。
【００２０】
第２偏光状態制御部１６６は、例えば、１／４波長板から成る。上述したように、第２偏光状態制御部１６６は、回転部１６２により、光路切り替え素子１６３とともに第１の方向３００ａを回転軸として回転される。第２偏光状態制御部１６６は、第1偏光状態制御部１６５によって制御された測定光の偏光状態を、光路切り替え素子１６３に対して一定の状態を保って光路切り替え素子１６３に出力する。
【００２１】
距離測定装置１０においては、測距制御部１１０から出力された測定光が接続ケーブル１５０及びレンズ部１６１を経由して第1偏光状態制御部１６５に到達し、第1偏光状態制御部１６５でその偏光が制御される。第1偏光状態制御部１６５によって偏光が制御された測定光は、第２偏光状態制御部１６６によって再び偏光が制御され、光路切り替え素子１６３に到達し、その偏光に応じて第１の方向３００ａまたは第２の方向３００ｂに射出される。
【００２２】
光路切り替え素子１６３から射出された光は対象物Ｔに到達し、対象物Ｔにて反射または散乱した光は、射出のときとは逆の経路、すなわち、光路切り替え素子１６３、第２偏光状態制御部１６６、第1偏光状態制御部１６５、レンズ部１６１、接続ケーブル１５０の順に進行して測距制御部１１０に到達する。測距制御部１１０では、到達した測定光を所定の電気信号に変換して制御装置２１０に出力する。制御装置２１０では、内蔵する距離演算部が、測距制御部１１０から入力される所定の電気信号に基づいて対象物Ｔまでの距離を算出する。
【００２３】
対象物Ｔが例えば円筒形状である場合、第１の方向３００ａへ射出された測定光を用いることにより、円筒形状の底までの深さを測定することができる。また、第２の方向３００ｂへ射出された測定光を用いることにより、例えば円筒形状の側面の形状を測定することができる。
【００２４】
次に、光路切り替え素子１６３の動作について説明する。図２は、光路切り替え素子１６３に偏光ビームスプリッタ１８０を用いた場合の作用を説明するための図である。同図（Ａ）は、直線偏光である測定光が図面の左右方向に振動している状態を示している。同図（Ｂ）は、直線偏光である測定光が図面の奥行方向（図面に垂直な方向）に振動している状態を示している。
【００２５】
同図（Ａ）に示す状態では、入射した測定光は、偏光ビームスプリッタ１８０の反射面を透過し、入射方向と同じ第１の方向３００ａに進行する。なお、対象物Ｔにて反射した光は同じ経路を逆行して測距制御部１１０に到達する。
【００２６】
また、同図（Ｂ）に示す状態では、入射した測定光は、偏光ビームスプリッタ１８０の反射面にて反射し、測定光の入射方向と略直交する第２の方向３００ｂに進行する。第２の方向３００ｂに進行する光は、第１の方向３００ａに進行する光と同様に、対象物Ｔにて反射した光は同じ経路を逆行して測距制御部１１０に到達する。
【００２７】
この性質を利用し、後述する偏光安定化部３０１と、直線偏光切り替え素子３０２と、第1偏光状態制御部１６５と第２偏光状態制御部１６６によって、光路切り替え素子１６３に対して所定の角度を保つように測定光の偏光状態を制御すると、測定光の進行方向を第１の方向３００ａまたは第２の方向３００ｂに維持することが可能となる。
【００２８】
すなわち、偏光安定化部３０１と、直線偏光切り替え素子３０２と、第1偏光状態制御部１６５と第２偏光状態制御部１６６によって測定光の偏光を制御することにより、測定光の進行方向を第１の方向３００ａまたは第２の方向３００ｂに切り替えることができる。
【００２９】
次に、図３及び図４は、第1偏光状態制御部１６５と、第２偏光状態制御部１６６と、光路切り替え素子１６３との関係を説明するための図である。ただし、図３及び図４においては、第1偏光状態制御部１６５に１／４波長板３０５を採用し、第２偏光状態制御部１６６に１／４波長板３１１を採用し、光路切り替え素子１６３に偏光ビームスプリッタ１８０を採用している。
【００３０】
１／４波長板３０５の光学軸を基準とした場合、図３に示されるように、１／４波長板３０５に入射する測定光の直線偏光の振動方向の角度αがπ／４であるときには、１／４波長板３０５から出射する測定光は進行方向を見たときに時計回りに回転する円偏光状態（左円偏光）３０７ａとなる。
【００３１】
また、図４に示されるように、１／４波長板３０５に入射する測定光の直線偏光の振動方向の角度αが３π／４であるときには、１／４波長板３０５から出射する測定光は進行方向を見たときに反時計回りに回転する円偏光状態（右円偏光）３０７ｂとなる。
【００３２】
なお、一般に、１／４波長板は、円偏光の光が入射されると、円偏光の回転方向に応じた方向に振動する直線偏光を出射する性質を有する。したがって、図３に示されるように、１／４波長板３１１に対して、左円偏光３０７ａを入射させると、１／４波長板３１１の光学軸に対してπ／４の角度を持った直線偏光が出射される。また、図４に示されるように、１／４波長板３１１に対して、右円偏光３０７ｂを入射させると、１／４波長板３１１の光学軸に対して３π／４の角度を持った直線偏光が出射される。
【００３３】
１／４波長板３１１の後段に配置された偏光ビームスプリッタ１８０は、入射面３０９に平行な振動方向の直線偏光を透過し、すなわち、第１の方向３００ａに出射する。また、偏光ビームスプリッタ１８０は、入射面３０９に対してπ／２の角度をなす振動方向の直線偏光を反射する、すなわち、第２の方向３００ｂに出射する。
【００３４】
なお、１／４波長板Ｂ３１１、及び偏光ビームスプリッタ１８０は、回転部１６２によって回転される。したがって、１／４波長板Ｂ３１１の光学軸と偏光ビームスプリッタ１８０の入射面の間を成す角度がπ／４となるように、１／４波長板Ｂ３１１と、偏光ビームスプリッタ１８０とをそれぞれ測定プローブ先端部１６４に係止させた状態で、１／４波長板Ｂ３１１、及び偏光ビームスプリッタ１８０を回転させれば、第１の方向３００ａに進行する測定光による距離測定と、第２の方向３００ｂに進行する測定光による距離測定とを行うことができる。
【００３５】
ところで、１／４波長板３０５に入射する測定光の直線偏光の振動方向の切り替えは、直線偏光切り替え素子３０２（図６）が実行する。直線偏光切り替え素子３０２は、自身に電圧が印加されていない場合、図３に示されるように、１／４波長板３０５に入射する測定光の直線偏光の振動方向を第１の測定光振動方向３０６ａに調整する。また、直線偏光切り替え素子３０２は、自身に電圧が印加されている場合、図４に示されるように、１／４波長板３０５に入射する測定光の直線偏光の振動方向を第２の測定光振動方向３０６ｂに調整する。すなわち、直線偏光切り替え素子３０２を電気的に切り替え制御することにより、測定プローブ先端部１６４から第１の方向３００ａまたは第２の方向３００ｂに切り替えて測定光を出射することができる。
【００３６】
例えば、図３に示されるように、測定光を第１の方向３００ａに照射する場合には、測定光の直線偏光振動方向を、１／４波長板Ａの主軸３０８に対して角度π／４の傾きを持つ第１の測定光振動方向３０６ａの方向となるように直線偏光切り替え素子３０２に対する電圧印加を止めればよい。これにより、測定光は１／４波長板Ａ３０５によって左円偏光状態に変換された後、１／４波長板Ｂ３１１によって、偏光ビームスプリッタ１８０の入射面３０９に対して平行に振動する直線偏光に変換され、第１の方向３００ａに出射される。
【００３７】
また例えば、図４に示されるように、測定光を第２の方向３００ｂに照射する場合には、測定光の直線偏光振動方向を、１／４波長板Ａの主軸３０８に対して角度３π／４の傾きを持つ第２の測定光振動方向３０６ｂの方向となるように、直線偏光切り替え素子３０２に対する電圧印加を行えばよい。これにより、測定光は１／４波長板Ａ３０５によって右円偏光状態に変換された後、１／４波長板Ｂ３１１によって、偏光ビームスプリッタ１８０の入射面３０９に対して垂直に振動する直線偏光に変換され、第２の方向３００ｂに出射される。
【００３８】
なお、ここまでは、第1偏光状態制御部１６５に１／４波長板３０５を採用した例について説明したが、第1偏光状態制御部１６５に液晶素子を採用してもよい。その場合、第1偏光状態制御部１６５としての液晶素子に印加する電圧を制御し、液晶素子の旋光性を制御することにより、第1偏光状態制御部１６５は出力する測定光の偏光方向を変更することができる。
【００３９】
また、第1偏光状態制御部１６５にファイバ型偏光制御素子を採用してもよい。その場合、第1偏光状態制御部１６５としてファイバ型偏光制御素子にねじれや圧迫を加えれば、複屈折の誘起により、第1偏光状態制御部１６５から出力される測定光の偏光方向を制御することができる。
【００４０】
次に、図５は、光路切り替え素子１６３に複屈折板１８１とミラー１８２との組合せを用いた場合の作用を説明するための図である。同図（Ａ）は、直線偏光である測定光が図面の奥行方向（図面に垂直な方向）に振動している状態を示している。同図（Ｂ）は、直線偏光である測定光が図面の左右方向に振動している状態を示している。
【００４１】
複屈折板１８１は、測定光の偏光状態に応じて光路をシフトさせる性質を有する。そこで、光路切り替え素子１６３を成す複屈折板１８１を、同図（Ａ）に示すように図面の奥行方向に振動する直線偏光の測定光を直進させ、同図（Ｂ）に示すように図面の左右方向に振動する直線偏光の測定光の光路をシフトするように設置する。さらに、光路切り替え素子１６３を成すミラー１８２を複屈折板１８１によりシフトした光路上に配置して、シフトした測定光の出射方向を変更する。
【００４２】
これにより、光路切り替え素子１６３に偏光ビームスプリッタ１８０を用いた場合（図２）と同様に、レンズ部１６１から出射される測定光と同じ光軸を有する第１の方向３００ａ、または第１の方向３００ａと光軸の異なる第２の方向３００ｂに選択的に光を出射することができる。
【００４３】
ただし、光路切り替え素子１６３に偏光ビームスプリッタ１８０を用いた場合（図２）と、光路切り替え素子１６３に複屈折板１８１とミラー１８２との組合せを用いた場合（図５）とでは、偏光方向と光の出射方向との関係が逆になる点に留意が必要である。
【００４４】
以上説明したように、測定プローブ１６０は、測定プローブ先端部１６４の光路切り替え素子１６３から異なる方向に測定光を出射することができる。したがって、例えば、測定プローブ先端部１６４の内部にミラーを設け、該ミラーを駆動させることにより測定光の出射方向を選択的に変更する場合に比較して、該ミラーが不要となる分だけ、測定プローブ先端部１６４を小型化することができる。
【００４５】
次に、測距制御部１１０の構成例について説明する。
【００４６】
＜測距制御部１１０の第１の構成例＞
図６は、測距制御部１１０の第１の構成例を示している。測距制御部１１０の第１の構成例は、測距の方法として、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Waves）またはＳＳ−ＯＣＴ（Swept-Source Optical Coherence Tomography）（あるいは波長掃引ＯＣＴ）を用いて対象物Ｔとの距離を測定する。なお、ＦＭＣＷとＳＳ−ＯＣＴとの基本原理は共通しているが、ＦＭＣＷは、主に可干渉距離の長い光源を用いる長距離の計測に用いられ、ＳＳ−ＯＣＴは、主に可干渉距離の短い光源を用いる微細構造の測定に用いられる。
【００４７】
測距制御部１１０の第１の構成例は、測定プローブ１６０の他、制御装置２１０に接続されている。制御装置２１０は、測距制御部１１０から入力される所定の電気信号を用いて対象物Ｔとの距離を演算する距離演算部（不図示）を備える。なお、距離演算部は、測距制御部１１０が備えていてよい。制御装置２１０は、対象物Ｔとの距離の演算結果を表示装置２２０に表示させる。また、制御装置２１０は、測距制御部１１０を介することなく、測定プローブ１６０と直接通信可能に接続されていてもよい。
【００４８】
測距制御部１１０の第１の構成例は、発光部１０１、発振部１０２、光ファイバカプラ１０３，１０４，１０６及び１１４、光ファイバ１０５、受光部１０７及び１０９、光サーキュレータ１０８、参照ミラー１１２、光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂ、測距制御機構制御部１１１、偏光安定化部３０１、並びに直線偏光切り替え素子３０２を有する。
【００４９】
発振部１０２は、測距制御機構制御部１１１からの掃引波形信号に基づき、発光部１０１に対して三角波電流を注入し、駆動電流を変調する。発光部１０１は、変調された駆動電流により、一定の変調速度で時間的に周波数掃引されたＦＭ(Frequency Modulated)光を発生して偏光安定化部３０１に出力する。
【００５０】
なお、発光部１０１を外部共振器付き半導体レーザ装置として構成し、発光部１０１の共振波長を発振部１０２からの三角波状の制御信号により変化させてもよい。この場合においても、発光部１０１は、時間的に周波数掃引されたＦＭ光を発生することができる。
【００５１】
偏光安定化部３０１は、発光部１０１から入力されるＦＭ光の偏光状態を常に一定方向の直線偏光状態へと安定化して直線偏光切り替え素子３０２に出力する。直線偏光切り替え素子３０２は、内蔵する液晶素子への電圧の印加によって、偏光安定化部３０１から入力されたＦＭ光の直線偏光の方向をそのまま後段に出力するか、またはπ／２回転させて後段に出力する。
【００５２】
なお、偏光安定化部３０１及び直線偏光切り替え素子３０２は、所望の振動方向を持つ直線偏光を出力するために用いているので、一般的な偏光状態解析器と偏光状態発生器との組合せを採用することができる。
【００５３】
直線偏光切り替え素子３０２から出力された光（直線偏光）は光ファイバカプラ１０３に入射される。光ファイバカプラ１０３は、入射された光を２分割し、一方を参照光学系の光ファイバカプラ１０４に出力する。なお、光ファイバカプラ１０３，１０４，及び１１４は、例えばビームスプリッタであってもよい。
【００５４】
光ファイバカプラ１０４に入射された光は、２分割され、その一方に対して所定の光路差が設けられた後、光ファイバカプラ１０６にて合波されて受光部１０７に受光される。受光部１０７は、マッハツェンダー干渉計として機能し、光路差に比例した一定の参照ビート信号を検出する。
【００５５】
光ファイバカプラ１０３にて２分割された光の他方は、光サーキュレータ１０８により光ファイバカプラ１１４に導光され、光ファイバカプラ１１４によって２分割され、一方は参照ミラー１１２にて反射して参照光となり、他方は光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂを介して測定プローブ１６０に出力され、対象物Ｔに照射される。なお、光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂの作用については後述する。そして、対象物Ｔにて反射した反射光（測定光）は、接続ケーブル１５０を介して測距制御部１１０に戻される。
【００５６】
測距制御部１１０に戻された測定光は光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂを通過し、光ファイバカプラ１１４にて、参照ミラー１１２にて反射された参照光と合波され、光サーキュレータ１０８により受光部１０９に導光される。受光部１０９は、参照光と測定光との干渉により発生する測定ビート信号を検出する。
【００５７】
測距制御機構制御部１１１は、受光部１０７で検出された参照ビート信号をサンプリングクロックとして、受光部１０９で検出された測定ビート信号のＡ／Ｄ変換を行う。または、測距制御機構制御部１１１は、参照ビート信号と測定ビート信号とを一定のサンプリングクロックでサンプリングする。
【００５８】
より具体的には、測距制御機構制御部１１１は、参照ビート信号をヒルベルト変換することにより、位相をπ／２だけずらした信号を作り、ヒルベルト変換の前後の参照信号から、信号の局所位相を求め、この位相を補間することで、参照信号が一定の位相となるタイミングを求める。さらに、測距制御機構制御部１１１は、このタイミングに合わせて、測定ビート信号を補間サンプリングすることで、参照信号を基準として測定信号をリサンプリングする。
【００５９】
なお、測距制御機構制御部１１１は、内蔵するＡＤ／ＤＡ変換機で参照ビート信号をサンプリングクロックとして測定信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換しても、同様の結果を得ることができる。
【００６０】
ビート信号の解析に関し、測定光と参照光との受光部１０９への到達タイミングには、時間差Δｔが存在するが、この間に光源の周波数が変化しているので、これによる周波数差に等しいビート周波数ｆｂの測定ビート信号が検出される。周波数掃引幅をΔνとし、Δνだけ変調するのに要する時間をＴとすると、次式（１）の関係がある。
【００６１】
【数１】
2020008496.tif 000003
【００６２】
対象物Ｔまでの距離Ｌは、Δｔの間に光が進む距離の半分なので、大気中の光速度ｃを用いて、次式（２）のように算出できる。
【００６３】
【数２】
2020008496.tif 000004
【００６４】
なお、測距制御機構制御部１１１において得られた測定信号に対してＦＦＴ（First Fourier Transform：高速フーリエ変換）を行い、そのピーク位置と大きさを求めれば、対象物Ｔの反射位置と反射光量が分かる。例えば、ＯＣＴ装置においては、生体等の半透明体の散乱位置と散乱の大きさの可視化が望まれるため、ＦＦＴの振幅スペクトルをそのまま用いることができる。本実施形態では、対象物Ｔの表面の位置を正確に求めるため、図７に示すような補間を行って距離検出分解能を高めるようになされている。
【００６５】
図７は、反射強度プロファイルから対象物Ｔの表面における反射位置を求める方法の一例を説明するための図である。同図において、横軸はＦＦＴの周波数を示し、縦軸は反射強度を示す。同図に示されるように、反射強度のピーク付近は離散的なデータとなる。点の間隔、すなわち距離分解能は、ｃ／２Δνとなる。ＳＳ−ＯＣＴの場合、一般的な波長は１３００ｎｍ、掃引幅は１００ｎｍであり、周波数掃引幅Δνは１７．８ＴＨｚとなるので、距離分解能ｃ／２Δνは８．４μｍとなる。
【００６６】
また、ＦＭＣＷの場合、一般的な波長は１５００ｎｍ、掃引幅は２ｎｍであり、周波数掃引幅Δνは２６７ＧＨｚとなるので、距離分解能ｃ／２Δνは０．５６ｍｍとなる。これに対し、図７に示すようにピーク付近の３点以上の点を用いて、二次関数またはガウス関数等の関数を当てはめ、当てはめられた関数のピーク付近の値を用いて補間すれば、分解能を１／１０程度に高めることが可能となる。
【００６７】
次に、測距制御部１１０を構成する光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂについて説明する。なお、光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂは、測距制御機構制御部１１１により切り替えを制御される。参照光と測定光との干渉によるビート信号を得るためには、光ファイバカプラ１１４から参照ミラー１１２までの光路長と、光ファイバカプラ１１４から対象物Ｔまでの光路長の差が、発光部１０１の可干渉距離以下である必要がある。この条件を守るため、光ファイバカプラ１１４から対象物Ｔまでの距離に応じて光スイッチ１１３ａと光スイッチ１１３ｂとを同時に切り替えて、各スイッチ間の光ファイバの長さを変更する。
【００６８】
また、光ファイバカプラ１１４から参照ミラー１１２までの光路長と、光ファイバカプラ１１４から対象物Ｔまでの光路長の差が長すぎる場合、すなわち可干渉距離が長い場合にも、ビート周波数が高くなりすぎて受光部１０９で検出できなくなる。そのため、ビート周波数が受光部１０９で検出可能な周波数となるように、光スイッチ１１３ａと光スイッチ１１３ｂとを同時に切り替え、各スイッチ間の光ファイバの長さを変更する。
【００６９】
なお、図６に示された第１の構成例では、光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂは、長さが異なる２本の光ファイバを切り替えているが、測定対象の範囲に応じて長さが異なる３本以上の光ファイバを切り替えるようにしてもよい。また、光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂが光ファイバを切り替えるタイミングは、一定であってもよいし、対象物Ｔの光路切り替え素子１６３からの距離等の状況に応じて変更するものであってもよい。例えば、光路切り替え素子１６３の回転に同期して、１回転ごとに光スイッチ１１３ａ及び光スイッチ１１３ｂを切り替えてもよい。
【００７０】
また、光路には光ファイバを用いるものとして説明しているが、一旦、光ファイバコリメータ等を用いて自由空間を伝播する光とし、光をミラー等で切り替えたり、ミラーを移動させたりして光路長を変更してもよい。
【００７１】
また、分岐に用いる光ファイバカプラ１１４と参照ミラー１１２との間の光路にも光スイッチ１１３ａ及び１１３ｂと同様の光スイッチを設け、光ファイバの長さを切り替えてもよい。
【００７２】
なお、図６に示された第１の構成例において、光ファイバカプラ１１４から光スイッチ１１３ｂまでの光路は測距制御部１１０に設置されている。しかしながら、これらの光路は、測距制御部１１０でなく、測定プローブ１６０内に設置されてもよい。
【００７３】
また、測距制御部１１０を用いて行われる距離測定方法は、上述の例に限られない。例えば、ＴＯＦ(Time Of Flight)法のように、パルスまたはバースト状の光を対象物Ｔに照射し、パルスまたはバーストが受光されるまでの時間を測定する方法、Ｐｈａｓｅ・Ｓｈｉｆｔ法、または光コム測距法のように連続的に強度変調された光を対象物Ｔに照射して、受光した信号の位相を測定する方法が使用できる。また、焦点ずれを測定することにより距離を測定してもよいし、白色共焦点法、非点収差法、ナイフエッジ法、コノスコピックホログラフィ法を採用することもできる。
【００７４】
＜測距制御部１１０の第２の構成例＞
次に、図８は、測距制御部１１０の第２の構成例を示している。測距制御部１１０の第２の構成例は、測距の方法として、ＳＤ−ＯＣＴ(Spectral Domain-Optical Coherence Tomography)（または周波数ドメインＯＣＴ）を用いて対象物Ｔとの距離を測定する。
【００７５】
測距制御部１１０の第２の構成例は、光サーキュレータ１０８、光ファイバカプラ１１４、参照ミラー１１２、測距制御機構制御部１１１、広帯域光発光部１１５、分光器１１６、偏光安定化部３０１、及び直線偏光切り替え素子３０２を有する。なお、測距制御部１１０の第２の構成例の構成要素のうち、第１の構成例（図６）の構成要素と共通するものについては、同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。
【００７６】
広帯域光発光部１１５は、測距制御機構制御部１１１からの制御に従い、測定光としての広帯域光を生成する。生成された測定光は、偏光安定化部３０１、及び直線偏光切り替え素子３０２を介して光サーキュレータ１０８に到達し、光サーキュレータ１０８によって光ファイバカプラ１１４に導光され、光ファイバカプラ１１４より２分割され、分割された測定光の一方は、測定プローブ１６０を介して対象物Ｔに対して出射される。また、分割された測定光の他方は、参照ミラー１１２に反射して参照光となる。対象物Ｔで反射した測定光は、測定プローブ１６０を経由して測距制御部１１０に戻り、光ファイバカプラ１１４にて参照光と合波され、光サーキュレータ１０８によって分光器１１６に導光されて分光スペクトルが解析される。
【００７７】
この分光スペクトルは、対象物Ｔと参照ミラー１１２との間の光路長の差に比例した周波数の振動を示す。そのため、第２の構成例における測距制御機構制御部１１１は、この周波数を解析することで対象物Ｔの距離測定を実現する。
【００７８】
＜測距制御部１１０の第３の構成例＞
次に、図９は、測距制御部１１０の第３の構成例を示している。測距制御部１１０の第３の構成例は、測定プローブ１６０の測定プローブ先端部１６４から、第１の方向３００ａと第２の方向３００ｂとを切り替えることなく、両方向に対して同時に測定光を出射できるようになされている。
【００７９】
測距制御部１１０の第３の構成例は、第１の構成例（図６）と同様に、測距の方法として、ＳＤ−ＯＣＴ(Spectral Domain-Optical Coherence Tomography)（または周波数ドメインＯＣＴ）を用いて対象物Ｔとの距離を測定する。なお、測距制御部１１０の第３の構成例の構成要素のうち、第１の構成例（図６）の構成要素と共通するものについては、同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。
【００８０】
測距制御部１１０の第３の構成例は、第１の構成例（図６）から直線偏光切り替え素子３０２を省略し、光ファイバカプラ１０３と光サーキュレータ１０８の間に光ファイバカプラ３１４及び３１５、並びに、光ファイバ３１６ａ及び３１６ｂを追加し、光サーキュレータ１０８の後段に受光部１１７と光ファイバカプラ１１８を追加したものである。
【００８１】
光ファイバカプラ３１４は、偏光安定化部３０１から出力され、光ファイバカプラ１０３を介して入力される、一定方向の直線偏光状態が安定化している光を２分割する。光ファイバ３１６ａは、光ファイバカプラ３１４にて２分割された光のうちの一方を、その直線偏光状態を維持したまま光ファイバカプラ３１５に導光する。光ファイバ３１６ｂは、その長さが、光ファイバ３１６ａの長さとの差が測定光の可干渉距離よりも長くなるように調整されている。これにより、第1偏光状態制御部１６５から同時に出力される左円偏光３０７ａと右円偏光３０７ｂ（図１０）との干渉を防ぐことができる。光ファイバ３１６ｂは、光ファイバ３１６ａに比べて物理的にπ／２だけ捻った状態で光ファイバカプラ３１５に接続されている。これにより、光ファイバカプラ３１５には、光ファイバ３１６ａ及び３１６ｂを介して、線偏光状態が互いに直交する光が入射することになる。光ファイバカプラ３１５は、直線偏光状態が互いに直交する光を合波して光サーキュレータ１０８に出力する。
【００８２】
光ファイバカプラ１１８は、光サーキュレータ１０８から入射される、参照光と測定光が合波された光を２分割し、一方を受光部１０９に出力し、他方を受光部１１７に出力する。
【００８３】
受光部１０９は、第１の方向３００ａ（図１）からの反射光に対応し、光路差に比例した一定の参照ビート信号を検出する。受光部１１７は、第２の方向３００ｂ（図１）からの反射光に対応し、光路差に比例した一定の参照ビート信号を検出する。
【００８４】
次に、図１０は、測距制御部１１０の第３の構成例における第1偏光状態制御部１６５と、第２偏光状態制御部１６６と、光路切り替え素子１６３との関係を説明するための図である。ただし、同図においては、第1偏光状態制御部１６５に１／４波長板３０５を採用し、第２偏光状態制御部１６６に１／４波長板３１１を採用し、光路切り替え素子１６３に偏光ビームスプリッタ１８０を採用している。
【００８５】
１／４波長板３０５の光学軸を基準とした場合、同図に示されるように、１／４波長板３０５に直線偏光状態が互いに直交する測定光が入射されると、１／４波長板３０５から進行方向を見たときに時計回りに回転する円偏光状態（左円偏光）３０７ａと、進行方向を見たときに反時計回りに回転する円偏光状態（右円偏光）３０７ｂとが同時に出射される。
【００８６】
次に、１／４波長板３１１では、入射した左円偏光３０７ａに対応して、１／４波長板３１１の光学軸に対してπ／４の角度を持った直線偏光が出射され、入射した右円偏光３０７ｂに対応して、１／４波長板３１１の光学軸に対して３π／４の角度を持った直線偏光が出射される。
【００８７】
１／４波長板３１１の後段に配置された偏光ビームスプリッタ１８０は、入射面３０９に平行な振動方向の直線偏光を透過し、すなわち、第１の方向３００ａに出射する。また、偏光ビームスプリッタ１８０は、同時に入射される、入射面３０９に対してπ／２の角度をなす振動方向の直線偏光を反射する、すなわち、第２の方向３００ｂに出射する。
【００８８】
したがって、測距制御部１１０の第３の構成例は、測定プローブ１６０の測定プローブ先端部１６４から、第１の方向３００ａと第２の方向３００ｂとを切り替えることなく、両方向に対して同時に測定光を出射できる。そして、測距制御機構制御部１１１は、第１の方向３００ａと第２の方向３００ｂとの両方向の対象物Ｔまでの距離を略同時に算出することができる。
【００８９】
＜測距制御部１１０の他の構成例＞
上述した測距制御部１１０の第１の構成例（図６）及び第３の構成例（図９）は、測距の方法として、ＦＭＣＷまたはＳＳ−ＯＣＴを採用しており、測距制御部１１０の第２の構成例（図８）は、測距の方法としてＳＤ−ＯＣＴを採用していた。測距制御部１１０が採用し得る他の測距の方法としては、例えば、白色共焦点法を挙げることができる。
【００９０】
白色共焦点法を採用した測距制御部１１０の構成例は、第２の構成例（図８）から参照ミラー１１２及び光ファイバカプラ１１４を省略し、その代わりに測定プローブ１６０のレンズ部１６１に、意図的に色収差が生じる構成を採用し、且つ、測定光の波長によって焦点位置が異なるような測定プローブ１６０を用いるようにする。
【００９１】
この構成例の場合、対象物Ｔに反射または散乱した光はレンズ部１６１で再度集光されて測距制御部１１０に戻る際に、対象物Ｔとの距離で焦点が合う波長のみが捕捉される。すなわち、分光器１１６でこの光を検出し、スペクトルがピークとなる波長を測距制御機構制御部１１１にて算出すれば、対象物Ｔの測距が実現できる。この構成例によれば、測定光に対してＦＦＴを行うことなく、検出されたスペクトルデータそのものを図７に示されたデータとして得ることができる。
【００９２】
＜距離測定装置１０を採用した立体形状測定装置の第１の構成例＞
次に、図１１は、距離測定装置１０を採用した立体形状測定装置２０の第１の構成例を示す模式図である。該立体形状測定装置２０は、対象物Ｔの立体形状を測定するものである。
【００９３】
立体形状測定装置２０の第１の構成例は、ｘｚ軸移動機構２５１とｙ軸移動機構２５２とを含む移動機構２５０（図１３）を有する。
【００９４】
ｘｚ軸移動機構２５１には、測定プローブ１６０を有する距離測定装置１０が設置されている。ｘｚ軸移動機構２５１は、ｘ軸方向（図面における左右方向）及びｚ軸方向（図面における上下方向）に移動できる。なお、ｘｚ軸移動機構２５１の移動に伴って測定プローブ１６０の測定プローブ先端部１６４も移動する。ｙ軸移動機構２５２は、門型の構造物であって、ｙ軸方向（図面における奥行方向）に移動できる。ｙ軸移動機構２５２は、ｘｚ軸移動機構２５１を支持しており、ｙ軸移動機構２５２の移動に伴い、ｘｚ軸移動機構２５１が支持する測定プローブ１６０の測定プローブ先端部１６４も移動する。したがって、ｘｚ軸移動機構２５１及びｙ軸移動機構２５２によれば、対象物Ｔの３自由度の姿勢を制御することができる。
【００９５】
なお、移動機構の構成は上述したものに限らず、測定プローブ先端部１６４を３軸方向に移動させる得るものであればよい。例えば、測距制御部１１０をｘｚ軸移動機構２５１に設置せず、測定プローブ１６０のみをｘｚ軸移動機構２５１に設置することにより、測定プローブ先端部１６４を３軸方向に移動させる構成としてもよい。
【００９６】
立体形状測定装置２０は、３次元測定器において用いられる一般的な軸構成を有しているが、３次元測定器のプローブの代わりに距離測定装置１０の測定プローブ１６０を設置することで、高機能な非接触型形状測定を実現することが可能となる。
【００９７】
また、一般的な３軸加工器では、Ｚ軸は工具側、ｘ軸及びｙ軸は対象物Ｔ側に設けることが多く、その構成は、図１１の立体形状測定装置２０とは異なる。しかしながら、３軸加工器に、測定プローブ１６０を設置すれば、加工器上オンマシン測定を実現することが可能となる。
【００９８】
また、多自由度系ロボットに測定プローブ１６０を設置し、測定プローブ先端部１６４を移動させるようにすれば、より自由度の高い測定を可能とする立体形状測定装置２０を実現できる。
【００９９】
＜距離測定装置１０を採用した立体形状測定装置の第２の構成例＞
次に、図１２は、距離測定装置１０を採用した立体形状測定装置２０の第２の構成例を示す模式図である。該第２の構成例は、第１の構成例（図１１）に回転機構２５６を追加したものである。すなわち、立体形状測定装置２０の第２の構成例は、ｘｚ軸移動機構２５１と、ｙ軸移動機構２５２と、回転機構２５６とを含む移動機構２５０（図１３）を有する。
【０１００】
回転機構２５６は、構造物２５４に支持された回転軸２５３により係止され、ｘｙ平面に平行な回転軸２５３周りに回転する。また、回転機構２５６は、回転軸２５３に直交する回転軸（不図示）であって、ｚ軸と平行な回転軸の周りに回転する。
【０１０１】
回転機構２５６には試料台２５５が設置されており、試料台２５５は回転機構２５６の回転に伴い回転する。これにより、試料台２５５に設置された対象物Ｔが回転移動する。したがって、回転機構２５６によれば、対象物Ｔの２自由度の姿勢を制御することができる。
【０１０２】
すなわち、立体形状測定装置２０の第２の構成例は、ｘｚ軸移動機構２５１及びｙ軸移動機構２５２を用いて、測定プローブ１６０と対象物Ｔとの間の相対位置３自由度を制御できるだけでなく、回転機構２５６を用いて相対位置２自由度を制御することができ、合計５自由度の制御が可能となる。これにより、対象物Ｔのあらゆる箇所をあらゆる方向から測定することができる。
【０１０３】
なお、一般的な５軸加工器において、測定プローブ１６０を設置することで、加工器上オンマシン測定を実現することが可能となる。付言すると、加工器によって自由度の数や構成が異なるため、立体形状測定装置２０の構成は、図１１に示された第１の構成例や図１２に示された第２の構成例に限定されるものではない。
【０１０４】
次に、図１３は、立体形状測定装置２０の機能ブロックの一例を示す図である。立体形状測定装置２０は、演算部２６０、測距制御部１１０、測定プローブ１６０、表示部２８０、及び移動機構２５０を備える。なお、測距制御部１１０、及び測定プローブ１６０が距離測定装置１０に相当する。
【０１０５】
演算部２６０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等の演算装置を用いて、立体形状測定処理全体を統括的に制御する。表示部２８０は、測定結果を表示する表示デバイスから成る。
【０１０６】
演算部２６０は、距離演算部２６１、形状算出部２６２、及び移動機構制御部２６３を有する。距離演算部２６１は、測距制御部１１０により取り込まれた測定ビート信号と参照ビート信号を解析し、距離に変換する。また、距離演算部２６１は、測定プローブ１６０を制御し、測定プローブ先端部１６４の回転角度を制御する。
【０１０７】
形状算出部２６２は、距離演算部２６１から通知されるデータを用いて、対象物Ｔの形状を測定する。距離演算部２６１から通知されるデータには、測定光の検出方向のデータが含まれる。形状算出部２６２は、測定した対象物Ｔの形状を表示部２８０に表示させる。
【０１０８】
移動機構制御部２６３は、移動機構２５０を制御し、測定プローブ１６０と対象物Ｔとの間の相対位置を制御する。移動機構制御部２６３により制御された対象物Ｔの位置や姿勢は、距離演算部２６１に通知される。なお、演算部２６０は、測距制御部１１０や測定プローブ１６０内に設置されてもよい。
【０１０９】
以上、本発明に係る各実施形態及び変形例の説明を行ってきたが、本発明は、上記した実施形態の一例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態の一例は、本発明を分かり易くするために詳細に説明したものであり、本発明は、ここで説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ある実施形態の一例の構成の一部を他の一例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施形態の一例の構成に他の一例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の一例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることもできる。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、図中の制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、全てを示しているとは限らない。ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【０１１０】
また、上記の検査装置の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。
【符号の説明】
【０１１１】
１０・・・距離測定装置、２０・・・立体形状測定装置、１０１・・・発光部、１０２・・・発振部、１０３・１０４・・・光ファイバカプラ、１０５・・・光ファイバ、１０６・・・光ファイバカプラ、１０７・・・受光部、１０８・・・光サーキュレータ、１０９・・・受光部、１１０・・・測距制御部、１１１・・・測距制御機構制御部、１１２・・・参照ミラー、１１３ａ・１１３ｂ・・・光スイッチ、１１４・・・光ファイバカプラ、１１５・・・広帯域光発光部、１１６・・・分光器、１１７・・・受光部、１１８・・・光ファイバカプラ、１５０・・・接続ケーブル、１６０・・・測定プローブ、１６１・・・レンズ部、１６２・・・回転部、１６３・・・光路切り替え素子、１６４・・・測定プローブ先端部、１６５・・・第１偏光状態制御部、１６６・・・第２偏光状態制御部、１８０・・・偏光ビームスプリッタ、１８１・・・複屈折板、１８２・・・ミラー、２１０・・・制御装置、２２０・・・表示装置、２５０・・・移動機構、２５１・・・ｘｚ軸移動機構、２５２・・・ｙ軸移動機構、２５３・・・回転軸、２５４・・・構造物、２５５・・・試料台、２５６・・・回転機構、２６０・・・演算部、２６１・・・距離演算部、２６２・・・形状算出部、２６３・・・移動機構制御部、２８０・・・表示部、３００ａ・・・第１の方向、３００ｂ・・・第２の方向、３０１・・・偏光安定化部、３０２・・・直線偏光切り替え素子、３０５・・・１／４波長板、３０６ａ・・・第１の測定光振動方向、３０６ｂ・・・第２の測定光振動方向、３０７ａ・・・左円偏光、３０７ｂ・・・右円偏光、３１１・・・１／４波長板、３１４・・・光ファイバカプラ、３１５・・・光ファイバカプラ、３１６ａ／３１６ｂ・・・光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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