(57)【要約】【課題】  測定精度を低下させることなく、測定できる範囲をロングレンジ化した光学式変位計を提供する。【解決手段】  基準面による反射光及び検査対象物による反射光からなる干渉光を分光する分光手段と、分光後の干渉光の波数に関する光強度分布を生成する光強度分布生成手段と、波数に関する光強度分布を波数に対する光強度の空間周波数に関する光強度分布に変換し、極大点を抽出する光強度極大点抽出部５３と、極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相を決定する位相決定部５６と、上記位相に基づいて検査対象物の変位量を判定する変位量判定部５７により構成される。位相決定部５６は、周波数成分の相対位相を判定する相対位相判定部７１と、相対位相の判定結果及び過去の判定結果に基づいて相対位相をつなぎ合わせ、絶対位相を求める絶対位相算出部７３と、リセット指示に基づいて絶対位相の基準点を更新する位相基準更新部７４とを有する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出光を生成する検出光生成手段と、
上記検出光の一部を反射し、検出光の他の一部を検査対象物側に透過させる基準面と、
上記基準面による反射光及び上記検査対象物による反射光からなる干渉光を分光する分光手段と、
分光後の上記干渉光を受光し、干渉光の波数に関する光強度分布を生成する光強度分布生成手段と、
上記波数に関する光強度分布を波数に対する光強度の空間周波数に関する光強度分布に変換し、上記空間周波数に関する光強度分布の極大点を抽出することを一定の時間間隔で繰返す光強度極大点抽出手段と、
上記波数に関する光強度分布の上記極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相を決定する位相決定手段と、
上記位相に基づいて、上記検査対象物の変位量を判定する変位量判定手段とを備え、
上記位相決定手段が、上記周波数成分の相対位相を３６０度の範囲内で判定する相対位相判定手段と、
上記相対位相判定手段による判定結果及び過去の判定結果に基づいて上記相対位相をつなぎ合わせ、絶対位相を求める絶対位相算出手段と、
リセット指示に基づいて、上記絶対位相の基準点を更新する位相基準更新手段とを有し、
上記変位量判定手段が、上記絶対位相に基づいて変位量を判定することを特徴とする光学式変位計。
【請求項２】
上記絶対位相算出手段は、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差が第１閾値を越えていれば、上限又は下限を跨いで得られた相対位相であると判断し、これらの相対位相をつなぎ合わせることを特徴とする請求項１に記載の光学式変位計。
【請求項３】
最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差が第１閾値よりも小さな第２閾値を越えた場合に、警告表示を行う表示手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の光学式変位計。
【請求項４】
上記光強度極大点抽出手段が、上記空間周波数ごとの強度データを重心処理して上記極大点を決定することを特徴とする請求項１に記載の光学式変位計。
【請求項５】
上記極大点の空間周波数に基づいて、上記絶対位相の検出範囲を推定する検出範囲推定手段を備え、
上記絶対位相算出手段が、上記検出範囲推定手段による推定結果に基づいて、絶対位相を求めることを特徴とする請求項１に記載の光学式変位計。
【請求項６】
上記検出光及び上記干渉光を伝送させるのに、単一モードで光を伝送するシングルモードファイバーを用いていることを特徴とする請求項１に記載の光学式変位計。
【請求項７】
上記検出光が、白色光に比べて波長帯域幅の狭い近赤外光であることを特徴とする請求項６に記載の光学式変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式変位計に係り、さらに詳しくは、基準面による反射光と検査対象物による反射光との間の干渉を利用して検査対象物の変位量を測定する光学式変位計の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な波長を含む広帯域光を計測用の検出光として透明膜に照射し、透明膜の表面で反射された反射光と裏面で反射された反射光との干渉光を分光することによって透明膜の厚さを測定する膜厚測定装置が従来から知られている（例えば、特許文献１及び２）。通常、膜厚測定装置では、透明膜の表面による反射光と裏面による反射光とからなる干渉光が、回折格子、プリズムなどの分散素子を用いて分光され、多数の受光素子が直線上に配置されたイメージセンサーに入射される。膜厚は、このイメージセンサーによって検出される素子ごとの受光量データに基づいて算出される。
【０００３】
特許文献１に記載の膜厚測定装置では、分光後の干渉光の波長に関する強度分布から隣り合うピーク点を抽出し、これらのピーク点間の波数差から膜厚が算出される。また、特許文献２に記載の膜厚測定装置では、分光後の干渉光の波長に関する強度分布をフーリエ変換し、周波数成分ごとの位相勾配からピーク中心を定めて膜厚が算出される。
【０００４】
この様に反射光の干渉を利用する測定装置としては、基準面による反射光と検査対象物による反射光との間の干渉を利用して検査対象物の変位量を測定する光学式変位計も知られている。この光学式変位計には、分光後の干渉光の波数に関する光強度分布をフーリエ変換して波数に対する光強度の空間周波数に関する光強度分布を求め、その極大点の空間周波数から変位量を判断するものと、波数に関する光強度分布の上記極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相から変位量を判断するものとがある。
【０００５】
極大点の空間周波数から直接に変位量を判断する光学式変位計は、検査対象物及び基準面間の距離が比較的長くても変位量が測定できるが、検査対象物表面が指紋などで汚れていると、干渉光の強度分布に歪みが生じ、その影響で測定精度が低下してしまうという問題があった。一方、極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相から変位量を判断する光学式変位計は、検査対象物表面の汚れによる影響を受けにくく、空間周波数から変位量を判断するものに比べて測定精度が高いが、３６０度の範囲内でしか位相が定められないことから、測定できる範囲が狭いという問題があった。
【０００６】
また、波長帯域幅の広い白色光を生成するハロゲンランプなどの光源装置を用いる膜厚測定装置の場合、通常、光量を一定レベル以上に保つために比較的径の大きな光ファイバーを用いて干渉光を分光器まで伝送させている。この様な測定装置では、検出光の波長帯域幅が広いことから波長ごとの光量が十分でなく、このため、分光器の波長分解能を一定レベル以上に高くできないという問題もあった。
【特許文献１】特開平７−４９２１号公報
【特許文献２】特開平９−１１９８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、測定精度を低下させることなく、測定できる範囲をロングレンジ化した光学式変位計を提供することを目的とする。特に、極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相から変位量を判断する光学式変位計の測定範囲をロングレンジ化することを目的とする。また、分光器の波長分解能を高くすることによって測定精度を向上させた光学式変位計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明による光学式変位計は、検出光を生成する検出光生成手段と、上記検出光の一部を反射し、検出光の他の一部を検査対象物側に透過させる基準面と、上記基準面による反射光及び上記検査対象物による反射光からなる干渉光を分光する分光手段と、分光後の上記干渉光を受光し、干渉光の波数に関する光強度分布を生成する光強度分布生成手段と、上記波数に関する光強度分布を波数に対する光強度の空間周波数に関する光強度分布に変換し、上記空間周波数に関する光強度分布の極大点を抽出することを一定の時間間隔で繰返す光強度極大点抽出手段と、上記波数に関する光強度分布の上記極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相を決定する位相決定手段と、上記位相に基づいて、上記検査対象物の変位量を判定する変位量判定手段とを備え、上記位相決定手段が、上記周波数成分の相対位相を３６０度の範囲内で判定する相対位相判定手段と、上記相対位相判定手段による判定結果及び過去の判定結果に基づいて上記相対位相をつなぎ合わせ、絶対位相を求める絶対位相算出手段と、リセット指示に基づいて、上記絶対位相の基準点を更新する位相基準更新手段とを有し、上記変位量判定手段が、上記絶対位相に基づいて変位量を判定するように構成される。
【０００９】
この光学式変位計では、基準面による反射光と検査対象物による反射光との間の干渉を利用して検査対象物の変位量を判定する際に、分光後の干渉光の波数に関する光強度分布を波数に対する光強度の空間周波数に関する光強度分布に変換し、その極大点が抽出される。そして、波数に関する光強度分布の上記極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相に基づいて変位量が判定される。上記周波数成分の位相は、３６０度の範囲内で判定された相対位相と過去の相対位相の判定結果とに基づいて、相対位相をつなぎ合わせた絶対位相として求められる。この様な構成によれば、極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相に基づいて変位量を判定するので、検査対象物表面の汚れによる影響を受けにくく、極大点の空間周波数から直接に変位量を判断するものに比べて測定精度を向上させることができる。また、相対位相をつなぎ合わせて絶対位相を求め、この絶対位相に基づいて変位量を判定するので、測定できる範囲をロングレンジ化することができる。
【００１０】
第２の本発明による光学式変位計は、上記構成に加え、上記絶対位相算出手段が、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差が第１閾値を越えていれば、上限又は下限を跨いで得られた相対位相であると判断し、これらの相対位相をつなぎ合わせるように構成される。
【００１１】
第３の本発明による光学式変位計は、上記構成に加え、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差が第１閾値よりも小さな第２閾値を越えた場合に、警告表示を行う表示手段を備えて構成される。この様な構成によれば、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差が第２閾値を越えた場合に、警告表示を行うので、変位量の変動が大きくて相対位相のつなぎ合わせが追従できなくなる可能性が生じた場合に、そのことをユーザに認識させることができる。
【００１２】
第４の本発明による光学式変位計は、上記構成に加え、上記光強度極大点抽出手段が、上記空間周波数ごとの強度データを重心処理して上記極大点を決定するように構成される。この様な構成によれば、空間周波数ごとの強度データを重心処理して極大点を決定するので、単純に強度データのピーク点を極大点とするのに比べて変位量の測定精度を向上させることができる。
【００１３】
第５の本発明による光学式変位計は、上記構成に加え、上記極大点の空間周波数に基づいて、上記絶対位相の検出範囲を推定する検出範囲推定手段を備え、上記絶対位相算出手段が、上記検出範囲推定手段による推定結果に基づいて、絶対位相を求めるように構成される。この様な構成によれば、極大点の空間周波数から検出範囲を推定して絶対位相を求めるので、変位量の変動が大きくて相対位相のつなぎ合わせが追従できなかった場合であっても、変位量を正しく判定させることができる。
【００１４】
第６の本発明による光学式変位計は、上記構成に加え、上記検出光及び上記干渉光を伝送させるのに、単一モードで光を伝送するシングルモードファイバーを用いているように構成される。この様な構成によれば、光ファイバーを伝送中の光に光路差が生じるのを抑制することができるので、変位量の測定精度をさらに向上させることができる。
【００１５】
第７の本発明による光学式変位計は、上記構成に加え、上記検出光が、白色光に比べて波長帯域幅の狭い近赤外光であるように構成される。この様な構成によれば、波長ごとの光量を十分に確保することができるので、分光器の波長分解能を十分に高くすることができ、変位量の測定精度をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による光学式変位計によれば、極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相に基づいて変位量を判定するので、検査対象物表面の汚れによる影響を受けにくく、極大点の空間周波数から直接に変位量を判断するものに比べて測定精度を向上させることができる。また、相対位相をつなぎ合わせて絶対位相を求め、この絶対位相に基づいて変位量を判定するので、測定できる範囲をロングレンジ化することができる。従って、測定精度を低下させることなく、測定できる範囲をロングレンジ化した光学式変位計を実現することができる。また、波長ごとの光量を十分に確保することができるので、分光器の波長分解能を十分に高くすることができ、変位量の測定精度をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜光学式変位計＞
図１は、本発明の実施の形態による光学式変位計１の概略構成の一例を示したシステム図である。この光学式変位計１は、様々な波長を含む低コヒーレント光を計測用の検出光Ｌとして用いて、ワーク（検査対象物）Ｗの変位量を測定する測定装置であり、本体部１０、伝送ケーブル２０、コネクタ２１及びヘッド部３０からなる。
【００１８】
本体部１０は、ワークＷに照射する検出光Ｌを生成するとともに、ワークＷによる反射光を分光してワークＷの変位量を測定する処理ユニットである。この本体部１０は、ＳＬＤ駆動回路１１、ＳＬＤ１２、コリメータレンズ１３ａ，１７、集光レンズ１３ｂ、コールドミラー１４、ＬＤ駆動回路１５、ＬＤ１６、フェルール１８、ファイバースプリッタ１９及び分光装置４０により構成される。
【００１９】
ＳＬＤ駆動回路１１は、ＳＬＤ１２の駆動制御を行うドライバ回路である。ＳＬＤ（Super Luminescent Diode：高輝度ダイオード）１２は、計測用の検出光Ｌとして低コヒーレント光を生成する光源装置であり、ＳＬＥＤ（高輝度発光ダイオード）と呼ばれることもある。例えば、波長０．７０〜１．０μｍ程度の近赤外光が検出光Ｌとして生成される。ここでは、波長０．８５μｍを中心波長として含み、半値幅が０．０２μｍの光がＳＬＤ１２によって生成されるものとする。
【００２０】
この様な検出光Ｌを生成するＳＬＤ１２は、ハロゲンランプなどの光源装置によって生成される白色光（中心波長０．６０μｍ、半値幅０．２０μｍ）に比べて波長帯域幅の狭い光源装置となっている。
【００２１】
コリメータレンズ１３ａは、ＳＬＤ１２から入射した検出光Ｌを集光し、中心軸に略平行な平行光として出射する集光レンズである。集光レンズ１３ｂは、コリメータレンズ１３ａから入射した検出光Ｌを集光し、フェルール１８の端面に向けて出射する光学素子である。コリメータレンズ１３ａ及び集光レンズ１３ｂは、ＳＬＤ１２から出射された検出光Ｌを光ファイバーに入射させるための光ファイバー結合レンズとなっている。
【００２２】
フェルール１８は、検出光を伝送する光ファイバーの端部を保持するための接続部材である。ＳＬＤ１２、コリメータレンズ１３ａ、集光レンズ１３ｂ及びフェルール１８は、中心軸を互いに一致させて配置されている。
【００２３】
ＬＤ駆動回路１５は、ＬＤ１６の駆動制御を行うドライバ回路である。ＬＤ（Laser Diode：レーザーダイオード）１６は、検出光Ｌの照射位置をワークＷ上に表示するためのガイド光として、可視光を生成する光源装置である。すなわち、ＬＤ１６によるガイド光は、検出光Ｌによる測定スポットを可視化するのに用いられる。
【００２４】
例えば、波長０．６５μｍの赤色光がＬＤ１６によって生成される。ＬＤ１６によるガイド光は、コールドミラー１４よりも後段において、検出光Ｌと同じ伝送経路を伝搬してワークＷに照射される。
【００２５】
コールドミラー１４は、コリメータレンズ１３ａを介してＳＬＤ１２から入射した検出光Ｌをそのまま集光レンズ１３ｂ側へ透過させ、コリメータレンズ１７を介してＬＤ１６から入射したガイド光を集光レンズ１３ｂに向けて反射させる光学素子である。つまり、コールドミラー１４は、赤外光が入射した場合に当該赤外光をそのまま透過させるのに対して、可視光が入射した場合には、当該可視光を全反射させる。
【００２６】
ファイバースプリッタ１９は、光ファイバーを介して、フェルール１８、分光装置４０及びコネクタ２１に接続され、フェルール１８から伝送された検出光Ｌをそのままコネクタ２１側へ伝送するとともに、コネクタ２１から伝送された光を主に分光装置４０側へ伝送するファイバー形状のビームスプリッタである。具体的には、ファイバースプリッタ１９の一方の端部にフェルール１８及び分光装置４０が接続され、他方の端部にコネクタ２１が接続されている。
【００２７】
伝送ケーブル２０は、検出光Ｌを本体部１０からヘッド部３０まで伝送する光ファイバーからなる光伝送媒体である。伝送ケーブル２０は、導光体からなる芯線と、芯線を被覆する樹脂膜によって構成され、コネクタ２１を介して本体部１０と着脱可能に接続される。
【００２８】
ヘッド部３０は、本体部１０から伝送された検出光ＬをワークＷに向けて出射する計測ユニットであり、例えば、ワークＷを搬送するための搬送経路上に配置される。
【００２９】
ＳＬＤ１２から出射された検出光Ｌは、コリメータレンズ１３ａに入射し、平行光として出射される。この平行光は、コールドミラー１４を介して集光レンズ１３ｂに入射し、フェルール１８端面に向けて出射される。検出光Ｌは、このフェルール１８を介して光ファイバー内に入射され、ファイバースプリッタ１９を介してコネクタ２１に伝送される。そして、検出光Ｌは、このコネクタ２１及び伝送ケーブル２０を介してヘッド部３０に伝送され、ワークＷに向けて出射される。
【００３０】
一方、検出光Ｌの照射によって検出光Ｌの一部がワークＷの表面で反射され、その反射光の一部は、ヘッド部３０に入射される。この反射光は、伝送ケーブル２０及びファイバースプリッタ１９を介して分光装置４０に伝送される。分光装置４０は、この様な反射光を分光し、その分光結果からワークＷの変位量を算出する動作が行われる。
【００３１】
＜ヘッド部＞
図２は、図１の光学式変位計１におけるヘッド部３０の構成例を示した図であり、ヘッド部３０内の構成が示されている。このヘッド部３０は、伝送ケーブル２０の端面から突出させた芯線３１と、芯線３１の端面に接合されたロッドレンズ３２と、芯線３１及びロッドレンズ３２を収容する筐体３４により構成される。
【００３２】
芯線３１は、検出光Ｌを伝送するためのコア及びクラッドからなる光ファイバーであり、伝送ケーブル２０の端部から延伸させて筐体３４内に配置されている。伝送ケーブル２０の端部は、筐体３４に設けられた支持部３５によって保持されている。
【００３３】
ロッドレンズ３２は、伝送ケーブル２０を介して本体部１０から伝送された検出光Ｌを集光し、ワークＷに向けて出射するとともに、出射側端面３３が平面の集光レンズである。このロッドレンズ３２は、中心部から周縁部にかけて屈折率を変化させた円柱形状の屈折率分布レンズであり、中心軸に略平行な光であって、出射側端面３３から遠ざかるに従って照射スポットが広くなる光を検出光Ｌとして出射するレンズとなっている。具体的には、中心部に比べて、周縁部ほど屈折率が低くなっており、中心軸に対する検出光Ｌの広がり角は、１．５〜２．０度程度となっている。
【００３４】
また、ロッドレンズ３２は、その直径を芯線３１の直径Ａ１と一致させ、出射側端面３３付近に焦点が位置するように形成されている。具体的には、ロッドレンズ３２の直径が１２５μｍ（Ａ１＝１２５μｍ）であり、長さがＡ２＝１〜２ｍｍである場合、出射側端面３３の前後１００μｍの範囲内に焦点が位置するように形成される。
【００３５】
ロッドレンズ３２は、出射側端面３３と反対側の端面において芯線３１の端面に融着されている。
【００３６】
検出光Ｌは、ロッドレンズ３２の出射側端面３３から中心軸に略平行な平行光として出射され、ワークＷに照射される。ワークＷに照射された検出光Ｌの一部は、ワークＷの表面で反射され、その反射光の一部が出射側端面３３を介してロッドレンズ３２内に入射される。
【００３７】
この光学式変位計１では、ワークＷによる反射光と、出射側端面３３による反射光との干渉現象を利用することによって、ワークＷの変位量、すなわち、出射側端面３３及びワークＷ間の距離の変化量が算出される。つまり、出射側端面３３は、干渉現象を利用してワークＷの変位量を算出する際の基準面、すなわち、検出光Ｌの一部を反射し、検出光Ｌの他の一部をワークＷ側に透過させる基準面となっている。
【００３８】
ロッドレンズ３２の中心軸に略平行な平行光を検出光Ｌとして用いてワークＷの変位量を測定させるので、検出光ビームの中心部と周縁部とでワークＷによる反射光に光路差が生じるのを抑制することができる。これにより、ワークＷの変位量を高い精度で測定することができる。ヘッド部３０の出射側端面３３からワークＷまでの距離は、０〜１ｍｍ程度となっている。
【００３９】
ここでは、変位量の測定精度を向上させるという観点から、芯線３１を構成する光ファイバーが、単一モードで検出光Ｌを伝送するシングルモードファイバーであるものとする。
【００４０】
シングルモードファイバーとは、コアを細くしたゼロ分散型の光ファイバーのことであり、コア内に入射された光をコア及びクラッドの界面で全反射させることによって、コアからクラッド内への光の進入を阻止するものである。これによって、光ファイバーを伝送中の光に光路差が生じるのが抑制されるので、伝送中の光が干渉するのを防止することができる。
【００４１】
一般に、光ファイバーは、コアの直径が伝送しようとする光の波長で決まる一定値以下であれば、シングルモードファイバーとなり、それよりも太ければマルチモードファイバーとなる。例えば、波長０．８５μｍの近赤外光を中心波長として含む検出光Ｌの場合、芯線３１のモードフィールド径は、５．６μｍとなっている。
【００４２】
ここでは、ＳＬＤ１２からロッドレンズ３２まで検出光Ｌを伝送させるのと、ロッドレンズ３２から分光装置４０まで干渉光を伝送させるのに、単一モードで光を伝送するシングルモードファイバーが用いられている。
【００４３】
＜分光装置＞
図３は、図１の光学式変位計１における分光装置４０の構成例を示した図である。この分光装置４０は、フェルール４１、コリメータレンズ４２、回折格子４３、結像レンズ４４、１次元イメージセンサー４５、イメージセンサー駆動回路４６、アンプ４７、ＡＤコンバータ４８、バッファメモリ４９、演算回路５０及び表示部６０により構成される。
【００４４】
フェルール４１は、検出光Ｌの基準面による反射光と、ワークＷによる反射光とからなる干渉光を伝送する光ファイバーの端部を保持するための接続部材であり、ファイバースプリッタ１９から延伸する光ファイバーの端部に設けられている。
【００４５】
コリメータレンズ４２は、フェルール４１から出射された干渉光、すなわち、ワークＷ表面で反射された反射光と基準面（ロッドレンズ３２の出射側端面３３）で反射された反射光とが重ね合わさった光が入射され、これらの光を集光して、中心軸に略平行な平行光として出射する集光レンズである。
【００４６】
回折格子４３は、干渉光を分光する分散素子であり、コリメータレンズ４２から入射された干渉光を波長に応じて異なる方向に出射させる。結像レンズ４４は、回折格子４３から入射された干渉光を集光し、１次元イメージセンサー４５上に結像させる集光レンズである。
【００４７】
回折格子４３によって回折された干渉光は、結像レンズ４４を透過後、１次元イメージセンサー４５上で波長に応じて異なる位置に結像される。その際、伝搬経路の異なる反射光間の干渉によって、その波長に応じて干渉光は強め合ったり、弱め合ったりすることとなる。
【００４８】
１次元イメージセンサー４５は、結像レンズ４４によって集光された干渉光の結像位置（１次元位置）を検出可能なイメージセンサーであり、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）などの撮像素子からなる。この撮像素子は、分光後の干渉光を受光する多数の受光素子、例えば、ＰＤ（Photo Diode）からなり、受光量に応じた検出信号がそれぞれ出力される。１次元イメージセンサー４５は、この様な多数の受光素子を直線上に配列することによって構成される。イメージセンサー駆動回路４６は、１次元イメージセンサー４５の駆動制御を行うドライバ回路である。１次元イメージセンサー４５では、一定の時間間隔で繰返し撮像する動作が行われる。
【００４９】
１次元イメージセンサー４５から出力される検出信号は、アンプ４７に入力され、電力増幅される。このアンプ４７による電力増幅後の検出信号は、ＡＤコンバータ４８に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換されバッファメモリ４９内に蓄積される。
【００５０】
演算回路５０は、バッファメモリ４９内の検出データ、すなわち、受光素子ごとのピクセルデータに基づいて、ワークＷの変位量を算出し、測定結果として外部機器へ出力する動作を行っている。表示部６０は、測定結果や検出データをモニター画面上に表示するディスプレイ装置である。
【００５１】
図４は、図３の分光装置４０における演算回路５０の構成例を示したブロック図である。この演算回路５０は、波長波数変換部５１、ＦＦＴ処理部５２、光強度極大点抽出部５３、第１変位量判定部５４、検出範囲推定部５５、位相決定部５６及び第２変位量判定部５７により構成され、分光後の干渉光の波数に関する光強度分布に基づいて、ワークＷの変位量を判定する動作を行っている。
【００５２】
波長波数変換部５１は、バッファメモリ４９からピクセルデータを読み出し、受光素子ごとの受光量データからなる光強度分布を示す光量Ｉと波長λとの関係を光量Ｉと波数（波長の逆数）１／λとの関係に変換する動作を行っている。光量Ｉと波長λとの関係を光量Ｉと波数１／λとの関係に変換することにより、強度分布曲線の周期を単一周期の分布に近づけることができる。つまり、波長波数変換部５１は、干渉光の波長λに関する光強度分布を変換して、波数１／λに関する光強度分布を生成する手段となっている。
【００５３】
ＦＦＴ処理部５２は、分光後の干渉光の波数に関する光強度分布を離散フーリエ変換し、波数に対する光強度の空間周波数に関する光強度分布を求める処理を行っている。具体的には、波長波数変換部５１による変換結果をＦＦＴ（高速フーリエ変換）し、空間周波数ごとの強度データを生成する動作が行われる。
【００５４】
光強度極大点抽出部５３は、ＦＦＴ処理部５２によって生成された空間周波数ごとの強度データに基づいて、空間周波数に関する光強度分布の極大点を抽出する動作を行っている。極大点は、強度が所定の閾値を越えている強度データを重心処理などの補間処理することによって決定される。極大点の抽出は、ピクセルデータが更新されるごとに、一定の時間間隔で繰返し行われる。
【００５５】
第１変位量判定部５４は、光強度極大点抽出部５３によって抽出された極大点の空間周波数に基づいてワークＷの変位量を判定し、測定結果として出力する動作を行っている。空間周波数は、ワークＷ及び基準面間の距離やその変化量に比例する物理量である。ここでは、外部機器からの取込み指示に基づいて極大点の空間周波数データを取込み、変位量を判定する動作が行われるものとする。
【００５６】
位相決定部５６は、光強度極大点抽出部５３によって抽出された極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相を決定する動作を行っている。具体的には、ＦＦＴスペクトルデータ、すなわち、空間周波数ごとの強度データが得られるごとに相対位相をつなぎ合わせ、これにより、基準点に対する絶対位相を算出する動作が行われる。
【００５７】
第２変位量判定部５７は、位相決定部５６によって決定された位相に基づいてワークＷの変位量を判定し、測定結果として出力する動作を行っている。ここでは、外部機器からの取込み指示に基づいて位相データを取込み、変位量を判定する動作が行われるものとする。
【００５８】
検出範囲推定部５５は、光強度極大点抽出部５３によって抽出された極大点の空間周波数に基づいて、絶対位相の検出範囲を推定する動作を行っている。
【００５９】
位相決定部５６では、検出範囲推定部５５による推定結果を必要に応じて参照し、絶対位相を算出する動作が行われる。また、位相決定部５６では、変位量の変動が大きくて相対位相のつなぎ合わせが追従できなくなる可能性が生じた場合に、そのことをユーザに認識させるための警告用の表示データを生成する動作が行われる。
【００６０】
また、極大点の空間周波数から直接に変位量を判定する汎用モードと、極大点の空間周波数に対応する周波数成分の絶対位相から変位量を判定する高精度モードとを選択的に切り替えられるものとする。
【００６１】
汎用モードと高精度モードとを選択的に切り替えて使用することにより、例えば、ワークＷを所望の測定範囲内に位置決めする際に、光学式変位計１を汎用モードで動作させてワークＷの変位量を測定すれば、検査対象とするワークＷを比較的に高速で移動させても値とびなく高精度に位置決めを行うことができる。その後、高精度モードに切り替えて動作させれば、ワークＷの表面形状をより高精度に測定することができる。この様に汎用モード及び高精度モードを選択的に切り替えることによって、ワークＷの位置決めからワーク表面の微細形状の測定までを１台の変位計で実現することができ、省スペース化が実現できる。なお、汎用モード及び高精度モードの切り替えは、外部機器からの指令信号に基づいて実行するものであっても良いし、或いは、光学式変位計１に備えられた操作スイッチの操作に基づいて実行するものであっても良い。また、汎用モード及び高精度モードを選択的に切り替えるのに代えて、汎用モード及び高精度モードの両方を同時に実行し、それぞれのモードで測定結果として得られた変位量を出力するものであっても良い。
【００６２】
図５は、図４の演算回路５０における位相決定部５６の構成例を示したブロック図である。この位相決定部５６は、相対位相判定部７１、判定履歴記憶部７２、絶対位相算出部７３、位相基準更新部７４及び警告報知部７５により構成される。相対位相判定部７１は、ＦＦＴスペクトルデータに基づいて、波数に関する光強度分布の周波数成分であって、光強度極大点抽出部５３によって抽出された極大点の空間周波数に対応する周波数成分の相対位相を３６０度の範囲内で判定する動作を行っている。
【００６３】
絶対位相算出部７３は、相対位相判定部７１による判定結果と、判定履歴記憶部７２に判定履歴として保持されている過去の判定結果とに基づいて相対位相をつなぎ合わせ、絶対位相の現在値を求めて位相データとして第２変位量判定部５７へ出力する動作を行っている。具体的には、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値が第１閾値Ｔｈ１を越えていれば、相対位相の上限又は下限を跨いで得られた相対位相であると判断し、これらの相対位相をつなぎ合わせて絶対位相の現在値を更新する動作が行われる。
【００６４】
一方、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値が第１閾値Ｔｈ１以下であれば、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差をそのまま加算して絶対位相の現在値を更新する動作が行われる。
【００６５】
相対位相のつなぎ合わせは、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差が第１閾値Ｔｈ１よりも大きい場合、相対位相の下限を跨いでいると判断し、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差から３６０度を引いた値を加算して絶対位相の現在値を更新することによって行われる。また、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差が−Ｔｈ１よりも小さい場合には、相対位相の上限を跨いでいると判断し、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差に３６０度を加えた値を加算して絶対位相の現在値を更新することによって行われる。
【００６６】
位相基準更新部７４は、コンソールやプログラマブルコントローラなどの外部機器からのリセット指示に基づいて、位相の基準点を更新する動作を行っている。相対位相の基準点と絶対位相の基準点とは、必ずしも一致させる必要はないが、ここでは、これらの基準点は一致しているものとし、リセットが指示されたタイミングで基準点が更新される。
【００６７】
絶対位相算出部７３では、検出範囲推定部５５からの検出範囲情報に基づいて、絶対位相を求める動作が行われる。具体的には、変位量の変動が大きくて相対位相のつなぎ合わせが追従できなくなる可能性が生じた場合などに、必要に応じて検出範囲推定部５５による推定結果を参照し、絶対位相の現在値を補正する動作が行われる。
【００６８】
第２変位量判定部５７では、取込みが指示されたタイミングで絶対位相算出部７３から位相データを取込み、絶対位相の現在値に基づいて変位量を判定する動作が行われる。
【００６９】
また、絶対位相算出部７３では、変位量の変動が大きくて相対位相のつなぎ合わせが追従できなくなる可能性が生じた場合に、警告報知部７５に警告表示を指示する動作が行われる。具体的には、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値が第１閾値Ｔｈ１よりも小さな第２閾値Ｔｈ２を越えた場合に、警告表示が指示され、警告用の表示データが生成される。Ｔｈ１＝１８０度の場合、例えば、Ｔｈ２＝９０度に設定される。
【００７０】
図６は、ロッドレンズ３２の出射側端面３３から出射される検出光Ｉ０のうち、出射側端面３３で反射された反射光Ｉ１と、ワークＷ表面で反射された反射光Ｉ２とが干渉光Ｉとして観測される様子を模式的に示した説明図である。
【００７１】
検出光Ｉ０をｉ０＝ａ０×ｓｉｎ（ωｔ）、反射光Ｉ１をｉ１＝ａ１×ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ１／λ）、反射光Ｉ２をｉ２＝ａ２×ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ２／λ）と表すと、干渉光Ｉの強度は、（ｉ１＋ｉ２）２の時間平均＝（ａ１２＋ａ２２）＋２×ａ１×ａ２×ｃｏｓ（４πｄ／λ）と表される。ただし、ワークＷの表面とロッドレンズ３２の出射側端面３３との間の距離ｄを用いて、ｘ２−ｘ１＝２ｄとしている。
【００７２】
上記関係式から、干渉光Ｉの強度は、４πｄ／λ＝２ｎπ（ｎは整数）で最大値（ａ１＋ａ２）２となり、４πｄ／λ＝（２ｎ＋１）πで最小値（ａ１−ａ２）２となることが分かる。
【００７３】
光量Ｉと波数１／λとの関係から得られるＦＦＴスペクトルにおける極大点の周波数、すなわち、空間周波数は、（１／λ１−１／λ２）の逆数に相当する。従って、上記関係式から得られる４πｄ×（１／λ１−１／λ２）＝２πを用いることにより、距離ｄは、（空間周波数）×１／２から求めることができる。
【００７４】
＜波長に関する強度分布＞
図７（ａ）及び（ｂ）は、図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、分光後の干渉光の波長に関する光強度分布及び波数に関する光強度分布が示されている。図７（ａ）には、横軸を波長λ、縦軸を光量として、波長λが増加するに従って光量が激しく変化している様子が示されている。波長λは、１次元イメージセンサー４５上の位置に相当する。
【００７５】
１次元イメージセンサー４５で検出される受光量は、４πｄ／λ＝２ｎπを満たす波長λで極大となり、４πｄ／λ＝（２ｎ＋１）πを満たす波長λで極小となる。このため、波長λが増加するに従って、光量は、周期的に激しく変化することとなる。
【００７６】
なお、光量分布における極大点を結ぶ包絡線は、検出光Ｌに含まれる波長の強度分布がガウス分布であることに対応して、検出光Ｌの中心波長を頂点とする山型の曲線となっている。
【００７７】
図７（ｂ）には、横軸を波数１／λ、縦軸を光量として、波数１／λが増加するに従って光量が周期的に変化している様子が示されている。１次元イメージセンサー４５の検出データについて、受光素子ごとの受光量データからなる光強度分布を示す光量Ｉと波長λとの関係を光量Ｉと波数１／λとの関係に変換することにより、強度分布曲線の周期を単一周期の分布に近づけることができる。
【００７８】
＜ＦＦＴスペクトル＞
図８は、図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、横軸を空間周波数、縦軸を光強度として、光量Ｉと波数１／λとの関係から得られたＦＦＴスペクトルが示されている。光量Ｉと波数１／λとの関係をフーリエ変換することによって得られるＦＦＴスペクトルは、空間周波数ごとの強度データからなる。
【００７９】
このＦＦＴスペクトルの極大点における空間周波数が、ワークＷ表面で反射された反射光とロッドレンズ３２の出射側端面３３で反射された反射光との光路差に比例することから、ワークＷ表面及び出射側端面３３間の距離ｄは、極大点の空間周波数の１／２倍として算出することができる。
【００８０】
ここでは、測定精度を上げるために、ＦＦＴスペクトルのピーク点（空間周波数ｆ１）を極大点とはせずに、光強度が所定の閾値を越えている空間周波数データについて重心位置を求めることによって極大点（空間周波数ｆ２）を決定している。
【００８１】
単純にＦＦＴスペクトルのピーク点から変位量を求めると、測定結果に０．１μｍ程度のバラツキが生じることとなるが、上述した様な重心処理を行うことによって、５０倍程度の内挿効果を得ることができる。例えば、ワークＷまでの距離ｄがｄ＝１ｍｍ程度で５０ｎｍ程度の測定精度が得られる。さらに、ワークＷが静止状態であれば、平均化処理によって１ｎｍ程度の測定精度を得ることもできる。
【００８２】
図９及び図１０は、図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、ワークＷまでの距離ｄを異ならせて取得された３つの強度分布８１〜８３の波形が示されている。図９には、横軸を波数１／λ、縦軸を光量として、強度分布８１〜８３が示されている。強度分布８１は、ワークＷ及び基準面間の距離ｄがｄ＝４９．９μｍの場合であり、強度分布８２は、ｄ＝５０．０μｍの場合であり、強度分布８３は、ｄ＝５０．１μｍの場合である。
【００８３】
強度分布８１〜８３の各波形を比較すれば、距離ｄが長くなるに従って、波数１／λが減少する方に波形が移動していることがわかる。
【００８４】
図１０には、横軸を空間周波数、縦軸を強度として、図９の強度分布８１〜８３から得られたＦＦＴスペクトルが示されている。このＦＦＴスペクトルでは、空間周波数が０に近いところを除いて、強度分布８１〜８３間でその強度にほとんど差がない。
【００８５】
ワークＷの変位量は、光量分布におけるピーク点間の距離や、ＦＦＴスペクトルのピーク点の空間周波数から求めることはできるが、図９及び図１０から分かるように、その精度は高々０．１μｍ程度である。
【００８６】
これに対して、光量分布曲線の位相は、図９から分かるように、距離ｄの０．１μｍ程度の変化に対して大きく変化している。つまり、ワークＷの変位量をＦＦＴスペクトルの極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相から判断することによって、０．１μｍを越える精度、例えば、０．１ｎｍ程度の精度で測定値を得ることができる。
【００８７】
しかしながら、１つのＦＦＴスペクトルから判定できる位相は、３６０度の範囲内に限られることから、変位量の測定範囲が検出光Ｌの中心波長程度と狭かった。本実施の形態では、ＦＦＴスペクトルから判定された極大点の空間周波数に対応する周波数成分の相対位相をつなぎ合わせることによって、変位量の測定範囲をロングレンジ化している。
【００８８】
＜位相のつなぎ合わせ＞
図１１（ａ）及び（ｂ）は、図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、相対位相をつなぎ合わせて絶対位相を求める過程が示されている。図１１（ａ）には、ＦＦＴスペクトルにおける極大点が抽出されるごとに判定された相対位相が示され、図１１（ｂ）には、図１１（ａ）の相対位相をつなぎ合わせて得られた絶対位相が示されている。
【００８９】
相対位相は、時刻ｔ＝０で基準点が更新された後、極大点が新たに抽出されるごとに、ＦＦＴスペクトルデータに基づいて判定される。ここでは、相対位相が、−Ｐ１以上Ｐ１以下の範囲内で判定されるものとする。例えば、Ｐ１＝１８０度となっている。また、ＦＦＴスペクトルデータの更新周期は、Ｔ１となっている。
【００９０】
絶対位相は、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値が第１閾値Ｔｈ１、例えば、Ｔｈ１＝Ｐ１を越えていれば、相対位相の上限又は下限を跨いで得られた相対位相であると判断し、これらの相対位相をつなぎ合わせて絶対位相の現在値が更新される。
【００９１】
一方、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値がＰ１以下であれば、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差をそのまま加算して絶対位相の現在値が更新される。
【００９２】
具体的には、時刻ｔ１の検出点９１と時刻ｔ２の検出点９２について、相対位相の差の絶対値Ｂ１はＰ１よりも小さいので、検出点９２の相対位相とその直前に得られた検出点９１の相対位相との差をそのまま加算して絶対位相の現在値を更新することによって、時刻ｔ２における絶対位相が得られる。
【００９３】
また、時刻ｔ２の検出点９２と時刻ｔ３の検出点９３について、相対位相の差の絶対値Ｂ２はＰ１よりも大きいので、相対位相のつなぎ合わせが行われる。その際、検出点９３の相対位相とその直前に得られた検出点９２の相対位相との差は、−Ｐ１よりも小さいので、相対位相の上限Ｐ１を跨いでいると判断し、検出点９３の相対位相とその直前に得られた検出点９２の相対位相との差に３６０度を加えた値を加算して絶対位相の現在値を更新することによって、時刻ｔ３における絶対位相が得られる。
【００９４】
これにより、ＦＦＴスペクトルにおける極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相に基づいて変位量を判定するので、検査対象物表面の汚れによる影響を受けにくく、極大点の空間周波数から直接に変位量を判断するものに比べて測定精度を向上させることができる。また、相対位相をつなぎ合わせて絶対位相を求め、この絶対位相に基づいて変位量を判定するので、測定範囲をロングレンジ化することができる。
【００９５】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、低コヒーレント光を検出光Ｌとして用いて得られた光量分布の一例を白色光の場合と比較して示した図である。図１２（ａ）には、低コヒーレント光の場合が示され、図１２（ｂ）には、波長帯域幅の広い白色光の場合が示されている。
【００９６】
検出光Ｌの光源として、中心波長が０．８３μｍ、半値幅０．０２５μｍの低コヒーレント光を生成するＳＬＤを用い、距離ｄ＝１０μｍのワークＷを測定した場合、光量分布曲線は、波数１／λの変化に従って緩やかに変化するものとなる。
【００９７】
これに対して、検出光Ｌの光源として、中心波長が０．６０μｍ、半値幅０．２０μｍの波長帯域幅の広い白色光を生成するハロゲンランプを用い、距離ｄ＝１０μｍのワークＷを測定した場合、光量分布曲線は、波数１／λの変化に従って激しく変化するものとなる。つまり、低コヒーレント光を検出光Ｌに用いる方が、分光器の波長分解能が高いといえる。
【００９８】
図１３及び図１４のステップＳ１０１〜Ｓ１１４は、図３の分光装置４０における高精度モード時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、波長波数変換部５１は、１次元イメージセンサー４５によって撮像されたピクセルデータをバッファメモリ４９から取得し、光量分布における波長λを波数１／λに変換する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。
【００９９】
次に、ＦＦＴ処理部５２は、波数１／λの光量分布をＦＦＴし、ＦＦＴスペクトルデータを生成する（ステップＳ１０３）。光強度極大点抽出部５３は、このＦＦＴスペクトルデータに基づいて、極大点をＦＦＴスペクトルから抽出する（ステップＳ１０４）。
【０１００】
位相決定部５６は、抽出された極大点の空間周波数に対応する周波数成分の相対位相をＦＦＴスペクトルデータに基づいて判定し（ステップＳ１０５）、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値がＰ１、すなわち、１８０度を越えていれば、相対位相の上限又は下限を跨いで得られた相対位相であると判断し、これらの相対位相をつなぎ合わせて絶対位相の現在値を更新する（ステップＳ１０６〜Ｓ１０８）。
【０１０１】
一方、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値がＰ１以下であれば、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差をそのまま加算して絶対位相の現在値が更新される。
【０１０２】
次に、位相決定部５６は、外部機器からのリセット指示があれば、当該リセット指示に基づいて位相の基準点を更新する（ステップＳ１０９，Ｓ１１２）。次に、第２変位量判定部５７は、外部機器からの取込み指示があれば、当該取込み指示に基づいて位相決定部５６から絶対位相の現在値を取込み、変位量を判定して測定結果として出力する（ステップＳ１１０，Ｓ１１３，Ｓ１１４）。
【０１０３】
ステップＳ１０１からステップＳ１１０までの処理手順は、測定が終了されるまで繰り返される（ステップＳ１１１）。
【０１０４】
本実施の形態によれば、極大点の空間周波数に対応する周波数成分の位相に基づいて変位量を判定するので、ワークＷ表面の汚れによる影響を受けにくく、空間周波数から変位量を判断するものに比べて測定精度を向上させることができる。また、相対位相をつなぎ合わせて絶対位相を求め、この絶対位相に基づいて変位量を判定するので、測定範囲をロングレンジ化することができる。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、３６０度の範囲内で相対位相を判定し、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値が１８０度を越えていれば相対位相のつなぎ合わせが行われる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、±９０度の範囲内で相対位相を判定し、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値が９０度を越えていれば相対位相のつなぎ合わせを行うようなものであっても良い。この場合、最後に得られた相対位相とその直前に得られた相対位相との差の絶対値が、例えば、第２閾値Ｔｈ２＝４５度を越えた場合に、警告表示が行われる。
【０１０６】
また、本実施の形態では、ワークＷの変位量を判定して測定結果として出力する光学式変位計の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、透明膜の膜厚を測定する膜厚測定装置も本発明には含まれる。
【０１０７】
また、本実施の形態では、ロッドレンズ３２の出射側端面３３で反射された光と検査対象物表面で反射された光との干渉現象を利用して、出射側端面３３及び検査対象物間の距離の変化量を測定する光学式変位計１の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ロッドレンズから出射された検出光の一部をロッドレンズ側へ反射させ、その反射光を焦点に配置されたミラーで再度検査対象物側へ反射させることによって、測定対象とする検査対象物までの距離を長くした光学式変位計も本発明には含まれる。
【０１０８】
図１５は、本発明による光学式変位計の他の構成例を示した図であり、ヘッド部３０ａ内の構成が示されている。この光学式変位計のヘッド部３０ａは、伝送ケーブル２０の端面から延伸するピグテールファイバー１３１と、ピグテールファイバー１３１の端面に接合されたロッドレンズ１３２と、光学レンズ１３３，１３４と、ピンミラー１３５及びハーフミラー１３６により構成される。
【０１０９】
ピグテールファイバー１３１は、端面を傾斜させることによって、後方反射を減少させたファイバーチップである。光学レンズ１３３は、ロッドレンズ１３２から入射した検出光を集光し、中心軸に略平行な光として出射する凸レンズである。光学レンズ１３４は、光学レンズ１３３から入射した光を集光し、検査対象物に向けて出射する凸レンズである。ピグテールファイバー１３１、ロッドレンズ１３２、光学レンズ１３３及び１３４は、中心軸を概ね一致させて筐体内に配置されている。
【０１１０】
ハーフミラー１３６は、光学レンズ１３４から入射した検出光の一部を光学レンズ１３４側に向けて反射し、検出光の他の一部を検査対象物側に透過させる光学素子であり、ヘッド部３０ａの出射側端部に配置されている。
【０１１１】
ピンミラー１３５は、ハーフミラー１３６によって反射された検出光を検査対象物側に向けて反射する径の小さなミラーであり、ハーフミラー１３６による反射光の焦点付近に配置されている。従って、ピンミラー１３５及びハーフミラー１３６間の距離をｄ１とすると、ハーフミラー１３６を透過した検出光は、ハーフミラー１３６からの距離がｄ１のところに焦点を結ぶこととなる。
【０１１２】
ロッドレンズ１３２の出射側端面から出射された検出光は、光学レンズ１３３，１３４を介してハーフミラー１３６に入射される。この入射光の一部は、ハーフミラー１３６によって反射され、ピンミラー１３５上に集光する。ピンミラー１３５上に集光した検出光は、ピンミラー１３５によって反射され、その反射光の一部がハーフミラー１３６によって再度反射され、光学レンズ１３４に入射することとなる（検出光の第１の伝搬経路と呼ぶことにする）。
【０１１３】
一方、光学レンズ１３３，１３４を介してハーフミラー１３６に入射された検出光の他の一部は、ハーフミラー１３６を透過してワークＷに照射される。ワークＷに照射された検出光の一部は、ワークＷの表面で反射され、その反射光の一部がハーフミラー１３６に入射する。この入射光は、その一部がハーフミラー１３６を透過して光学レンズ１３４に入射することとなる（検出光の第２の伝搬経路と呼ぶことにする）。
【０１１４】
この光学式変位計では、ワークＷによる反射光と、ピンミラー１３５を経てハーフミラー１３６で再度反射された検出光との干渉現象を利用することによって、ワークＷの変位量が求められるが、その際の基準面は、ハーフミラー１３６の反射面となっている。また、ハーフミラー１３６及びワークＷ間の距離をｄ２とすれば、第１の伝搬経路と第２の伝搬経路との間の光路差に応じて干渉が生じるので、距離の差（ｄ２−ｄ１）の変化量が変位量として求められる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施の形態による光学式変位計１の概略構成の一例を示したシステム図である。
【図２】図１の光学式変位計１におけるヘッド部３０の構成例を示した図であり、ヘッド部３０内の構成が示されている。
【図３】図１の光学式変位計１における分光装置４０の構成例を示した図である。
【図４】図３の分光装置４０における演算回路５０の構成例を示したブロック図である。
【図５】図４の演算回路５０における位相決定部５６の構成例を示したブロック図である。
【図６】ロッドレンズ３２の出射側端面３３による反射光Ｉ１とワークＷ表面による反射光Ｉ２とが干渉光Ｉとして観測される様子を模式的に示した説明図である。
【図７】図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、分光後の干渉光の波長に関する光強度分布及び波数に関する光強度分布が示されている。
【図８】図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、光量Ｉと波数１／λとの関係から得られたＦＦＴスペクトルが示されている。
【図９】図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、ワークＷまでの距離ｄを異ならせて取得された３つの強度分布８１〜８３の波形が示されている。
【図１０】図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、図９の強度分布８１〜８３から得られたＦＦＴスペクトルが示されている。
【図１１】図３の分光装置４０における動作の一例を示した図であり、相対位相をつなぎ合わせて絶対位相を求める過程が示されている。
【図１２】低コヒーレント光を検出光Ｌとして用いて得られた光量分布の一例を白色光の場合と比較して示した図である。
【図１３】図３の分光装置４０における高精度モード時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図１４】図３の分光装置４０における高精度モード時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図１５】本発明による光学式変位計の他の構成例を示した図であり、ヘッド部３０ａ内の構成が示されている。
【符号の説明】
【０１１６】
１  光学式変位計
１０  本体部
１１  ＳＬＤ駆動回路
１２  ＳＬＤ
１３ａ，１７  コリメータレンズ
１３ｂ  集光レンズ
１４  コールドミラー
１５  ＬＤ駆動回路
１６  ＬＤ
１８  フェルール
１９  ファイバースプリッタ
２０  伝送ケーブル
２１  コネクタ
３０  ヘッド部
３１  芯線
３２  ロッドレンズ
３３  出射側端面
３４  筐体
３５  支持部
４０  分光装置
４１  フェルール
４２  コリメータレンズ
４３  回折格子
４４  結像レンズ
４５  １次元イメージセンサー
４６  イメージセンサー駆動回路
４７  アンプ
４８  ＡＤコンバータ
４９  バッファメモリ
５０  演算回路
５１  波長波数変換部
５２  ＦＦＴ処理部
５３  光強度極大点抽出部
５４  第１変位量判定部
５５  検出範囲推定部
５６  位相決定部
５７  第２変位量判定部
６０  表示部
７１  相対位相判定部
７２  判定履歴記憶部
７３  絶対位相算出部
７４  位相基準更新部
７５  警告報知部
Ｌ  検出光
Ｗ  ワーク
【図１】
2010121977.tif 000003
【図２】
2010121977.tif 000004
【図３】
2010121977.tif 000005
【図４】
2010121977.tif 000006
【図５】
2010121977.tif 000007
【図６】
2010121977.tif 000008
【図７】
2010121977.tif 000009
【図８】
2010121977.tif 000010
【図９】
2010121977.tif 000011
【図１０】
2010121977.tif 000012
【図１１】
2010121977.tif 000013
【図１２】
2010121977.tif 000014
【図１３】
2010121977.tif 000015
【図１４】
2010121977.tif 000016
【図１５】
2010121977.tif 000017