(57)【要約】【課題】計測対象物の変位を容易かつ正確に計測することが可能な共焦点変位計を提供する。【解決手段】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ヘッド（２００）から計測対象物（Ｓ）に照射される。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計測ヘッド（２００）内の光ファイバ（３１４）を通過する。光ファイバ（３１４）を通過した光は、処理装置（１００）内の分光部（１３０）に導かれ、分光される。処理装置（１００）においては、分光部（１３０）により分光された光は受光部（１４０）により受光され、受光部（１４０）から出力される受光信号が制御部（１５２）により取得される。制御部（１５２）は、取得された受光信号に基づいて変位を計測するとともに、受光信号を外部のＰＣ（６００）に与える。ＰＣ（６００）のＣＰＵ（６０１）は、現時点よりも前の時点で取得された受光信号から現時点で取得された受光信号への変化を変化情報として表示部（７００）に表示させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ピンホールを有するピンホール部材と、  前記計測対象物の表面で反射されるとともに前記ピンホールを通過する光についての波長ごとの強度を示す受光信号を取得する取得部と、  前記ピンホールを通過した光について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であって、  現時点よりも前の時点で前記取得部により取得された受光信号から現時点で前記取得部により取得された受光信号への変化を変化情報として表示する表示部を備える、共焦点変位計。
【請求項２】
前記変化情報は、現時点よりも前の１または複数の時点で前記取得部により取得された１または複数の受光信号のピーク値から現時点で前記取得部により取得された受光信号のピーク値への変化を含む、請求項１記載の共焦点変位計。
【請求項３】
前記変化情報は、現時点よりも前の時点で前記取得部により取得された受光信号の波形から現時点で前記取得部により取得された受光信号の波形への変化を含む、請求項１または２記載の共焦点変位計。
【請求項４】
前記計測対象物の変位を計測する計測モードと前記変化情報を前記表示部に表示させる確認モードとで動作可能に構成された処理部をさらに備え、  前記処理部は、前記計測モードにおいて前記取得部により取得された波長ごとの強度に基づいて前記計測対象物の変位を算出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
【請求項５】
前記処理部は、現時点で前記取得部により取得された受光信号のピーク値が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、判定結果を前記変化情報とともに前記表示部に表示させる、請求項４記載の共焦点変位計。
【請求項６】
前記取得部により取得される受光信号について波長の範囲を指定する波長範囲指定部をさらに備え、  前記処理部は、前記波長範囲指定部により指定された波長の範囲内で、現時点よりも前の時点で前記取得部により取得された受光信号のピーク値から現時点で前記取得部により取得された受光信号のピーク値の変化を変化情報として前記表示部に表示させる、請求項４または５記載の共焦点変位計。
【請求項７】
前記処理部は、前記計測対象物の変位を算出する前に、前記取得部により取得される受光信号から前記計測対象物の表面で合焦しつつ反射される光を除く不要な光に対応する不要成分の少なくとも一部が除去されるように補正処理を行う、請求項４〜６のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
【請求項８】
処理装置と、  ヘッド部とをさらに備え、  前記処理装置は、前記投光部および前記取得部を含むとともに前記投光部および前記取得部を収容する第１の筐体をさらに含み、  前記ヘッド部は、前記光学部材および前記ピンホール部材を含むとともに前記前記光学部材および前記ピンホール部材を収容する第２の筐体をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
【請求項９】
前記ヘッド部を複数備え、  前記取得部は、前記複数のヘッド部のうちの一のヘッド部の光学部材から出射され、他のヘッド部のピンホールを通過する光についての波長ごとの強度を示す受光信号を取得可能に構成される、請求項８記載の共焦点変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  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。
【背景技術】
【０００２】  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。【０００３】  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。【０００４】  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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３０５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  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。【０００７】  ところで、第１光路から計測対象物に出力される光の進行方向と計測対象物の位置および姿勢との関係によっては、正確な計測が困難な場合がある。例えば、第１光路から出力されかつ計測対象物の表面で合焦しつつ反射される光の大部分が第１光路の開口部からずれた位置に進行すると、その光は波長検出器により検出されない可能性がある。【０００８】  そこで、使用者は、実際に計測対象物の変位を計測する前に、第１光路から出力されかつ計測対象物の表面で合焦しつつ反射される光の大部分が第１光路の開口部を通るように、第１光路と計測対象物との相対的な位置決めを行う必要がある。しかしながら、使用者は、計測対象物の表面で合焦しつつ反射される光と第１光路の開口部とを直接視認することはできない。したがって、このような位置決めは、熟練を要するとともに正確な作業が難しい。【０００９】  本発明の目的は、計測対象物の変位を容易かつ正確に計測することが可能な共焦点変位計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  （１）本発明に係る共焦点変位計は、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ピンホールを有するピンホール部材と、計測対象物の表面で反射されるとともにピンホールを通過する光についての波長ごとの強度を示す受光信号を取得する取得部と、ピンホールを通過した光について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共焦点変位計であって、現時点よりも前の時点で取得部により取得された受光信号から現時点で取得部により取得された受光信号への変化を変化情報として表示する表示部を備える。【００１１】  そ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から出射される。投光部から出射された光には、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。【００１２】  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ピンホールを通過する。計測対象物の表面で反射されてピンホールを通過した光について波長ごとの強度を示す受光信号が取得される。ピンホールを通過した光についての波長ごとの信号強度に基づいて計測対象物の変位が算出される。【００１３】  光学部材とピンホールと計測対象物との相対的な位置および姿勢の関係が変化すると、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反射されるとともにピンホールを通過する光の強度も変化する。計測対象物から反射される光の大部分がピンホールを通ると、ピンホールを通過する光の強度は高くなる。したがって、取得部により取得される受光信号の値が高くなる。一方、計測対象物から反射される光の大部分がピンホールからずれた位置に進行すると、ピンホールを通過する光の強度は低くなる。したがって、取得部により取得される受光信号の値が低くなる。ノイズ等の影響を受けることなく計測対象物の変位を正確に算出するために、光学部材とピンホールと計測対象物との相対的な位置および姿勢の関係は、受光信号の値がより高くなるように調整されることが好ましい。【００１４】  上記の構成によれば、前の時点で取得部により取得された受光信号から現時点で取得部により取得された受光信号への変化を示す情報が変化情報として表示部により表示される。それにより、使用者は、表示部に表示される変化情報を視認することにより、受光信号の変化に応じて光学部材とピンホールと計測対象物との相対的な位置関係および姿勢関係を調整することができる。その結果、計測対象物の変位を容易かつ正確に計測することが可能になる。【００１５】  （２）変化情報は、現時点よりも前の１または複数の時点で取得部により取得された１または複数の受光信号のピーク値から現時点で取得部により取得された受光信号のピーク値への変化を含んでもよい。【００１６】  計測対象物の変位は、取得部により取得される���光信号のピーク値に基づいて算出することができる。上記の構成によれば、現時点よりも前の１または複数の時点で取得部により取得された１または複数の受光信号のピーク値から現時点で取得部により取得された受光信号のピーク値への変化を示す情報が変化情報として表示部により表示される。したがって、使用者は、受光信号のピーク値がより高くなるように、位置関係および姿勢関係の調整を行うことができる。【００１７】  （３）変化情報は、現時点よりも前の時点で取得部により取得された受光信号の波形から現時点で取得部により取得された受光信号の波形への変化を含んでもよい。【００１８】  この場合、使用者は、変化情報を視認することにより受光信号の波形の変化を確認することができる。受光信号のピークの波長は光学部材と計測対象物との間の距離に対応する。そのため、使用者は受光信号のピークの位置に基づいて光学部材と計測対象物との相対的な位置関係および姿勢関係の変化を認識することができる。その結果、光学部材とピンホールと計測対象物との相対的な位置関係および姿勢関係の調整をより容易に行うことができる。【００１９】  （４）共焦点変位計は、計測対象物の変位を計測する計測モードと変化情報を表示部に表示させる確認モードとで動作可能に構成された処理部をさらに備え、処理部は、計測モードにおいて取得部により取得された波長ごとの強度に基づいて計測対象物の変位を算出してもよい。【００２０】  この場合、使用者は、確認モードで光学部材とピンホールと計測対象物との相対的な位置関係および姿勢関係の調整を行った後、計測モードで計測対象物の変位を計測することができる。【００２１】  （５）処理部は、現時点で取得部により取得された受光信号のピーク値が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、判定結果を変化情報とともに表示部に表示させてもよい。【００２２】  この場合、使用者は、光学部材とピンホールと計測対象物との相対的な位置関係および姿勢関係が一定の条件を満たしているか否かを容易に確認することができる。【００２３】  （６）共焦点変位計は、取得部により取得される受光信号について波長の範囲を指定する波長範囲指定部をさらに備え、処理部は、波長範囲指定部により指定された波長の範囲内で、現時点よりも前の時点で取得部により取得された受光信号のピーク値から現時点で取得部により取得された受光信号のピーク値の変化を変化情報として表示部に表示させてもよい。【００２４】  この場合、使用者は所望の波長の範囲内で受光信号のピーク値の変化を経時的に確認することができる。したがって、光学部材とピンホールと計測対象物との相対的な位置関係および姿勢関係の調整の利便性が向上する。【００２５】  （７）処理部は、計測対象物の変位を算出する前に、取得部により取得される受光信号から計測対象物の表面で合焦しつつ反射される光を除く不要な光に対応する不要成分の少なくとも一部が除去されるように補正処理を行ってもよい。【００２６】  この場合、計測対象物の変位が算出される前に、処理部により受光信号から不要な光の成分の少なくとも一部が除去されるので、受光信号のピーク値をより正確に表示部に表示させることができる。【００２７】  （８）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、投光部および取得部を含むとともに投光部および取得部を収容する第１の筐体をさらに含み、ヘッド部は、光学部材およびピンホール部材を含むとともに光学部材およびピンホール部材を収容する第２の筐体をさらに含んでもよい。【００２８】  この場合、投光部および取得部を含む処理装置と光学部材およびピンホール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。【００２９】  さらに、ヘッド部では、第２の筐体内に光学部材およびピンホール部材が収容される。それにより、第２の筐体内で予め光学部材およびピンホール部材の相対的な位置関係および姿勢関係を固定しておくことができる。この場合、光学部材とピンホールと計測対象物との相対的な位置関係および姿勢関係を個別に調整する必要がない。これらの結果、計測対象物の変位をより容易に計測することができる。【００３０】  （９）共焦点変位計は、ヘッド部を複数備え、取得部は、複数のヘッド部のうちの一のヘッド部の光学部材から出射され、他のヘッド部のピンホールを通過する光についての波長ごとの強度を示す受光信号を取得可能に構成されてもよい。【００３１】  この場合、複数のヘッド部のうち一のヘッド部から他のヘッド部のピンホールを通過する光の受光信号についての変化情報を表示部に表示することができる。それにより、使用者は、光学部材が対向するように一のヘッド部と他のヘッド部とを配置した状態で、一のヘッド部の光軸と他のヘッド部の光軸とを容易に一致させることができる。この状態で、一のヘッド部と他のヘッド部との間に計測対象物を配置することにより、その計測対象物の厚みを正確に計測することが可能になる。
【発明の効果】
【００３２】  本発明によれば、計測対象物の変位を容易かつ正確に計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】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２】計測ヘッドを用いた共焦点変位計の動作原理を説明するための図である。
【図３】受光部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】投光部の構成を示す平面図および断面図である。
【図５】計測対象物とは異なる部分で反射される不要光の一例を示す模式図である。
【図６】不要な成分を含む受光波形を示す図である。
【図７】受光波形の基底波形を示す図である。
【図８】基底波形が除去された受光波形を示す図である。
【図９】受光部に導かれる光の経路を示す図である。
【図１０】図９の受光部に導かれる光の受光波形を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る共焦点変位計の初期状態における主表示部の表示例を示す図である。
【図１２】図１１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１３】図１１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１４】図１１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。
【図１５】受光確認処理により図１１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。
【図１６】受光確認処理により図１１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。
【図１７】受光確認処理により図１１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。
【図１８】受光確認処理により図１１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。
【図１９】受光確認処理により図１１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。
【図２０】受光確認処理により図１１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。
【図２１】第１の実施の形態に係る変位計測処理を示すフローチャートである。
【図２２】図２１の受光確認処理を示すフローチャートである。
【図２３】図２１の受光確認処理を示すフローチャートである。
【図２４】レンズユニットの第１〜第４の変形例を示す図である。
【図２５】投光部の変形例を示す図である。
【図２６】分光部の変形例を示す図である。
【図２７】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２８】第２の実施の形態に係る共焦点変位計による計測対象物の厚み計測の例を示す図である。
【図２９】図２８の計測対象物と２個の計測ヘッドとの位置関係を示す図である。
【図３０】第２の実施の形態に係る共焦点変位計の初期状態における主表示部の表示例を示す図である。
【図３１】対向確認機能により図３０の第１の表示領域に表示される第１および第２の変化情報の表示例を示す図である。
【図３２】透明な計測対象物について外表面および内表面の変位を計測する例を示す図である。
【図３３】図３２の計測対象物に光が照射されることにより取得される受光波形を示す図である。
【図３４】図１１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。
【図３５】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１１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。
【図３６】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。
【発明を実施するための形態】
【００３４】  以下、本発明の一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。
【００３５】  ［１］第１の実施の形態  （１）共焦点変位計の基本構成  図１は、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、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）６００、主表示部７００および操作部８００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。
【００３６】  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および副表示部４００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。副表示部４００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み、筐体１１０に取り付けられる。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。
【００３７】  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。
【００３８】  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。受光信号は、各画素で受光される光の強度を示す。
【００３９】  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、処理装置１００内の各構成要素を制御するための制御プログラムおよび変位を算出するための算出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。
【００４０】  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に記憶された算出プログラムおよびデータに基づいて計測対象物Ｓの変位を計測し、計測結果を副表示部４００に表示する。
【００４１】  ここで、演算処理部１５０には、ＰＣ６００が接続される。ＰＣ６００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）６０１およびメモリ６０２を含む。メモリ６０２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。
【００４２】  処理装置１００の制御部１５２は、さらに受光部１４０から取得された受光信号をＰＣ６００のＣＰＵ６０１に与える。ＣＰＵ６０１は、制御部１５２から与えられた受光信号を取得し、メモリ６０２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。また、ＣＰＵ６０１は、計測モードおよび確認モードで動作可能に構成される。変位計測処理は、後述する受光確認処理を含む。
【００４３】  変位計測処理の実行中に、ＣＰＵ６０１は、計測モードで計測対象物Ｓの変位を算出する。一方、ＣＰＵ６０１は、確認モードで制御部１５２からの受光信号を取得し、メモリ６０２に記憶されたデータに基づいて受光確認処理を実行する。受光確認処理は、現時点よりも前の時点で取得された受光信号から現時点で取得された受光信号への変化を変化情報として生成し、生成された変化情報を主表示部７００に表示させる処理である。本実施の形態では、現時点よりも前の時点で取得された受光信号のピーク値から現時点で取得された受光信号のピーク値への変化が変化情報として生成される。
【００４４】  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、光ファイバ３１４およびレンズユニット２２０を含む。筐体２１０は、光ファイバ３１４およびレンズユニット２２０を収容する。
【００４５】  筐体２１０の一端に後述する導光部３００のファイバコネクタ３３０が取り付けられている。光ファイバ３１４は、筐体２１０内でファイバコネクタ３３０に接続されている。処理装置１００から光ファイバ３１４に導光部３００を通して光が導かれる。光ファイバ３１４に導かれた光は、筐体２１０内で光ファイバ３１４から出力され、レンズユニット２２０に導かれる。
【００４６】  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。レンズユニット２２０に導かれた光は、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。色収差が発生した光は、対物レンズ２２３を通して筐体２１０の外部に導かれ、計測対象物Ｓに照射される。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。
【００４７】  導光部３００は、複数（本例では３個）の光ファイバ３１１，３１２，３１９、ファイバカプラ３２０およびファイバコネクタ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に設けられる。ファイバコネクタ３３０は計測ヘッド２００の筐体２１０に取り付けられる。
【００４８】  ファイバカプラ３２０は、いわゆる１×２型の構成を有し、３個のポート３２１〜３２３および本体部３２４を含む。ポート３２１，３２２とポート３２３とは、本体部３２４を挟んで対向するように本体部３２４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から出力される。ポート３２３に入力された光は、ポート３２１，３２２の各々から出力される。
【００４９】  ファイバコネクタ３３０は、２個のポート３３１，３３２および本体部３３３を含む。ポート３３１とポート３３２とは、本体部３３３を挟んで対向するように本体部３３３に接続される。ポート３３１に入力された光はポート３３２から出力され、ポート３３２に入力された光はポート３３１から出力される。
【００５０】  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。ファイバコネクタ３３０のポート３３２には、光ファイバ３１４が接続される。ファイバカプラ３２０のポート３２３とファイバコネクタ３３０のポート３３１とが光ファイバ３１９により接続される。
【００５１】  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から出力され、光ファイバ３１９を通してファイバコネクタ３３０のポート３３１に入力される。ポート３３１に入力された光は、ポート３３２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。
【００５２】  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を通してファイバコネクタ３３０のポート３３２に入力される。ポート３３２に入力された光は、ポート３３１から出力され、光ファイバ３１９を通してファイバカプラ３２０のポート３２３に入力される。ポート３２３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。
【００５３】  主表示部７００は、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルまたは液晶ディスプレイパネル等の表示装置を含む。主表示部７００は、ＰＣ６００に接続される。主表示部７００には、ＣＰＵ６０１が計測モードにある状態で変位計測処理により算出された計測距離等の数値および制御部１５２からＣＰＵ６０１に与えられる受光信号の波形等が表示される。また、主表示部７００には、ＣＰＵ６０１が確認モードにある状態で上記の変化情報が表示される。
【００５４】  操作部８００は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスは、マウスまたはジョイスティック等を含む。操作部８００は、ＰＣ６００に接続される。使用者は、操作部８００を操作することにより、例えば計測モードおよび確認モードの切り替えを行うことができる。
【００５５】  ＰＣ６００は、さらにプログラマブルコントローラ等の図示しない外部装置に接続可能に構成され、変位計測処理の結果および変化情報を外部装置に送信することが可能である。
【００５６】  ＰＣ６００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」）が主表示部７００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」）が主表示部７００に表示される。
【００５７】  （２）共焦点変位計の動作原理  図２は、計測ヘッド２００を用いた共焦点変位計５００の動作原理を説明するための図である。図２に示すように、光ファイバ３１４は、コア３１０ａおよびクラッド３１０ｂを含み、コア３１０ａ（光軸）がレンズユニット２２０の光軸上に位置するように配置される。コア３１０ａはクラッド３１０ｂにより被覆される。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、図１の光ファイバ３１１，３１２，３１９も光ファイバ３１４と同様の構成を有する。コア３１０ａの直径は、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。
【００５８】  光ファイバ３１４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。
【００５９】  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、本実施の形態においては、光ファイバ３１４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３１４に入力されない。
【００６０】  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３１４のコア３１０ａの先端部分に入力される。光ファイバ３１４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。
【００６１】  光ファイバ３１４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。
【００６２】  この構成によれば、ピーク値を示す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。すなわち、上記の構成によれば、受光信号のピーク値に基づいて計測距離を特定することができる。
【００６３】  ここで、計測対象物Ｓに対する計測ヘッド２００の位置および姿勢が変化すると、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るとともに光ファイバ３１４に入力される光の光量も変化する。そのため、受光部１４０で受光される光の強度も変化する。本実施の形態においては、計測ヘッド２００の姿勢とは、計測ヘッド２００の光軸の向きを意味する。
【００６４】  図３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３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６〜図８および図１０においても同様である。図３ならびに後述する図６〜図８および図１０の横軸は、受光部１４０の画素の位置に相当する。
【００６５】  図３においては、位置および姿勢が互いに異なる４つの状態で計測ヘッド２００から計測対象物Ｓに光が照射されたときに光ファイバ３１４に入力される光の受光信号の波形（以下、受光波形と呼ぶ。）Ｗ１〜Ｗ４が、太い実線、一点鎖線、点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のピーク値は、計測対象物Ｓに対する計測ヘッド２００の位置および姿勢により互いに異なる。
【００６６】  例えば、計測対象物Ｓの表面で合焦しつつ反射される光の大部分がコア３１０ａに入力されると、図３の受光波形Ｗ１，Ｗ２に示されるように、受光信号のピーク値が高くなる。一方、計測対象物の表面で合焦しつつ反射される光の大部分がコア３１０ａからずれた位置に進行すると、図３の受光波形Ｗ３，Ｗ４に示されるように、受光信号のピーク値が低くなる。受光信号のピーク値が低いと、ノイズ等の影響によりその受光信号からピークが識別できない可能性がある。そのため、計測対象物Ｓの変位を正確に算出することが難しい。
【００６７】  したがって、使用者は、受光部１４０から出力される受光信号のピーク値が高くなるように、計測対象物Ｓに対する計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整する必要がある。
【００６８】  そこで、本実施の形態に係る共焦点変位計５００においては、ＣＰＵ６０１が確認モードで動作することにより、上記の変化情報が生成され、生成された変化情報が主表示部７００に表示される。ここで、本実施の形態において、現時点で取得された受光信号とは、ＣＰＵ６０１により取得される最新の受光信号を意味する。
【００６９】  この場合、使用者は、主表示部７００に表示される変化情報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認識しつつ、より高いピーク値が得られるように計測対象物Ｓに対する計測ヘッド２００の位置および姿勢を適切に調整することができる。その結果、使用者は、計測対象物Ｓの変位を容易かつ正確に計測することが可能になる。
【００７０】  （３）投光部  図４（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４（ａ），（ｂ）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。
【００７１】  光源１２１は、単一波長の光を出射するレーザダイオードである。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１２２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。
【００７２】  本例の蛍光体１２２から放出される蛍光は、励起光に比べて広い範囲の波長を有する。すなわち、蛍光体１２２から放出される蛍光は、複数の波長を有する。なお、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。
【００７３】  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。
【００７４】  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。
【００７５】  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。
【００７６】  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。
【００７７】  （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のピーク波長と、計測距離との換算式が上記の算出プログラムとともに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のピーク波長および計測距離を順次算出し、算出した計測距離を副表示部４００に表示する。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、以下に説明する不要成分除去補正、受光波形シフト補正および受光波形尺度補正を行う。
【００７８】  （ａ）不要成分除去補正  計測対象物Ｓの表面で合焦しつつ反射された光とは異なる光が受光部１４０により受光されることがある。以下の説明では、受光部１４０により受光される光のうち計測対象物Ｓの表面で合焦しつつ反射された光を除く光を不要光と呼ぶ。
【００７９】  図５は、計測対象物Ｓとは異なる部分で反射される不要光の一例を示す模式図である。図５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３１４に入力される。このような光に対応する受光波形は、計測距離を示す成分を含まずに、不要な成分を含む。
【００８０】  図６は、不要な成分を含む受光波形を示す図である。図６の受光波形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の表面で合焦しつつ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、例えば図５の不要光に対応する成分を含み、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、発振波長λｙの光源１２１（図４）の光により発生する。より具体的には、ピークＰｙは、光源１２１（図４）により発生されるとともに蛍光体１２２（図４）を通過しつつ計測対象物Ｓの表面に導かれ、計測対象物Ｓの表面で合焦することなく反射された不要光により発生する。ピークＰｙは急峻な形状を有し、ピーク波長はλｙである。
【００８１】  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。）を不要成分として除去するための不要成分除去補正が行われる。
【００８２】  図７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７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７の基底波形ＢＬに基づいて、図６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。
【００８３】  図８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８の例では、ピーク波長λ０が図６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。
【００８４】  ここで、図６の受光波形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。したがって、不要成分除去補正においては、受光波形Ｗ０のピークＰｙに起因する部分は、受光波形Ｗ０から除去されなくてもよいし、受光波形Ｗ０から除去されてもよい。ピークＰｙに起因する部分が計測範囲ＭＲ（図２）に対応する波長の範囲に近い場合には、基底波形ＢＬとともに受光波形Ｗ０のピークＰｙに起因する部分を受光波形Ｗ０から除去することが好ましい。
【００８５】  なお、本実施の形態では、レーザダイオードからなる光源１２１により出射される励起光の強度が変位の計測に適した強度に対して過剰に大きいので、励起光に相当する波長成分の光を不要光としている。したがって、光源１２１により出射される励起光の強度が変位の計測に適した範囲内であれば励起光を変位の計測に用いてもよい。
【００８６】  不要光のさらに他の例について説明する。図９は、受光部１４０に導かれる光の経路を示す図である。図９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０次回折（本例では正反射）された０次光が導かれる。図９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。
【００８７】  図１０は、図９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１０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６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。
【００８８】  ０次光は、波長に関係なく回折格子１３１により一定の方向に反射される。回折格子１３１は、０次光が計測範囲ＭＲ（図２）に対応する画素で受光されないように配置される。そのため、０次光は、計測距離の算出には用いられない。図１０に示すように、受光波形Ｗ０が不要光として０次光の成分を含む場合、不要成分除去補正においては、受光波形Ｗ０のピークＰｚに起因する部分は、受光波形Ｗ０から除去されなくてもよいし、受光波形Ｗ０から除去されてもよい。
【００８９】  （ｂ）受光波形シフト補正および受光波形尺度補正  以下の説明では、図５の例で説明したように、投光部１２０から出射されるとともにレンズユニット２２０で反射されて受光部１４０に受光される不要光を第１の不要光と呼ぶ。また、光源１２１により発生されて蛍光体１２２を通過しつつ計測対象物Ｓの表面に導かれ、計測対象物Ｓの表面で合焦することなく反射されて受光部１４０に受光される不要光を第２の不要光と呼ぶ。さらに、図９の例で説明したように、回折格子１３１により発生されて受光部１４０に受光される０次光を第３の不要光と呼ぶ。
【００９０】  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予め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、温度変化に伴って計測結果が変動することにより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波形シフト補正および受光波形尺度補正が行われる。受光波形シフト補正は、温度に依存する受光波形Ｗ０の波長軸上のシフトを補正する処理である。受光波形尺度補正は、温度に依存する受光波形Ｗ０の波長軸上での尺度を補正する処理である。
【００９１】  計測対象物Ｓの変位を計測する際の受光波形Ｗ０には、例えば図１０に示すように、計測対象物Ｓの変位に依存するピークＰ０とともに第１〜第３の不要光にそれぞれ対応するピークＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚが含まれる。
【００９２】  ピークＰｘは、第１の不要光が計測対象物Ｓに到達しないので、計測対象物Ｓの変位に依存しない。また、ピークＰｙは、第２の不要光が光源１２１の発振波長λｙを有するので、計測対象物Ｓの変位に依存しない。また、ピークＰｚは、第３の不要光が波長に関係なく受光部１４０の特定の画素により受光されるので、計測対象物Ｓの変位に依存しない。受光波形シフト補正では、３つのピークＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚのうち少なくとも１つが用いられる。受光波形尺度補正では、３つのピークＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚのうち少なくとも２つが用いられる。
【００９３】  受光波形シフト補正を行うために、図１の記憶部１５１には、ピークＰｘ，Ｐｙ，Ｐｚのうち少なくとも１つのピークの中心が現れるべき波長が基準波長として予め記憶される。制御部１５２は、記憶部１５１に記憶された基準波長に対応するピークＰｘ〜Ｐｚの波長を特定する。制御部１５２は、特定したピークＰｘ〜Ｐｚの波長と基準波長とを比較することにより受光波形Ｗ０の波長軸上でのシフト量を算出し、算出されたシフト量に基づいて受光波形Ｗ０の波長軸上でのシフトを補正する。図１０には、受光波形Ｗ０の波長軸上でのシフトが補正された後の受光波形Ｗ０が点線で示されている。
【００９４】  受光波形尺度補正を行うために、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波長の間隔が基準間隔として予め記憶される。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受光波形Ｗ０の波長軸上での尺度のずれを算出し、算出した尺度のずれに基づいて受光波形Ｗ０の波長軸上での尺度を補正する。
【００９５】  受光部１４０の温度特性に関する補正として、受光波形シフト補正および受光波形尺度補正のうち一方のみが行われてもよいし、両方が行われてもよい。受光波形シフト補正および受光波形尺度補正は、上記の不要成分除去補正よりも先に行われる。受光波形シフト補正および受光波形尺度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。
【００９６】  制御部１５２において不要成分除去補正、受光波形シフト補正および受光波形尺度補正が行われた受光信号がＰＣ６００に与えられる。この場合、ＣＰＵ６０１は、適切に補正された受光信号に基づいて変位計測処理を行うことができる。
【００９７】  （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、ＣＰＵ６０１は計測モードにあるものとする。
【００９８】  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。
【００９９】  図１１は、第１の実施の形態に係る共焦点変位計５００の初期状態における主表示部７００の表示例を示す図である。図１１に示すように、主表示部７００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。
【０１００】  上記のように、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８００を用いて受光確認ボタン４５１を操作する。この場合、図１のＣＰＵ６０１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、ＣＰＵ６０１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。
【０１０１】  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。
【０１０２】  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８００を用いて確認終了ボタン４５３を操作する。それにより、図１のＣＰＵ６０１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。
【０１０３】  ＣＰＵ６０１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１１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１２は、図１１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１３は、図１１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。
【０１０４】  図１２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１３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８００を用いて図１２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８００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１２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。
【０１０５】  ＣＰＵ６０１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主表示部７００に表示させることができる。また、ＣＰＵ６０１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、ＣＰＵ６０１は、種々の態様で変化情報を主表示部７００に表示することができる。
【０１０６】  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６０２に記憶される。使用者は、図１の操作部８００を用いて図１１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６０２に記憶させることができる。
【０１０７】  図１４は、図１１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１４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。
【０１０８】  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６０２に記憶されてもよい。
【０１０９】  図１５〜図２０は、受光確認処理により図１１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１５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。
【０１１０】  図１５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。
【０１１１】  さらに、図１５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、主表示部７００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。
【０１１２】  また、図１５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１４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。
【０１１３】  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，過去よりも良くなっていれば「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良く、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。
【０１１４】  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。
【０１１５】  図１６の例は、以下の点を除き図１５の例と同じである。図１６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１５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。
【０１１６】  図１７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。
【０１１７】  図１７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、主表示部７００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。
【０１１８】  また、図１７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。
【０１１９】  図１８の例は、以下の点を除き図１７の例と同じである。図１８の例では、図１７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。
【０１２０】  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、主表示部７００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。
【０１２１】  図１９の例は、以下の点を除き図１７の例と同じである。図１９の例では、図１７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。
【０１２２】  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、主表示部７００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。
【０１２３】  図２０の例は、以下の点を除き図１５の例と同じである。図２０の例では、図１５のドットプロットグラフとともに、図１７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２０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１６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１８または図１９の波形グラフが表示されてもよい。
【０１２４】  （６）変位計測処理  図２１は、第１の実施の形態に係る変位計測処理を示すフローチャートである。図１のＣＰＵ６０１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、ＣＰＵ６０１は計測モードにある。また、主表示部７００には、図１１の画面が表示されているものとする。
【０１２５】  まず、ＣＰＵ６０１は、例えば図１１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、ＣＰＵ６０１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。
【０１２６】  一方、確認モードへの切り替えが指令されていない場合、ＣＰＵ６０１は、例えば図１１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８００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６０２に記憶し（ステップＳ１２）、変位計測処理を終了する。
【０１２７】  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、ＣＰＵ６０１は、例えば図１１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、ＣＰＵ６０１は、ステップＳ１の処理を実行する。
【０１２８】  一方、計測の開始が指令された場合、ＣＰＵ６０１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により不要成分除去補正、受光波形シフト補正および受光波形尺度補正が行われている。
【０１２９】  メモリ６０２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。ＣＰＵ６０１は、補正後の受光信号とメモリ６０２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、ＣＰＵ６０１は、算出された変位を主表示部７００に表示する（ステップＳ６）。その後、ＣＰＵ６０１は、例えば使用者が図１の操作部８００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）。ＣＰＵ６０１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。
【０１３０】  図２２および図２３は、図２１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２２および図２３の受光確認処理は図２１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。
【０１３１】  まず、ＣＰＵ６０１は、ＰＣ６００に内蔵される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、ＣＰＵ６０１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）。
【０１３２】  続いて、ＣＰＵ６０１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により不要成分除去補正、受光波形シフト補正および受光波形尺度補正が行われている。その後、ＣＰＵ６０１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６０２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６０２に記憶する（ステップＳ２４）。また、ＣＰＵ６０１は、メモリ６０２に記憶された１番目のピーク値を現在ピーク値として主表示部７００に表示する（ステップＳ２５）。
【０１３３】  次に、ＣＰＵ６０１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、ＣＰＵ６０１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、ＣＰＵ６０１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、ＣＰＵ６０１は変数ｉの値に１を加算する（ステップＳ２８）。
【０１３４】  続いて、ＣＰＵ６０１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、制御部１５２により不要成分除去補正、受光波形シフト補正および受光波形尺度補正が行われている。その後、ＣＰＵ６０１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６０２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６０２に記憶する（ステップＳ３０）。また、ＣＰＵ６０１は、メモリ６０２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主表示部７００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。
【０１３５】  その後、ＣＰＵ６０１は、予め設定情報としてメモリ６０２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、判定結果を主表示部７００に表示する（ステップＳ３２）。なお、しきい値がメモリ６０２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。
【０１３６】  次に、ＣＰＵ６０１は、例えば図１１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、ＣＰＵ６０１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、ＣＰＵ６０１は、受光確認処理を終了する。
【０１３７】  ここで、ＣＰＵ６０１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１５および図１６参照）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。
【０１３８】  （７）効果  第１の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から出射される。投光部１２０から出射された光には、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、色収差を有する光はレンズユニット２２０により収束されて計測対象物Ｓに照射される。
【０１３９】  計測ヘッド２００から計測対象物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光ファイバ３１４を通過する。光ファイバ３１４を通過した光は、ファイバコネクタ３３０、光ファイバ３１９、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、分光される。分光部１３０により分光された光は受光部１４０により受光される。受光部１４０から出力される受光信号が制御部１５２により取得される。制御部１５２は、取得された受光信号に基づいて計測対象物Ｓの変位を算出するとともに、取得された受光信号をＰＣ６００に与える。
【０１４０】  計測対象物Ｓに対する計測ヘッド２００の位置および姿勢が変化すると、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るとともに光ファイバ３１４に入力される光の強度も変化する。計測対象物Ｓから反射される光の大部分が光ファイバ３１４を通ると、光ファイバ３１４を通過する光の強度は高くなる。したがって、取得される受光信号のピーク値が高くなる。一方、計測対象物Ｓから反射される光の大部分が光ファイバ３１４からずれた位置に進行すると、光ファイバ３１４を通過する光の強度は低くなる。したがって、取得される受光信号のピーク値が低くなる。
【０１４１】  ノイズ等の影響を受けることなく計測対象物Ｓの変位を正確に算出するために、計測ヘッド２００と計測対象物Ｓとの相対的な位置および姿勢の関係は、受光信号の値がより高くなるように調整されることが好ましい。
【０１４２】  そこで、上記の共焦点変位計５００においては、ＣＰＵ６０１が確認モードで動作することにより、現時点よりも前の時点で取得された受光信号のピーク値から現時点で取得された受光信号のピーク値への変化が変化情報として主表示部７００に表示される。
【０１４３】  この場合、使用者は、変化情報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認識しつつ、より高いピーク値が得られるように計測ヘッド２００の位置および姿勢を適切に調整することができる。その結果、使用者は、計測対象物Ｓの変位を容易かつ正確に計測することが可能になる。
【０１４４】  ＣＰＵ６０１は、計測モードにおいて計測対象物Ｓの変位を計測する。それにより、使用者は、確認モードで計測対象物Ｓに対する計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整した後、計測モードで計測対象物Ｓの変位を計測することができる。このように、計測ヘッド２００の位置決め作業および計測対象物Ｓの変位の計測作業を円滑に行うことができる。
【０１４５】  上記の受光確認処理においては、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が判定され、判定結果が変化情報とともに主表示部７００に表示される。それにより、使用者は、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否を容易に認識することができる。
【０１４６】  上記の例では、使用者は、操作部８００を操作することにより、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否を判定する際の判定対象となる波長の範囲を指定することができる。この場合、ＣＰＵ６０１は、指定された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。また、ＣＰＵ６０１は、指定された波長範囲内で、現時点よりも前の時点で取得された受光信号のピーク値から現時点で取得された受光信号のピーク値の変化を変化情報として主表示部７００に表示してもよい。したがって、計測ヘッド２００の位置および姿勢の調整の利便性が向上する。
【０１４７】  上記のように、制御部１５２は、受光部１４０から出力される受光信号に対して不要成分除去補正、受光波形シフト補正および受光波形尺度補正を行う。そのため、図２１〜図２３のステップＳ４，Ｓ２３，Ｓ２９の処理でＣＰＵ６０１が取得する受光信号には不要な成分が除去されている。それにより、計測対象物Ｓの変位をより正確に算出することができる。したがって、共焦点変位計５００により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とともに、受光確認処理において受光信号のピーク値をより正確に主表示部７００に表示させることができる。
【０１４８】  また、受光波形シフト補正により受光信号の波長軸上のシフトが補正される。それにより、温度変化に伴って受光波形Ｗ０が波長軸上でシフトすることによる計測結果の変動を補償することができる。さらに、受光波形尺度補正により受光信号の波長軸での尺度のずれが補正される。それにより、温度変化に伴う受光波形Ｗ０の波長軸上での尺度のずれによる計測結果の変動を補償することができる。
【０１４９】  また、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の形状もしく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。
【０１５０】  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。
【０１５１】  光源１２１としてレーザダイオードを用いる場合には、導光部３００が光ファイバを含むことが好ましい。例えば、図４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。
【０１５２】  さらに、計測ヘッド２００では、筐体２１０内にレンズユニット２２０および光ファイバ３１４が収容される。したがって、筐体２１０内でレンズユニット２２０と光ファイバ３１４との位置関係を固定しておくことができる。この場合、使用者は、レンズユニット２２０と光ファイバ３１４との間の位置関係を調整する必要がない。したがって、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。
【０１５３】  また、本実施の形態においては、光ファイバ３１４の先端部分がピンホールとして機能する。このように、光ファイバ３１４のクラッド３１０ｂを遮光部とし、コア３１０ａをピンホールとして用いることにより、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３１４の端部に配置してもよい。
【０１５４】  （８）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２４（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。
【０１５５】  図２４（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２４（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。
【０１５６】  図２４（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２４（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。
【０１５７】  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、表面上に樹脂がコーティングされたガラス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。樹脂がコーティングされたガラスレンズは、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。
【０１５８】  レンズユニット２２０のうち、計測対象物Ｓに最も接近させることが可能なレンズは、例えば外部に露出する状態で配置される。このように、外部に露出するレンズは、ガラスにより形成されることが好ましい。工場等の製造ラインにおいては、計測ヘッド２００は、水分または油分等が存在する環境に配置される。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。
【０１５９】  上記の例と同じ理由により、レンズユニット２２０に外部に露出する部分が存在する場合、その露出部分はガラスにより形成されることが好ましい。なお、レンズユニット２２０の全体を計測ヘッド２００の外部の雰囲気から遮断することができるのであれば、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てもよい。例えば、図２４（ａ）〜（ｄ）の例においては、レンズユニット２２０が筐体２１０内に配置された状態で、レンズユニット２２０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。
【０１６０】  （９）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２５は、投光部１２０の変形例を示す図である。図２５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。
【０１６１】  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。
【０１６２】  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。
【０１６３】  （１０）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２６は、分光部１３０の変形例を示す図である。図２６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。
【０１６４】  本例の分光部１３０においては、回折格子１３１を直進して通過する０次光が発生する場合がある。その０次光が受光部１４０により受光される場合には、０次光に対応する受光波形のピークを、上記の受光波形シフト補正および受光波形尺度補正に用いることができる。
【０１６５】  ［２］第２の実施の形態  （１）共焦点変位計の基本構成  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２７は、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２７に示すように、本実施の形態に係る共焦点変位計５００は２個の処理装置１００、２個の計測ヘッド２００、２個の導光部３００、ＰＣ６００、主表示部７００および操作部８００を備える。２個の処理装置１００は、第１の実施の形態に係る処理装置１００と同じ構成を有する。２個の計測ヘッド２００は、第１の実施の形態に係る計測ヘッド２００と同じ構成を有する。２個の導光部３００は、第１の実施の形態に係る導光部３００と同じ構成を有する。本実施の形態では、２個の処理装置１００に１個のＰＣ６００が接続されている。
【０１６６】  以下、２個の計測ヘッド２００を区別する場合には、一方の計測ヘッド２００を第１計測ヘッド２００Ａと呼び、他方の計測ヘッド２００を第２計測ヘッド２００Ｂと呼ぶ。
【０１６７】  上記の構成を有する共焦点変位計５００においては、２個の処理装置１００の投光部１２０の各々から複数の波長を有する光が出射される。各投光部１２０により出射された光は、対応する導光部３００を通して対応する計測ヘッド２００に伝送され、計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で合焦しつつ反射された光がその光を照射する計測ヘッド２００の光ファイバ３１４を通過する。計測ヘッド２００の光ファイバ３１４を通過した光は、対応する導光部３００を通して対応する処理装置１００の分光部１３０に導かれ、分光される。分光された光が対応する受光部１４０により受光される。このようにして、２個の計測ヘッド２００に対応する受光信号が２個の処理装置１００の受光部１４０からそれぞれ出力される。各処理装置１００の制御部１５２は、受光部１４０から出力される受光信号を取得し、その受光信号について上記の補正を行うとともに計測対象物Ｓの変位を計測する。また、制御部１５２は、補正後の受光信号を１個のＰＣ６００に与える。
【０１６８】  ＰＣ６００のＣＰＵ６０１は、２つの処理装置１００の制御部１５２から取得される２つの受光信号を用いて変位計測処理を行うことにより、２個の計測ヘッド２００により光が照射される計測対象物Ｓの２つの部分の変位を計測する。この場合、ＣＰＵ６０１は、第１計測ヘッド２００Ａに対応する受光信号を用いた変位計測処理と第２計測ヘッド２００Ｂに対応する受光信号を用いた変位計測処理とを並行して行ってもよい。または、ＣＰＵ６０１は、第１計測ヘッド２００Ａに対応する受光信号を用いた変位計測処理と第２計測ヘッド２００Ｂに対応する受光信号を用いた変位計測処理とを交互に行ってもよい。
【０１６９】  （２）第２の実施の形態に係る共焦点変位計に特有の使用例  本実施の形態に係る共焦点変位計５００によれば、１個の計測対象物Ｓの複数の部分の変位を２個の計測ヘッド２００を用いて計測することができる。この場合、図２５の共焦点変位計５００は、例えば計測対象物Ｓの厚みを計測するために用いることもできる。
【０１７０】  図２８は、第２の実施の形態に係る共焦点変位計５００による計測対象物Ｓの厚み計測の例を示す図である。本例では、共焦点変位計５００は、シート状の計測対象物Ｓの厚みを計測するために用いられる。
【０１７１】  図２８に太い実線の矢印で示すように、例えば計測対象物Ｓが巻回された第１のロールＳＲ１からその計測対象物Ｓが繰り出される。また、第１のロールＳＲ１から繰り出された計測対象物Ｓが第２のロールＳＲ２に巻き取られる。この状態で、第１および第２のロールＳＲ１，ＳＲ２の間に位置する計測対象物Ｓの部分を挟んで対向するように、計測対象物Ｓの上下に２つの計測ヘッド２００が配置される。
【０１７２】  ２個の計測ヘッド２００の位置関係が既知である場合には、２個の計測ヘッド２００によりそれぞれ計測される計測対象物Ｓの上面および下面の変位に基づいて計測対象物Ｓの厚みを計測することができる。しかしながら、２個の計測ヘッド２００の配置状態によっては、計測対象物Ｓの所望の部分の厚みを正確に計測することができない場合がある。
【０１７３】  図２９は、図２８の計測対象物Ｓと２個の計測ヘッド２００との位置関係を示す図である。本例では、下面の一部にくぼみＳＣを有する計測対象物ＳのくぼみＳＣの部分の厚みｄ１を計測する場合を想定する。
【０１７４】  図２９（ａ）の例では、第１計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１と第２計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２とが一致している。すなわち、第１計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１と第２計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２とが共通の軸上に位置する。この場合、計測対象物ＳのくぼみＳＣの部分の厚みｄ１を正確に計測することができる。
【０１７５】  一方、図２９（ｂ）の例では、第１計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１と第２計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２とが一致していない。本例では、第１計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１と第２計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２とは互いに平行に配置されるが、２つの光軸ｏａ１，ｏａ２は同一軸上にない。それにより、第１計測ヘッド２００Ａから出射される光がくぼみＳＣに重なる計測対象物Ｓの上面に照射され、第２計測ヘッド２００Ｂから出射される光がくぼみＳＣからずれた位置で計測対象物Ｓの下面に照射されている。この場合、計測対象物ＳのくぼみＳＣの部分の厚みｄ１ではなく、計測対象物ＳのくぼみＳＣからずれた部分の厚みｄ２が誤って計測される。
【０１７６】  上記のように、２個の計測ヘッド２００を対向配置し、２個の計測ヘッド２００の間に配置される計測対象物Ｓの厚みを計測する場合には、２個の計測ヘッド２００の光軸ｏａ１，ｏａ２を一致させる必要がある。しかしながら、熟練していない使用者が、２個の計測ヘッド２００の光軸ｏａ１，ｏａ２が合うように各計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整することは難しい。
【０１７７】  そこで、本実施の形態に係る共焦点変位計５００においては、２個の計測ヘッド２００を対向配置する際に、２個の計測ヘッド２００の光軸ｏａ１，ｏａ２が一致しているか否かを確認するための機能（以下、対向確認機能と呼ぶ。）が設けられている。
【０１７８】  図３０は、第２の実施の形態に係る共焦点変位計５００の初期状態における主表示部７００の表示例を示す図である。図３０の表示例では、第１の実施の形態に係る図１１の表示例に加えて、第２の表示領域４５０に対向確認ボタン４５５が表示される。使用者は、図２７の操作部８００を用いて対向確認ボタン４５５を操作することにより、対向確認機能を使用することができる。
【０１７９】  レンズユニット２２０が互いに対向するように配置された２つの計測ヘッド２００の間に計測対象物Ｓが存在しない場合には、一方の計測ヘッド２００から出射される光は他方の計測ヘッド２００の光ファイバ３１４に入射する。また、他方の計測ヘッド２００から出射される光は一方の計測ヘッド２００の光ファイバ３１４に入射する。
【０１８０】  ２個の計測ヘッド２００の各々の光ファイバ３１４に入射する光の強度は、２個の計測ヘッド２００の光軸ｏａ１，ｏａ２が一致する状態に近づくほど大きくなり、光軸ｏａ１，ｏａ２が一致するときに最大となる。一方、２個の計測ヘッド２００の各々の光ファイバ３１４に入射する光の強度は、光軸ｏａ１，ｏａ２のずれが大きくなるほど小さくなる。そこで、対向確認機能は、ＣＰＵ６０１が２個の計測ヘッド２００について上記の変位計測処理と基本的に同じ処理を行うことにより実現される。
【０１８１】  具体的には、ＣＰＵ６０１は、第１計測ヘッド２００Ａから出射され、第２計測ヘッド２００Ｂの光ファイバ３１４から受光部１４０に導かれる光の受光信号について、変化情報（以下、第１の変化情報と呼ぶ。）を生成する。また、ＣＰＵ６０１は、第２計測ヘッド２００Ｂから出射され、第１計測ヘッド２００Ａの光ファイバ３１４から受光部１４０に導かれる光の受光信号について、変化情報（以下、第２の変化情報と呼ぶ。）を生成する。このようにして生成された第１および第２の変化情報を主表示部７００に表示する。
【０１８２】  図３１は、対向確認機能により図３０の第１の表示領域４１０に表示される第１および第２の変化情報の表示例を示す図である。図３１の例では、第１および第２の変化情報が、第１の実施の形態の図１５の例と同様に表示される。この場合、使用者は、主表示部７００に表示される第１および第２の変化情報に基づいて光軸ｏａ１，ｏａ２が一致するように２個の計測ヘッド２００の位置決めを行うことができる。なお、第１の表示領域４１０においては、第１および第２の変化情報は図１５〜図２０のいずれの態様で表示されてもよい。
【０１８３】  ここで、ＣＰＵ６０１は、第１計測ヘッド２００Ａおよび第２計測ヘッド２００Ｂが同期するように２個の処理装置１００の演算処理部１５０を制御してもよい。例えば、ＣＰＵ６０１は、２個の演算処理部１５０に投光部１２０を発光させるためのトリガとして同期信号を与えてもよい。この場合、２個の処理装置１００の制御部１５２は、例えば２個の投光部１２０の光源１２１（図４）を時系列で同時に発光させる。それにより、ＣＰＵ６０１は、第１の変化情報を生成するための受光信号と第２の変化情報を生成するための受光信号とを同時に取得する。したがって、２個の計測ヘッド２００にそれぞれ対応する受光信号の取得時間が短縮される。
【０１８４】  ＣＰＵ６０１は、図２８に示すように計測対象物Ｓの厚みを計測する場合には、上記の例と同様に２個の投光部１２０の発光タイミングを同期させることが好ましい。それにより、計測対象物Ｓの上下の変位を同時に計測することが可能になる。その結果、計測対象物Ｓの厚みをより正確に計測することができる。
【０１８５】  なお、制御部１５２は、上記の例とは逆に、例えば２個の投光部１２０の光源１２１（図４）を時系列で交互に発光させることにより、第１の変化情報を生成するための受光信号と第２の変化情報を生成するための受光信号とを交互に取得してもよい。それにより、２個の計測ヘッド２００から同時に光が出射されることによる光の干渉が防止される。
【０１８６】  ところで、２個の計測ヘッド２００の光軸ｏａ１，ｏａ２が一致した状態で一方の計測ヘッド２００から他方の計測ヘッド２００を通して受光部１４０に導かれる光の強度は、計測対象物Ｓの表面で合焦しつつ反射することにより１の計測ヘッド２００を通して受光部１４０に導かれる光の強度に比べて大きいと考えられる。そのため、制御部１５２は、対向確認機能により第１および第２の変化情報を生成する際の受光部１４０の露光時間を、計測対象物Ｓから反射される光に基づいて計測対象物Ｓの変位を計測する際の露光時間に比べて短く設定してもよい。または、制御部１５２は、投光部１２０において発生される光の光量が計測対象物Ｓの変位を計測する際に発生される光量に対して小さくなるように調整してもよい。それにより、適切な強度で受光信号を取得することが可能になる。
【０１８７】  （３）効果  本実施の形態に係る共焦点変位計５００は、２個の処理装置１００、２個の計測ヘッド２００および２個の導光部３００を備える。それにより、２個の計測ヘッド２００により光が照射される計測対象物Ｓの２つの部分の変位を計測することが可能である。
【０１８８】  また、本実施の形態に係る共焦点変位計５００は、２個の計測ヘッド２００を対向配置する際に２個の計測ヘッド２００の光軸ｏａ１，ｏａ２が一致しているか否かを確認するための対向確認機能を有する。対向確認機能では、ＣＰＵ６０１は、第１計測ヘッド２００Ａから出射され、第２計測ヘッド２００Ｂの光ファイバ３１４から受光部１４０に導かれる光の受光信号について、第１の変化情報を生成する。また、制御部１５２は、第２計測ヘッド２００Ｂから出射され、第１計測ヘッド２００Ａの光ファイバ３１４から受光部１４０に導かれる光の受光信号について、第２の変化情報を生成する。さらに、ＣＰＵ６０１は、生成された第１および第２の変化情報を主表示部７００に表示する。
【０１８９】  このように、一方の計測ヘッド２００から他方の計測ヘッド２００の光ファイバ３１４を通過する光の受光信号についての変化情報が主表示部７００に表示される。それにより、使用者は、２個の計測ヘッド２００を対向配置した状態で、２個の計測ヘッド２００の光軸ｏａ１，ｏａ２を容易に一致させることができる。この状態で、２個の計測ヘッド２００の間に計測対象物Ｓを配置することにより、その計測対象物Ｓの厚みを正確に計測することが可能になる。
【０１９０】  ［４］他の実施の形態  （１）上記実施の形態においては、ＣＰＵ６０１は、計測対象物Ｓの表面として計測対象物Ｓの外表面で合焦しつつ反射される光の受光信号に基づいて、計測対象物Ｓの外表面の変位を計測するが、本発明はこれに限定されない。ＣＰＵ６０１は、計測対象物Ｓの外表面の変位とともに、計測対象物Ｓの内表面の変位を計測してもよい。
【０１９１】  図３２は、透明な計測対象物Ｓについて外表面および内表面の変位を計測する例を示す図である。図３２に太い実線で示すように、計測対象物Ｓが透明体である場合には、計測ヘッド２００から計測対象物Ｓに照射される光の一部は、計測対象物Ｓの外表面（上面）で合焦しつつ反射され光ファイバ３１４のコア３１０ａ（図２）に入力される。また、図３２に白抜きの実線で示すように、計測ヘッド２００から計測対象物Ｓに照射される光のうち計測対象物Ｓの外表面で反射されない光の一部は、計測対象物Ｓの内部を通過して計測対象物Ｓの内表面（下面）で合焦しつつ反射され光ファイバ３１４のコア３１０ａ（図２）に入力される。
【０１９２】  図３３は、図３２の計測対象物Ｓに光が照射されることにより取得される受光波形を示す図である。図３３の横軸は波長を示し、縦軸は受光信号の強度を示す。図３３に示すように、本例の受光波形Ｗ０は、計測対象物Ｓの外表面に対応するピークＰｐと計測対象物Ｓの内表面に対応するピークＰｑとを含む。
【０１９３】  この場合、一方のピークＰｐのピーク波長λｐは、計測ヘッド２００の基準位置ＲＰ（図２）から計測対象物Ｓの外表面までの距離に対応し、他方のピークＰｑのピーク波長λｑは、計測ヘッド２００の基準位置ＲＰ（図２）から計測対象物Ｓの内表面までの距離に対応する。
【０１９４】  そこで、ＣＰＵ６０１は、２つのピーク波長λｐ，λｑに基づいて、計測対象物Ｓの外表面および内表面の変位を計測してもよい。また、ＣＰＵ６０１は、２つのピーク波長λｐ，λｑの差分に基づいて計測対象物Ｓの厚みを算出してもよい。
【０１９５】  この場合、ＣＰＵ６０１は、受光確認処理時に、２つのピークＰｐ，Ｐｑの各々について、変化情報を生成し、生成された２つの変化情報を主表示部７００に表示させてもよい。
【０１９６】  本例に限らず、受光信号が複数のピークを含む場合、ＣＰＵ６０１は、受光確認処理時に、複数のピークのうちの最も高いピークについて、変化情報を生成し、生成された１つの変化情報を主表示部７００に表示させてもよい。あるいは、ＣＰＵ６０１は、複数のピークのうち予め定められた波形に最も類似する形状を示すピークについて、変化情報を生成し、生成された１つの変化情報を主表示部７００に表示させてもよい。
【０１９７】  （２）上記実施の形態においては、現時点よりも前の時点で取得された受光信号のピーク値から現時点で取得された受光信号のピーク値への変化が変化情報として生成され、生成された変化情報が主表示部７００に表示されるが、本発明はこれに限定されない。上記の変化情報に代えて、現時点よりも前の時点で取得された受光信号の積分値から現時点で取得された受光信号の積分値への変化が制御部１５２により変化情報として生成され、生成された変化情報が主表示部７００に表示されてもよい。
【０１９８】  受光信号の積分値は、受光信号の値が大きくなるにつれて増加し、受光信号の値が小さくなるにつれて減少する。したがって、使用者は、変化情報を視認することにより、受光信号の積分値の経時的な変化を認識しつつ、より高い積分値が得られるように計測ヘッド２００の位置および姿勢を適切に調整することができる。その結果、使用者は、計測対象物Ｓの変位を容易かつ正確に計測することが可能になる。なお、積分値を用いた変化情報は、例えば図３３の例に示すように、複数のピークを用いて複数の変位を計測する場合に有効に利用することができる。
【０１９９】  （３）上記実施の形態においては、受光確認処理が行われる際に主表示部７００に変化情報とともに計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否判定結果が表示されるが、本発明はこれに限定されない。
【０２００】  受光確認処理が行われる際に、主表示部７００には、変化情報および適否判定結果とともに、例えば適否判定のしきい値が数値で表示されてもよい。この場合、使用者は、主表示部７００に表示されるしきい値を目安として計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整することができる。
【０２０１】  また、受光確認処理が行われる際に、主表示部７００には、適否判定結果とともに、取得される受光波形がピークを有するか否かを示す指標が表示されてもよい。さらに、現在ピーク値が過去最大ピーク値に等しいかまたは過去の最大の受光信号のピーク値よりも高い場合に、主表示部７００に現在ピーク値が最大であることを示す指標が表示されてもよい。それにより、計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整する際の利便性が向上する。
【０２０２】  なお、計測ヘッド２００の位置および姿勢の適否判定結果は、主表示部７００に表示される以外の方法で使用者に提示されてもよい。例えば、計測ヘッド２００に発光部を設けるとともに、計測ヘッド２００の位置および姿勢が適切である場合に発光部を点灯し、計測ヘッド２００の位置および姿勢が適切でない場合に発光部を消灯してもよい。この場合、使用者は、主表示部７００を視認することなく計測ヘッド２００の位置および姿勢を調整することが可能になる。
【０２０３】  （４）上記実施の形態においては、ＣＰＵ６０１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。ＣＰＵ６０１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。
【０２０４】  図３４は、図１１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３４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。
【０２０５】  図３５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１１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３５の例では、図１５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。
【０２０６】  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３５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。
【０２０７】  （５）上記実施の形態の図１５〜図２０の表示例において、第１の表示領域４１０には、さらに受光確認処理が開始されてから現時点までに記憶された受光信号のピーク値および受光波形をメモリ６０２から削除するためのリセットボタンが表示されてもよい。この場合、使用者は、計測ヘッド２００の誤操作またはノイズの影響により異常な受光信号が取得された場合に、リセットボタンを操作する。それにより、異常な受光信号に基づく変化情報が表示されることを防止することができる。
【０２０８】  （６）上記実施の形態の図１５〜図２０の表示例において、第１の表示領域４１０には、変化情報として、現在ピーク値および過去最大ピーク値とともに受光信号に関するグラフが表示されるが、本発明はこれに限定されない。変化情報としては、現在ピーク値および過去最大ピーク値のみが表示されてもよい。この場合、主表示部７００による変化情報の表示面積を小さくすることができる。したがって、主表示部７００を小型化することができる。
【０２０９】  （７）上記実施の形態では、図１５〜図２０の表示例に示されるように、変化情報は、計測ヘッド２００の位置および姿勢を示すパラメータとして現在ピーク値および過去最大ピーク値を含むが、本発明はこれに限定されない。変化情報は、現在ピーク値および過去最大ピーク値に代えて、現在ピーク値および過去最大ピーク値にそれぞれ対応する評価値を含んでもよい。この場合、評価値を使用者が認識しやすい値に設定する。それにより、共焦点変位計５００の利便性が向上する。
【０２１０】  （８）上記実施の形態においては、投光部１２０の光源１２１として単一波長の光を出射するレーザダイオードが用いられるが、本発明はこれに限定されない。光源１２１として広い波長帯域の光を出射するＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられてもよい。光源１２１として白色光を出射するＬＥＤが用いられる場合には、蛍光体１２２を設けてもよいし、蛍光体１２２を設けなくてもよい。
【０２１１】  （９）上記実施の形態において、投光部１２０は波長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は他の波長帯域の光を出射してもよい。例えば、投光部１２０は赤外領域の光を出射してもよいし、紫外領域の光を出射してもよい。
【０２１２】  （１０）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。
【０２１３】  （１１）上記実施の形態において、ファイバカプラ３２０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３１１，３１２，３１９を用いて光の結合および分岐が行われてもよい。
【０２１４】  （１２）第２の実施の形態に係る共焦点計測装置５００においては、２個の処理装置１００、２個の計測ヘッド２００、２個の導光部３００、ＰＣ６００、主表示部７００および操作部８００を備えることにより対向確認機能が実現されるが、本発明はこれに限定されない。対向確認機能は、以下の構成により実現されてもよい。図３６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３６の共焦点計測装置５００について、第２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。
【０２１５】  図３６に示すように、本例の共焦点変位計５００は２個の計測ヘッド２００に対して１個の処理装置１００が設けられる。処理装置１００の筐体１１０内には、２個の計測ヘッド２００にそれぞれ対応する２個の投光部１２０、２個の分光部１３０および２個の受光部１４０が収容されている。さらに、図３６の共焦点変位計５００は、２個の計測ヘッド２００にそれぞれ対応する２個の導光部３００を備える。
【０２１６】  図３６の共焦点変位計５００においては、２つの投光部１２０の各々から複数の波長を有する光が出射される。各投光部１２０により出射された光は、対応する導光部３００を通して対応する計測ヘッド２００に伝送され、計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で合焦しつつ反射された光がその光を照射する計測ヘッド２００の光ファイバ３１４を通過する。計測ヘッド２００の光ファイバ３１４を通過した光は、対応する導光部３００を通して対応する分光部１３０に導かれ、分光される。分光された光が対応する受光部１４０により受光される。このようにして、２個の計測ヘッド２００に対応する受光信号が２個の受光部１４０からそれぞれ出力される。演算処理部１５０の制御部１５２は、２個の受光部１４０から出力される２つの受光信号を取得する。
【０２１７】  制御部１５２は、各受光部１４０から取得される２つの受光信号を用いて変位計測処理を行うことにより、２個の計測ヘッド２００により光が照射される計測対象物Ｓの２つの部分の変位を計測する。また、制御部１５２は、２個の受光部１４０から出力される２つの受光信号をＰＣ６００に与える。それにより、ＰＣ６００において、第２の実施の形態で説明したように第１および第２の変化情報を生成することが可能になり、対向確認機能が実現される。
【０２１８】  本例では、１個の処理装置１００に２個の計測ヘッド２００が接続されるが、本発明はこれに限定されない。共焦点変位計５００の処理装置１００は、３個または４個以上の計測ヘッド２００を接続可能に構成されてもよい。
【０２１９】  （１３）上記実施の形態においては、図２２の受光確認処理で受光信号が取得されるごとに取得された受光信号の受光波形およびピーク値がメモリ６０２に記憶されるが、本発明はこれに限定されない。メモリ６０２に記憶される情報は、変化情報に応じて設定されてもよい。例えば、変化情報として現在ピーク値および過去最大ピーク値のみが主表示部７００に表示される場合には、受光波形は記憶されなくてもよい。
【０２２０】  （１４）第２の実施の形態においては、対向確認機能により第１計測ヘッド２００Ａおよび第２計測ヘッド２００Ｂに対応する第１および第２の変化情報が生成されるが、本発明はこれに限定されない。対向確認機能においては、第１および第２の変化情報のうち一方の変化情報のみが生成されてもよい。この場合においても、生成された変化情報が主表示部７００に表示されることにより、使用者は第１計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１と第２計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２とを一致させることができる。
【０２２１】  （１５）上記実施の形態においては、演算処理部１５０の制御部１５２は、受光部１４０から取得される受光信号について補正を行うとともに計測対象物Ｓの変位を計測し、計測結果を副表示部４００に表示する。また、制御部１５２は、受光部１４０から取得される受光信号をＰＣ６００に与える。一方、ＰＣ６００のＣＰＵ６０１は、変位計測プログラムに基づいて計測対象物Ｓの変位計測処理を実行する。本発明はこれに限定されない。
【０２２２】  例えば、ＰＣ６００は設けられなくてもよい。この場合、主表示部７００および操作部８００を処理装置１００の演算処理部１５０に接続してもよい。また、演算処理部１５０の記憶部１５１に変位計測プログラムを記憶させてもよい。それにより、制御部１５２が変位計測処理を実行してもよい。
【０２２３】  （１６）上記実施の形態においては、図１５〜図２０、図３１および図３５に示すように、受光確認処理において主表示部７００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８００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。
【０２２４】  （１７）図１５、図１６、図２０、図３１および図３５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。
【０２２５】  ［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。
【０２２６】  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り、光ファイバ３１４の先端部分がピンホールの例であり、光ファイバ３１４がピンホール部材の例である。
【０２２７】  また、分光部１３０、受光部１４０、演算処理部１５０および導光部３００が取得部の例であり、主表示部７００が表示部の例であり、演算処理部１５０およびＣＰＵ６０１が変位計測部の例であり、ＣＰＵ６０１が処理部の例であり、受光信号のピーク値が適否判定用のしきい値よりも高いことが予め定められた条件の例であり、操作部８００および図１２の入力欄４６２が波長範囲指定部の例であり、不要成分除去補正が補正処理の例である。
【０２２８】  また、処理装置１００が処理装置の例であり、計測ヘッド２００、第１計測ヘッド２００Ａおよび第２計測ヘッド２００Ｂがヘッド部の例であり、筐体１１０が第１の筐体の例であり、筐体２１０が第２の筐体の例であり、第１計測ヘッド２００Ａが一のヘッドの例であり、第２計測ヘッド２００Ｂが他のヘッドの例である。
【０２２９】  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。
【産業上の利用可能性】
【０２３０】  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。
【符号の説明】
【０２３１】  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  分光部  １３１  回折格子  １４０  受光部  １５０  演算処理部  １５１  記憶部  １５２  制御部  ２００  計測ヘッド  ２００Ａ  第１計測ヘッド  ２００Ｂ  第２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  ３１０ａ  コア  ３１０ｂ  クラッド  ３１１，３１２，３１４，３１９  光ファイバ  ３２０  ファイバカプラ  ３２１〜３２３，３３１，３３２  ポート  ３２４，３３３  本体部  ３３０  ファイバコネクタ  ４００  副表示部  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  ４５５  対向確認ボタン  ４６１，４６２  入力欄  ４６３，４６４  表示態様ボタン  ５００  共焦点変位計  ４９１  切替ボタン  ６００  ＰＣ  ６０１  ＣＰＵ  ６０２  メモリ  ７００  主表示部  ８００  操作部  ＢＬ  基底波形  ｄ１，ｄ２  厚み  ＭＲ  計測範囲  ｏａ１，ｏａ２  光軸  Ｐ０，Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ  ピーク  Ｐ１，Ｐ２  合焦位置  ＲＰ  基準位置  Ｓ  計測対象物  ＳＣ  くぼみ  ＳＲ１  第１のロール  ＳＲ２  第２のロール  Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４  受光波形  λ０〜λ４，λｘ，λｙ  ピーク波長
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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