(57)【要約】 【課題】  ワークとのギャップ変動や温度変化に影響を受けることなくワークとの相対変位を高精度に検出する変位検出装置を提供する。【解決手段】  ワーク表面Ｓに向けてレーザー光を照射する照明光学系１２０と、ワーク表面Ｓにて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像するＣＣＤカメラ１３０と、を備える。ＣＣＤカメラ１３０にて撮像したスペックル像の変化に基づいて、ワークＷの法線に略直交する方向へのワークＷの相対変位量を検出する。照明光学系１２０は、ワーク表面Ｓに対して略垂直にレーザー光を照射する。ＣＣＤカメラ１３０は、ワーク表面Ｓの略垂直方向に向けて散乱される光を受光する。【選択図】  図１
2006300763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク表面に向けてレーザー光を照射する照明光学系と、
ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、
撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、
前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、
前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光する
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記ワーク表面の法線上に配設されたビームスプリッタを備え、
このビームスプリッタは、前記照明光学系から入射される光を前記ワーク表面に対して略垂直な方向に向けて反射させて前記レーザー光を前記ワークに照射させるとともに、
前記ワーク表面から散乱される光を前記撮像手段に向けて透過させる
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の変位検出装置において、
前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズ系を備え、
前記ビームスプリッタは、前記拡大レンズと前記ワークとの間に配設される
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の変位検出装置において、
前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズ系と、
前記拡大レンズと前記撮像手段との間で前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーと、を備え、
前記ビームスプリッタは、前記アパーチャーと前記拡大レンズとの間に配設されている
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項５】
請求項２に記載の変位検出装置において、
前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズ系と、
前記拡大レンズと前記撮像手段との間で前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーと、を備え、
前記ビームスプリッタは、前記アパーチャーと前記撮像手段との間に配設されている
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれかに記載の変位検出装置において、
前記ビームスプリッタと前記ワークとの間に配設された１／４波長板を備え、
前記ビームスプリッタは所定の偏光方向を有する光のみを略総て透過させる偏光ビームスプリッタであり、
前記照明光学系は、前記偏光ビームスプリッタの偏光方向に直交する方向に偏光したレーザー光を前記偏光ビームスプリッタに入射させる
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項７】
請求項１に記載の変位検出装置において、
前記ワークの法線上に配設されているとともに所定の偏光方向の光のみを略総て透過させる偏光ビームスプリッタと、
前記ワークと前記偏光ビームスプリッタとの間に配設された１／４波長板と、
前記ワークと前記偏光ビームスプリッタとの間に配設された拡大レンズ系と、
前記偏光ビームスプリッタを間にしてワークと反対側に配設された反射ミラーと、
前記偏光ビームスプリッタと前記反射ミラーとの間に配設された１／４波長板と、を備え、
前記照明光学系は、前記偏光ビームスプリッタの偏光方向に直交する方向に偏光したレーザー光を前記偏光ビームスプリッタに入射させ、
前記撮像手段は、前記ワークからの光を前記ワークの法線方向に直交する方向に反射した光を受光する位置に配設され、
前記偏光ビームスプリッタは、前記照明光学系からの光を前記ワークに向けて反射し、かつ、前記ワークからの反射光を前記反射ミラーに向けて透過させた後にこの光が前記反射ミラーにて反射されて偏光ビームスプリッタに再帰された光を前記撮像手段に向けて反射する
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項８】
請求項３に記載の変位検出装置において、
前記拡大レンズと前記撮像手段との間において前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーを備え、
前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させる
ことを特徴とする変位検出装置。
【請求項９】
請求項４または請求項５に記載の変位検出装置において、
前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させる
ことを特徴とする変位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位検出装置に関する。詳しくは、ワークからの散乱光が干渉して生成されるスペックル像を利用してワークの変位を検出する変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スペックル像を利用してワークの微小変位を検出する変位検出装置が知られている（非特許文献１〜４）。
図３０は、従来の変位検出装置１０の構成を示す図である。
この変位検出装置１０は、内部に収納空間１２を有する筐体部１１と、ワークＷにレーザー光を照射する照明光学系１３と、ワークＷからの散乱光の干渉によって生成されるスペックル像を撮像するＣＣＤカメラ１６と、ＣＣＤカメラ１６からの出力画像を画像処理する画像処理部１９と、を備える。
照明光学系１３は、レーザー光源１４と、コリメートレンズ１５と、を備え、レーザー光をワークＷに対して斜め方向から照射している。
【０００３】
さらに、ワークＷとＣＣＤカメラ１６との間には、ワーク表面Ｓにて散乱される光による像をＣＣＤカメラ１６に向けて拡大する拡大レンズ１７と、拡大レンズ１７とＣＣＤカメラ１６との間に配設されたアパーチャー１８と、が配設されており、ワークＷに対して略垂直な方向に光軸を有するように拡大レンズ１７、アパーチャー１８およびＣＣＤカメラ１６が配設されている。
そして、ワークＷと変位検出装置１０とはワークＷの法線に直交する方向に相対移動可能であって、変位検出装置１０は、ワークＷの法線に直交する方向へのワークＷの変位量を検出する。
ワークＷの表面Ｓは光学的に粗い面（光学粗面）であり、ワークＷからの散乱光によって図３１に示されるような白黒の斑点模様であるスペックル像が形成される。
【０００４】
このような構成において、レーザー光源１４から発射された光Ｌ４０は、コリメートレンズ１５によって平行光とされてワークＷに照射される。すると、ワーク表面Ｓで反射される光のうち０次光Ｌ４１はレーザー光の入射方向とは反対側へ反射していく。その一方、ワークＷの光学粗面によりワークＷに垂直な方向に向けて散乱された散乱光Ｌ４２が拡大レンズ１７に入射し、アパーチャー１８を介してＣＣＤカメラ１６にて受光される（Ｌ４３）。すると、ＣＣＤカメラ１６によりスペックル像が撮像される。
【０００５】
ここで、ワークＷの基準位置においてスペックル像を撮像し、参照スペックル像として画像処理部１９に記憶しておく。次に、ワークＷが微小変位したときの現スペックル像を撮像して画像処理部１９に出力する。そして、現スペックル像と参照スペックル像とを画像処理部１９において比較して、画像中においてマッチングするパターンの変位に基づいてワークＷの変位量を検出する。
【０００６】
このようなスペックル像を利用した変位検出装置１０は、簡易な構成ながら高い分解能でワークＷの変位を検出することができる。
また、レーザー光Ｌ４０をワークＷの斜め方向から照射することにより、０次の反射光Ｌ４１を拡大レンズ１７からそらし、スペックル像を生成する散乱光Ｌ４２のみが拡大レンズ１７を介してＣＣＤカメラ１６に入射するようにしている。これにより、ＳＮ比が良好なスペックル像を取得することができる。
【０００７】
【非特許文献１】「光応用機械計測技術」第３刷、朝倉書店、ｐ１０１〜ｐ１０２
【非特許文献２】「応用光学−光計測入門−」第４刷、丸善、ｐ１５２〜ｐ１５３
【非特許文献３】「日経先端技術６９」日本経済新聞社・日経産業消費研究所、ｐ７−ｐ８
【非特許文献４】「光計測シンポジウム２００４論文集」、光計測シンポジウム実行委員会、ｐ７５−ｐ７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ワークＷに対して斜め方向からレーザー光Ｌ４０を照射する場合、次のような問題が生じる。
例えば、ワークＷが法線方向に変位して変位検出装置１０とワークＷとのギャップが変化した場合、ワーク表面Ｓ上においてレーザー光Ｌ４０が当たる位置が異なってくる。この関係を図３２に模式的に表す。
ワークＷ上においてレーザー光Ｌ４０が当たる位置が異なってくると、スペックル像が変化する。そのため、ワークＷが法線方向に変位した場合、ワークＷが法線に直交する方向に変位していなくても、変位検出装置１０としては、スペックル像の変化に基づいてワークＷの法線方向に直交する方向への変位を誤検出してしまうことになる。さらに、ワークＷが法線方向に変位した場合、レーザー光Ｌ４０の照射位置が異なってくるので、ＣＣＤカメラ１６の光軸に対する光量分布がずれてしまい、ＣＣＤカメラ１６に入射する光量が不足して検出精度が低下してしまうという問題も生じる。
【０００９】
また、レーザー光源１４の温度が変化すると、発射されるレーザー光Ｌ４０の波長に変化が生じることが知られている。例えば、６５７±０．２ｎｍ程度の変化が生じる。図３３は、レーザー光Ｌ４０の波長が変化した場合に、干渉光の光路が変化する様子を示す図である。レーザー光Ｌ４０の波長が変化すると図３３に示されるように光の干渉位置がずれてくるので、ワークＷが変位していなくても、ＣＣＤカメラ１６で撮像されるスペックル像が変位してしまい、ワークＷの変位を誤検出してしまうという問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、ワークとのギャップ変動や温度変化に影響を受けることなくワークとの相対変位を高精度に検出する変位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の変位検出装置は、ワーク表面に向けてレーザー光を照射する照明光学系と、ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光することを特徴とする。
【００１２】
このような構成において、照明光学系からの光はワークの表面に対して略垂直に照射される。すると、ワーク表面からの反射光は撮像手段にて受光される。このとき、ワーク表面にて反射される光によってスペックル像が生成され、撮像手段はこのスペックル像を撮像する。
そして、ワークが基準位置にあるときに取得されるスペックル像と、ワークが法線方向に略直交する方向に相対変位したときに取得されるスペックル像と、の対比によりワークの相対変位量が検出される。
【００１３】
このような構成によれば、ワークが法線方向に移動した場合でも、照明光学系からの光をワーク表面に対して略垂直に照射しているので、ワーク表面上において光の照射位置はずれない。よって、ワークが法線方向に移動しても、撮像手段にて撮像されるスペックル像には変化が生じることがなく、また、ワークからの反射光量にも変化が生じない。
例えば、従来のように、光をワーク表面に対して斜めから照射する場合、ワークが法線方向に変動するとワーク表面上において光が照射される位置がずれてしまっていた。その結果、撮像手段にて撮像されるスペックル像が変動してしまい、ワークの法線に直交する方向へのワーク変位を検出するのが目的であるにも関わらず、ワークが法線方向に変動しただけでワークの変位を誤検出していた。
【００１４】
また、ワークの法線方向への変動によって光の照射位置がずれると、反射光の光量分布が変わってくるので、良好な反射光量が得られる位置が変わってしまう。その結果として、撮像手段での受光光量が不足して検出精度が低下していた。
この点、本発明では、ワーク表面に略垂直方向から光を照射するので、ワークが法線方向に変動したとしても、光の照射位置がずれることがない。よって、ワークの法線方向への変動に関わりなく、ワークの法線方向に略垂直な方向への変位を正確に検出することができる。
【００１５】
また、温度変化によってレーザー光の波長が変動することがあっても、光をワークに略垂直に入射させ、かつ、ワークから垂直方向に反射される光を撮像手段で受光するので、光の干渉位置が変わることはなく、ワーク変位を高精度に検出することができる。
【００１６】
本発明では、前記ワーク表面の法線上に配設されたビームスプリッタを備え、このビームスプリッタは、前記照明光学系から入射される光を前記ワーク表面に対して略垂直な方向に向けて反射させて前記レーザー光を前記ワークに照射させるとともに、前記ワーク表面から散乱される光を前記撮像手段に向けて透過させることが好ましい。
【００１７】
この構成において、照明光学系から発射された光はビームスプリッタに入射し、入射した光の一部がビームスプリッタにて反射されてワークに略垂直に照射される。
そして、ワークにて反射される光は、ビームスプリッタに入射した後、一部がこのビームスプリッタを透過して撮像手段にて受光される。
このような構成によれば、ワークへの入射光もワークからの反射光もビームスプリッタを経由してワークとビームスプリッタとの間では同じ経路を通ることになり、ワークに対して略垂直に光が照射されるとともに、ワークから略垂直方向に反射された光が撮像手段にて受光される。
【００１８】
なお、ビームスプリッタは、無偏光ビームスプリッタでも偏光ビームスプリッタでもよく、また、プレート状でもキューブ型でもよい。
【００１９】
本発明では、前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズ系を備え、前記ビームスプリッタは、前記拡大レンズと前記ワークとの間に配設されることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、ビームスプリッタとワークとの間には、部品が存在しないので、ビームスプリッタとワークとの間で内部反射等がない。従って、照明光学系からビームスプリッタに入射してこのビームスプリッタによってワークに向けて反射された光は略総てワークに照射されるので、ワークへの照射光の光量を多くすることができる。その結果、撮像手段での受光光量を多くして、鮮明なスペックル像により検出精度を向上させることができる。
【００２１】
本発明では、前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズ系と、前記拡大レンズと前記撮像手段との間で前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーと、を備え、前記ビームスプリッタは、前記アパーチャーと前記拡大レンズとの間に配設されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、ビームスプリッタは、拡大レンズに対して撮像手段側に配設されているので、拡大レンズとワークとの間には部品が配設されない。従って、拡大レンズとワークとの距離を接近させることができる。その結果、焦点距離の短い拡大レンズを用いることができ、拡大レンズの倍率を大きくすることができる。そして、拡大レンズとワークとの距離は４．５ｍｍ程度であって比較的狭いところ、この間隔にビームスプリッタ等の光学部品を配設することに比べて、アパーチャーと拡大レンズとの間にビームスプリッタを配設する方が簡便であるので、組立コストを低減することができる。
また、アパーチャーは拡大レンズの焦点位置に配設されるところ、拡大レンズとアパーチャーとの間にビームスプリッタが配されることにより、当初から変位検出装置内に空間として存在している場所にビームスプリッタが配されることになるので、デッドスペースを排して変位検出装置を薄型化することができる。
【００２３】
本発明では、前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズ系と、前記拡大レンズと前記撮像手段との間で前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーと、を備え、前記ビームスプリッタは、前記アパーチャーと前記撮像手段との間に配設されていることが好ましい。
【００２４】
このような構成によれば、アパーチャーと撮像手段との間にビームスプリッタが配設されることにより、当初から変位検出装置内に空間として存在している場所にビームスプリッタが配されることになるので、デッドスペースを排して変位検出装置を薄型化することができる。そして、アパーチャーと撮像手段との間隔は、拡大レンズによる倍率を大きくするために比較的広くとられるので、アパーチャーと撮像手段との間にビームスプリッタを配設することは簡便であり、組立てコストを低減することができる。
また、例えば、拡大レンズとワークとの間にビームスプリッタが配設されている場合、拡大レンズとワークとの距離を短くできないために焦点距離の長いレンズを使用しなければならず、拡大レンズの倍率を大きくすることが困難であった。この点、本発明では、拡大レンズとワークとの間に部品が配設されないので、拡大レンズとワークとの距離を短くでき、焦点距離が短いレンズを使用して拡大レンズによる倍率を大きくすることができる。
【００２５】
本発明では、前記ビームスプリッタと前記ワークとの間に配設された１／４波長板を備え、前記ビームスプリッタは所定の偏光方向を有する光のみを略総て透過させる偏光ビームスプリッタであり、前記照明光学系は、前記偏光ビームスプリッタの偏光方向に直交する方向に偏光したレーザー光を前記偏光ビームスプリッタに入射させることが好ましい。
【００２６】
この構成において、例えば、偏光ビームスプリッタがＰ偏光のみを略総て通過させ、照明光学系はＳ偏光の光を発射するとした場合、照明光学系から発射されて偏光ビームスプリッタに入射する光は偏光ビームスプリッタによって略総てワークに向けて反射される。
そして、ワーク表面で反射された光が偏光ビームスプリッタに再帰するところ、偏光ビームスプリッタとワークとの間において、光は１／４波長板を２回通過するので、Ｓ偏光が９０度回転されて、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタに入射する。したがって、ワークから偏光ビームスプリッタに再帰した光は略総て偏光ビームスプリッタを透過して撮像手段で受光される。
【００２７】
このように、照明光学系から偏光ビームスプリッタに入射する光が略総てワークに向けて反射され、かつ、ワークから偏光ビームスプリッタに再帰する光が略総て撮像手段に向けて透過するので、光量損失を少なくすることができる。
例えば、ビームスプリッタで光が１／２ずつに分割される場合にこのビームスプリッタに光を２回通すと光量が１／４になってしまうが、本発明では、光量損失が少ないので撮像手段において約４倍の光量を受光することができる。よって、十分な光量によって鮮明なスペックル像が得られ、この鮮明なスペックル像により検出精度が向上される。また、光量損失が少ないので、照明光学系のレーザー出力を小さくすることができ、小型のレーザー光源を使用することによって、変位検出装置の小型化および低価格化を図ることができる。
【００２８】
なお、偏光ビームスプリッタはプレート状でもキューブ型でもよい。
そして、ビームスプリッタをキューブ型にする場合には、１／４波長板をキューブ型のビームスプリッタに一体的に設けてもよい。
【００２９】
本発明では、前記ワークの法線上に配設されているとともに所定の偏光方向の光のみを透過させる偏光ビームスプリッタと、前記ワークと前記偏光ビームスプリッタとの間に配設された１／４波長板と、前記ワークと前記偏光ビームスプリッタとの間に配設された拡大レンズ系と、前記偏光ビームスプリッタを間にしてワークと反対側に配設された反射ミラーと、前記偏光ビームスプリッタと前記反射ミラーとの間に配設された１／４波長板と、を備え、前記照明光学系は、前記偏光ビームスプリッタの偏光方向に直交する方向に偏光したレーザー光を前記偏光ビームスプリッタに入射させ、前記撮像手段は、前記ワークからの光を前記ワークの法線方向に直交する方向に反射した光を受光する位置に配設され、前記偏光ビームスプリッタは、前記照明光学系からの光を前記ワークに向けて反射し、かつ、前記ワークからの反射光を前記反射ミラーに向けて透過させた後にこの光が前記反射ミラーにて反射されて偏光ビームスプリッタに再帰された光を前記撮像手段に向けて反射することが好ましい。
【００３０】
このような構成において、例えば、偏光ビームスプリッタがＰ偏光のみを通過させ、照明光学系はＳ偏光の光を発射するとした場合、照明光学系から偏光ビームスプリッタに入射する光は偏光ビームスプリッタによって略総てワークに向けて反射される。そして、ワーク表面で反射された光が偏光ビームスプリッタに再帰するところ、偏光ビームスプリッタとワークとの間では１／４波長板を２回通過するので、Ｓ偏光が９０度回転されて、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタに入射する。
したがって、ワークから偏光ビームスプリッタに再帰した光は略総て偏光ビームスプリッタを透過して反射ミラーに向かい、反射ミラーにて反射された光が偏光ビームスプリッタに再帰する。
ここで、偏光ビームスプリッタと反射ミラーとの間で光は１／４波長板を２回通過することになるので、光の偏光方向は９０度回転され、反射ミラーからの再帰光はＳ偏光として偏光ビームスプリッタに再帰する。このようにＳ偏光として偏光ビームスプリッタに再帰した光は偏光ビームスプリッタによって撮像手段に向けて反射され、撮像手段にて受光される。
【００３１】
このような構成によれば、照明光学系から偏光ビームスプリッタに入射する光が略総てワークに向けて反射され、かつ、ワークから偏光ビームスプリッタに再帰する光が反射ミラーを介して略総て撮像手段で受光されるので、光量損失を少なくすることができる。
光量損失を少なくできるので、十分な光量によって鮮明なスペックル像が得られ、この鮮明なスペックル像により検出精度が向上される。
【００３２】
また、撮像手段をワークの法線方向に対して直角方向に反射される光を受光する位置に配設するので、ワーク法線方向の厚みを薄くすることができる。
このとき、スペックル像の拡大率を維持するために拡大レンズと撮像手段との間の光路長をある程度長くとる必要があるところ、偏光ビームスプリッタと反射ミラーとの間で光を往復させるので、この往復光路により光路長を稼ぐことができる。したがって、撮像手段と偏光ビームスプリッタとの距離をそれほど長くとる必要がなく、変位検出装置の平面寸法を小さくすることができる。
【００３３】
本発明では、前記拡大レンズと前記撮像手段との間において前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーを備え、前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させることが好ましい。
【００３４】
本発明では、前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させることが好ましい。
【００３５】
具体的には、前記アパーチャーは、偏心アパーチャーであって、前記撮像手段と前記ワークとを結ぶ光軸からずれた位置に光透過部を有する構成が例として挙げられる。なお、光透過部は、光軸からずれた位置に設けられた円形状の小孔であってもよく、あるいは、光軸を中心として円環状に設けられた透過部であってもよい。
【００３６】
このような構成において、照明光学系から発射されたレーザー光は、偏光ビームスプリッタを介してワーク表面に略垂直に照射される。そして、ワーク表面にて反射された光は、拡大レンズおよびアパーチャーを介して撮像手段にて受光される。このとき、ワーク表面にて反射される光のうち、ワーク表面から垂直に反射された光は、拡大レンズによって焦点位置に絞られたときにアパーチャーによって遮蔽され、撮像手段に入射しない。その一方、ワーク表面にて反射される光のうち、ワーク表面の法線方向からずれた方向に散乱された光は、アパーチャーを透過して撮像手段にて撮像される。
【００３７】
ワーク表面から反射される光のうち、スペックル像を生成するのはワーク表面によって散乱された光であるところ、ワーク表面から垂直に反射された光（０次光）は、スペックル像の生成にとってはノイズとなり、０次光が撮像手段に入射すると、スペックル像のＳＮ比が悪くなる。
この点、本発明では、アパーチャーは、ワーク表面にて垂直に反射された０次光を遮蔽し、スペックル像の生成に寄与する散乱光のみを撮像手段に向けて透過させるので、撮像手段にて鮮明なスペックル像を撮像することができる。
【００３８】
ワーク表面に対して略垂直にレーザー光を照射するとともにワーク表面から略垂直方向に反射される光を撮像することにより、ワークの法線方向への変動やレーザー光の波長変動に影響されずにワークの法線方向に略垂直な方向への変位を正確に検出することができる。その一方、ワーク表面から垂直に反射された０次光も撮像手段に入射してしまうと、スペックル像の生成にとってはノイズとなり、検出精度を低下させるおそれもある。この点、本発明では、ワーク表面から垂直に反射された光をアパーチャーによって遮蔽するので、ＳＮ比が良好なスペックル像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の変位検出装置に係る第１実施形態について図１を参照して説明する。
この変位検出装置１００は、内部に収納空間１１１を有する筐体部１１０と、ワークＷに向けてレーザー光を照射する照明光学系１２０と、ワークＷからの散乱光にて生成されるスペックル像を撮像するＣＣＤカメラ（撮像手段）１３０と、ワークＷからの散乱光による像をＣＣＤカメラ１３０に向けて拡大する拡大レンズ１４０と、拡大レンズ１４０の焦点位置に配設されたアパーチャー１５０と、拡大レンズ１４０とワークＷとの間に配設されたビームスプリッタ１６０と、ＣＣＤカメラ１３０からの出力画像を画像処理する画像処理部１７０と、を備える。
【００４０】
そして、照明光学系１２０は、レーザー光源１２１と、レーザー光源１２１からの光Ｌ１を平行光束にするコリメートレンズ１２２と、コリメートレンズ１２２からの光をビームスプリッタ１６０に向けて反射する反射ミラー１２３と、を備える。
ここで、ビームスプリッタ１６０は、プレート状であり、照明光学系１２０からの光を反射してワーク表面Ｓに対して略垂直にレーザー光（Ｌ３）を照射する。
なお、ビームスプリッタ１６０は無偏光ビームスプリッタでもよく、偏光ビームスプリッタでもよい。
また、拡大レンズ１４０、アパーチャー１５０およびＣＣＤカメラ１３０は、ワークＷに対して略垂直な方向に光軸を有するようにワーク表面Ｓの法線上において拡大レンズ１４０、アパーチャー１５０、ＣＣＤカメラ１３０の順に配設されている。
【００４１】
なお、ワークＷの表面Ｓは光学的に粗い面（光学粗面）である。そして、ワークＷと変位検出装置１００とはワーク表面Ｓの法線に対して直交する方向に相対移動可能であって、変位検出装置１００は、ワーク表面Ｓの法線に直交する方向へのワーク変位を検出する。
【００４２】
このような構成において、レーザー光源１２１から発射された光（Ｌ１）は、コリメートレンズ１２２により平行光束とされ、反射ミラー１２３を介してビームスプリッタ１６０に入射（Ｌ２）する。ビームスプリッタ１６０によってレーザー光（Ｌ２）の一部はワーク表面Ｓに向けて反射され、ワーク表面Ｓに垂直に入射（Ｌ３）する。ワーク表面Ｓに入射したレーザー光（Ｌ３）はワーク表面Ｓにて反射されて、再びビームスプリッタ１６０に入射（Ｌ４）する。ビームスプリッタ１６０に入射した光（Ｌ４）のうち一部はビームスプリッタ１６０を透過し、拡大レンズ１４０およびアパーチャー１５０を介してＣＣＤカメラ１３０に入射する（Ｌ５）。すると、ＣＣＤカメラ１３０にてスペックル像が撮像される。なお、アパーチャー１５０にて光が絞られることにより、スペックル像の斑点模様が大きくなる。ＣＣＤカメラ１３０で撮像された像は、画像処理部１７０に出力される。
そして、ワークＷの基準位置において取得された参照スペックル像と、ワークＷが変位したときに取得される現スペックル像とが対比されて、画像中においてマッチングするパターンの変位に基づいてワークＷの変位が検出される。
【００４３】
このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）照明光学系１２０からの光をワーク表面Ｓに対して略垂直に照射しているので、ワークＷが法線方向に変動した場合でもワーク表面Ｓ上において光の照射位置がずれない。よって、ワークＷが法線方向に変動しても、ＣＣＤカメラ１３０にて撮像されるスペックル像に変化が生じることがなく、また、ワークＷからの反射光量にも変化が生じない。よって、ワークＷの法線方向への変動に関わりなく、ワークＷの法線方向に略垂直な方向への変位を正確に検出することができる。
【００４４】
（２）温度変化によってレーザー光の波長が変動することがあっても、光をワークＷに略垂直に入射させ、かつ、ワークＷから垂直方向に反射される光をＣＣＤカメラ１３０で受光するので、光の干渉位置が変わることはなく、波長の変化に関わらず、ワーク変位を高精度に検出することができる。
【００４５】
（変形例１）
変形例１として、第１実施形態の変形例について図２を参照して説明する。
変形例１の基本的構成は、第１実施形態と同様である。ここで、第１実施形態では、照明光学系１２０において、レーザー光源１２１からの光（Ｌ１）がコリメートレンズ１２２を通ったのち反射ミラー１２３で反射されてビームスプリッタ１６０に導かれていた。この点、変形例１では、レーザー光源１２１からの光（Ｌ１）がコリメートレンズ１２２で平行光束（Ｌ２）となったのち直接ビームスプリッタ１６０に入射している点に特徴を有する。
【００４６】
（変形例２）
変形例２として、第１実施形態の変形例について図３を参照して説明する。
変形例２の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、ビームスプリッタ１６１がプレート状ではなくキューブ型である点に特徴を有する。
【００４７】
（変形例３）
変形例３として、第１実施形態の変形例について図４を参照して説明する。
変形例３の基本的構成は、第１実施形態に同様である。
ここで、図４中において、ビームスプリッタは、プレート状の偏光ビームスプリッタ１６２であり、Ｐ偏光のみを透過させる。偏光ビームスプリッタ１６２とワークＷとの間に１／４波長板１８０が配設されている。そして、レーザー光源１２１は、Ｓ偏光の光（Ｌ６）を発射する。
【００４８】
このような構成において、レーザー光源１２１から発射されたＳ偏光であるレーザー光（Ｌ６）は、コリメートレンズ１２２を介して偏光ビームスプリッタ１６２に入射する（Ｌ７）。すると、偏光ビームスプリッタ１６２は、Ｓ偏光のレーザー光（Ｌ７）を略総てワーク表面Ｓに向けて反射（Ｌ８）する。そして、ワーク表面Ｓで反射された光（Ｌ９）が偏光ビームスプリッタ１６２に再帰するところ、偏光ビームスプリッタ１６２とワークＷとの間において光（Ｌ８、Ｌ９）は１／４波長板１８０を２回通過するので、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタ１６２に入射（Ｌ９）する。したがって、ワークＷから偏光ビームスプリッタ１６２に再帰した光（Ｌ９）は略総て偏光ビームスプリッタ１６２を透過してＣＣＤカメラ１３０で受光（Ｌ１０）される。
このように、レーザー光源１２１から偏光ビームスプリッタ１６２に入射する光（Ｌ７）が略総てワークＷに向けて反射され、かつ、ワークＷから偏光ビームスプリッタ１６２に再帰する光（Ｌ９）が略総てＣＣＤカメラ１３０に向けて透過するので、光量損失を少なくすることができる。
【００４９】
（変形例４）
変形例４として、第１実施形態の変形例について図５を参照して説明する。
ここで、変形例４の基本的構成は上記変形例３に同様であるが、偏光ビームスプリッタ１６３がキューブ型であり、さらに、１／４波長板１８０が偏光ビームスプリッタ１６３に一体的に設けられている点に特徴を有する。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。
第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態に同様であるが、ビームスプリッタ１６０が、拡大レンズ１４０とアパーチャー１５０との間に配設されている点に特徴を有する。
さらに、図６において、レーザー光源１２１とビームスプリッタ１６０との間にはコリメートレンズ１２２と、リレーレンズ１２４と、が配設されている。
コリメートレンズ１２２は、レーザー光源１２１からの光（Ｌ１１）を平行光束とする。
リレーレンズ１２４は、その焦点位置を拡大レンズ１４０の焦点位置に一致させて配設されている。
【００５１】
この構成において、レーザー光源１２１からの光（Ｌ１１）はコリメートレンズ１２２によって平行光束とされ、さらに、リレーレンズ１２４により焦点位置で絞られた後、ビームスプリッタ１６０によって拡大レンズ１４０に向けて反射（Ｌ１２）される。リレーレンズ１２４の焦点位置は拡大レンズ１４０の焦点位置に一致しているところ、拡大レンズ１４０によって光（Ｌ１２）は平行光束とされてワークＷの表面Ｓに照射される。
そして、ワーク表面Ｓからの反射光（Ｌ１３）が、拡大レンズ１４０、ビームスプリッタ１６０およびアパーチャー１５０を介してＣＣＤカメラ１３０にて撮像（Ｌ１４）される。
【００５２】
このような第２実施形態によれば、上記の効果（１）（２）に加えて、次の効果を奏する。
（３）アパーチャー１５０は拡大レンズ１４０の焦点位置に配設されるところ、拡大レンズ１４０とアパーチャー１５０との間にビームスプリッタ１６０が配されることにより、当初から変位検出装置１００内に空間として存在している場所にビームスプリッタ１６０が配されることになるので、デッドスペースを排して変位検出装置１００を薄型化することができる。
（４）拡大レンズ１４０とワークＷとの間に部材が配されていないので、拡大レンズ１４０とワークＷとの距離を短くでき、焦点距離が短いレンズを使用して拡大レンズ１４０による倍率を大きくすることができる。
【００５３】
（変形例５）
変形例５として、第２実施形態の変形例について図７を参照して説明する。
変形例５の基本的構成は、第２実施形態に同様であるが、図７において、ビームスプリッタ１６１がキューブ型である点に特徴を有する。
【００５４】
（変形例６）
変形例６として、第２実施形態の変形例について図８を参照して説明する。
変形例６の基本的構成は、第２実施形態に同様であるが、図８において、レーザー光源１２１とビームスプリッタ１６０との間にはリレーレンズ１２４のみが配設され、レーザー光源１２１から発射された光Ｌ１１がリレーレンズ１２４により焦点位置で絞られた後、ビームスプリッタ１６０に入射する点に特徴を有する。
【００５５】
（変形例７）
変形例７として、第２実施形態の変形例について図９を参照して説明する。
変形例７の基本的構成は、第２実施形態に同様である。
ここで、図９において、レーザー光源１２１とビームスプリッタ１６１との間にはリレーレンズ１２４が配設され、かつ、ビームスプリッタ１６１がキューブ型である点に特徴を有する。
【００５６】
（変形例８）
変形例８として、第２実施形態の変形例について図１０を参照して説明する。
変形例８の基本的構成は、第２実施形態に同様であるが、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタ１６２であり、この偏光ビームスプリッタ１６２と拡大レンズ１４０との間に１／４波長板１８０が配設されている点に特徴を有する。
ここで、偏光ビームスプリッタ１６２は、Ｐ偏光のみを通過させる。そして、レーザー光源１２１はＳ偏光の光Ｌ１５を発射する。
【００５７】
この構成において、レーザー光源１２１から偏光ビームスプリッタ１６２に入射する光（Ｌ１５）は略総てワークＷに向けて反射（Ｌ１６）される。そして、ワーク表面Ｓで反射された光（Ｌ１７）が偏光ビームスプリッタ１６２に再帰するところ、偏光ビームスプリッタ１６２とワークＷとの間で光（Ｌ１６、Ｌ１７）は１／４波長板１８０を２回通過するので、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタ１６２に入射する。したがって、ワークＷから偏光ビームスプリッタ１６２に再帰した光（Ｌ１７）は略総て偏光ビームスプリッタ１６２を透過してＣＣＤカメラ１３０で撮像（Ｌ１８）される。
このように、レーザー光源１２１から偏光ビームスプリッタ１６２に入射する光（Ｌ１５）が略総てワークＷに向けて反射され、かつ、ワークＷから偏光ビームスプリッタ１６２に再帰する光（Ｌ１７）が略総てＣＣＤカメラ１３０に向けて透過（Ｌ１８）するので、光量損失を少なくすることができる。
【００５８】
（変形例９）
変形例９として、第２実施形態の変形例について図１１を参照して説明する。
変形例９の基本的構成は上記変形例８に同様であるが、偏光ビームスプリッタ１６３がキューブ型であって、１／４波長板１８０が偏光ビームスプリッタ１６３に一体的に設けられている点に特徴を有する。
【００５９】
（変形例１０）
変形例１０として、第２実施形態の変形例について図１２を参照して説明する。
ここで、変形例１０の基本的構成は、変形例８に同様であるが、レーザー光源１２１と偏光ビームスプリッタ１６２との間にリレーレンズ１２４のみが配設されている点に特徴を有する。
【００６０】
（変形例１１）
変形例１１として、第２実施形態の変形例について図１３を参照して説明する。
ここで、変形例１１の基本的構成は、上記変形例８に同様であるが、偏光ビームスプリッタ１６３がキューブ型であって、１／４波長板１８０が偏光ビームスプリッタ１６３に一体的に設けられている点に特徴を有する。
【００６１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１４を参照して説明する。
第３実施形態の基本的構成は、第１実施形態に同様であるが、ビームスプリッタ１６０が、アパーチャー１５０とＣＣＤカメラ１３０との間に配設されている点に特徴を有する。
さらに、図１４において、レーザー光源１２１とビームスプリッタ１６０との間には、コリメートレンズ１２２と、リレーレンズ１２４と、が配設されている。コリメートレンズ１２２は、レーザー光源１２１からの光を平行光束とし、リレーレンズ１２４は、その焦点位置を拡大レンズ１４０の焦点位置に一致させて配設されている。なお、リレーレンズ１２４および拡大レンズ１４０の焦点位置はアパーチャー１５０の位置に一致している。
【００６２】
この構成において、レーザー光源１２１からの光（Ｌ１９）はコリメートレンズ１２２およびリレーレンズ１２４を介してビームスプリッタ１６０により拡大レンズ１４０に向けて反射（Ｌ２０）される。このとき、リレーレンズ１２４によってアパーチャー１５０の位置で絞られた光（Ｌ２０）がアパーチャー１５０を通過して拡大レンズ１４０に入射し、拡大レンズ１４０によって平行光束とされて、ワークＷの表面Ｓに照射（Ｌ２１）される。そして、ワーク表面Ｓからの反射光（Ｌ２２）が、拡大レンズ１４０、アパーチャー１５０およびビームスプリッタ１６０を介してＣＣＤカメラ１３０で受光（Ｌ２３）される。
【００６３】
このような第３実施形態によれば、上記の効果（１）（２）（４）に加えて、次の効果を奏する。
（５）アパーチャー１５０とＣＣＤカメラ１３０との間にビームスプリッタ１６０が配設されるので、当初から変位検出装置１００内に空間として存在している場所にビームスプリッタ１６０が配されることになり、デッドスペースを排して変位検出装置１００を薄型化することができる。
【００６４】
（変形例１２）
変形例１２として、第３実施形態の変形例について図１５を参照して説明する。
変形例１２の基本的構成は、第３実施形態に同様であるが、ビームスプリッタ１６１がキューブ型である点に特徴を有する。
【００６５】
（変形例１３）
変形例１３として、第３実施形態の変形例について図１６を参照して説明する。
変形例１３の基本的特徴は、第３実施形態に同様であるが、図１６において、レーザー光源１２１とビームスプリッタ１６０との間にリレーレンズ１２４のみが配設されている点に特徴を有する。
【００６６】
（変形例１４）
変形例１４として、第３実施形態の変形例について図１７を参照して説明する。
ここで、変形例１４の基本的構成は、上記変形例１３に同様であるが、ビームスプリッタ１６１がキューブ型である点に特徴を有する。
【００６７】
（変形例１５）
変形例１５として、第３実施形態の変形例について図１８を参照して説明する。
変形例１５の基本的構成は、第３実施形態に同様であるが、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタ１６２であり、この偏光ビームスプリッタ１６２とアパーチャー１５０との間に１／４波長板１８０が配設されている点に特徴を有する。ここで、偏光ビームスプリッタ１６２は、Ｐ偏光のみを通過させる。そして、レーザー光源１２１はＳ偏光のレーザー光を発射する。
【００６８】
この構成において、レーザー光源１２１から偏光ビームスプリッタに入射する光（Ｌ２４）は略総てワークＷに向けて反射（Ｌ２５）される。
そして、ワーク表面Ｓで反射された光（Ｌ２６）が偏光ビームスプリッタ１６２に再帰するところ、偏光ビームスプリッタ１６２とワークＷとの間で光は１／４波長板１８０を２回通過するので、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタ１６２に入射する。したがって、ワークＷから偏光ビームスプリッタ１６２に再帰した光（Ｌ２６）は略総て偏光ビームスプリッタ１６２を透過してＣＣＤカメラ１３０で撮像される。
【００６９】
このように、レーザー光源１２１から偏光ビームスプリッタ１６２に入射する光が略総てワークＷに向けて反射され、かつ、ワークＷから偏光ビームスプリッタ１６２に再帰する光が略総てＣＣＤカメラ１３０に向けて透過するので、光量損失を少なくすることができる。
【００７０】
（変形例１６）
変形例１６として、第３実施形態の変形例について図１９を参照して説明する。
変形例１６の基本的構成は、上記変形例１５に同様であるが、偏光ビームスプリッタ１６３がキューブ型であって、１／４波長板１８０がビームスプリッタ１６３に一体的に設けられている点に特徴を有する。
【００７１】
（変形例１７）
変形例１７として、第３実施形態の変形例について図２０を参照して説明する。
変形例１７の基本的構成は、上記変形例１５に同様であるが、レーザー光源１２１と偏光ビームスプリッタ１６２との間にリレーレンズ１２４のみが配設されている点に特徴を有する。
【００７２】
（変形例１８）
変形例１８として、第３実施形態の変形例について図２１を参照して説明する。
変形例１８の基本的構成は、上記変形例１６に同様であるが、レーザー光源１２１と偏光ビームスプリッタ１６３との間にリレーレンズ１２４のみが配設されている点に特徴を有する。
【００７３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について図２２を参照して説明する。
第４実施形態の基本的構成は、第１実施形態に同様である。
ここで、第１実施形態では、図１に示すように、ワークＷの法線方向に拡大レンズ１４０、ビームスプリッタ１６０、ＣＣＤカメラ１３０が順に配列されていた。
この点、第４実施形態においては、ワークＷの法線方向に対して垂直な方向に反射された光を受光可能な位置にＣＣＤカメラ１３０が配設されている。
【００７４】
すなわち、ワークＷからの反射光は、拡大レンズ１４０を通過した後、反射ミラー１９０で反射されて、さらに偏光ビームスプリッタ１６２によって直角に反射されて光路を曲げられた後にＣＣＤカメラ１３０にて受光される。図２２において、ワークＷの法線方向に拡大レンズ１４０、アパーチャー１５０および偏光ビームスプリッタ１６２が配設され、さらに、反射ミラー１９０が配設されている。そして、偏光ビームスプリッタ１６２とアパーチャー１５０との間に１／４波長板１８０が配設され、偏光ビームスプリッタ１６２と反射ミラー１９０との間に１／４波長板１９１が配設されている。
ここで、偏光ビームスプリッタ１６２は、Ｐ偏光のみを通過させる。また、レーザー光源１２１はＳ偏光のレーザー光を発射する。
【００７５】
この構成において、レーザー光源１２１から発射された光（Ｌ２８）は、リレーレンズ１２４を介して偏光ビームスプリッタ１６２に入射する。レーザー光源１２１からはＳ偏光の光が発射されるところ、偏光ビームスプリッタ１６２によりワークＷに向けて反射（Ｌ２９）される。偏光ビームスプリッタ１６２によって反射された光（Ｌ２９）は、１／４波長板１８０、アパーチャー１５０および拡大レンズ１４０を通ってワークＷに垂直に照射（Ｌ３０）される。ワークＷに照射された光（Ｌ３０）はワークＷにて反射され、拡大レンズ１４０、アパーチャー１５０、１／４波長板１８０を通ってビームスプリッタに再帰（Ｌ３１）する。
【００７６】
ここで、偏光ビームスプリッタ１６２とワークＷとの間において光（Ｌ２９、Ｌ３０、Ｌ３１）は１／４波長板１８０を２回通るので、レーザー光源１２１からＳ偏光として発射された光（Ｌ２８）はＰ偏光として偏光ビームスプリッタに再帰（Ｌ３１）する。
従って、偏光ビームスプリッタ１６２に再帰した光（Ｌ３１）は略総て偏光ビームスプリッタ１６２を通過して、反射ミラー１９０に向けて直進し（Ｌ３２）、さらに、反射ミラー１９０によって反射（Ｌ３３）されて偏光ビームスプリッタ１６２に再帰する。
【００７７】
ここで、偏光ビームスプリッタ１６２と反射ミラー１９０との間において光（Ｌ３２、Ｌ３３）は１／４波長板１９１を２回通ることになるので、偏光ビームスプリッタ１６２をＰ偏光として通過した光（Ｌ３２）は、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタ１６２に再帰（Ｌ３３）する。すると、反射ミラー１９０から偏光ビームスプリッタ１６２にＳ偏光として再帰された光（Ｌ３３）は、偏光ビームスプリッタ１６２によってＣＣＤカメラ１３０に向けて反射され、ＣＣＤカメラ１３０により受光（Ｌ３４）される。
【００７８】
このような第４実施形態によれば、上記の効果（１）（２）（４）に加えて、次の効果を奏することができる。
（６）レーザー光源１２１から偏光ビームスプリッタ１６２に入射する光（Ｌ２８）が略総てワークＷに向けて反射され（Ｌ２９）、かつ、ワークＷから偏光ビームスプリッタ１６２に再帰する光（Ｌ３１）が反射ミラー１９０を介して略総てＣＣＤカメラ１３０で受光される（Ｌ３４）ので、光量損失を少なくすることができる。
そして、光量損失を少なくできるので、十分な光量によって鮮明なスペックル像が得られ、この鮮明なスペックル像によりワーク変位の検出精度を向上させることができる。
【００７９】
（７）ワークＷの法線方向に対して直角方向に反射される光を受光する位置にＣＣＤカメラ１３０を配設するので、変位検出装置１００の厚みを薄くすることができる。
【００８０】
（８）スペックル像の拡大率を維持するために拡大レンズ１４０とＣＣＤカメラ１３０との間の光路長をある程度長くとる必要があるところ、偏光ビームスプリッタ１６２と反射ミラー１９０との間で光を往復させるので、この往復光路により光路長を稼ぐことができる。したがって、ＣＣＤカメラ１３０と偏光ビームスプリッタ１６２との距離をそれほど長くとる必要がなく、変位検出装置１００の平面寸法を小さくすることができる。
【００８１】
（変形例１９）
変形例１９として、第４実施形態の変形例について図２３を参照して説明する。
変形例１９の基本的構成は、第４実施形態に同様であるが、偏光ビームスプリッタ１６３がキューブ型であって、二枚の１／４波長板１８０、１９１および反射ミラー１９０が偏光ビームスプリッタ１６２に一体的に設けられている点に特徴を有する。
【００８２】
（変形例２０）
変形例２０として、第４実施形態の変形例について図２４を参照して説明する。
ここで、変形例２０の基本的構成は、上記変形例１９に同様であるが、レーザー光源１２１と偏光ビームスプリッタ１６３との間に偏光板１２５が配設されている点に特徴を有する。
そして、この偏光板１２５によってレーザー光源１２１からの光（Ｌ２８）がフィルタリングされてＳ偏光のみが偏光ビームスプリッタ１６３に入射（Ｌ２８１）する。
【００８３】
この構成によれば、偏光板１２５を通過して偏光ビームスプリッタ１６３に入射する光（Ｌ２８１）は略総て正確なＳ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ１６３によって略総てワークＷに向けて反射される。
ここで、例えば、上記第４実施形態および上記変形例１９では、レーザー光源１２１からＳ偏光の光が発射されるとしたが、総てが正確にＳ偏光とならずに、Ｓ偏光以外の偏光方向の光も多少は混在することになる。このとき、レーザー光源１２１からの光（Ｌ２８）の一部が偏光ビームスプリッタ１６３を透過してＣＣＤカメラ１３０に入射するおそれがある。
すると、ＣＣＤカメラ１３０で撮像すべきスペックル像にノイズが混じることになり、鮮明なスペックル像を得ることができない。
この点、変形例２０では、レーザー光源１２１からの光（Ｌ２８）を偏光板１２５によってフィルタリングするので、レーザー光源１２１から偏光ビームスプリッタ１６３に入射する光（Ｌ２８１）は、偏光ビームスプリッタ１６３を透過することがない。その結果、ＣＣＤカメラ１３０ではノイズのない鮮明なスペックル像を撮像することができる。
【００８４】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について図２５を参照して説明する。
第５実施形態の基本的構成は、第１実施形態に同様であるが、第５実施形態においては、アパーチャーが偏心アパーチャー２００であって、開口部（光透過部）２１０が中心からずれた位置に設けられていることに特徴を有する。
すなわち、偏心アパーチャー２００は、図２６に示されるように、中心点からずれた位置に開口部２１０を有している。
【００８５】
この構成において、ワークＷから反射された光は、ビームスプリッタ１６０および拡大レンズ１４０を通過して偏心アパーチャー２００に入射するところ、ワークＷから垂直に反射された０次光（Ｌ３５）は偏心アパーチャー２００によって遮蔽される。その一方、ワーク表面Ｓの法線からずれた方向に散乱された光（Ｌ３６）が偏心アパーチャー２００の開口部２１０を通過してＣＣＤカメラ１３０にて受光される。
【００８６】
このような構成によれば、上記の効果（１）（２）に加えて、次の効果を奏する。
（９）ワーク表面Ｓから反射される光（Ｌ３５、Ｌ３６）のうち、スペックル像を生成するのはワーク表面Ｓによって散乱された光（Ｌ３６）であるところ、偏心アパーチャー２００は、ワーク表面Ｓにて垂直に反射された０次光（Ｌ３５）を遮蔽し、スペックル像の生成に寄与する散乱光（Ｌ３６）のみをＣＣＤカメラ１３０に向けて透過させるので、ＣＣＤカメラ１３０では鮮明なスペックル像を撮像することができる。
【００８７】
（変形例２１）
変形例２１として、第５実施形態の変形例について図２７を参照して説明する。
変形例２１の基本的構成は、第５実施形態に同様であるが、偏心アパーチャー２００は、図２８に示されるように、中心からずれた位置に円環状の光透過部２１０を有している点に特徴を有する。
なお、このような円環状の光透過部２１０は、例えば、ガラス板の一面に円環部分を残したマスクを形成することにより実現することができる。
【００８８】
ここで、第５実施形態の偏心アパーチャー２００としては、上記の例に限られず、例えば、図２９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、中心からずれた位置に複数の開口部２１０を有していてもよい。すなわち、図２９（Ａ）に示されるように中心からずれた位置に２つの開口部２１０を有していてもよく、図２９（Ｂ）に示されるように中心からずれた位置に３つの開口部２１０を有していてもよく、図２９（Ｃ）に示されるように中心からずれた位置に４つの開口部２１０を有していてもよい。
【００８９】
なお、上記第１実施形態、変形例１〜変形例４、第２実施形態、変形例５〜変形例１１で説明した構成において、アパーチャー１５０を偏心アパーチャー２００に代えてもよい。
【００９０】
本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、上記実施形態および変形例では、変位検出装置に対してワークが移動するとしたが、変位検出装置はワークとの相対変位量を検出するので、ワークに対して変位検出装置が変位してもよいことはもちろんである。
拡大レンズは1枚のレンズである場合を例にして説明したが、複数枚のレンズが組み合わされたレンズ系であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、ワークの変位を検出する変位検出装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の変位検出装置に係る第１実施形態の構成を示す図。
【図２】変形例１の構成を示す図。
【図３】変形例２の構成を示す図。
【図４】変形例３の構成を示す図。
【図５】変形例４の構成を示す図。
【図６】本発明の変位検出装置に係る第２実施形態の構成を示す図。
【図７】変形例５の構成を示す図。
【図８】変形例６の構成を示す図。
【図９】変形例７の構成を示す図。
【図１０】変形例８の構成を示す図。
【図１１】変形例９の構成を示す図。
【図１２】変形例１０の構成を示す図。
【図１３】変形例１１の構成を示す図。
【図１４】本発明の変位検出装置に係る第３実施形態の構成を示す図。
【図１５】変形例１２の構成を示す図。
【図１６】変形例１３の構成を示す図。
【図１７】変形例１４の構成を示す図。
【図１８】変形例１５の構成を示す図。
【図１９】変形例１６の構成を示す図。
【図２０】変形例１７の構成を示す図。
【図２１】変形例１８の構成を示す図。
【図２２】本発明の変位検出装置に係る第４実施形態の構成を示す図。
【図２３】変形例１９の構成を示す図。
【図２４】変形例２０の構成を示す図。
【図２５】本発明の変位検出装置に係る第５実施形態の構成を示す図。
【図２６】第５実施形態において、偏心アパーチャーの構成を示す図。
【図２７】変形例２１の構成を示す図。
【図２８】変形例２１において、偏心アパーチャーの構成を示す図。
【図２９】偏心アパーチャーの例を示す図。
【図３０】従来の変位検出装置の構成を示す図。
【図３１】スペックル像の一例を示す図。
【図３２】ワークが法線方向に移動した場合のレーザー照射位置を示す図。
【図３３】レーザー光の波長が変化した場合に、干渉光の光路が変化する様子を示す図。
【符号の説明】
【００９３】
１０…変位検出装置、１１…筐体部、１２…収納空間、１３…照明光学系、１４…レーザー光源、１５…コリメートレンズ、１６…ＣＣＤカメラ、１７…拡大レンズ、１８…アパーチャー、１９…画像処理部、１００…変位検出装置、１１０…筐体部、１１１…収納空間、１２０…照明光学系、１２１…レーザー光源、１２２…コリメートレンズ、１２３…反射ミラー、１２４…リレーレンズ、１２５…偏光板、１３０…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、１４０…拡大レンズ、１５０…アパーチャー、１６０…ビームスプリッタ、１６１…ビームスプリッタ、１６２…偏光ビームスプリッタ、１６３…偏光ビームスプリッタ、１７０…画像処理部、１８０…１／４波長板、１９０…反射ミラー、１９１…１／４波長板、２００…偏心アパーチャー、２１０…開口部（光透過部）。
【図１】
2006300763.tif 000003
【図２】
2006300763.tif 000004
【図３】
2006300763.tif 000005
【図４】
2006300763.tif 000006
【図５】
2006300763.tif 000007
【図６】
2006300763.tif 000008
【図７】
2006300763.tif 000009
【図８】
2006300763.tif 000010
【図９】
2006300763.tif 000011
【図１０】
2006300763.tif 000012
【図１１】
2006300763.tif 000013
【図１２】
2006300763.tif 000014
【図１３】
2006300763.tif 000015
【図１４】
2006300763.tif 000016
【図１５】
2006300763.tif 000017
【図１６】
2006300763.tif 000018
【図１７】
2006300763.tif 000019
【図１８】
2006300763.tif 000020
【図１９】
2006300763.tif 000021
【図２０】
2006300763.tif 000022
【図２１】
2006300763.tif 000023
【図２２】
2006300763.tif 000024
【図２３】
2006300763.tif 000025
【図２４】
2006300763.tif 000026
【図２５】
2006300763.tif 000027
【図２６】
2006300763.tif 000028
【図２７】
2006300763.tif 000029
【図２８】
2006300763.tif 000030
【図２９】
2006300763.tif 000031
【図３０】
2006300763.tif 000032
【図３１】
2006300763.tif 000033
【図３２】
2006300763.tif 000034
【図３３】
2006300763.tif 000035