(57)【要約】      （修正有）【課題】計測対象物の位置の検出精度が高められた共焦点計測装置を提供する。【解決手段】共焦点計測装置１は、白色光を出力する光源１０と、光カプラ２０と、色収差を生じさせた光を計測対象物２００に照射するセンサヘッド１００と、計測対象物２００で反射された反射光を取得し、反射光のスペクトルを計測する分光器３０と、を備え、光カプラ２０は、第１光ファイバ１１から第２光ファイバ１２へ光を伝送する場合の第１伝送波形と、第２光ファイバ１２から第３光ファイバ１３へ光を伝送する場合の第２伝送波形とを近付ける、フィルタ型カプラ又は空間光学系型カプラである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を第１光ファイバに出力する光源と、
前記第１光ファイバ、第２光ファイバ及び第３光ファイバが接続されている光カプラと、
前記第２光ファイバに接続され、入射した前記白色光に対して、光軸方向に沿って色収差を生じさせる回折レンズを収容し、色収差を生じさせた光を計測対象物に照射するセンサヘッドと、
前記第３光ファイバに接続され、前記計測対象物で反射されて前記センサヘッドにより集光された反射光を、前記第２光ファイバ、前記光カプラ及び前記第３光ファイバを介して取得し、前記反射光のスペクトルを計測する分光器と、を備え、
前記光カプラは、前記第１光ファイバから前記第２光ファイバへ光を伝送する場合の波長と光量の関係を表す第１伝送波形と、前記第２光ファイバから前記第３光ファイバへ光を伝送する場合の波長と光量の関係を表す第２伝送波形とを近付ける、フィルタ型カプラ又は空間光学系型カプラである、
共焦点計測装置。
【請求項２】
前記第２光ファイバ及び前記第３光ファイバは、前記白色光及び前記反射光をコアに伝送させる場合のモード数が５から２５０である、
請求項１に記載の共焦点計測装置。
【請求項３】
前記第２光ファイバ及び前記第３光ファイバのコア径は、５μｍから２５μｍである、
請求項１又は２に記載の共焦点計測装置。
【請求項４】
前記フィルタ型カプラ又は空間光学系型カプラは、少なくとも一枚のハーフミラーを含む、
請求項１から３のいずれか一項に記載の共焦点計測装置。
【請求項５】
前記光カプラは、前記フィルタ型カプラであり、
前記フィルタ型カプラは、
波長に関するハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及びバンドパスフィルタの少なくともいずれかが第１面に形成され、第２面にハーフミラーが形成されたフィルタと、
前記フィルタの前記第１面側に設けられ、前記第３光ファイバが接続される第１ポートと、
前記フィルタの前記第１面側に設けられ、前記第２光ファイバが接続される第２ポートと、
前記フィルタの前記第２面側に設けられ、前記第１光ファイバが接続される第３ポートと、を有する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の共焦点計測装置。
【請求項６】
前記フィルタの前記第１面には、透過する光の波長の変化に対して、光量の変化が小さくなるよう、波長に依存した透過率を有するフィルタが形成されている、
請求項５に記載の共焦点計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触で計測対象物の変位を計測する装置として、共焦点光学系を利用した共焦点計測装置が用いられている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に記載の共焦点計測装置は、光源と計測対象物の間に、回折レンズを用いた共焦点光学系を有する。この共焦点計測装置では、光源からの出射光は、共焦点光学系によって、その波長に応じた焦点距離で計測対象物に照射される。そして、反射光の波長のピークを検出することで、計測対象物の変位を計測することができる。
【０００４】
共焦点計測装置は、光源、センサヘッド及び分光器を光ファイバで接続する光カプラを備えることがある。例えば、下記特許文献２には、シングルモード光ファイバから入射した光を分波したり、合波したりする分岐部を備える距離測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５７８５６５１号明細書
【特許文献２】特開２０１６−０２４０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
共焦点計測装置は、白色光源から出射される光を光ファイバで導光して、回折レンズ等によって色収差を生じさせて計測対象物に照射することがある。そして、計測対象物で反射された光を光ファイバに集めて、光カプラを介して反射光を分光器に入力し、分光器によって波長のピークを検出することで計測対象物の位置を計測することができる。ここで、計測対象物で反射された光のうち、光ファイバで焦点が合う波長が分光器においてピークとして現れ、計測対象物の位置を高精度で検出できる。
【０００７】
計測対象物の位置をより高精度で検出しようとする場合、ピンホールに相当する光ファイバのコア径をより小さくして、分光器によって検出される波長のピークがより鋭くなるようにすることが考えられる。本発明の発明者らは、光ファイバのコア径を従来よりも小さくして共焦点計測装置を試作したところ、従来用いていた光カプラでは伝送特性が良好ではなく、分光器によって波長のピークを検出することが困難となり、計測対象物の位置を十分な精度で検出できないことを見出した。
【０００８】
そこで、本発明は、計測対象物の位置の検出精度が高められた共焦点計測装置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】
【０００９】
本開示の一態様に係る共焦点計測装置は、白色光を第１光ファイバに出力する光源と、第１光ファイバ、第２光ファイバ及び第３光ファイバが接続されている光カプラと、第２光ファイバに接続され、入射した白色光に対して、光軸方向に沿って色収差を生じさせる回折レンズを収容し、色収差を生じさせた光を計測対象物に照射するセンサヘッドと、第３光ファイバに接続され、計測対象物で反射されてセンサヘッドにより集光された反射光を、第２光ファイバ、光カプラ及び第３光ファイバを介して取得し、反射光のスペクトルを計測する分光器と、を備え、光カプラは、第１光ファイバから第２光ファイバへ光を伝送する場合の波長と光量の関係を表す第１伝送波形と、第２光ファイバから第３光ファイバへ光を伝送する場合の波長と光量の関係を表す第２伝送波形とを近付ける、フィルタ型カプラ又は空間光学系型カプラである。
【００１０】
この態様によれば、光カプラにより第１光ファイバから第２光ファイバへ光を伝送する場合の第１伝送波形と、第２光ファイバから第３光ファイバへ光を伝送する場合の第２伝送波形とが近付くことで、光カプラによって光のスペクトルを歪めてしまうことが少なくなり、計測対象物の位置の検出精度をより高めることができる。
【００１１】
前述した態様において、第２光ファイバ及び第３光ファイバは、白色光及び反射光をコアに伝送させる場合のモード数が５から２５０であってもよい。
【００１２】
この態様によれば、第２光ファイバ及び第３光ファイバに５〜２５０程度のモード数が存在するようなコア径の小さな光ファイバを使用することができ、センサヘッドで反射光を集光する場合のピンホールの直径や、分光器に反射光を入力する場合のピンホールの直径が小さくなり、計測対象物の位置の検出精度をより高めることができる。
【００１３】
前述した態様において、第２光ファイバ及び第３光ファイバのコア径は、５μｍから２５μｍであってもよい。
【００１４】
この態様によれば、センサヘッドで反射光を集光する場合のピンホールの直径や、分光器に反射光を入力する場合のピンホールの直径が２５μｍ以下となり、分光器によって反射光のスペクトルのピークをより明確に検出することができる。
【００１５】
前述した態様において、フィルタ型カプラ又は空間光学系型カプラは、少なくとも一枚のハーフミラーを含んでもよい。
【００１６】
この態様によれば、同じ光量の光を伝送する場合に、光カプラにより第１光ファイバから第２光ファイバへ光を伝送する場合の光量と、第２光ファイバから第３光ファイバへ光を伝送する場合の光量とが等しくなるようにすることができる。
【００１７】
前述した態様において、光カプラは、フィルタ型カプラであり、フィルタ型カプラは、波長に関するハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及びバンドパスフィルタの少なくともいずれかが第１面に形成され、第２面にハーフミラーが形成されたフィルタと、フィルタの第１面側に設けられ、第３光ファイバが接続される第１ポートと、フィルタの第１面側に設けられ、第２光ファイバが接続される第２ポートと、フィルタの第２面側に設けられ、第１光ファイバが接続される第３ポートと、を有してもよい。
【００１８】
前述した態様において、フィルタの第１面には、透過する光の波長の変化に対して、光量の変化が小さくなるよう、波長に依存した透過率を有するフィルタが形成されていてもよい。
【００１９】
この態様によれば、光カプラの透過率の波長依存性及びモード依存性が低減され、広い波長範囲にわたって反射光のスペクトルが正確に計測できるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、計測対象物の位置の検出精度が高められた共焦点計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る共焦点計測装置の概要図である。
【図２】従来例に係る溶融延伸型カプラの概要図である。
【図３】従来例に係る溶融延伸型カプラの伝送波形を示す図である。
【図４】本実施形態に係るフィルタ型カプラの概要図である。
【図５】本実施形態に係るフィルタ型カプラの伝送波形を示す図である。
【図６】本実施形態に係るフィルタ型カプラの第１変形例の伝送波形を示す図である。
【図７】本実施形態に係るフィルタ型カプラの第２変形例の伝送波形を示す図である。
【図８】本実施形態に係る空間光学系型カプラの概要図である。
【図９】本実施形態に係る空間光学系型カプラの伝送波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る共焦点計測装置１の概要図である。本実施形態に係る共焦点計測装置１は、計測対象物２００の位置を計測する装置であり、光源１０、第１光ファイバ１１、第２光ファイバ１２、第３光ファイバ１３、光カプラ２０、分光器３０、処理部４０及びセンサヘッド１００を備える。
【００２４】
光源１０は、白色光を第１光ファイバ１１に出力する。光源１０は、処理部４０の指令に基づいて、白色光の光量を調整してもよい。第１光ファイバ１１は、任意の光ファイバであってよく、例えばコア径が５０μｍの屈折率分布型ファイバであってよい。第１光ファイバ１１は、光カプラ２０に接続される手前でコア径がより細いファイバに連結されてよい。
【００２５】
光カプラ２０は、第１光ファイバ１１、第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３が接続され、第１光ファイバ１１から第２光ファイバ１２へ光を伝送する場合の波長と光量の関係を表す第１伝送波形と、第２光ファイバ１２から第３光ファイバ１３へ光を伝送する場合の波長と光量の関係を表す第２伝送波形とを近付ける、フィルタ型カプラ２２又は空間光学系型カプラ２３である。第１伝送波形及び第２伝送波形については、後に詳細に説明する。
【００２６】
センサヘッド１００は、第２光ファイバ１２に接続され、入射した白色光に対して、光軸方向に沿って色収差を生じさせる回折レンズ１２０を収容し、色収差を生じさせた光を計測対象物２００に照射する。センサヘッド１００は、第２光ファイバ１２の端面から出射された白色光を平行光に変換するコリメータレンズ１１０と、光軸方向に沿って色収差を生じさせる回折レンズ１２０と、色収差を生じさせた光を計測対象物２００に集める対物レンズ１３０とを収容する。本例では、焦点距離が比較的長い第１波長の光２１０と、焦点距離が比較的短い第２波長の光２２０を図示している。本例の場合、第１波長の光２１０は、計測対象物２００の表面で焦点を結ぶが、第２波長の光２２０は、計測対象物２００の手前で焦点を結ぶ。
【００２７】
計測対象物２００の表面で反射した光は、対物レンズ１３０によって集められ、回折レンズ１２０を通って、コリメータレンズ１１０で集光されて、第２光ファイバ１２のコアに返送される。反射光のうち第１波長の光２１０は、第２光ファイバ１２の端面で焦点が合うため、そのほとんどが第２光ファイバ１２に入射するが、その他の波長の光は、第２光ファイバ１２の端面で焦点が合わず、そのほとんどが第２光ファイバ１２に入射しない。第２光ファイバ１２に入射した反射光は、光カプラ２０を経由して第３光ファイバ１３に伝送され、分光器３０に入力される。なお、第２光ファイバ１２に入射した反射光は、光カプラ２０を経由して第１光ファイバ１１にも伝送されるが、光源１０にて終端される。
【００２８】
分光器３０は、第３光ファイバ１３に接続され、計測対象物２００で反射されてセンサヘッド１００により集光された反射光を、第２光ファイバ１２、光カプラ２０及び第３光ファイバ１３を介して取得し、反射光のスペクトルを計測する。分光器３０は、第３光ファイバ１３から出射された反射光を集める第１レンズ３１と、反射光を分光する回折格子３２と、分光された反射光を集める第２レンズ３３と、分光された反射光を受光する受光素子３４と、受光素子３４による受光信号を読み出す読出回路３５と、を含む。読出回路３５は、受光素子３４による受光信号に基づいて、受光した光の波長及び光量を読み出す読み出された光の波長及び光量は、処理部４０によって計測対象物２００の位置に読み替えられる。本例の場合、第１波長の光２１０がピークとして現れ、その波長に対応する位置が精度良く計測される。
【００２９】
共焦点計測装置１は、センサヘッド１００が静止状態にあれば数十ｎｍ（ナノメートル）の分解能で計測対象物２００の位置を計測することができる。計測精度をさらに向上させるためには、第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３のコア径をより小さくして、第２光ファイバ１２に入射する反射光の波長を制限し、分光器３０によってより鋭いピークが検出されるようにする必要がある。
【００３０】
本実施形態に係る共焦点計測装置１の第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３は、光源１０から出力される白色光及び計測対象物２００で反射された反射光をコアに伝送させる場合のモード数が５から２５０であってよい。より具体的には、第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３は、伝送される光の波長が４５０ｎｍ〜７００ｎｍを含む可視光帯の場合に５〜２５０程度のモード数が存在するファイバであってよい。
【００３１】
屈折率階段型ファイバの場合、伝送される光のモード数Ｍは、Ｍ＝（４／π2）Ｖ2によって求められる。ここで、Ｖは、Ｖ＝２π（ａ／λ0）ＮＡで定められるＶパラメータであり、ａはコアの半径、λ0は伝送される光の波長、ＮＡはファイバ開口数である。仮に、ＮＡ＝０．１４、λ0＝５７５ｎｍとすると、コア径（直径）が５μｍの場合、モード数は約６となる。また、同様の条件で、コア径が２５μｍの場合、モード数は約１４８となる。本実施形態に係る共焦点計測装置１の第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３のコア径は、５μｍから２５μｍであってよい。この場合、モード数は、おおよそ５〜２５０となる。
【００３２】
従来用いていた溶融延伸型光カプラでは、モード数が２５０以下となるような小さなコア径の光ファイバを接続すると、透過率の波長依存性及びモード依存性が顕著に現れ、後に図２に示すように、伝送特性が良好でなくなることを発明者らは見出した。また、光ファイバのコア径を小さくすることで、センサヘッド１００で反射光を集光するピンホールの直径を小さくしたり、分光器３０に反射光を入力する場合のピンホールの直径を小さくしたりして、反射光のスペクトルの分解能を向上させることができるが、コア径を５μｍ以下とすると、光源１０から出力され、光ファイバにより伝送される白色光の光量が低下し、計測周期を長くしなければならないことがある。これらの事情を勘案して、第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３のコア径は、５μｍから２５μｍ、すなわちモード数がおおよそ５から２５０となるようなコア径が適していることを発明者らは見出した。
【００３３】
第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３のコアに存在するモード数が５から２５０であり、コア径が小さいことで、センサヘッド１００で反射光を集光する場合のピンホールの直径や、分光器３０に反射光を入力する場合のピンホールの直径が小さくなり、計測対象物２００の位置の検出精度をより高めることができる。
【００３４】
また、第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３のコア径が５μｍから２５μｍであることで、センサヘッド１００で反射光を集光する場合のピンホールの直径や、分光器３０に反射光を入力する場合のピンホールの直径が５μｍから２５μｍとなり、分光器３０によって反射光のスペクトルのピークをより明確に検出することができる。なお、第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３のコア径は、５μｍから２５μｍ以外であってもよく、第２光ファイバ１２と第３光ファイバ１３でコア径が異なっていてもよい。
【００３５】
図２は、従来例に係る溶融延伸型カプラ２１の概要図である。溶融延伸型カプラ２１は、第１ポート、第２ポート及び第３ポートを有し、例えば第１ポート及び第３ポートから入射した光が、長さＬの溶融延伸区間においてエバネッセント結合して、第２ポートに出射される。以下では、第２ポート及び第３ポートのファイバを、コア中に存在するモード数が５から２５０となるようなファイバとした場合について説明する。なお、一般には、溶融延伸型カプラ２１の第１ポート、第２ポート及び第３ポートのファイバは、コア径が５０μｍ等のファイバであったり、マルチモードファイバであったりしてよい。
【００３６】
図３は、従来例に係る溶融延伸型カプラ２１の伝送波形を示す図である。同図では、縦軸に光量を示し、横軸に波長をｎｍの単位で示している。同図に示すグラフのうち実線で示す第１伝送波形は、第１ポートから第２ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係を示している。また、破線で示す第２伝送波形は、第２ポートから第３ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係を示している。
【００３７】
本例の場合、実線で示す第１伝送波形と、破線で示す第２伝送波形は、ほとんどの波長範囲で著しく乖離しており、第１ポートから第２ポートに光を伝送する場合と、第２ポートから第３ポートに光を伝送する場合とで、伝送特性に大きな差があることが読み取れる。特に、４５０ｎｍ付近に生じている光量のピークが、実線で示す第１伝送波形の方が破線で示す第２伝送波形よりも２倍弱大きな値となっている。また、５００ｎｍから６５０ｎｍまでの波長範囲において、破線で示す第２伝送波形は単峰形状となっているのに対して、実線で示す第１伝送波形は多峰形状となっており、波形に大きな差がある。このように、溶融延伸型カプラ２１にモード数が５から２５０となるようなファイバを接続するのでは、伝送特性が良好でなく、分光器３０によって波長のピークを検出することが困難となり、計測対象物２００の位置を十分な精度で検出できなくなる。
【００３８】
図４は、本実施形態に係るフィルタ型カプラ２２の概要図である。フィルタ型カプラ２２は、波長に関するハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及びバンドパスフィルタの少なくともいずれかが第１面２２ｄに形成され、第２面２２ｅにハーフミラーが形成されたフィルタ２２ｃを有する。また、フィルタ型カプラ２２は、フィルタ２２ｃの第１面２２ｄ側に設けられ、第３光ファイバ１３が接続される第１ポートと、フィルタ２２ｃの第１面２２ｄ側に設けられ、第２光ファイバ１２が接続される第２ポートと、フィルタ２２ｃの第２面２２ｅ側に設けられ、第１光ファイバ１１が接続される第３ポートと、を有する。
【００３９】
フィルタ型カプラ２２は、第１ポート及び第２ポートが設けられた第１キャピラリ２２ａと、第１キャピラリ２２ａに隣接する第１レンズ２２ｂと、第１レンズ２２ｂとフィルタ２２ｃを挟んで対向する第２レンズ２２ｆと、第３ポートが設けられた第２キャピラリ２２ｇと、を含む。
【００４０】
図５は、本実施形態に係るフィルタ型カプラ２２の伝送波形を示す図である。同図では、縦軸に光量を示し、横軸に波長をｎｍの単位で示している。同図に示すグラフのうち実線で示す第１伝送波形は、第１ポートから第２ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係を示している。また、破線で示す第２伝送波形は、第２ポートから第３ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係を示している。本実施形態に係るフィルタ型カプラ２２の第２ポートには、光源１０から出力される白色光及び計測対象物２００で反射された反射光をコアに伝送させる場合のモード数が５から２５０である第２光ファイバ１２が接続され、第１ポートには、光源１０から出力される白色光及び計測対象物２００で反射された反射光をコアに伝送させる場合のモード数が５から２５０である第３光ファイバ１３が接続される。
【００４１】
第３ポートに接続する第１光ファイバ１１は、マルチモードファイバであってよい。具体的には、第１光ファイバ１１は、コア径が５０μｍ以上の光ファイバであってよい。そして、第１光ファイバ１１は、第３ポートとの接続部分でコア径がより小さく、モード数が５〜２５０となるような光ファイバに連結されてよい。第１光ファイバ１１が、コア径が比較的大きいマルチモードファイバであることで、コア径の小さな光ファイバ同士を接続した際に生じる損失によって光カプラに入射する光量が低下することを抑制したり、光源１０から第１光ファイバ１１へ光を集光する際の光軸調整を容易にしたりすることができる。
【００４２】
本例の場合、実線で示す第１伝送波形と、破線で示す第２伝送波形は、全ての波長範囲でほとんど一致しており、第１ポートから第２ポートに光を伝送する場合と、第２ポートから第３ポートに光を伝送する場合とで、伝送特性にほとんど差が無いことが読み取れる。４５０ｎｍ付近に生じている光量のピークは、実線で示す第１伝送波形の場合と、破線で示す第２伝送波形とでほとんど同じ値となっている。また、５００ｎｍから６５０ｎｍまでの波長範囲において、実線で示す第１伝送波形の場合と、破線で示す第２伝送波形との両方が単峰形状となっている。このように、光カプラ２０としてフィルタ型カプラ２２を用いることで、第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３が、モード数が５から２５０となるようなファイバであっても、伝送特性が良好となり、分光器３０によって鋭い波長のピークを検出することが可能となり、計測対象物２００の位置を高精度で検出できる。
【００４３】
図６は、本実施形態に係るフィルタ型カプラ２２の第１変形例の伝送波形を示す図である。同図では、縦軸に光量を示し、横軸に波長をｎｍの単位で示している。同図に示すグラフは、第１ポートから第２ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係を示している。なお、第２ポートから第３ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係も同様である。本変形例に係るフィルタ型カプラ２２のフィルタ２２ｃの第１面２２ｄには、透過する光の波長の変化に対して、光量の変化が小さくなるよう、波長に依存した透過率を有するフィルタが形成されている。本例では、波長がおおよそ５１５ｎｍから６１５ｎｍの範囲で光量がほぼ一定となるようなフィルタ２２ｃが第１面２２ｄに形成されている。このように、フィルタ２２ｃの第１面２２ｄに、透過する光の波長の変化に対して、光量の変化が小さくなるよう、波長に依存した透過率を有するフィルタを形成することで、光量がほぼ一定となる波長の範囲を広げることができる。これにより、光カプラ２０の透過率の波長依存性及びモード依存性が低減され、広い波長範囲にわたって反射光のスペクトルが正確に計測できるようになる。
【００４４】
図７は、本実施形態に係るフィルタ型カプラ２２の第２変形例の伝送波形を示す図である。同図では、縦軸に光量を示し、横軸に波長をｎｍの単位で示している。同図に示すグラフは、第１ポートから第２ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係を示している。なお、第２ポートから第３ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係も同様である。本変形例に係るフィルタ型カプラ２２のフィルタ２２ｃの第１面２２ｄには、波長に関するローパスフィルタが形成されている。本例では、波長がおおよそ５００ｎｍ以下の光をカットするローパスフィルタが第１面２２ｄに形成されている。このように、フィルタ２２ｃの第１面２２ｄにローパスフィルタを形成することで、透過する光の波長を制限することができ、光カプラ２０の透過率の波長依存性及びモード依存性が低減され、広い波長範囲にわたって反射光のスペクトルが正確に計測できるようになる。
【００４５】
図８は、本実施形態に係る空間光学系型カプラ２３の概要図である。空間光学系型カプラ２３は、第１光ファイバ１１が接続される第１ポートと、第２光ファイバ１２が接続される第２ポートと、第３光ファイバ１３が接続される第３ポートと、を有する。また、空間光学系型カプラ２３は、第２ポートから出射される光を集める第１レンズ２３ａと、第１レンズ２３ａにより集められた光のうち半分を直進させ、残りの半分を反射させるハーフミラー２３ｂと、ハーフミラー２３ｂを通過した光を第１ポートに集める第２レンズ２３ｃと、ハーフミラー２３ｂで反射した光を反射させるミラー２３ｄと、ミラー２３ｄで反射した光を第３ポートに集める第３レンズ２３ｅと、を含む。
【００４６】
図９は、本実施形態に係る空間光学系型カプラ２３の伝送波形を示す図である。同図では、縦軸に光量を示し、横軸に波長をｎｍの単位で示している。同図に示すグラフのうち実線で示す第１伝送波形は、第１ポートから第２ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係を示している。また、破線で示す第２伝送波形は、第２ポートから第３ポートに光を伝送する場合の波長と光量の関係を示している。本実施形態に係る空間光学系型カプラ２３の第２ポートには、光源１０から出力される白色光及び計測対象物２００で反射された反射光をコアに伝送させる場合のモード数が５から２５０である第２光ファイバ１２が接続され、第３ポートには、光源１０から出力される白色光及び計測対象物２００で反射された反射光をコアに伝送させる場合のモード数が５から２５０である第３光ファイバ１３が接続される。なお、第１ポートに接続する第１光ファイバ１１の種類は任意であるが、第１光ファイバ１１は、例えばコア径が５０μｍのファイバであったり、マルチモードファイバであったりしてよい。もっとも、第１光ファイバ１１は、第１ポートとの接続部分でコア径がより小さいファイバに連結されてよい。その場合には、コア径の小さな光ファイバ同士を接続した際に生じる損失によって光カプラに入射する光量が低下することを抑制したり、光源１０から第１光ファイバ１１へ光を集光する際の光軸調整を容易にしたりすることができる。
【００４７】
本例の場合、実線で示す第１伝送波形と、破線で示す第２伝送波形は、全ての波長範囲でほとんど一致しており、第１ポートから第２ポートに光を伝送する場合と、第２ポートから第３ポートに光を伝送する場合とで、伝送特性にほとんど差が無いことが読み取れる。４５０ｎｍ付近に生じている光量のピークは、実線で示す第１伝送波形の場合と、破線で示す第２伝送波形とでほとんど同じ値となっている。また、５００ｎｍから６５０ｎｍまでの波長範囲において、実線で示す第１伝送波形の場合と、破線で示す第２伝送波形との両方が単峰形状となっている。このように、光カプラ２０として空間光学系型カプラ２３を用いることで、第２光ファイバ１２及び第３光ファイバ１３が、モード数が５から２５０となるようなファイバであっても、伝送特性が良好となり、分光器３０によって鋭い波長のピークを検出することが可能となり、計測対象物２００の位置を高精度で検出できる。
【００４８】
フィルタ型カプラ２２又は空間光学系型カプラ２３は、少なくとも一枚のハーフミラーを含む。これにより、同じ光量の光を伝送する場合に、光カプラ２０により第１光ファイバ１１から第２光ファイバ１２へ光を伝送する場合の光量と、第２光ファイバ１２から第３光ファイバ１３へ光を伝送する場合の光量とが等しくなるようにすることができる。
【００４９】
本実施形態に係る共焦点計測装置１によれば、光カプラ２０により第１光ファイバ１１から第２光ファイバ１２へ光を伝送する場合の第１伝送波形と、第２光ファイバ１２から第３光ファイバ１３へ光を伝送する場合の第２伝送波形とが近付くことで、光カプラ２０によって光のスペクトルを歪めてしまうことが少なくなり、計測対象物２００の位置の検出精度をより高めることができる。ここで、第１伝送波形と第２伝送波形が近付くとは、任意の波長において、通過する光量が等しい値に近付くことである。
【００５０】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【００５１】
［附記］
白色光を第１光ファイバ（１１）に出力する光源（１０）と、
前記第１光ファイバ（１１）、第２光ファイバ（１２）及び第３光ファイバ（１３）が接続されている光カプラ（２０）と、
前記第２光ファイバ（１２）に接続され、入射した前記白色光に対して、光軸方向に沿って色収差を生じさせる回折レンズ（１２０）を収容し、色収差を生じさせた光を計測対象物（２００）に照射するセンサヘッド（１００）と、
前記第３光ファイバ（１３）に接続され、前記計測対象物（２００）で反射されて前記センサヘッド（１００）により集光された反射光を、前記第２光ファイバ（１２）、前記光カプラ（２０）及び前記第３光ファイバ（１３）を介して取得し、前記反射光のスペクトルを計測する分光器（３０）と、を備え、
前記光カプラ（２０）は、前記第１光ファイバ（１１）から前記第２光ファイバ（１２）へ光を伝送する場合の波長と光量の関係を表す第１伝送波形と、前記第２光ファイバ（１２）から前記第３光ファイバ（１３）へ光を伝送する場合の波長と光量の関係を表す第２伝送波形とを近付ける、フィルタ型カプラ（２２）又は空間光学系型カプラ（２３）である、
共焦点計測装置（１）。
【符号の説明】
【００５２】
１…共焦点計測装置、１０…光源、１１…第１光ファイバ、１２…第２光ファイバ、１３…第３光ファイバ、２０…光カプラ、２１…溶融延伸型カプラ、２２…フィルタ型カプラ、２２ａ…第１キャピラリ、２２ｂ…第１レンズ、２２ｃ…フィルタ、２２ｄ…第１面、２２ｅ…第２面、２２ｆ…第２レンズ、２２ｇ…第２キャピラリ、２３…空間光学系型カプラ、２３ａ…第１レンズ、２３ｂ…ハーフミラー、２３ｃ…第２レンズ、２３ｄ…ミラー、２３ｅ…第３レンズ、３０…分光器、３１…第１レンズ、３２…回折格子、３３…第２レンズ、３４…受光素子、３５…読出回路、４０…処理部、１００…センサヘッド、１１０…コリメータレンズ、１２０…回折レンズ、１３０…対物レンズ、２００…計測対象物、２１０…第１波長の光、２２０…第２波長の光
【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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