(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面に対し被測定面上のＸ方向に相対移動可能に移動部材を設け、Ｘ方向に離間した異なる２点で光ビームを被測定面に反射させ、その２つの反射光の傾斜角の差を積分して被測定面の表面形状を求める表面形状測定方法において、
クロック信号発生手段と、
該光ビームの波面を整形する、光ファイバーと光ファイバー入射および出射手段と、
該光ビームの偏光方向を該クロック信号に従って切り替える偏光方向切り替え手段と、
該光ビームの偏光方向によって該光ビームの位置を該X方向にシフトさせる複屈折光学素子と、
該被測定面で反射した該光ビームの位置を検出する光位置検出手段と、
該光位置検出手段の信号を該クロック信号に従って２つに分離出力する分離回路とを有し、
該分離回路により分離された２つの信号の差を移動距離で積分することによって該被測定物の表面形状を求めることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
前記移動部材にθ回転軸を設け、前記クロック信号に従って分離された２つの信号の片方が一定になるように該θ回転軸の回転角度を変化させるフィードバック回路を有することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
前記移動部材にＺ軸移動機構と該被測定面と該移動部材との間の距離を測定する距離センサーとを設け、該距離が一定になるようにＺ軸を制御するフィードバック回路を有することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記ファイバ出射手段から出射する拡散光を集光するレンズを有し、該集光レンズについて、該光ファイバ出射手段と前記光位置検出手段とが共役の位置にあることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学素子、例えばレンズやミラー面などの形状を精密に、非接触で測定する形状測定装置を実現する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、特許公開平７―４９２１７に開示されている、従来の発明を示す。
【０００３】
半導体レーザ２１１から送出されるレーザー光をビームススプリッタ２１３とミラー２１４により２つの平行するレーザ光Ｌ１，Ｌ２に分割し、このレーザー光Ｌ１，Ｌ２の光路上に配置したシャッタ板２２を１８０度ずつ正逆回転することにより、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の光路を交互に開閉する。シャッタ板２２を通過したレーザ光Ｌ１，Ｌ２は偏光ビームスプリッタ２１５および１／４波長板２１６を通過して被測定物１に照射する。被測定物１により反射されたビームＢ１，Ｂ２は偏光ビームススプリッタ２１５、ステアリングミラー２１７および集光レンズ２１８を通して得られる２つのレーザービームの位置信号の差をもとにして、被測定物１の表面形状をＣＰＵ２１で演算する、といったものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例では次の欠点があった。
【０００５】
（１）光源のもつ波面誤差の影響が測定精度を悪化させる。
【０００６】
光源から出射した光ビームは被測定物で反射し、光位置検出手段に到達する。光位置検出手段はある面積を持った光ビームの平均的な位置を測定するので、光ビーム内の光強度がそもそも安定していないと、それが測定誤差になる。ここで必要な光ビームは一定の方向にまっすぐ進み、もちろん光ビームが拡散したり、途中の光学部品で一部が陰になったりしてはならない。
【０００７】
こう考えると、光源はどこをとっても強度分布、ビームプロファイルが一定な平面波や球面波でなければならないことがわかる。現実的にはレーザーが最も適しているが、この光源も数学的に理想的な波面というわけではなく、必ず波面誤差を持っている。
【０００８】
特に、小型の半導体レーザーは、使いやすい便利な光源であるが、ガスレーザーに比べて波面誤差大きいため、測定誤差も大きいことが予想できる。
【０００９】
このように従来例では、必ず存在する光源の波面誤差が、測定精度を悪化させるという問題があった。
【００１０】
（２）光源の熱が測定精度を悪化させる。
【００１１】
光源の効率は１００％ではないので、必ず発熱する。特にレンズなど反射率の低い被測定物を測定する場合はより強い光ビームが必要となるので、この発熱量は大きい。従来例ではこの発熱体がこの測定法にとって重要な要素たとえばビームスプリッタ２１３の近くに配置せざるを得ない。光ビームの全長は、短ければ短いほど、光ビーム強度が変化しないので有利だからである。
【００１２】
発熱体からの熱は周囲の温度を上昇させ、熱変形を発生させる。ビームスプリッタ２１３が変形した場合、２つに分けたビームの相対位置が変化することになるので、直接測定誤差となり、深刻である。
【００１３】
つまり従来例では、必ず光源の発熱が測定精度を悪化させてしまう。
【００１４】
（３）光ビームの切り替え速度の限界が測定精度を悪化させ、測定速度を遅くする。
【００１５】
光ビームの切り替え時間の中で、被測定物または、光学系が動いてしまうと、光ビームの相対的な傾斜角度誤差を測定したことにならず、測定誤差となる。
【００１６】
特に被測定物の表面上を連続的に走査しながら行う場合は、走査する速度に比べて切り替え時間が十分小さくなければならない。それができない場合には、走査する速度を下げなければならず、測定時間が長くなる。
【００１７】
たとえ間欠的に走査したとしても機械的な振動の影響が懸念される。
【００１８】
従来例では２つに分割した光ビームを機械的なシャッタ板を正逆転して切り替えているが、この方法だとシャッタ板の切り替え速度を上げることが難しい。さらにシャッタ板の機械的な動作は新たな振動発生源であるので、測定誤差となる。
【００１９】
さらに、機械的なシャッタは駆動源の発熱の影響も予想される。
【００２０】
また機械的なシャッタは耐久の問題もある。特にシャッタ速度を上げようとする場合、問題が大きくなることが予想できる。
【００２１】
つまり、従来例では、光ビーム切り替え速度に限界があり、測定精度を悪化させ、測定時間が長くなる。
【００２２】
（４）２つの光ビーム光路が大きく異なるので環境の影響を大きくうけて測定誤差が大きい。
【００２３】
光ビームが空気中を進むとき、光路の屈折率分布で強度分布が変化したり、進む方向が変化したりと、ゆらいでしまう。このような屈折率分布は例えば温度分布にむらがあると生じるが、実際に温度分布は存在するため、必ずこのゆらぎも存在する。しかも温度分布は場所により異なるし、時間とともに変化する。
【００２４】
従来例では光ビームを２つに分割し、そのあとでシャッタでそれを切り替える。つまり、分割した後、光ビームが光位置検出手段に到達するまで別々の光路となる。場所が異なるところを進む２本の光ビームは異なる空気ゆらぎの影響をうけ、２本の相対位置も変化し、測定誤差となる。
【００２５】
つまり従来例では測定環境の影響を受けて測定誤差が大きい。
【００２６】
（５）集光レンズ焦点距離を長くする必要があり、装置サイズが小さくできず、測定誤差が大きい。
【００２７】
光点位置検出手段の直前にある集光レンズによって、光ビームは光点位置検出手段上で焦点を結ぶ。この焦点位置ｄと集光レンズの焦点距離ｆ、光ビームの傾斜角度αはｄ＝αｆの関係があるので、光ビーム傾斜角度の検出感度を高くするためには焦点距離ｆを長くする必要があり、装置サイズが小さくできない。また光路も長くなるので空気揺らぎなどの外乱を受けやすく、測定誤差が大きい。
【００２８】
本発明における、第１の目的は、光源の波面を整形し、測定誤差を低減することである。
【００２９】
第２の目的は、光源の熱の影響を遮断し、測定誤差を低減することである。
【００３０】
第３の目的は、高速な光ビームの切り替えを可能とする。そして、その結果、測定誤差を低減、さらに測定時間を短縮することである。
【００３１】
第４の目的は、光ビームの光路を共通化し、環境の影響を受けにくくすることによって測定誤差を低減することである。
【００３２】
第５の目的は光ビームの光路を短くし、装置サイズを小さくすると共に、測定誤差を低減することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものである。
【００３４】
（１）本発明の請求項１では、
被測定面上の１方向、例えばＸ方向に相対移動可能に部材を設け、その方向に離間した異なる２点で光ビームを被測定面に反射させ、その２つの反射光の傾斜角の差を積分して形状を求める表面形状測定方法において、
クロック信号発生手段を有し、
光ビームの波面を整形する、光ファイバー入射および出射手段を有し、
光ビームの偏光方向をクロック信号に従って切り替える、偏光方向切り替え手段を有し、
光ビームの偏光方向によって光ビームの位置をさきほどの相対移動方向と同じ方向にシフトさせる、複屈折光学素子を有し、
被測定面で反射した光ビームの位置を検出する、光位置検出手段をただ１つ有し、
光位置検出手段の信号をクロック信号に従って２つに分離出力する、分離回路を有し、
その２つの信号の差を移動距離で積分することによって被測定物の形状を求めることを特徴とする表面形状測定装置である。
【００３５】
光ファイバから出射する光はファイバー中心部のコアから出射する。コアの面積は一般的な光源よりもかなり小さく、点光源と見なすことができるため光ファイバから出射した光の波面は整形されたノイズの少ない球面波となる。特にコア直径が数ミクロンと小さいシングルモードと言われる光ファイバを用いればその効果は顕著である。従って従来問題となっていた光ビームの波面誤差の問題を回避でき、その結果測定精度を向上させることができる。
【００３６】
光ファイバは自由に屈曲するので、光源を測定領域から遠くはなすことが簡単にできる。従って従来問題となっていた光源の発熱の影響を軽減することができ、測定精度を向上させることができる。
【００３７】
光ビームの切り替えは従来のように偏光方向の異なる２つのビームをＯＮ−ＯＦＦするのではなく、１つの光ビームの偏光方向を変換する偏光方向変換素子を用いて行う。偏光方向変換素子は、例えば偏光板と液晶パネルを用いたものである。液晶は加える電圧に従って液晶分子の配向が変化し、入射する直線偏光の方向を０度、９０度と変化させる作用がある。そこで、まず偏光板を用いて直線偏光とし、液晶パネルに通すことにより、偏光方向変換が可能となる。
【００３８】
また別の例はポッケルスセルとよばれる電気化学効果を利用した偏光方向変換素子である。液晶パネルと同様に、外部電圧によって偏光方向変換ができる。
【００３９】
この工夫により、従来問題となっていたＯＮ−ＯＦＦ速度を格段に高速に行うことができ、その結果測定精度を向上し、さらに測定時間を短縮させることが可能となる。
【００４０】
さらに、従来例のように光源の光ビームを２つに分離するのではなく、１つの偏光方向変換素子を用いることにより、２つの偏光光はまったく同一の光路をとるので、従来問題となっていた分離した２つの光ビーム光路の違いによる影響、得に空気ゆらぎの問題をを回避することができ、測定精度が向上する。
【００４１】
（２）本発明の請求項２では請求項１に加え、
移動部材にθ軸を設け、クロック信号に従って分離した光位置検出信号の片方が一定になるようにθ軸の回転角度を変化させるフィードバック回路を有することを特徴とする表面形状測定装置である。
【００４２】
被測定物の傾斜角度が大きく変化する場合でも、θテーブルがこれに追従するので、測定可能である。
【００４３】
（３）本発明の請求項３では請求項１に加え、
移動部材にＺ軸を設け、被測定面と移動部材との間の距離を測定する距離センサーを設け、その距離が一定になるようにＺ軸を制御するフィードバック回路を有することを特徴とする表面形状測定装置である。
【００４４】
被測定物の凹凸が大きく変化する場合でも、Ｚ軸がこれに追従するので、測定可能である。
【００４５】
（４）本発明の請求項４では請求項１に加え、
ファイバ出射手段から出射する拡散光を集光するレンズを有し、
その集光レンズについて、光ファイバ出射手段と光位置検出手段とが共役の位置にあることを特徴とする表面形状測定装置であり、
従来光点位置検出手段上の直前に配置した焦点距離の長い集光レンズを廃止し、光ファイバ出射端直後に設けたレンズについて、光ファイバ出射端と光点位置検出手段とが共役の位置になるように配置させているため、光点位置検出手段上に焦点を結ぶようにしている。言い換えると光ファイバ出射端の像が光点位置検出手段上に投影される。この場合、被測定面の傾斜角度αと光点位置ｄは、被測定面から光点位置検出手段までの距離をｂとしてｄ＝αｂとなる。
【００４６】
従来例のように、集光レンズと光点位置検出手段までの距離を長くする必要がなくなるので、装置が小型化できるばかりでなく、光路長が短くなることから空気揺らぎなど、外乱の影響を軽減することができる。その結果測定精度が向上する。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００４８】
［第１の実施形態］
図１および図２、に第１の実施形態を示す。
【００４９】
１は被測定物で、ベース２に固定する。ベース２はこの装置を固定するベースであり、図示しない床に除振台などを介して固定される。このベース２に固定し、コラム３を設け、コラム３に固定してＸプレート４を設け、Ｘプレートに固定してＸガイド５を設ける。このガイドは例えば鋼球が転動するタイプのものである。Ｘガイド５に対して、Ｘ方向に移動可能にＸスライダ６を設け、Ｘスライダ６を駆動するＸボールねじ７を設け、ボールねじ７を駆動するＸ駆動モータ８を先ほどのＸプレート４に固定して設け、Ｘスライダ６にＺプレート９を固定して設け、Ｚプレート９に固定ししてＺガイド１０を設け、Ｚガイド１０に対して、Ｚ方向に移動可能にＺスライダ１１を設ける。このガイドは例えば鋼球が転動するタイプのものである。Ｚスライダ１１を駆動するＺボールねじ１２を設け、ボールねじ１２を駆動するＺ駆動モータ１３を先ほどのＺプレート９に固定して設ける。
【００５０】
Ｚスライダ１１には回転テーブル１４を設け、回転テーブル１４に固定して光学プレート１５を固定して設ける。
【００５１】
Ｚスライダ１１に固定し、図示しない電源に接続された半導体レーザー発信器ＬＤ、レンズＬ１、偏光板ＰＬ１、液晶パネルＬＣ、レンズＬ２、光ファイバF１の端部を固定して設け、半導体レーザーＬＤから出射したレーザー光をレンズＬ１で平行光とし、偏光板ＰＬ１に通し、液晶パネルＬＣを通し、レンズＬ２で集光して光ファイバＦ１端部から偏波面保存ファイバＦに入射させる。液晶パネルは液晶にかける電圧信号に従って通過する光の偏光方向を０度あるいは、９０度と回転させるものである。
【００５２】
制御装置２０を設け、その中にクロック発生器２１を設け、そのクロック信号を液晶パネルＬＣに接続する。すなわち、クロック発生回路２１の信号に従って偏光方向が０度、９０度と交互に切り替わり、その光が偏波面保存ファイバに入射する。
【００５３】
光学プレート１５に固定し、光ファイバ端部Ｆ２、レンズＬ３、ハーフミラーＨＭ１、方解石ＣＡＬ、ハーフミラーＨＭ２、光点位置検出手段（フォトディテクタ）ＰＤ、偏光板ＰＬ２、シリンドリカル（円筒面）レンズＬ４、４分割フォトダイオードＱＰＤを設け、偏波面保存ファイバＦ１の光を光ファイバ端部から出射させ、その光をレンズＬ３に通し、ハーフミラーＨＭ１を通し、そこで反射した光は使用せず、通過した光を方解石ＣＡＬに通すと、光の偏光の方向によって直進する光の成分、すなわち常光１６と、距離ｄだけ離れた位置にシフトした光の成分、すなわち異常光１７とにわかれ、それぞれ被測定物１の表面で反射し、再び方解石ＣＡＬに入射し、もときた光路をもどる。
【００５４】
この時、ＣＡＬに入射する光はクロック発生器２１の発生するクロックに同期して偏光方向が０度、９０度と交互に反転しているので、常光１６と異常光１７が交互に点滅することになる。
【００５５】
ＣＡＬを出た光は再びハーフミラーＨＭ１に入射、そこを通過した光は使用せず、反射した光をハーフミラーＨＭ２に通し、ＨＭ２を通過した光の位置を位置検出手段ＰＤで検出する。このときレンズＬ３と光ファイバ出射端部Ｆ２との距離をあらかじめ調節し、位置検出手段ＰＤでちょうど焦点を結ぶようにしておく。一方、ハーフミラーＨＭ２で反射した光はＰＬ２偏光板を通過する。この偏光板はＣＡＬを通過する常光１６のみを通過する向きにセットしておく。ＰＬ２偏光板を通過した光はシリンドリカルレンズＬ４を通し、４分割フォトダイオードＱＰＤに導く、この部分はいわゆる、非点収差を利用したフォーカス位置検出の方法として知られているものである。シリンドリカルレンズＬ４により、焦点近傍での光の形状が、焦点の位置に従って、縦長円から、横長円に変化するが、その形状の変化を４分割フォトダイオードで検出する焦点位置検出方法である。
【００５６】
さきほどの点位置検出手段ＰＤ上にちょうど焦点を結んだとき、この焦点位置検出信号がベスト焦点となるように、あらかじめ４分割フォトダイオードＱＰＤやシリンドリカルレンズＬ４の位置を調節しておく。
【００５７】
常光１６はクロック２１に同期して明滅しているので、ＱＰＤの焦点位置検出信号も明滅することになる。そこで、次にこれを連続的な信号に変換する。
【００５８】
制御装置２０内にサンプルアンドホールド回路２２を設ける。この回路はクロック２１に同期して入力電圧をサンプリングし、保持する物である。この回路により明滅するＱＰＤの焦点位置検出信号は連続的な信号に変換される。
【００５９】
この信号は常光１６だけを用い、焦点位置を測定したものである。また、この焦点位置は共役関係にある光ファイバー出射端F２からＱＰＤまでの光路長さに対応した信号とも言える。
【００６０】
被測定物を測定する時、この信号が一定になるように制御装置２０内に設けられたＺ軸制御回路２５を用いてＺスライド１１の位置を制御する。これによって被測定物の凹凸に追従することができる。
【００６１】
一方、ハーフミラーＨＭ２を通過した光は位置検出センサＰＤに入射する。クロック２１に従って被測定物表面上の距離ｄだけ離れた２カ所の位置で反射した光が交互に明滅している。この位置検出センサＰＤの出力信号を、制御装置２０内に設けたスイッチ回路を用い、クロック２１に同期して切り替えることにより２つの信号を分離する。その信号は交互に明滅しているので、クロック２１に同期させたサンプルアンドホールド回路２３、２４で連続した信号に変換する。この時、常光１６に対応する信号を２３側とする。常光１６の位置信号はθ軸を回転させると反射角度が変わるので、調節することができる。そこで、θ軸制御回路２７を用い、常光１６の位置信号が常に一定になるようにθ軸回転テーブル１４、およびそれに接続された光学プレート１５を回転させる。
【００６２】
常光１６、異常光１７に対応した位置信号は引き算回路２８に導かれ差信号ｄを計算する。
【００６３】
また、制御装置２０内に測定軌道発生装置２９を設け、Ｘ軸制御回路３０を用い、その軌道に従ってＸ軸を移動させる。
【００６４】
このＸ軸の移動距離ｘとさきほどの引き算回路の出力ｄを記憶装置３１に蓄積し、測定が終了した段階で後述する方法により、被測定物の形状を計算する。
【００６５】
以上の構成において、測定は制御装置２０を用い、図２に示したフローチャートに従って行う。
【００６６】
１００）Ｚ軸を上端まで引き上げた状態で被測定物を装置に取り付ける。被測定物は設計形状が分かっているものとする。
【００６７】
１０１）Ｘ軸を測定開始位置まで移動する。
【００６８】
１０２）θ軸を測定開始位置での被測定物の傾斜角度に移動させる。この角度は被測定物の設計形状が分かっているので、それから計算できる。
【００６９】
１０３）Ｚ駆動モータに信号を送り、Ｚスライド１１を降下させる。この時、前述したようにＬＤから出射した光は被測定物上の２カ所で反射するが偏光板ＰＬ２がその一方である常光１６だけを常に選択している。ＱＰＤ上の光スポットの形は被測定物との距離に応じて変化し、ＱＰＤ出力信号として検出できる。このＱＰＤの出力信号がベスト焦点位置を検出したときに降下を停止させ、以後、ＱＰＤの出力信号が常にベスト焦点位置になるようにＺスライド１１をＺ軸制御装置２５を用いて上下させる制御を開始する。すなわち、被測定物表面の凹凸に対してＺスライドを追従させる。また、この追従精度はたとえ良くなくても、測定精度には影響しない。
【００７０】
１０４）光点位置検出手段ＰＤのうち、常光１６に対応した信号が一定になるようにθ軸制御装置を用いてθ軸の回転角度を調整する制御を開始する。
【００７１】
１０５）測定軌跡発生装置２９で発生させた軌跡に沿って、Ｘ軸制御装置３０を用いてＸ軸を移動させ、１ライン測定する。このとき、Ｘ軸の移動量ｘと常光１６、異常光１７の光点位置の差信号ｄを記憶装置３１を用いて記録しておく。
【００７２】
１０６）θ軸の回転角度の制御を停止する。
【００７３】
１０７）ＱＰＤの信号に従って制御してきたＺ軸の制御を停止する。
【００７４】
１０８）Ｚ軸を上方向に退避させる
１０９）測定したＸ軸の位置ｘと差信号ｄからデータ被測定物の形状を計算する。次にこの方法を示す。
【００７５】
常光１６、異常光１７の距離をΔ、被測定物の形状をｚ(ｘ)とする。また、記憶装置３１に蓄積したＸ軸の位置ｘと差信号ｄはｘの関数としてｄ(ｘ)と書くことにすると、この測定結果は次のようにかける。
【００７６】
ｄ（ｘ）＝（δｚ（ｘ）／δｘ）−（δｚ（ｘ−Δ）／δｘ）
この式は被測定物の２点の傾斜の差が測定データであることを示している。この式を積分し、被測定物の形状ｚ(ｘ)を計算する。
【００７７】
以上説明してきたように、本実施形態によれば、次の効果があり、従来技術の課題を解決できる。
【００７８】
１）光ファイバを用いているので、光源の波面精度がたとえ悪くとも、光ファイバ出射端から出射する光の波面は成形されいるので良好な波面精度が得られる。従って従来例のような問題を回避することができる。
【００７９】
２）光ファイバを用い、光源を測定領域から遠くはなすことが可能である。従って熱源をはなすことができるので測定精度を向上できる。
【００８０】
また、本実施の形態では、ＱＰＤの出力が一定になるようにＺスライド１１を上下させる被測定面方式を説明したが、あらかじめ設計形状が分かっているので、その設計形状に従ってＸ，Ｚスライドを移動させるだけでもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では偏光方向を変えるのに液晶を用いているが、同じように偏光方向を変える機能をもつポッケルスセルを用いても同じことである。
【００８２】
また、常光と異常光を分けるのに方解石を用いて説明してきたが、同様な機能をもつ複屈折材料であれば、同じことである。
【００８３】
また、説明のためにＱＰＤで焦点位置を検出するのに常光１６のみを偏光板ＰＬ２で選択すると説明したが、異常光１７を選択したとしても、同じことである。
【００８４】
同様にθ軸を制御するのに用いるのは常光１６でなく、異常光１７であっても同じことである。
【００８５】
また、本実施の形態ではＺ軸を被測定物の凹凸に応じて上下制御する場合を説明したが、被測定物が平面の場合にはＺ軸の移動量はほとんどゼロなので制御する必要がない。あるいはＺ軸を省略することもできる。
【００８６】
また、同様に、本実施の形態ではθ軸を被測定物の傾斜角度に応じて制御する場合を説明したが、被測定物の傾斜が変化しない場合、つまり、平面の場合にはθ軸を制御する必要がない。あるいはθ軸を省略することができる。
【００８７】
［第２の実施形態］
図３に第２の実施形態を示す。
【００８８】
第１の実施の形態の場合に対し、偏光板Ｐ１と液晶パネルＬＣの位置を、光ファイバから出射したあとに配置したものである。次に変更した部分について説明する。
【００８９】
Ｚスライダ１１に固定し、図示しない電源に接続された半導体レーザー発信器ＬＤ、レンズＬ１、Ｌ２、光ファイバＦ１の端部を固定して設け、半導体レーザーＬＤから出射したレーザー光をレンズＬ１で平行光とし、レンズＬ２で集光して光ファイバ端部からシングルモード光ファイバＦ１に入射させる。
【００９０】
光ファイバのもう一端と、レンズＬ３、偏光板ＰＬ１、液晶パネルＬＣを光学プレート１５に固定して設け、光ファイバから出射した光をレンズＬ３で平行光とし、偏光板ＰＬ１に通し、液晶パネルＬＣを通す。液晶パネルは液晶にかける電圧信号に従って通過する光の偏光方向を０度あるいは、９０度と回転させるものである。あとの構造、および動作については第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。
【００９１】
第１の実施の形態では偏波面保存ファイバが必要だったが、このようにすると光ファイバＦに入射する光は偏光光ではないためその必要がない。例えば通常のシングルモード光ファイバで十分である。従って、より簡単な構造で被測定物表面形状を測定することができる。また、レーザーダイオードとシングルモード光ファイバが組になった汎用部品を使用することができるので、装置のコストダウンが可能である。
【００９２】
ただし、偏光板Ｐ１、および液晶パネルＬＣの製作誤差による波面誤差があるため、第１の実施形態に比べると測定精度が悪化する。
【００９３】
また、もちろんレンズＬ１、Ｌ２はひとつのレンズで構成することもでき、その場合でも同じことである。
【００９４】
［第３の実施形態］
図４に第３の実施形態を示す。
【００９５】
第２の実施の形態での欠点であった、光ビームの波面誤差を改善するため、やや構造が複雑になるが、偏波面保存ファイバＦ２を追加した。第２の実施の形態に対して異なる点について説明する。
【００９６】
光学プレートに固定して、光ファイバＦ１の出射端、レンズＬ３、偏光板ＰＬ１、液晶パネルＬＣ、レンズＬ４、第２の光ファイバＦ２、レンズＬ５、を光学プレート１５に固定して設け、光ファイバＦ１から出射した光をレンズＬ３で平行光とし、偏光板ＰＬ１に通し、液晶パネルＬＣを通す。液晶パネルは液晶にかける電圧信号に従って通過する光の偏光方向を０度あるいは、９０度と回転させるものである。その光をレンズ４を用いて第２の光ファイバＦ２に入射させる。あとの構造、および動作については第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。
【００９７】
第１の実施の形態では第１の光ファイバＦ１に偏波面保存ファイバが必要だったが、このようにすると光ファイバＦ１に入射する光は偏光光ではないためその必要がない。例えば通常のシングルモード光ファイバで十分である。また、レーザーダイオードとシングルモード光ファイバが組になった汎用部品を使用することができるので、装置のコストダウンが可能である。
【００９８】
第２の光ファイバは偏波面保存ファイバである必要があるが、この部分は光学プレート１５に固定されているので動かない。したがって、光ファイバの形状変化にともなう出力光の強度むらの心配がない。その結果第１の実施形態に対してより高精度な測定が期待できる。
【００９９】
また、第２の実施の形態に対し、波面整形用の第２の光ファイバを設けているため、光ビーム波面誤差を改善できている。
【０１００】
［第４の実施形態］
図５に第４の実施形態を示す。
【０１０１】
第３の実施の形態において、第２の光ファイバの代わりに、レンズ４、ピンホールＰ、レンズ５を設ける。ピンホールＰを通過した光は光ファイバの場合と同じように波面整形されているので同じ効果が期待できる。動作については第１の実施形態の場合と同じなので省略する。
【０１０２】
第３の実施の形態に対し、第２の光ファイバを使用しないので、より簡単に構成できる。
【０１０３】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。
【０１０４】
なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態は、プログラムである必要はない。
【０１０５】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０１０６】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【０１０７】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【０１０８】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明のクレームに含まれるものである。
【０１０９】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【０１１０】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【０１１１】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、請求項１に関し、光ファイバ出射端の面積が小さいことから、光ビームの波面誤差の問題を回避することができ、測定精度を向上させることができる。また、光ファイバを用いて光源をはなすことができるため、光源の発熱の影響を軽減することができ、測定精度を向上させることができる。また、偏光方向の切り替えを高速に行うことができるため、測定時間を短縮できる。さらに、従来例のように光源の光ビームを２つに分離するのではなく、１つの偏光方向変換素子を用いることにより、２つの偏光光はまったく同一の光路をとるので、分離した２つの光ビーム光路の違いによる影響をを回避することができ、測定精度が向上する。
【０１１３】
光源や位置検出手段を１つしか使用せず、２点に対応する信号の差が測定値になるので、光源や位置検出手段がもつ経時的なドリフト誤差などの影響を受けず、高精度な測定が可能となる。
【０１１４】
請求項２に関し、被測定物表面の傾斜角度に追従して光学系が動くため、より大きな傾斜角度変化に対応でき、応用できる被測定物形状の範囲を広げることができる。
【０１１５】
請求項３に関し、被測定物表面の凹凸に追従してＺ軸を移動させる機構があるため、より大きな凹凸に対応でき、応用できる被測定物形状の範囲を広げることができる。
【０１１６】
請求項４に関し、従来、光点位置検出手段の前に配置した焦点距離の長いレンズを廃止することができるため、装置本体の小型化が可能となる。また、光路長さをそのぶんだけ短くすることができるため、空気揺らぎなど外乱の影響を軽減でき、測定精度が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施形態を説明する図である。
【図２】本発明における第１の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明における第２の実施形態を説明する図である。
【図４】本発明における第３の実施形態を説明する図である。
【図５】本発明における第４の実施形態を説明する図である。
【図６】従来の例を説明する図である。
【符号の説明】
１  被測定物
２  ベース
３  コラム
４  Ｘプレート
５  Ｘガイド
６  Ｘスライダ
７  Ｘ駆動モータ
８  Ｘボールねじ
９  Ｚプレート
１０  Ｚガイド
１１  Ｚスライダ
１２  Ｚボールねじ
１３  Ｚ駆動モータ
１４  θ軸回転テーブル
１５  光学プレート
１６  常光
１７  異常光
２０  制御装置
２１  クロック発生器
２２  サンプルアンドホールド回路
２３  サンプルアンドホールド回路
２４  サンプルアンドホールド回路
２５  Ｚ軸制御回路
２６  スイッチ回路
２７  θ軸制御回路
２８  引き算回路
２９  測定軌道発生装置
３０  Ｘ軸制御装置
３１  記憶装置
ＬＤ  半導体レーザー発信器
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３，Ｌ４  レンズ
ＰＬ１、ＰＬ２  偏光板
ＬＣ  液晶パネルＬＣ
Ｆ１，Ｆ２  光ファイバ
ＰＤ  光点位置検出手段（フォトディテクタ）
Ｐ  ピンホール
ｄ  ２点に対応する光点位置検出信号の差
ｘ  Ｘ軸の移動距離信号
【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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