JP2013528794A - 光学モニタリングシステムを有する表面粗さ測定装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、概して、触針キャリアに対する中空触針先端部の変位を測定するための光学モニタリングシステムを含む表面粗さ測定装置に関する。本発明によれば、上記光学モニタリングシステムの発光手段は、ビームが、所定の特性分布により識別可能な少なくとも２つの光学特性を有するように構築される。上記光学モニタリングシステムは、触針キャリア内において戻り光路に設置された光学エンコード部材（１００）であって、この光学エンコード部材（１００）に対する戻りビームの照射位置（５０、５０’）の情報を、戻りビームの特性分布の変化に変換するように設計された光学エンコード部材をさらに含み、検出器手段は、上記少なくとも２つの識別可能な光学特性にセンシティブであり、戻りビームの変化した特性分布に応じて電気出力信号を発生させるように構築されている。

Description

本発明は、位置決定装置、特に座標測定機（ＣＭＭ）または走査装置に用いる専用の表面粗さ測定装置に関する。上記装置は、基部、および被測定表面との接触または非接触測定用コネクションを確立するためのプローブヘッドを含む。

プローブヘッドは、少なくとも１つの継手によって基部に可動であるように連結されており、触針長および触針先端部を有する中空触針を含む。表面粗さ測定装置はさらに、触針キャリアに対する触針先端部の変位を測定するための光学モニタリングシステムを含む。

上記光学モニタリングシステムは、発光手段、すなわち、触針内を触針先端部に向けて導かれるビームを発生させるための少なくとも１つの光源を含み、そのビームの少なくとも一部は、触針先端部で反射されて、戻りビームとして戻り光路に沿って伝搬する。

さらに、上記光学モニタリングシステムは、触針先端部の変位を示す電気出力信号を発生させることができる、戻りビームの検出器手段を備えている。

座標測定機（ＣＭＭ）は、物体の３次元形状を決定するために用いられる。ＣＭＭは、通常、物体を支持する台に対して３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に移動可能なアームを含む。これらの方向のうちいずれかの方向へのアームの動き、したがって、物体に対するアームの実際の位置を、適当な変換器により測定する。

表面の凸凹を測定するために、触覚センサーおよび光学センサーの使用に基づいた測定原理が知られている。

国際特許出願ＷＯ８９／０７７４５において、座標測定機に用いるためのプローブヘッドが開示されている。このプローブヘッドは、軸変位および角変位に対して支持された触針を含む。変換器が、触針端部と被測定物との係合によって触針の測定端部にかかる軸方向の力を測定する。触針上に設けられた歪みゲージシステムが、触針の測定端部にかかる横方向の力を測定する。上記軸方向および横方向の力を用いて、被測定物の表面の配向を決定する。走査工程の際に、これらの力に反応して触針を被測定物表面に対して垂直に維持する制御システムが記載されている。

測定変換器によってもたらされた信号、および表面粗さ測定装置の部材寸法についての知識から、触針先端部の中心の位置について予測が可能である。

しかしながら、被測定物表面との接触により、および加速の際の慣性力により、触針組立品に曲がりが起こりやすく、この曲がりにより、触針先端部の中心の実際の位置が不確実となる。

米国特許第５１１８９５６号において、走査プローブ先端部が開示されている。この走査プローブ先端部は、プローブに接続された触針が被測定物と接触すると、振動または歪むことによって状態を変化させる鏡、光ファイバーまたは複屈折素子などのセンサーを備えている。このセンサーは、触針の上（鏡の場合）または触針の中（光ファイバーの場合）に設けられる。被測定物との表面接触によるセンサーの状態変化は、路長、偏光状態、またはセンサーによって伝達される光波強度に変化をもたらす。例として、そのような変化を検出するための干渉計が開示されている。被調査物体に導かれるプローブビーム、および戻りビームは、光源から物体へと光ファイバー内を伝搬し、光ファイバー内を検出器へと戻ることができる。触針自体の変形や振動を検知するために光学センサーは用いられていない。さらに、光学センサーは、従来の電気変換器の代わりとして配置されている。

欠点として、この粗さ測定構成は、干渉縞の変化を非常に長時間にわたり記録すること、および／または大面積、高解像度の位置敏感検出器を用いることが必要である。さらに、干渉縞は通常、正確に再現されにくいため、干渉縞における変化を触針の変位および／または曲がりの程度まで校正することは困難である。

触覚センサー、すなわち、被測定物と接触する先端部に基づく走査測定は、概して原理的な問題を有している。触針が非常に固く／堅固に設計されている場合、測定先端部／センサーヘッドは、表面形状を正確に決定する目的において、物体と均一または均等に、連続的に確実に接触するために、物体表面の凸凹を非常に正確に追従しなければならない。測定ヘッドは、その質量のため慣性が比較的大きいので、正確な測定を行うためには、非常に平滑な、もしくは研磨さえ行った表面、および／または低い走査速度が必要となると考えられる。それに対し、触針が非常に柔軟／易変形性に設計されている場合、走査速度を増加させることは可能であろうが、測定ヘッド／センサーは、測定結果として、おおよその／近似の物体表面の描写しか与えないと考えられる。

米国特許第６６３３０５１号は、解決手段を提案しており、そこでは、トランペット様形状の比較的堅固な触針キャリアを、比較的薄厚、低質量、および柔軟な触針と接続することで、触針および触針キャリアによって形成されるシステムが、触針の高柔軟性、すなわち高走査速度の可能性も組み合わせて、高い固有振動数を確実に示す。レーザー光源からのプローブビームが、触針内で先端部に導かれ、そこでレトロリフレクタに照射される。触針先端部の偏向は、反射／戻りビームの変位につながり、触針キャリア内に収容された位置敏感検出器によって測定／記録される。よって、励起光源および検出器を含む光学モニタリングシステムは、触覚測定システムの機能を果たす。

米国特許第６６３３０５１号に開示されたシステム構成の欠点として、レーザーダイオード、検出器および駆動電子回路を含む光学モニタリングシステムが触針キャリア内に取り付けられ、よって、複数の熱源が、触針およびそのキャリアによって形成される密閉枠内に閉じ込められることとなる。

熱の発生により、熱平衡に達しない限り、測定システムが制御不能に変形してしまう。

そのような座標測定機の本質的な利点は、測定プローブが素早く、しばしば自動的に交換される、すなわち、被走査物体に最適に適合するために触針形状および長さが交換されることにより、操作の融通性が高いことである。触針が交換されると熱平衡条件が変化するため、触針および触針キャリアによって形成される枠内に熱源を含むことは避けなければならない。

触覚センサーを含むＣＭＭ、および光学センサーを備えたＣＭＭの両方において、強い加速力が光学センサーに働いて触針の曲がりが起きる場合、または走査触覚測定において触針が短時間で変形する場合、光学モニタリングシステムの設置が必要である。

これにより、２つの効果を考慮および補償しなければならない。第一に、長さ３００mmおよび直径５mmのカーボン製触針などの大きな長さを有する中空触針は、水平に配向されると重力により約８０μmの静的曲がりを受ける。さらに、この静的曲がりにより、約数マイクロメートルの内部穴の偏心および材料の不均等性のため、回転対称から僅かにずれが起きる。第二の効果として、走査測定において、加速力が追加されることにより触針の動的な曲がりが起こる。この曲がりは、静的曲がりと同等の量に達する場合があり、静的曲がりに追加される、または静的曲がりを打ち消す可能性がある。さらに、触針端部は、ＣＭＭの作動により振動クロストークに曝される可能性がある。

光学モニタリングシステムが装着されると、米国特許第６６３３０５１号に開示された構成とは対照的に、熱源、すなわち、さらなる障害となる変形を起こす可能性のある原因としての電力消費装置を触針および触針キャリアを含む密閉測定システム内に含めることは、避けなければならない。

本発明の目的は、特に光学または触覚センサーに基づくＣＭＭまたは走査装置用の表面粗さ測定装置を提供することであり、測定システム内に熱を発生させることなく光学モニタリングシステムを備えることが可能な表面粗さ測定装置を提供することである。

特に、本発明の目的は、測定触針先端部から発せられる触針先端部の変位または触針の曲がりを示す信号を、遠隔した検出器へと伝送するための技術的解決手段を提供することであり、伝送信号または信号変化を容易に、および高精度で触針の変位量または曲がり量に関連させて拡張することが可能な手段を提供することである。以下の記載において、触針先端部の変位および触針の曲がりは、“触針先端部の変位”としてまとめる。

この課題の解決手段は、下記の技術的境界条件を満たさなければならない。
− 数kHz範囲の触針の動的変形（曲がり）の測定が可能であり、よって、ＣＭＭ、および測定ヘッドの可動機械軸の作動によって起こる微小な振動励起を表示（registration）することを可能とする；
− 測定先端部の変形を、約１００nmの精度で決定する；
− 測定プローブおよび触針キャリア内での熱の発生や電力消費が小さい（１mW未満）；
− 光−機械インターフェイスの適合性、すなわち、シングルモード光ファイバーによる信号伝送が可能である；
− 光学センサー信号の光伝送において戻りビームの光路が妨害されない；
− 解決手段を触覚センサーおよび光学センサーの両方と使用する互換性がある。

上記目的および課題は、基部、および被測定表面の接触または非接触測定を確立するためのプローブヘッドを備えた本発明の表面粗さ測定装置により解決される。上記プローブヘッドは、少なくとも１つの継手によって基部に可動であるように連結されており、触針長および触針先端部を有する中空触針を含む。上記表面粗さ測定装置は、触針キャリアに対する触針先端部の変位を測定するための光学モニタリングシステムをさらに含む。

上記光学モニタリングシステムは、発光手段、すなわち、触針内を触針先端部に向けて導かれるビームを発生させるための少なくとも１つの光源を含み、そのビームの少なくとも一部は、触針先端部で反射されて、戻りビームとして戻り光路に沿って伝搬する。

さらに、上記光学モニタリングシステムは、触針先端部の変位を示す電気出力信号を発生させることができる、戻りビームの検出器手段を備えている。

発光手段は、レーザー、レーザーダイオードまたはスーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）などの単一光源であってもよいが、複数のそのような光源により構成されていてもよい。本発明の１つの特徴として、“発光手段”は、発光される光が、所定の特性分布により識別可能な少なくとも２つの異なる光学特性を有するように構築される。そのような識別可能な異なる光学特性は、触針内を測定触針先端部に向けて導かれるプローブビームへと合成されるが、それら光学特性は、例えば、異なるレーザー光源によって発光される異なる個別の波長を有する光成分、または、通常、スーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）によって発光され、帯幅が約１０nmの光などの、個別のスペクトルサブ領域へ分離可能な発光帯を有する光であってもよい。

触針先端部において、プローブビームの少なくとも一部は戻され、戻りビームとして伝搬する。戻りビームは、触針先端部の変位または触針の曲がりについての情報を含んでおり、この情報は、例えば、戻りビームの光路の変位としてもたらされる。

本発明の他の特徴として、光学エンコード部材が触針キャリア内において戻り光路に設置される。これは、光学モニタリングシステムのさらなる部材として、通常、触針キャリアおよび触針先端部の間の光路に設けられる。上記光学エンコード部材は、例えば戻りビーム光路の変位としてこの光学復号化部材で受信された、通常は横変位である触針先端部の変位、または触針の曲がりについての情報を、変位戻りビームにおける識別可能な光成分または光学特性の部分の分布と、非変位戻りビームにおける対応する分布とを比較して得た変化へと変換するように設計されている。換言すれば、光学エンコード部材に対する戻りビームの照射位置の情報が、戻りビームの特性分布の変化に変換される。識別可能な光成分の部分として分配された戻りビームは、光学モニタリングシステムの一部としての検出器手段にさらに導かれる。この検出器手段は、上記少なくとも２つの識別可能な光学特性に対してセンシティブであり、戻りビームの特性分布の変化に応じて電気出力信号を発生させるように構成されている。

光学エンコード部材の設計としては、光学エンコード部材に対する戻りビームの照射位置に応じて戻りビームの特性分布が修正され、戻りビームによって伝えられる触針先端部の変位の光学的表示を低下させることなく、修正された特性分布を有する戻りビームを光ファイバーによって検出器手段まで光導波することが可能となるようにし、その修正された特性分布を有して光学エンコード部材から検出器手段へと伝搬する戻りビームが、戻り光路内の戻りビームの正確な伝搬路に属さないという触針先端部の変位を示すように設計されていることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態として、表面粗さ測定装置は、座標測定機、特に関節付アーム型ＣＭＭとして設けられ、その一方の端部が基部を形成し、他方の端部がプローブヘッドを装着している。発光手段が１つ以上のレーザー光源を含み、検出器手段が１つ以上の検出器を含むことが好ましい。さらに、発光手段および検出器手段がプローブヘッドの外側に設置されることが好ましく、粗さ測定装置の基部内に収容されることが最も好ましい。

発光手段により発せられたビーム、および光学エンコード部材から検出器手段へと伝搬する戻りビームは、好ましくは光ファイバーによって関節付アーム内を導波される。特に、サーキュレータをビームガイド装置として用いて、ビームを伝送ファイバーからアウトカップリングし、戻りビームを伝送ファイバーへインカップリングすることが好ましい。

プローブビームを少なくとも１つの光源から、サーキュレータ、または光学アイソレータを組み合わせた合波カプラなどのビームガイド装置に誘導するために、伝送光ファイバーを設けることができる。このビームガイド装置は、平行ビームをアウトカップリングして自由光ビームとして触針の測定先端部に向けてさらに伝搬させるための第１光ファイバーコリメータを備えた第１光ファイバー（“プローブビームファイバー”）内へプローブビームを誘導するように作動可能である。

戻りビームを第２光ファイバー（“戻りビームファイバー”）内にカップリングし、戻りビームをビームガイド装置に向けてガイドするために、第２光ファイバーコリメータを設けることができる。ビームガイド装置において、戻りビームは、検出器へと伝送されるために伝送光ファイバー内にカップリングされる。

好ましくは、伝送光ファイバー、ならびに第１および第２光ファイバーは、シングルモード光ファイバーである。

戻り光の部分の度合いを高めるため、および戻りビームの光路変位の検出を触針先端部の変位のみ、または触針の曲がりのみに制限するために、光学部材を測定先端部に隣接して取り付け、測定先端部の傾斜の影響を実質的に受けていないビームを戻すことが好ましく、この光学部材は、好ましくはレトロリフレクタとして設けられる。

本発明の好ましい実施形態において、上記少なくとも２つの識別可能な光学特性は、異なる波長もしくは波長範囲および／または異なる偏光状態を有するビームの光成分によって与えられ、上記特性分布は、各光成分の割合または部分によって与えられる。

光学エンコード部材は、異なる透過率特性、好ましくはスペクトル的に重複しない透過率特性の少なくとも２つのセグメントを有するセグメント化光学フィルターを含むことが好ましい。このフィルターは、戻りビーム光路の第２光ファイバーコリメータの入射瞳面に設置することができる。セグメント化光学フィルターは、戻りビームの伝搬方向に対して垂直な断面において、いずれの形状を有していてもよい。しかしながら、円形、または、例えば断面の表面積が２mm×２mmの２次形状などの対称形状であることが好ましい。

フィルターセグメントの透過率特性が異なるとは、異なる光の偏光状態に対して透過率が異なることでもよいが、好ましくは、異なる分光透過率に関するものである。すなわち、セグメント化光学フィルターは、色フィルター、好ましくは、電気通信のＩＴＵ標準に対応した、スペクトル範囲が１００または２００GHz、すなわちＣ帯およびＬ帯の０．８nmまたは１．６nmである、スペクトル的に重複しない透過窓を備えた色フィルターである。勿論、フィルターセグメントの透過率特性は、プローブビームを発生させるための（複数の）光源の発光波長に応じて選択されなければならない（逆の場合も同様である）。

また、光学エンコード部材は、戻りビームの偏向を、戻りビームの伝搬方向に対して垂直な方向に局所的に変化させることが可能な光学部材を含んでいてもよい。

また、光学エンコード部材は、触針長の変化を決定するための干渉範囲測定用の信号伝送のために設計された“チャネル”（セグメント）を含んでいてもよい。

製造を容易にするために、セグメント化光学フィルターは、４つのセグメントを含んでいてもよい。しかしながら、他のあらゆる種類のセグメント化も実現することができ、個々のセグメントは、変位がない戻りビームの場合において、発光された光成分の強度について、相対透過率が等しくなるように設計されることが好ましい。

セグメント化光学フィルターは、セグメント化誘電干渉フィルターであってもよい。誘電干渉フィルターは、例えば、比較的緩やかな傾斜を有する色ガラスフィルターとは対照的に、入射する多色光ビームのスペクトル阻止および透過の識別がシャープなことで知られている。セグメント化光学フィルターは、異なる透過率を有するセグメントを接着することにより製造することができる。このような方法は、組数の少ない（in small series）場合の製造に有利である。異なるガラス板に対して異なるコーティングを施し、切断し、異なるコーティング操作により得られた片を組み合わせてセグメント化フィルターとすることができる。全ての製造工程は、標準的な処理工程である。

より組数の多い（larger series）フィルターを製造する際には、十分な数のマスキング工程の途中でコーティングを堆積させることを含むウェーハプロセスでセグメント化フィルターを製造することが有利であると考えられる。そのような製造方法によれば、個々のセグメントを接着する工程を省略することができる。

表面粗さ測定装置のさらに有利な実施形態は、図を参照し、および添付の特許請求の範囲において開示および記載される。

本発明のさらなる主題は、本発明による表面粗さ測定装置用のプローブヘッドであり、このプローブヘッドは、被測定表面との接触または非接触測定用コネクションを確立および維持するために形成されており、触針キャリア、および触針先端部を有する中空触針を含む。特徴として、上記プローブヘッドは、表面粗さ測定装置から光ファイバーによって導波される、所定の特性分布により識別可能な少なくとも２つの光学特性を有するビームを受光する手段を含む。さらに、プローブヘッドは、上記光ファイバーからビームをアウトカップリングし、ビームを触針内で触針先端部に向けて誘導するための手段を含み、ビームの少なくとも一部は、触針先端部で反射されて、戻りビームとして戻り光路に沿って伝搬する。さらに、プローブヘッドは、触針キャリアに対する触針先端部の変位を測定するための光学モニタリングシステムの一部として、光学エンコード部材を含む。この光学エンコード部材は、触針キャリア内において戻り光路に設置され、光学エンコード部材に対する戻りビームの照射位置の情報を、戻りビームの特性分布の変化へと変換するように設計されている。また、プローブヘッドは、変化した特性分布を有する戻りビームを、光ファイバー内にインカップリングして、表面粗さ測定装置内の戻りビームを光導波することを可能にするための手段を含む。

本発明によるプローブヘッドの好ましい実施形態は、伝送ファイバーならびに第１光ファイバーおよび第２光ファイバーに接続されたビームスプリッターおよび／またはサーキュレータを含むビーム分配器をさらに含む。この実施形態において、サーキュレータは、少なくとも２つの識別可能な光成分を発光することが可能な少なくとも１つの光源から出されて伝送ファイバー（１１９）から受光される光を、第１光ファイバーコリメータに接続された第１光ファイバー内に入射させるために用いられ、さらに、触針の測定先端部から戻されて第２光ファイバーコリメータに接続された第２光ファイバーから受光される光を、伝送光ファイバー内に入射させるために用いられる。

本発明の他の主題は、表面粗さ測定装置のプローブヘッドのモニタリング方法であって、このプローブヘッドは、触針キャリア、および触針先端部を有する中空触針を含む。上記モニタリング方法は、触針キャリアに対する触針先端部の変位を測定するように設計されている。上記方法は、以下の工程：
− 所定の特性分布により識別可能な少なくとも２つの光学特性を有するビームを、触針内で触針先端部に向けて誘導し、プローブ光ビームの少なくとも一部が上記触針先端部で、戻りビームとして戻り光路内を戻される工程；
− 触針キャリア内において戻り光路に設置された光学エンコード部材に対する戻りビームの照射位置の情報を、戻りビームの特性分布の変化に変換する工程；
− 戻りビームの上記少なくとも２つの識別可能な光学特性を検出する工程；および
− 戻りビームの変化した特性分布に応じて、触針キャリアに対する触針先端部の変位を決定する工程を含む。これにより、変換工程の後、戻りビームが光ファイバーによって導波されることが好ましい。

図１は、対物接触先端部１０を備えた触覚プローブと組み合わせて用いられる専用の、触針キャリア１と中空触針２との当業技術（米国特許第６６３３０５１号）による組立品を示す。 図２ａは、光学エンコード部材の例としてのセグメント化色フィルター１００を示す。 図２ｂは、光学エンコードエレメントの第２例としてのセグメント化色フィルター２００の代替的な実施形態を示す。 図３は、図２ａのセグメント化色フィルターのセグメントの適切な透過率範囲を概略的に示す。 図４ａおよび図４ｂは、光源の選択を示す図であり、ここで、光源の発光波長は、光源と組み合わせて用いられる図２ａおよび図３のセグメント化色フィルターの選択と関連付けられている。図４ａは、４つの選択された個々のレーザーの輝線（強度Ｉ（λ））を示す。 図４ａおよび図４ｂは、光源の選択を示す図であり、ここで、光源の発光波長は、光源と組み合わせて用いられる図２ａおよび図３のセグメント化色フィルターの選択と関連付けられている。図４ｂは、その発光が図２ａおよび図３のセグメント化色フィルターの透過窓にまたがって及ぶように選択されたスーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）によって発光される光の通常のスペクトル分布を示す。 図５は、ビームスプリッター１７を含むビーム分配器１９を示す。このビーム分配器は、プローブビームをインカップリング（ＩＮ）して測定触針先端部に向けて誘導するために、および戻りビームをアウトカップリング（ＯＵＴ）して検出器に向けて誘導するために、プローブビーム光路５５に置かれる。プローブビームが戻りビームから空間的に分離されると、後者は、図２ａおよび図３に示すようなセグメント化色フィルター１００などの光学エンコード部材によって分析される。 図６ａは、異なる光源からの光をマルチプレクサ１２０を用いて１つに合成するため、および合成された信号をデマルチプレクサ１３０を用いてスペクトル部分へとスペクトル的に分離して個々に検出させるための可能な構成を概略的に示す。 図６ｂは、異なる周波数に変調されたレーザー１１１〜１１４および単一の検出器１４５を用い、検出された電気信号をフーリエ解析する、図６ａの構成の変更例を示す。 図６ｃは、図６ｂのレーザー１１１〜１１４のフーリエスペクトルを示す。 図７ａおよび図７ｂは、図６ａの構成と組み合わせて用いることができるマルチプレクサ（７２０、８２０）またはデマルチプレクサの可能な実施形態を示す。 図７ａおよび図７ｂは、図６ａの構成と組み合わせて用いることができるマルチプレクサ（７２０、８２０）またはデマルチプレクサの可能な実施形態を示す。 図７ｃは、４つのＤＦＢレーザーの代わりに単一のスーパールミネッセント発光ダイオード８２５を光源として用いる以外は図７ｂに示すものと同様である、デマルチプレクサ８３０の構成を示す。 図８は、２つの異なる色フィルターセグメント、およびフィルター面において局所的に、戻りビームの伝搬方向に対して垂直な方向にビームの偏向を変化させる部材または機能を含む、セグメント化光学フィルター３００の他の可能な実施形態を示す。 図９は、光学エンコード部材の他の可能な実施形態としてのセグメント化偏光フィルター５００を示す。 図１０は、戻りビームの偏光状態を決定するための偏光計設定の機能を有するデマルチプレクサの可能な実施形態を示す。 図１１は、触覚センサーと組み合わせて用いるための、触針キャリア６１、触針６２、ならびに図２ａに示すようなセグメント化色フィルターおよび図５に示すようなビーム分配器を用いた構成の測定を行うための光学モニタリングシステムを含む組立品を示す。 図１２は、サーキュレータ１５０を合波カプラ１５１および２つのアイソレータ１５２、１５３で置換した以外は図１１の構成と同様の構成を示す。 図１３は、触針キャリア６１、触針６２、および図５に示すようなビーム分配器を組み合わせて用いる構成の測定を行うために専用に作製した光学モニタリングシステムを含む、本質的に図１１に示すものと同様の組立品であって、スペクトル光成分を識別するための４つのセグメント（λ１、λ２、λ３、λ４；透過スペクトル部分の強度の測定）を使用し、４つのチャネルのうち１つを干渉測定による位相変化の決定にも使用した組立品を示す。 図１４は、範囲測定のために触覚センサーに代えて光学センサーを用いる構成を示す。 図１５は、触針６２’が光ファイバー８８を収容するための二重内壁を有する二重管として設けられた、図１４の構成に対する代替的な構成を示す。 図１６は、光学センサーを有する表面粗さ測定装置を示す図であり、粗さ測定装置が回転型アクチュエータを備えている図である。 図１７ａは、触針を無限に回転させることを可能にするように設計された、図１６の構成の変更例を示す。 図１７ｂは、２つの直交軸を中心とした触針キャリアの回転自由度を与える２つの回転軸を有する例を示す。 図１８は、３軸測定が可能な表面粗さ測定装置において、例えば、図２ａまたは図５に示すようなセグメント化色フィルターと組み合わせて用いる専用の２つのセグメントを有するセグメント化色フィルター６００を示す。 図１９は、図１８の２つのセグメントを有するフィルター６００（Ｚ）の２つのセグメントによってカバーされるスペクトル領域（λ５、λ６）に隣接する、セグメント化色フィルター１００（Ｘ、Ｙ）のセグメントによってカバーされるλ１〜λ４周辺のスペクトル透過率範囲を示す。 図２０は、図１９の複合フィルターのスペクトル領域内に輝線を有する６つの個々のレーザー光源の選択を示す。 図２１は、代替的な単一光源として、通常約１０nmの帯幅を有するスーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）によって発光された光の典型的なスペクトル分布を示し、スペクトル発光帯は６つのフィルターセグメントの全ての透過窓にまたがって及んでいる。 図２２は、セグメント化色フィルター１００および６００と組み合わせて用いるためのビームスプリッターを有するビーム分配器９９の可能な構成を示す。 図２３は、図７ｃに示すようなスーパールミネッセント発光ダイオード８２５’と組み合わせて用いるための分波構成であって、さらに２つのスペクトル分離チャネルによって達成される構成を示す。 図２４は、触針キャリア６１、触針６２、ならびにＸ、ＹおよびＺ方向に対する光学測定用に設計された光学モニタリングシステムを含む組立品を示す。 図２５は、触針キャリア１６１に取り付けられた触針１６２を備えた関節付アーム型座標測定機（ＣＭＭ）９００を示す。 図２６は、他の例としてのブリッジ型ＣＭＭを示す。 図２７ａ〜２７ｄは、図２ａを参照して説明したようなセグメント化色フィルターを通過した後の、下方向に移動した戻りビームの光成分について測定した強度分布を示す。 図２７ａ〜２７ｄは、図２ａを参照して説明したようなセグメント化色フィルターを通過した後の、下方向に移動した戻りビームの光成分について測定した強度分布を示す。 図２７ａ〜２７ｄは、図２ａを参照して説明したようなセグメント化色フィルターを通過した後の、下方向に移動した戻りビームの光成分について測定した強度分布を示す。 図２７ａ〜２７ｄは、図２ａを参照して説明したようなセグメント化色フィルターを通過した後の、下方向に移動した戻りビームの光成分について測定した強度分布を示す。 図２８の上の図は、光ファイバーのモードを断面図で示す。図２８の２つの下の図は、４つの自由伝搬パーシャルビームのうち１つのビームのＸおよびＹ方向の強度プロファイルを示す。 図２９ａ〜２９ｄは、光ファイバー面における４つのパーシャルビーム（図２７ａ〜図２７ｄ参照）の強度分布写真を示す。 図２９ａ〜２９ｄは、光ファイバー面における４つのパーシャルビーム（図２７ａ〜図２７ｄ参照）の強度分布写真を示す。 図２９ａ〜２９ｄは、光ファイバー面における４つのパーシャルビーム（図２７ａ〜図２７ｄ参照）の強度分布写真を示す。 図２９ａ〜２９ｄは、光ファイバー面における４つのパーシャルビーム（図２７ａ〜図２７ｄ参照）の強度分布写真を示す。 図３０は、ビーム変位を１００μmとした例において、４つの光チャネルへの戻りビームのスペクトル強度分布を示す。 図３１は、斜め方向へのビーム変位とした例において、４つの光チャネルへの戻りビームのスペクトル強度分布を示す。

図の詳細な説明
以下、図面を参照して本発明を説明する。特に記載がない限り、（既に上述したものも含む）全ての実施形態は、組み合わせることができる。

以下の記載において、同等のシステム部材、または同等の機能のために用いられる部材は、同一の参照番号を用いて示す。Ｘ、ＹおよびＺ方向は、明細書全体において同様の意味で理解され、水平面（Ｘ、Ｙ）および垂直方向（Ｚ）に対応する。

図１は、対物接触先端部１０を備えた触覚プローブと組み合わせて用いられる専用の、触針キャリア１と中空触針２との当業技術（米国特許第６６３３０５１号）による組立品を示す。触針キャリア１は、トランペット様形状を有している。触針２は、触針の開口上端部４においてコネクション手段３によって触針キャリア１と接続されており、触針２の縦軸が触針キャリア１の軸Ａと合致している。

触針キャリア内には、レーザー光源５を含む光学モニタリングシステムが取り付けられている。このレーザー光源の出力端部には、平行レーザービームを発生させるための凸レンズ６が設置されている。この平行レーザー光は、ビームスプリッター７を通過した後、自由光ビームとして中空触針２の中を、接触先端部１０の近傍に設けられたレトロリフレクタ９に向けて伝搬する。レトロリフレクタ９によって戻された光は、光軸および軸Ａに対して４５°の角度でビームスプリッター７の反射面８に当たり、軸Ａに対して直角に反射されて位置敏感検出器１１に向かう。接触先端部１０がレトロリフレクタ９とともに変位すると、検出器１１の面において戻りビームが横変位することとなる。

この構成の大きな欠点として、上述したように、レーザー光源５、検出器１１および駆動電子回路を含む光学モニタリングシステムが触針キャリア１内に取り付けられるため、触針とそのキャリアとによって形成される密閉枠内に複数の熱源が閉じ込められることとなり、熱平衡に達しない限り測定システムが制御不能に変形してしまう。

図２ａに、光学エンコード部材の一例としてのセグメント化色フィルター１００を示す。この例において、フィルターは、４つの異なる波長λ１、λ２、λ３およびλ４における最高透過率を有する複数のフィルター、好ましくは、図３（透過率Ｔ（λ））に概略的に示すようにスペクトル的に重複しない透過率範囲を有する複数のフィルターに対応する４つのセグメント１０１〜１０４を含む。フィルターの透過率は、例えば、電気通信用のＩＴＵ標準に従って放射線チャネルに適合させることができ、スペクトル範囲は、例えば、Ｃ帯およびＬ帯の約０．８nmまたは１．６nmに対応する１００GHzまたは２００GHzである。

フィルターは、円形、四角形または多角形など、いずれの形状であってもよい。ビーム光路の調整およびシステム校正を容易にするために、点対称の形状が好ましい。

一例としての望ましい場合において、セグメント化フィルターは、（触針先端部の変位または触針の曲がりによる）戻りビームの変位がない状態で、フィルター面における戻りビームの断面５０がセグメント化フィルター／フィルターセグメントに対して中心対称となるように、戻りビームの光路に設置される。さらに望ましい場合において、フィルターの透過率特性、ならびにプローブビームの分光組成および結果的には戻りビームの分光組成は、セグメント化フィルターを通過した後の戻り光の透過部分が等しくなる（透過光部分の分布が等しくなる）ように（分光組成の場合、例えば、発光波長を選択したレーザー光源を用いることによって）選択される。

触針先端部の変位または触針の曲がりによって戻りビームが変位する場合、フィルター面におけるその断面５０’は、セグメント化フィルター／フィルターセグメントに対して対称ではなくなる。その結果、フィルター通過後の光成分の透過部分は、均等な分布からずれる。

光学復号化エレメントの第２例としてのセグメント化色フィルターの代替的な実施形態を、図２ｂに示す。この場合、セグメント化色フィルター２００は、それぞれ波長λ１、λ２およびλ３における最高透過率を有する個々のフィルターに対応する３つのセグメント２０１、２０２および２０３を含む。しかしながら、製造の都合上、図２ａに示すような４つのセグメントを有するセグメント化フィルターが好ましいと考えられる。

図４ａおよび図４ｂは、レーザー光源の選択を示す図であり、これらの発光波長は、光源と組み合わせて使用されるセグメント化色フィルターの選択と関連付けられている。図４ａは、選択された４つの個々のレーザーの輝線（強度Ｉ（λ））を示す。発光波長は、矢印で示される間隔内において変化してもよい。電気通信用途とは異なり、レーザー波長を特別に安定化させる必要はなく、ＡＣ検出性をより安定化させるためにレーザー信号を弱い程度（MHz範囲）で変調させるのみである。

図４ｂは、スーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）によって発光される光（強度Ｉ（λ））の通常のスペクトル分布を示す図であり、帯幅は通常約１０nmである。ＳＬＥＤは、その発光がセグメント化色フィルターの透過窓（図３参照）にまたがって及ぶように選択する必要がある。これらセグメント化色フィルターの透過窓で、ＳＬＥＤからの光の戻りビームがスペクトル的に離れた部分へと分離される。

図５は、ビームスプリッター１７を含むビーム分配器１９を示す。このビーム分配器は、プローブビームをインカップリング（ＩＮ）して触針先端部に向けて誘導するために、および戻りビームをアウトカップリング（ＯＵＴ）して上記少なくとも１つの検出器に向けて誘導するためのプローブビーム光路５５に置かれる。プローブビームが戻りビームから空間的に分離されると、後者は、図２ａに示すようなセグメント化色フィルター１００などの光学エンコード部材によって分析される。

触針の曲がりや触針先端部の変位によって変位している可能性のある戻りビームは、５０％スプリッターであってもよいビームスプリッター１７を通過することによって、光学エンコード部材、特にセグメント化色フィルター１００に導かれる。フィルター面における戻りビームの横変位は、図２ａを参照して上述したように、透過光成分の部分分布の変化につながる。ビーム分配器１９の部材は、例えば、光学接着剤を用いて接着して、セグメント化光学フィルター１００とともにミクロ光学部材を形成してもよい。

通常、セグメント化色フィルターは誘電干渉層から構成されるため、非透過放射線は、反射されてシステム内に戻る。このフィルターは、例えば、５０％の透過率を有する吸収黒色ガラス上に形成することができる。そのような吸収層を２回通過することにより、障害となる反射が６dB抑制され、５０％ビームスプリッター１７の効果と併せて１２dBが抑制される。好ましくは、主な反射は、例えば、ビームスプリッター１７と接着された吸収黒色ガラスにより構成される捕光器２０内へと導かれる。

障害となる反射をさらに低減させるために、ビーム分配器１９をプローブビームの直交入射方向５５に対して僅かに傾けて設置し、ビーム分配器に吸収性開口部を備えることが有利である。

不要な反射の残りの影響は、光学モニタリングシステムの校正によって補償することができる。

マルチプレクサ１２０を用いて異なる光源からの光を１つに合成するため、および合成された信号をデマルチプレクサ１３０を用いてスペクトル部分へとスペクトル的に分離して個々に検出させるための可能な構成を、図６ａに概略的に示す。

それぞれ単一縦モードで、波長λ１〜λ４で発光する４つの分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーダイオード１１１〜１１４からの光は、マルチプレクサ１２０によってスペクトル的に１つに合成され、第１単一シングルモードファイバー１１７内に入射する。この単一シングルモードファイバーは、スペクトル的に１つに合成された光をサーキュレータ１５０へとガイドする。

同様に、スペクトル的に１つに合成された光信号は、サーキュレータ１５０から第２シングルモードファイバー１１８によってデマルチプレクサ１３０へとガイドされ、そこで光はスペクトル的に分離され、検出器１４１〜１４４に導かれて個別に検出される。

検出性を高めるために、レーザー光源を変調することができる。デマルチプレクサ１３０において発生し得る光クロストークを識別するために、レーザーダイオード１１１〜１１４を異なる周波数で変調してもよい。そうすることで、対応する変調周波数を有する信号のみが検出により特定される。

レーザー光源の相対強度雑音（ＲＩＮ）によっては、雑音を補償する目的で、光源からの発光強度をモニタリングすることが必要な場合がある。

一部のレーザーダイオードメーカーにおいては、強度制御を目的としてレーザーダイオードの筺体内にモニタダイオードが組込まれる。モニタダイオードの帯幅が十分に大きい場合、そのような組込み型モニタダイオードは、ＲＩＮ測定にも使用することができる。あるいは、レーザーダイオードの発光パワーの一部、例えば１％を、非対称オプティカルカプラを用いてＲＩＮ制御用の外部モニタダイオードに供給してもよい。騒音補償を制御するための信号処理において、モニタダイオード信号が遅れる可能性を考慮する必要がある。

図６ａに示す合波および分波構成は、光学センサーを併用した構成に組込むこともできる。

光ファイバー１１７によってガイドされる発光信号、および光ファイバー１１８によってガイドされる受信号は、サーキュレータ１５０によって伝送光ファイバー１１９内へとインカップリング、または伝送光ファイバー１１９からアウトカップリングすることができる。

図６ｂは、信号検出を簡素化した、図６ａによる構成の変更例を示す。４つのＤＦＢレーザー１１１〜１１４のそれぞれは、異なる波長を有し、異なる周波数で変調されている。この結果、異なるレーザーをスペクトル的および電気的に特定することができる。信号検出を行うために、単一の検出器１４５を必要とするのみである。検出された電気信号のフーリエスペクトルＦＴ（図６ｃ）は、４つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３およびｆ４を示し、これらの強度またはフーリエ係数は、個々のスペクトル波長の強度に依存する。検出された電気信号のアナログまたはデジタル復調により、４つの個々の信号を分離して分析することができる。図６ｃに示されるような信号強度は、スペクトル強度分布と同等である。

図６ａの構成と組み合わせて用いることができるマルチプレクサまたはデマルチプレクサの可能な実施形態を、図７ａおよび図７ｂに示す。

マルチプレクサは、電気通信において標準的な部材であり、通常、平面導波路として、または薄膜技術（ＴＦＦ）によって製造される。

光ファイバーコリメータ７１１〜７１４から供給されたビームを１つに合成してプローブビームとして発光するためにビームスプリッター７１７ａ〜７１７ｄを用いた、マルチプレクサ／デマルチプレクサ７２０の可能な実施形態を図７ａに示す。合成ビームは、光ファイバーコリメータ７１９に導かれる。合成ビームを波長λ１〜λ４のスペクトル部分へと分波する際にも、同様の構成を用いることができる。

光ファイバーカプラ８２１〜８２４を用いて、波長λ１〜λ４が１つに合成された入射光をスペクトル成分に分離して検出器８４１〜８４４で検出するための、または、レーザーダイオード８１１〜８１４からの光を共通のプローブビームに合成するためのアド／ドロップフィルター８３１〜８３３を含む、マルチプレクサ／デマルチプレクサ８２０の代替的な実施形態を図７ｂに示す。このような構成も、標準的な電気通信部材を用いて製造することができる。

図７ｃは、４つのＤＦＢレーザーの代わりに単一スーパールミネッセント発光ダイオード８２５を光源として用いる以外は図７ｂに示すものと同様であるデマルチプレクサ８３０の構成を示す。サーキュレータ１５０から来る多色光は、アド／ドロップフィルター８３１〜８３３を含むデマルチプレクサ８３０によってスペクトル成分λ１〜λ４に分離され、検出器８４１〜８４４によって検出される。

光学復号化部材としてのセグメント化光学フィルター３００の他の可能な実施形態を、図８に示す。フィルター３００は、２つの異なる色フィルターセグメント３０１および３０２を含み、戻りビームの偏向をフィルター面において局所的に変化させる部材または機能を戻りビームの伝搬方向に対して垂直な方向に備えている。図示する例において、この効果は、フィルターの厚さ３０３を変化させることによって達成される。この例では、セグメント化フィルター３００の断面側面図に示されるように、異なる分光透過率を有する両方のセグメントにおいて厚さを変化させる。その結果、戻りビームは、フィルターに対する照射位置に応じて、フィルターを通過する際の偏位および透過の仕方が異なる。これにより、図８の点線は、戻りビームが触針の曲がり、または触針先端部の変位による偏向を受けていない場合のビーム路および断面を示し、一方、実線は、そのような触針先端部の変位または曲がりが存在する場合のフィルター上のビーム路および断面を示す。ビーム光路に続く光ファイバーコリメータの入射瞳面にフィルターが設置されているため、この面での波面の傾きは、光ファイバーの入射面におけるインカップリング位置の変位につながり、よってインカップリング効率の変化につながる。戻りビームが垂直方向に変位する場合（フィルター入射面の垂直配向も指す）、両方の分光透過路またはチャネルにおける透過パワーが同時に変化する。したがって、この構成が有する欠点は、分光透過率の絶対（全）強度の決定が必要となることである。

また、そのような局所的に変化する戻りビームの偏向は、ビーム路に設置されるセグメント化フィルターに加えて個別の光学部材を用いることにより達成することができる。よって、これらの追加される個別部材は、光学エンコード部材の一部とみなされる。

図２ａ、図２ｂおよび図８に示すような光学エンコード部材は、干渉範囲測定などの範囲測定からの信号を伝送するための追加される光“チャネル”またはセグメントと組み合わせて、触針長の変化を決定してもよい。

また、セグメント化光学フィルター、例えば、図２ａに示すような４つのセグメントを有するセグメント化光学フィルターを、図５に示すようなビーム分配器と組み合わせて設計して、スペクトル光成分を識別するための４つのセグメント（λ１、λ２、λ３、λ４；透過スペクトル部分の強度の測定）を形成し、４つのチャネルのうち１つを干渉測定による位相変化の決定にも使用してもよい。

光学復号化部材の他の可能な実施形態としてのセグメント化偏光フィルター５００を、図９に示す。光成分を識別する特徴としてスペクトル領域の代わりに偏光状態を用いたこのようなシステム構成において、導光用に偏光保持シングルモードファイバーが必要である。戻りビームは、４５°の偏光度を有するセグメント化偏光フィルター５００の面に照射されることが好ましい。フィルター５００のセグメント５０１は、垂直偏光の透過用に、セグメント５０２は水平偏光の透過用に設計されている。セグメント５０３は、１／４波長板によって構成されている。この光学エンコード部材を用いれば、触針の位置または曲がりに関する情報が３つの光学的パラメーター、すなわち、垂直偏光、水平偏光およびこれらの位相関係にエンコードされる。

戻りビームの偏光状態を決定するための偏光計設定の機能を有するデマルチプレクサの可能な実施形態を、図１０に示す。戻りビームは、ビームスプリッター５１７ａ〜５１７ｃによって分配され、検出器５４１〜５４３によって偏光状態および放射線の位相が検出される。

触針キャリア６１、触針６２、ならびに図２ａに示すようなセグメント化色フィルターおよび図５に示すようなビーム分配器を用いた構成の測定を行うための光学モニタリングシステムを含み、触覚センサーと組み合わせて用いられる組立品を、図１１に示す。

光学モニタリングシステムの、電力を消費せず熱を発生しない主な部材は、触針６２と接続された触針キャリア６１内に収容されている。

１つ以上の光源（例えば、複数のレーザー、またはＳＬＥＤ）から出されたスペクトル的に識別可能な光学光成分は、サーキュレータ１５０から、好ましくはシングルモードファイバーとして設けられる第１光ファイバー１１７に入射する。この光ファイバーは、第１光ファイバーコリメータ７１と接続している。

プローブビームは、レトロリフレクタ７９と、物体（図示せず）に接触するように設計された触覚センサー８０とを備えた触針先端部に向けて自由光ビームとして導かれる。

プローブビームの少なくとも一部は、レトロリフレクタによって戻りビームとして反射される。この戻りビームは、触針先端部の変位または触針の曲がりがある場合に、変位する。伝搬方向に従って、戻りビームは、捕光器２０、例えば吸収黒色ガラスを備えた、少なくとも１つのビームスプリッター１７を含むビーム分配器１９内に入射する。

戻りビームの異なるスペクトル部分について分析された光は、光ファイバーコリメータ７２によって集められ、第２ファイバー、好ましくはシングルモードファイバー１１８に送られる。そこから、上記光はサーキュレータ１５０へとガイドされ、さらに伝送光ファイバー１１９に導かれる。このファイバーは、光−機械インターフェイスに連結されていてもよい。

サーキュレータ１５０を合波カプラ１５１および２つのアイソレータ１５２、１５３で置換した以外は図１１に示すものと同様の構成を、図１２に示す。

図１３は、触針キャリア６１、触針６２、および図５に示すようなビーム分配器を組み合わせて用いる構成の測定を行うために専用に作製した光学モニタリングシステムを含む、本質的に図１１に示すものと同様の組立品であって、スペクトル光成分を識別するための４つのセグメント（λ１、λ２、λ３、λ４；透過スペクトル部分の強度の測定）を使用し、４つのチャネルのうち１つを干渉測定による位相変化の決定にも使用した組立品を示す。

光学モニタリングシステムの、電力を消費せず熱を発生しない主な部材は、ばねシステム７５によって触針６２に柔軟に接続された触針キャリア６１内に収容されている。ばねシステム７５は、触針６２を、その触覚センサー端部とともに垂直に変位させることを可能とするように設計されている。ここで垂直方向は、ＸおよびＹ軸が広がる水平面に対して垂直なＺ軸として理解される。

１つ以上の光源（例えば、複数のレーザー、またはＳＬＥＤ）から出されるスペクトル的に識別可能な光学光成分は、サーキュレータ１５０から、好ましくはシングルモードファイバーとして設けられる第１光ファイバー１１７に入射する。この光ファイバーは、第１光ファイバーコリメータ７１に接続されている。

プローブビームは、レトロリフレクタ７９と、物体（図示せず）に接触するように設計された触覚センサー８０とを備えた触針先端部に向けて自由光ビームとして導かれる。

プローブビームの少なくとも一部は、レトロリフレクタによって戻りビームとして反射される。この戻りビームは、物体と触覚とが接触すると、ビーム路がｚ方向に変位および変化する。伝搬方向に従って、戻りビームは、捕光器２０、例えば吸収黒色ガラスを備えた、少なくとも１つのビームスプリッター１７を含むビーム分配器１９内に入射する。

ビームスプリッター１７の反射面２１および捕光器２０は、以下のように設計されている。この例において、３つの波長を有する光成分に関するセグメント化フィルター１００からの反射が捕光器に導かれ、そこで吸収される。一方、第４の波長（例えばλ１）に関する光成分は、反射面２１（例えば、スペクトル的に選択的に反射する塗膜を備えた面）によって反射され、セグメント化フィルター１００によって透過された波長λ１を有する光成分と干渉する。Ｚ方向の触針変位による光路長変化の測定に干渉測定の原理を用いるためには、波長λ１の光源から発せられる光のコヒーレンスが十分である必要がある。しかしながら、このことは、数メートルのコヒーレンス長を有するＤＦＢレーザーダイオードを光源として使用する場合に、容易に達成することができる。

図１４は、範囲測定のために触覚センサーに代えて光学センサーを用いる構成を示す。ほとんどの点において、設定は、ビーム分配器１９およびセグメント化色フィルター１００の設計に関しても、図１１または図１３のものと同様である。

しかし、光学範囲測定を表現する信号を与えるために、触覚センサー先端部の代わりに光プローブ８５が使用される。この信号は、光ファイバーコリメータ８６を含む光プローブ８５から、光ファイバー８８によって、例えば、約１３００nmおよび約１５００nmの波長用に設計された波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）８９に伝送される。分波された信号は、ＷＤＭから伝送光ファイバー１１９へと導かれ、さらに、例えば、光−機械インターフェイスへとガイドされる。

光ファイバー８８がモニタリングシステムのプローブビームおよび戻りビームの光路を閉塞したり描影したりすることは、避けなければならない。したがって、波長デマルチプレクサ（ＷＤＭ）８９から光プローブ８５まで触針６２の内側で導かれる光ファイバー８８は、固定具８７ａ、８７ｂによって触針６２の内壁に取り付けられる。

あるいは、または範囲測定ファイバー８８をプローブおよび戻りビームの光路から離間させるための追加的手段として、光ファイバー８８を受容するための二重内壁を有する二重管８４として設けられる触針６２’を用いてもよい（図１５）。

図１６は、光学センサーを有する表面粗さ測定装置を示す。この粗さ測定装置は、例えば、シリンダーなどの内部穴を測定する際に特に応用性の高い回転型アクチュエータ（Ｃ軸）を備えている。基本的な設計は、図１４に示す設定と同様である。しかし、同図の場合とは対照的に、直角ビーム偏向を有する光プローブ８５’が設けられている。

触針６２は、回転型アクチュエータによって搬送される触針キャリア６１に接続されている。この回転型アクチュエータは、動力装置９０、動力回転のための復号器９１、および軸受部９２を含む。範囲測定光ファイバー８８’の回転を可能とするために、後者は、ファイバーコイル８８’ａを備えている。

この構成が有する可能性のある問題は、角度位置、回転速度および測定ヘッドの方位（水平または垂直など）によっては、軸方向の衝撃が起こることである。回転型アクチュエータを触針キャリア６１内に組込み、プローブビーム／戻りビームをガイドするために中空軸を使用すると、プローブ先端部（レトロリフレクタ）が直接接触する可能性がある。

図１６に示す構成に基づくと、重力場における回転の変化、横加速度および回転軸の軸方向の不安定性による触針の曲がりによって起こる変位を特定することができる。これらの全ての効果を一緒に決定し、補償することができる。

図１７ａは、図１６による構成の変更例を示す。この実施形態は、光ファイバー８８用に回転式光カプラ９３を使用することに基づいており、触針６２を無限に回転させることを可能とするように設計されている。回転式カプラ９３の下部は、触針６２とともに回転可能に接続されている。一方、回転式カプラ９３の上部は、固定されている。固定型プリズム様ビーム偏位器９５は、触針６２に接続されている。無限の回転を可能とするために、回転式カプラ９３の回転可能な上部に接続された光ファイバー８８は、ビーム偏位器９５の位置を横切って移動するように自由に導かれなければならない。そのようなファイバー貫通部９４は、ビーム偏位器９５ならびにプローブおよび戻りビームのビーム光路から僅かに離れた位置に設置することができる。しかしながら、ある位置において、光ファイバー８８はビーム路と交差する。このため、ビームに対する描影を最小化するために、薄厚の光ファイバー、好ましくは、少なくともビームと交差する領域において１２５μm未満の直径を有する薄厚光ファイバーを選択する必要がある。回転校正測定により、この領域においても十分な精度でビーム位置を決定することが可能である。

さらなる変更例として、触針１６２が取り付けられた触針キャリア１６１であるプローブヘッドは、関節付アーム型測定装置のアームの端部、またはブリッジ型座標測定機のＺ−柱の端部のソケットに接続されていてもよい。ここでソケットは、保持手段として機能し、保持手段に対する触針キャリア１６１の回転自由度を与える回転軸９２６、９２７によって搬送される。図１７ｂには、２つの直交軸を中心とした触針キャリアの回転自由度を与える２つの回転軸を有する例が示されている。このような構成は、物体の表面を正確に追従するための走査用途において特に有利である。

３軸測定が可能な表面粗さ測定装置とするために、例えば、図２ａに示すようなセグメント化色フィルターと組み合わせて用いる専用の、２つのセグメントを有するセグメント化色フィルターを、図１８に示す。

ＸＹ面での走査に加え、Ｚ方向に沿った範囲測定を可能とする公知の触覚測定ヘッドから開始して、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸全てについて触覚測定を行う専用の光学モニタリングシステムの構成を示す。単に走査を行う触覚測定においては、光学モニタリングシステムのそのような３軸機能は、必要ではない。

以下に示す３次元走査用の光学測定のみに基づいた解決手段に加え、２軸（ＸおよびＹ）用光学モニタリングシステムと、例えば、誘導センサーに基づいた公知の電子範囲測定とを組み合わせることも、勿論可能である。

Ｚ方向に対する触針の位置は、移動が起こるＺ方向に対して垂直な９０°偏位ビームスプリッターを用いて決定する（図２２参照）。これにより、戻りビームは、光学復号化部材の一部としての２つのセグメントを有するフィルター６００上に導かれる。このフィルターは、異なる分光透過率、好ましくは、重複しない分光透過率を有する２つのセグメント１０５および１０６を含む。

上記フィルターは、好ましくは、物体との相互作用で起こる変位がない状態で、戻りビームが２つのフィルターセグメント上で鏡面対称な断面５０を有するように、戻りビームのビーム路に設置される。触針がＺ方向に変位すると、戻りビームは、横変位したビーム断面５０’’となって２セグメント化フィルターに照射される。

好ましくは、２セグメント化フィルター６００のセグメント１０５および１０６は、それらの分光透過窓が、図２ａに示されるようなセグメント化色フィルターの透過によってカバーされるスペクトル領域を達成するように選択される（図１９参照：２セグメント化フィルター６００（Ｚ）の２つのセグメントによってカバーされるスペクトル領域（λ５、λ６）に隣接する、セグメント化色フィルター１００（Ｘ、Ｙ）のセグメントによってカバーされるλ１〜λ４周辺のスペクトル領域）。

合計６つの個々のレーザー光源を使用することができ、これらの発光波長は、図２０に示すようにセグメント化色フィルターのスペクトル領域内にある。発光波長は、矢印によって示される間隔内において変化してもよい。

あるいは、６つのフィルターセグメントの全ての透過窓にまたがって及ぶスペクトル発光帯を有するスーパールミネッセント発光ダイオードを、ここでも用いることができる（図２１）。図２１は、通常約１０nmの帯幅を有するスーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）によって発光された光の典型的なスペクトル分布を示す。

図２２は、セグメント化色フィルター１００および６００の組み合わせとともに用いるためのビームスプリッターを有するビーム分配器９９の可能な構成を示す。ビーム分配器９９は、ビーム偏位プリズム９６ａ、９６ｂ、ビームスプリッター９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、およびセグメント化色フィルター１００、６００を含み、吸収後面９８ａ、例えば黒色ガラスを有する、下側ビームスプリッター９７ａが、Ｚ方向に可動である触針の上端部に取り付けられており、一方、ビーム分配器９９の他の部材は、触針キャリア６１内に収容、固定されている。

戻りビームは、例えば、５０％ビームスプリッター９７ａによって２つの成分にスプリットされ、１つの成分は、同様に吸収後面９８ｂを備え、セグメント化色フィルター１００を有するビームスプリッター９７ｂに向けて伝搬し、他の成分は、プリズム９６ｂを経てセグメント化色フィルター６００に導かれる。

光成分へとスペクトル的に分離された後の両方のビームは、色ビームスプリッター９７ｃによって共通ビームへと合成され、ともに１つの光ファイバーでさらにガイドされる（“ＯＵＴ”）。

図２３は、スーパールミネッセント発光ダイオード８２５’と組み合わせて用いるための図７ｃに示すような分波構成であって、さらに２つのスペクトル分離チャネルによって達成される構成を示す。この構成では、アド／ドロップフィルター８３４および８３５を追加的に用いて、波長λ５およびλ６を有する光成分を分離して、検出器８４５および８４６で検出を行う。

触針キャリア６１、触針６２、ならびにＸ、ＹおよびＺ方向に対する光学測定用に設計された光学モニタリングシステムを含む組立品を、図２４に示す。この構成は、触針６２を、そのセンサー先端部８０とともに垂直に変位させることを可能とするばねシステム７５を含み、ここで垂直方向は、ＸおよびＹ軸が広がる水平面に対して垂直なＺ軸として理解される。この構成は、図１３に示すものと概して同様であるが、ビーム分配器１９が、図２２を参照して具体的に説明したビーム分配器９９に変更されている点で異なっている。

光学モニタリングシステムの、電力を消費せず熱を発生しない主な部材は、ばねシステム７５によって触針６２に柔軟に接続された触針キャリア６１内に収容されている。

１つ以上の光源（例えば、複数のレーザー、またはＳＬＥＤ）から出されるスペクトル的に識別可能な光学光成分は、サーキュレータ１５０から、好ましくはシングルモードファイバーとして設けられる第１光ファイバー１１７に入射する。この光ファイバーは、第１光ファイバーコリメータ７１に接続されている。

プローブビームは、レトロリフレクタ７９と、物体（図示せず）に接触するように設計された触覚センサー８０とを備えた触針先端部に向けて、自由光ビームとして導かれる。

プローブビームの少なくとも一部は、レトロリフレクタによって戻りビームとして反射される。この戻りビームは、物体と触覚とが接触すると、ｚ方向への変位およびビーム路の変化が起こる。伝搬方向に従って、戻りビームは、ビーム分配器９９に入射する。このビーム分配器の機能は、図２２を参照して説明した。

表面粗さ測定装置の異なる実施形態は、図１１〜図１３に示すような触覚センサー８０または図１４〜図１７もしくは図２４に示すような光学センサー８５または８５’に代えて、光学−触覚複合センサーを含んでいてもよい。そのような光学−触覚センサーは、通常の触覚センサーの球状センサー先端部のように設けることができるが、その球は、光透過性であるか、または光透過用の穿孔を有する。

完全な表面粗さ測定装置の例として、図２５は、触針キャリア１６１に取り付けられた触針１６２を備えた関節付アーム型座標測定機（ＣＭＭ）９００を示す。関節付アーム型ＣＭＭ９００は、概略的に図示するように、ＣＭＭの支持部を形成し、光源９１１および検出器９４１を収容する基部９２０を含む。基部９２０に接続された複数のアーム部材は、継手によって連結されており、よって、これらアーム部材は、互いに可動できるようになっている。上述したように、触針キャリア１６１および／または触針１６２内に設けられた光学部材は、概略的に示されるように、光ファイバー９１７および９１８によって、基部９２０内に収容された光源９１１および検出器９４１と接続されている。

他の例として、ブリッジ型ＣＭＭを図２６に示す。このブリッジ型ＣＭＭは、ブリッジ９２３を支持する２つの門脚９２１、９２２、およびブリッジ（Ｘ方向）に沿って駆動可能なＸ−キャリッジ９２４を含む。

Ｚ方向に可動であるＺ−柱９２５は、触針キャリア１６１およびそれに取り付けられた触針１６２を保持する。

門脚９２１、９２２およびブリッジ９２３によって形成される橋門（ポータル）は、Ｙ方向に移動させることができる。例えば、ＣＭＭコントローラー（図示せず）内に収容された光源および検出器は、触針キャリア１６１または触針１６２内に設けられた光学モニタリングシステムの部材と、上記と同様にここでも光ファイバーによって接続される。

実施例／シミュレーション
シミュレーションのため、下記パラメーターを選択する：

プローブビームは、１．２mmの直径を有する。レーリー長は、約７０cmであり、３０cm長の触針を用いる測定範囲の２倍よりも大きい。その結果、ビームは、自由ビームの伝搬の全長にわたって平行となると推測される。図２ａを参照して説明したようなセグメント化色フィルターを通過した後の戻りビームの光成分について測定した強度分布を、図２７ａ〜２７ｄに示す。

セグメント化フィルターによってカバーされる全面積（画像サイズ）は、（４mm）^２である。図２７ａ〜２７ｄから推論されるように、また、不均等な強度分布から明らかなように、戻りビームは、底部に向かって１００μm変位する（図２７ｃ、図２７ｄ）。

触針６２の端部のレトロリフレクタ７９（図１１参照）を用いると、そのような１００μmの変位は、５０μmの触針の曲がりに相当する。（レトロリフレクタの傾きの可能性は無視できる）。

４つのチャネル（フィルターセグメント）によって透過された光パワーは、

である。

４つのスペクトル光成分のそれぞれにおいて、プローブビームの発光パワーは、１mWであった。２つの下側チャネルの透過率は、ビームの変位により、上側チャネルの透過率よりも高い。

光伝搬のさらなる部分において、４つのビーム成分（光場）は、互いに独立して、光ファイバーコリメータ（Grin lens）のレンズに向かって伝搬し、さらに光ファイバーに向かって伝搬する：

図２８の上の図は、光ファイバーのモードを断面図で示す。図２８の２つの下の図は、４つの自由伝搬パーシャルビームのうち１つのビームのＸおよびＹ方向の強度プロファイルを示す。

上記４つのパーシャルビームの強度分布写真を示す図２９ａ〜図２９ｄに示されるように、光ファイバー面においては、関連性のある対称からの偏位はない。

フーリエ面（光ファイバーコリメータの入射瞳面）にセグメント化色フィルターが設置されている場合、瞳の描影はビームの変位につながらず、ビーム直径および位相のみに影響を与える。ビームは、光ファイバー面において対称となる。

インカップリング効率は、４つのパーシャルビーム全てにおいて、ほぼ同様（約２７％）である：

５０μmの触針の曲がりに対応する１００μmだけビームが変位すると、強度計算から求められるように、５０％のコントラストが得られる：

よって、ビーム変位を１００μmとした例においては、図３０に示されるように、戻りビームの位置が、４つの光チャネルの強度スペクトルに復号される。

他の例において、戻りビームは、斜め方向に変位する。校正ファクターを用いて、ｘおよびｙの位置を強度から決定することができる（図３１）。校正は、第一近似においては直線的であり、より高精度を得るためには、２つまたは３つのパラメーターを校正に用いる必要がある。

Claims (18)

1. ● 基部、
   ● 被測定表面との接触または非接触測定用コネクションを確立および維持するためのプローブヘッドであって、少なくとも１つの継手によって基部に可動であるように連結されており、触針キャリア（６１、１６１）、および触針先端部を有する中空触針（６２、６２’、１６２）を含むプローブヘッド、ならびに
   ● 触針キャリアに対する触針先端部の変位を測定するための光学モニタリングシステムであって、
   □ 触針（６２、６２’、１６２）内を触針先端部に向けて導かれるビームを発生させるための発光手段（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、８２５、８２５’、９１１）であり、ビームの少なくとも一部は、触針先端部で反射されて、戻りビームとして戻り光路に沿って伝搬する、発光手段、および
   □ 触針先端部の変位を示す電気出力信号を発生させることができる、戻りビームの検出器手段（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）を含む光学モニタリングシステム、
   を含む表面粗さ測定装置であって、
   ● 前記発光手段は、ビームが、所定の特性分布により識別可能な少なくとも２つの光学特性を有するように構築されており、
   ● 前記光学モニタリングシステムが、触針キャリア（６１、１６１）内において戻り光路に設置された光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）であって、この光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）に対する戻りビームの照射位置（５０、５０’）の情報を、戻りビームの特性分布の変化に変換するように設計された光学エンコード部材をさらに含み、
   ● 検出器手段（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）が、前記少なくとも２つの識別可能な光学特性に対してセンシティブであり、戻りビームの特性分布の変化に応じて電気出力信号を発生させるように構成されている
   ことを特徴とする表面粗さ測定装置。
2. 光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）の設計が、
   光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）に対する戻りビームの照射位置に応じて戻りビームの特性分布が修正され、
   戻りビームによって伝えられる触針先端部の変位の光学的表示を低下させることなく、修正された特性分布を有する戻りビームを光ファイバーによって検出器手段まで光導波することが可能となるようにし、前記修正された特性分布を有して光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）から検出器手段（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）へと伝搬する戻りビームが、戻り光路内の戻りビームの正確な伝搬路に属さないという触針先端部の変位を示すように、
   設計されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の表面粗さ測定装置。
3. ● 前記表面粗さ測定装置が、一方の端部が前記基部を形成し、他方の端部が前記プローブヘッドを脱着可能に装着するためのソケットを含む関節付アームを有する座標測定機として設けられること、
   ● 発光手段（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、８２５、８２５’、９１１）、特に、１つ以上のレーザー光源を含む発光手段、および検出器手段（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）、特に、１つ以上の光検出器を含む検出器手段が、前記プローブヘッドの外側に設置され、特に、発光手段（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、８２５、８２５’、９１１）および検出器手段（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）が前記基部内に収容されること、ならびに
   ● 発光手段（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、８２５、８２５’、９１１）により発せられたビーム、および光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）から検出器手段（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）へと伝搬する戻りビームが、光ファイバーによって前記関節付アーム内を導波され、特に、サーキュレータ（１５０）をビームガイド装置として用いて、ビームが伝送ファイバー（１１９）からアウトカップリングされ、戻りビームが伝送ファイバー（１１９）内へインカップリングされること、または
   ● 前記表面粗さ測定装置が、
   □ 前記基部に可動であるように接続された２つの門脚（９２１、９２２）であって、ブリッジ（９２３）を支持する門脚（９２１、９２２）、
   □ 前記ブリッジに沿って可動であるＸ−キャリッジ（９２４）、および
   □ Ｘ−キャリッジ（９２４）に可動であるように接続され、前記プローブヘッドを脱着可能に装着するためのソケットを含むＺ−柱（９２５）、
   を含むブリッジ型座標測定機として設けられ、
   特に、前記ソケットが、Ｚ−柱（９２５）または前記関節付アームの他方の端部のそれぞれに対する前記プローブヘッドの回転自由度を与える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の表面粗さ測定装置。
4. 前記少なくとも２つの識別可能な光学特性が、
   ● 異なる波長もしくは波長範囲および／または
   ● 異なる偏光状態
   を有するビームの光成分によって与えられ、
   前記特性分布が、各光成分の割合または部分によって与えられる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
5. 光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）が、戻り光路の第２光ファイバーコリメータ（７２）の入射瞳面に設置されたセグメント化光学フィルター（１００、２００、３００、５００、６００）を含み、
   前記フィルター（１００、２００、３００、５００、６００）が、異なる透過率特性、好ましくは、重複しない透過率特性、の少なくとも２つのセグメント（１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、２０１、２０２、２０３、３０１、３０２、５０１、５０２、５０３）を含み、
   特に、セグメント化光学フィルター（１００、２００、３００、６００）が、電気通信のＩＴＵ標準に対応した、スペクトル範囲が１００または２００GHz、すなわちＣ帯およびＬ帯の０．８nmまたは１．６nmである、スペクトル的に重複しない透過窓を備えた色フィルター（１００、２００、３００、６００）である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
6. 光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）が、戻りビームの偏向を受光面において局所的に変化させることが可能な戻りビーム用光学屈折部材（３０３）を戻りビームの伝搬方向に対して垂直な方向に含む
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
7. 中空触針（６２、６２’、１６２）が触針長を有し、
   光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）が、触針長の変化を決定するための干渉範囲測定用の信号伝送のために設計されたセグメントを含む
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
8. 戻りビームが、ビーム分配器（１９、９９）を形成する少なくとも１つのビームスプリッター（１７、９７ａ、９７ｂ）を通過した後、光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）に導かれ、
   特に、ビーム分配器（１９、９９）が、光学エンコード部材（１００、２００、３００）とともに互いに接着されたミクロ光学部材として設けられ、
   特に、このミクロ光学部材が、捕光器（２０）、特に、障害となる非透過光の反射を低減するための黒色ガラスの吸収後面を有する捕光器を備えている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
9. 前記光学エンコード部材がセグメント化色フィルター（５００）であり、偏光選択性の透過率を有するセグメント（５０１、５０２）を備え、特に、偏光計を用いることによって偏光の異なる戻りビーム路間の位相関係を決定することを可能とする１／４波長板（５０３）を追加的に含む
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
10. ● 発光手段（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、８２５、８２５’、９１１）が、異なる波長で発光する複数のレーザー光源（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、９１１）であり、
    □ 特に、前記光学モニタリングシステムが、複数のレーザー光源（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、９１１）からの異なる波長の光をスペクトル的に合成するように、および合成された光をマルチプレクサから出る第１光ファイバー１１７内へカップリングするように設計されたマルチプレクサ（１２０、７２０、８２０）を追加的に備え、
    ● 検出器手段（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）が、前記異なる波長にセンシティブである複数の検出器（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）によって形成されており、
    □ 特に、前記光学モニタリングシステムが、戻りビームの光を異なる波長のビーム部分へスペクトル的に分離し、複数の検出器（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）により検出するように設計されたデマルチプレクサ（１３０、７２０、８２０、８３０、８３０’）を追加的に備えている
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
11. 前記発光手段が、特に、約１０nmの帯幅の発光帯を有する、スーパールミネッセント発光ダイオード（８２５、８２５’）であって、
    そのスペクトル光が、戻りビームにおいて、光学エンコード部材（１００、２００、３００、６００）によって波長の異なる複数のパーシャルビームへと分離され、検出器手段（１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、５４１、５４２、５４３、５４４、８４１、８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、９４１）へと供給される
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
12. 発光手段（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、８２５、８２５’、９１１）が、異なる波長で発光し、フーリエスペクトルにおける複数の周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４）に対応する異なる周波数で変調された複数のレーザー光源（１１１、１１２、１１３、１１４、８１１、８１２、８１３、８１４、９１１）であり、
    検出器手段（１４５）が、前記識別可能な光学特性にセンシティブであり、前記個々の信号が、アナログまたはデジタル復調により分離可能である
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
13. ● 前記プローブヘッドが、被測定表面との接触測定用コネクションを確立および維持するための触覚センサー（８０）を含み、触覚センサー（８０）が、好ましくは、レトロリフレクタ（７９）を備えていること、
    または、
    ● 前記プローブヘッドが、被測定表面との接触測定用コネクションを確立および維持するための光学−触覚センサーを含み、この光学−触覚センサーが、光透過性センサー先端部、または光透過用穿孔型センサー先端部を含むこと、
    または、
    ● 前記プローブヘッドが、被測定表面との非接触測定用コネクションを確立および維持するための光学センサー（８５、８５’）を含み、光学センサー（８５、８５’）が、好ましくは、波長分割マルチプレクサ（８９）から触針先端部まで延在するシングルモードファイバー（８８）を備えていること、
    特に、
    □ 回転型アクチュエータが設けられており、触針（６２、６２’、１６２）が、この回転型アクチュエータによって搬送される触針キャリア（６１、１６１）に接続されており、好ましくはファイバーコイル（８８’ａ）を有する範囲測定ファイバー（８８’）を含むこと、または
    □ 触針（６２、６２’、１６２）を無限に回転させることを可能とするように設計された、シングルモードファイバー（８８）用の回転式光カプラ（９３）を備えており、回転式光カプラ（９３）の一部分が触針（６２、６２’、１６２）と回転可能に接続されており、回転式カプラ（９３）の他の部分が固定されている
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
14. 前記表面粗さ測定装置が３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）測定機能を備えており、
    ● 好ましくはスペクトル的に重複しない透過率特性を有する少なくとも２つのセグメント（１０５、１０６）を備えた追加されるセグメント化色フィルター（６００）、および
    ● セグメント化色フィルター（１００、２００、３００、６００）の組み合わせとともに用いるためのビームスプリッターを有するビーム分配器（９９）を含み、
    ビーム分配器（９９）は、ビーム偏位プリズム（９６ａ、９６ｂ）、ビームスプリッター（９７ａ、９７ｂ、９７ｃ）、およびセグメント化色フィルター（１００、２００、３００、６００）を含み、
    下側ビームスプリッター（９７ａ）は、Ｚ方向に可動である触針の上端部に取り付けられており、
    一方、ビーム分配器（９９）の他の部材は、触針キャリア（６１）内に収容、固定されており、
    戻りビームが、ビームスプリッター（９７ａ）によって２つの成分にスプリットされ、
    １つの成分は、セグメント化色フィルター（１００、２００、３００）を有するビームスプリッター（９７ｂ）に向けて伝搬し、
    他の成分は、プリズム（９６ｂ）を経てセグメント化色フィルター（６００）に導かれる
    ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の表面粗さ測定装置。
15. 表面粗さ測定装置用のプローブヘッドであって、
    該プローブヘッドは、被測定表面との接触または非接触測定用コネクションを確立および維持するために形成されており、触針キャリア（６１、１６１）、および触針先端部を有する中空触針（６２、６２’、１６２）を含み、
    ● 前記プローブヘッドが、表面粗さ測定装置から光ファイバーによって導波される、少なくとも２つの識別可能な光学特性を任意の特性分布で有するビームを受光する手段、および、
    前記光ファイバーからビームをアウトカップリングし、ビームを触針（６２、６２’、１６２）内で触針先端部に向けて誘導するための手段を含み、
    ビームの少なくとも一部は、前記触針先端部で反射されて、戻りビームとして戻り光路に沿って伝搬すること、
    ● 前記触針キャリアに対する前記触針先端部の変位を測定するための光学モニタリングシステムの一部として、光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）を含み、
    光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）は、触針キャリア（６１、１６１）内において戻り光路に設置され、光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）に対する戻りビームの照射位置の情報を、戻りビームの特性分布の変化へと変換するように設計されていること、および
    ● 変化した特性分布を有する戻りビームを、光ファイバー内にインカップリングして、表面粗さ測定装置内の戻りビームを光導波することを可能にするための手段を含む
    ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のプローブヘッド。
16. 触針キャリア（６１、１６１）が、下記のうち少なくとも１つをさらに含む：
    ● 伝送ファイバー（１１９）ならびに第１光ファイバー（１１７）および第２光ファイバー（１１８）に接続されたサーキュレータ（１５０）であって、
    □ 伝送ファイバー（１１９）から受光されたビームを、第１光ファイバーコリメータ（７１）に接続された第１光ファイバー（１１７）に入射させるため、および
    □ 第２光ファイバーコリメータ（７２）によって第２光ファイバー（１１８）内にインカップリングされた戻りビームを、伝送光ファイバー（１１９）内に入射させるためのサーキュレータ（１５０）；
    ● ビームスプリッター（１７、９７ａ、９７ｂ）を含むビーム分配器（１９、９９）
    ことを特徴とする、請求項１５に記載のプローブヘッド。
17. 表面粗さ測定装置のプローブヘッドのモニタリング方法であって、
    前記プローブヘッドは、触針キャリア（６１、１６１）、および触針先端部を有する中空触針（６２、６２’、１６２）を含み、
    前記モニタリング方法は、前記触針キャリアに対する前記触針先端部の変位を測定するように設計されており、
    該モニタリング方法が、
    ● 所定の特性分布により識別可能な少なくとも２つの光学特性を有するビームを、触針（６２、６２’、１６２）内で触針先端部に向けて誘導し、ビームの少なくとも一部が前記触針先端部で反射され、戻り光路に沿って戻りビームとして伝搬する工程；
    ● □ 触針キャリア（６１、１６１）内において前記戻り光路に設置された光学エンコード部材（１００、２００、３００、５００、６００）に対する戻りビームの照射位置の情報を、
    □ 前記戻りビームの特性分布の変化に変換する工程；
    ● 戻りビームの前記少なくとも２つの識別可能な光学特性を検出する工程；および
    ● 前記戻りビームの変化した特性分布に応じて、前記触針キャリアに対する前記触針先端部の変位を決定する工程を含み、
    ● 特に、前記変換工程の後、戻りビームが光ファイバーによって導波される、
    表面粗さ測定装置のプローブヘッドのモニタリング方法。
18. 前記触針キャリアに対する前記触針先端部の変位が、Ｘおよび／またはＹ方向において決定され、
    特に、
    ● 前記変換工程を行う前に、Ｚ方向における変位に応じて戻りビームを偏向させ、次に、戻りビームの変化した特性分布に応じて、Ｚ方向における触針先端部の変位も決定することによって、または
    ● 特に誘導センサーを有する電子範囲測定システムを使用することによって、
    前記触針先端部の変位が、Ｚ方向において追加的に決定される
    ことを特徴とする請求項１７に記載のモニタリング方法。

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