JP2017116493A - Confocal displacement meter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a confocal displacement meter that can reduce measurement errors.SOLUTION: Light having a plurality of wavelengths is ejected by a light projection unit 120. A plurality of parts of a measurement object S is irradiated with the light ejected by the light projection unit 120. In the light with which the measurement object S is irradiated by a light irradiation unit 1, a chromatic aberration occurs along an optical axis direction due to a lens unit 220. Further the light having the chromatic aberration is converged by the lens unit 220. Light of a wavelength reflected at the plurality of parts of a surface of the measurement object S as is focused on the plurality thereof sequentially passes through an optical fiber 314. A displacement of the measurement object S is calculated on the basis of signal intensity for each wavelength of an average signal corresponding to an average of intensity for each wavelength about the plurality of light sequentially passing through the optical fiber 314. Before the displacement of the measurement object S is calculated, out of light to be received by a light reception unit 140, a component of unnecessary light excluding the light reflected at the surface of the measurement object S as is focused on the surface thereof is removed from the average signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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。   The present invention relates to a confocal displacement meter using light having a wide wavelength band.

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。   A confocal displacement meter is known as a device that measures the displacement of the surface of a measurement object by a non-contact method. For example, Patent Document 1 describes a chromatic point sensor (CPS) system that measures a distance from a predetermined reference position to a measurement object as a displacement of the surface of the measurement object. The CPS of Patent Document 1 has two confocal optical paths. Light of a plurality of wavelengths is input to each optical path, and the light that has passed through one of the optical paths is selectively output to the measurement object.

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。   The first optical path is configured such that light of different wavelengths is focused at different distances near the surface position of the measurement target in the optical axis direction. The light that has passed through the first optical path is reflected by the surface of the measurement object. Of the reflected light, only the light focused at the position of the opening disposed in the first path as a spatial filter passes through the opening and is guided to the wavelength detector. The spectrum profile (first output spectrum profile) of the light detected by the wavelength detector includes a component indicating the measurement distance (distance-dependent profile component) and also includes a distance-independent profile component.

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。   The second optical path is configured such that light of different wavelengths is focused at substantially the same distance in the vicinity of the surface position of the measurement object. The light that has passed through the second optical path is reflected by the surface of the measurement object. Of the reflected light, only the light focused at the position of the opening disposed in the second path as a spatial filter passes through the opening and is guided to the wavelength detector. The spectral profile (second output spectral profile) of the light detected by the wavelength detector does not include a distance-dependent profile component but includes only a distance-independent profile component. The second output spectral profile is used to correct for potential measurement errors associated with distance-independent profile components for the first output spectral profile.

特開2013−130581号公報JP 2013-130581 A

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。しかしながら、共焦点変位計においては、計測対象物の表面の乱反射の影響により、表面の粗さよりも大きい度合いの計測誤差が発生する。特許文献1のCPSシステムでは、このような計測誤差を低減することができない。   In the CPS system described in Patent Document 1, reliability is improved by performing the above correction on the first output spectrum profile. Specifically, the measurement error due to the material component of the measurement object, the spectral profile component of the light source associated with the light source, or the component associated with the wavelength detector is reduced as the distance-independent profile component. However, in the confocal displacement meter, a measurement error with a degree larger than the roughness of the surface occurs due to the influence of irregular reflection on the surface of the measurement object. In the CPS system of Patent Document 1, such a measurement error cannot be reduced.

本発明の目的は、計測誤差を低減可能な共焦点変位計を提供することである。   An object of the present invention is to provide a confocal displacement meter that can reduce measurement errors.

(1)本発明に係る共焦点変位計は、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する共焦点変位計であって、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1または複数のピンホールを有するピンホール部材と、計測対象物の複数の部分で反射されるとともに1または複数のピンホールを通過した複数の光について波長ごとの強度の平均に対応する平均信号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、変位計測部は、計測対象物の変位を算出する前に、平均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第1の補正処理を行う。   (1) A confocal displacement meter according to the present invention is a confocal displacement meter that measures a displacement of a measurement object using a confocal optical system, and a light projecting unit that emits light having a plurality of wavelengths. The optical member that generates chromatic aberration along the optical axis direction in the light emitted from the light projecting unit, converges the light having chromatic aberration and irradiates the measurement object, and the measurement object is irradiated by the optical member. Among the light, a pinhole member having one or a plurality of pinholes that allows light of a wavelength reflected while being focused on the surface of the measurement object to be reflected, and one or more reflected from a plurality of portions of the measurement object A displacement measuring unit that calculates the displacement of the measurement object based on the signal intensity for each wavelength of the average signal corresponding to the average of the intensity for each wavelength for the plurality of lights that have passed through the plurality of pinholes, , The displacement of the measurement object Before leaving, performing first correction processing such that at least a portion of the undesired component corresponding to the unnecessary light is removed except for the light reflected while focusing on the surface of the measurement object from the average signal.

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により出射される。投光部により出射された光には、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。   In the confocal displacement meter, light having a plurality of wavelengths is emitted by the light projecting unit. Chromatic aberration along the optical axis direction is generated by the optical member in the light emitted from the light projecting unit. In addition, light having chromatic aberration is converged by the optical member and irradiated onto the measurement object.

光学部材により計測対象物に照射された光のうち、計測対象物の表面の複数の部分で合焦しつつ反射された波長の光がピンホール部材の1または複数のピンホールを通過する。1または複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号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。   Of the light irradiated to the measurement object by the optical member, the light having the wavelength reflected while being focused on the plurality of portions on the surface of the measurement object passes through one or more pinholes of the pinhole member. The displacement of the measurement object is calculated based on the signal intensity for each wavelength of the average signal corresponding to the average of the intensity for each wavelength for the plurality of lights that have passed through one or more pinholes.

計測対象物の表面での乱反射により、計測対象物の表面の位置とは異なる位置で合焦した光が1または複数のピンホールを通過することがある。そのような場合でも、上記の構成によれば、平均信号において1または複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度が平均される。それにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。さらに、計測対象物の変位が算出される前に、第1の補正処理が行われることにより平均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。これらの結果、共焦点変位計により計測される計測対象物の変位の誤差を低減することができる。   Due to irregular reflection on the surface of the measurement object, light focused at a position different from the position of the surface of the measurement object may pass through one or more pinholes. Even in such a case, according to said structure, the intensity | strength for every wavelength about the some light which passed the 1 or several pinhole in the average signal is averaged. As a result, a light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is canceled out. Furthermore, the first correction process is performed before the displacement of the measurement object is calculated, so that unnecessary light corresponding to unnecessary light is removed from the average signal except for the light reflected while being focused on the surface of the measurement object. At least some of the components are removed. As a result, it is possible to reduce the displacement error of the measurement object measured by the confocal displacement meter.

(2)共焦点変位計は、処理装置と、ヘッド部と、処理装置とヘッド部とをつなぐ光ファイバとをさらに備え、処理装置は、変位計測部の一部および投光部を含むとともに変位計測部の一部および投光部を収容する第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の筐体をさらに含み、光ファイバは、投光部により出射された光を光学部材へ導き、光ファイバの少なくとも一部は、変位計測部のうち第1の筐体に収容されない部分であってもよい。   (2) The confocal displacement meter further includes a processing device, a head unit, and an optical fiber connecting the processing device and the head unit, and the processing device includes a part of the displacement measuring unit and a light projecting unit and is displaced. The head unit further includes a first housing that houses a part of the measuring unit and the light projecting unit, and the head unit further includes a second housing that houses the optical member and the pinhole member. In addition, the optical fiber may guide the light emitted from the light projecting unit to the optical member, and at least a part of the optical fiber may be a portion that is not accommodated in the first housing of the displacement measuring unit.

この場合、投光部および変位計測部の一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光ファイバを介して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。これにより、計測対象物の変位をより容易に計測することができる。   In this case, the processing device including a part of the light projecting unit and the displacement measuring unit and the head unit including the optical member and the pinhole member are separately provided via the optical fiber. Therefore, it becomes easy to use a head unit including an optical member that generates an appropriate chromatic aberration or an optical member having an appropriate focal length according to the shape or arrangement of the measurement object. Thereby, the displacement of a measurement object can be measured more easily.

(3)光ファイバの一端は第1の筐体に設けられ、光ファイバの他端は、第2の筐体に設けられ、投光部は、レーザダイオードからなる光源と、光源により発生された光を集光する集光部材と、光ファイバの一端に設けられ、集光部材により集光された光の一部を吸収して複数の波長を有する光を光ファイバを通して光学部材へ出射する蛍光体とを含んでもよい。   (3) One end of the optical fiber is provided in the first housing, the other end of the optical fiber is provided in the second housing, and the light projecting unit is generated by the light source including the laser diode and the light source A light collecting member that collects light, and a fluorescent light that is provided at one end of the optical fiber and absorbs part of the light collected by the light collecting member and emits light having a plurality of wavelengths to the optical member through the optical fiber It may include the body.

この場合、光源で発生された光が集光部材により蛍光体に集光されるので、蛍光体に入射する光の光量を増加させることができる。それにより、蛍光体から発生される複数の波長を有する光の光量も増加する。   In this case, since the light generated by the light source is condensed on the phosphor by the condensing member, the amount of light incident on the phosphor can be increased. Thereby, the amount of light having a plurality of wavelengths generated from the phosphor is also increased.

また、上記の構成によれば、蛍光体が光ファイバの一端に設けられているので、複数の波長を有する光が蛍光体から光ファイバの一端に効率よく入射し、光ファイバの他端から光学部材を通して計測対象物に照射される。したがって、計測対象物上に形成される照射領域のサイズを小さくした場合でも、1または複数のピンホールを通過する光の光量が著しく低下することが防止される。その結果、照射領域のサイズを小さくすることが可能になる。   Further, according to the above configuration, since the phosphor is provided at one end of the optical fiber, light having a plurality of wavelengths efficiently enters the one end of the optical fiber from the phosphor, and is optically transmitted from the other end of the optical fiber. The measurement object is irradiated through the member. Therefore, even when the size of the irradiation region formed on the measurement object is reduced, the amount of light passing through one or a plurality of pinholes is prevented from being significantly reduced. As a result, the size of the irradiation area can be reduced.

(4)不要成分は、平均信号の波長軸上での位置が計測対象物の変位に依存しない不要ピークを含み、変位計測部は、第1の補正処理の前に、平均信号の波長軸上での不要ピークの位置に基づいて、温度に依存する平均信号の波長軸上でのシフトを補正する第2の補正処理を行ってもよい。   (4) The unnecessary component includes an unnecessary peak whose position on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the object to be measured, and the displacement measuring unit is on the wavelength axis of the average signal before the first correction processing. Based on the position of the unnecessary peak at, a second correction process for correcting the shift of the average signal depending on the temperature on the wavelength axis may be performed.

この場合、平均信号の波長軸上での不要ピークの位置は計測対象物の変位に依存せず、温度に依存して変化する。そのため、平均信号の波長軸上での不要ピークの位置は、温度の変化による平均信号の波長軸上でのシフトに対応する。したがって、平均信号の波長軸上での不要ピークの位置に基づいて、温度に依存する平均信号の波長軸上でのシフトを補正することにより、温度変化による計測結果の変動を補償することができる。   In this case, the position of the unnecessary peak on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement target but changes depending on the temperature. Therefore, the position of the unnecessary peak on the wavelength axis of the average signal corresponds to a shift on the wavelength axis of the average signal due to a change in temperature. Therefore, by correcting the shift on the wavelength axis of the average signal depending on the temperature based on the position of the unnecessary peak on the wavelength axis of the average signal, it is possible to compensate for the variation in the measurement result due to the temperature change. .

(5)不要ピークは、投光部から出射されるとともに光学部材で反射されて変位計測部に導かれる第1の不要光に対応する第1のピークを含んでもよい。   (5) The unnecessary peak may include a first peak corresponding to the first unnecessary light that is emitted from the light projecting unit and reflected by the optical member and guided to the displacement measuring unit.

この場合、第1の不要光は計測対象物には到達しないため、平均信号の波長軸上での第1のピークの位置は計測対象物の変位には依存しない。したがって、平均信号の波長軸上における第1のピークの位置に基づいて、温度に依存する平均信号の波長軸上でのシフトを補正することにより、温度変化による計測結果の変動を補償することができる。   In this case, since the first unnecessary light does not reach the measurement object, the position of the first peak on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement object. Therefore, by correcting the shift on the wavelength axis of the average signal depending on the temperature based on the position of the first peak on the wavelength axis of the average signal, it is possible to compensate for the variation in the measurement result due to the temperature change. it can.

(6)投光部は、光源と、光源により発生された光の一部を吸収して複数の波長を有する光を光学部材へ出射する蛍光体とを含み、不要ピークは、光源により発生されて蛍光体を通過しつつ光学部材へ出射される第2の不要光に対応する第2のピークを含んでもよい。   (6) The light projecting unit includes a light source and a phosphor that absorbs a part of the light generated by the light source and emits light having a plurality of wavelengths to the optical member, and the unnecessary peak is generated by the light source. The second peak corresponding to the second unnecessary light emitted to the optical member while passing through the phosphor may be included.

この場合、第2の不要光は特定の波長を有するため、平均信号の波長軸上での第2のピークの位置は計測対象物の変位には依存しない。したがって、平均信号の波長軸上における第2のピークの位置に基づいて、温度に依存する平均信号の波長軸上でのシフトを補正することにより、温度変化による計測結果の変動を補償することができる。   In this case, since the second unnecessary light has a specific wavelength, the position of the second peak on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement object. Therefore, by correcting the shift on the wavelength axis of the average signal depending on the temperature based on the position of the second peak on the wavelength axis of the average signal, it is possible to compensate for the variation in the measurement result due to the temperature change. it can.

(7)変位計測部は、1または複数のピンホールを通過した光を回折することにより分光する分光部を含み、不要ピークは、分光部で0次回折される第3の不要光に対応する第3のピークを含んでもよい。   (7) The displacement measuring unit includes a spectroscopic unit that diffracts light by diffracting light that has passed through one or a plurality of pinholes, and the unnecessary peak corresponds to third unnecessary light that is zero-order diffracted by the spectroscopic unit. A third peak may be included.

この場合、0次回折光である第3の不要光は波長に関係なく分光部により一定の方向へ導かれるため、平均信号の波長軸上での第3のピークの位置は第3の不要光の波長に依存しない。そのため、平均信号の波長軸上での第3のピークの位置は計測対象物の変位には依存しない。したがって、平均信号の波長軸上における第3のピークの位置に基づいて、温度に依存する平均信号の波長軸上でのシフトを補正することにより、温度変化による計測結果の変動を補償することができる。   In this case, the third unnecessary light, which is the 0th-order diffracted light, is guided in a certain direction by the spectroscopic unit regardless of the wavelength. Therefore, the position of the third peak on the wavelength axis of the average signal is the position of the third unnecessary light. Independent of wavelength. Therefore, the position of the third peak on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement object. Therefore, by correcting the shift on the wavelength axis of the average signal depending on the temperature based on the position of the third peak on the wavelength axis of the average signal, it is possible to compensate for the variation in the measurement result due to the temperature change. it can.

(8)不要成分は、平均信号の波長軸上での位置が計測対象物の変位に依存しない少なくとも2つの不要ピークを含み、変位計測部は、第1の補正処理の前に、平均信号の波長軸上での少なくとも2つの不要ピークの位置に基づいて、温度に依存する平均信号の波長軸上での尺度を補正する第3の補正処理を行ってもよい。   (8) The unnecessary component includes at least two unnecessary peaks whose positions on the wavelength axis of the average signal do not depend on the displacement of the measurement object, and the displacement measurement unit performs the calculation of the average signal before the first correction process. Based on the positions of at least two unnecessary peaks on the wavelength axis, a third correction process for correcting the scale on the wavelength axis of the average signal depending on the temperature may be performed.

この場合、平均信号の波長軸上での不要ピークの位置は計測対象物の変位に依存せず、温度に依存して変化する。そのため、平均信号の波長軸上での2つの不要ピークの間の間隔は、温度の変化による平均信号の波長軸上での尺度のずれに対応する。したがって、平均信号の波長軸上での2つの不要ピークの位置に基づいて、温度に依存する平均信号の波長軸上での尺度を補正することにより、温度変化による計測結果の変動を補償することができる。   In this case, the position of the unnecessary peak on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement target but changes depending on the temperature. Therefore, the interval between two unnecessary peaks on the wavelength axis of the average signal corresponds to a deviation of the scale on the wavelength axis of the average signal due to a change in temperature. Therefore, based on the positions of the two unnecessary peaks on the wavelength axis of the average signal, the variation of the measurement result due to the temperature change is compensated by correcting the scale on the wavelength axis of the average signal depending on the temperature. Can do.

(9)投光部は、光源と、光源により発生された光の一部を吸収して複数の波長を有する光を光学部材へ出射する蛍光体とを含み、変位計測部は、1または複数のピンホールを通過した光を反射しつつ分光する分光部を含み、少なくとも2つの不要ピークは、投光部から出射されるとともに光学部材で反射されて変位計測部に導かれる第1の不要光に対応する第1のピーク、光源により発生されて蛍光体を通過しつつ光学部材へ出射される第2の不要光に対応する第2のピーク、および分光部で0次回折される第3の不要光に対応する第3のピークのうち少なくとも2つのピークを含んでもよい。   (9) The light projecting unit includes a light source and a phosphor that absorbs part of the light generated by the light source and emits light having a plurality of wavelengths to the optical member, and the displacement measuring unit includes one or more displacement measuring units. The first unnecessary light that includes a spectroscopic unit that reflects and splits the light that has passed through the pinhole, is emitted from the light projecting unit, reflected by the optical member, and guided to the displacement measuring unit. The second peak corresponding to the second unnecessary light generated by the light source and emitted to the optical member while passing through the phosphor, and the third peak diffracted by the zero order in the spectroscopic unit You may include at least 2 peaks among the 3rd peaks corresponding to unnecessary light.

この場合、第1の不要光は計測対象物には到達しないため、平均信号の波長軸上での第1のピークの位置は計測対象物の変位には依存しない。第2の不要光は特定の波長を有するため、平均信号の波長軸上での第2のピークの位置は計測対象物の変位には依存しない。0次回折光である第3の不要光は波長に関係なく分光部により一定の方向へ導かれるため、平均信号の波長軸上での第3のピークの位置は第3の不要光の波長に依存しない。したがって、平均信号の波長軸上における第1〜第3のピークのうち少なくとも2つのピークの位置に基づいて、温度に依存する平均信号の波長軸上での尺度を補正することにより、温度変化による計測結果の変動を補償することができる。   In this case, since the first unnecessary light does not reach the measurement object, the position of the first peak on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement object. Since the second unnecessary light has a specific wavelength, the position of the second peak on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement object. Since the third unnecessary light that is the 0th-order diffracted light is guided in a certain direction by the spectroscopic unit regardless of the wavelength, the position of the third peak on the wavelength axis of the average signal depends on the wavelength of the third unnecessary light. do not do. Accordingly, by correcting the scale on the wavelength axis of the average signal depending on the temperature based on the positions of at least two of the first to third peaks on the wavelength axis of the average signal, Variations in measurement results can be compensated.

(10)ピンホール部材は、複数のピンホールを含み、変位計測部は、計測対象物の複数の部分で反射されるとともに複数のピンホールを通過した複数の光について波長ごとの強度の平均に対応する平均信号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してもよい。   (10) The pinhole member includes a plurality of pinholes, and the displacement measurement unit reflects the average of the intensities for each wavelength of the plurality of lights reflected by the plurality of portions of the measurement object and passed through the plurality of pinholes. The displacement of the measurement object may be calculated based on the signal intensity for each wavelength of the corresponding average signal.

この場合、簡単な構成で計測対象物の複数の部分で合焦しつつ反射される複数の光を取得することができる。   In this case, it is possible to acquire a plurality of lights reflected while focusing on a plurality of portions of the measurement object with a simple configuration.

(11)変位計測部は、複数の光取得部により取得される複数の光を合成することにより一の合成光を生成する合成部と、合成部により生成された合成光を分光する分光部と、分光部により分光された光を受光し、合成部により生成された合成光について波長ごとの強度を示す電気的な受光信号を平均信号として出力する受光部と、受光部から出力される平均信号について第1の補正処理を行うとともに補正された平均信号に基づいて計測対象物の変位を算出する算出部とをさらに含んでもよい。   (11) The displacement measurement unit includes a combining unit that generates a single combined light by combining a plurality of lights acquired by the plurality of light acquiring units, and a spectroscopic unit that splits the combined light generated by the combining unit. A light receiving unit that receives the light split by the spectroscopic unit and outputs an electric light receiving signal indicating the intensity for each wavelength of the combined light generated by the combining unit as an average signal; and an average signal output from the light receiving unit And a calculation unit that performs the first correction process and calculates the displacement of the measurement object based on the corrected average signal.

この場合、複数のピンホールをそれぞれ通過した複数の光が受光部により受光される前に合成部により合成されることにより、一の合成光が生成される。そのため、受光部から出力される波長ごとの強度を示す電気的な受光信号は、複数の光についての波長ごとの強度が積算された平均信号となる。この構成によれば、平均信号を生成するための演算を行う必要がない。これにより、計測対象物の変位を高速で効率よく算出することができる。   In this case, a plurality of light beams respectively passing through the plurality of pinholes are combined by the combining unit before being received by the light receiving unit, thereby generating one combined light. Therefore, the electrical light reception signal indicating the intensity for each wavelength output from the light receiving unit is an average signal obtained by integrating the intensity for each wavelength for a plurality of lights. According to this configuration, there is no need to perform an operation for generating an average signal. Thereby, the displacement of the measurement object can be calculated efficiently at high speed.

(12)共焦点変位計は、投光部により出射された光を計測対象物の複数の部分に順次照射する光照射部をさらに備え、光学部材は、光照射部により計測対象物に照射される光に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、ピンホール部材は、1つのピンホールを含み、1つのピンホールは、計測対象物の複数の部分で合焦しつつ反射された波長の光を順次通過させ、変位計測部は、1つのピンホールを順次通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号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してもよい。   (12) The confocal displacement meter further includes a light irradiation unit that sequentially irradiates the light emitted from the light projecting unit to a plurality of portions of the measurement target, and the optical member is irradiated to the measurement target by the light irradiation unit. The chromatic aberration is caused to converge and the light having the chromatic aberration is converged. The pinhole member includes one pinhole, and the one pinhole is reflected while being focused on a plurality of portions of the measurement object. The light of the wavelength is sequentially passed, and the displacement measuring unit is configured to detect the measurement object based on the signal intensity for each wavelength of the average signal corresponding to the average of the intensity for each wavelength for the plurality of lights sequentially passing through one pinhole. The displacement may be calculated.

この場合、簡単な構成で計測対象物の複数の部分で合焦しつつ反射される複数の光を取得することができる。   In this case, it is possible to acquire a plurality of lights reflected while focusing on a plurality of portions of the measurement object with a simple configuration.

(13)変位計測部は、1つのピンホールを順次通過した複数の光を順次分光する分光部と、分光部により順次分光された複数の光を単一の露光期間内に受光し、受光した光について波長ごとの強度を示す電気的な受光信号を平均信号として出力する受光部と、受光部から出力される平均信号について第1の補正処理を行うとともに補正された平均信号に基づいて計測対象物の変位を算出する算出部とを含んでもよい。   (13) The displacement measuring unit receives a plurality of light beams that are sequentially split through a single pinhole, and a plurality of light beams that are sequentially split by the beam splitting unit within a single exposure period. A light receiving unit that outputs an electrical light reception signal indicating the intensity for each wavelength of light as an average signal, and a measurement target based on the corrected average signal while performing a first correction process on the average signal output from the light reception unit And a calculation unit that calculates the displacement of the object.

この場合、1つのピンホールを順次通過した複数の光が単一の露光期間内に受光部により受光される。そのため、受光部から出力される波長ごとの強度を示す電気的な受光信号は、複数の光についての波長ごとの強度が積算された平均信号となる。この構成によれば、平均信号を生成するための演算を行う必要がない。これにより、計測対象物の変位を効率よく算出することができる。   In this case, a plurality of lights sequentially passing through one pinhole are received by the light receiving unit within a single exposure period. Therefore, the electrical light reception signal indicating the intensity for each wavelength output from the light receiving unit is an average signal obtained by integrating the intensity for each wavelength for a plurality of lights. According to this configuration, there is no need to perform an operation for generating an average signal. Thereby, the displacement of the measurement object can be calculated efficiently.

(14)変位計測部は、1つのピンホールを順次通過した複数の光を順次分光する分光部と、分光部により順次分光された複数の光を順次受光し、順次受光された複数の光の各々について波長ごとの強度を示す電気的な受光信号を出力する受光部と、受光部から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算することにより波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、受光部から出力される複数の受光信号または算出された平均信号について第1の補正処理を行うとともに補正された平均信号に基づいて計測対象物の変位を算出する算出部とを含んでもよい。   (14) The displacement measuring unit sequentially receives a plurality of light beams sequentially separated by the spectroscopic unit, and sequentially receives a plurality of light beams sequentially passed through one pinhole. An average signal is calculated as the signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the light receiving unit that outputs an electrical light receiving signal indicating the intensity for each wavelength and the plurality of light receiving signals output from the light receiving unit for each wavelength. And a calculation unit that performs a first correction process on the plurality of light reception signals output from the light reception unit or the calculated average signal, and calculates a displacement of the measurement object based on the corrected average signal. .

この場合、1つのピンホールを順次通過した複数の光にそれぞれ対応する複数の受光信号が受光部により出力される。受光部から出力される複数の受光信号が算出部により波長ごとに平均または積算されることにより平均信号が算出される。この構成によれば、平均信号の算出において、複数の光の強度を考慮した所望の平均または積算を行うことができる。これにより、計測対象物の変位をより正確に算出することができる。   In this case, a plurality of light receiving signals respectively corresponding to a plurality of lights sequentially passing through one pinhole are output by the light receiving unit. An average signal is calculated by averaging or integrating a plurality of received light signals output from the light receiving unit for each wavelength by the calculating unit. According to this configuration, in calculating the average signal, it is possible to perform a desired average or integration considering a plurality of light intensities. Thereby, the displacement of the measurement object can be calculated more accurately.

(15)複数の部分は、計測対象物の表面の円環状の領域上に位置し、光照射部は、光が計測対象物の表面の円環状の領域上の複数の部分に照射されるように、投光部により出射された光の光軸を計測対象物の表面に沿ってシフトさせてもよい。   (15) The plurality of portions are located on an annular region on the surface of the measurement object, and the light irradiation unit is configured to irradiate the plurality of portions on the annular region on the surface of the measurement object. In addition, the optical axis of the light emitted by the light projecting unit may be shifted along the surface of the measurement object.

この構成によれば、計測対象物の表面の直線状の領域上の複数の部分に光を照射する場合に比べて、光照射部の物理的な動作部分の負担が小さい。これにより、光照射部の寿命を長期化することができる。   According to this structure, the burden of the physical operation | movement part of a light irradiation part is small compared with the case where several parts on the linear area | region of the surface of a measurement object are irradiated. Thereby, the lifetime of a light irradiation part can be lengthened.

(16)光学部材は、凸型を有する屈折レンズと、凹型を有する回折レンズとを含み、屈折レンズおよび回折レンズは、投光部から出射される光が通過するように配置されてもよい。   (16) The optical member may include a refractive lens having a convex shape and a diffractive lens having a concave shape, and the refractive lens and the diffractive lens may be arranged so that light emitted from the light projecting unit passes therethrough.

この場合、各レンズによって発生する色収差の方向がそれぞれのレンズで同じ方向になるため、結果として光学部材の光軸上の色収差が大きくなる。それにより、共焦点変位計により計測可能な範囲を大きくすることができる。   In this case, the direction of chromatic aberration generated by each lens is the same in each lens, and as a result, chromatic aberration on the optical axis of the optical member increases. Thereby, the range which can be measured with a confocal displacement meter can be enlarged.

本発明によれば、計測対象物の計測誤差を低減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce measurement errors of a measurement object.

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。It is a schematic diagram which shows the structure of the confocal displacement meter which concerns on 1st Embodiment. 主表示部における計測結果の値の表示例である。It is an example of a display of the value of the measurement result in a main display part. 主表示部における受光信号の波形の表示例である。It is an example of a display of the waveform of the received light signal in the main display part. 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。It is a figure for demonstrating the principle of operation of the confocal displacement meter using a measurement head. 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。It is a figure which shows the relationship between the wavelength of the light received by the light-receiving part, and the intensity | strength of a received light signal. 投光部の構成を示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the structure of a light projection part. 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。It is a schematic diagram which shows an example of the unnecessary light reflected in a different part from a measurement target object. 不要な成分を含む受光波形を示す図である。It is a figure which shows the light-receiving waveform containing an unnecessary component. 受光波形の基底波形を示す図である。It is a figure which shows the base waveform of a received light waveform. 基底波形が除去された受光波形を示す図である。It is a figure which shows the light reception waveform from which the base waveform was removed. 受光部に導かれる光の経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route of the light guide | induced to a light-receiving part. 図11の受光部に導かれる光の受光波形を示す図である。It is a figure which shows the light reception waveform of the light guide | induced to the light-receiving part of FIG. 図1の共焦点変位計のより具体的な構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the more concrete structure of the confocal displacement meter of FIG. 図13の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。It is a figure for demonstrating the principle of operation of the confocal displacement meter using the measuring head of FIG. 図14の駆動部の回転時における光の光路を示す図である。It is a figure which shows the optical path of the light at the time of rotation of the drive part of FIG. 図14の計測ヘッドにより光が照射される計測対象物の領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region of the measurement target object irradiated with light by the measurement head of FIG. レンズユニットの第1〜第4の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st-4th modification of a lens unit. 投光部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a light projection part. 分光部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a spectroscopy part. 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。It is a schematic diagram which shows the structure of the confocal displacement meter which concerns on 2nd Embodiment. 図20の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。It is a figure for demonstrating the principle of operation of the confocal displacement meter using the measuring head of FIG. 図21の4個の光ファイバの配置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows arrangement | positioning of the four optical fibers of FIG. 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。It is a schematic diagram which shows the structure of the confocal displacement meter which concerns on other embodiment.

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。   Hereinafter, a confocal displacement meter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[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。
[1] First Embodiment (1) Basic Configuration of Confocal Displacement Meter FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal displacement meter according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the confocal displacement meter 500 includes a processing device 100, a measurement head 200, a light guide unit 300, a PC (personal computer) 600, a main display unit 700, and an operation unit 800. The light guide unit 300 includes a plurality of optical fibers, and optically connects the processing apparatus 100 and the measurement head 200.

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、電力供給部160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、演算処理部150および電力供給部160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。   The processing apparatus 100 includes a housing 110, a light projecting unit 120, a spectroscopic unit 130, a light receiving unit 140, an arithmetic processing unit 150, a power supply unit 160, and a sub display unit 400. The housing 110 houses the light projecting unit 120, the spectroscopic unit 130, the light receiving unit 140, the arithmetic processing unit 150, and the power supply unit 160. The sub display unit 400 includes a display such as a 7-segment display or a dot matrix display, and is attached to the housing 110. The light projecting unit 120 is configured to emit light having a wide wavelength band (for example, 500 nm to 700 nm), that is, light having a plurality of wavelengths. A detailed configuration of the light projecting unit 120 will be described later. The light emitted from the light projecting unit 120 is input to an optical fiber 311 of the light guide unit 300 described later.

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。   The spectroscopic unit 130 includes a diffraction grating 131 and a plurality (two in this example) of lenses 132 and 133. As will be described later, a part of the light emitted from the light projecting unit 120 and reflected from the surface of the measurement object S is output from the optical fiber 312 of the light guide unit 300. The light output from the optical fiber 312 passes through the lens 132, becomes substantially parallel, and enters the diffraction grating 131. In the present embodiment, the diffraction grating 131 is a reflective diffraction grating. The light incident on the diffraction grating 131 is split so as to be reflected at different angles for each wavelength, and is focused on a one-dimensional position that differs for each wavelength by passing through the lens 133.

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。   The light receiving unit 140 includes an imaging element (one-dimensional line sensor) in which a plurality of pixels are arranged one-dimensionally. The image pickup device may be a multi-segment PD (photodiode), a CCD (charge coupled device) camera, a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor, or another device. The light receiving unit 140 is arranged such that a plurality of pixels of the image sensor respectively receive light at a plurality of in-focus positions that are different for each wavelength formed by the lens 133 of the spectroscopic unit 130. Each pixel of the light receiving unit 140 outputs an analog electrical signal (hereinafter referred to as a light receiving signal) corresponding to the amount of light received. The light reception signal indicates the intensity of light received by each pixel.

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。   The arithmetic processing unit 150 includes a storage unit 151 and a control unit 152. The storage unit 151 includes, for example, a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), or a hard disk. The storage unit 151 stores a control program for controlling each component in the processing apparatus 100 and a calculation program for calculating displacement, and various data used for displacement measurement. The control unit 152 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit).

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。   The control unit 152 acquires the light reception signal output from the light receiving unit 140, measures the displacement of the measurement object S based on the calculation program and data stored in the storage unit 151, and displays the measurement result on the sub display unit 400. indicate.

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。   Here, the PC 600 is connected to the arithmetic processing unit 150. The PC 600 includes a CPU (Central Processing Unit) 601 and a memory 602. The memory 602 stores a displacement measurement program and various data used for displacement measurement.

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の変位を計測するとともに、その計測結果に関する種々の処理を行う。例えば、CPU601は、計測結果の値を表示部700に表示する。また、CPU601は、制御部152から与えられた受光信号の波形を表示部700に表示する。さらに、CPU601は、現時点よりも前の複数の時点で取得された複数の計測結果についての統計を表示部700に表示する。   The control unit 152 of the processing apparatus 100 further gives the light reception signal acquired from the light receiving unit 140 to the CPU 601 of the PC 600. The CPU 601 acquires the light reception signal given from the control unit 152, measures the displacement of the measurement object S based on the displacement measurement program and data stored in the memory 602, and performs various processes relating to the measurement result. . For example, the CPU 601 displays the measurement result value on the display unit 700. Further, the CPU 601 displays the waveform of the received light signal given from the control unit 152 on the display unit 700. Furthermore, the CPU 601 displays statistics about a plurality of measurement results acquired at a plurality of times before the current time on the display unit 700.

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、光照射部1およびレンズユニット220を含む。筐体210は、光ファイバ314、光照射部1およびレンズユニット220を収容する。   The measurement head 200 includes a housing 210 having a substantially axisymmetric shape (for example, a cylindrical shape), an optical fiber 314, the light irradiation unit 1, and a lens unit 220. The housing 210 accommodates the optical fiber 314, the light irradiation unit 1, and the lens unit 220.

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。   A fiber connector 330 of the light guide unit 300 described later is attached to one end of the housing 210. The optical fiber 314 is connected to the fiber connector 330 in the housing 210. Light is guided from the processing apparatus 100 to the optical fiber 314 through the light guide unit 300. The light guided to the optical fiber 314 is output from the optical fiber 314 in the housing 210 and guided to the lens unit 220.

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。   The lens unit 220 includes a refractive lens 221, a diffractive lens 222, and an objective lens 223. The light guided to the lens unit 220 passes through the refractive lens 221 and the diffractive lens 222 in order. As a result, chromatic aberration occurs in the light along the optical axis direction. The light in which the chromatic aberration is generated is guided to the outside of the housing 210 through the objective lens 223 and is irradiated on the measurement object S. The objective lens 223 is arranged so that light with chromatic aberration can be focused at a position near the surface of the measurement object S.

光照射部1は、例えば電動式の駆動機構を含み、計測ヘッド200から計測対象物Sに向かって照射される光の光軸をその光軸に直交する方向へシフトさせる。なお、光照射部1は、計測対象物Sに照射される光の光軸をシフトさせることができればよく、筐体210の内部に設けられなくてもよい。この場合、光照射部1は、例えば筐体210を計測対象物Sに対して相対的に移動させることが可能に構成されてもよいし、計測対象物Sを筐体210に対して相対的に移動させることが可能に構成されてもよい。   The light irradiation unit 1 includes, for example, an electric drive mechanism, and shifts the optical axis of light emitted from the measurement head 200 toward the measurement object S in a direction orthogonal to the optical axis. In addition, the light irradiation part 1 should just be able to shift the optical axis of the light irradiated to the measuring object S, and does not need to be provided in the inside of the housing | casing 210. FIG. In this case, the light irradiation unit 1 may be configured to be able to move the housing 210 relative to the measurement target S, for example, or the measurement target S relative to the housing 210. It may be configured to be movable.

本例の光照射部1には、図示しない電源ケーブルを介して処理装置100の電力供給部160から電力が供給される。そのため、光照射部1に電力を供給するための装置を筐体210に収容する必要がない。これにより、計測ヘッド200を小型化および軽量化することができる。   The light irradiation unit 1 of this example is supplied with power from the power supply unit 160 of the processing apparatus 100 via a power cable (not shown). Therefore, there is no need to accommodate a device for supplying power to the light irradiation unit 1 in the casing 210. Thereby, the measurement head 200 can be reduced in size and weight.

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は上記のように計測ヘッド200の筐体210に取り付けられる。本発明はこれに限定されず、ファイバカプラ320は処理装置100の筐体110以外の部分に設けられてもよい。また、ファイバコネクタ330は計測ヘッド200の筐体210以外の部分に設けられてもよい。   The light guide unit 300 includes a plurality (three in this example) of optical fibers 311, 312, 319, a fiber coupler 320, and a fiber connector 330. In the example of FIG. 1, the fiber coupler 320 is provided in the housing 110 of the processing apparatus 100. The fiber connector 330 is attached to the housing 210 of the measuring head 200 as described above. The present invention is not limited to this, and the fiber coupler 320 may be provided in a portion other than the casing 110 of the processing apparatus 100. Further, the fiber connector 330 may be provided in a part other than the casing 210 of the measuring head 200.

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。   The fiber coupler 320 has a so-called 1 × 2 configuration and includes three ports 321 to 323 and a main body 324. The ports 321 and 322 and the port 323 are connected to the main body 324 so as to face each other with the main body 324 interposed therebetween. Light input to at least one of the ports 321 and 322 is output from the port 323. Light input to the port 323 is output from each of the ports 321 and 322.

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。   The fiber connector 330 includes two ports 331 and 332 and a main body 333. The port 331 and the port 332 are connected to the main body 333 so as to face each other with the main body 333 interposed therebetween. Light input to the port 331 is output from the port 332, and light input to the port 332 is output from the port 331.

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。   Optical ports 311 and 312 are connected to ports 321 and 322 of the fiber coupler 320, respectively. An optical fiber 314 is connected to the port 332 of the fiber connector 330. A port 323 of the fiber coupler 320 and a port 331 of the fiber connector 330 are connected by an optical fiber 319.

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。   According to this configuration, the light emitted from the light projecting unit 120 of the processing apparatus 100 is input to the port 321 of the fiber coupler 320 through the optical fiber 311. The light input to the port 321 is output from the port 323 and input to the port 331 of the fiber connector 330 through the optical fiber 319. The light input to the port 331 is output from the port 332 and irradiated onto the measurement object S through the optical fiber 314 and the lens unit 220.

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。   A part of the light reflected by the surface of the measuring object S is input to the port 332 of the fiber connector 330 through the lens unit 220 and the optical fiber 314. The light input to the port 332 is output from the port 331 and input to the port 323 of the fiber coupler 320 through the optical fiber 319. Light input to the port 323 is output from the ports 321 and 322. The light output from the port 322 is guided to the spectroscopic unit 130 through the optical fiber 312. Thereby, a displacement measurement process is performed.

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。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。主表示部700および操作部800は、PC600に接続される。上記のように、主表示部700には、例えば変位の計測結果の値または受光信号の波形等が表示される。使用者は、操作部800を操作することにより、例えば主表示部700に表示される種々のボタンを操作すること、および変位計測に関する所望の情報を入力することができる。   The main display unit 700 includes a display device such as an organic EL (electroluminescence) panel or a liquid crystal display panel. The operation unit 800 includes a keyboard and a pointing device. The pointing device includes a mouse or a joystick. Main display unit 700 and operation unit 800 are connected to PC 600. As described above, the main display unit 700 displays, for example, the value of the displacement measurement result or the waveform of the received light signal. By operating the operation unit 800, the user can operate various buttons displayed on the main display unit 700 and input desired information regarding displacement measurement, for example.

図2は、主表示部700における計測結果の値の表示例である。図3は、主表示部700における受光信号の波形の表示例である。   FIG. 2 is a display example of values of measurement results on the main display unit 700. FIG. 3 is a display example of the waveform of the received light signal on the main display unit 700.

図2の例では、主表示部700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3の例では、主表示部700に、現時点で取得される受光信号の波形が表示されるとともに切替ボタン491が表示される。図3の受光信号の波形を示すグラフにおいては、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。   In the example of FIG. 2, a numerical value indicating the displacement measurement result is displayed on the main display unit 700 and a switching button 491 is displayed. In the example of FIG. 3, the main display unit 700 displays the waveform of the received light signal acquired at the present time, and also displays a switching button 491. In the graph showing the waveform of the light reception signal in FIG. 3, the horizontal axis indicates the wavelength of the received light, and the vertical axis indicates the intensity of the light reception signal.

使用者は、図1の操作部800を用いて図2の切替ボタン491を操作することにより、主表示部700の表示状態を図3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3の切替ボタン491を操作することにより、主表示部700の表示状態を図2の数値による計測結果の値の表示状態に切り替えることができる。   The user can switch the display state of the main display unit 700 to the display state of the received light waveform of FIG. 3 by operating the switch button 491 of FIG. 2 using the operation unit 800 of FIG. Further, the user switches the display state of the main display unit 700 to the display state of the measurement result value by the numerical value of FIG. 2 by operating the switch button 491 of FIG. 3 using the operation unit 800 of FIG. Can do.

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、変位の計測結果および受光信号を外部装置に送信することが可能である。   The PC 600 is further configured to be connectable to an external device (not shown) such as a programmable controller, and can transmit a displacement measurement result and a light reception signal to the external device.

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。   A reference range for quality determination with respect to the measurement distance of the measurement object S may be set in the PC 600. In this case, when the measurement distance is within the reference range, a determination result (for example, “OK”) indicating that the measurement object S is a non-defective product is displayed on the main display unit 700. On the other hand, when the measurement distance is outside the reference range, a determination result (for example, “NG”) indicating that the measurement object S indicates a defective product is displayed on the main display unit 700.

(2)共焦点変位計の動作原理
図4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4に示すように、光ファイバ314は、コア310aおよびクラッド310bを含む。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。
(2) Operation Principle of Confocal Displacement Meter FIG. 4 is a diagram for explaining the operation principle of the confocal displacement meter 500 using the measurement head 200. As shown in FIG. 4, the optical fiber 314 includes a core 310a and a clad 310b. The core 310a is covered with a clad 310b. The light input to one end of the core 310a is output from the other end of the core 310a. Note that the optical fibers 311, 312, and 319 of FIG. 1 have the same configuration as the optical fiber 314. The diameter of the core 310a is preferably 200 μm or less, and more preferably 50 μm or less.

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。   The light output from the optical fiber 314 passes through the refractive lens 221 and the diffractive lens 222. Thereby, chromatic aberration occurs in the light. The light in which chromatic aberration has occurred passes through the objective lens 223 and is focused at a different position for each wavelength. For example, light having a short wavelength is focused at a position close to the objective lens 223, and light having a long wavelength is focused at a position far from the objective lens 223. A range between the in-focus position P1 closest to the objective lens 223 and the in-focus position P2 farthest from the objective lens 223 is the measurement range MR. In this example, the refractive lens 221 has a convex shape, and the diffractive lens 222 has a concave shape. In this case, chromatic aberration generated in the light is increased. Thereby, the measurement range MR can be enlarged.

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。   When the surface of the measurement object S exists in the measurement range MR, the light that has passed through the objective lens 223 is irradiated on the surface of the measurement object S and then reflected by the surface over a wide range. Here, in the present embodiment, the tip portion of the optical fiber 314 functions as a spatial filter having a minute pinhole. Therefore, most of the light reflected by the surface of the measuring object S is not input to the optical fiber 314.

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。   On the other hand, light having a specific wavelength focused at the position of the surface of the measurement object S is reflected by the surface, passes through the lens unit 220, and is input to the tip portion of the core 310a of the optical fiber 314. . The wavelength of the light input to the optical fiber 314 indicates the measurement distance. Here, the measurement distance is a distance from a predetermined reference position RP to the position of the surface of the measurement object S. In this example, the reference position RP is the position of the end of the casing 210 that is closest to the measurement object S.

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。   The light input to the optical fiber 314 is guided to the processing apparatus 100 of FIG. 1, is dispersed by the diffraction grating 131 and is focused at a different position for each wavelength by the lens 133. The plurality of pixels of the light receiving unit 140 are respectively arranged at the in-focus positions of a plurality of lights that differ for each wavelength. Therefore, each pixel of the light receiving unit 140 receives light having a wavelength associated with the pixel and outputs a light reception signal.

この構成によれば、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。しかしながら、計測対象物Sの表面における光の乱反射により、計測対象物Sの表面の位置とは異なる位置で合焦すべき光が光ファイバ314に入力されることがある。この場合、処理装置100により特定される計測距離には、計測対象物Sの表面の粗さよりも大きい度合いの計測誤差が発生する。   According to this configuration, the wavelength of the received light can be specified by specifying the position of the pixel of the light receiving unit 140 that outputs the light reception signal. Further, the measurement distance can be specified by specifying the wavelength of the received light. However, light to be focused at a position different from the position of the surface of the measurement object S may be input to the optical fiber 314 due to irregular reflection of light on the surface of the measurement object S. In this case, a measurement error with a degree larger than the roughness of the surface of the measurement object S occurs at the measurement distance specified by the processing apparatus 100.

本実施の形態に係る共焦点変位計500においては、光照射部1が、計測対象物Sに向かって照射される光の光軸をその光軸に直交する方向へシフトさせる。この場合、計測対象物Sの表面の複数の領域に光が照射される。以下、計測対象物Sの表面上で計測ヘッド200から光が照射される領域を照射領域と呼ぶ。光軸がシフトされるごとに、照射領域の位置で合焦した光がレンズユニット220を通過して光ファイバ314のコア310aに入力され、受光部140により受光される。   In the confocal displacement meter 500 according to the present embodiment, the light irradiation unit 1 shifts the optical axis of the light irradiated toward the measurement object S in a direction orthogonal to the optical axis. In this case, light is irradiated to a plurality of regions on the surface of the measurement object S. Hereinafter, an area irradiated with light from the measurement head 200 on the surface of the measurement object S is referred to as an irradiation area. Each time the optical axis is shifted, the light focused at the position of the irradiation region passes through the lens unit 220 and is input to the core 310 a of the optical fiber 314 and received by the light receiving unit 140.

図5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5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8〜図10および図12においても同様である。図5ならびに後述する図8〜図10および図12の横軸は、受光部140の画素の位置に相当する。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the wavelength of the light received by the light receiving unit 140 and the intensity of the received light signal. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the wavelength of the received light, and the vertical axis indicates the intensity of the received light signal. The same applies to FIGS. 8 to 10 and FIG. 12 described later. The horizontal axis of FIG. 5 and FIGS. 8 to 10 and FIG. 12 described later corresponds to the pixel position of the light receiving unit 140.

本例では、光照射部1は、計測対象物Sの表面の互いに異なる4つの部分に光が順次照射されるように、計測ヘッド200から計測対象物Sに向かって照射される光の光軸をシフトさせる。図5においては、計測対象物Sの表面の4つの部分に光が照射されるときに光ファイバ314に入力される光に対応する受光信号の波形(以下、受光波形と呼ぶ。)W1〜W4が、点線、一点鎖線、二点鎖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のピーク波長λ1〜λ4は、計測対象物Sの表面の乱反射により互いに異なる。   In this example, the light irradiation part 1 is an optical axis of the light irradiated from the measurement head 200 toward the measurement target S so that four different parts of the surface of the measurement target S are sequentially irradiated with light. Shift. In FIG. 5, waveforms of received light signals (hereinafter referred to as received light waveforms) W <b> 1 to W <b> 4 corresponding to light input to the optical fiber 314 when light is irradiated on four portions of the surface of the measurement object S. Are indicated by a dotted line, a one-dot chain line, a two-dot chain line and a broken line, respectively. The peak wavelengths of the received light waveforms W1 to W4 (hereinafter referred to as peak wavelengths) are λ1 to λ4, respectively. Peak wavelengths λ1 to λ4 of the plurality of received light waveforms W1 to W4 are different from each other due to irregular reflection on the surface of the measurement object S.

そこで、受光部140は、計測対象物Sの表面における照射領域の複数の部分に光が照射される期間の間露光を行う。照射領域の複数の部分について光が照射された後、受光部140の各画素から全露光期間に積算された受光信号が出力される。これにより、受光部140から出力される受光信号には、強度の平均化処理が行われる。第1の実施の形態における平均化処理とは、計測対象物Sの照射領域の複数の部分により反射されてピンホールを順次通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号を生成する処理を意味する。本例では、平均化処理は積算処理である。図5においては、受光部140により出力される平均化処理後の受光波形W0が実線で示される。受光波形W0のピーク波長はλ0である。   Therefore, the light receiving unit 140 performs exposure during a period in which light is irradiated to a plurality of portions of the irradiation region on the surface of the measurement target S. After light is irradiated to a plurality of portions of the irradiation region, a light reception signal integrated over the entire exposure period is output from each pixel of the light receiving unit 140. Thereby, the received light signal output from the light receiving unit 140 is subjected to intensity averaging processing. The averaging process in the first embodiment is an average signal corresponding to the average of the intensities for each wavelength for a plurality of lights reflected by a plurality of portions of the irradiation region of the measurement object S and sequentially passing through the pinholes. Means the process of generating. In this example, the averaging process is an integration process. In FIG. 5, the light reception waveform W0 after the averaging process output from the light receiving unit 140 is indicated by a solid line. The peak wavelength of the received light waveform W0 is λ0.

このように、光学的に受光波形W0の平均化処理が行われることにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。そのため、ピーク波長λ0は、ピーク波長λ1〜λ4よりも真の計測距離に対応するピーク波長に近い。ここで、真の計測距離とは、光の乱反射が生じないときに特定されるべき計測距離である。したがって、受光波形W0のピーク波長λ0を特定することにより、計測距離をより正確に特定することができる。   In this way, by optically averaging the received light waveform W0, a light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is canceled out. Therefore, the peak wavelength λ0 is closer to the peak wavelength corresponding to the true measurement distance than the peak wavelengths λ1 to λ4. Here, the true measurement distance is a measurement distance that should be specified when light irregular reflection does not occur. Therefore, the measurement distance can be specified more accurately by specifying the peak wavelength λ0 of the received light waveform W0.

(3)投光部
図6(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6(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。
(3) Projecting Unit FIGS. 6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view showing the configuration of the projecting unit 120, respectively. As shown in FIGS. 6A and 6B, the light projecting unit 120 includes a light source 121, a phosphor 122, a ferrule 123, a lens 124, a holder 125, a filter element 126, and an element holder 127. The element holder 127 includes a light source fixing part 127A, a ferrule fixing part 127B, and a lens fixing part 127C. The light source 121, the ferrule 123, and the lens 124 are respectively fixed to the light source fixing portion 127A, the ferrule fixing portion 127B, and the lens fixing portion 127C of the element holder 127.

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。   The light source 121 is a laser diode that emits light having a single wavelength. In the present embodiment, the light source 121 emits blue or ultraviolet light having a wavelength of 450 nm or less. The phosphor 122 absorbs excitation light in the blue region or ultraviolet region and emits fluorescence in a wavelength region different from the wavelength region of the excitation light.

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。   The fluorescence emitted from the phosphor 122 of this example has a wider range of wavelengths than the excitation light. That is, the fluorescence emitted from the phosphor 122 has a plurality of wavelengths. The phosphor 122 may emit yellow region fluorescence, green region fluorescence, or red region fluorescence. The phosphor 122 may be composed of a plurality of fluorescent members.

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。   The ferrule 123 holds the end of the optical fiber 311 of the light guide unit 300 in FIG. The lens 124 is disposed between the light source 121 and the ferrule 123. One end face of an annular holder 125 is attached to the end of the ferrule 123 (optical fiber 311). The phosphor 122 is accommodated in the inner periphery of the holder 125. A filter element 126 is attached to the other end surface of the holder 125 so as to cover the phosphor 122 in the holder 125. The filter element 126 is a reflective filter that reflects light in the yellow region, green region, or red region and transmits light in the blue region or ultraviolet region.

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。   According to this configuration, the light emitted from the light source 121 passes through the lens 124 and is condensed on the phosphor 122 as excitation light. The phosphor 122 absorbs excitation light and emits fluorescence. Here, the excitation light that is transmitted without being absorbed by the phosphor 122 and the fluorescence from the phosphor 122 are mixed, thereby generating light in a wide wavelength band. In this example, in order to generate light in which excitation light and fluorescence are mixed in a desired ratio, the thickness of the phosphor 122 in the optical path direction is formed to be 10 μm to 200 μm, for example. Moreover, the density | concentration of the fluorescent substance 122 in the holder 125 is formed in 30%-60%, for example.

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。   The light generated in the light projecting unit 120 is input to the optical fiber 311 by passing through the ferrule 123. The fluorescence emitted by the phosphor 122 in the direction opposite to the optical fiber 311 is reflected by the filter element 126 in the direction of the optical fiber 311. Thereby, fluorescence can be efficiently input into the optical fiber 311.

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。   In this example, the phosphor 122 is accommodated in the holder 125, but the present invention is not limited to this. The phosphor 122 may be applied to the end face of the ferrule 123. In this case, the light projecting unit 120 does not include the holder 125. Moreover, although the light projection part 120 contains the filter element 126, this invention is not limited to this. When sufficient fluorescence is input to the optical fiber 311, the light projecting unit 120 may not include the filter element 126.

(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W0のピーク波長λ0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W0のピーク波長λ0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。
(4) Arithmetic Processing Unit In the storage unit 151 of the arithmetic processing unit 150 in FIG. 1, the conversion formula of the pixel position of the light receiving unit 140, the peak wavelength λ0 of the received light reception waveform W0, and the measurement distance is as described above. Pre-stored with the calculation program. The control unit 152 of the arithmetic processing unit 150 specifies the position of the pixel that outputs the light reception signal, and based on the position of the specified pixel and the conversion formula stored in the storage unit 151, the peak wavelength λ0 of the light reception waveform W0 and The measurement distance is sequentially calculated, and the calculated measurement distance is displayed on the sub display unit 400. Thereby, the thickness, distance, or displacement of the measuring object S can be measured. In addition, the control unit 152 performs unnecessary component removal correction, light reception waveform shift correction, and light reception waveform scale correction described below in order to calculate the measurement distance more accurately.

(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。
(A) Unnecessary component removal correction Light different from the light reflected while focusing on the surface of the measurement object S may be received by the light receiving unit 140. In the following description, light excluding light reflected by the light receiving unit 140 while being focused on the surface of the measurement object S is referred to as unnecessary light.

図7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7では、図1の光照射部1の図示は省略する。図7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W0は、計測距離を示す成分を含まずに、不要な成分を含む。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of unnecessary light reflected by a portion different from the measurement object S. 7, illustration of the light irradiation part 1 of FIG. 1 is abbreviate | omitted. In the example of FIG. 7, light directly reflected by the refractive lens 221 of the lens unit 220 (light indicated by an arrow) is input to the optical fiber 314. The received light waveform W0 corresponding to such light does not include a component indicating the measurement distance, but includes an unnecessary component.

図8は、不要な成分を含む受光波形W0を示す図である。図8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7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6)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6)により発生されるとともに蛍光体122(図6)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。   FIG. 8 is a diagram showing a received light waveform W0 including unnecessary components. The received light waveform W0 in FIG. 8 includes three peaks P0, Px, and Py. The peak P0 is generated by the light reflected while being focused on the surface of the measurement object S. The peak P0 has a steep shape, and the peak wavelength is λ0. The peak Px includes, for example, a component corresponding to unnecessary light in FIG. 7 and is generated by light reflected from a portion different from the measurement target S. The peak Px has a smooth shape, and the peak wavelength is λx. The peak Py is generated by light from the light source 121 (FIG. 6) having the oscillation wavelength λy. More specifically, the peak Py is generated by the light source 121 (FIG. 6) and guided to the surface of the measurement object S while passing through the phosphor 122 (FIG. 6). It is generated by unnecessary light reflected without being burned. The peak Py has a steep shape, and the peak wavelength is λy.

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。   The peak wavelength λx is relatively close to the peak wavelength λ0, and the width of the peak Px is wide. Therefore, the peak P0 is buried in the peak Px. In this case, it is difficult to accurately specify the peak wavelength λ0. Therefore, unnecessary component removal correction is performed to remove a portion resulting from the peak Px (hereinafter referred to as the base waveform BL) from the received light waveform W0 as an unnecessary component.

図9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9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9の基底波形BLに基づいて、図8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。   FIG. 9 is a diagram illustrating the base waveform BL of the light reception waveform W0. In the present embodiment, the control unit 152 obtains the base waveform BL of FIG. 9 by applying a low-pass filter process for identifying the peak Px and the peak P0 to the received light waveform W0. The method of acquiring the base waveform BL is not limited to the above method, and data indicating the base waveform BL may be stored in advance in the storage unit 151 of FIG. In this case, the control unit 152 corrects the light reception waveform W0 so as to remove the base waveform BL from the light reception waveform W0 of FIG. 8 based on the acquired base waveform BL of FIG.

図10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10の例では、ピーク波長λ0が図8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。   FIG. 10 is a diagram illustrating the light reception waveform W0 from which the base waveform BL is removed. In the example of FIG. 10, the peak wavelength λ0 is slightly shifted to the shorter wavelength side than the peak wavelength λ0 of FIG. Thus, by removing the base waveform BL from the received light waveform W0, the peak wavelength λ0 can be specified more accurately. As a result, the measurement distance can be calculated more accurately.

ここで、図8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4)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。   Here, the portion resulting from the peak Py of the received light waveform W0 in FIG. 8 does not affect the accurate identification of the peak wavelength λ0. Therefore, in the unnecessary component removal correction, the portion caused by the peak Py of the light reception waveform W0 may not be removed from the light reception waveform W0 or may be removed from the light reception waveform W0. When the part caused by the peak Py is close to the wavelength range corresponding to the measurement range MR (FIG. 4), it is preferable to remove the part caused by the peak Py of the received light waveform W0 from the received light waveform W0 together with the base waveform BL. .

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。   In the present embodiment, since the intensity of the excitation light emitted from the light source 121 made of a laser diode is excessively large with respect to the intensity suitable for the displacement measurement, light having a wavelength component corresponding to the excitation light is unnecessary light. It is said. Therefore, the excitation light may be used for displacement measurement as long as the intensity of the excitation light emitted from the light source 121 is within a range suitable for displacement measurement.

不要光のさらに他の例について説明する。図11は、受光部140に導かれる光の経路を示す図である。図11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11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。   Still another example of unnecessary light will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating a path of light guided to the light receiving unit 140. As shown in FIG. 11, in addition to the first-order light split by the diffraction grating 131, zero-order light that has been zero-order diffracted (regular reflection in this example) is guided to the light receiving unit 140. In FIG. 11, primary light is indicated by a solid line, and zero-order light is indicated by a one-dot chain line.

図12は、図11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12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8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。   FIG. 12 is a diagram showing a light reception waveform W0 of light guided to the light receiving unit 140 of FIG. As shown in FIG. 12, the received light waveform W0 includes a portion corresponding to the primary light and a portion corresponding to the zero-order light. Similar to the light reception waveform W0 of FIG. 8, the portion of the light reception waveform W0 corresponding to the primary light includes three peaks P0, Px, and Py. The portion of the received light waveform W0 corresponding to the 0th order light includes one peak Pz.

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4)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12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。   The zero-order light is reflected in a certain direction by the diffraction grating 131 regardless of the wavelength. The diffraction grating 131 is arranged so that zero-order light is not received by pixels corresponding to the measurement range MR (FIG. 4). Therefore, the 0th order light is not used for calculation of the measurement distance. As shown in FIG. 12, when the received light waveform W0 includes a zero-order light component as unnecessary light, in the unnecessary component removal correction, the portion caused by the peak Pz of the received light waveform W0 is not removed from the received light waveform W0. Alternatively, it may be removed from the received light waveform W0.

(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7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11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。
(B) Light reception waveform shift correction and light reception waveform scale correction In the following description, as described in the example of FIG. 7, the light is emitted from the light projecting unit 120 and reflected by the lens unit 220 to be received by the light receiving unit 140. The unnecessary light is referred to as first unnecessary light. Further, unnecessary light generated by the light source 121 and guided to the surface of the measurement object S while passing through the phosphor 122 and reflected by the light reception unit 140 without being focused on the surface of the measurement object S. This is called second unnecessary light. Furthermore, as described in the example of FIG. 11, the 0th-order light generated by the diffraction grating 131 and received by the light receiving unit 140 is referred to as third unnecessary light.

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。   As described above, light having a specific wavelength is received by the pixels of the light receiving unit 140 associated with the wavelength. However, due to a change in the position of the light receiving surface of the light receiving unit 140 or a change in the tilt of the light receiving surface due to a change in ambient temperature, light having a specific wavelength may be received by a pixel different from the pixels associated in advance. is there. In this case, the measurement distance cannot be accurately calculated because the measurement result varies with the temperature change. Therefore, light reception waveform shift correction and light reception waveform scale correction described below are performed. The received light waveform shift correction is a process for correcting a shift on the wavelength axis of the received light waveform W0 depending on temperature. The received light waveform scale correction is a process of correcting the scale on the wavelength axis of the received light waveform W0 depending on temperature.

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12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。   For example, as shown in FIG. 12, the received light waveform W0 when measuring the displacement of the measuring object S includes peaks P0 depending on the displacement of the measuring object S and peaks corresponding to the first to third unnecessary lights, respectively. Px, Py, Pz are included.

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。   The peak Px does not depend on the displacement of the measurement target S because the first unnecessary light does not reach the measurement target S. The peak Py does not depend on the displacement of the measurement object S because the second unnecessary light has the oscillation wavelength λy of the light source 121. The peak Pz does not depend on the displacement of the measurement target S because the third unnecessary light is received by a specific pixel of the light receiving unit 140 regardless of the wavelength. In the light reception waveform shift correction, at least one of the three peaks Px, Py, and Pz is used. In the light reception waveform scale correction, at least two of the three peaks Px, Py, and Pz are used.

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12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。   In order to perform the light reception waveform shift correction, the storage unit 151 in FIG. 1 stores in advance a wavelength at which at least one peak center among the peaks Px, Py, and Pz should appear as a reference wavelength. The control unit 152 identifies the wavelengths of the peaks Px to Pz corresponding to the reference wavelength stored in the storage unit 151. The control unit 152 calculates the shift amount on the wavelength axis of the received light waveform W0 by comparing the wavelengths of the specified peaks Px to Pz and the reference wavelength, and the wavelength of the received light waveform W0 based on the calculated shift amount. Correct the shift on the axis. In FIG. 12, the light reception waveform W0 after the shift of the light reception waveform W0 on the wavelength axis is corrected is indicated by a dotted line.

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。   In order to perform the light reception waveform scale correction, the storage unit 151 stores in advance a wavelength interval at which the centers of at least two peaks Px, Py, and Pz should appear as a reference interval. The control unit 152 identifies the interval between the peaks Px to Pz corresponding to the reference interval stored in the storage unit 151. The control unit 152 calculates the deviation of the scale on the wavelength axis of the received light waveform W0 by comparing the interval between the specified peaks Px to Pz and the reference interval, and based on the calculated deviation of the scale, the received light waveform W0. Correct the scale on the wavelength axis.

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。   As the correction related to the temperature characteristics of the light receiving unit 140, only one of the light reception waveform shift correction and the light reception waveform scale correction may be performed, or both may be performed. The light reception waveform shift correction and the light reception waveform scale correction are performed before the unnecessary component removal correction. By specifying the peak P0 of the light reception waveform W0 after the light reception waveform shift correction and the light reception waveform scale correction are performed, the measurement distance can be calculated more accurately.

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を計測することができる。   The received light signal subjected to the unnecessary component removal correction, the received light waveform shift correction, and the received light waveform scale correction in the control unit 152 is given to the PC 600. In this case, the CPU 601 can measure the displacement based on the appropriately received light signal.

(5)効果
本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により出射される。投光部120により出射された光は、計測ヘッド200において光照射部1により計測対象物Sの複数の部分に順次照射される。光照射部1により計測対象物Sに照射される光には、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により収束される。
(5) Effect In the confocal displacement meter 500 according to the present embodiment, light having a plurality of wavelengths is emitted by the light projecting unit 120. The light emitted from the light projecting unit 120 is sequentially irradiated onto a plurality of portions of the measurement object S by the light irradiation unit 1 in the measurement head 200. Chromatic aberration along the optical axis direction is generated by the lens unit 220 in the light irradiated onto the measurement object S by the light irradiation unit 1. The light having chromatic aberration is converged by the lens unit 220.

計測対象物Sの表面の複数の部分で合焦しつつ反射された波長の光が光ファイバ314のコア310aを順次通過する。光ファイバ314を順次通過した複数の光は、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に順次導かれ、分光される。分光部130により分光された複数の光は、計測対象物Sの表面の複数の部分にそれぞれ光が照射される期間に受光部140により受光される。そのため、受光部140から出力される波長ごとの受光量を示す電気的な受光信号は、複数の部分にそれぞれ対応する複数の光についての波長ごとの強度が積算された平均信号となる。これにより、複数の光の平均化処理を容易に行うことができる。平均化処理後の光の強度に基づいて、制御部152により計測対象物Sの変位が算出される。   Light having a wavelength reflected while being focused on a plurality of portions on the surface of the measurement object S sequentially passes through the core 310a of the optical fiber 314. A plurality of light beams that have passed through the optical fiber 314 sequentially are sequentially guided to the spectroscopic unit 130 through the fiber connector 330, the optical fiber 319, the fiber coupler 320, and the optical fiber 312, and are dispersed. The plurality of lights dispersed by the spectroscopic unit 130 are received by the light receiving unit 140 during a period in which the plurality of portions on the surface of the measurement target S are irradiated with light. Therefore, the electrical light reception signal indicating the light reception amount for each wavelength output from the light receiving unit 140 is an average signal obtained by integrating the intensities for each wavelength for a plurality of lights respectively corresponding to the plurality of portions. Thereby, the averaging process of a plurality of lights can be easily performed. Based on the light intensity after the averaging process, the controller 152 calculates the displacement of the measurement object S.

計測対象物Sの表面での乱反射により、計測対象物Sの表面の位置とは異なる位置で合焦した光が光ファイバ314を通過することがある。そのような場合でも、上記の構成によれば、平均化処理において光ファイバ314を通過した複数の光についての波長ごとの強度が平均される。それにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。さらに、上記の構成においては、計測対象物Sの変位が算出される前に、不要成分除去補正により受光波形W0から少なくとも基底波形BLを含む不要光の成分が除去される。これらの結果、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。   Due to irregular reflection on the surface of the measurement object S, light focused at a position different from the position of the surface of the measurement object S may pass through the optical fiber 314. Even in such a case, according to said structure, the intensity | strength for every wavelength about the some light which passed the optical fiber 314 in the averaging process is averaged. As a result, a light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is canceled out. Further, in the above configuration, before calculating the displacement of the measurement object S, unnecessary light components including at least the base waveform BL are removed from the received light waveform W0 by unnecessary component removal correction. As a result, the displacement error of the measurement object S measured by the confocal displacement meter 500 can be reduced.

また、上記の構成においては、不要成分除去補正の前に受光波形シフト補正が行われる。受光波形シフト補正として、計測対象物Sの変位に依存しない第1〜第3の不要光にそれぞれ対応するピークPx,Py,Pzのうち少なくとも1つのピークに基づいて温度に依存する受光波形W0の波長軸上で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。   In the above configuration, the received light waveform shift correction is performed before the unnecessary component removal correction. As the received light waveform shift correction, the received light waveform W0 that depends on the temperature based on at least one of the peaks Px, Py, and Pz corresponding to the first to third unnecessary lights that do not depend on the displacement of the measurement object S, respectively. The shift on the wavelength axis is corrected. As a result, it is possible to compensate for fluctuations in the measurement result due to the shift of the received light waveform W0 on the wavelength axis as the temperature changes.

さらに、上記の構成においては、不要成分除去補正の前に受光波形尺度補正が行われる。受光波形尺度補正として、計測対象物Sの変位に依存しない第1〜第3の不要光にそれぞれ対応するピークPx,Py,Pzのうち少なくとも2つのピークに基づいて温度に依存する受光波形W0の波長軸上での尺度が補正される。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。   Further, in the above configuration, the received light waveform scale correction is performed before the unnecessary component removal correction. As the light reception waveform scale correction, the light reception waveform W0 that depends on the temperature based on at least two of the peaks Px, Py, and Pz corresponding to the first to third unnecessary lights that do not depend on the displacement of the measurement object S, respectively. The scale on the wavelength axis is corrected. As a result, it is possible to compensate for variations in the measurement result due to a deviation of the scale on the wavelength axis of the received light waveform W0 accompanying a temperature change.

また、上記の構成においては、平均化処理を行うための演算を行う必要がないので、計測対象物Sの変位を効率よく算出することができる。   Further, in the above configuration, since it is not necessary to perform an operation for performing the averaging process, the displacement of the measuring object S can be calculated efficiently.

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。この場合、ピンホールを別個に配置する必要がない。これにより、共焦点変位計500の構成をコンパクトにすることができる。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。   In the present embodiment, the tip portion of the optical fiber 314 functions as a pinhole. In this case, it is not necessary to arrange the pinhole separately. Thereby, the structure of the confocal displacement meter 500 can be made compact. Thus, by using the clad 310b of the optical fiber 314 as a light shielding part and the core 310a as a pinhole, a confocal optical system can be realized with a simple configuration. On the other hand, if light loss can be tolerated, a light shielding member provided with a pinhole in a light shielding plate may be disposed at the end of the optical fiber 314 on the measurement head 200 side.

さらに、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。   Further, in the present embodiment, the processing apparatus 100 and the measurement head 200 are provided separately and are optically connected by the light guide unit 300. Therefore, it becomes easy to use the measurement head 200 including the lens unit 220 that generates an appropriate chromatic aberration or the lens unit 220 having an appropriate focal length according to the shape or arrangement of the measurement object S. Thereby, the displacement of the measuring object S can be measured more easily.

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。   Moreover, when the light guide unit 300 includes an optical fiber, the processing device 100 and the measurement head 200 can be arranged separately. The measuring head 200 has no heat source. Therefore, the measurement head 200 can be arranged in various environments. Further, as will be described later, by forming the exposed portion of the measurement head 200 with glass, the measurement head 200 can be arranged in more various environments.

上記のように、投光部120においては、レーザダイオードからなる光源121により出射された光の一部が蛍光体122に吸収される。それにより、蛍光体122から複数の波長を有する光が発生される。発生された光は、レンズユニット220を通して色収差が発生されつつ計測対象物Sに照射される。それにより、計測対象物Sの変位を計測するための複数の波長の光を容易に発生させることができる。   As described above, in the light projecting unit 120, a part of light emitted from the light source 121 formed of a laser diode is absorbed by the phosphor 122. Thereby, light having a plurality of wavelengths is generated from the phosphor 122. The generated light is applied to the measurement object S while generating chromatic aberration through the lens unit 220. Thereby, it is possible to easily generate light of a plurality of wavelengths for measuring the displacement of the measuring object S.

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6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。   When a laser diode is used as the light source 121, the light guide unit 300 preferably includes an optical fiber. For example, as shown in FIG. 6, when the phosphor 122 is excited by the laser light emitted from the light source 121 to generate light having a plurality of wavelengths, the light generated by using the optical fiber is efficiently used. Can be extracted well. Further, by using the optical fiber, the extracted light can be efficiently supplied to the measuring head 200.

また、投光部120においては、光源121により出射された光がレンズ124を通過することにより蛍光体122上に集光される。それにより、蛍光体122に入射する光の光量を増大させることができる。それにより、蛍光体122からレンズユニット220へ出射される複数の波長の光の光量が増加する。したがって、計測対象物Sの表面上に形成される照射領域のサイズを小さくした場合でも、光ファイバ314のコア310aを通過する光の光量が著しく低下することが防止される。したがって、照射領域のサイズを小さくすることが可能となる。   Further, in the light projecting unit 120, the light emitted from the light source 121 is condensed on the phosphor 122 by passing through the lens 124. As a result, the amount of light incident on the phosphor 122 can be increased. Thereby, the light quantity of the light of the several wavelength radiate | emitted from the fluorescent substance 122 to the lens unit 220 increases. Therefore, even when the size of the irradiation region formed on the surface of the measurement object S is reduced, the amount of light passing through the core 310a of the optical fiber 314 is prevented from being significantly reduced. Accordingly, the size of the irradiation area can be reduced.

上記のように、レンズユニット220は、凸型を有する屈折レンズ221と凹型を有する回折レンズ222を含む。また、屈折レンズ221および回折レンズ222は、光ファイバ314から出力された光が、屈折レンズ221および回折レンズ222を通過するように配置される。この場合、屈折レンズ221および回折レンズ222によって発生する色収差の方向がそれぞれのレンズで同じ方向になるため、結果としてレンズユニット220の光軸上の色収差が大きくなる。したがって、共焦点変位計500の計測範囲MRを大きくすることができる。   As described above, the lens unit 220 includes the refractive lens 221 having a convex shape and the diffractive lens 222 having a concave shape. The refractive lens 221 and the diffractive lens 222 are arranged so that the light output from the optical fiber 314 passes through the refractive lens 221 and the diffractive lens 222. In this case, the direction of chromatic aberration generated by the refractive lens 221 and the diffractive lens 222 is the same in each lens. As a result, the chromatic aberration on the optical axis of the lens unit 220 is increased. Therefore, the measurement range MR of the confocal displacement meter 500 can be increased.

(6)光照射部の具体的な構成
図13は、図1の共焦点変位計500のより具体的な構成を示す模式図である。図13の共焦点変位計500では、図1の光照射部1として計測ヘッド200の筐体210の内部に平板部材230および駆動部240が設けられる。
(6) Specific Configuration of Light Irradiation Unit FIG. 13 is a schematic diagram showing a more specific configuration of the confocal displacement meter 500 of FIG. In the confocal displacement meter 500 of FIG. 13, a flat plate member 230 and a drive unit 240 are provided inside the housing 210 of the measurement head 200 as the light irradiation unit 1 of FIG. 1.

平板部材230は、透過性を有する平板状の部材により形成される。平板部材230は、例えば平板ガラスであってもよいし、レンズ素子であってもよいし、他の素子であってもよい。駆動部240は、例えば中空モータである。駆動部240には、図示しない電源ケーブルを介して処理装置100の電力供給部160から電力が供給される。   The flat plate member 230 is formed of a flat plate member having transparency. The flat plate member 230 may be, for example, flat glass, a lens element, or another element. The drive part 240 is a hollow motor, for example. Power is supplied to the drive unit 240 from the power supply unit 160 of the processing apparatus 100 via a power cable (not shown).

図14は、図13の計測ヘッド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14に示すように、駆動部240は、円筒状の固定部241および円筒状の回転軸242を含む。回転軸242は、固定部241と同心になるように固定部241の中空部分に設けられる。   FIG. 14 is a diagram for explaining the operation principle of the confocal displacement meter 500 using the measurement head 200 of FIG. As shown in FIG. 14, the drive unit 240 includes a cylindrical fixing unit 241 and a cylindrical rotating shaft 242. The rotating shaft 242 is provided in the hollow portion of the fixed portion 241 so as to be concentric with the fixed portion 241.

光ファイバ314の端部は、例えば図示しないフェルールに挿入された状態で、回転軸242の中空部分に固定される。平板部材230は、入射面231および出射面232が光ファイバ314の光軸に直交する面に対して傾斜した状態で回転軸242に取り付けられる。光ファイバ314から光が出射された状態で、回転軸242が回転する。駆動部240の回転速度は100rpm以上が好ましく、6000rpm以上がより好ましい。駆動部240は連続的に回転するが、本発明はこれに限定されない。駆動部240は間欠的に回転してもよい。   The end portion of the optical fiber 314 is fixed to the hollow portion of the rotating shaft 242 while being inserted into a ferrule (not shown), for example. The flat plate member 230 is attached to the rotation shaft 242 in a state where the incident surface 231 and the emission surface 232 are inclined with respect to the surface orthogonal to the optical axis of the optical fiber 314. The rotating shaft 242 rotates in a state where light is emitted from the optical fiber 314. The rotational speed of the drive unit 240 is preferably 100 rpm or more, and more preferably 6000 rpm or more. The driving unit 240 rotates continuously, but the present invention is not limited to this. The drive unit 240 may rotate intermittently.

図15は、図14の駆動部240の回転時における光の光路を示す図である。図15(a)は、初期時点における光の光路を示す。図15(b)は、初期時点から一定時間が経過した時点(初期時点から駆動部240が90度回転した時点)における光の光路を示す。図15(c)は、図15(b)の時点からさらに一定時間が経過した時点(図15(b)の時点から駆動部240がさらに90度回転した時点)における光の光路を示す。   FIG. 15 is a diagram illustrating an optical path of light when the driving unit 240 in FIG. 14 is rotated. FIG. 15A shows an optical path of light at the initial time point. FIG. 15B shows an optical path of light at a time when a certain time has elapsed from the initial time (when the drive unit 240 has rotated 90 degrees from the initial time). FIG. 15C shows an optical path of light at a time when a certain time has elapsed from the time of FIG. 15B (when the drive unit 240 is further rotated 90 degrees from the time of FIG. 15B).

図15(a)〜(c)に示すように、光ファイバ314から出力された光は、光ファイバ314の光軸と略平行に平板部材230の入射面231に入射される。平板部材230の入射面231は光ファイバ314の光軸に直交する面に対して傾斜しているので、平板部材230の入射面231に入射された光は、入射角に対して傾斜した角度で平板部材230内を透過する。その後、光は、入射角と略等しい角度で平板部材230の出射面232から出射される。これにより、光の光軸をシフトさせつつ、図14のレンズユニット220を通して計測対象物Sに光を照射することができる。   As shown in FIGS. 15A to 15C, the light output from the optical fiber 314 is incident on the incident surface 231 of the flat plate member 230 substantially parallel to the optical axis of the optical fiber 314. Since the incident surface 231 of the flat plate member 230 is inclined with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the optical fiber 314, the light incident on the incident surface 231 of the flat plate member 230 is inclined at an angle with respect to the incident angle. The light passes through the flat plate member 230. Thereafter, the light is emitted from the emission surface 232 of the flat plate member 230 at an angle substantially equal to the incident angle. Thereby, it is possible to irradiate the measurement object S with light through the lens unit 220 of FIG. 14 while shifting the optical axis of the light.

図16は、図14の計測ヘッド200により光が照射される計測対象物Sの領域を示す図である。図16に示すように、計測対象物Sの表面の円環状の領域に光が照射される。このように、計測対象物Sの表面に円環状の照射領域IRが形成される。この構成によれば、計測対象物Sの表面の直線状の領域に光を照射する場合に比べて、光照射部1の物理的な動作部分の負担が小さい。これにより、平板部材230および駆動部240の寿命を長期化することができる。平板部材230の傾斜角度、厚みおよび屈折率等を選択することにより、照射領域IRの外径ODを決定することができる。本例では、外径ODは例えば250μmである。このように外径ODは微小であるため、使用者には照射領域IRは円環状ではなく1つの点として認識される。   FIG. 16 is a diagram illustrating a region of the measurement object S irradiated with light by the measurement head 200 of FIG. As shown in FIG. 16, light is irradiated to an annular region on the surface of the measurement object S. Thus, an annular irradiation region IR is formed on the surface of the measuring object S. According to this structure, compared with the case where light is irradiated to the linear area | region of the surface of the measuring object S, the burden of the physical operation | movement part of the light irradiation part 1 is small. Thereby, the lifetime of the flat plate member 230 and the drive part 240 can be prolonged. By selecting the inclination angle, thickness, refractive index, and the like of the flat plate member 230, the outer diameter OD of the irradiation region IR can be determined. In this example, the outer diameter OD is, for example, 250 μm. Thus, since the outer diameter OD is small, the user recognizes the irradiation region IR as one point instead of an annular shape.

計測対象物Sの照射領域IRで反射された光のうち、照射領域IRの位置で合焦した光がレンズユニット220および平板部材230を通過して光ファイバ314に入力され、受光部140により受光される。   Of the light reflected by the irradiation region IR of the measurement object S, the light focused at the position of the irradiation region IR passes through the lens unit 220 and the flat plate member 230 and is input to the optical fiber 314 and received by the light receiving unit 140. Is done.

駆動部240が1回転する期間のうち互いに異なる複数の時点では、計測対象物Sの互いに異なる複数の部分にそれぞれ光が照射される。それにより、複数の時点においては、例えば図5に示されるような複数の受光波形W1〜W4を取得することができる。そこで、受光部140は、駆動部240が1回転する期間の間露光を行う。なお、本例では受光部140は連続的に露光を行うが、本発明はこれに限定されない。受光部140は間欠的に露光を行ってもよい。   Light is irradiated to a plurality of different portions of the measuring object S at a plurality of different points in the period in which the drive unit 240 rotates once. Thereby, at a plurality of time points, for example, a plurality of received light waveforms W1 to W4 as shown in FIG. 5 can be acquired. Therefore, the light receiving unit 140 performs exposure during a period in which the driving unit 240 rotates once. In this example, the light receiving unit 140 continuously exposes, but the present invention is not limited to this. The light receiving unit 140 may perform exposure intermittently.

駆動部240が1回転した後、受光部140の各画素から露光期間に積算された受光信号が出力される。これにより、受光部140から出力される受光信号には、強度の平均化処理が行われる。その結果、図5の受光波形W0が得られる。したがって、受光波形W0のピーク波長λ0を特定することにより、計測距離をより正確に特定することができる。   After the drive unit 240 makes one rotation, a light reception signal integrated during the exposure period is output from each pixel of the light reception unit 140. Thereby, the received light signal output from the light receiving unit 140 is subjected to intensity averaging processing. As a result, the light reception waveform W0 of FIG. 5 is obtained. Therefore, the measurement distance can be specified more accurately by specifying the peak wavelength λ0 of the received light waveform W0.

照射領域IRの外径ODは100μm以上であることが好ましい。この場合、計測対象物Sの表面における十分に大きな領域の複数の部分で光が反射される。そのため、平均分布の信号において、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が十分に打ち消される。これにより、共焦点変位計500により計測される計測対象物Sの変位の誤差をより低減することができる。   The outer diameter OD of the irradiation region IR is preferably 100 μm or more. In this case, light is reflected at a plurality of portions in a sufficiently large region on the surface of the measurement object S. Therefore, the light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is sufficiently canceled out in the signal of the average distribution. Thereby, the error of the displacement of the measuring object S measured by the confocal displacement meter 500 can be further reduced.

また、照射領域IRの外径ODは500μm以下であることが好ましい。この場合、光照射部1により計測対象物Sに照射される光は過度に大きく広がらないので、レンズユニット220の中心付近を通過することができる。そのため、コマ収差等の測定精度を低下させる収差がほとんど発生しない。これにより、計測対象物Sの変位をより高い精度で計測することができる。   Further, the outer diameter OD of the irradiation region IR is preferably 500 μm or less. In this case, since the light irradiated to the measurement object S by the light irradiation unit 1 does not spread excessively large, it can pass near the center of the lens unit 220. Therefore, almost no aberration such as coma that lowers the measurement accuracy occurs. Thereby, the displacement of the measuring object S can be measured with higher accuracy.

上記のように、駆動部240が1回転する間の単一の露光期間に受光部140により受光される。その後、受光部140から受光信号が出力される。それにより、平均化処理を行うための演算を行う必要がないので、計測対象物Sの変位を効率よく算出することができる。   As described above, the light receiving unit 140 receives light during a single exposure period during which the drive unit 240 rotates once. Thereafter, a light reception signal is output from the light receiving unit 140. Thereby, since it is not necessary to perform an operation for performing the averaging process, the displacement of the measurement object S can be calculated efficiently.

(7)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17(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。
(7) Modified Example of Lens Unit In the present embodiment, the lens unit 220 includes the refractive lens 221 and the diffractive lens 222, but the present invention is not limited to this. The lens unit 220 may not include one or both of the refractive lens 221 and the diffractive lens 222. FIGS. 17A to 17D are views showing first to fourth modifications of the lens unit 220. FIG.

図17(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17(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。   As shown in FIG. 17A, the lens unit 220 in the first modification includes the diffractive lens 222 and the objective lens 223 without including the refractive lens 221 of FIG. As shown in FIG. 17B, the lens unit 220 in the second modified example includes the diffractive lens 222 and the objective lens 223 instead of the refractive lens 221 in FIG. 1 as in the first modified example. In the second modification, the diffractive lens 222 and the objective lens 223 are disposed in the opposite positions to the positions of the diffractive lens 222 and the objective lens 223 in the first modification.

図17(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17(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。   As shown in FIG. 17C, the lens unit 220 in the third modified example includes a doublet lens 224 instead of the diffractive lens 222 in the first modified example. As shown in FIG. 17D, the lens unit 220 in the fourth modified example includes a doublet lens 224 in place of the diffractive lens 222 in the second modified example. As described above, the lens unit 220 may be configured by, for example, a diffractive lens, a doublet lens, a GRIN (graded index) lens, a prism, or a combination thereof. According to the configuration of these lens units 220, chromatic aberration along the optical axis direction is generated in the light emitted from the light projecting unit 120, and the light having chromatic aberration is converged to irradiate the measurement object S. it can.

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。   The lens described above may be a glass lens, a resin lens, or a glass lens whose surface is coated with a resin. The glass lens has high heat resistance. The resin lens can be manufactured at low cost. A glass lens coated with a resin can be manufactured at a relatively low cost and has a relatively high heat resistance.

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。   Among the lens units 220, the lens that can be brought closest to the measuring object S is disposed, for example, in a state of being exposed to the outside. Thus, the lens exposed to the outside is preferably formed of glass. In a production line such as a factory, the measuring head 200 is disposed in an environment where moisture or oil is present. By forming the optical system of the portion exposed to the outside of the measuring head 200 from glass, the oil resistance, water resistance, and contamination resistance of the measuring head 200 can be improved.

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17(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。   For the same reason as in the above example, when the lens unit 220 has a portion exposed to the outside, the exposed portion is preferably formed of glass. If the entire lens unit 220 can be shielded from the atmosphere outside the measuring head 200, the refractive lens 221, the diffractive lens 222, the objective lens 223, or the doublet lens 224 are formed of resin instead of glass. Also good. For example, in the example of FIGS. 17A to 17D, a cover glass is provided on the lower side (measurement object S side) of the lens unit 220 in a state where the lens unit 220 is disposed in the housing 210. May be.

(8)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18は、投光部120の変形例を示す図である。図18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。
(8) Modified Example of Projecting Unit In the present embodiment, the optical axis of the light emitted from the light source 121 and the central axis of the ferrule 123 are arranged on a straight line, but the present invention is not limited to this. FIG. 18 is a diagram illustrating a modification of the light projecting unit 120. As illustrated in FIG. 18, the light projecting unit 120 in the modification includes a light source 121, a phosphor 122, a ferrule 123, lenses 124 and 128, and a reflecting member 129. The lens 124 is disposed between the light source 121 and the reflecting member 129. The lens 128 is disposed between the reflecting member 129 and the ferrule 123. The phosphor 122 is applied to the reflecting surface of the reflecting member 129.

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。   The light emitted from the light source 121 passes through the lens 124 and is condensed on the phosphor 122 applied to the reflecting member 129 as excitation light. The phosphor 122 absorbs excitation light and emits fluorescence. Here, the excitation light that is transmitted without being absorbed by the phosphor 122 and the fluorescence from the phosphor 122 are mixed, thereby generating light in a wide wavelength band. The generated light is reflected by the reflecting surface of the reflecting member 129 and guided to the ferrule 123 through the lens 128. As a result, light is input to the optical fiber 311. In this configuration, the degree of freedom of arrangement of the optical elements is increased. Therefore, it becomes easy to reduce the size of the light projecting unit 120.

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。   In order to increase the intensity of light generated by the light projecting unit 120, it is preferable to increase the amount of light emitted from the light source 121. On the other hand, when the amount of light from the light source 121 is increased, the heat generation of the phosphor 122 increases, so that the reflection efficiency of the reflecting member 129 is lowered and the emission of fluorescence from the phosphor 122 is easily saturated. Therefore, the reflection member 129 may be configured to be rotatable or movable. Thereby, the phosphor 122 is cooled and heat generation can be suppressed. As a result, the intensity of light generated by the light projecting unit 120 can be further increased.

(9)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19は、分光部130の変形例を示す図である。図19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。
(9) Modified Example of Spectroscopic Unit In the present embodiment, the diffraction grating 131 of the spectral unit 130 has a reflection type, but the present invention is not limited to this. FIG. 19 is a diagram illustrating a modification of the spectroscopic unit 130. As shown in FIG. 19, in a modification of the spectroscopic unit 130, the diffraction grating 131 has a transmission type. The light incident on the diffraction grating 131 is split so as to be transmitted at different angles for each wavelength. The light dispersed by the diffraction grating 131 passes through the lens 133 and is focused on the pixel position of the light receiving unit 140 that differs for each wavelength.

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。   In the spectroscopic unit 130 of this example, zero-order light that passes straight through the diffraction grating 131 may be generated. When the 0th-order light is received by the light receiving unit 140, the peak of the received light waveform corresponding to the 0th-order light can be used for the received light waveform shift correction and the received light waveform scale correction.

[2]第2の実施の形態
(1)共焦点変位計の基本構成および動作原理
本発明の第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20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。本実施の形態に係る共焦点変位計500は、計測ヘッド200および導光部300の構成が第1の実施の形態に係る共焦点変位計500とは異なる。
[2] Second Embodiment (1) Basic Configuration and Operating Principle of Confocal Displacement Meter Regarding the confocal displacement meter according to the second embodiment of the present invention, the confocal displacement according to the first embodiment. Differences from the total 500 will be described. FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a configuration of a confocal displacement meter according to the second embodiment. The confocal displacement meter 500 according to the present embodiment is different from the confocal displacement meter 500 according to the first embodiment in the configuration of the measurement head 200 and the light guide unit 300.

図20の計測ヘッド200は、複数(本例では4個)の光ファイバ393〜396を含む。また、導光部300は、複数(本例では4個)の光ファイバ391,392,397,398および複数(本例では2個)のファイバカプラ340,350を含む。ファイバカプラ340は処理装置100の筐体110に設けられ、ファイバカプラ350は計測ヘッド200の筐体210に設けられる。本発明はこれに限定されず、ファイバカプラ340は処理装置100の筐体110以外の部分に設けられてもよいし、ファイバカプラ350は計測ヘッド200の筐体210以外の部分に設けられてもよい。   20 includes a plurality (four in this example) of optical fibers 393-396. The light guide unit 300 includes a plurality (four in this example) of optical fibers 391, 392, 397, 398 and a plurality (two in this example) of fiber couplers 340, 350. The fiber coupler 340 is provided in the casing 110 of the processing apparatus 100, and the fiber coupler 350 is provided in the casing 210 of the measurement head 200. The present invention is not limited to this, and the fiber coupler 340 may be provided in a part other than the casing 110 of the processing apparatus 100, and the fiber coupler 350 may be provided in a part other than the casing 210 of the measuring head 200. Good.

ファイバカプラ340は、いわゆる2×2型の構成を有し、4個のポート341〜344および本体部345を含む。ポート341,342とポート343,344とは、本体部345を挟んで対向するように本体部345に接続される。ポート341,342の少なくとも1つのポートに入力された光は、ポート343,344の各々から出力される。ポート343,344の少なくとも1つのポートに入力された光は、ポート341,342の各々から出力される。   The fiber coupler 340 has a so-called 2 × 2 configuration, and includes four ports 341 to 344 and a main body 345. The ports 341 and 342 and the ports 343 and 344 are connected to the main body 345 so as to face each other with the main body 345 interposed therebetween. Light input to at least one of the ports 341 and 342 is output from each of the ports 343 and 344. Light input to at least one of the ports 343 and 344 is output from each of the ports 341 and 342.

ファイバカプラ350は、いわゆる2×4型の構成を有し、6個のポート351〜356および本体部357を含む。ポート351,352とポート353〜356とは、本体部357を挟んで対向するように本体部357に接続される。ポート351,352の少なくとも1つのポートに入力された光は、ポート353〜356の各々から出力される。ポート353〜356の少なくとも1つのポートに入力された光は、ポート351,352の各々から出力される。   The fiber coupler 350 has a so-called 2 × 4 configuration and includes six ports 351 to 356 and a main body 357. The ports 351 and 352 and the ports 353 to 356 are connected to the main body 357 so as to face each other with the main body 357 interposed therebetween. Light input to at least one of the ports 351 and 352 is output from each of the ports 353 to 356. Light input to at least one of the ports 353 to 356 is output from each of the ports 351 and 352.

ファイバカプラ340のポート341,342には、光ファイバ391,392がそれぞれ接続される。ファイバカプラ350のポート353〜356には、光ファイバ393〜396がそれぞれ接続される。ファイバカプラ340のポート343とファイバカプラ350のポート351とが光ファイバ397により接続される。ファイバカプラ340のポート344とファイバカプラ350のポート352とが光ファイバ398により接続される。   Optical fibers 391 and 392 are connected to ports 341 and 342 of the fiber coupler 340, respectively. Optical fibers 393 to 396 are connected to ports 353 to 356 of the fiber coupler 350, respectively. The port 343 of the fiber coupler 340 and the port 351 of the fiber coupler 350 are connected by an optical fiber 397. The port 344 of the fiber coupler 340 and the port 352 of the fiber coupler 350 are connected by an optical fiber 398.

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391を通してファイバカプラ340のポート341に入力される。ポート341に入力された光は、ポート343,344から出力され、光ファイバ397,398を通してファイバカプラ350のポート351,352に入力される。ポート351,352に入力された光は、ポート353〜356から出力され、光ファイバ393〜396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。   According to this configuration, the light emitted from the light projecting unit 120 of the processing apparatus 100 is input to the port 341 of the fiber coupler 340 through the optical fiber 391. The light input to the port 341 is output from the ports 343 and 344 and input to the ports 351 and 352 of the fiber coupler 350 through the optical fibers 397 and 398. The light input to the ports 351 and 352 is output from the ports 353 to 356 and is applied to the measurement object S through the optical fibers 393 to 396 and the lens unit 220.

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393〜396を通してファイバカプラ350のポート353〜356に入力される。ポート353〜356に入力された光は、ポート351,352から出力され、光ファイバ397,398を通してファイバカプラ340のポート343,344に入力される。ポート343,344に入力された光は、ポート341,342から出力される。ポート342から出力された光は、光ファイバ392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。   A part of the light reflected by the surface of the measuring object S is input to the ports 353 to 356 of the fiber coupler 350 through the lens unit 220 and the optical fibers 393 to 396. The light input to the ports 353 to 356 is output from the ports 351 and 352 and input to the ports 343 and 344 of the fiber coupler 340 through the optical fibers 397 and 398. Light input to the ports 343 and 344 is output from the ports 341 and 342. The light output from the port 342 is guided to the spectroscopic unit 130 through the optical fiber 392. Thereby, a displacement measurement process is performed.

図21は、図20の計測ヘッド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。本例の計測ヘッド200においては、処理装置100から導光部300を通して入力された光が4個の光ファイバ393〜396の各々から出力される。4個の光ファイバ393〜396からそれぞれ出力された光は、レンズユニット220を通過することにより色収差が発生されつつ計測対象物Sの表面の互いに異なる4つの部分に照射される。この場合、計測対象物Sの表面上では、4個の光ファイバ393〜396にそれぞれ対応する4つの照射領域が形成される。   FIG. 21 is a diagram for explaining the operation principle of the confocal displacement meter 500 using the measurement head 200 of FIG. In the measurement head 200 of this example, light input from the processing device 100 through the light guide unit 300 is output from each of the four optical fibers 393 to 396. The light output from each of the four optical fibers 393 to 396 passes through the lens unit 220 and is irradiated to four different portions of the surface of the measuring object S while generating chromatic aberration. In this case, four irradiation areas corresponding to the four optical fibers 393 to 396 are formed on the surface of the measuring object S, respectively.

図22は、図21の4個の光ファイバ393〜396の配置を示す断面図である。図22に示すように、本例では、4個の光ファイバ393〜396が保持部材302により束ねられた状態で一体的に保持されている。以下の説明では、4個の光ファイバ393〜396と保持部材302とを含む構成をファイバユニット301と呼ぶ。   22 is a cross-sectional view showing the arrangement of the four optical fibers 393 to 396 in FIG. As shown in FIG. 22, in this example, four optical fibers 393 to 396 are integrally held in a state of being bundled by a holding member 302. In the following description, a configuration including the four optical fibers 393 to 396 and the holding member 302 is referred to as a fiber unit 301.

各光ファイバ393〜396は、コア310aおよびクラッド310bを含む。コア310aはクラッド310bにより被覆される。光ファイバ393〜396のコア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20の光ファイバ391,392,397,398も光ファイバ393〜396と同様の構成を有する。   Each optical fiber 393-396 includes a core 310a and a cladding 310b. The core 310a is covered with a clad 310b. Light input to one end of the core 310a of the optical fibers 393 to 396 is output from the other end of the core 310a. The optical fibers 391, 392, 397, and 398 in FIG. 20 have the same configuration as the optical fibers 393 to 396.

ファイバユニット301は、その軸の中心と図21のレンズユニット220の光軸とが略一致するように配置される。この場合、ファイバユニット301の光ファイバ393〜396は、レンズユニット220の光軸に対して対称に配置されることが好ましい。図22の例においては、ファイバユニット301の中心は、光学系220の光軸上に配置され、各光ファイバ393〜396のコア310a(光軸)は、レンズユニット220の光軸に対して対称に配置される。この場合、各光ファイバ393〜396のコア310a(光軸)は、ファイバユニット301の中心、すなわちレンズユニット220の光軸から略同一距離離間する。   The fiber unit 301 is disposed so that the center of the axis substantially coincides with the optical axis of the lens unit 220 in FIG. In this case, the optical fibers 393 to 396 of the fiber unit 301 are preferably disposed symmetrically with respect to the optical axis of the lens unit 220. In the example of FIG. 22, the center of the fiber unit 301 is disposed on the optical axis of the optical system 220, and the core 310 a (optical axis) of each of the optical fibers 393 to 396 is symmetric with respect to the optical axis of the lens unit 220. Placed in. In this case, the core 310 a (optical axis) of each of the optical fibers 393 to 396 is separated from the center of the fiber unit 301, that is, the optical axis of the lens unit 220 by substantially the same distance.

このように、レンズユニット220の光軸から略等間隔離れた位置に各光ファイバ393〜396のコア310aが配置されることにより、光軸方向に沿った収差を生じさせるためのレンズユニット220の光学設計を容易に行うことができる。ここで、光軸とは、屈折レンズ221、回折レンズ222および対物レンズ223の各々の光軸が略一致している場合における当該光軸を意味するだけでなく、屈折レンズ221、回折レンズ222および対物レンズ223のいずれか1つ以上の光軸を意味してもよい。   As described above, the core 310a of each of the optical fibers 393 to 396 is disposed at a position substantially equidistant from the optical axis of the lens unit 220, so that the lens unit 220 for generating aberration along the optical axis direction. Optical design can be easily performed. Here, the optical axis not only means the optical axis when the optical axes of the refractive lens 221, the diffractive lens 222, and the objective lens 223 substantially match, but also the refractive lens 221, the diffractive lens 222, and It may mean any one or more optical axes of the objective lens 223.

図22の例では、光ファイバ393〜396は正方形の4つの角部に位置するように配置される。各コア310aの直径L1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。この場合、4個の光ファイバ393〜396は近接して配置されるので、使用者には計測対象物Sの表面の1つの部分に光が照射されているように認識される。   In the example of FIG. 22, the optical fibers 393 to 396 are arranged so as to be positioned at four corners of a square. The diameter L1 of each core 310a is preferably 200 μm or less, and more preferably 50 μm or less. In this case, since the four optical fibers 393 to 396 are arranged close to each other, the user recognizes that one portion of the surface of the measurement object S is irradiated with light.

計測対象物Sの表面の4つの部分(照射領域)で反射された光のうち、計測対象物Sの表面の位置で合焦した光が対応する光ファイバ393〜396に入力され、図20の処理装置100に導かれる。処理装置100に導かれた光は、回折格子131により分光されつつ受光部140により受光される。ここで、隣り合うコア310aの中心間の距離L2は、直径L1の3倍以上であることが好ましい。距離L2が直径L1の3倍以上である場合には、計測対象物Sの表面の一部分で合焦しつつ反射された光が当該一部分に対応する光ファイバ393〜396のピンホールを通過し、外乱光として当該一部分に対応しない他の光ファイバ393〜396のピンホールを通過することがほとんどない。   Of the light reflected by the four portions (irradiation areas) of the surface of the measurement object S, the light focused at the position of the surface of the measurement object S is input to the corresponding optical fibers 393 to 396, and is shown in FIG. Guided to the processor 100. The light guided to the processing apparatus 100 is received by the light receiving unit 140 while being dispersed by the diffraction grating 131. Here, the distance L2 between the centers of adjacent cores 310a is preferably at least three times the diameter L1. When the distance L2 is three times or more than the diameter L1, the light reflected while being focused on a part of the surface of the measurement object S passes through the pinholes of the optical fibers 393 to 396 corresponding to the part, The disturbance light hardly passes through the pinholes of the other optical fibers 393 to 396 that do not correspond to the part.

隣り合うコア310aの中心間の距離L2は、直径L1の5倍以上10倍以下であることがより好ましい。距離L2が直径L1の5倍以上10倍以下以上である場合には、計測対象物Sの表面の一部分で合焦しつつ反射された光が外乱光として当該一部分に対応しない他のピンホールを通過することがさらに抑制される。また、複数の光は大きく離間していないので、レンズユニット220の中心付近を通過することができる。そのため、コマ収差等の測定精度を低下させる収差がほとんど発生しない。本例では、直径L1は例えば50μmであり、距離L2は例えば250μmである。   More preferably, the distance L2 between the centers of adjacent cores 310a is not less than 5 times and not more than 10 times the diameter L1. When the distance L2 is not less than 5 times and not more than 10 times the diameter L1, the reflected light while focusing on a part of the surface of the measurement object S is not disturbed as another pinhole. Passing is further suppressed. Further, since the plurality of lights are not greatly separated, they can pass near the center of the lens unit 220. Therefore, almost no aberration such as coma that lowers the measurement accuracy occurs. In this example, the diameter L1 is, for example, 50 μm, and the distance L2 is, for example, 250 μm.

上記のように、計測対象物Sの4つの部分で合焦しつつ反射されて光ファイバ393〜396に入力された光は、光信号としてファイバカプラ350、光ファイバ397,398およびファイバカプラ340を通して光ファイバ392から出力されるまでの過程で混合される。その後、混合された光信号は、分光部130を経て受光部140により電気信号に変換される。すなわち、本例では、光信号の状態で平均化処理が行われる。   As described above, the light that is reflected while being focused on the four portions of the measurement object S and is input to the optical fibers 393 to 396 passes through the fiber coupler 350, the optical fibers 397 and 398, and the fiber coupler 340 as optical signals. It is mixed in the process until it is output from the optical fiber 392. Thereafter, the mixed optical signal is converted into an electric signal by the light receiving unit 140 through the spectroscopic unit 130. That is, in this example, the averaging process is performed in the state of the optical signal.

上記のように、混合されつつ光ファイバ392から出力される光信号に、強度の平均化処理が行われる。第2の実施の形態における平均化処理とは、複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均分布の信号を生成する処理を意味する。本例では、平均化処理は積算処理である。   As described above, the intensity averaging process is performed on the optical signal output from the optical fiber 392 while being mixed. The averaging process in the second embodiment means a process of generating an average distribution signal corresponding to the average intensity for each wavelength for a plurality of lights that have passed through a plurality of pinholes. In this example, the averaging process is an integration process.

それにより、計測対象物Sの4つの部分で合焦しつつ反射される光に対応する受光信号の波形が例えば図5の受光波形W1〜W4で表される場合に、演算を行うことなく図5の受光波形W0を得ることができる。したがって、受光波形W0のピーク波長λ0を特定することにより、計測距離をより正確に特定することができる。   Thereby, when the waveform of the light reception signal corresponding to the light reflected while being focused on the four portions of the measurement object S is represented by, for example, the light reception waveforms W1 to W4 in FIG. 5 received light waveforms W0 can be obtained. Therefore, the measurement distance can be specified more accurately by specifying the peak wavelength λ0 of the received light waveform W0.

(2)効果
本実施の形態に係る共焦点変位計500においては、投光部120から出射された光は、計測ヘッド200において複数の光ファイバ393〜396により計測対象物Sの複数の部分にそれぞれ照射される。計測対象物Sの複数の照射領域で合焦しつつ反射された波長の光が複数の光ファイバ393〜396を通過する。
(2) Effect In the confocal displacement meter 500 according to the present embodiment, the light emitted from the light projecting unit 120 is applied to a plurality of portions of the measurement object S by the plurality of optical fibers 393 to 396 in the measurement head 200. Each is irradiated. Light having a wavelength reflected while being focused in the plurality of irradiation regions of the measurement object S passes through the plurality of optical fibers 393 to 396.

複数の光ファイバ393〜396を通過した複数の光は、ファイバカプラ350、光ファイバ397,398、ファイバカプラ340および光ファイバ392を通して分光部130に導かれる。そのため、複数の光ファイバ393〜396を通過した複数の光が、分光部130に導かれる過程で一の光に合成される。この場合、複数の光ファイバ393〜396を通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均分布を生成するために演算を行う必要がない。したがって、複数の光の平均化処理を高速で効率よく容易に行うことができる。   The plurality of lights that have passed through the plurality of optical fibers 393 to 396 are guided to the spectroscopic unit 130 through the fiber coupler 350, the optical fibers 397 and 398, the fiber coupler 340, and the optical fiber 392. Therefore, the plurality of lights that have passed through the plurality of optical fibers 393 to 396 are combined into one light in the process of being guided to the spectroscopic unit 130. In this case, it is not necessary to perform an operation in order to generate an average distribution of intensities for each wavelength for a plurality of lights that have passed through the plurality of optical fibers 393 to 396. Therefore, the averaging process of a plurality of lights can be easily performed efficiently at high speed.

図20に示すように、ファイバカプラ340が処理装置100側に配置され、ファイバカプラ350が計測ヘッド200側に配置される。また、ファイバカプラ340,350間が2つのコア310aを有する光ファイバ397,398により接続される。この構成によれば、計測対象物Sから反射される光信号の損失を抑制しつつ、ファイバカプラ340,350の配置のための設計自由度を向上させることができる。   As shown in FIG. 20, a fiber coupler 340 is disposed on the processing apparatus 100 side, and a fiber coupler 350 is disposed on the measurement head 200 side. Further, the fiber couplers 340 and 350 are connected by optical fibers 397 and 398 having two cores 310a. According to this configuration, it is possible to improve the degree of design freedom for the arrangement of the fiber couplers 340 and 350 while suppressing the loss of the optical signal reflected from the measurement object S.

図20においては、ファイバカプラ350は、計測ヘッド200の筐体210に設けられているが、ファイバカプラ350は、筐体210と光ファイバ393〜396とのコネクタ部内に設けられていてもよい。金属等の強固な筐体(コネクタ部)の中にファイバカプラ350が配置されることにより、ファイバカプラ350を固定および保護しつつ計測ヘッド200が大型化することを防止することができる。ファイバカプラ350は、コネクタ部の近傍に設けられてもよい。   In FIG. 20, the fiber coupler 350 is provided in the housing 210 of the measuring head 200, but the fiber coupler 350 may be provided in a connector portion between the housing 210 and the optical fibers 393 to 396. By arranging the fiber coupler 350 in a strong housing (connector portion) made of metal or the like, it is possible to prevent the measuring head 200 from being enlarged while fixing and protecting the fiber coupler 350. The fiber coupler 350 may be provided in the vicinity of the connector portion.

(3)導光部の変形例
第2の実施の形態に係る導光部300は、処理装置100内の投光部120および分光部130と計測ヘッド200の光ファイバ393〜396との間で光を伝送するための構成として2×2型のファイバカプラ340、2×4型のファイバカプラ350および4個の光ファイバ391,392,397,398を含むが、本発明はこれに限定されない。
(3) Modified Example of Light Guide Unit The light guide unit 300 according to the second embodiment is provided between the light projecting unit 120 and the spectroscopic unit 130 in the processing apparatus 100 and the optical fibers 393 to 396 of the measurement head 200. The configuration for transmitting light includes a 2 × 2 type fiber coupler 340, a 2 × 4 type fiber coupler 350, and four optical fibers 391, 392, 397, and 398, but the present invention is not limited thereto.

光ファイバ391をファイバカプラ350のポート351に接続し、光ファイバ392をファイバカプラ350のポート352に接続してもよい。それにより、投光部120および分光部130と計測ヘッド200の光ファイバ393〜396との間で光を伝送させることができる。この構成によれば、図20のファイバカプラ340および光ファイバ397,398が不要になる。   The optical fiber 391 may be connected to the port 351 of the fiber coupler 350, and the optical fiber 392 may be connected to the port 352 of the fiber coupler 350. Thereby, light can be transmitted between the light projecting unit 120 and the spectroscopic unit 130 and the optical fibers 393 to 396 of the measuring head 200. According to this configuration, the fiber coupler 340 and the optical fibers 397 and 398 in FIG. 20 are not necessary.

または、第2の実施の形態に係る導光部300は、2×4型のファイバカプラ350に代えて1×2型のファイバカプラを2つ備え、それらの2つのファイバカプラが計測ヘッド200に設けられてもよい。この場合、一方のファイバカプラにおいては、1つのポートに光ファイバ397を接続し、その1つのポートに対向する2つのポートに光ファイバ393,394を接続する。また、他方のファイバカプラにおいては、1つのポートに光ファイバ398を接続し、その1つのポートに対向する2つのポートに光ファイバ395,396を接続する。それにより、投光部120および分光部130と計測ヘッド200の光ファイバ393〜396との間で光を伝送させることができる。   Alternatively, the light guide unit 300 according to the second embodiment includes two 1 × 2 type fiber couplers instead of the 2 × 4 type fiber coupler 350, and these two fiber couplers are included in the measurement head 200. It may be provided. In this case, in one fiber coupler, the optical fiber 397 is connected to one port, and the optical fibers 393 and 394 are connected to two ports opposed to the one port. In the other fiber coupler, an optical fiber 398 is connected to one port, and optical fibers 395 and 396 are connected to two ports facing the one port. Thereby, light can be transmitted between the light projecting unit 120 and the spectroscopic unit 130 and the optical fibers 393 to 396 of the measuring head 200.

または、第2の実施の形態に係る導光部300は、2×2型のファイバカプラ340および2×4型のファイバカプラ350に代えて1×2型のファイバカプラおよび1×4型のファイバカプラを備えてもよい。この場合、例えば1×2型のファイバカプラを処理装置100に設け、1×4型のファイバカプラを計測ヘッド200に設ける。また、1×2型のファイバカプラの2つのポートに光ファイバ391,392を接続し、それら2つのポートに対向する1つのポートに光ファイバ397の一端を接続する。さらに、1×4型のファイバカプラの1つのポートに光ファイバ397の他端を接続し、その1つのポートに対向する4つのポートに光ファイバ393〜396を接続する。それにより、投光部120および分光部130と計測ヘッド200の光ファイバ393〜396との間で光を伝送させることができる。この構成によれば、図20の光ファイバ398が不要になる。   Alternatively, in the light guide unit 300 according to the second embodiment, instead of the 2 × 2 type fiber coupler 340 and the 2 × 4 type fiber coupler 350, a 1 × 2 type fiber coupler and a 1 × 4 type fiber are used. A coupler may be provided. In this case, for example, a 1 × 2 type fiber coupler is provided in the processing apparatus 100, and a 1 × 4 type fiber coupler is provided in the measurement head 200. Further, the optical fibers 391 and 392 are connected to two ports of the 1 × 2 type fiber coupler, and one end of the optical fiber 397 is connected to one port opposed to the two ports. Further, the other end of the optical fiber 397 is connected to one port of the 1 × 4 type fiber coupler, and the optical fibers 393 to 396 are connected to four ports facing the one port. Thereby, light can be transmitted between the light projecting unit 120 and the spectroscopic unit 130 and the optical fibers 393 to 396 of the measuring head 200. According to this configuration, the optical fiber 398 in FIG. 20 is not necessary.

[3]他の実施の形態
(1)第1の実施の形態においては、導光部300は光ファイバを含み、光ファイバを用いて処理装置100と計測ヘッド200との間で光が伝送されるが、本発明はこれに限定されない。導光部300は光ファイバを含まず、ミラーおよびハーフミラー等の光学素子を用いて処理装置100と計測ヘッド200との間で光が伝送されてもよい。
[3] Other Embodiments (1) In the first embodiment, the light guide unit 300 includes an optical fiber, and light is transmitted between the processing apparatus 100 and the measurement head 200 using the optical fiber. However, the present invention is not limited to this. The light guide unit 300 does not include an optical fiber, and light may be transmitted between the processing apparatus 100 and the measurement head 200 using optical elements such as a mirror and a half mirror.

図23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23の計測ヘッド200は、図1および図13の光ファイバ314を有さない。また、本例の導光部300は、図1および図13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に代えて、ハーフミラー371および複数(本例では2個)の空間フィルタ372,373を含む。空間フィルタ372,373には、ピンホール372a,373aがそれぞれ形成される。   FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a configuration of a confocal displacement meter according to another embodiment. The measurement head 200 in FIG. 23 does not have the optical fiber 314 in FIGS. 1 and 13. Further, the light guide unit 300 of this example is replaced with the optical fibers 311, 312, 319, the fiber coupler 320, and the fiber connector 330 of FIGS. 1 and 13, and a half mirror 371 and a plurality (two in this example) of spaces. Filters 372 and 373 are included. Pin holes 372a and 373a are formed in the spatial filters 372 and 373, respectively.

投光部120から出射された光は、空間フィルタ372のピンホール372aを通過した後、ハーフミラー371を通過する。ハーフミラー371を通過した光は、平板部材230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。この状態で、平板部材230が図示しない駆動部240により回転される。それにより、計測対象物S上の円環状の領域に光が照射される。計測対象物Sの表面で反射された光の一部は、平板部材230およびレンズユニット220を通過し、ハーフミラー371により反射される。ハーフミラー371により反射された光は、空間フィルタ373のピンホール373aを通過して分光部130に導かれる。受光部140は、分光部130により分光された光を受光し、受光信号を出力する。   The light emitted from the light projecting unit 120 passes through the pinhole 372a of the spatial filter 372 and then passes through the half mirror 371. The light that has passed through the half mirror 371 is applied to the measurement object S through the flat plate member 230 and the lens unit 220. In this state, the flat plate member 230 is rotated by a drive unit 240 (not shown). Thereby, light is irradiated to the annular area on the measuring object S. A part of the light reflected by the surface of the measuring object S passes through the flat plate member 230 and the lens unit 220 and is reflected by the half mirror 371. The light reflected by the half mirror 371 passes through the pinhole 373 a of the spatial filter 373 and is guided to the spectroscopic unit 130. The light receiving unit 140 receives the light dispersed by the spectroscopic unit 130 and outputs a light reception signal.

演算処理部150は、受光部140により出力される受光信号に基づいて、平均化処理が行われた受光波形W0を取得する。このように、受光波形W0の平均化処理が行われることにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。受光波形W0のピーク波長λ0を特定することにより、計測距離をより正確に特定することができる。   The arithmetic processing unit 150 acquires the received light waveform W0 on which the averaging process has been performed based on the received light signal output from the light receiving unit 140. In this way, by performing the averaging process of the light reception waveform W0, a light component that causes a random measurement error due to irregular reflection is canceled out. By specifying the peak wavelength λ0 of the received light waveform W0, the measurement distance can be specified more accurately.

第2の実施の形態においても、上記の図23の例と同様に、導光部300は光ファイバを含まず、ミラーおよびハーフミラー等の光学素子を用いて処理装置100と計測ヘッド200との間で光が伝送されてもよい。なお、この場合、共焦点計測装置500には、例えば4個の光源121と、これらにそれぞれ対応する4個の空間フィルタ372および4個の空間フィルタ373が設けられる。   Also in the second embodiment, as in the example of FIG. 23 described above, the light guide unit 300 does not include an optical fiber, and an optical element such as a mirror and a half mirror is used to connect the processing device 100 and the measurement head 200. Light may be transmitted between them. In this case, the confocal measurement device 500 is provided with, for example, four light sources 121, four spatial filters 372 and four spatial filters 373 respectively corresponding thereto.

(2)第1の実施の形態においては、計測対象物Sの複数の部分に対応する受光波形の平均化処理として光学的な積算処理が行われるが、本発明はこれに限定されない。受光波形の平均化処理として、電気的な積算処理、平均処理または加重平均処理が行われてもよいし、他の処理が行われてもよい。   (2) In the first embodiment, an optical integration process is performed as an average process of received light waveforms corresponding to a plurality of portions of the measurement object S, but the present invention is not limited to this. As the received light waveform averaging process, an electrical integration process, an average process, or a weighted average process may be performed, or other processes may be performed.

例えば、受光部140は、分光部130により順次分光された複数の光を順次受光し、順次受光された複数の光の各々について受光信号を出力してもよい。この場合、制御部152は、受光部140から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算等することにより波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて計測対象物Sの変位を算出することができる。   For example, the light receiving unit 140 may sequentially receive a plurality of light beams sequentially separated by the spectroscopic unit 130 and output a light reception signal for each of the plurality of light beams sequentially received. In this case, the control unit 152 calculates an average signal as a signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the plurality of received light signals output from the light receiving unit 140 for each wavelength, and based on the calculated average signal The displacement of the measuring object S can be calculated.

あるいは、受光部140は、分光部130により順次分光された複数の光を複数の露光期間内に受光し、各露光期間内に受光した光について受光信号を出力してもよい。この場合、制御部152は、受光部140から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算等することにより波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて計測対象物Sの変位を算出することができる。これらの構成によれば、平均信号の算出において、複数の光の強度を考慮した所望の演算を行うことができる。これにより、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。   Alternatively, the light receiving unit 140 may receive a plurality of lights sequentially separated by the spectroscopic unit 130 within a plurality of exposure periods, and output a light reception signal for the light received within each exposure period. In this case, the control unit 152 calculates an average signal as a signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the plurality of received light signals output from the light receiving unit 140 for each wavelength, and based on the calculated average signal The displacement of the measuring object S can be calculated. According to these configurations, in the calculation of the average signal, it is possible to perform a desired calculation in consideration of a plurality of light intensities. Thereby, the displacement of the measuring object S can be calculated more accurately.

(3)第1の実施の形態の図13の具体例においては、平板部材230を回転させるため駆動部240として中空モータが用いられるが、本発明はこれに限定されない。駆動部240は、平板部材230を回転させることが可能であればよく、中空モータ以外のモータ、1または複数のロータおよびベルト等により構成されてもよい。   (3) In the specific example of FIG. 13 of the first embodiment, a hollow motor is used as the drive unit 240 to rotate the flat plate member 230, but the present invention is not limited to this. The drive part 240 should just be able to rotate the flat plate member 230, and may be comprised by motors other than a hollow motor, 1 or several rotor, a belt, etc. FIG.

(4)第1の実施の形態においては、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。   (4) In the first embodiment, coupling and branching of light are performed using the fiber coupler 320, but the present invention is not limited to this. The fiber coupler 320 may not be used, and light coupling and branching may be performed using a plurality of optical fibers 311, 312, and 319 in which a plurality of cores 310 a are fused together.

(5)第1の実施の形態の図13の例においては、平板部材230は光ファイバ314とレンズユニット220との間に配置されるが、本発明はこれに限定されない。平板部材230は、光路上におけるいずれの位置に配置されてもよい。   (5) In the example of FIG. 13 of the first embodiment, the flat plate member 230 is disposed between the optical fiber 314 and the lens unit 220, but the present invention is not limited to this. The flat plate member 230 may be disposed at any position on the optical path.

(6)第2の実施の形態においては、共焦点変位計500は計測対象物Sの表面の4つの部分に光が照射されるように構成されるが、本発明はこれに限定されない。共焦点変位計500は、計測対象物Sの表面の2つの部分、3つの部分または5つ以上の部分に光が照射されるように構成されてもよい。   (6) In the second embodiment, the confocal displacement meter 500 is configured so that light is applied to four portions of the surface of the measurement object S, but the present invention is not limited to this. The confocal displacement meter 500 may be configured such that light is irradiated to two parts, three parts, or five or more parts of the surface of the measurement object S.

したがって、ファイバユニット301に含まれる光ファイバの数は、2個以上であることが好ましく、4個以上であることがより好ましい。ファイバユニット301の光ファイバの数を増加させた場合、平均化処理により測定精度をより向上させることができる一方で、ファイバユニット301の外径が大型化する。そのため、要求される測定精度とファイバユニット301の外径とに応じて光ファイバの数が決定されてもよい。   Therefore, the number of optical fibers included in the fiber unit 301 is preferably 2 or more, and more preferably 4 or more. When the number of optical fibers of the fiber unit 301 is increased, the measurement accuracy can be further improved by the averaging process, while the outer diameter of the fiber unit 301 is increased. Therefore, the number of optical fibers may be determined according to the required measurement accuracy and the outer diameter of the fiber unit 301.

(7)第2の実施の形態において、ファイバユニット301は、その中心がレンズユニット220の光軸と略一致するように配置されるが、本発明はこれに限定されない。ファイバユニット301は、その中心がレンズユニット220の光軸から離間して配置されてもよい。   (7) In the second embodiment, the fiber unit 301 is arranged so that the center thereof substantially coincides with the optical axis of the lens unit 220, but the present invention is not limited to this. The center of the fiber unit 301 may be arranged away from the optical axis of the lens unit 220.

(8)第2の実施の形態において、ファイバユニット301の中心を重ならないように複数の光ファイバ313〜316が配置されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ファイバユニット301の中心に重なるように1個の光ファイバが配置され、当該光ファイバの周囲に他の複数のファイバが配置されてもよい。   (8) In the second embodiment, a plurality of optical fibers 313 to 316 are arranged so as not to overlap the center of the fiber unit 301, but the present invention is not limited to this. For example, one optical fiber may be disposed so as to overlap the center of the fiber unit 301, and a plurality of other fibers may be disposed around the optical fiber.

また、光ファイバ393,395が、図22における光ファイバ393,395の位置よりも光ファイバ393,395の配列方向に距離L2の半分だけ変位して配置されてもよい。この場合、光ファイバ393が光ファイバ394,396に接触するとともに、光ファイバ396が光ファイバ393,395に接触するように光ファイバ393〜396が配置されてもよい。   Further, the optical fibers 393 and 395 may be arranged so as to be displaced from the positions of the optical fibers 393 and 395 in FIG. 22 by half the distance L2 in the arrangement direction of the optical fibers 393 and 395. In this case, the optical fibers 393 to 396 may be arranged so that the optical fiber 393 contacts the optical fibers 394 and 396 and the optical fiber 396 contacts the optical fibers 393 and 395.

(9)第2の実施の形態においては、複数のファイバカプラ340,350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340,350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391〜398を用いて光の結合および分岐が行われてもよい。   (9) In the second embodiment, light is coupled and branched using a plurality of fiber couplers 340 and 350, but the present invention is not limited to this. The fiber couplers 340 and 350 may not be used, and light coupling and branching may be performed using a plurality of optical fibers 391 to 398 in which a plurality of cores 310a are fused together.

(10)第2の実施の形態においては、4個の光ファイバ393〜396を通過する4つの光が分光部130に導かれる過程で一の光に合成されるように導光部300が構成されるが、本発明はこれに限定されない。   (10) In the second embodiment, the light guide unit 300 is configured so that the four lights passing through the four optical fibers 393 to 396 are combined into one light in the process of being guided to the spectroscopic unit 130. However, the present invention is not limited to this.

光ファイバ393〜396を通過する4つの光が個別に分光部130に導かれるように導光部300が構成されてもよい。また、分光部130により分光された4つの光が受光部140で個別に受光されるように、分光部130および受光部140が構成されてもよい。   The light guide unit 300 may be configured such that four lights passing through the optical fibers 393 to 396 are individually guided to the spectroscopic unit 130. Further, the spectroscopic unit 130 and the light receiving unit 140 may be configured such that the four light beams separated by the spectroscopic unit 130 are individually received by the light receiving unit 140.

この場合、受光部140から4つの光にそれぞれ対応する4つの受光信号が出力される。そこで、制御部152は、受光部140から出力される4つの受光信号を波長ごとに平均または積算等することにより波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて計測対象物Sの変位を算出することができる。   In this case, four light receiving signals respectively corresponding to the four lights are output from the light receiving unit 140. Therefore, the control unit 152 calculates an average signal as the signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the four received light signals output from the light receiving unit 140 for each wavelength, and measures based on the calculated average signal. The displacement of the object S can be calculated.

分光部130により分光された4つの光を個別にかつ同時に受光する受光部140として、複数の画素が二次元状に配列された二次元ラインセンサを用いることができる。この場合、4つの光にそれぞれ対応する一次元ラインセンサとして、その二次元ラインセンサに4個の受光領域が設定される。なお、受光部140として二次元ラインセンサを用いる代わりに、4個の一次元ラインセンサを用いてもよい。また、本例では、分光部130は、4つの光の各々に対応するように4個設けられてもよい。   A two-dimensional line sensor in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged can be used as the light-receiving unit 140 that individually and simultaneously receives the four lights separated by the spectroscopic unit 130. In this case, four light receiving areas are set in the two-dimensional line sensor as one-dimensional line sensors respectively corresponding to the four lights. Instead of using a two-dimensional line sensor as the light receiving unit 140, four one-dimensional line sensors may be used. In this example, four spectroscopic sections 130 may be provided so as to correspond to each of the four lights.

(11)第2の実施の形態においては、4個の光ファイバ393〜396を通過する4つの光が分光部130に導かれる過程で一の光に合成されるように導光部300が構成されるが、本発明はこれに限定されない。   (11) In the second embodiment, the light guide unit 300 is configured such that four lights passing through the four optical fibers 393 to 396 are combined into one light in the process of being guided to the spectroscopic unit 130. However, the present invention is not limited to this.

光ファイバ393〜396を通過する4つの光が分光部130に導かれる過程で、4つの光のうち2つの光からなる一の合成光と残りの2つの光からなる他の合成光とが生成され、それらの合成光が個別に分光部130に導かれるように導光部300が構成されてもよい。また、分光部130により分光された2つの合成光が受光部140で個別に受光されるように、分光部130および受光部140が構成されてもよい。   In the process in which the four lights passing through the optical fibers 393 to 396 are guided to the spectroscopic unit 130, one combined light composed of two of the four lights and another synthesized light composed of the remaining two lights are generated. The light guide unit 300 may be configured such that the combined light is individually guided to the spectroscopic unit 130. Further, the spectroscopic unit 130 and the light receiving unit 140 may be configured such that the two combined lights separated by the spectroscopic unit 130 are individually received by the light receiving unit 140.

この場合、受光部140から2つの合成光にそれぞれ対応する2つの受光信号が出力される。そこで、制御部152は、受光部140から出力される2つの受光信号を波長ごとに平均または積算等することにより波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて計測対象物Sの変位を算出することができる。   In this case, the two light receiving signals respectively corresponding to the two combined lights are output from the light receiving unit 140. Therefore, the control unit 152 calculates an average signal as the signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the two received light signals output from the light receiving unit 140 for each wavelength, and measures based on the calculated average signal. The displacement of the object S can be calculated.

分光部130により分光された2つの合成光を個別にかつ同時に受光する受光部140として、複数の画素が二次元状に配列された二次元ラインセンサを用いることができる。この場合、2つの合成光にそれぞれ対応する一次元ラインセンサとして、その二次元ラインセンサに2つの受光領域が設定される。なお、受光部140として二次元ラインセンサを用いる代わりに、2個の一次元ラインセンサを用いてもよい。また、本例では、分光部130は、2つの合成光の各々に対応するように2個設けられてもよい。   A two-dimensional line sensor in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged can be used as the light receiving unit 140 that receives two combined lights separated by the spectroscopic unit 130 individually and simultaneously. In this case, two light receiving areas are set in the two-dimensional line sensor as one-dimensional line sensors respectively corresponding to the two combined lights. Instead of using a two-dimensional line sensor as the light receiving unit 140, two one-dimensional line sensors may be used. In this example, two spectroscopic sections 130 may be provided so as to correspond to each of the two combined lights.

(12)第2の実施の形態においては、投光部120により出射された光が同時に4個の光ファイバ393〜396に導かれるとともに、4個の光ファイバ393〜396を通過する4つの光が分光部130に同時に導かれるように導光部300が構成されるが、本発明はこれに限定されない。   (12) In the second embodiment, the light emitted from the light projecting unit 120 is simultaneously guided to the four optical fibers 393 to 396 and the four lights passing through the four optical fibers 393 to 396. Is guided to the spectroscopic unit 130 at the same time, but the present invention is not limited to this.

投光部120により出射される光が光ファイバ393〜396に順次切り替えて入力されるように、導光部300が構成されてもよい。この場合、投光部120により出射される光が光ファイバ393〜396に順次入力されることにより、計測対象物Sの表面で反射されて光ファイバ393〜396をそれぞれ通過する4つの光が順次受光部140に受光される。   The light guide unit 300 may be configured such that light emitted from the light projecting unit 120 is sequentially switched and input to the optical fibers 393 to 396. In this case, when the light emitted from the light projecting unit 120 is sequentially input to the optical fibers 393 to 396, the four lights that are reflected on the surface of the measurement object S and pass through the optical fibers 393 to 396, respectively, are sequentially generated. Light is received by the light receiving unit 140.

ここで、受光部140は、4つの光が受光部140に照射される間露光を行ってもよい。この場合、露光終了後に受光部140の各画素から露光期間に積算された受光信号が出力される。これにより、受光部140から出力される受光信号には、強度の平均化処理が行われる。したがって、制御部152は、取得される受光信号に基づいて計測対象物Sの変位を算出することができる。   Here, the light receiving unit 140 may perform exposure while the four light beams are applied to the light receiving unit 140. In this case, a light reception signal integrated during the exposure period is output from each pixel of the light receiving unit 140 after the exposure is completed. Thereby, the received light signal output from the light receiving unit 140 is subjected to intensity averaging processing. Therefore, the control unit 152 can calculate the displacement of the measurement object S based on the acquired light reception signal.

一方、受光部140は、分光部130により順次分光された複数の光を順次受光し、順次受光された4つの光の各々について受光信号を出力してもよい。この場合、制御部152は、受光部140から出力される4つの受光信号を波長ごとに平均または積算等することにより波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、算出された平均信号に基づいて計測対象物Sの変位を算出することができる。   On the other hand, the light receiving unit 140 may sequentially receive a plurality of lights sequentially separated by the spectroscopic unit 130 and output a light reception signal for each of the four lights sequentially received. In this case, the control unit 152 calculates an average signal as a signal intensity for each wavelength by averaging or integrating the four received light signals output from the light receiving unit 140 for each wavelength, and based on the calculated average signal The displacement of the measuring object S can be calculated.

(13)第1および第2の実施の形態においては、図6および図18の投光部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として単一波長の光を出射するLED(発光ダイオード)が用いられてもよいし、広い波長帯域の光を出射するLEDが用いられてもよい。光源121として白色光等の広い波長帯域の光を出射する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。   (13) In the first and second embodiments, a laser diode that emits light having a single wavelength is used as the light source 121 of the light projecting unit 120 in FIGS. 6 and 18. However, the present invention is not limited to this. Not. As the light source 121, an LED (light emitting diode) that emits light of a single wavelength may be used, or an LED that emits light of a wide wavelength band may be used. When an LED that emits light in a wide wavelength band such as white light is used as the light source 121, the phosphor 122 may be provided or the phosphor 122 may not be provided.

(14)第1および第2の実施の形態においては、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。   (14) In the first and second embodiments, the light projecting unit 120 emits light having a wavelength of 500 nm to 700 nm, but the present invention is not limited to this. The light projecting unit 120 may emit light in other wavelength bands. For example, the light projecting unit 120 may emit light in the infrared region or emit light in the ultraviolet region.

(15)第1および第2の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。   (15) In the first and second embodiments, the processing apparatus 100 and the measurement head 200 are configured as separate bodies, but the present invention is not limited to this. The processing apparatus 100 and the measurement head 200 may be integrally configured.

(16)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。   (16) In the above embodiment, the control unit 152 of the arithmetic processing unit 150 corrects the light reception signal acquired from the light receiving unit 140, measures the displacement of the measurement object S, and displays the measurement result as the sub display unit. 400. Further, the control unit 152 gives a light reception signal acquired from the light receiving unit 140 to the PC 600. On the other hand, the CPU 601 of the PC 600 executes a displacement measurement process for the measurement object S based on the displacement measurement program. The present invention is not limited to this.

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が変位計測プログラムに基づく変位計測処理および変位計測結果に関する種々の処理を実行してもよい。   For example, the PC 600 may not be provided. In this case, the main display unit 700 and the operation unit 800 may be connected to the arithmetic processing unit 150 of the processing device 100. Further, the displacement measurement program may be stored in the storage unit 151 of the arithmetic processing unit 150. Thereby, the control unit 152 may execute various processes related to the displacement measurement process and the displacement measurement result based on the displacement measurement program.

[4]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。
[4] Correspondence relationship between each constituent element of claim and each part of the embodiment Hereinafter, an example of correspondence between each constituent element of the claim and each part of the embodiment will be described. It is not limited.

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の先端部分または空間フィルタ373のピンホール373aが1のピンホールの例であり、光ファイバ393〜396の先端部分が複数のピンホールの例であり、光ファイバ314,393〜396または空間フィルタ373がピンホール部材の例である。   In the above embodiment, the measurement object S is an example of the measurement object, the confocal displacement meter 500 is an example of the confocal displacement meter, the light projecting unit 120 is an example of the light projecting unit, and the lens unit 220. Is an example of an optical member, the tip portion of the optical fiber 314 or the pinhole 373a of the spatial filter 373 is an example of one pinhole, and the tip portions of the optical fibers 393 to 396 are examples of a plurality of pinholes, The optical fibers 314, 393 to 396 or the spatial filter 373 are examples of pinhole members.

また、分光部130、受光部140、演算処理部150、導光部300およびCPU601が変位計測部の例であり、不要成分除去補正が第1の補正処理の例であり、受光波形シフト補正が第2の補正処理の例であり、受光波形尺度補正が第3の補正処理の例であり、ピークPxが第1のピークの例であり、ピークPyが第2のピークの例であり、ピークPzが第3のピークの例である。   Further, the spectroscopic unit 130, the light receiving unit 140, the arithmetic processing unit 150, the light guide unit 300, and the CPU 601 are examples of the displacement measuring unit, the unnecessary component removal correction is an example of the first correction processing, and the light receiving waveform shift correction is performed. It is an example of the second correction process, the light reception waveform scale correction is an example of the third correction process, the peak Px is an example of the first peak, the peak Py is an example of the second peak, and the peak Pz is an example of the third peak.

また、光ファイバ319,397,398が光ファイバの例であり、光源121が光源の例であり、蛍光体122が蛍光体の例であり、分光部130が分光部の例であり、受光部140が受光部の例であり、演算処理部150およびCPU601が算出部の例であり、ファイバカプラ340,350が合成部の例であり、光照射部1が光照射部の例であり、照射領域IRが領域の例である。   The optical fibers 319, 397, and 398 are examples of optical fibers, the light source 121 is an example of a light source, the phosphor 122 is an example of a phosphor, the spectroscopic unit 130 is an example of a spectroscopic unit, and the light receiving unit. 140 is an example of the light receiving unit, the arithmetic processing unit 150 and the CPU 601 are examples of the calculating unit, the fiber couplers 340 and 350 are examples of the combining unit, the light irradiation unit 1 is an example of the light irradiation unit, and the irradiation Region IR is an example of a region.

また、処理装置100が処理装置の例であり、計測ヘッド200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、レンズ124が集光部材の例であり、屈折レンズ221が屈折レンズの例であり、回折レンズ222が回折レンズの例である。   The processing apparatus 100 is an example of a processing apparatus, the measurement head 200 is an example of a head unit, the casing 110 is an example of a first casing, and the casing 210 is an example of a second casing. The lens 124 is an example of a condensing member, the refractive lens 221 is an example of a refractive lens, and the diffractive lens 222 is an example of a diffractive lens.

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。   As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.

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。   The present invention can be effectively used for various confocal displacement meters.

1 光照射部
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
160 電力供給部
200 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
230 平板部材
231 入射面
232 出射面
240 駆動部
241 固定部
242 回転軸
300 導光部
301 ファイバユニット
302 保持部材
310a コア
310b クラッド
311,312,314,319,391,392,393,394,395,396,397,398 光ファイバ
320,340,350 ファイバカプラ
321,322,323,331,332,341,342,343,344,351,352,353,354,355,356 ポート
324,333,345,357 本体部
330 ファイバコネクタ
371 ハーフミラー
372,373 空間フィルタ
372a,373a ピンホール
400 副表示部
491 切替ボタン
500 共焦点変位計
600 PC
601 CPU
602 メモリ
700 主表示部
800 操作部
BL 基底波形
IR 照射領域
L1 直径
L2 距離
MR 計測範囲
OD 外径
P0,Px,Py,Pz ピーク
P1,P2 合焦位置
PD 多分割
RP 基準位置
S 計測対象物
W0,W1,W2,W3,W4 受光波形
λ0〜λ4,λx,λy ピーク波長
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light irradiation part 100 Processing apparatus 110,210 Case 120 Light projection part 121 Light source 122 Phosphor 123 Ferrule 124,128,132,133 Lens 125 Holder 126 Filter element 127 Element holder 127A Light source fixing part 127B Ferrule fixing part 127C Lens Fixed unit 129 Reflecting member 130 Spectroscopic unit 131 Diffraction grating 140 Light receiving unit 150 Arithmetic processing unit 151 Storage unit 152 Control unit 160 Power supply unit 200 Measuring head 220 Lens unit 221 Refractive lens 222 Diffraction lens 223 Objective lens 224 Doublet lens 230 Flat plate member 231 Incident surface 232 Outgoing surface 240 Drive unit 241 Fixing unit 242 Rotating shaft 300 Light guide unit 301 Fiber unit 302 Holding member 310a Core 310b Clad 311 312 314, 319, 391, 392, 393, 394, 395, 396, 397, 398 Optical fiber 320, 340, 350 Fiber coupler 321, 322, 323, 331, 332, 341, 342, 343, 344, 351, 352 353, 354, 355, 356 Ports 324, 333, 345, 357 Main body 330 Fiber connector 371 Half mirror 372, 373 Spatial filter 372a, 373a Pinhole 400 Sub display 491 Switch button 500 Confocal displacement meter 600 PC
601 CPU
602 Memory 700 Main display section 800 Operation section BL Base waveform IR irradiation area L1 Diameter L2 Distance MR Measurement range OD Outer diameter P0, Px, Py, Pz Peak P1, P2 In-focus position PD Multi-segment RP Reference position S Measurement object W0 , W1, W2, W3, W4 Light receiving waveform λ0 to λ4, λx, λy Peak wavelength

Claims (16)

共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する共焦点変位計であって、
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前記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1または複数のピンホールを有するピンホール部材と、
前記計測対象物の複数の部分で反射されるとともに前記1または複数のピンホールを通過した複数の光について波長ごとの強度の平均に対応する平均信号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、
前記変位計測部は、前記計測対象物の変位を算出する前に、前記平均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第1の補正処理を行う、共焦点変位計。
A confocal displacement meter that measures the displacement of a measurement object using a confocal optical system,
A light projecting unit that emits light having a plurality of wavelengths;
An optical member that generates chromatic aberration along the optical axis direction in the light emitted by the light projecting unit, converges the light having chromatic aberration, and irradiates the measurement object;
A pinhole member having one or a plurality of pinholes that allows light of a wavelength reflected while being focused on the surface of the measurement object among light irradiated to the measurement object by the optical member;
The measurement object based on the signal intensity for each wavelength of the average signal corresponding to the average of the intensity for each wavelength of the plurality of lights reflected by the plurality of portions of the measurement object and passed through the one or more pinholes A displacement measuring unit for calculating the displacement of the object,
Before calculating the displacement of the measurement object, the displacement measurement unit is at least one of unnecessary components corresponding to unnecessary light excluding light reflected from the average signal while being focused on the surface of the measurement object. A confocal displacement meter that performs a first correction process so that a portion is removed.
処理装置と、
ヘッド部と、
前記処理装置と前記ヘッド部とをつなぐ光ファイバとをさらに備え、
前記処理装置は、前記変位計測部の一部および前記投光部を含むとともに前記変位計測部の一部および前記投光部を収容する第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の筐体をさらに含み、
前記光ファイバは、前記投光部により出射された光を前記光学部材へ導き、
前記光ファイバの少なくとも一部は、前記変位計測部のうち前記第1の筐体に収容されない部分である、請求項1記載の共焦点変位計。
A processing device;
The head,
An optical fiber connecting the processing device and the head unit;
The processing apparatus further includes a first housing that includes a part of the displacement measuring unit and the light projecting unit and that houses a part of the displacement measuring unit and the light projecting unit,
The head portion includes the optical member and the pinhole member, and further includes a second housing that accommodates the optical member and the pinhole member,
The optical fiber guides the light emitted by the light projecting unit to the optical member,
The confocal displacement meter according to claim 1, wherein at least a part of the optical fiber is a portion of the displacement measurement unit that is not accommodated in the first housing.
前記光ファイバの一端は前記第1の筐体に設けられ、
前記光ファイバの他端は、前記第2の筐体に設けられ、
前記投光部は、
レーザダイオードからなる光源と、
前記光源により発生された光を集光する集光部材と、
前記光ファイバの一端に設けられ、前記集光部材により集光された光の一部を吸収して複数の波長を有する光を前記光ファイバを通して前記光学部材へ出射する蛍光体とを含む、請求項2記載の共焦点変位計。
One end of the optical fiber is provided in the first housing,
The other end of the optical fiber is provided in the second housing,
The light projecting unit is
A light source comprising a laser diode;
A condensing member that condenses the light generated by the light source;
And a phosphor that is provided at one end of the optical fiber and absorbs part of the light collected by the light collecting member and emits light having a plurality of wavelengths to the optical member through the optical fiber. Item 3. The confocal displacement meter according to Item 2.
前記不要成分は、前記平均信号の波長軸上での位置が前記計測対象物の変位に依存しない不要ピークを含み、
前記変位計測部は、前記第1の補正処理の前に、前記平均信号の波長軸上での前記不要ピークの位置に基づいて、温度に依存する前記平均信号の波長軸上でのシフトを補正する第2の補正処理を行う、請求項1記載の共焦点変位計。
The unnecessary component includes an unnecessary peak whose position on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement object,
The displacement measuring unit corrects the shift on the wavelength axis of the average signal depending on the temperature based on the position of the unnecessary peak on the wavelength axis of the average signal before the first correction processing. The confocal displacement meter according to claim 1, wherein the second correction processing is performed.
前記不要ピークは、前記投光部から出射されるとともに前記光学部材で反射されて前記変位計測部に導かれる第1の不要光に対応する第1のピークを含む、請求項4記載の共焦点変位計。 The confocal point according to claim 4, wherein the unnecessary peak includes a first peak corresponding to the first unnecessary light that is emitted from the light projecting unit and reflected by the optical member and guided to the displacement measuring unit. Displacement meter. 前記投光部は、
光源と、
前記光源により発生された光の一部を吸収して複数の波長を有する光を前記光学部材へ出射する蛍光体とを含み、
前記不要ピークは、前記光源により発生されて前記蛍光体を通過しつつ前記光学部材へ出射される第2の不要光に対応する第2のピークを含む、請求項4または5記載の共焦点変位計。
The light projecting unit is
A light source;
A phosphor that absorbs part of the light generated by the light source and emits light having a plurality of wavelengths to the optical member;
6. The confocal displacement according to claim 4, wherein the unnecessary peak includes a second peak corresponding to second unnecessary light that is generated by the light source and is emitted to the optical member while passing through the phosphor. Total.
前記変位計測部は、前記1または複数のピンホールを通過した光を回折することにより分光する分光部を含み、
前記不要ピークは、前記分光部で0次回折される第3の不要光に対応する第3のピークを含む、請求項4〜6のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
The displacement measuring unit includes a spectroscopic unit that diffracts light that has passed through the one or more pinholes,
The confocal displacement meter according to any one of claims 4 to 6, wherein the unnecessary peak includes a third peak corresponding to third unnecessary light that is zero-order diffracted by the spectroscopic unit.
前記不要成分は、前記平均信号の波長軸上での位置が前記計測対象物の変位に依存しない少なくとも2つの不要ピークを含み、
前記変位計測部は、前記第1の補正処理の前に、前記平均信号の波長軸上での前記少なくとも2つの不要ピークの位置に基づいて、温度に依存する前記平均信号の波長軸上での尺度を補正する第3の補正処理を行う、請求項1または4記載の共焦点変位計。
The unnecessary component includes at least two unnecessary peaks whose position on the wavelength axis of the average signal does not depend on the displacement of the measurement object,
Before the first correction process, the displacement measuring unit is based on the position of the at least two unnecessary peaks on the wavelength axis of the average signal, on the wavelength axis of the average signal depending on temperature. The confocal displacement meter according to claim 1, wherein a third correction process for correcting the scale is performed.
前記投光部は、
光源と、
前記光源により発生された光の一部を吸収して複数の波長を有する光を前記光学部材へ出射する蛍光体とを含み、
前記変位計測部は、前記1または複数のピンホールを通過した光を反射しつつ分光する分光部を含み、
前記少なくとも2つの不要ピークは、前記投光部から出射されるとともに前記光学部材で反射されて前記変位計測部に導かれる第1の不要光に対応する第1のピーク、前記光源により発生されて前記蛍光体を通過しつつ前記光学部材へ出射される第2の不要光に対応する第2のピーク、および前記分光部で0次回折される第3の不要光に対応する第3のピークのうち少なくとも2つのピークを含む、請求項8記載の共焦点変位計。
The light projecting unit is
A light source;
A phosphor that absorbs part of the light generated by the light source and emits light having a plurality of wavelengths to the optical member;
The displacement measuring unit includes a spectroscopic unit that reflects and splits light that has passed through the one or more pinholes,
The at least two unnecessary peaks are generated by the light source, the first peak corresponding to the first unnecessary light that is emitted from the light projecting unit and reflected by the optical member and guided to the displacement measuring unit. A second peak corresponding to the second unnecessary light emitted to the optical member while passing through the phosphor, and a third peak corresponding to the third unnecessary light that is zero-order diffracted by the spectroscopic unit. 9. The confocal displacement meter according to claim 8, comprising at least two peaks.
前記ピンホール部材は、複数のピンホールを含み、
前記変位計測部は、
前記計測対象物の複数の部分で反射されるとともに前記複数のピンホールを通過した複数の光について波長ごとの強度の平均に対応する平均信号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、請求項1〜6または8のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
The pinhole member includes a plurality of pinholes,
The displacement measuring unit is
Based on the signal intensity for each wavelength of the average signal corresponding to the average of the intensity for each wavelength for the plurality of lights reflected by the plurality of portions of the measurement object and passed through the plurality of pinholes, The confocal displacement meter as described in any one of Claims 1-6 or 8 which calculates a displacement.
前記変位計測部は、
前記複数の光取得部により取得される複数の光を合成することにより一の合成光を生成する合成部と、
前記合成部により生成された合成光を分光する分光部と、
前記分光部により分光された光を受光し、前記合成部により生成された合成光について波長ごとの強度を示す電気的な受光信号を平均信号として出力する受光部と、
前記受光部から出力される平均信号について前記第1の補正処理を行うとともに補正された平均信号に基づいて前記計測対象物の変位を算出する算出部とをさらに含む、請求項10記載の共焦点変位計。
The displacement measuring unit is
A combining unit that generates a single combined light by combining a plurality of lights acquired by the plurality of light acquiring units;
A spectroscopic unit for splitting the synthesized light generated by the synthesizing unit;
A light receiving unit that receives light split by the spectroscopic unit and outputs an electrical light reception signal indicating an intensity for each wavelength of the combined light generated by the combining unit as an average signal;
The confocal according to claim 10, further comprising: a calculation unit that performs the first correction process on the average signal output from the light receiving unit and calculates a displacement of the measurement object based on the corrected average signal. Displacement meter.
前記投光部により出射された光を前記計測対象物の前記複数の部分に順次照射する光照射部をさらに備え、
前記光学部材は、前記光照射部により前記計測対象物に照射される光に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、
前記ピンホール部材は、1つのピンホールを含み、
前記1つのピンホールは、前記計測対象物の前記複数の部分で合焦しつつ反射された波長の光を順次通過させ、
前記変位計測部は、
前記1つのピンホールを順次通過した複数の光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均信号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、請求項1〜6、8または10のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
A light irradiating unit that sequentially irradiates the plurality of portions of the measurement object with the light emitted by the light projecting unit;
The optical member generates chromatic aberration in light irradiated on the measurement object by the light irradiation unit, and converges light having chromatic aberration,
The pinhole member includes one pinhole,
The one pinhole sequentially passes light having wavelengths reflected while being focused on the plurality of portions of the measurement object,
The displacement measuring unit is
The displacement of the measurement object is calculated based on the signal intensity for each wavelength of the average signal corresponding to the average of the intensity for each wavelength for the plurality of lights sequentially passing through the one pinhole. The confocal displacement meter according to any one of 8 and 10.
前記変位計測部は、
前記1つのピンホールを順次通過した複数の光を順次分光する分光部と、
前記分光部により順次分光された複数の光を単一の露光期間内に受光し、前記受光した光について波長ごとの強度を示す電気的な受光信号を平均信号として出力する受光部と、
前記受光部から出力される平均信号について前記第1の補正処理を行うとともに補正された平均信号に基づいて前記計測対象物の変位を算出する算出部とを含む、請求項12記載の共焦点変位計。
The displacement measuring unit is
A spectroscopic unit that sequentially splits a plurality of lights that have sequentially passed through the one pinhole;
A light receiving unit that receives a plurality of lights sequentially separated by the spectroscopic unit within a single exposure period, and outputs an electrical light reception signal indicating an intensity for each wavelength of the received light as an average signal;
The confocal displacement according to claim 12, further comprising: a calculation unit that performs the first correction process on the average signal output from the light receiving unit and calculates the displacement of the measurement object based on the corrected average signal. Total.
前記変位計測部は、
前記1つのピンホールを順次通過した複数の光を順次分光する分光部と、
前記分光部により順次分光された複数の光を順次受光し、順次受光された複数の光の各々について波長ごとの強度を示す電気的な受光信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力される複数の受光信号を波長ごとに平均または積算することにより前記波長ごとの信号強度として平均信号を算出し、前記受光部から出力される複数の受光信号または算出された平均信号について前記第1の補正処理を行うとともに補正された平均信号に基づいて前記計測対象物の変位を算出する算出部とを含む、請求項12記載の共焦点変位計。
The displacement measuring unit is
A spectroscopic unit that sequentially splits a plurality of lights that have sequentially passed through the one pinhole;
A light receiving unit that sequentially receives a plurality of light beams that are sequentially split by the beam splitting unit, and that outputs an electrical light reception signal indicating the intensity for each wavelength for each of the plurality of light beams that are sequentially received;
An average signal is calculated as a signal intensity for each wavelength by averaging or integrating a plurality of light receiving signals output from the light receiving unit for each wavelength, and a plurality of light receiving signals output from the light receiving unit or a calculated average The confocal displacement meter according to claim 12, further comprising: a calculation unit that performs the first correction process on the signal and calculates a displacement of the measurement object based on the corrected average signal.
前記複数の部分は、前記計測対象物の表面の円環状の領域上に位置し、
前記光照射部は、光が前記計測対象物の表面の円環状の領域上の複数の部分に照射されるように、前記投光部により出射された光の光軸を前記計測対象物の表面に沿ってシフトさせる、請求項12〜14のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
The plurality of portions are located on an annular region of the surface of the measurement object,
The light irradiating unit sets the optical axis of the light emitted by the light projecting unit so that the light is irradiated to a plurality of portions on an annular region of the surface of the measuring object. The confocal displacement meter according to any one of claims 12 to 14, which is shifted along the axis.
前記光学部材は、
凸型を有する屈折レンズと、
凹型を有する回折レンズとを含み、
前記屈折レンズおよび前記回折レンズは、前記投光部から出射される光が通過するように配置される、請求項1〜15のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
The optical member is
A refractive lens having a convex shape;
A diffractive lens having a concave shape,
The confocal displacement meter according to any one of claims 1 to 15, wherein the refractive lens and the diffractive lens are arranged so that light emitted from the light projecting unit passes therethrough.
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