JP6269334B2 - Multipoint distance measuring device and shape measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象物上の複数点までの距離を測定する多点距離測定装置、並びにこの多点距離測定装置を備える形状測定装置に関する。   The present invention relates to a multipoint distance measuring device that measures distances to a plurality of points on a measurement object, and a shape measuring device including the multipoint distance measuring device.

測定対象物の表面形状の測定を行う測定機器として、測定対象物上の複数点までの距離を測定してこれら複数点の相対位置関係を求めることにより、測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置が良く知られている。   As a measuring instrument that measures the surface shape of the measurement object, a shape that measures the surface shape of the measurement object by measuring the distance to multiple points on the measurement object and obtaining the relative positional relationship of these points Measuring devices are well known.

例えば特許文献1には、測定対象物に対向する位置に配置されたマイクロレンズアレイに対してHe−Neレーザを走査し、マイクロレンズごとに測定対象物上に収束されるHe−Neレーザの反射光を2分割光検出器により検出してフォーカス位置を比較することで、複数点の相対位置を測定する方法が開示されている。   For example, in Patent Document 1, a He-Ne laser is scanned with respect to a microlens array disposed at a position facing a measurement object, and the reflection of the He-Ne laser converged on the measurement object for each microlens. A method is disclosed in which the relative positions of a plurality of points are measured by detecting light with a two-divided photodetector and comparing the focus positions.

特開平10−300420号公報JP-A-10-300420

ところで、特許文献1記載の測定方法では、マイクロレンズアレイ、すなわち測定対象物に対してHe−Neレーザを走査しているが、測定対象物が大きくなるのに従ってHe−Neレーザの走査領域及び走査時間が増加するため、形状測定に時間がかかるという問題がある。このため、He−Neレーザを複数の光束に分割して各光束を測定対象物の複数点に向けて照射して、複数点からの反射光を検出した結果に基づき表面形状の測定を行うことが好ましい。しかしながら、測定対象物の表面の段差(凹凸、起伏)が大きくなると、複数点からの反射光をそれぞれ検出した際に、検出した反射光が複数点のいずれの点からの反射光であるかを正確に判別することができず、測定精度に問題が生じる場合がある。また、He−Neレーザを複数に分割した光束を測定対象物の複数点に向けて照射した場合には、複数点の各々における光束の正反射光のみを選択して検出することが困難であるので測定精度に問題が生じる。   By the way, in the measurement method described in Patent Document 1, the He-Ne laser is scanned with respect to the microlens array, that is, the measurement object. As the measurement object becomes larger, the scanning region and the scanning of the He-Ne laser are increased. Since time increases, there exists a problem that shape measurement takes time. For this reason, the He-Ne laser is divided into a plurality of light beams, each light beam is irradiated toward a plurality of points of the measurement object, and the surface shape is measured based on the result of detecting the reflected light from the plurality of points. Is preferred. However, if the level difference (unevenness or undulation) on the surface of the measurement object increases, when the reflected light from a plurality of points is detected, the detected reflected light is reflected from which point. It may not be possible to accurately determine, which may cause a problem in measurement accuracy. In addition, when the light beam obtained by dividing the He-Ne laser into a plurality of points is irradiated toward a plurality of points on the measurement object, it is difficult to select and detect only the regular reflection light of the light beam at each of the plurality of points. Therefore, a problem occurs in measurement accuracy.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物の形状(表面の段差等)によらず、測定対象物上の複数点までの距離を高精度かつ短時間に測定することができる多点距離測定装置、及びこの多点距離測定装置を備える形状測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and measures the distance to a plurality of points on the measurement object with high accuracy and in a short time regardless of the shape of the measurement object (such as a step on the surface). It is an object of the present invention to provide a multipoint distance measuring device that can be used, and a shape measuring device including the multipoint distance measuring device.

本発明の目的を達成するための多点距離測定装置は、ブロードスペクトルを出射する光源と、光源から出射されたブロードスペクトルから、予め定められた繰り返し周波数を有する光である特殊光を生成して出射するファブリー・ペロー・エタロンと、ファブリー・ペロー・エタロンから出射された特殊光を、参照光と測距光とに分割する特殊光分割部と、特殊光分割部にて分割された測距光を複数の光束に分割する測距光分割部と、測距光分割部にて分割された複数の光束を測定対象物の複数点に向けてそれぞれ出射し、かつ複数点にてそれぞれ正反射された光束がそれぞれ入射する複数の光入出射部と、特殊光分割部にて分割された参照光と、複数の光入出射部にそれぞれ入射した複数点ごとの光束との光干渉信号を検出する光検出部と、光検出部の検出結果に基づき、複数の光入出射部から複数点の各々までの距離を算出する距離算出部と、を備え、繰り返し周波数に対応した特殊光のパルス間隔をDとし、任意の自然数をnとした場合に、複数の光入出射部における光束の光路長がn・Dずつ順に長くなり、複数の光入出射部から入出射される光束に平行な方向を入出射方向とし、複数点のうちの隣接する2点の入出射方向の位置ずれ量の最大値をGとした場合に、ファブリー・ペロー・エタロンはD>Gを満たすものである。   A multipoint distance measuring device for achieving the object of the present invention generates a special light that is a light having a predetermined repetition frequency from a light source that emits a broad spectrum and a broad spectrum that is emitted from the light source. Outgoing Fabry-Perot etalon, special light splitting the special light emitted from Fabry-Perot etalon into reference light and ranging light, and ranging light divided by special light splitting part A distance measuring light splitting unit that splits the light into a plurality of light beams, and a plurality of light beams divided by the distance measuring light splitting unit are respectively emitted toward a plurality of points of the measurement object and are regularly reflected at a plurality of points. Detecting light interference signals of a plurality of light incident / exiting portions into which the incident light beams are incident, a reference light divided by the special light dividing portion, and a plurality of light beams incident on the plurality of light incident / exiting portions, respectively. With light detector A distance calculation unit that calculates distances from a plurality of light incident / exit units to each of a plurality of points based on the detection result of the light detection unit, and a pulse interval of special light corresponding to the repetition frequency is set to D, and an arbitrary When the natural number is n, the optical path lengths of the light beams in the plurality of light incident / exit portions are sequentially increased by n · D, and the direction parallel to the light beams incident / exited from the plurality of light incident / exit portions is defined as the incident / exit direction. The Fabry-Perot etalon satisfies D> G, where G is the maximum value of the positional deviation amount in the incident / exit direction of two adjacent points among the plurality of points.

本発明によれば、複数の光入出射部から測定対象物の複数点に向けて光束をそれぞれ同時に出射した場合でも各光束の正反射光が測定対象物の複数点のどの点で反射された光であるかを容易に識別することができる。これにより、一度の走査で多点計測が可能となる。また、ファブリー・ペロー・エタロンにより生成された測距光を用いることにより、複数点の各々における光束の正反射光だけを選択して複数の光入出射部に入射させることができ、SN比の良い干渉縞パターンを発生させることができる。また、正反射光だけを複数の光入出射部に入射させることができるので、測定対象物の複数点での反射率の影響は問題とならず、さらに、各光束の光路が重なる場合でも複数点までの距離を測定することができる。その結果、測定対象物の複数点までの距離を低コストに高精度でかつ短時間で測定することができる。   According to the present invention, even when light beams are simultaneously emitted from a plurality of light incident / exit parts to a plurality of points of the measurement object, the specularly reflected light of each light beam is reflected at any of the plurality of points of the measurement object. Whether it is light can be easily identified. Thereby, multipoint measurement can be performed by one scan. Further, by using the distance measuring light generated by the Fabry-Perot etalon, only the regular reflection light of the light beam at each of a plurality of points can be selected and made incident on a plurality of light incident / exit portions, and the SN ratio A good interference fringe pattern can be generated. In addition, since only specularly reflected light can be incident on a plurality of light incident / exit portions, the influence of the reflectance at a plurality of points of the measurement object does not matter, and even when the optical paths of the respective light beams overlap, The distance to the point can be measured. As a result, the distance to a plurality of points of the measurement object can be measured at low cost with high accuracy and in a short time.

本発明の他の態様に係る多点距離測定装置において、ファブリー・ペロー・エタロンは、Gの値に応じて交換可能である。これにより、段差の大きい表面形状の多点距離測定を行うことができる。   In the multipoint distance measuring device according to another aspect of the present invention, the Fabry-Perot etalon can be exchanged according to the value of G. Thereby, multipoint distance measurement of a surface shape with a large level difference can be performed.

本発明の他の態様に係る多点距離測定装置において、複数の光入出射部における光束の入出射位置が、入出射方向において同じ位置である。これにより、各光束の正反射光が測定対象物の複数点のどの点で反射された光であるかを容易に識別することができる。   In the multipoint distance measuring apparatus according to another aspect of the present invention, the light incident / exit positions of the light beams in the plurality of light incident / exit portions are the same position in the incident / exit direction. Thereby, it is possible to easily identify at which point among the plurality of points of the measurement object the specularly reflected light of each light beam is reflected.

本発明の他の態様に係る多点距離測定装置において、複数の光入出射部は、入出射方向に対して垂直な方向に一次元配列されている。これにより、複数点までの距離の測定結果に基づき、測定対象物の一次元の表面形状を測定することができる。   In the multipoint distance measuring apparatus according to another aspect of the present invention, the plurality of light incident / exit sections are one-dimensionally arranged in a direction perpendicular to the incident / exit direction. Thereby, based on the measurement result of the distance to a plurality of points, the one-dimensional surface shape of the measurement object can be measured.

本発明の他の態様に係る多点距離測定装置において、複数の光入出射部は、入出射方向に対して垂直な面内に二次元配列されている。これにより、複数点までの距離の測定結果に基づき、測定対象物の二次元の表面形状を測定することができる。   In the multipoint distance measuring apparatus according to another aspect of the present invention, the plurality of light incident / exit portions are two-dimensionally arranged in a plane perpendicular to the incident / exit direction. Thereby, based on the measurement result of the distance to a plurality of points, the two-dimensional surface shape of the measurement object can be measured.

本発明の他の態様に係る多点距離測定装置において、複数の光入出射部は、長さの異なる複数の光ファイバケーブルである。これにより、各光束の正反射光が測定対象物の複数点のどの点で反射された光であるかを容易に識別することができる。   In the multipoint distance measuring device according to another aspect of the present invention, the plurality of light incident / exit portions are a plurality of optical fiber cables having different lengths. Thereby, it is possible to easily identify at which point among the plurality of points of the measurement object the specularly reflected light of each light beam is reflected.

本発明の他の態様に係る多点距離測定装置において、距離算出部は、光干渉信号に二乗処理を施す第1の処理と、二乗処理が施された光干渉信号にローパスフィルタ処理を施す第2の処理と、ローパスフィルタ処理が施された光干渉信号に微分処理を施す第3の処理と、微分処理が施された光干渉信号のゼロクロッシングの位置でトリガ信号を発生させる第4の処理と、第4の処理で発生したトリガ信号に基づき、光干渉信号のピーク位置を検出する第5の処理と、第5の処理で検出されたピーク位置に基づき、距離を算出する第6の処理と、を実行する。これにより、例えば測定対象物の複数点までの距離をより高精度に測定することができる。   In the multipoint distance measuring device according to another aspect of the present invention, the distance calculation unit includes a first process for performing a square process on the optical interference signal, and a first process for performing a low-pass filter process on the optical interference signal subjected to the square process. 2, a third process for performing a differentiation process on the optical interference signal subjected to the low-pass filter process, and a fourth process for generating a trigger signal at the zero crossing position of the optical interference signal subjected to the differentiation process. And a fifth process for detecting the peak position of the optical interference signal based on the trigger signal generated in the fourth process, and a sixth process for calculating the distance based on the peak position detected in the fifth process. And execute. Thereby, for example, the distance to a plurality of points of the measurement object can be measured with higher accuracy.

本発明の目的を達成するための形状測定装置は、前述の多点距離測定装置と、距離算出部の算出結果に基づき、測定対象物の表面形状を算出する形状算出部と、を備える。   A shape measuring apparatus for achieving the object of the present invention includes the multipoint distance measuring apparatus described above and a shape calculating unit that calculates the surface shape of the measurement object based on the calculation result of the distance calculating unit.

本発明の多点距離測定装置及び形状測定装置は、測定対象物上の複数点までの距離を高精度かつ短時間に測定することができる。   The multipoint distance measuring device and the shape measuring device of the present invention can measure the distance to a plurality of points on the measurement object with high accuracy and in a short time.

第1実施形態の形状測定装置の概略図である。It is the schematic of the shape measuring apparatus of 1st Embodiment. ファブリー・ペロー・エタロンを透過した特殊光を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the special light which permeate | transmitted Fabry-Perot etalon. ビームスプリッタの対向面の正面図である。It is a front view of the opposing surface of a beam splitter. 正反射光を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating regular reflection light. 光ファイバケーブル及びコリメータの拡大図である。It is an enlarged view of an optical fiber cable and a collimator. (A)は各光ファイバケーブルのコリメータから出射される光束の遅延(ディレイ)について説明するための説明図であり、(B)は各光ファイバケーブルのコリメータに入射する正反射光の遅延について説明するための説明図である。(A) is explanatory drawing for demonstrating the delay (delay) of the light beam radiate | emitted from the collimator of each optical fiber cable, (B) demonstrates the delay of the regular reflection light which injects into the collimator of each optical fiber cable. It is explanatory drawing for doing. 形状測定装置における形状測定処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the shape measurement process in a shape measuring apparatus. 第2実施形態の形状測定装置の要部を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principal part of the shape measuring apparatus of 2nd Embodiment. 第3実施形態の形状測定装置のビームスプリッタの対向面の正面図である。It is a front view of the opposing surface of the beam splitter of the shape measuring apparatus of 3rd Embodiment. 第4実施形態の形状測定装置の干渉縞パターン検出部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the interference fringe pattern detection part of the shape measuring apparatus of 4th Embodiment. 第5実施形態の形状測定装置の干渉縞パターン検出部の機能を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the function of the interference fringe pattern detection part of the shape measuring apparatus of 5th Embodiment. 第6実施形態の形状測定装置の概略図である。It is the schematic of the shape measuring apparatus of 6th Embodiment.

[第1実施形態の形状測定装置]
図1は、測定対象物9の表面形状を測定する形状測定装置10の概略図である。この形状測定装置10は、測定対象物9の表面上の複数点までの距離をそれぞれ測定することにより測定対象物9の表面形状の測定を非接触で行う装置であり、本発明の多点距離測定装置に相当するものである。なお、測定対象物9の種類は特に限定はされないが、例えば金型、自動車や飛行機のエンジンなどの回転体などが例として挙げられる。
[Shape Measuring Device of First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of a shape measuring apparatus 10 that measures the surface shape of a measurement object 9. This shape measuring device 10 is a device that measures the surface shape of the measuring object 9 in a non-contact manner by measuring the distance to a plurality of points on the surface of the measuring object 9, and the multipoint distance of the present invention. This corresponds to a measuring device. The type of the measurement object 9 is not particularly limited, and examples thereof include a mold, a rotating body such as an automobile or an airplane engine, and the like.

形状測定装置10は、大別して、ブロードスペクトル光源(本発明の光源に相当)光源と略す)19、ファブリー・ペロー・エタロン(以下、単にエタロンと略す)20、光アンプ21、スプリッタ(本発明の特殊光分割部に相当)22、第1光路23、第2光路24、ミキサ25、光検出部26、干渉縞パターン検出部27、距離算出部28、形状算出部29、及びこれら各部を接続する光ファイバケーブル30並びに光ファイバケーブル30を接続するコネクタ31を備えている。   The shape measuring apparatus 10 is broadly divided into a broad spectrum light source (corresponding to the light source of the present invention) 19, a Fabry-Perot etalon (hereinafter simply referred to as etalon) 20, an optical amplifier 21, a splitter (of the present invention). (Corresponding to special light splitting section) 22, first optical path 23, second optical path 24, mixer 25, light detection section 26, interference fringe pattern detection section 27, distance calculation section 28, shape calculation section 29, and these sections are connected. An optical fiber cable 30 and a connector 31 for connecting the optical fiber cable 30 are provided.

ブロードスペクトル光源19は、ブロードスペクトル(広帯域光ともいう)を出力する。このブロードスペクトル光源19としては、例えば半導体レーザが用いられる。半導体レーザは駆動電流の大きさを変化させることで出射する光の波長が変化するので、ブロードスペクトルを出射可能である。なお、ブロードスペクトル光源19として、例えばCWレーザ(Continuous wave laser)光源などのブロードスペクトルを出射可能な公知の各種光源を用いてもよい。また、ブロードスペクトルの強さは適宜に変えることができる。   The broad spectrum light source 19 outputs a broad spectrum (also referred to as broadband light). As this broad spectrum light source 19, for example, a semiconductor laser is used. The semiconductor laser can emit a broad spectrum because the wavelength of the emitted light changes by changing the magnitude of the drive current. Note that various known light sources capable of emitting a broad spectrum such as a CW laser (Continuous wave laser) light source may be used as the broad spectrum light source 19. The intensity of the broad spectrum can be changed as appropriate.

エタロン20は、平行反射面の多重反射による干渉を利用した周波数選択性を有する。エタロン20は、ブロードスペクトル光源19より入力されたブロードスペクトルから、繰り返し周波数frを有する光である特殊光34を生成して出力する。   The etalon 20 has frequency selectivity utilizing interference caused by multiple reflections of parallel reflecting surfaces. The etalon 20 generates and outputs special light 34 that is light having a repetition frequency fr from the broad spectrum input from the broad spectrum light source 19.

図2(A),(B)は、エタロン20から出力される特殊光34を説明するための説明図である。図2(A)に示すように、特殊光34は、周波数領域において、正確に繰り返し周波数frずつ離れている多数の光から成り立っている。また、図2(B)に示すように、特殊光34は、時間領域において、非常に安定したパルスの列(繰り返し周波数frの逆数に応じた時間間隔Tを有する、安定したパルス列)として現れる。このパルス列のパルス間隔Dは、D=c/2fr(cは光速)となる。   2A and 2B are explanatory diagrams for explaining the special light 34 output from the etalon 20. As shown in FIG. 2A, the special light 34 is composed of a large number of lights that are separated from each other by a frequency fr exactly in the frequency domain. As shown in FIG. 2B, the special light 34 appears as a very stable pulse train (a stable pulse train having a time interval T corresponding to the reciprocal of the repetition frequency fr) in the time domain. The pulse interval D of this pulse train is D = c / 2fr (c is the speed of light).

図1に戻って、光アンプ21は、エタロン20から入力された特殊光34を増幅した後、この特殊光34をスプリッタ22に向けて出力する。   Returning to FIG. 1, the optical amplifier 21 amplifies the special light 34 input from the etalon 20, and then outputs the special light 34 toward the splitter 22.

スプリッタ22は、光アンプ21と、第1光路23及び第2光路24とに接続している。スプリッタ22は、光アンプ21から入力された特殊光34を参照光35と測距光36とに分割して、参照光35を第1光路23に出力すると共に、測距光36を第2光路24に出力する。   The splitter 22 is connected to the optical amplifier 21 and the first optical path 23 and the second optical path 24. The splitter 22 divides the special light 34 input from the optical amplifier 21 into the reference light 35 and the distance measuring light 36, outputs the reference light 35 to the first optical path 23, and outputs the distance measuring light 36 to the second optical path. 24.

第1光路23には、第1コリメータ38、プリズムリフレクタ39、コーナリフレクタ40、走査ステージ41、及び第2コリメータ42が設けられている。   A first collimator 38, a prism reflector 39, a corner reflector 40, a scanning stage 41, and a second collimator 42 are provided in the first optical path 23.

第1コリメータ38は、スプリッタ22から入力される参照光35を平行光線としてプリズムリフレクタ39に向けて出射する。   The first collimator 38 emits the reference light 35 input from the splitter 22 as a parallel light beam toward the prism reflector 39.

プリズムリフレクタ39は、第1コリメータ38から入力された参照光35をコーナリフレクタ40に向けて反射すると共に、このコーナリフレクタ40から入射する参照光35を第2コリメータ42に向けて反射する。   The prism reflector 39 reflects the reference light 35 input from the first collimator 38 toward the corner reflector 40 and reflects the reference light 35 incident from the corner reflector 40 toward the second collimator 42.

コーナリフレクタ40は、プリズムリフレクタ39により反射された参照光35の光路上に配置されている。このコーナリフレクタ40は、プリズムリフレクタ39から入射した参照光35を再びプリズムリフレクタ39に向けて反射する。   The corner reflector 40 is disposed on the optical path of the reference light 35 reflected by the prism reflector 39. The corner reflector 40 reflects the reference light 35 incident from the prism reflector 39 toward the prism reflector 39 again.

走査ステージ41は、コーナリフレクタ40に取り付けられている。この走査ステージ41は、プリズムリフレクタ39により反射された参照光35の光路に平行な方向に沿ってコーナリフレクタ40を往復動させる。具体的に走査ステージ41は、前述のパルス間隔Dよりも少し長いストローク量で往復動させる。これにより、後述する参照光35と測距光36との光干渉信号の振幅を時間的に変動させることができる。時間的に変動する光干渉信号の測定データを積算することで、測定データの精度を高めることができる。なお、走査ステージ41の代わりに、例えばPZTステージ(電圧アクチュエータ)を用いてもよい。   The scanning stage 41 is attached to the corner reflector 40. The scanning stage 41 reciprocates the corner reflector 40 along a direction parallel to the optical path of the reference light 35 reflected by the prism reflector 39. Specifically, the scanning stage 41 is reciprocated with a stroke amount slightly longer than the pulse interval D described above. Thereby, the amplitude of the optical interference signal of the reference light 35 and the ranging light 36 which will be described later can be temporally varied. By integrating the measurement data of the optical interference signal that varies with time, the accuracy of the measurement data can be increased. Instead of the scanning stage 41, for example, a PZT stage (voltage actuator) may be used.

第2コリメータ42は、プリズムリフレクタ39から入射する参照光35を集光して光ファイバケーブル30に出力する。この第2コリメータ42は、図示しない移動機構により、プリズムリフレクタ39から入射する参照光35の光路に平行な方向に移動可能になっている。これにより、第1光路23における参照光35の光路長を可変することができる。そして、第2コリメータ42から出力された参照光35はミキサ25に入力される。   The second collimator 42 collects the reference light 35 incident from the prism reflector 39 and outputs it to the optical fiber cable 30. The second collimator 42 can be moved in a direction parallel to the optical path of the reference light 35 incident from the prism reflector 39 by a moving mechanism (not shown). Thereby, the optical path length of the reference light 35 in the first optical path 23 can be varied. The reference light 35 output from the second collimator 42 is input to the mixer 25.

第2光路24には、サーキュレータ44、ビームスプリッタ46、複数の光ファイバケーブル47が設けられている。サーキュレータ44は、スプリッタ22から入力される測距光36をビームスプリッタ46に向けて出力すると共に、このビームスプリッタ46からの戻り光(後述の正反射光36b)をミキサ25に向けて出力する。   In the second optical path 24, a circulator 44, a beam splitter 46, and a plurality of optical fiber cables 47 are provided. The circulator 44 outputs the distance measuring light 36 input from the splitter 22 toward the beam splitter 46, and outputs the return light (regular reflection light 36 b described later) from the beam splitter 46 toward the mixer 25.

ビームスプリッタ46は、本発明の測距光分割部に相当するものであり、光ファイバケーブルを介してサーキュレータ44に接続している。また、ビームスプリッタ46の測定対象物と対向する対向面46a(本発明の入出射方向に対して垂直な面に相当、図3参照)には、長さの異なる複数の光ファイバケーブル47が設けられている。ビームスプリッタ46は、サーキュレータ44から入力された測距光36を複数の光束36aに分割し、各光束36aを光ファイバケーブル47にそれぞれ出力する。   The beam splitter 46 corresponds to the distance measuring light splitting unit of the present invention, and is connected to the circulator 44 via an optical fiber cable. Further, a plurality of optical fiber cables 47 having different lengths are provided on a facing surface 46a (corresponding to a surface perpendicular to the incident / exiting direction of the present invention, see FIG. 3) of the beam splitter 46 facing the measurement object. It has been. The beam splitter 46 divides the ranging light 36 input from the circulator 44 into a plurality of light beams 36 a and outputs each light beam 36 a to the optical fiber cable 47.

光ファイバケーブル47は、その先端部に設けられたコリメータ47aと共に本発明の複数の光入出射部を構成している(コリメータ47aは省略可)。光ファイバケーブル47は、コリメータ47aを測定対象物9に向けた状態で対向面46aに複数取り付けられている。各光ファイバケーブル47は、ビームスプリッタ46より入力された光束36aをコリメータ47aから測定対象物9の複数点に向けてそれぞれ出射する。また、各光ファイバケーブル47には、測定対象物9の複数点にてそれぞれ正反射された光束36aの正反射光36bがコリメータ47aを介して入射する。なお、図中の符号「A」は各コリメータ47aから入出射される光束36aに平行な方向を示し、以下、この方向を入出射方向Aという。   The optical fiber cable 47 constitutes a plurality of light incident / exit portions of the present invention together with a collimator 47a provided at the tip thereof (the collimator 47a can be omitted). A plurality of optical fiber cables 47 are attached to the facing surface 46a with the collimator 47a facing the measurement object 9. Each optical fiber cable 47 emits the light beam 36a input from the beam splitter 46 toward a plurality of points of the measurement object 9 from the collimator 47a. In addition, the specularly reflected light 36b of the light beam 36a specularly reflected at each of the plurality of points of the measurement object 9 enters the optical fiber cables 47 via the collimator 47a. Note that the symbol “A” in the drawing indicates a direction parallel to the light beam 36a incident / exited from each collimator 47a, and this direction is hereinafter referred to as an incident / exit direction A.

各コリメータ47aは、光束36a及び正反射光36bの入出射位置の起点として使用することができる。具体的に、各コリメータ47aは、入出射方向Aにおける光束36a及び正反射光36bの入出射位置が同じ位置(略同じ位置を含む)になるように位置調整されている。これにより、各コリメータ47aからの光束36aの出射位置が同じ位置になると共に、各コリメータ47aへの正反射光36bの入射位置が同じ位置になる。   Each collimator 47a can be used as a starting point of the incident / exit position of the light beam 36a and the regular reflection light 36b. Specifically, the positions of the collimators 47a are adjusted so that the incident / exit positions of the light beam 36a and the regular reflection light 36b in the incident / exit direction A are the same (including substantially the same position). Thereby, the emission position of the light beam 36a from each collimator 47a becomes the same position, and the incident position of the regular reflection light 36b to each collimator 47a becomes the same position.

図3は、ビームスプリッタ46の対向面46aの正面図である。対向面46aには、光ファイバケーブル47がコリメータ47aを測定対象物9に向けた状態で前述の入出射方向Aに対して垂直方向に一次元配列されている。従って、図3に示すように、測定対象物9の一次元方向に並んだ複数点に対して各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから光束36aが出射され、複数点にてそれぞれ正反射された正反射光36bがコリメータ47aを介して各光ファイバケーブル47に入射する。   FIG. 3 is a front view of the facing surface 46 a of the beam splitter 46. On the facing surface 46a, the optical fiber cable 47 is one-dimensionally arranged in a direction perpendicular to the aforementioned incident / exit direction A with the collimator 47a facing the measurement object 9. Therefore, as shown in FIG. 3, the luminous flux 36a is emitted from the collimator 47a of each optical fiber cable 47 to a plurality of points arranged in the one-dimensional direction of the measurement object 9, and the positive reflections are regularly reflected at the plurality of points. The reflected light 36b enters each optical fiber cable 47 via the collimator 47a.

図4は、正反射光36bを説明するための説明図である。図4に示すように、各光束36a、すなわち、エタロン20により生成された特殊光34はSN比が高いため、測定対象物9の複数点にそれぞれ入射して反射された反射光のうち、複数点にてそれぞれ正反射された正反射光36bだけがコリメータ47aを経て光ファイバケーブル47に入射する。なお、ここでいう正反射光とは、光束36aの光路に沿って戻る反射光である。   FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the specularly reflected light 36b. As shown in FIG. 4, each light beam 36 a, that is, the special light 34 generated by the etalon 20 has a high S / N ratio, and therefore, a plurality of reflected light beams that are incident and reflected on a plurality of points of the measurement object 9. Only the specularly reflected light 36b specularly reflected at each point enters the optical fiber cable 47 through the collimator 47a. Here, the regular reflection light is the reflection light returning along the optical path of the light beam 36a.

図5は、各光ファイバケーブル47及び各コリメータ47aの拡大図である。また、図6(A)は、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから出射される光束36aの遅延(ディレイ)について説明するための説明図である。図6(B)は、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aに入射する正反射光36bの遅延について説明するための説明図である。   FIG. 5 is an enlarged view of each optical fiber cable 47 and each collimator 47a. FIG. 6A is an explanatory diagram for explaining the delay of the light beam 36 a emitted from the collimator 47 a of each optical fiber cable 47. FIG. 6B is an explanatory diagram for explaining the delay of the specularly reflected light 36 b incident on the collimator 47 a of each optical fiber cable 47.

図5に示すように、各光ファイバケーブル47の長さ(すなわち、各光ファイバケーブル47内での光束36aの光路長)は、前述の図2(B)に示したパルス間隔Dずつ順に長くなるように形成されている。なお、図中の「X」は、光ファイバケーブル47の所定の基準長さである。図6(A)に示すように、各光ファイバケーブル47の長さをパルス間隔Dずつ順に長くすることで、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから測定対象物9の複数点に向けて出射される光束36aをパルス間隔Dずつ順に遅延させることができる。これにより、各光束36aを測定対象物9の複数点に順次に到達させることができる。   As shown in FIG. 5, the length of each optical fiber cable 47 (that is, the optical path length of the light beam 36a in each optical fiber cable 47) is increased in order by the pulse interval D shown in FIG. It is formed to become. Note that “X” in the figure is a predetermined reference length of the optical fiber cable 47. As shown in FIG. 6 (A), the length of each optical fiber cable 47 is increased in order by the pulse interval D so that the light is emitted from the collimator 47a of each optical fiber cable 47 toward a plurality of points of the measurement object 9. The light beam 36a can be sequentially delayed by the pulse interval D. Thereby, each light beam 36a can be made to reach the multiple points of the measuring object 9 sequentially.

また、図6(B)に示すように、各光束36aの正反射光36bが各光ファイバケーブル47のコリメータ47aに入射する時間を異ならせることができる。具体的に、長さ「X+D」の光ファイバケーブル47に対応する正反射光36bに対して、長さ「X+2D」の光ファイバケーブル47に対応する正反射光36bは、パルス間隔D及び正反射光36bの反射点の段差に応じた分だけ遅れて入射する。さらに、長さ「X+D」の光ファイバケーブル47に対応する正反射光36bに対して、長さ「X+3D」の光ファイバケーブル47に対応する正反射光36bは、2D(パルス間隔D×2)及び正反射光36bの反射点の段差に応じた分だけ遅れて入射する。   Further, as shown in FIG. 6B, the time during which the specularly reflected light 36b of each light beam 36a enters the collimator 47a of each optical fiber cable 47 can be varied. Specifically, the regular reflection light 36b corresponding to the optical fiber cable 47 having the length “X + 2D” is different from the regular reflection light 36b corresponding to the optical fiber cable 47 having the length “X + D”. The incident light is delayed by an amount corresponding to the level difference of the reflection point of the light 36b. Further, the regular reflection light 36b corresponding to the optical fiber cable 47 having the length “X + 3D” is 2D (pulse interval D × 2) with respect to the regular reflection light 36b corresponding to the optical fiber cable 47 having the length “X + D”. And the incident light is delayed by an amount corresponding to the step of the reflection point of the regular reflection light 36b.

以下同様に、光ファイバケーブル47の長さがパルス間隔Dずつ順に長くなるのに従い、正反射光36bは順に遅れて入射する。この際に、各正反射光36bのパルス列の間隔はパルス間隔Dで同じであるので、エタロン20が下記条件を満たす場合には、各正反射光36bがそれぞれ測定対象物9の複数点のどの点で反射された光であるかを容易に識別することができる。   Similarly, as the length of the optical fiber cable 47 is increased in order by the pulse interval D, the regular reflection light 36b is incident with a delay in order. At this time, the interval between the pulse trains of the regular reflection light 36b is the same as the pulse interval D. Therefore, when the etalon 20 satisfies the following conditions, each of the regular reflection light 36b is selected from a plurality of points of the measurement object 9. It is possible to easily identify whether the light is reflected by a point.

ここで、測定対象物9の複数点のうちの隣接する2点の段差の大きさ、すなわち、2点の入出射方向Aの位置ずれ量がパルス間隔Dよりも大きくなると、隣接する光ファイバケーブル47のうちの長く形成されている方に先に正反射光36bが入射する場合がある。このような場合には、2点で正反射された正反射光36bがこれら2点のいずれの点で正反射されたかを判別することができない。このため、複数点のうちの隣接する2点の入出射方向Aの位置ずれ量の最大値をG(図5参照)とした場合に、エタロン20は、パルス間隔D>最大値Gを満たすもの、すなわち、パルス間隔D>最大値Gを満たす繰り返し周波数frを設定可能なものが用いられる。そして、形状測定装置10のエタロン20は最大値Gの値に応じて交換可能となっている。エタロン20による繰り返し周波数frの設定は、例えば、パルス間隔Dを数百μmとする設定まで可能である。   Here, when the size of the step between two adjacent points of the measurement object 9, that is, the amount of positional deviation in the incident / exit direction A between the two points is larger than the pulse interval D, the adjacent optical fiber cable The specularly reflected light 36b may be incident on the longer one of 47 which is formed longer. In such a case, it is impossible to determine at which of these two points the specularly reflected light 36b specularly reflected at the two points is specularly reflected. For this reason, when the maximum value of the positional deviation amount in the incident / exit direction A of two adjacent points among the plurality of points is G (see FIG. 5), the etalon 20 satisfies the pulse interval D> the maximum value G. That is, the one that can set the repetition frequency fr that satisfies the pulse interval D> the maximum value G is used. The etalon 20 of the shape measuring apparatus 10 can be replaced according to the maximum value G. The setting of the repetition frequency fr by the etalon 20 is possible up to a setting where the pulse interval D is several hundred μm, for example.

なお、複数点の段差の大きくなる測定対象物9については、2個のエタロン(例えば、パルス間隔D1=0.5mm、パルス間隔D2=0.55mm)を用いることで測定をすることができる。   In addition, about the measurement object 9 with which the level | step difference of several points becomes large, it can measure by using two etalon (For example, pulse interval D1 = 0.5mm, pulse interval D2 = 0.55mm).

図1に戻って、各光ファイバケーブル47にそれぞれ入射した正反射光36bは、ビームスプリッタ46、サーキュレータ44などを介してミキサ25に入力される。   Returning to FIG. 1, the specularly reflected light 36 b incident on each optical fiber cable 47 is input to the mixer 25 via the beam splitter 46, the circulator 44, and the like.

ミキサ25は例えば光ミキサが用いられる。このミキサ25は、第1光路23から入力される参照光35と、第2光路24から入力される複数点ごとの正反射光36bとを例えば光学的に乗算するなどの方法で混合して、参照光35と正反射光36bとの光干渉信号53を複数点ごとに生成する。また、参照光35と正反射光36bとは周波数が近接する周波数成分を含むため、光干渉信号53は検出可能な周波数領域にビートダウンされる。そして、複数点ごとの光干渉信号53がミキサ25から光検出部26に出力される。   For example, an optical mixer is used as the mixer 25. The mixer 25 mixes the reference light 35 input from the first optical path 23 and the regular reflection light 36b for each of a plurality of points input from the second optical path 24 by a method such as optical multiplication, for example. An optical interference signal 53 between the reference light 35 and the regular reflection light 36b is generated for each of a plurality of points. Further, since the reference light 35 and the regular reflection light 36b include frequency components whose frequencies are close to each other, the optical interference signal 53 is beat-down to a detectable frequency region. Then, an optical interference signal 53 for each of a plurality of points is output from the mixer 25 to the light detection unit 26.

光検出部26は、ミキサ25から入力された複数点ごとの光干渉信号53を受光して電気信号に変換し、複数点ごとの光干渉信号53を干渉縞パターン検出部27へ出力する。なお、複数点の各点と光干渉信号53との対応関係(すなわち、光干渉信号53が複数点の中のどの点に対応しているか)は、前述のエタロン20及び各光ファイバケーブル47の長さから明らかである。   The light detection unit 26 receives the light interference signals 53 for each of the plurality of points input from the mixer 25 and converts them into electrical signals, and outputs the light interference signals 53 for each of the plurality of points to the interference fringe pattern detection unit 27. The correspondence between each point of the plurality of points and the optical interference signal 53 (that is, to which point among the plurality of points the optical interference signal 53 corresponds) is the relationship between the etalon 20 and each optical fiber cable 47 described above. It is clear from the length.

干渉縞パターン検出部27は、後述の距離算出部28と共に本発明の距離算出部として機能するものである。干渉縞パターン検出部27及び距離算出部28は、光検出部26から入力された複数点ごとの光干渉信号53に基づき、公知のパルス干渉位置計測技術を利用して、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから測定対象物9の複数点の各点までの距離を算出する。そして、形状算出部29は、複数点の各点までの距離算出結果に基づき、測定対象物9の表面形状を算出する。以下、複数点の各点までの距離算出、並びに表面形状算出の一例について説明する。   The interference fringe pattern detection unit 27 functions as a distance calculation unit of the present invention together with a distance calculation unit 28 described later. The interference fringe pattern detection unit 27 and the distance calculation unit 28 use a known pulse interference position measurement technique based on the optical interference signal 53 for each of a plurality of points input from the light detection unit 26, and each of the optical fiber cables 47. The distance from the collimator 47a to each of a plurality of points of the measurement object 9 is calculated. And the shape calculation part 29 calculates the surface shape of the measuring object 9 based on the distance calculation result to each point of multiple points. Hereinafter, an example of distance calculation to a plurality of points and surface shape calculation will be described.

干渉縞パターン検出部27としては、例えばロックインアンプが用いられる。この干渉縞パターン検出部27は、前述の光検出部26から入力された光干渉信号53の干渉縞パターンを検出し、干渉縞パターンの検出結果を距離算出部28へ出力する。   As the interference fringe pattern detection unit 27, for example, a lock-in amplifier is used. The interference fringe pattern detection unit 27 detects the interference fringe pattern of the optical interference signal 53 input from the light detection unit 26 described above, and outputs the detection result of the interference fringe pattern to the distance calculation unit 28.

距離算出部28は、干渉縞パターン検出部27から入力された干渉縞パターンの検出結果に基づき、測定対象物9の複数点の各点までの距離をそれぞれ算出し、複数点ごとの距離算出結果を形状算出部29へ出力する。なお、干渉縞パターンから各距離を算出する方法については公知であるので、ここでは具体的な説明は省略する。   The distance calculation unit 28 calculates the distance to each of a plurality of points of the measurement object 9 based on the detection result of the interference fringe pattern input from the interference fringe pattern detection unit 27, and the distance calculation result for each of the plurality of points. Is output to the shape calculation unit 29. Since the method for calculating each distance from the interference fringe pattern is known, a specific description is omitted here.

形状算出部29は、距離算出部28から入力される複数点ごとの距離算出結果に基づき、測定対象物9の表面形状の算出を行う。各光ファイバケーブル47の配列及びその間隔から各光束36aの配列及びその間隔は既知であるので、距離算出部28から入力される距離算出結果に基づき、複数点の相対位置関係を算出することができる。その結果、測定対象物9の一次元の表面形状を算出することができる。   The shape calculation unit 29 calculates the surface shape of the measurement object 9 based on the distance calculation result for each of a plurality of points input from the distance calculation unit 28. Since the arrangement and intervals of the light beams 36a are known from the arrangement and intervals of the optical fiber cables 47, the relative positional relationship between a plurality of points can be calculated based on the distance calculation result input from the distance calculation unit 28. it can. As a result, the one-dimensional surface shape of the measuring object 9 can be calculated.

<形状測定装置の作用>
図7は、上記構成の形状測定装置10における形状測定処理の流れを示すフローチャートである。図7に示すように、測定対象物9を形状測定装置10の測定空間内にセットした後、図示しない操作部を介して形状測定開始操作を行うと、ブロードスペクトル光源19からブロードスペクトルが出射される(ステップS1)。
<Operation of shape measuring device>
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of shape measurement processing in the shape measuring apparatus 10 having the above-described configuration. As shown in FIG. 7, when the measurement object 9 is set in the measurement space of the shape measuring device 10 and then a shape measurement start operation is performed via an operation unit (not shown), a broad spectrum is emitted from the broad spectrum light source 19. (Step S1).

ブロードスペクトル光源19から出射されたブロードスペクトルは、エタロン20にて繰り返し周波数frを有する特殊光34に生成された後(ステップS1A)、光アンプ21により増幅され、さらにスプリッタ22により参照光35と測距光36とに分割される(ステップS2)。参照光35は、スプリッタ22から第1光路23に出力された後、第1コリメータ38などを経てミキサ25に入力される。   The broad spectrum emitted from the broad spectrum light source 19 is generated as special light 34 having a repetition frequency fr by the etalon 20 (step S1A), amplified by the optical amplifier 21, and further measured with the reference light 35 by the splitter 22. The light is divided into distance light 36 (step S2). The reference light 35 is output from the splitter 22 to the first optical path 23 and then input to the mixer 25 via the first collimator 38 and the like.

一方、測距光36は、スプリッタ22から第2光路24に出力された後、サーキュレータ44を経てビームスプリッタ46に入力され、ビームスプリッタ46にて複数の光束36aに分割される。各光束36aは、対向面46aに一次元配列された各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから測定対象物9の複数点に向けてそれぞれ出射される(ステップS3)。そして、測定対象物9の複数点にてそれぞれ正反射された正反射光36bがコリメータ47aを経て光ファイバケーブル47に入射する(ステップS4)。   On the other hand, the distance measuring light 36 is output from the splitter 22 to the second optical path 24, then input to the beam splitter 46 through the circulator 44, and is split into a plurality of light beams 36 a by the beam splitter 46. Each light beam 36a is emitted from the collimator 47a of each optical fiber cable 47 arranged one-dimensionally on the facing surface 46a toward a plurality of points on the measurement object 9 (step S3). Then, the specularly reflected light 36b specularly reflected at each of the plurality of points of the measuring object 9 enters the optical fiber cable 47 through the collimator 47a (step S4).

この際に、各光ファイバケーブル47をパルス間隔Dずつ順に長くなるように形成し、且つエタロン20としてパルス間隔D>最大値Gを満たす繰り返し周波数frを有するものを用いているので、各正反射光36bを光ファイバケーブル47の個々の長さに応じて順に遅延させることができる。その結果、各正反射光36bがそれぞれ測定対象物9の複数点のどの点で反射された光であるかを容易に識別することができる。   At this time, each optical fiber cable 47 is formed so as to increase in order by the pulse interval D, and the etalon 20 having a repetition frequency fr satisfying the pulse interval D> maximum value G is used. The light 36b can be sequentially delayed according to the individual length of the optical fiber cable 47. As a result, it is possible to easily identify at which point among the plurality of points of the measuring object 9 each specularly reflected light 36b is reflected.

複数点ごとの正反射光36bは、ビームスプリッタ46、サーキュレータ44などを経てミキサ25に入力される。   The regular reflection light 36b for each of a plurality of points is input to the mixer 25 via the beam splitter 46, the circulator 44, and the like.

参照光35と、複数点ごとの正反射光36bとがミキサ25にて順次に混合されて、複数点ごとの光干渉信号53がミキサ25から光検出部26に入力される。そして、光検出部26にて、複数点ごとの光干渉信号53が検出される(ステップS5)。光検出部26は、複数点ごとの光干渉信号53を干渉縞パターン検出部27へ順次に出力する。   The reference light 35 and the regular reflection light 36b for each of a plurality of points are sequentially mixed by the mixer 25, and the light interference signal 53 for each of the plurality of points is input from the mixer 25 to the light detection unit 26. And the optical interference signal 53 for every several points is detected in the photon detection part 26 (step S5). The light detection unit 26 sequentially outputs the light interference signals 53 for each of the plurality of points to the interference fringe pattern detection unit 27.

干渉縞パターン検出部27は、複数点ごとの光干渉信号53の干渉縞パターンを検出して、各干渉縞パターンの検出結果を距離算出部28へ順次に出力する。そして、距離算出部28は、干渉縞パターン検出部27から入力された各干渉縞パターンの検出結果に基づき、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから測定対象物9の複数点の各々までの距離を算出する(ステップS6)。なお、本実施形態では、被測定物である測定対象物の形状に応じて、パルス間隔Dを変えることができる。例えば、本実施形態では、パルス間隔Dが0.5mm(繰り返し周波数fr=300GHz)の条件にて、1ms/点以上の測定速度で距離の測定を行う。そして、距離算出部28は、各距離の算出結果を形状算出部29へ出力する。   The interference fringe pattern detection unit 27 detects the interference fringe pattern of the optical interference signal 53 for each of a plurality of points, and sequentially outputs the detection result of each interference fringe pattern to the distance calculation unit 28. Then, the distance calculation unit 28 calculates the distance from the collimator 47a of each optical fiber cable 47 to each of the plurality of points of the measurement object 9 based on the detection result of each interference fringe pattern input from the interference fringe pattern detection unit 27. Calculate (step S6). In the present embodiment, the pulse interval D can be changed according to the shape of the measurement object that is the object to be measured. For example, in this embodiment, the distance is measured at a measurement speed of 1 ms / point or more under the condition that the pulse interval D is 0.5 mm (repetition frequency fr = 300 GHz). Then, the distance calculation unit 28 outputs the calculation result of each distance to the shape calculation unit 29.

形状算出部29は、距離算出部28から入力される複数点ごとの距離の算出結果と、既知の各光束36aの配列及びその間隔とに基づき、測定対象物9の複数点の相対位置関係を算出することで測定対象物9の一次元の表面形状を算出する(ステップS7)。この表面形状の算出結果は、図示しない記憶部に格納される。   The shape calculation unit 29 calculates the relative positional relationship between the plurality of points of the measurement object 9 based on the calculation result of the distances for each of the plurality of points input from the distance calculation unit 28, the known arrangement of the respective light fluxes 36a, and the intervals thereof. By calculating, the one-dimensional surface shape of the measuring object 9 is calculated (step S7). The calculation result of the surface shape is stored in a storage unit (not shown).

次いで、測定対象物9の表面形状の測定位置(光束36aが照射される位置)を変えると、前述の各処理により、新たな測定位置における測定対象物9の一次元の表面形状が算出される。以下、測定位置を変えながら測定対象物9の一次元の表面形状の算出を繰り返すことにより、測定対象物9の二次元の表面形状が算出される。   Next, when the measurement position of the surface shape of the measurement object 9 (position where the light beam 36a is irradiated) is changed, the one-dimensional surface shape of the measurement object 9 at the new measurement position is calculated by the above-described processes. . Thereafter, by repeating the calculation of the one-dimensional surface shape of the measurement object 9 while changing the measurement position, the two-dimensional surface shape of the measurement object 9 is calculated.

この際に、表面形状の測定位置が変わることで、前述のパルス間隔D>最大値Gの関係が満たされなくなる場合には、この最大値Gに応じてエタロン20を、パルス間隔D>最大値Gを満たす繰り返し周波数frを設定可能なものに交換する。なお、測定対象物9の種類が変わり、パルス間隔D>最大値Gの関係が満たされなくなる場合も同様にエタロン20を交換する。ここで、前述したように、2個のエタロンを用いて測定を行ってもよい。   At this time, if the relationship between the pulse interval D> the maximum value G is not satisfied by changing the measurement position of the surface shape, the etalon 20 is changed according to the maximum value G, and the pulse interval D> the maximum value. The repetition frequency fr satisfying G is exchanged for one that can be set. Note that the etalon 20 is similarly replaced when the type of the measurement object 9 changes and the relationship of the pulse interval D> the maximum value G is not satisfied. Here, as described above, measurement may be performed using two etalons.

<本発明の効果>
以上のように本発明の形状測定装置10では、前述のエタロン20及び光ファイバケーブル47を用いることで、各光ファイバケーブル47から測定対象物9の複数点に向けて光束36aをそれぞれ同時に出射した場合でも各正反射光36bが測定対象物9の複数点のどの点で反射された光であるかを容易に識別することができる。これにより、一度の走査で多点計測が可能となる。また、エタロン20により生成された測距光36を用いることにより、複数点の各々における光束36aの正反射光36bだけを選択して各光ファイバケーブル47に入射させることができ、SN比の良い干渉縞パターンを発生させることができる。その結果、測定対象物9の複数点までの距離を高精度(具体的にはサブμmの精度)かつ短時間に測定することができ、さらに測定対象物9の表面形状を高精度に算出することができる。
<Effect of the present invention>
As described above, in the shape measuring apparatus 10 according to the present invention, by using the etalon 20 and the optical fiber cable 47 described above, the light beams 36a are simultaneously emitted from each optical fiber cable 47 toward a plurality of points of the measurement target 9. Even in this case, it is possible to easily identify at which point among the plurality of points of the measurement object 9 each specularly reflected light 36b is reflected. Thereby, multipoint measurement can be performed by one scan. Further, by using the distance measuring light 36 generated by the etalon 20, only the regular reflection light 36b of the light beam 36a at each of a plurality of points can be selected and made incident on each optical fiber cable 47, and the SN ratio is good. An interference fringe pattern can be generated. As a result, the distance to a plurality of points of the measurement object 9 can be measured with high accuracy (specifically, sub-μm accuracy) in a short time, and the surface shape of the measurement object 9 can be calculated with high accuracy. be able to.

また、エタロン20による繰り返し周波数frの設定は、パルス間隔Dを数百μmとする設定まで可能であるので、測定対象物9の表面形状の段差(最大値G)に応じてエタロン20を交換することで、段差の大きい表面形状の測定を行うことができる。   Further, since the repetition frequency fr can be set by the etalon 20 up to a setting in which the pulse interval D is several hundred μm, the etalon 20 is exchanged according to the step (maximum value G) of the surface shape of the measurement object 9. Thus, it is possible to measure a surface shape having a large level difference.

また、前述の通り、測定対象物9の複数点にて正反射された正反射光36bだけを各光ファイバケーブル47に入射させることができるので、測定対象物9の複数点での反射率の影響は問題とならず、さらに、各光束36aの光路が重なる場合でも複数点までの距離を測定することができる。   Further, as described above, since only the regular reflection light 36b specularly reflected at a plurality of points of the measurement object 9 can be made incident on each optical fiber cable 47, the reflectance of the measurement object 9 at a plurality of points can be reduced. The influence does not become a problem, and furthermore, the distance to a plurality of points can be measured even when the optical paths of the light beams 36a overlap.

また、本発明の形状測定装置10の要部は、エタロン20、ビームスプリッタ46、及び各光ファイバケーブル47により構成可能であるので、形状測定装置10を低コストに実現できる。   Moreover, since the principal part of the shape measuring apparatus 10 of this invention can be comprised by the etalon 20, the beam splitter 46, and each optical fiber cable 47, the shape measuring apparatus 10 is realizable at low cost.

[第2実施形態の形状測定装置]
図8は、本発明の第2実施形態の形状測定装置10Aの要部を説明するための説明図である。上記第1実施形態の形状測定装置10では、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aの入出射方向Aの位置を同じ位置に調整している。これに対して、図8に示すように、形状測定装置10Aでは、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aの入出射方向Aの位置を測定対象物9に向けてパルス間隔D分だけ順にずらしている。この結果、光ファイバケーブル47の光ファイバー長の制作誤差を補正することが可能であり、被測定物である測定対象物9として平面の測定も可能になる。なお、形状測定装置10Aは、各コリメータ47aの入出射方向Aの位置が異なる点を除けば、第1実施形態の形状測定装置10と基本的に同じ構成である。このため、上記第1実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
[Shape Measuring Device of Second Embodiment]
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a main part of the shape measuring apparatus 10A according to the second embodiment of the present invention. In the shape measuring apparatus 10 of the first embodiment, the position of the collimator 47a of each optical fiber cable 47 in the incident / exit direction A is adjusted to the same position. On the other hand, as shown in FIG. 8, in the shape measuring apparatus 10 </ b> A, the position of the collimator 47 a of each optical fiber cable 47 in the incident / exit direction A is sequentially shifted toward the measurement object 9 by the pulse interval D. . As a result, it is possible to correct the production error of the optical fiber length of the optical fiber cable 47, and it is also possible to measure a plane as the measurement object 9 that is the object to be measured. The shape measuring apparatus 10A has basically the same configuration as the shape measuring apparatus 10 of the first embodiment except that the positions of the collimators 47a in the incident / exit direction A are different. For this reason, the same reference numerals are given to the same functions and configurations as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

各光ファイバケーブル47の長さは、第1実施形態と同様に、パルス間隔Dずつ順に長くなるように形成されている。このため、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから測定対象物9の複数点までの各々の光束36aの光路長Lは、例えば、(1)L=10・D+σ1、(2)L=9・D+σ2、(3)L=8・D+σ3、・・・となる。ここでσ1、σ2、σ3、・・・は、測定対象物9の複数点の入出射方向Aにおける相対的な位置ずれ量を示す値、すなわち、測定対象物9の表面形状を示す値である。   The length of each optical fiber cable 47 is formed so as to increase in order by the pulse interval D as in the first embodiment. For this reason, the optical path length L of each light beam 36a from the collimator 47a of each optical fiber cable 47 to a plurality of points of the measurement object 9 is, for example, (1) L = 10 · D + σ1, (2) L = 9 · D + σ2. (3) L = 8 · D + σ3,... Here, σ 1, σ 2, σ 3,... Are values indicating the relative displacement amounts of the measurement object 9 in the incident / exit direction A, that is, values indicating the surface shape of the measurement object 9. .

各光ファイバケーブル47の長さをパルス間隔Dずつ順に長くすることで、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから測定対象物9の複数点に向けて出射される光束36aを順次に遅延させることができる。これにより、各光束36aを測定対象物9の複数点に順次に到達させることができるため、コリメータ47aに入射する各光束36aの正反射光36bを順次に遅延させることができる。その結果、第2実施形態の形状測定装置10Aにおいても、各光ファイバケーブル47に入射された正反射光36bが測定対象物9の複数点のどの点で反射された光であるかを容易に識別することができるので、第1実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。   By sequentially increasing the length of each optical fiber cable 47 by the pulse interval D, the light flux 36a emitted from the collimator 47a of each optical fiber cable 47 toward a plurality of points of the measuring object 9 can be sequentially delayed. it can. Thereby, since each light beam 36a can be made to reach the multiple points of the measuring object 9 sequentially, the regular reflection light 36b of each light beam 36a incident on the collimator 47a can be sequentially delayed. As a result, also in the shape measuring apparatus 10A of the second embodiment, it is easy to determine at which point among the plurality of points of the measuring object 9 the specularly reflected light 36b incident on each optical fiber cable 47 is reflected. Since it can identify, the effect similar to the effect demonstrated in 1st Embodiment is acquired.

[第3実施形態の形状測定装置]
図9は、第3実施形態の形状測定装置のビームスプリッタ60の対向面60aの正面図である。上記第1実施形態の形状測定装置10では、ビームスプリッタ46の対向面46aに光ファイバケーブル47及びコリメータ47aが一次元配列されている。これに対して、第3実施形態の形状測定装置のビームスプリッタ60の対向面60a(入出射方向に対して垂直な面)には、光ファイバケーブル47等が二次元配列されている。これにより、図9に示すように、測定対象物9の二次元方向に並んだ複数点に対して各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから光束36aが出射され、複数点にてそれぞれ正反射された正反射光36bがコリメータ47aを介して各光ファイバケーブル47に入射する。
[Shape Measuring Device of Third Embodiment]
FIG. 9 is a front view of the facing surface 60a of the beam splitter 60 of the shape measuring apparatus according to the third embodiment. In the shape measuring apparatus 10 of the first embodiment, the optical fiber cable 47 and the collimator 47a are one-dimensionally arranged on the facing surface 46a of the beam splitter 46. On the other hand, the optical fiber cables 47 and the like are two-dimensionally arranged on the facing surface 60a (surface perpendicular to the incident / exit direction) of the beam splitter 60 of the shape measuring apparatus according to the third embodiment. As a result, as shown in FIG. 9, the light flux 36a is emitted from the collimator 47a of each optical fiber cable 47 to a plurality of points arranged in the two-dimensional direction of the measurement object 9, and is regularly reflected at the plurality of points. The regular reflection light 36b enters each optical fiber cable 47 through the collimator 47a.

このように第3実施形態の形状側測定装置では、ビームスプリッタ60の対向面60aに光ファイバケーブル47等を二次元配列させることで、測定対象物9の二次元方向に並んだ複数点の各点までの距離をそれぞれ算出することができる。その結果、1回の測定で測定対象物9の二次元の表面形状を算出することができる。   As described above, in the shape side measuring apparatus according to the third embodiment, the optical fiber cables 47 and the like are two-dimensionally arranged on the facing surface 60a of the beam splitter 60, whereby each of a plurality of points arranged in the two-dimensional direction of the measuring object 9 is arranged. Each distance to the point can be calculated. As a result, the two-dimensional surface shape of the measuring object 9 can be calculated in one measurement.

なお、第3実施形態の形状側測定装置は、光ファイバケーブル47等が二次元配列されているビームスプリッタ60を備える点を除けば、第1実施形態の形状測定装置10と基本的に同じ構成であるので、第1実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。   The shape-side measuring device of the third embodiment is basically the same configuration as the shape measuring device 10 of the first embodiment, except that it includes a beam splitter 60 in which optical fiber cables 47 and the like are two-dimensionally arranged. Therefore, the same effect as described in the first embodiment can be obtained.

[第4実施形態の形状測定装置]
図10は、第4実施形態の形状測定装置の干渉縞パターン検出部65の機能ブロック図である。なお、第4実施形態の形状側測定装置は、第1実施形態の形状測定装置10とは異なる干渉縞パターン検出部65を備える点を除けば、第1実施形態の形状測定装置10と基本的に同じ構成である。このため、上記第1実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
[Shape Measuring Device of Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a functional block diagram of the interference fringe pattern detection unit 65 of the shape measuring apparatus according to the fourth embodiment. The shape-side measuring device according to the fourth embodiment is basically the same as the shape-measuring device 10 according to the first embodiment, except that the interference fringe pattern detection unit 65 is different from the shape measuring device 10 according to the first embodiment. The same configuration. For this reason, the same reference numerals are given to the same functions and configurations as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図10に示すように、干渉縞パターン検出部65は、第1のアンプ70(図中、「AMP1」で表示)、ローパスフィルタ71(図中、「LPF」で表示)、微分処理部72(図中、「DIF」で表示)、第2のアンプ73(図中、「AMP2」で表示)、及びピーク位置検出部74を備えている。なお、第4実施形態及び後述の第5実施形態では、光検出部26から入力された光干渉信号53を、第1光路23と第2光路24との光路差が前述の繰り返し周波数frの整数倍に対応する位置で干渉縞が発生する干渉縞パターン信号として説明を行う。   As shown in FIG. 10, the interference fringe pattern detection unit 65 includes a first amplifier 70 (indicated by “AMP1” in the drawing), a low-pass filter 71 (indicated by “LPF” in the drawing), and a differentiation processing unit 72 (indicated by “LPF” in the drawing). A second amplifier 73 (shown as “AMP2” in the figure), and a peak position detector 74 are provided. In the fourth embodiment and the fifth embodiment to be described later, the optical interference signal 53 input from the light detection unit 26 is an integer of the above-described repetition frequency fr, where the optical path difference between the first optical path 23 and the second optical path 24 is the same. The description will be made as an interference fringe pattern signal in which an interference fringe is generated at a position corresponding to double.

第1のアンプ70は、光検出部26から入力された光干渉信号53である干渉縞パターン信号を増幅し、雑音が多いゼロ電圧の部分をカットした後、さらに増幅してローパスフィルタ71へ出力する。   The first amplifier 70 amplifies the interference fringe pattern signal, which is the optical interference signal 53 input from the light detection unit 26, cuts off the noisy zero voltage portion, and further amplifies and outputs it to the low-pass filter 71. To do.

ローパスフィルタ71は、第1のアンプ70から入力された干渉縞パターン信号に対してローパスフィルタ処理を施してSN比を向上させた後、この干渉縞パターン信号を微分処理部72へ出力する。   The low pass filter 71 performs low pass filter processing on the interference fringe pattern signal input from the first amplifier 70 to improve the SN ratio, and then outputs the interference fringe pattern signal to the differentiation processing unit 72.

微分処理部72は、ローパスフィルタ71から入力された干渉縞パターン信号に対して微分処理を施した後、この干渉縞パターン信号を第2のアンプ73へ出力する。   The differentiation processing unit 72 performs a differentiation process on the interference fringe pattern signal input from the low-pass filter 71 and then outputs the interference fringe pattern signal to the second amplifier 73.

第2のアンプ73は、微分処理部72から入力された干渉縞パターン信号のゼロクロッシングの位置でトリガ信号(パルス信号)を発生させ、このトリガ信号をピーク位置検出部74へ出力する。   The second amplifier 73 generates a trigger signal (pulse signal) at the zero crossing position of the interference fringe pattern signal input from the differentiation processing unit 72, and outputs the trigger signal to the peak position detection unit 74.

ピーク位置検出部74は、第2のアンプ73から入力されるトリガ信号に基づき、干渉縞パターン信号のピーク位置を検出し、このピーク位置の検出結果を前述の距離算出部28へ出力する。   The peak position detection unit 74 detects the peak position of the interference fringe pattern signal based on the trigger signal input from the second amplifier 73 and outputs the detection result of the peak position to the distance calculation unit 28 described above.

距離算出部28は、ピーク位置検出部74から入力されたピーク位置の検出結果に基づき、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから測定対象物9の複数点の各点までの距離をそれぞれ算出し、複数点ごとの距離算出結果を形状算出部29へ出力する。これ以降の処理は、第1実施形態と基本的に同じであるので、ここでは具体的な説明は省略する。   The distance calculation unit 28 calculates the distance from the collimator 47a of each optical fiber cable 47 to each of a plurality of points of the measurement object 9, based on the detection result of the peak position input from the peak position detection unit 74, The distance calculation result for each of a plurality of points is output to the shape calculation unit 29. Since the subsequent processing is basically the same as that of the first embodiment, a specific description is omitted here.

このように第4実施形態の形状測定装置では、干渉縞パターン信号のピーク位置を精密に検出することができるので、測定対象物9の複数点までの距離をより高精度に測定することができる。その結果、測定対象物9の表面形状を高精度に測定することができる。なお、第4実施形態の形状側測定装置は、干渉縞パターン検出部65を備える点を除けば、第1実施形態の形状測定装置10と基本的に同じ構成であるので、第1実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。   As described above, in the shape measuring apparatus according to the fourth embodiment, the peak position of the interference fringe pattern signal can be accurately detected, so that the distance to a plurality of points of the measuring object 9 can be measured with higher accuracy. . As a result, the surface shape of the measuring object 9 can be measured with high accuracy. In addition, since the shape side measuring apparatus of 4th Embodiment is the same structure as the shape measuring apparatus 10 of 1st Embodiment except for the point provided with the interference fringe pattern detection part 65, in 1st Embodiment. The same effect as described is obtained.

[第5実施形態の形状測定装置]
図11は、第5実施形態の形状測定装置の干渉縞パターン検出部80の機能を説明するための説明図である。なお、第5実施形態の形状側測定装置は、第4実施形態の形状測定装置とは異なる干渉縞パターン検出部80を備える点を除けば、第4実施形態の形状測定装置(すなわち、第1実施形態の形状測定装置10)と基本的に同じ構成である。このため、上記第1実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
[Shape Measuring Device of Fifth Embodiment]
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the function of the interference fringe pattern detection unit 80 of the shape measuring apparatus according to the fifth embodiment. Note that the shape side measuring apparatus of the fifth embodiment is the same as the shape measuring apparatus of the fourth embodiment (that is, the first measuring apparatus) except that the interference fringe pattern detecting unit 80 is different from the shape measuring apparatus of the fourth embodiment. The configuration is basically the same as the shape measuring apparatus 10) of the embodiment. For this reason, the same reference numerals are given to the same functions and configurations as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図11に示すように、干渉縞パターン検出部80は、最初に干渉縞パターン信号に対して二乗処理を施す第1の処理を実行する(図中の括弧付き数字(1)参照)。そして、干渉縞パターン検出部80は、二乗処理後の干渉縞パターン信号に対してローパスフィルタ処理を施す第2の処理(図中の括弧付き数字(2)参照)と、微分処理を施す第3の処理(図中の括弧付き数字(3)参照)とを実行する。なお、ローパスフィルタ処理で用いられるローパスフィルタとしては、干渉縞パターン信号の細かい構造を消すために時定数の大きなものが用いられる。   As shown in FIG. 11, the interference fringe pattern detection unit 80 first executes a first process for performing a square process on the interference fringe pattern signal (see the number in parentheses (1) in the figure). Then, the interference fringe pattern detection unit 80 performs a second process (see number (2) in parentheses in the figure) for performing a low-pass filter process on the interference fringe pattern signal after the square process, and a third process for performing a differentiation process. (See number (3) in parentheses in the figure). As the low-pass filter used in the low-pass filter process, a filter having a large time constant is used in order to eliminate the fine structure of the interference fringe pattern signal.

次いで、干渉縞パターン検出部80は、微分処理後の干渉縞パターン信号のゼロクロッシングの位置でトリガ信号(パルス信号)を発生させる第4の処理(図中の括弧付き数字(4)参照)と、この第4の処理で発生したトリガ信号に基づき、干渉縞パターン信号のピーク位置を検出する第5の処理とを実行する。   Next, the interference fringe pattern detection unit 80 performs a fourth process (see the number in parentheses (4) in the figure) for generating a trigger signal (pulse signal) at the zero crossing position of the interference fringe pattern signal after the differentiation process. The fifth process of detecting the peak position of the interference fringe pattern signal is executed based on the trigger signal generated in the fourth process.

干渉縞パターン検出部80は、第5の処理で検出されたピーク位置の検出結果を前述の距離算出部28へ出力する。以下、上記第4実施形態と同様に、ピーク位置の検出結果に基づき、距離算出部28が測定対象物9の複数点までの距離をそれぞれ算出する第6の処理を実行する。なお、これ以降の処理は、第1実施形態と基本的に同じであるので、ここでは具体的な説明は省略する。   The interference fringe pattern detection unit 80 outputs the detection result of the peak position detected in the fifth process to the distance calculation unit 28 described above. Hereinafter, similarly to the fourth embodiment, the distance calculation unit 28 performs a sixth process of calculating the distances to a plurality of points of the measurement object 9 based on the detection result of the peak position. Since the subsequent processing is basically the same as that of the first embodiment, a specific description is omitted here.

このように第5実施形態の形状測定装置は、干渉縞パターン信号のピーク位置を精密に検出(具体的には数10nmの分解能で検出)することができるので、測定対象物9の複数点までの距離をより高精度に測定することができる。その結果、測定対象物9の表面形状を高精度に測定することができる。なお、第5実施形態の形状側測定装置についても、干渉縞パターン検出部80を備える点を除けば、第1実施形態の形状測定装置10と基本的に同じ構成であるので、第1実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。   As described above, the shape measuring apparatus according to the fifth embodiment can accurately detect the peak position of the interference fringe pattern signal (specifically, it can be detected with a resolution of several tens of nanometers). Can be measured with higher accuracy. As a result, the surface shape of the measuring object 9 can be measured with high accuracy. Note that the shape-side measuring device of the fifth embodiment is basically the same in configuration as the shape measuring device 10 of the first embodiment except that the interference fringe pattern detection unit 80 is provided, so the first embodiment The same effect as described in the above can be obtained.

[第6実施形態の形状測定装置]
図12は、第6実施形態の形状測定装置10Bの概略図である。形状測定装置の構成は、図1に示した第1実施形態の形状測定装置10の構成に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。以下、図12を用いて、形状測定装置の変形例の一例として形状測定装置10Bについての説明を行う。なお、上記第1実施形態と機能・構成上同一のものについては、同一符号を付してその説明は省略する。
[Shape Measuring Device of Sixth Embodiment]
FIG. 12 is a schematic diagram of a shape measuring apparatus 10B according to the sixth embodiment. The configuration of the shape measuring apparatus is not limited to the configuration of the shape measuring apparatus 10 of the first embodiment shown in FIG. 1, and can be changed as appropriate. Hereinafter, the shape measuring apparatus 10B will be described as an example of a modification of the shape measuring apparatus with reference to FIG. In addition, about the thing same as said 1st Embodiment on a function and a structure, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

形状測定装置10Bは、大別して、ブロードスペクトル光源19、エタロン20、光ファイバケーブル30、サーキュレータ44B、スプリッタ22B、第1光路23B、第2光路24B、移動ステージ85、ビームスプリッタ46及び光ファイバケーブル47、光検出部26、干渉縞パターン検出部27、距離算出部28、及び形状算出部29を備えている。   The shape measuring apparatus 10B is roughly divided into a broad spectrum light source 19, an etalon 20, an optical fiber cable 30, a circulator 44B, a splitter 22B, a first optical path 23B, a second optical path 24B, a moving stage 85, a beam splitter 46, and an optical fiber cable 47. A light detection unit 26, an interference fringe pattern detection unit 27, a distance calculation unit 28, and a shape calculation unit 29.

サーキュレータ44Bは、エタロン20から入力される特殊光34をスプリッタ22Bに向けて出力すると共に、このスプリッタ22Bからの戻り光(光干渉信号53)を光検出部26に向けて出力する。   The circulator 44B outputs the special light 34 input from the etalon 20 toward the splitter 22B, and outputs the return light (optical interference signal 53) from the splitter 22B toward the light detection unit 26.

スプリッタ22Bは、サーキュレータ44Bと、第1光路23B及び第2光路24Bとに接続している。スプリッタ22Bは、サーキュレータ44Bから入力された特殊光34を参照光35と測距光36とに分割して、参照光35を第1光路23Bに出力すると共に、測距光36を第2光路24Bに出力する。   The splitter 22B is connected to the circulator 44B, the first optical path 23B, and the second optical path 24B. The splitter 22B divides the special light 34 input from the circulator 44B into the reference light 35 and the distance measuring light 36, and outputs the reference light 35 to the first optical path 23B, and the distance measuring light 36 to the second optical path 24B. Output to.

第1光路23Bには、第1コリメータ38B及び移動ステージ85が設けられている。第1コリメータ38Bは、スプリッタ22Bから入力される参照光35を平行光線として移動ステージ85に向けて出射する。   A first collimator 38B and a moving stage 85 are provided in the first optical path 23B. The first collimator 38B emits the reference light 35 input from the splitter 22B as a parallel light beam toward the moving stage 85.

移動ステージ85は、第1コリメータ38Bに対向する位置に配置されており、第1コリメータ38Bから入射される参照光35を第1コリメータ38Bに反射する。この移動ステージ85は、参照光35の光路に平行な方向に往復動される。これにより、第1光路23Bにおける参照光35の光路長を可変することができる。移動ステージ85により反射された参照光35は、第1コリメータ38Bに入力された後、この第1コリメータ38Bからスプリッタ22Bに入力される。   The moving stage 85 is disposed at a position facing the first collimator 38B, and reflects the reference light 35 incident from the first collimator 38B to the first collimator 38B. The moving stage 85 is reciprocated in a direction parallel to the optical path of the reference light 35. Thereby, the optical path length of the reference light 35 in the first optical path 23B can be varied. The reference light 35 reflected by the moving stage 85 is input to the first collimator 38B, and then input from the first collimator 38B to the splitter 22B.

第2光路24Bには、前述のビームスプリッタ46及び複数の光ファイバケーブル47が設けられている。これにより、スプリッタ22Bから第2光路24Bに入力された測距光36は、ビームスプリッタ46により複数の光束36aに分割された後、各光ファイバケーブル47のコリメータ47aから測定対象物9の複数点に向けてそれぞれ出射される。そして、測定対象物9の複数点にてそれぞれ正反射された正反射光36bがコリメータ47aを経て各光ファイバケーブル47に入射する。   The above-mentioned beam splitter 46 and a plurality of optical fiber cables 47 are provided in the second optical path 24B. As a result, the distance measuring light 36 input from the splitter 22B to the second optical path 24B is divided into a plurality of light beams 36a by the beam splitter 46, and then the plurality of points of the measuring object 9 from the collimator 47a of each optical fiber cable 47. Are emitted toward Then, the specularly reflected light 36b that is specularly reflected at a plurality of points of the measurement object 9 enters each optical fiber cable 47 through the collimator 47a.

この際に、第1実施形態で説明したように、各正反射光36bを光ファイバケーブル47の個々の長さに応じて順に遅延させることができるので、各正反射光36bがそれぞれ測定対象物9の複数点のどの点で反射された光であるかを容易に識別することができる。そして、複数点ごとの正反射光36bは、ビームスプリッタ46などを経てスプリッタ22Bに入力される。   At this time, as described in the first embodiment, each regular reflection light 36b can be sequentially delayed according to the individual length of the optical fiber cable 47. It is possible to easily identify at which point among the plurality of nine points the light is reflected. Then, the regular reflection light 36b for each of a plurality of points is input to the splitter 22B via the beam splitter 46 and the like.

参照光35と、複数点ごとの正反射光36bとがスプリッタ22Bにて順次に混合されて、複数点ごとの光干渉信号53がスプリッタ22Bからサーキュレータ44Bを経て光検出部26に入力される。そして、複数点ごとの光干渉信号53が光検出部26にて検出される。これ以降の処理は、上記第1実施形態と基本的に同じであるので、具体的な説明は省略する。   The reference light 35 and the regular reflection light 36b for each of a plurality of points are sequentially mixed by the splitter 22B, and the light interference signal 53 for each of the plurality of points is input to the light detection unit 26 from the splitter 22B via the circulator 44B. Then, the light interference signal 53 for each of the plurality of points is detected by the light detection unit 26. The subsequent processing is basically the same as that in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

このように第6実施形態の形状測定装置10Bも第1実施形態と同様のエタロン20、ビームスプリッタ46及び光ファイバケーブル47を備えており、基本的な構成は第1実施形態の形状測定装置10と同じであるので、第1実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。   As described above, the shape measuring apparatus 10B of the sixth embodiment also includes the etalon 20, the beam splitter 46, and the optical fiber cable 47 similar to those of the first embodiment, and the basic configuration is the shape measuring apparatus 10 of the first embodiment. Therefore, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.

[その他]
上記各実施形態では、本発明の測距光分割部としてビームスプリッタを例に挙げて説明を行ったが、測距光36を複数の光束36aに分割可能な各種の測距光分割部、例えば、ビームスプリッタの代わりに、光スイッチを用いても同様の効果をだすことができる。また、回折格子、レンズアレイ、マスク、マイクロミラーアレイ(DMD:Digital Mirror Device)、透過型の光空間変調器などを用いることができる。
[Others]
In each of the above embodiments, the description has been given by taking the beam splitter as an example of the distance measuring light splitting unit of the present invention, but various distance measuring light splitting units capable of splitting the distance measuring light 36 into a plurality of light beams 36a, for example, The same effect can be obtained by using an optical switch instead of the beam splitter. Further, a diffraction grating, a lens array, a mask, a micro mirror array (DMD: Digital Mirror Device), a transmissive spatial light modulator, or the like can be used.

上記各実施形態では、各光ファイバケーブル47の長さをパルス間隔Dずつ順に長くなるように形成しているが、任意の自然数をnとした場合に、各光ファイバケーブル47の長さをn・D(約自然数倍を含む)ずつ順に長く形成してもよい。この場合にも、エタロン20としてD>Gを満たすものを用いる。   In each of the above embodiments, the length of each optical fiber cable 47 is formed so as to increase in order by the pulse interval D. However, when an arbitrary natural number is n, the length of each optical fiber cable 47 is set to n. -You may form long in order of D (including about natural number times). Also in this case, an etalon 20 that satisfies D> G is used.

上記各実施形態では、本発明の光入出射部として光ファイバケーブルを例に挙げて説明を行ったが、長さを変更可能な各種の光入出射部を用いることができる。   In each of the above embodiments, an optical fiber cable has been described as an example of the light incident / exit section of the present invention, but various light incident / exit sections that can be changed in length can be used.

更に、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上記各実施形態の形状測定装置の全てを同一箇所に配置することなく、ビームスプリッタ及び光ファイバケーブルは工場に配置し、これらと光通信接続された他の部分は異なる場所の測定室に配置するなど、光通信接続用の光ファイバを延長することで異なる場所・建物に存在する物体の測定も可能である。   Furthermore, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the beam splitter and the optical fiber cable are arranged in a factory without arranging all of the shape measuring apparatuses of the above embodiments in the same place, and other parts connected thereto by optical communication are in different measurement rooms. It is also possible to measure objects that exist in different places / buildings by extending the optical fiber for optical communication connection, such as by placing it.

10…形状測定装置,10A…形状測定装置,10B…形状測定装置,20…ファブリー・ペロー・エタロン,26…光検出部,27…干渉縞パターン検出部,28…距離算出部,29…形状算出部,34…特殊光,46…ビームスプリッタ,47…光ファイバケーブル   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Shape measuring device, 10A ... Shape measuring device, 10B ... Shape measuring device, 20 ... Fabry-Perot etalon, 26 ... Light detection part, 27 ... Interference fringe pattern detection part, 28 ... Distance calculation part, 29 ... Shape calculation 34, special light, 46 ... beam splitter, 47 ... optical fiber cable

Claims (8)

ブロードスペクトルを出射する光源と、
前記光源から出射された前記ブロードスペクトルから、予め定められた繰り返し周波数を有する光である特殊光を生成して出射するファブリー・ペロー・エタロンと、
前記ファブリー・ペロー・エタロンから出射された前記特殊光を、参照光と測距光とに分割する特殊光分割部と、
前記特殊光分割部にて分割された前記測距光を複数の光束に分割する測距光分割部と、
前記測距光分割部にて分割された前記複数の光束を測定対象物の複数点に向けてそれぞれ出射し、かつ前記複数点にてそれぞれ正反射された前記光束がそれぞれ入射する複数の光入出射部と、
前記特殊光分割部にて分割された前記参照光と、前記複数の光入出射部にそれぞれ入射した前記複数点ごとの前記光束との光干渉信号を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出結果に基づき、前記複数の光入出射部から前記複数点の各々までの距離を算出する距離算出部と、を備え、
前記繰り返し周波数に対応した前記特殊光のパルス間隔をDとし、任意の自然数をnとした場合に、前記複数の光入出射部における前記光束の光路長がn・Dずつ順に長くなり、
前記複数の光入出射部から入出射される前記光束に平行な方向を入出射方向とし、前記複数点のうちの隣接する2点の前記入出射方向の位置ずれ量の最大値をGとした場合に、前記ファブリー・ペロー・エタロンはD>Gを満たすものである多点距離測定装置。
A light source that emits a broad spectrum;
A Fabry-Perot etalon that generates and emits special light that is light having a predetermined repetition frequency from the broad spectrum emitted from the light source, and
A special light splitting unit that splits the special light emitted from the Fabry-Perot etalon into reference light and ranging light;
A ranging light dividing unit that divides the ranging light divided by the special light dividing unit into a plurality of light fluxes;
A plurality of light incident beams that respectively emit the plurality of light beams divided by the distance measuring light splitting unit toward a plurality of points of the measurement object, and the light beams regularly reflected at the plurality of points respectively enter. An emission part;
A light detecting unit that detects an optical interference signal between the reference light divided by the special light dividing unit and the light flux at each of the plurality of points incident on the plurality of light incident / exiting units;
A distance calculating unit that calculates a distance from each of the plurality of light incident / exiting units to each of the plurality of points based on a detection result of the light detecting unit;
When the pulse interval of the special light corresponding to the repetition frequency is D and an arbitrary natural number is n, the optical path length of the light flux in the plurality of light incident / exit portions is sequentially increased by n · D,
The direction parallel to the light flux entering / exiting from the plurality of light entrance / exit portions is defined as the entrance / exit direction, and the maximum value of the positional deviation amount in the entrance / exit direction at two adjacent points among the plurality of points is defined as G. In some cases, the Fabry-Perot etalon satisfies D> G.
前記ファブリー・ペロー・エタロンは、前記Gの値に応じて交換可能である請求項1記載の多点距離測定装置。   The multipoint distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the Fabry-Perot etalon is exchangeable according to the value of G. 前記複数の光入出射部における前記光束の入出射位置が、前記入出射方向において同じ位置である請求項1または2記載の多点距離測定装置。   The multipoint distance measuring device according to claim 1 or 2, wherein the light incident / exiting positions of the light beams in the plurality of light incident / exiting portions are the same position in the incident / exiting direction. 前記複数の光入出射部は、前記入出射方向に対して垂直な方向に一次元配列されている請求項1から3のいずれか1項に記載の多点距離測定装置。   4. The multipoint distance measuring device according to claim 1, wherein the plurality of light incident / exit portions are one-dimensionally arranged in a direction perpendicular to the incident / exit direction. 5. 前記複数の光入出射部は、前記入出射方向に対して垂直な面内に二次元配列されている請求項1から3のいずれか1項に記載の多点距離測定装置。   4. The multipoint distance measuring device according to claim 1, wherein the plurality of light incident / exit portions are two-dimensionally arranged in a plane perpendicular to the incident / exit direction. 5. 前記複数の光入出射部は、長さの異なる複数の光ファイバケーブルである請求項1から5のいずれか1項に記載の多点距離測定装置。   The multipoint distance measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of light incident / exit sections are a plurality of optical fiber cables having different lengths. 前記距離算出部は、
前記光干渉信号に二乗処理を施す第1の処理と、
前記二乗処理が施された前記光干渉信号にローパスフィルタ処理を施す第2の処理と、
前記ローパスフィルタ処理が施された前記光干渉信号に微分処理を施す第3の処理と、
前記微分処理が施された前記光干渉信号のゼロクロッシングの位置でトリガ信号を発生させる第4の処理と、
前記第4の処理で発生した前記トリガ信号に基づき、前記光干渉信号のピーク位置を検出する第5の処理と、
前記第5の処理で検出された前記ピーク位置に基づき、前記距離を算出する第6の処理と、
を実行する請求項1から6のいずれか1項に記載の多点距離測定装置。
The distance calculation unit
A first process for applying a square process to the optical interference signal;
A second process for performing a low-pass filter process on the optical interference signal subjected to the square process;
A third process for differentiating the optical interference signal subjected to the low-pass filter process;
A fourth process for generating a trigger signal at a position of zero crossing of the optical interference signal subjected to the differentiation process;
A fifth process for detecting a peak position of the optical interference signal based on the trigger signal generated in the fourth process;
A sixth process for calculating the distance based on the peak position detected in the fifth process;
The multipoint distance measuring device according to any one of claims 1 to 6, wherein:
請求項1から7のいずれか1項に記載の多点距離測定装置と、
前記距離算出部の算出結果に基づき、前記測定対象物の表面形状を算出する形状算出部と、
を備える形状測定装置。
The multipoint distance measuring device according to any one of claims 1 to 7,
Based on the calculation result of the distance calculation unit, a shape calculation unit that calculates the surface shape of the measurement object;
A shape measuring apparatus comprising:
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