JPH08233544A - 共焦点光学装置 - Google Patents
共焦点光学装置Info
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- JPH08233544A JPH08233544A JP4016595A JP4016595A JPH08233544A JP H08233544 A JPH08233544 A JP H08233544A JP 4016595 A JP4016595 A JP 4016595A JP 4016595 A JP4016595 A JP 4016595A JP H08233544 A JPH08233544 A JP H08233544A
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ピンホール光源光のコヒーレンスを実質的に下
げることで、Ｓ／Ｎ比、ピンホール光源光の開口数、計
測分解能を向上させる。 【構成】光源１と、この光源から発した光を通過させて
点光源光にする複数の開口を有する第１のピンホールア
レイＰＨ1と、この第１のピンホールアレイＰＨ1の開口
を通過した光を被計測物体７上に集光するレンズ５と、
この被計測物体７上の集光面に共役な面に位置し前記第
１のピンホールアレイの各開口に対応した位置に複数の
開口を有する第２のピンホールアレイＰＨ2と、この第
２ピンホールアレイＰＨ2の各開口部を通過した光を検
出する複数の光検出器を有する光検出器アレイ９とを有
する共焦点光学装置において、前記光源１と第１のピン
ホールアレイＰＨ1の間に配設され、光源１からの光を
拡散する光拡散手段３０と、この光拡散手段３０を振動
または回転させる駆動手段４０とを具える。
げることで、Ｓ／Ｎ比、ピンホール光源光の開口数、計
測分解能を向上させる。 【構成】光源１と、この光源から発した光を通過させて
点光源光にする複数の開口を有する第１のピンホールア
レイＰＨ1と、この第１のピンホールアレイＰＨ1の開口
を通過した光を被計測物体７上に集光するレンズ５と、
この被計測物体７上の集光面に共役な面に位置し前記第
１のピンホールアレイの各開口に対応した位置に複数の
開口を有する第２のピンホールアレイＰＨ2と、この第
２ピンホールアレイＰＨ2の各開口部を通過した光を検
出する複数の光検出器を有する光検出器アレイ９とを有
する共焦点光学装置において、前記光源１と第１のピン
ホールアレイＰＨ1の間に配設され、光源１からの光を
拡散する光拡散手段３０と、この光拡散手段３０を振動
または回転させる駆動手段４０とを具える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は共焦点光学系におい
て、光の干渉によって発生したノイズ成分を弱くしてＳ
／Ｎ比を向上させるための改良に関する。
て、光の干渉によって発生したノイズ成分を弱くしてＳ
／Ｎ比を向上させるための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】物体の
形状を測定する技術としては、例えば特開平４−２６５
９１８号公報に示されるように、共焦点光学系を２次元
的に配置したものがあり、図６にその構成を示す。
形状を測定する技術としては、例えば特開平４−２６５
９１８号公報に示されるように、共焦点光学系を２次元
的に配置したものがあり、図６にその構成を示す。
【０００３】図６において、光源１の光はレンズ２、３
を介して平行光となりピンホールアレイＰＨ1に入射さ
れる。ピンホールアレイＰＨ1は、ピンホールがマトリ
ックス状に配設されたものである。ピンホールアレイＰ
Ｈ1を通過した光はハーフミラー４を透過し、開口絞り
６によってテレセントリック系を構成するレンズ５ａ、
５ｂによって集光され、被計測物体７に投光される。被
計測物体７はＺ軸方向に変位可能な移動ステージ８上に
載置されている。被計測物体７で反射された光はレンズ
５ａ、５ｂで集光され、ハーフミラー４で反射され、ピ
ンホールアレイＰＨ1と共役な位置に結像する。この結
像位置にピンホールアレイＰＨ2を配設し、ピンホール
を通過する光を、光検出器アレイ９の各光検出器で検出
する。
を介して平行光となりピンホールアレイＰＨ1に入射さ
れる。ピンホールアレイＰＨ1は、ピンホールがマトリ
ックス状に配設されたものである。ピンホールアレイＰ
Ｈ1を通過した光はハーフミラー４を透過し、開口絞り
６によってテレセントリック系を構成するレンズ５ａ、
５ｂによって集光され、被計測物体７に投光される。被
計測物体７はＺ軸方向に変位可能な移動ステージ８上に
載置されている。被計測物体７で反射された光はレンズ
５ａ、５ｂで集光され、ハーフミラー４で反射され、ピ
ンホールアレイＰＨ1と共役な位置に結像する。この結
像位置にピンホールアレイＰＨ2を配設し、ピンホール
を通過する光を、光検出器アレイ９の各光検出器で検出
する。
【０００４】かかる従来構成によれば、移動制御部１０
によって移動ステージ８をＺ方向に移動させながら、３
次元計測部１１で光検出器アレイ９の個々の光検出器の
出力を別々にサンプリングする。３次元計測部１１は、
各光検出器のサンプリング結果に基づき、各々の光検出
器の出力が最大になったときのＺ方向位置を物体７の表
面位置として検出する。
によって移動ステージ８をＺ方向に移動させながら、３
次元計測部１１で光検出器アレイ９の個々の光検出器の
出力を別々にサンプリングする。３次元計測部１１は、
各光検出器のサンプリング結果に基づき、各々の光検出
器の出力が最大になったときのＺ方向位置を物体７の表
面位置として検出する。
【０００５】ところで、このような共焦点光学系を利用
した３次元形状計測装置においては、光源１としてコヒ
ーレントな光を発生するレーザを利用することが多い。
しかし、レーザを用いた場合、その単色性や空間コヒー
レンスが高いことによって光学系の設計が容易になる反
面、そのコヒーレンスが高いことに起因する次のような
問題点が生じていた。
した３次元形状計測装置においては、光源１としてコヒ
ーレントな光を発生するレーザを利用することが多い。
しかし、レーザを用いた場合、その単色性や空間コヒー
レンスが高いことによって光学系の設計が容易になる反
面、そのコヒーレンスが高いことに起因する次のような
問題点が生じていた。
【０００６】(1)検査面Ｋの前後でピンホールアレイＰ
Ｈ1から出射した光の干渉像が発生する。この干渉像の
光強度は検査面Ｋでのピンホールの像に比較して無視で
きないほどの強さであり、この干渉像が被計測物体７で
反射した後、ピンホールアレイＰＨ2に入射されること
により、図７の細実線で示すように、共焦点効果による
真の信号成分の前後でのノイズとして観測される。
Ｈ1から出射した光の干渉像が発生する。この干渉像の
光強度は検査面Ｋでのピンホールの像に比較して無視で
きないほどの強さであり、この干渉像が被計測物体７で
反射した後、ピンホールアレイＰＨ2に入射されること
により、図７の細実線で示すように、共焦点効果による
真の信号成分の前後でのノイズとして観測される。
【０００７】(2)被計測物体７で反射した光が干渉して
ピンホールＰＨ2上で像を結び、ノイズとして観測され
る。
ピンホールＰＨ2上で像を結び、ノイズとして観測され
る。
【０００８】そして、これらのノイズは、共焦点効果に
よる信号成分のピーク位置の判別を困難にする。
よる信号成分のピーク位置の判別を困難にする。
【０００９】そこで、図８に示すように、レンズ３とピ
ンホールアレイＰＨ1の間に、ピンホールアレイＰＨ1の
ピンホールのピッチと同じピッチでマイクロレンズを並
設したマイクロレンズアレイ２０を挿入し、ピンホール
アレイＰＨ1の各ピンホールから出射される光の広が
り、すなわち各ピンホール光源の開口数ＮＡを大きくす
るようにした技術が本出願人により提案されている。こ
の技術によれば、検査面Ｋの前後で発生する干渉像のぼ
けが大きくなるので、この干渉像の光強度は検査面での
ピンホールの像に比べてある程度は弱くなる。
ンホールアレイＰＨ1の間に、ピンホールアレイＰＨ1の
ピンホールのピッチと同じピッチでマイクロレンズを並
設したマイクロレンズアレイ２０を挿入し、ピンホール
アレイＰＨ1の各ピンホールから出射される光の広が
り、すなわち各ピンホール光源の開口数ＮＡを大きくす
るようにした技術が本出願人により提案されている。こ
の技術によれば、検査面Ｋの前後で発生する干渉像のぼ
けが大きくなるので、この干渉像の光強度は検査面での
ピンホールの像に比べてある程度は弱くなる。
【００１０】しかし、この技術では、ピンホール光源の
コヒーレンス性自体は変わらないので、本質的には上記
(1)(2)の不具合をなくすことはできず、依然ノイズが観
測されてしまう。
コヒーレンス性自体は変わらないので、本質的には上記
(1)(2)の不具合をなくすことはできず、依然ノイズが観
測されてしまう。
【００１１】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、ピンホール光源光のコヒーレンスを実質的に
下げることで、Ｓ／Ｎ比、ピンホール光源光の開口数、
計測分解能を向上させる共焦点光学装置を提供すること
を目的とする。
たもので、ピンホール光源光のコヒーレンスを実質的に
下げることで、Ｓ／Ｎ比、ピンホール光源光の開口数、
計測分解能を向上させる共焦点光学装置を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明では、光源と、
この光源から発した光を通過させて点光源光にする複数
の開口を有する第１のピンホールアレイと、この第１の
ピンホールアレイの開口を通過した光を被計測物体上に
集光するレンズと、この被計測物体上の集光面に共役な
面に位置し前記第１のピンホールアレイの各開口に対応
した位置に複数の開口を有する第２のピンホールアレイ
と、この第２ピンホールアレイの各開口部を通過した光
を検出する複数の光検出器を有する光検出器アレイとを
有する共焦点光学装置において、前記光源と第１のピン
ホールアレイの間に配設され、光源からの光を拡散する
光拡散手段と、この光拡散手段を振動または回転させる
駆動手段とを具えるようにしている。
この光源から発した光を通過させて点光源光にする複数
の開口を有する第１のピンホールアレイと、この第１の
ピンホールアレイの開口を通過した光を被計測物体上に
集光するレンズと、この被計測物体上の集光面に共役な
面に位置し前記第１のピンホールアレイの各開口に対応
した位置に複数の開口を有する第２のピンホールアレイ
と、この第２ピンホールアレイの各開口部を通過した光
を検出する複数の光検出器を有する光検出器アレイとを
有する共焦点光学装置において、前記光源と第１のピン
ホールアレイの間に配設され、光源からの光を拡散する
光拡散手段と、この光拡散手段を振動または回転させる
駆動手段とを具えるようにしている。
【００１３】光拡散手段としては、例えば、スリガラ
ス、表面が散乱構造であるもの、オパールガラスなどの
体積散乱するもの、回折格子、マイクロレンズアレイ、
端面が不揃いな光ファイバーアレイなどが用いられる。
ス、表面が散乱構造であるもの、オパールガラスなどの
体積散乱するもの、回折格子、マイクロレンズアレイ、
端面が不揃いな光ファイバーアレイなどが用いられる。
【００１４】
【作用】かかる本発明によれば、光源からの光を光拡散
手段によって拡散し、この拡散光をピンホールアレイに
入射することにより、各ピンホールから出る光のコヒー
レンスを低下させ、これにより光の干渉が空間的にラン
ダムに発生するようにする。さらに、光拡散手段を振動
または回転させることで、干渉を時間的にもランダムに
発生させるようにして干渉光を時間積分（時間的に平
均）したものと同じ効果を得る。
手段によって拡散し、この拡散光をピンホールアレイに
入射することにより、各ピンホールから出る光のコヒー
レンスを低下させ、これにより光の干渉が空間的にラン
ダムに発生するようにする。さらに、光拡散手段を振動
または回転させることで、干渉を時間的にもランダムに
発生させるようにして干渉光を時間積分（時間的に平
均）したものと同じ効果を得る。
【００１５】このように本発明では、光の干渉を空間的
かつ時間的にランダムに発生させることで、ノイズ成分
をピークのない低いレベルの平坦なものにし、Ｓ／Ｎ比
を従来より飛躍的に向上させる。なお、共焦点光学系の
焦点位置の像として得られる信号成分は、ピンホール光
源光が焦点位置に幾何学的に結像されるようになってい
るので、光拡散手段の振動または回転によってほとんど
影響を受けない。
かつ時間的にランダムに発生させることで、ノイズ成分
をピークのない低いレベルの平坦なものにし、Ｓ／Ｎ比
を従来より飛躍的に向上させる。なお、共焦点光学系の
焦点位置の像として得られる信号成分は、ピンホール光
源光が焦点位置に幾何学的に結像されるようになってい
るので、光拡散手段の振動または回転によってほとんど
影響を受けない。
【００１６】また、上記光拡散手段を第１のピンホール
アレイの手前に挿入することによって、ピンホール光源
の広がり、すなわち開口数が大きくなり、これにより共
焦点光学装置自体の開口数を改善し、計測分解能を改善
することができる。
アレイの手前に挿入することによって、ピンホール光源
の広がり、すなわち開口数が大きくなり、これにより共
焦点光学装置自体の開口数を改善し、計測分解能を改善
することができる。
【００１７】
【実施例】以下この発明の実施例を添付図面に従って詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１８】図１はこの発明の実施例を示すもので、先
の図６または図８に示したものと同じ構成要素について
は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
の図６または図８に示したものと同じ構成要素について
は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】すなわち、この実施例においては、レンズ
３とピンホールアレイＰＨ1の間に光源（レーザ）１か
らの光を拡散する光拡散板３０を挿入すると共に、この
光拡散板３０を振動装置４０（ピエゾアクチュエータ、
ボイスコイル、音叉など）のによってＸ方向に（または
Ｘ及びＹ方向に）振動させるようにしている。
３とピンホールアレイＰＨ1の間に光源（レーザ）１か
らの光を拡散する光拡散板３０を挿入すると共に、この
光拡散板３０を振動装置４０（ピエゾアクチュエータ、
ボイスコイル、音叉など）のによってＸ方向に（または
Ｘ及びＹ方向に）振動させるようにしている。
【００２０】光拡散板３０としては、 (1)スリガラス (2)光学基板の表面を研削あるいはエッチングしてその
表面を散乱構造にしたもの (3)オパールガラスなどの体積散乱材（表面だけでなく
所定の厚さをもった部分で散乱可能な材質）、あるいは
体積散乱材を光学基板に対しコーティングあるいは接着
したもの (4)回折格子 (5)マイクロレンズがマトリクス状に並設されたマイク
ロレンズアレイ (6)不揃いな端面をもつ光ファイバーアレイ 等がある。なお、上記のうち、(1)〜(3)、(6)はランダ
ムな光拡散を行うものであり、(4)、(5)は規則的な光拡
散を行うものとして例示した。
表面を散乱構造にしたもの (3)オパールガラスなどの体積散乱材（表面だけでなく
所定の厚さをもった部分で散乱可能な材質）、あるいは
体積散乱材を光学基板に対しコーティングあるいは接着
したもの (4)回折格子 (5)マイクロレンズがマトリクス状に並設されたマイク
ロレンズアレイ (6)不揃いな端面をもつ光ファイバーアレイ 等がある。なお、上記のうち、(1)〜(3)、(6)はランダ
ムな光拡散を行うものであり、(4)、(5)は規則的な光拡
散を行うものとして例示した。
【００２１】また、振動装置４０の振動数は、光検出器
アレイ９の各光検出器（例えばＣＣＤ）の光蓄積時間
（光で励起された信号電荷の蓄積時間）の間に光拡散板
３０が充分な回数だけ振動できるように設定する。ただ
し、その際の振動数は、光検出器の光蓄積時間の整数倍
としたほうが、光検出器の出力に時間的な（各サンプリ
ング周期毎の）ばらつきが発生せず、検出精度を向上す
ることができる。
アレイ９の各光検出器（例えばＣＣＤ）の光蓄積時間
（光で励起された信号電荷の蓄積時間）の間に光拡散板
３０が充分な回数だけ振動できるように設定する。ただ
し、その際の振動数は、光検出器の光蓄積時間の整数倍
としたほうが、光検出器の出力に時間的な（各サンプリ
ング周期毎の）ばらつきが発生せず、検出精度を向上す
ることができる。
【００２２】以上のようなような構成によれば、光拡散
板３０によって拡散されたレーザ光は、様々な方向及び
位相をもってピンホールアレイＰＨ1に入射する。した
がって、ピンホールアレイＰＨ1の各ピンホールで回折
して出射される光は、その空間コヒーレンスが低下さ
れ、この結果、従来規則的な干渉が問題になっていた検
査面Ｋの前後においては、その光の干渉は空間的にラン
ダムなものとなる。
板３０によって拡散されたレーザ光は、様々な方向及び
位相をもってピンホールアレイＰＨ1に入射する。した
がって、ピンホールアレイＰＨ1の各ピンホールで回折
して出射される光は、その空間コヒーレンスが低下さ
れ、この結果、従来規則的な干渉が問題になっていた検
査面Ｋの前後においては、その光の干渉は空間的にラン
ダムなものとなる。
【００２３】また、上記光拡散板３０は振動装置４０に
よって１次元または２次元方向に振動されているので、
発生する光の干渉は時間的にもランダムなものとなる。
すなわち、上記光拡散板３０の振動によって干渉光の時
間積分が行われ、この結果、干渉光は時間的に平均化さ
れる。
よって１次元または２次元方向に振動されているので、
発生する光の干渉は時間的にもランダムなものとなる。
すなわち、上記光拡散板３０の振動によって干渉光の時
間積分が行われ、この結果、干渉光は時間的に平均化さ
れる。
【００２４】よって、光検出器アレイ９の各光検出器で
観測されるノイズ成分は、図７の一点鎖線で示すよう
に、ピークのない低いレベルの平坦なものとなる。
観測されるノイズ成分は、図７の一点鎖線で示すよう
に、ピークのない低いレベルの平坦なものとなる。
【００２５】なお、共焦点光学系の焦点位置の像として
得られる信号成分は、ピンホール光源光が焦点位置に幾
何学的に結像されるようになっているので、上記光拡散
手段の挿入及び振動よってほとんど影響を受けない。
得られる信号成分は、ピンホール光源光が焦点位置に幾
何学的に結像されるようになっているので、上記光拡散
手段の挿入及び振動よってほとんど影響を受けない。
【００２６】また、上記光拡散手段を第１のピンホール
アレイの手前に挿入することによって、ピンホール光源
の広がり、すなわち開口数が大きくなり、これにより共
焦点光学装置の開口数を改善し、計測分解能を改善する
ことができる。すなわち、共焦点光学系におけるＺ方向
の分解能は基本的には、対物レンズ５の開口数によって
決定されるのであるが（開口数が大きいほど分解能は高
い）、ピンホール光源の開口数が対物レンズの開口数よ
り小さい場合は、このピンホール光源の開口数に引きず
られて計測分解能も低下してしまう。しかし、上記実施
例では、光拡散板３０を挿入する事によってピンホール
光源の開口数を大きくできるので、結果的に共焦点光学
装置全体としての開口数も改善され、計測分解能を向上
することができるのである。ちなみに、各ピンホールの
回折を調整する事によってピンホール光源の開口数を大
きくするためには、各ピンホールの径を小さくする必要
があるが、その場合には光源光１の光の利用率が極端に
悪くなる、あるいはピンホールアレイＰＨ1およびＰＨ2
間の各ピンホールのアライメントが困難になるなどの問
題が発生する。
アレイの手前に挿入することによって、ピンホール光源
の広がり、すなわち開口数が大きくなり、これにより共
焦点光学装置の開口数を改善し、計測分解能を改善する
ことができる。すなわち、共焦点光学系におけるＺ方向
の分解能は基本的には、対物レンズ５の開口数によって
決定されるのであるが（開口数が大きいほど分解能は高
い）、ピンホール光源の開口数が対物レンズの開口数よ
り小さい場合は、このピンホール光源の開口数に引きず
られて計測分解能も低下してしまう。しかし、上記実施
例では、光拡散板３０を挿入する事によってピンホール
光源の開口数を大きくできるので、結果的に共焦点光学
装置全体としての開口数も改善され、計測分解能を向上
することができるのである。ちなみに、各ピンホールの
回折を調整する事によってピンホール光源の開口数を大
きくするためには、各ピンホールの径を小さくする必要
があるが、その場合には光源光１の光の利用率が極端に
悪くなる、あるいはピンホールアレイＰＨ1およびＰＨ2
間の各ピンホールのアライメントが困難になるなどの問
題が発生する。
【００２７】なお、上記の光拡散板３０として、(4)(5)
のような規則的な光拡散を行うものを用いる場合は、光
拡散板３０の振幅は少なくともピンホールアレイＰＨ1
の各ピンホールのピッチ以上は必要である。また光拡散
板３０として、(4)の回折格子を用いる場合は、その回
折ピッチ（回折格子によって回折された光がピンホール
アレイ面上で合成された結果としてのピッチ）は、ピン
ホールアレイＰＨ1のピンホールのピッチに比べ充分に
小さくするのが望ましい。また、また光拡散板３０とし
て、(5)のマイクロレンズアレイを用いる場合も、その
集光ピッチ（各マイクロレンズによって集光された光が
ピンホールアレイ面上で合成された結果としてのピッ
チ）は、ピンホールアレイＰＨ1のピンホールのピッチ
に比べ充分に小さくするのが望ましい。
のような規則的な光拡散を行うものを用いる場合は、光
拡散板３０の振幅は少なくともピンホールアレイＰＨ1
の各ピンホールのピッチ以上は必要である。また光拡散
板３０として、(4)の回折格子を用いる場合は、その回
折ピッチ（回折格子によって回折された光がピンホール
アレイ面上で合成された結果としてのピッチ）は、ピン
ホールアレイＰＨ1のピンホールのピッチに比べ充分に
小さくするのが望ましい。また、また光拡散板３０とし
て、(5)のマイクロレンズアレイを用いる場合も、その
集光ピッチ（各マイクロレンズによって集光された光が
ピンホールアレイ面上で合成された結果としてのピッ
チ）は、ピンホールアレイＰＨ1のピンホールのピッチ
に比べ充分に小さくするのが望ましい。
【００２８】図２はこの発明の他の実施例を示すもの
で、この場合は図１の実施例の光拡散板３０を円盤状の
光拡散盤５０に置換するとともに、図１の振動装置４０
をモータなどの回転駆動装置６０に置換するようにして
いる。
で、この場合は図１の実施例の光拡散板３０を円盤状の
光拡散盤５０に置換するとともに、図１の振動装置４０
をモータなどの回転駆動装置６０に置換するようにして
いる。
【００２９】すなわちこの実施例では、光拡散板５０を
振動ではなく回転させるようにして前記図１の実施例と
同様の効果を得るようにしている。なお、この場合にお
いても、光拡散盤５０の回転周期は、光検出器アレイ９
の各光検出器の光蓄積時間の間に光拡散盤５０が充分な
回数だけ回転できるように設定すべきであり、その回転
数を光検出器の光蓄積時間の整数倍としたほうが、光検
出器の検出精度を向上するうえでより好ましい。
振動ではなく回転させるようにして前記図１の実施例と
同様の効果を得るようにしている。なお、この場合にお
いても、光拡散盤５０の回転周期は、光検出器アレイ９
の各光検出器の光蓄積時間の間に光拡散盤５０が充分な
回数だけ回転できるように設定すべきであり、その回転
数を光検出器の光蓄積時間の整数倍としたほうが、光検
出器の検出精度を向上するうえでより好ましい。
【００３０】図３はこの発明の更に別の実施例を示すも
ので、この場合は光源１からの光を、光ファイバーアレ
イ７０を介して導光してピンホールアレイＰＨ1に入射
するようにしている。、光ファイバーアレイ７０は、図
４に示すように、その出射部が不揃いな端面を有するよ
うに形成されており、これにより光ファイバーアレイ７
０から出射されるレーザ光を拡散させかつそのコヒーレ
ンスを低下させるようにしている。また、光ファイバー
アレイ７０をＸ−Ｙ方向に２次元振動させるボイスコイ
ル８０を設けるようにしている。なお、不揃いな端面を
形成するための手法としては、例えば、端面に研削を施
すなどがある。
ので、この場合は光源１からの光を、光ファイバーアレ
イ７０を介して導光してピンホールアレイＰＨ1に入射
するようにしている。、光ファイバーアレイ７０は、図
４に示すように、その出射部が不揃いな端面を有するよ
うに形成されており、これにより光ファイバーアレイ７
０から出射されるレーザ光を拡散させかつそのコヒーレ
ンスを低下させるようにしている。また、光ファイバー
アレイ７０をＸ−Ｙ方向に２次元振動させるボイスコイ
ル８０を設けるようにしている。なお、不揃いな端面を
形成するための手法としては、例えば、端面に研削を施
すなどがある。
【００３１】図５はこの発明の更に別の実施例を示すも
のある。
のある。
【００３２】被計測物体７に対しては、その光軸がＺ方
向に平行な光を入射させる必要があり、このため先の各
実施例においては、これをテレセントリック系を構成す
るレンズ５ａ、５ｂによって実現したが、図５に示すよ
うなレンズ配置によっても同様の機能を達成することが
できる。
向に平行な光を入射させる必要があり、このため先の各
実施例においては、これをテレセントリック系を構成す
るレンズ５ａ、５ｂによって実現したが、図５に示すよ
うなレンズ配置によっても同様の機能を達成することが
できる。
【００３３】すなわち、図５においては、レンズ９０の
集光位置と対物レンズ９５の焦点位置を一致させるよう
にレンズ９０および対物レンズ９５を配置するようにし
ている。かかるレンズ配置によれば、レンズ２を介した
光源１からの光はレンズ９０によって集光された状態で
光拡散板３０を介してピンホールアレイＰＨ1に入射さ
れる。ピンホールアレイＰＨ1で回折した光はハーフミ
ラー４を透過し、対物レンズ９５によってその光軸がＺ
方向に平行な光に変換されて被計測物体７に投光され
る。被計測物体７で反射された光は対物レンズ９５で集
光され、ハーフミラー４で反射され、さらにピンホール
アレイＰＨ1を介して光検出器アレイ９の各光検出器に
入射される。
集光位置と対物レンズ９５の焦点位置を一致させるよう
にレンズ９０および対物レンズ９５を配置するようにし
ている。かかるレンズ配置によれば、レンズ２を介した
光源１からの光はレンズ９０によって集光された状態で
光拡散板３０を介してピンホールアレイＰＨ1に入射さ
れる。ピンホールアレイＰＨ1で回折した光はハーフミ
ラー４を透過し、対物レンズ９５によってその光軸がＺ
方向に平行な光に変換されて被計測物体７に投光され
る。被計測物体７で反射された光は対物レンズ９５で集
光され、ハーフミラー４で反射され、さらにピンホール
アレイＰＨ1を介して光検出器アレイ９の各光検出器に
入射される。
【００３４】この実施例においても、ピンホールアレイ
ＰＨ1の手前には、振動する拡散板３０が挿入されてい
るので、先の実施例同様の効果を得ることができる。
ＰＨ1の手前には、振動する拡散板３０が挿入されてい
るので、先の実施例同様の効果を得ることができる。
【００３５】なお、上記実施例においては、Ｚ方向の移
動走査を行うべく移動ステージ８を設け、被計測物体７
をＺ方向に移動可能な構成としたが、共焦点光学装置全
体をＺ方向に移動可能なように構成するようにしてもよ
く、あるいはテレセントリック光学系の対物レンズ５
ａ，５ｂをＺ方向に移動可能なように構成してもよい。
また、上記実施例においては、平行面光線をピンホール
アレイＰＨ1に入射するようにしたが、走査型のスリッ
ト光をピンホールアレイＰＨ1入射するようにしても良
い。
動走査を行うべく移動ステージ８を設け、被計測物体７
をＺ方向に移動可能な構成としたが、共焦点光学装置全
体をＺ方向に移動可能なように構成するようにしてもよ
く、あるいはテレセントリック光学系の対物レンズ５
ａ，５ｂをＺ方向に移動可能なように構成してもよい。
また、上記実施例においては、平行面光線をピンホール
アレイＰＨ1に入射するようにしたが、走査型のスリッ
ト光をピンホールアレイＰＨ1入射するようにしても良
い。
【００３６】また、上記実施例において、共焦点光学系
の構成はー例を示したもので、実施例に示したものと同
一の機能を達成できるものであれば、他の構成を採用す
るようにしてもよい。例えば、上記実施例では、光検出
器アレイ９の手前にピンホールアレイＰＨ2を配設する
ようにしたが、これら双方の機能をもつ光検出器アレイ
を用いるようにしてもよい。すなわち、その場合の光検
出器アレイは、特開平４−２６５９１８号公報に示され
るように、光検出器９の個々の光検出器の感光部が、ピ
ンホールアレイＰＨ2の各ピンホールと同程度の径の点
状形状をしており、これら点状の光検出器がピンホール
アレイＰＨ2のピンホールピッチと同程度のピッチでア
レイ状に配列されている。
の構成はー例を示したもので、実施例に示したものと同
一の機能を達成できるものであれば、他の構成を採用す
るようにしてもよい。例えば、上記実施例では、光検出
器アレイ９の手前にピンホールアレイＰＨ2を配設する
ようにしたが、これら双方の機能をもつ光検出器アレイ
を用いるようにしてもよい。すなわち、その場合の光検
出器アレイは、特開平４−２６５９１８号公報に示され
るように、光検出器９の個々の光検出器の感光部が、ピ
ンホールアレイＰＨ2の各ピンホールと同程度の径の点
状形状をしており、これら点状の光検出器がピンホール
アレイＰＨ2のピンホールピッチと同程度のピッチでア
レイ状に配列されている。
【００３７】なお、本発明をコヒーレント光ではないイ
ンコヒーレント光に適用するようにしてもよい。また、
本発明を超ルミネセンス発光ダイオードから発生される
光に代表される超放射光に適用するようにしてもよい。
ンコヒーレント光に適用するようにしてもよい。また、
本発明を超ルミネセンス発光ダイオードから発生される
光に代表される超放射光に適用するようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
光源からの光を光拡散手段によって拡散するとともにこ
の光拡散手段を振動または回転するようにしたので、光
の干渉が空間的かつ時間的にランダムに発生され、これ
によりノイズ成分をピークのない低いレベルの平坦なも
のにでき、Ｓ／Ｎ比を従来より飛躍的に向上させること
が可能になる。
光源からの光を光拡散手段によって拡散するとともにこ
の光拡散手段を振動または回転するようにしたので、光
の干渉が空間的かつ時間的にランダムに発生され、これ
によりノイズ成分をピークのない低いレベルの平坦なも
のにでき、Ｓ／Ｎ比を従来より飛躍的に向上させること
が可能になる。
【００３９】また、光拡散手段によって拡散された光が
ピンホールに入射されるので、ピンホール光源光がより
大きく広がり、これにより共焦点光学装置の開口数を改
善し、計測分解能を改善することができる。
ピンホールに入射されるので、ピンホール光源光がより
大きく広がり、これにより共焦点光学装置の開口数を改
善し、計測分解能を改善することができる。
【図１】この発明の第１実施例を示す図。
【図２】この発明の第２実施例を示す図。
【図３】この発明の第３実施例を示す図。
【図４】第３実施例の光ファイバー端面の拡大図。
【図５】この発明の第４実施例を示す図。
【図６】従来技術を示す図。
【図７】従来技術により発生する信号およびノイズ成分
を示す図。
を示す図。
【図８】他の従来技術を示す図。
１…光源（レーザ） ２…レンズ ３…レンズ ４…ハーフミラー ５…レンズ ６…テレセン絞り ７…被計測物体 ８…移動ステージ ９…光検出器アレイ １０…移動制御部 １１…３次元計測部 ＰＨ1，ＰＨ2…ピンホールアレイ ２０…マイクロレンズアレイ ３０…光拡散板 ４０…振動駆動手段（ピエゾアクチュエータ） ５０…光拡散盤 ６０…回転駆動装置（モータ） ７０…光ファイバーアレイ ８０…ボイスコイル
Claims (3)
- 【請求項１】光源と、この光源から発した光を通過させ
て点光源光にする複数の開口を有する第１のピンホール
アレイと、この第１のピンホールアレイの開口を通過し
た光を被計測物体上に集光するレンズと、この被計測物
体上の集光面に共役な面に位置し前記第１のピンホール
アレイの各開口に対応する複数の位置に複数の開口を有
する第２のピンホールアレイと、この第２ピンホールア
レイの各開口部を通過した光を検出する複数の光検出器
を有する光検出器アレイとを有する共焦点光学装置にお
いて、 前記光源と第１のピンホールアレイの間に配設され、光
源からの光を拡散する光拡散手段と、 この光拡散手段を振動または回転させる駆動手段と、 を具えるようにしたことを特徴とする共焦点光学装置。 - 【請求項２】前記駆動手段の振動または回転の周期は前
記光検出器の光蓄積時間の略１／ｎ（ｎ：整数）とする
ことを特徴とする請求項１記載の共焦点光学装置。 - 【請求項３】光源と、この光源から発した光を通過させ
て点光源光にする複数の開口を有する第１のピンホール
アレイと、この第１のピンホールアレイの開口を通過し
た光を被計測物体上に集光するレンズと、この被計測物
体上の集光面に共役な面に位置し前記第１のピンホール
アレイの各開口に対応する複数の位置に入射された光を
それぞれ検出する複数の光検出器を有する光検出器アレ
イとを有する共焦点光学装置において、 前記光源と第１のピンホールアレイの間に配設され、光
源からの光を拡散する光拡散手段と、 この光拡散手段を振動または回転させる駆動手段と、 を具えるようにしたことを特徴とする共焦点光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4016595A JPH08233544A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 共焦点光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4016595A JPH08233544A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 共焦点光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08233544A true JPH08233544A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12573159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4016595A Pending JPH08233544A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 共焦点光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08233544A (ja) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09257440A (ja) * | 1996-03-26 | 1997-10-03 | Takaoka Electric Mfg Co Ltd | ２次元配列型共焦点光学装置 |
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| WO1997038341A1 (fr) * | 1996-04-08 | 1997-10-16 | Komatsu Ltd. | Dispositif optique confocal |
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-
1995
- 1995-02-28 JP JP4016595A patent/JPH08233544A/ja active Pending
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