JPWO2017110838A1 - 共焦点変位計 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)共焦点変位計の基本構成
図1は、第1の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図1に示すように、共焦点変位計500は、処理装置100、計測ヘッド200、導光部300、PC(パーソナルコンピュータ)600、主表示部700および操作部800を備える。導光部300は、複数の光ファイバを含み、処理装置100と計測ヘッド200とを光学的に接続する。
図2は、計測ヘッド200を用いた共焦点変位計500の動作原理を説明するための図である。図2に示すように、光ファイバ314は、コア310aおよびクラッド310bを含み、コア310a(光軸)がレンズユニット220の光軸上に位置するように配置される。コア310aはクラッド310bにより被覆される。コア310aの一端部に入力された光は、コア310aの他端部から出力される。なお、図1の光ファイバ311,312,319も光ファイバ314と同様の構成を有する。コア310aの直径は、200μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。
図4(a),(b)は、それぞれ投光部120の構成を示す平面図および断面図である。図4(a),(b)に示すように、投光部120は、光源121、蛍光体122、フェルール123、レンズ124、保持具125、フィルタ素子126および素子ホルダ127を含む。素子ホルダ127は、光源固定部127A、フェルール固定部127Bおよびレンズ固定部127Cを含む。光源121、フェルール123およびレンズ124は、素子ホルダ127の光源固定部127A、フェルール固定部127Bおよびレンズ固定部127Cにそれぞれ固定される。
図1の演算処理部150の記憶部151には、受光部140の画素の位置と、出力される受光波形のピーク波長と、計測距離との換算式が上記の算出プログラムとともに予め記憶されている。演算処理部150の制御部152は、受光信号を出力する画素の位置を特定するとともに、特定された画素の位置および記憶部151に記憶された換算式に基づいて受光波形のピーク波長および計測距離を順次算出し、算出した計測距離を副表示部400に表示する。これにより、計測対象物Sの厚み、距離または変位を計測することができる。また、制御部152は、計測距離をより正確に算出するために、以下に説明する不要成分除去補正、受光波形シフト補正および受光波形尺度補正を行う。
計測対象物Sの表面で合焦しつつ反射された光とは異なる光が受光部140により受光されることがある。以下の説明では、受光部140により受光される光のうち計測対象物Sの表面で合焦しつつ反射された光を除く光を不要光と呼ぶ。
以下の説明では、図5の例で説明したように、投光部120から出射されるとともにレンズユニット220で反射されて受光部140に受光される不要光を第1の不要光と呼ぶ。また、光源121により発生されて蛍光体122を通過しつつ計測対象物Sの表面に導かれ、計測対象物Sの表面で合焦することなく反射されて受光部140に受光される不要光を第2の不要光と呼ぶ。さらに、図9の例で説明したように、回折格子131により発生されて受光部140に受光される0次光を第3の不要光と呼ぶ。
共焦点変位計500について基本的な使用例を説明する。以下の使用例においては、初期状態で共焦点変位計500の電源がオンされているものとする。また、CPU601は計測モードにあるものとする。
図21は、第1の実施の形態に係る変位計測処理を示すフローチャートである。図1のCPU601は、共焦点変位計500の電源がオンされることにより、一定の周期で以下の変位計測処理を実行する。初期状態において、CPU601は計測モードにある。また、主表示部700には、図11の画面が表示されているものとする。
第1の実施の形態に係る共焦点変位計500においては、複数の波長を有する光が投光部120から出射される。投光部120から出射された光には、レンズユニット220により光軸方向に沿った色収差が発生する。また、色収差を有する光はレンズユニット220により収束されて計測対象物Sに照射される。
本実施の形態において、レンズユニット220は屈折レンズ221および回折レンズ222を含むが、本発明はこれに限定されない。レンズユニット220は屈折レンズ221および回折レンズ222の一方または両方を含まなくてもよい。図24(a)〜(d)は、レンズユニット220の第1〜第4の変形例を示す図である。
本実施の形態において、光源121から出射される光の光軸とフェルール123の中心軸とが一直線上に配置されるが、本発明はこれに限定されない。図25は、投光部120の変形例を示す図である。図25に示すように、変形例における投光部120は、光源121、蛍光体122、フェルール123、レンズ124,128および反射部材129を含む。レンズ124は、光源121と反射部材129との間に配置される。レンズ128は、反射部材129とフェルール123との間に配置される。蛍光体122は、反射部材129の反射面に塗布される。
本実施の形態において、分光部130の回折格子131は反射型を有するが、本発明はこれに限定されない。図26は、分光部130の変形例を示す図である。図26に示すように、分光部130の変形例においては、回折格子131は透過型を有する。回折格子131に入射された光は、波長ごとに異なる角度で透過するように分光される。回折格子131により分光された光は、レンズ133を通過することにより波長ごとに異なる受光部140の画素の位置に合焦される。
(1)共焦点変位計の基本構成
第2の実施の形態に係る共焦点変位計について、第1の実施の形態に係る共焦点変位計500と異なる点を説明する。図27は、第2の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図27に示すように、本実施の形態に係る共焦点変位計500は2個の処理装置100、2個の計測ヘッド200、2個の導光部300、PC600、主表示部700および操作部800を備える。2個の処理装置100は、第1の実施の形態に係る処理装置100と同じ構成を有する。2個の計測ヘッド200は、第1の実施の形態に係る計測ヘッド200と同じ構成を有する。2個の導光部300は、第1の実施の形態に係る導光部300と同じ構成を有する。本実施の形態では、2個の処理装置100に1個のPC600が接続されている。
本実施の形態に係る共焦点変位計500によれば、1個の計測対象物Sの複数の部分の変位を2個の計測ヘッド200を用いて計測することができる。この場合、図25の共焦点変位計500は、例えば計測対象物Sの厚みを計測するために用いることもできる。
本実施の形態に係る共焦点変位計500は、2個の処理装置100、2個の計測ヘッド200および2個の導光部300を備える。それにより、2個の計測ヘッド200により光が照射される計測対象物Sの2つの部分の変位を計測することが可能である。
(1)上記実施の形態においては、CPU601は、計測対象物Sの表面として計測対象物Sの外表面で合焦しつつ反射される光の受光信号に基づいて、計測対象物Sの外表面の変位を計測するが、本発明はこれに限定されない。CPU601は、計測対象物Sの外表面の変位とともに、計測対象物Sの内表面の変位を計測してもよい。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
110,210 筐体
120 投光部
121 光源
122 蛍光体
123 フェルール
124,128,132,133 レンズ
125 保持具
126 フィルタ素子
127 素子ホルダ
127A 光源固定部
127B フェルール固定部
127C レンズ固定部
129 反射部材
130 分光部
131 回折格子
140 受光部
150 演算処理部
151 記憶部
152 制御部
200 計測ヘッド
200A 第1計測ヘッド
200B 第2計測ヘッド
220 レンズユニット
221 屈折レンズ
222 回折レンズ
223 対物レンズ
224 ダブレットレンズ
300 導光部
310a コア
310b クラッド
311,312,314,319 光ファイバ
320 ファイバカプラ
321〜323,331,332 ポート
324,333 本体部
330 ファイバコネクタ
400 副表示部
410 第1の表示領域
450 第2の表示領域
451 受光確認ボタン
452 確認設定ボタン
453 確認終了ボタン
454 計測開始ボタン
455 対向確認ボタン
461,462 入力欄
463,464 表示態様ボタン
500 共焦点変位計
491 切替ボタン
600 PC
601 CPU
602 メモリ
700 主表示部
800 操作部
BL 基底波形
d1,d2 厚み
MR 計測範囲
oa1,oa2 光軸
P0,Px,Py,Pz ピーク
P1,P2 合焦位置
RP 基準位置
S 計測対象物
SC くぼみ
SR1 第1のロール
SR2 第2のロール
W0,W1,W2,W3,W4 受光波形
λ0〜λ4,λx,λy ピーク波長
Claims (9)
- 複数の波長を有する光を出射する投光部と、
前記投光部により出射された光に光軸方向に沿った色収差を発生させるとともに、色収差を有する光を収束させて計測対象物に照射する光学部材と、
前記光学部材により前記計測対象物に照射された光のうち、前記計測対象物の表面で合焦しつつ反射された波長の光を通過させるピンホールを有するピンホール部材と、
前記計測対象物の表面で反射されるとともに前記ピンホールを通過する光についての波長ごとの強度を示す受光信号を取得する取得部と、
前記ピンホールを通過した光についての波長ごとの信号強度に基づいて前記計測対象物の変位を算出する変位計測部とを備える共焦点変位計であって、
現時点よりも前の時点で前記取得部により取得された受光信号から現時点で前記取得部により取得された受光信号への変化を変化情報として表示する表示部を備える、共焦点変位計。 - 前記変化情報は、現時点よりも前の1または複数の時点で前記取得部により取得された1または複数の受光信号のピーク値から現時点で前記取得部により取得された受光信号のピーク値への変化を含む、請求項1記載の共焦点変位計。
- 前記変化情報は、現時点よりも前の時点で前記取得部により取得された受光信号の波形から現時点で前記取得部により取得された受光信号の波形への変化を含む、請求項1または2記載の共焦点変位計。
- 前記計測対象物の変位を計測する計測モードと前記変化情報を前記表示部に表示させる確認モードとで動作可能に構成された処理部をさらに備え、
前記処理部は、前記計測モードにおいて前記取得部により取得された波長ごとの強度に基づいて前記計測対象物の変位を算出する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の共焦点変位計。 - 前記処理部は、現時点で前記取得部により取得された受光信号のピーク値が予め定められた条件を満たすか否かを判定し、判定結果を前記変化情報とともに前記表示部に表示させる、請求項4記載の共焦点変位計。
- 前記取得部により取得される受光信号について波長の範囲を指定する波長範囲指定部をさらに備え、
前記処理部は、前記波長範囲指定部により指定された波長の範囲内で、現時点よりも前の時点で前記取得部により取得された受光信号のピーク値から現時点で前記取得部により取得された受光信号のピーク値の変化を変化情報として前記表示部に表示させる、請求項4または5記載の共焦点変位計。 - 前記処理部は、前記計測対象物の変位を算出する前に、前記取得部により取得される受光信号から前記計測対象物の表面で合焦しつつ反射される光を除く不要な光に対応する不要成分の少なくとも一部が除去されるように補正処理を行う、請求項4〜6のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
- 処理装置と、
ヘッド部とをさらに備え、
前記処理装置は、前記投光部および前記取得部を含むとともに前記投光部および前記取得部を収容する第1の筐体をさらに含み、
前記ヘッド部は、前記光学部材および前記ピンホール部材を含むとともに前記前記光学部材および前記ピンホール部材を収容する第2の筐体をさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の共焦点変位計。 - 前記ヘッド部を複数備え、
前記取得部は、前記複数のヘッド部のうちの一のヘッド部の光学部材から出射され、他のヘッド部のピンホールを通過する光についての波長ごとの強度を示す受光信号を取得可能に構成される、請求項8記載の共焦点変位計。
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