特許 7115675 位置検出装置及び形状検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-01

(45)【発行日】2022-08-09

(54)【発明の名称】位置検出装置及び形状検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/00 20060101AFI20220802BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20220802BHJP

   G01B 9/02015 20220101ALI20220802BHJP

【ＦＩ】

G01B5/00 B

G01B11/00 A

G01B9/02015

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018032946

(22)【出願日】2018-02-27

(65)【公開番号】P2019148479

(43)【公開日】2019-09-05

【審査請求日】2021-02-24

(73)【特許権者】

【識別番号】506060258

【氏名又は名称】公立大学法人北九州市立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(74)【代理人】

【識別番号】100176142

【弁理士】

【氏名又は名称】清井 洋平

(74)【代理人】

【識別番号】100127155

【氏名又は名称】来田 義弘

(73)【特許権者】

【識別番号】501292142

【氏名又は名称】株式会社小坂研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(72)【発明者】

【氏名】村上 洋

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１８７６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７４９２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ５／００ － ５／３０

Ｇ０１Ｂ ９／０２ － ９／０２９

Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

接触子及び外部物体に対する前記接触子の相対位置を変える位置調整手段を有して、前記接触子が前記外部物体に接触した接触位置を計測する位置検出装置であって、
光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された光が入射し、入射した光を内部で反射させて光の干渉を生じさせる光干渉領域と、
前記光干渉領域から出た光の強度を計測する光計測手段と、
前記光計測手段が計測した光の強度を基に前記接触子の前記外部物体への接触を検知し、前記位置調整手段から前記外部物体に対する前記接触子の相対位置の情報を得て、前記接触位置を導出する演算手段とを備え、
前記光干渉領域は、前記接触子の前記外部物体への接触により変形して、光の干渉状態を変えることを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

請求項１記載の位置検出装置において、前記光照射手段が照射する光はレーザ光であり、前記光干渉領域は、変形により該光干渉領域から出るレーザ光の強度を変え、前記演算手段は、前記光計測手段によって計測されたレーザ光の強度が、前記接触子が非接触状態で前記光計測手段によって計測されたレーザ光の強度と異なることから前記接触子の前記外部物体への接触を検知することを特徴とする位置検出装置。

【請求項3】

請求項１記載の位置検出装置において、前記光照射手段が照射する光は多波長光であり、前記光干渉領域は、変形によって該光干渉領域から出る多波長光に含まれる各波長の光の強度を変え、前記演算手段は、前記光計測手段によって計測された特定波長Ｗの光の強度が、前記接触子が非接触状態で前記光計測手段によって計測される前記特定波長Ｗの光の強度と異なることから前記接触子の前記外部物体への接触を検知することを特徴とする位置検出装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記光干渉領域は、光の干渉が内側で生じる弾性体を有することを特徴とする位置検出装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記光干渉領域は、光の入射方向に間隔を空けて対向配置された対となる反射膜を有し、前記対となる反射膜間で光を反射させて光の干渉を生じさせることを特徴とする位置検出装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記光照射手段から照射された光を前記光干渉領域に伝える光ファイバを備えることを特徴とする位置検出装置。

【請求項7】

接触子及び検出対象物に対する前記接触子の相対位置を変える位置調整手段を有して、前記接触子が前記検出対象物に接触した接触位置を計測し、前記検出対象物の形状を導出する形状検出装置であって、
光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された光が入射し、入射した光を内部で反射させて光の干渉を生じさせる光干渉領域と、
前記光干渉領域から出た光の強度を計測する光計測手段と、
前記光計測手段が計測した光の強度を基に前記接触子の前記検出対象物への接触を検知し、前記位置調整手段から前記検出対象物に対する前記接触子の相対位置の情報を得て、前記接触位置を導出し、複数の該接触位置から前記検出対象物の形状を検知する演算手段とを備え、
前記光干渉領域は、前記接触子の前記検出対象物への接触により変形して、光の干渉状態を変えることを特徴とする形状検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体に形成された、例えば、小孔、小穴、微細突起、又は微細溝等の特定部位の座標を検知可能な位置検出装置及び特定部位の形状を導出可能な形状検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

精密微細加工技術の進歩に伴い、微細物の形状を測定する重要性が増加している。特に、微細金型、超精密機器、マイクロマシン等に使用するマイクロ部品、燃料噴射用や化学繊維用の各種ノズル孔、フェルール等の光通信機器、医療機器の微小径深穴、マイクロチャネル等の深溝といった微細物の形状の測定技術が加工技術向上や品質保証のために要望されている。なお、孔は貫通したものを意味し、穴は底の有るものを意味する（以下、同様）。

【0003】

例えば、微小径孔は顕微鏡による測定が行なわれているが、孔の外側からの測定では、孔内部の形状を検知できず、孔内部の真円度、真直度等について評価できない。
孔内部の形状を測定するには、孔が形成された計測対象物を切断して、孔の断面形状を顕微鏡で測定することが考えられるが、計測対象物を破壊することとなるため、計測対象物は製品として利用できなくなる等の制限がある。

【0004】

そこで、計測対象物を破壊することなく、微小径孔内の形状を測定することが求められ、その方法として、孔の内側で光を反射させ、反射光を孔の外側で検出する光学的方式（例えば、非特許文献１、２参照）が報告されている。この方式以外にも、バイブロスキャニング法のプローブを用いた方式（例えば、非特許文献３参照）、振動させたプローブの接触に伴う振幅変化を用いた加振プローブ式（例えば、非特許文献４参照）、プローブと測定対象面との接近をトンネル現象により検出する方式（例えば、非特許文献５参照）、空気圧により接触子の保持と接触の検出を行う方式（例えば、非特許文献６参照）等が報告されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】丸山六男、外３名、「光学的方法による小穴内径測定装置の開発」、精密工学会誌、１９９６年１月、第６２巻、１号、ｐ１４５－１４９

【文献】秋山信幸、外５名、「微小径深穴用光学式内径測定装置の開発」、精密工学会誌、１９９６年４月、第６２巻、４号、ｐ５８４－５８８

【文献】山本正樹、外２名、「バイブロスキャニング法を用いた微細形状測定システムの開発」、精密工学会誌、２００１年２月、第６７巻、２号、ｐ２５１－２５５

【文献】Ｂｏｒｉｓ、Ｇ．；Ｌｏｔｈａｒ、Ｄ．；Ｍａｒｔｉｎ、Ｈ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｒｉａｘｉａｌ ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．２０１５，２５，１２５０１１．

【文献】白石利也、外３名、「マイクロ部品の形状・寸法測定に関する研究（装置の改良ならびにプローブの校正と寸法測定結果）」、日本機械学会論文集（Ｃ編）、２００２年 ９月、第６８巻、６７３号、ｐ２７８３－２７９０

【文献】高橋潔、外５名、「吸気型ボールプローブの開発（第１報）－基本的構成－」、精密工学会誌、１９９８年８月、第６４巻、８号、ｐ１１５３－１１５７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、非特許文献１に記載された方法では、測定対象物が孔に限定され、穴等が測定できないという問題がある。
また、非特許文献２～６に記載された方法では、プローブの小径化が困難なため、例えば、内径が１０μｍ未満の孔や穴については、内部形状を測定できないという問題がある。

【0007】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、微小孔、微小穴の内周面の座標を検出可能な位置検出装置及び微小孔、微小穴の内周面の形状を検出可能な形状検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的に沿う第１の発明に係る位置検出装置は、接触子及び外部物体に対する前記接触子の相対位置を変える位置調整手段を有して、前記接触子が前記外部物体に接触した接触位置を計測する位置検出装置であって、光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された光が入射し、入射した光を内部で反射させて光の干渉を生じさせる光干渉領域と、前記光干渉領域から出た光の強度を計測する光計測手段と、前記光計測手段が計測した光の強度を基に前記接触子の前記外部物体への接触を検知し、前記位置調整手段から前記外部物体に対する前記接触子の相対位置の情報を得て、前記接触位置を導出する演算手段とを備え、前記光干渉領域は、前記接触子の前記外部物体への接触により変形して、光の干渉状態を変える。

【0009】

第１の発明に係る位置検出装置において、前記光照射手段が照射する光はレーザ光であり、前記光干渉領域は、変形により該光干渉領域から出るレーザ光の強度を変え、前記演算手段は、前記光計測手段によって計測されたレーザ光の強度が、前記接触子が非接触状態で前記光計測手段によって計測されたレーザ光の強度と異なることから前記接触子の前記外部物体への接触を検知するのが好ましい。

【0010】

第１の発明に係る位置検出装置において、前記光照射手段が照射する光は多波長光であり、前記光干渉領域は、変形によって該光干渉領域から出る多波長光に含まれる各波長の光の強度を変え、前記演算手段は、前記光計測手段によって計測された特定波長Ｗの光の強度が、前記接触子が非接触状態で前記光計測手段によって計測される前記特定波長Ｗの光の強度と異なることから前記接触子の前記外部物体への接触を検知することができる。

【0011】

第１の発明に係る位置検出装置において、前記光干渉領域は、光の干渉が内側で生じる弾性体を有するのが好ましい。

【0012】

第１の発明に係る位置検出装置において、前記光干渉領域は、光の入射方向に間隔を空けて対向配置された対となる反射膜を有し、前記対となる反射膜間で光を反射させて光の干渉を生じさせるのが好ましい。

【0013】

第１の発明に係る位置検出装置において、前記光照射手段から照射された光を前記光干渉領域に伝える光ファイバを備えるのが好ましい。

【0014】

前記目的に沿う第２の発明に係る形状検出装置は、接触子及び検出対象物に対する前記接触子の相対位置を変える位置調整手段を有して、前記接触子が前記検出対象物に接触した接触位置を計測し、前記検出対象物の形状を導出する形状検出装置であって、光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された光が入射し、入射した光を内部で反射させて光の干渉を生じさせる光干渉領域と、前記光干渉領域から出た光の強度を計測する光計測手段と、前記光計測手段が計測した光の強度を基に前記接触子の前記検出対象物への接触を検知し、前記位置調整手段から前記検出対象物に対する前記接触子の相対位置の情報を得て、前記接触位置を導出し、複数の該接触位置から前記検出対象物の形状を検知する演算手段とを備え、前記光干渉領域は、前記接触子の前記検出対象物への接触により変形して、光の干渉状態を変える。

【0015】

【0016】

【発明の効果】

【0017】

第１の発明に係る位置検出装置は、光照射手段から照射された光が入射し、入射した光を内部で反射させて光の干渉を生じさせる光干渉領域と、光干渉領域から出た光の強度を計測する光計測手段と、光計測手段が計測した光の強度を基に接触子の外部物体への接触を検知し、位置調整手段から外部物体に対する接触子の相対位置の情報を得て、接触位置を導出する演算手段を備え、光干渉領域は、接触子の外部物体への接触により変形して、光の干渉状態を変える。従って、第１の発明に係る位置検出装置は、光の干渉状態の変化を利用して接触子の外部物体への接触を検知することから接触子の微小化ができ、微小孔、微小穴の内周面の座標を検出可能である。

【0018】

第２の発明に係る形状検出装置は、光照射手段から照射された光が入射し、入射した光を内部で反射させて光の干渉を生じさせる光干渉領域と、光干渉領域から出た光の強度を計測する光計測手段と、光計測手段が計測した光の強度を基に接触子の検出対象物への接触を検知し、位置調整手段から検出対象物に対する接触子の相対位置の情報を得て、接触位置を導出し、複数の接触位置から検出対象物の形状を検知する演算手段とを備え、光干渉領域は、接触子の検出対象物への接触により変形して、光の干渉状態を変える。従って、第２の発明に係る形状検出装置は、光の干渉状態の変化を利用して接触子の外部物体への接触を検知することから接触子の微小化が図れ、微小孔、微小穴の内周面の形状を検出可能であり、微細三次元形状検出に有効である。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の説明図である。

【図2】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ外部物体に接触した様子を示す説明図である。

【図3】弾性体のＺ方向長さと光計測手段によって計測される光の強度の関係を示すグラフである。

【図4】本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置の説明図である。

【図5】波長の長さと光計測手段によって計測される個々の波長の光の強度の関係を示すグラフである。

【図6】本発明の第３の実施の形態に係る位置検出装置の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置１０は、接触子１１及び物体Ｐ（外部物体の一例）に対する接触子１１の相対位置を変える位置調整手段１２を有して、接触子１１が物体Ｐに接触した接触位置を計測する装置であって、光を照射する光照射手段１３と光の強度を計測する光計測手段１４と接触位置を導出する演算手段１５を備えている。以下、詳細に説明する。

【0021】

本実施の形態において、物体Ｐは、図１に示すように、上方から下向きに穴が形成され底部を有し、位置調整手段１２に底部が固定されている。位置調整手段１２は、物体ＰをＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて、物体Ｐに対する接触子１１の相対位置を変えることができる。
接触子１１は球状（本実施の形態では、直径が０．１～１００μｍ）であり、光照射手段１３から接触子１１の間には、光ファイバ１６、ファイバ結合器１７、光ファイバ１８、反射膜１９、弾性体２０、反射膜２１及び光ファイバ２２が順に接続されている。

【0022】

本実施の形態では、光ファイバ１８の反射膜１９に接続された一端側領域、反射膜１９、弾性体２０、反射膜２１及び光ファイバ２２によって、長手方向の異なる位置で径が等しい、Ｚ方向に沿った直線形状物が形成されている。接触子１１はこの直線形状物より径が大きい。なお、光ファイバの一端側領域、反射膜、弾性体、反射膜及び光ファイバによって形成される直線形状物は長手方向の異なる位置で径が異なっていても良い。
反射膜１９、２１は、同素材（本実施の形態では主としてＡｕ）で形成された薄膜であり、Ｚ方向に間隔を空けて対向配置されている。反射膜１９、２１の屈折率は等しく、反射膜１９、２１の屈折率は、光ファイバ１８のコア２３の屈折率、弾性体２０の屈折率、光ファイバ２２のコア２４の屈折率とは異なっている。光ファイバ１８のコア２３と光ファイバ２２のコア２４は屈折率が等しく、仮想直線上に配されている。なお、光ファイバ２２の代わりにコアの有さない光ファイバや、光を透過する光ファイバ以外のものを採用することも可能である。

【0023】

光照射手段１３から照射された光は、光ファイバ１６のコア、ファイバ結合器１７、光ファイバ１８のコア２３を通って、反射膜１９に到達する。反射膜１９に到達した光は、反射膜１９に対し直交する方向（Ｚ方向）で反射膜１９に入射する光と、反射膜１９（光ファイバ１８のコア２３及び反射膜１９の境界面）で反射され光ファイバ１８のコア２３をファイバ結合器１７に向かって進む光とに分かれる。
反射膜１９、２１の屈折率と弾性体２０の屈折率は異なることから、反射膜１９に入射し、反射膜１９を透過して弾性体２０内に入射した光は、反射膜２１（弾性体２０及び反射膜２１の境界面）で反射して反射膜１９に向かう光と、反射膜２１内に入射する光とに分かれる。

【0024】

反射膜１９に向かった光は、反射膜１９（弾性体２０及び反射膜１９の境界面）で反射し反射膜２１に向かう光と、反射膜１９に入射する光とに分かれ、反射膜２１に向かった光は、一部を除き反射膜２１で反射されて反射膜１９に向かう。そして、反射膜１９に向かった光の一部は、反射膜１９を透過し、光ファイバ１８のコア２３をファイバ結合器１７に向かって進む。このため、反射膜１９、２１間（弾性体２０内）では、反射膜２１から反射膜１９に向かう複数の光が存在し、これらの光によって、光の干渉（本実施の形態では、ファブリ・ペロー型干渉）が生じる。この光の干渉状態は、反射膜１９、２１間の距離（弾性体２０のＺ方向長さ）の変化や反射膜１９に対する反射膜２１の角度の変化によって変わる。

【0025】

本実施の形態では、主として反射膜１９、２１及び弾性体２０によって、光照射手段１３から照射された光が入射し、入射した光を内部で反射させて光の干渉を生じさせる光干渉領域２５が形成されている。よって、反射膜１９、２１は、光干渉領域２５に入射する光の入射方向に間隔を空けて配されており、光ファイバ１６、１８は、光照射手段１３から照射された光を光干渉領域２５に伝え、光干渉領域２５は、変形によって、内部で生じている光の干渉状態を変える。

【0026】

また、光ファイバ１８のコア２３をファイバ結合器１７に向かって進む光は、ファイバ結合器１７を通過し光ファイバ２６のコアを通って、光計測手段１４に到達し、光計測手段１４によってその光の強度が検出される。即ち、光計測手段１４は光干渉領域２５から光ファイバ１８のコア２３に出た光の強度を計測する。
光計測手段１４には、位置調整手段１２及び光照射手段１３に接続された演算手段１５が接続されている。演算手段１５は、光計測手段１４から光計測手段１４が計測した光の強度を取得でき、位置調整手段１２から物体Ｐに対する接触子１１の相対位置の情報を得ることができる。

【0027】

本実施の形態では、演算手段１５が主として情報処理端末によって構成されており、演算手段１５は光照射手段１３に指令信号を送信して光を照射させることが可能である。
接触子１１が物体Ｐに接触すると、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、弾性体２０（光干渉領域２５）は弾性変形する。なお、図２（Ａ）は、物体ＰがＺ方向正側（上方）に移動して接触子１１に接触した際の様子、図２（Ｂ）は、物体ＰがＸ方向負側（水平方向）に移動して接触子１１に接触した際の様子をそれぞれ示している。

【0028】

光照射手段１３が照射する光はレーザ光であり、光干渉領域２５が弾性変形して、光干渉領域２５内の光の干渉状態が変わることによって、図３に示すように、光干渉領域２５から光ファイバ１８のコア２３に出る光（レーザ光）の強度が変化する（即ち、光干渉領域２５は、変形により光干渉領域２５から出るレーザ光の強度を変える）。そのため、接触子１１が物体Ｐに接触したか否かは、光計測手段１４が計測する光の強度を基に判定可能であり、演算手段１５は、光計測手段１４に計測されたレーザ光の強度が、接触子１１が物体Ｐや他の物体に非接触な状態で光計測手段１４に計測されたレーザ光の強度と異なることから接触子１１の物体Ｐへの接触を検知する。

【0029】

なお、図３では、弾性体２０のＺ方向長さと光の強度の関係のみが示されているが、反射膜１９に対する反射膜２１の角度変化によっても、光干渉領域２５から光ファイバ１８のコア２３に出る光の強度が変わることを確認している。また、本実施の形態では、弾性体２０が紫外線硬化樹脂によって形成され、接触子１１が石英（光ファイバの素材）によって形成されているが、これに限定されず、例えば、弾性体を熱硬化性樹脂、石英、樹脂や、内側又は一部に空気層が形成された構造体によって形成してもよいし、接触子を金属、セラミック等によって形成してもよい。

【0030】

演算手段１５は、光計測手段１４が計測した光の強度を基に接触子１１の物体Ｐへの接触を検知すると、位置調整手段１２から物体Ｐに対する接触子１１の相対位置の情報を得て、その情報を基に接触子１１が物体Ｐに接触した接触位置（以下、単に「接触位置」と言う）を導出する。具体的には、接触子１１の物体Ｐへの接触を検知した際の物体Ｐに対する接触子１１の中心の相対位置、あるいは、その相対位置に補正演算をして求めた位置が接触位置（接触子１１が物体Ｐに接触した座標）として導出される。補正演算とは、例えば、位置調整手段１２が物体Ｐを移動させている向き（接触子１１の物体Ｐに対する相対移動方向）と、光計測手段１４が計測した光の強度の値とから接触子１１の外周のどの部分が物体Ｐに接触したかを算出する演算処理である。
ここで、光干渉領域２５から光ファイバ２２のコア２４に出た光の強度を計測可能な光計測手段を採用することによって、光干渉領域２５から光ファイバ２２のコア２４に出た光の強度を基に接触子１１の物体Ｐへの接触を検知可能となる。

【0031】

レーザ光を照射する光照射手段１３の代わりに多波長光（波長の異なる複数の光からなるもので、例えば、白色光）を照射する光照射手段を採用してもよい。
以下、図４、図５を参照して、多波長光を照射する光照射手段３１を備えた、本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置３０を説明する。なお、位置検出装置３０において、位置検出装置１０と同様の構成については同じ記号を付して詳しい説明は省略する。

【0032】

位置検出装置３０は、図４に示すように、多波長光を照射する光照射手段３１と、光干渉領域２５と、光干渉領域２５から出た多波長光の強度（具体的には、多波長光に含まれる個々の波長の光の強度）を計測可能な光計測手段３２を備えている。光照射手段３１から多波長光が照射されると、光干渉領域２５内では光の干渉が生じ、この光の干渉によって、光干渉領域２５から出て光計測手段３２に到達する多波長光は、図５に示すように、個々の波長の光の強度を縦軸に波長の長さを横軸に設定したグラフにおいて、周期的にピークを有する波形として表される。

【0033】

そして、接触子１１の物体Ｐへの接触により光干渉領域２５が変形すると、光干渉領域２５内の光の干渉状態が変わり、光計測手段３２に到達する多波長光の周期的なピークを有する波形は、図５に示すように、横軸に沿ってシフトし、光計測手段３２に計測される特定波長の光の強度が、接触子１１が非接触状態時に計測される当該特定波長の光の強度と異なるようになる。

【0034】

従って、光干渉領域２５は、変形によって光干渉領域２５から出る多波長光に含まれる個々の波長の光の強度を変えることとなる。
演算手段１５は、光計測手段３２に計測された特定波長の光の強度が、接触子１１が非接触状態で光計測手段１４に計測される当該特定波長の光の強度と異なることから、光計測手段３２に到達する多波長光の波形のシフトを検出し、接触子１１の物体Ｐへの接触を検知する。そして、演算手段１５は、位置調整手段１２から物体Ｐに対する接触子１１の相対位置の情報を得て接触位置（接触子１１が物体Ｐに接触した座標）を検出する。

【0035】

また、位置検出装置１０（位置検出装置３０についても同様）は、複数の接触位置を得ることにより、物体Ｐの形状を検出することが可能であるので、位置検出装置１０を、物体Ｐ（検出対象物の一例）の形状を導出する形状検出装置として用いることができる。
位置検出装置１０を形状検出装置として用いる場合、物体Ｐに対する接触子１１の相対位置が異なる座標で接触子１１に物体Ｐを接触させることで、演算手段１５は、複数の接触位置を得て、これら複数の接触位置から物体Ｐの形状を検知する。

【0036】

位置検出装置１０、３０は、ファブリ・ペロー型干渉を利用したものであるが、他の光干渉を利用して、接触子１１の物体Ｐへの相対位置を検出することも可能である。
図６を参照して、マイケルソン型干渉を利用する、本発明の第３の実施の形態に係る位置検出装置４０について説明する。なお、位置検出装置４０において、位置検出装置１０、３０と同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

【0037】

位置検出装置４０は、図６に示すように、接触子１１、位置調整手段１２、光照射手段１３、光計測手段１４、演算手段１５に加え、光照射手段１３から照射された光を分岐させるファイバ結合器（光学機構の一例）４１、ファイバ結合器４１で分岐した一方の光及び他方の光をそれぞれ反射する反射膜（第１の光反射手段の一例）４２及び反射板（第２の光反射手段の一例）４３を備えている。反射膜４２はＸ方向及びＹ方向に沿って（水平に）配置され、下側に接触子１１が連結されている。

【0038】

ファイバ結合器１７にはＸ方向に配置された光ファイバ４４が接続されており、光照射手段１３から照射されファイバ結合器１７を通過した光は光ファイバ４４のコアを通ってファイバ結合器４１に到達する。ファイバ結合器４１に到達し光は分岐され、一方はＺ方向に配置された光ファイバ４５のコア４６を通り、光ファイバ４５と反射膜４２の間に設けられた弾性体４７を進行して、反射膜４２で反射され、弾性体４７内を通過し光ファイバ４５のコア４６内をファイバ結合器４１に向かって進み、他方はＸ方向に配置された光ファイバ４８のコアを進み反射板４３でファイバ結合器４１に向かって反射される。光ファイバ４５のコア４６及び弾性体４７は屈折率が等しく、光ファイバ４５のコア４６と弾性体４７の境界面では光の反射が生じない。

【0039】

ファイバ結合器４１は、反射膜４２で反射された光と反射板４３で反射された光を合流させて光の干渉を生じさせる。ファイバ結合器４１で合流した光は光ファイバ４４のコア、ファイバ結合器１７、光ファイバ２６のコアを通り、その光の強度が光計測手段１４によって計測される。従って、光計測手段１４は反射膜４２及び反射板４３で反射して合流した光の強度を計測することとなる。

【0040】

ここで、接触子１１及び物体Ｐが接触すると弾性体４７が変形して、反射膜４２のファイバ結合器４１に対する相対位置が変位し、ファイバ結合器４１から反射膜４２までの光路長（光ファイバ４５のコア４６及び弾性体４７からなる光路の長さ）が変化することから、ファイバ結合器４１が生じさせる光の干渉状態が変わる（即ち、反射膜４２は、接触子１１の物体Ｐへの接触によりファイバ結合器４１に対する相対位置が変位してファイバ結合器４１が生じさせる光の干渉状態を変える）。その結果、光計測手段１４によって計測される光の強度が変化する。演算手段１５は、光計測手段１４が計測した光の強度を基に接触子１１の物体Ｐへの接触を検知し、位置調整手段１２から接触子１１の物体Ｐに対する相対位置の情報を得て、接触子１１が物体Ｐに接触した接触位置（座標）を導出する。

【0041】

また、位置検出装置４０は、物体Ｐ（検出対象物の一例）の形状を導出する形状検出装置として用いることができる。位置検出装置４０を形状検出装置として用いる場合、接触子１１の物体Ｐに対する相対位置が異なる座標で接触子１１に物体Ｐを接触させることで、演算手段１５は、複数の接触位置を得て、これら複数の接触位置から物体Ｐの形状を検知する。

【0042】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、光干渉領域は、接触子の外部物体（又は検出対象物、以下同じ）への接触によって変形し内部で生じている光の干渉状態を変えるものであればよく、対向配置された対となる反射膜を有さなくてもよい。但し、対向配置された対となる反射膜を有する場合、フィネスが高くなり、結果として、接触子の外部物体への接触を安定的に検知することが可能となる。

【0043】

また、対向配置された対となる反射膜を有する光干渉領域を採用する場合、反射膜間の全領域が弾性体で占有されている必要はなく、反射膜間の領域の一部に弾性体を設け、反射膜間の領域の大半を空間部にし、空間部内で光の干渉を生じさせるようにしてもよい。
そして、光ファイバを採用する代わりに、筒状部材を用いて、光照射手段から照射された光を光干渉領域に伝えるようにしてもよい。
更に、接触子は球状である必要はない。

【0044】

また、外部物体を移動させる位置調整手段の代わりに、接触子を移動させて外部物体に対する接触子の相対位置を変える位置調整手段を採用することが可能である。

【符号の説明】

【0045】

１０：位置検出装置、１１：接触子、１２：位置調整手段、１３：光照射手段、１４：光計測手段、１５：演算手段、１６：光ファイバ、１７：ファイバ結合器、１８：光ファイバ、１９：反射膜、２０：弾性体、２１：反射膜、２２：光ファイバ、２３、２４：コア、２５：光干渉領域、２６：光ファイバ、３０：位置検出装置、３１：光照射手段、３２：光計測手段、４０：位置検出装置、４１：ファイバ結合器、４２：反射膜、４３：反射板、４４、４５：光ファイバ、４６：コア、４７：弾性体、４８：光ファイバ、Ｐ：物体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】