特許 7567955 光学計測装置

(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】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】光学計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 3/06 20060101AFI20241008BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

G01C3/06 120P

G01B11/00 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023033698

(22)【出願日】2023-03-06

(62)【分割の表示】P 2022010088の分割

【原出願日】2016-03-24

(65)【公開番号】P2023065632

(43)【公開日】2023-05-12

【審査請求日】2023-03-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森野 久康

(72)【発明者】

【氏名】的場 賢一

(72)【発明者】

【氏名】菅 孝博

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１７４５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６１９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１４６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１２２１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３３６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４３３１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／００－３／３２

Ｇ０１Ｎ ２１／８４－２１／９５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の波長を有する照射光を発生する光源と、
前記光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光するセンサヘッドと、
前記センサヘッドで受光される反射光を波長ごとに分光して受光する受光部と、
前記受光部の分光した波長の受光量に基づいて、前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、
前記光源、前記センサヘッドおよび前記受光部の間で光を光ケーブルによって導き、かつ、前記光源と前記センサヘッドとの間および前記センサヘッドと前記受光部との間に合波／分波部を有する導光部と、を備え、
前記処理部は、前記受光部に入射した光の前記受光量に基づいて、前記合波／分波部の不良によって起こり得る異常を検出する、光学計測装置。

【請求項2】

複数の波長を有する照射光を発生する光源と、
前記光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光するセンサヘッドと、
前記センサヘッドで受光される反射光を波長ごとに分光して受光する受光部と、
前記受光部の分光した波長の受光量に基づいて、前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、
前記光源、前記センサヘッドおよび前記受光部の間で光を複数の光ケーブルによって導き、かつ、前記複数の光ケーブルを直列接続するための少なくとも１つのコネクタを有する導光部と、を備え、
前記処理部は、前記受光部に入射した光の前記受光量に基づいて、前記少なくとも１つのコネクタの不良によって起こり得る異常を検出する、光学計測装置。

【請求項3】

複数の波長を有する照射光を発生する光源と、
前記光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光するセンサヘッドと、
前記センサヘッドで受光される反射光を波長ごとに分光して受光する受光部と、
前記受光部の分光した波長の受光量に基づいて、前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、
前記光源、前記センサヘッドおよび前記受光部の間で光を複数の光ケーブルによって導き、かつ、前記複数の光ケーブルを直列接続するための少なくとも１つのコネクタを有する導光部と、を備え、
前記処理部は、前記受光部に入射した光の前記受光量に基づいて、前記複数の光ケーブルの前記直列接続の長さに関連して起こり得る異常を検出する、光学計測装置。

【請求項4】

複数の波長を有する照射光を発生する光源と、
前記光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光するセンサヘッドと、
前記センサヘッドで受光される反射光を波長ごとに分光して受光する受光部と、
前記受光部の分光した波長の受光量に基づいて、前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、
前記光源、前記センサヘッドおよび前記受光部の間で光を複数の光ケーブルによって導き、かつ、前記複数の光ケーブルを直列接続するための少なくとも１つのコネクタを有する導光部と、を備え、
前記処理部は、前記受光部に入射した光の前記受光量に基づいて、前記少なくとも１つのコネクタの傷または汚れに起因して起こり得る異常を検出する、光学計測装置。

【請求項5】

複数の波長を有する照射光を発生する光源と、
前記光源からの前記照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光するセンサヘッドと、
前記センサヘッドで受光される反射光を波長ごとに分光して、前記各波長成分の光を受光する受光部と、
前記受光部の分光した波長の受光量に基づいて、前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、
前記光源、前記センサヘッドおよび前記受光部の間で光を複数の光ケーブルによって導く導光部とを備え、前記複数の光ケーブルは光ファイバであり、
前記処理部は、前記受光部に入射した光の前記受光量に基づいて、前記光ファイバの端面の傷または汚れに起因して起こり得る異常を検出する、光学計測装置。

【請求項6】

複数の波長を有する照射光を発生する光源と、
前記光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光するセンサヘッドと、
前記センサヘッドで受光される反射光を波長ごとに分光して、前記各波長成分の光を受光する受光部と、
前記受光部の分光した波長の受光量に基づいて、前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、
前記光源、前記センサヘッドおよび前記受光部の間で光を導く導光部と、を備え、
前記処理部は、前記受光部に入射した光の前記受光量に基づいて、前記導光部の途中において前記光源からの前記照射光の一部が反射することによって起こり得る異常を検出する、光学計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、白色共焦点方式で計測対象物の表面形状などを計測可能な光学計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

計測対象物の表面形状などを検査する装置として、白色共焦点方式の光学計測装置が知られている。この種の光学計測装置は、複数の波長成分を有する照射光を発生する光源と、光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせる光学系と、光学系で受光される反射光を各波長成分に分離して、各波長成分の光を受光する受光部と、光源と受光部と前記光学系とを光学的に接続する導光部とを含む。例えば、特開２０１２－２０８１０２号公報（特許文献１）は、共焦点光学系を利用して非接触で計測対象物の変位を計測する共焦点計測装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－２０８１０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

白色共焦点原理の変位センサにおいて、戻り光の増加等によって受光波形が変化することは、計測に影響を及ぼす原因となる。従来はそのような受光波形の変化を検出することができず、ユーザは受光波形が異常であることに気づくことができなかった。戻り光の増加はセンサの計測精度の低下をもたらすが、ユーザがそのことを知らずにセンサを使い続ける可能性がある。

【0005】

本発明の目的は、受光波形の異常を検出可能な、白色共焦点原理の光学計測装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある局面に従う光学計測装置は、複数の波長成分を有する照射光を発生する光源と、光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光する光学系と、光学系で受光される反射光を各波長成分に分離して、各波長成分の光を受光する受光部と、受光部における各波長成分の受光量に基づいて、光学系から計測対象物までの距離を算出する処理部とを備える。処理部は、受光波形における複数の波長成分の各々の受光量を受光量の基準値と比較して、受光量の基準値に対する変化量が複数の波長成分のいずれにおいても予め定められた閾値以上である場合には、受光波形の異常を検出する。

【0007】

上記の構成によれば、受光波形の異常を検出可能な、白色共焦点原理の光学計測装置を提供することができる。なお、「光学系から計測対象物までの距離」とは、光学系から計測対象物における計測対象位置までの距離であり、光学系から計測対象物までの最短距離に限定されない。計測対象位置とは、光源からの照射光が照射される計測対象物上の位置である。計測対象位置は１つに限定されない。

【0008】

好ましくは、処理部は、複数の波長成分のうちの少なくとも１つにおける受光量の変化量が閾値未満である場合には、受光波形におけるピーク波長に基づいて、計測対象物の変位を計測する。

【0009】

上記の構成によれば、選択された複数の波長のうちの１つが、計測波長と一致した場合であっても、他の波長における受光量に基づいて異常波形を検出することができる。

【0010】

好ましくは、複数の波長成分は、５つの波長を含む。
上記の構成によれば、たとえば計測対象物が、２枚の透明体（ガラス等）の間にスペーサ等によって空間が設けられた構成を有し、選択された５つの波長のうちの４つが計測波長と一致した場合であっても、残りの１つの波長における受光量に基づいて異常波形を検出することができる。

【0011】

好ましくは、閾値は、光源のスペクトルに基づいて、波長ごとに定められる。
上記の構成によれば、波長ごとに閾値を設定することによって、異常波形をより正確に検出することができる。

【0012】

本発明の他の局面に従う光学計測装置は、複数の波長成分を有する照射光を発生する光源と、光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光する光学系と、光学系で受光される反射光を各波長成分に分離して、各波長成分の光を受光する受光部と、受光部における各波長成分の受光量に基づいて、光学系から計測対象物までの距離を算出する処理部とを備える。処理部は、計測対象物の変位の計測範囲に対応する波長領域の外にある波長成分の受光量を受光量の基準値と比較して、受光量の前記基準値に対する変化量が予め定められた閾値以上である場合には、受光量を表す受光波形の異常を検出する。

【0013】

上記の構成によれば、対象物の変位の測定への影響を少なくしながら受光波形をモニタすることができる。

【0014】

好ましくは、上記のいずれかの光学計測装置において、異常を検出した場合に、処理部は、その異常を通知する。

【0015】

上記の構成によれば、ユーザは、光学計測装置の受光波形が異常であることに気づくことができる。これにより、ユーザは、異常の原因を取り除くための適切な対応を取ることができる。したがって、対象物の変位の測定精度を高いままに維持することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、白色共焦点原理の光学計測装置において、受光波形の異常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】白色共焦点方式による距離計測の原理を説明するための図である。

【図2】本実施の形態に従う光学計測装置の導光部の構成を説明するための模式図である。

【図3】本実施の形態に従う光学計測装置の装置構成の一例を示す模式図である。

【図4】導光部の途中における照射光の一部の反射を説明するための模式図である。

【図5】導光部の途中において照射光の一部が反射した場合における課題を説明するための図である。

【図6】本実施の形態に係る光学計測装置における受光信号の処理を説明するための図である。

【図7】第１の実施の形態による、光学計測装置の異常の判定を説明するための模式的な波形図である。

【図8】本実施の形態に係る光学計測装置による、計測対象物の複数の表面の変位の測定を説明した図である。

【図9】照射光の一部が導光部の途中で反射して戻る場合における、バックグラウンド成分の受光量の変化を模式的に示した図である。

【図10】モニタリング波長と閾値との関係の例を示した図である。

【図11】第１の実施の形態に係る異常波形の検出処理を説明するためのフローチャートである。

【図12】第２の実施の形態に係る異常波形の検出を説明するための光源のスペクトルを説明した図である。

【図13】第２の実施の形態に係る異常波形の検出処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0019】

＜Ａ．概要＞
まず、本実施の形態に従う光学計測装置により解決される課題およびそれを実現するための構成について概要を説明する。

【0020】

図１は、白色共焦点方式による距離計測の原理を説明するための図である。図１を参照して、光学計測装置１は、光源１０と、導光部２０と、センサヘッド３０と、受光部４０と、処理部５０とを含む。センサヘッド３０は、色収差ユニット３２および対物レンズ３４を含み、受光部４０は、分光器４２および検出器４４を含む。

【0021】

光源１０で発生した所定の波長広がりをもつ照射光は、導光部２０を伝搬してセンサヘッド３０に到達する。センサヘッド３０において、光源１０からの照射光は対物レンズ３４により集束されて計測対象物２へ照射される。照射光には、色収差ユニット３２を通過することで軸上色収差が生じるため、対物レンズ３４から照射される照射光の焦点位置は波長ごとに異なる。計測対象物２の表面で反射される波長のうち、計測対象物２に焦点の合った波長の光のみがセンサヘッド３０の導光部２０のうち共焦点となるファイバのみに再入射することになる。以下では、説明の便宜上、計測対象物２に焦点の合った波長の光が計測光として検出される状態を「特定の波長のみ反射する」とも表現する。

【0022】

センサヘッド３０に再入射した反射光は、導光部２０を伝搬して受光部４０へ入射する。受光部４０では、分光器４２にて入射した反射光が各波長成分に分離され、検出器４４にて各波長成分の強度が検出される。処理部５０は、検出器４４での検出結果に基づいて、センサヘッド３０から計測対象物２までの距離（変位）を算出する。

【0023】

図１に示す例では、例えば、複数の波長λ１，λ２，λ３を含む照射光が波長分散されて、光軸ＡＸ上のそれぞれ異なる位置（焦点位置１，焦点位置２，焦点位置３）に像が描かれることになる。光軸ＡＸ上において、計測対象物２の表面は焦点位置２と一致するので、照射光のうち波長λ２の成分のみが反射される。受光部４０では、波長λ２の成分を検出して、センサヘッド３０から計測対象物２までの距離が波長λ２の焦点位置に相当する距離であると算出する。

【0024】

受光部４０の検出器４４を構成する複数の受光素子のうち反射光を受光する受光素子は、センサヘッド３０に対する計測対象物２の表面の形状に応じて変化することになるため、検出器４４の複数の受光素子による検出結果（画素情報）から計測対象物２に対する距離変化（変位）を計測することができる。これにより、光学計測装置１によって計測対象物２の表面の形状を測定することができる。なお、センサヘッド３０から計測対象物２までの距離とは、センサヘッド３０から計測対象物２における計測対象位置までの距離であり、センサヘッド３０から計測対象物２までの最短距離に限定されない。計測対象位置とは、光源１０からの照射光が照射される計測対象物２上の位置である。計測対象位置は１つに限定されない。たとえばセンサヘッド３０の光軸方向に沿って、異なる２つの計測対象位置が選択されてもよい。センサヘッド３０から各計測対象位置までの距離を算出し、２つの距離の差を算出することによって、たとえば計測対象物２の厚みを算出することができる。

【0025】

図２に、本実施の形態に従う光学計測装置１の導光部の構成を模式的に示す。図２（Ａ）に示されるように、光学計測装置１は、導光部２０として、光源１０と光学的に接続される入力側ケーブル２１と、受光部４０と光学的に接続される出力側ケーブル２２と、センサヘッド３０と光学的に接続されるヘッド側ケーブル２４とを含む。入力側ケーブル２１および出力側ケーブル２２のそれぞれの端と、ヘッド側ケーブル２４の端とは、合波／分波構造をもつカプラ２３を介して、光学的に結合される。カプラ２３は、Ｙ分岐カプラに相当する２×１スターカプラ（２入力１出力／１入力２出力）であり、入力側ケーブル２１から入射した光をヘッド側ケーブル２４へ伝達するとともに、ヘッド側ケーブル２４から入射した光を分割して入力側ケーブル２１および出力側ケーブル２２へそれぞれ伝達する。

【0026】

入力側ケーブル２１、出力側ケーブル２２、およびヘッド側ケーブル２４は、いずれも単一のコア２０２を有する光ファイバであり、その断面構造としては、コア２０２から外周に向けて、クラッド２０４、被覆２０６および外装２０８が、コア２０２の周囲に順に設けられる。なお、図２（Ｂ）に示すように、本実施の形態に従う光学計測装置１は、複数のコアを有する光ファイバを導光部２０として採用してもよい。

【0027】

＜Ｂ．装置構成＞
図３は、本実施の形態に従う光学計測装置１の装置構成の一例を示す模式図である。図３を参照して、本実施の形態に従う光学計測装置１は、光源１０と、導光部２０と、センサヘッド３０と、受光部４０と、処理部５０とを含む。

【0028】

光源１０は、複数の波長成分を有する照射光を発生し、典型的には、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いて実現される。軸上色収差によって生じる焦点位置の変位幅が、要求される計測レンジをカバーできるだけの波長範囲を有する照射光を発生できれば、どのような光源を用いてもよい。

【0029】

センサヘッド３０は、色収差ユニット３２および対物レンズ３４を含み、光源１０からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸ＡＸの延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物２からの反射光を受光する光学系に相当する。

【0030】

受光部４０は、光学系であるセンサヘッド３０で受光される反射光を各波長成分に分離する分光器４２と、分光器４２による分光方向に対応させて配置された複数の受光素子を含む検出器４４とを含む。分光器４２としては、典型的には、回折格子が採用されるが、それ以外にも任意のデバイスを採用してもよい。検出器４４は、分光器４２による分光方向に対応させて複数の受光素子が一次元配置されたラインセンサ（一次元センサ）を用いてもよいし、検出面上に複数の受光素子が二次元配置された画像センサ（二次元センサ）を用いてもよい。

【0031】

受光部４０は、分光器４２および検出器４４に加えて、出力側ケーブル２２から射出された反射光を平行化するコリメートレンズ４１と、検出器４４での検出結果を処理部５０へ出力するための読出回路４５とを含む。さらに、必要に応じて、分光器４２にて分離された波長別の反射光のスポット径を調整する縮小光学系４３を設けてもよい。

【0032】

処理部５０は、受光部４０の複数の受光素子によるそれぞれの検出値に基づいて、センサヘッド３０から計測対象物２までの距離を算出する。画素と波長と距離値との間の関係式は、予め設定される（たとえば製品出荷時に処理部５０の内部に不揮発的に記憶される）。したがって、処理部５０は、受光部４０の出力する受光波形（画素情報）から変位を算出することができる。

【0033】

図３には、ユーザビリティを高めるために、複数のケーブルを直列接続してヘッド側ケーブルを構成する例を示す。すなわち、ヘッド側ケーブルとしては、３つのケーブル２４１，２４３，２４５が採用されている。ケーブル２４１とケーブル２４３との間はコネクタ２４２を介して光学的に接続され、ケーブル２４３とケーブル２４５との間はコネクタ２４４を介して光学的に接続される。

【0034】

導光部２０は、入力側ケーブル２１および出力側ケーブル２２と、ヘッド側ケーブルとを光学的に結合するための合波／分波部（カプラ）２３を含む。合波／分波部２３の機能については、図２を参照して説明したので、詳細な説明は繰り返さない。

【0035】

このように、本実施の形態に従う光学計測装置１では、合波／分波構造としてカプラを採用することで、導光部２０内での光の分離が可能となり、複数のコアをそれぞれ伝搬する計測対象物２からの反射光（計測光）を単一の検出器４４で受光することができる。

【0036】

＜Ｃ．反射光の問題＞
原理的には、光軸ＡＸ上において、計測対象物２の表面の位置で焦点を結ぶ波長成分のみが反射されて受光部４０に入射する。しかしながら、導光部２０（すなわち光源１０からセンサヘッドへの照射光の光路）の途中において、照射光の一部が反射して、その反射光が受光部４０に入射することが起こり得る。

【0037】

図４は、導光部２０の途中における照射光の一部の反射を説明するための模式図である。図４に示されるように、たとえば、合波／分波部２３（カプラ２３１，２３２）、コネクタ２４２、コネクタ２４４、あるいは、センサヘッド３０とケーブル２４５との接続部において照射光の一部が反射し得る。また、光源１０のパワーの増減は、戻り光量異常の要因となる。

【0038】

たとえば合波／分波部２３が不良である場合、あるいは、コネクタ２４２，２４４に傷もしくは汚れがある場合には、照射光の一部が反射して戻される可能性が考えられる。また、ケーブルに含まれる光ファイバの距離が長いことによって、照射光が光ファイバの内部で散乱する可能性がある。さらに、光ファイバの端面の傷あるいは汚れによっても、照射光の一部が反射し得る。

【0039】

図５は、導光部２０の途中において照射光の一部が反射した場合における課題を説明するための図である。図５を参照して、処理部５０は、受光波形（受光強度のプロファイル）に基づいて、受光強度のピーク位置を特定する。処理部５０は、当該ピーク位置に対応する波長から反射光に含まれている波長の主成分を特定し、特定した主成分波長（たとえば波長λ２）に基づき、センサヘッド３０から計測対象物２までの距離（変位）を算出する。

【0040】

光学計測装置１が正常である場合には、ノイズ成分（バックグラウンドノイズ）が十分に小さい。しかし、導光部２０において照射光の一部が反射して受光部４０に入射する場合には、ノイズ成分、すなわち波長λ２以外の波長成分の受光強度が大きくなる。

【0041】

図６は、本実施の形態に係る光学計測装置１における受光信号の処理を説明するための図である。図６（Ａ）は、光学計測装置１の正常時に得られる受光波形を説明した波形図である。図６（Ｂ）は、光学計測装置１の異常時に得られる受光波形を説明した波形図である。

【0042】

図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示されるように、本実施の形態に係る光学計測装置１は、受光波形と、戻り光成分波形との差分によって生成された波形（計測波形）に基づいて、主成分波長を特定する。戻り光成分波形は、たとえば変位の測定に先立って取得され、光学計測装置１の内部に記憶される。

【0043】

光学計測装置１の正常時には、受光波形に含まれる戻り光成分と、予め取得された波形における戻り光成分との間の差は小さい。計測波形では、戻り光成分がほぼ相殺されるので、Ｓ／Ｎ比が高い。したがって、主成分波長を高い精度で特定することができる。

【0044】

一方、図６（Ｂ）に示されるように、受光波形に含まれる戻り光成分が大きい場合、受光波形と、予め記憶された戻り光成分波形との差分を生成しても、受光波形に含まれる戻り光成分を相殺しきれない。このために計測波形のＳ／Ｎ比は低い。Ｓ／Ｎ比の低下によって、ピーク波長の検出精度が低下するため、変位の計測の精度が低下する。

【0045】

本実施の形態においては、処理部５０は、特定の波長の受光量をモニタする。その波長における受光量が正常時の受光量に対して閾値以上変化した場合には、処理部５０は、受光波形の異常を検出する。さらに処理部５０は、その異常を通知する。ユーザは、たとえばコネクタ２４２，２４４のクリーニング、導光部２０の交換等によって、異常波形が発生した原因を取り除くことができる。また、戻り光の増加が、光ファイバを延長したことによる場合には、再度、戻り光成分の値を光学計測装置１の内部に記憶させることによって、異常波形が発生した原因を取り除くことができる。したがって、対象物の変位の測定精度を高いままに維持することができる。以下、本実施の形態の詳細を説明する。

【0046】

＜Ｄ．第１の実施の形態＞
図７は、第１の実施の形態による、光学計測装置１の異常の判定を説明するための模式的な波形図である。図３および図７を参照して、波長λ１，λ２，λ３，λ４，λ５のそれぞれにおける受光量Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５が受光部４０によって測定される。処理部５０は、各波長における受光量を、その波長に対応した基準値（正常時の受光量）と比較する。たとえば基準値は、工場出荷時に初期設定される。現場でセンサヘッドの挿抜等が行われた場合に、たとえばユーザが光学計測装置１の操作ボタン（図示せず）を操作することにより、基準値を再設定することができる。

【0047】

処理部５０は、波長ごとに、受光量と基準値との差が閾値を上回るかどうかを判定する。波長λ１，λ２，λ３，λ４，λ５のすべてにおいて、受光量と基準値との差が閾値を上回る場合には、処理部５０は、光学計測装置１において異常が発生したと判定する。基準値および閾値は、波長ごとに設定されるとともに、処理部５０の内部に記憶される。

【0048】

受光量と基準値とが比較される波長の数は、変位の測定を要する計測対象物２の表面の数よりも多ければよい。光学計測装置１が複数の面を検出する場合があるが、それは計測対象物２が透明体の場合である。この場合には、透明体である計測対象物２の表面および裏面の数に対応する数の波長において、受光波形のピークが現れる。この受光波形のピークに応じて閾値の数が決定される。変位の測定の対象となる表面の数の最小値は１である。選択された複数の波長のうちの１つが、計測波長と一致した場合であっても、他の波長における受光量に基づいて異常波形を検出することができる。

【0049】

第１の実施の形態において５つの波長を用いる理由を以下に説明する。図８は、本実施の形態に係る光学計測装置１による、計測対象物２の複数の表面の変位の測定を説明した図である。

【0050】

図８に示されるように、たとえば計測対象物２は、２枚の透明体（ガラス等）の間にスペーサ等によって空間が設けられた構成を有する。計測対象物２は、変位の異なる４つの表面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有するが、それらは、透明体の２つの表面（２ａ，２ｃ）および透明体の２つの裏面（２ｂ，２ｄ）である。したがって光学計測装置１は、透明体の２つの表面および２つの裏面の変位を測定できる。異常波形の検出のための波長は任意に選ぶことができる。ただし、異常波形の検出のために４つの波長を選んだ場合には、計測対象物２（２つの透明体）の２つの表面および２つの裏面において焦点の合う波長と、その選択された４つの波長とが一致する可能性を考慮する必要がある。そのために、検出される面の数と選択される波長の数とは異なる必要がある。

【0051】

図８に示された例においては、照射光のうちの波長λ５の成分の焦点位置は、表面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの位置のいずれとも異なる。したがって、受光波形における波長λ５の成分を基準値と比較することによって、光学計測装置１の異常を検出することができる。

【0052】

各波長の設定、および閾値の設定は、ティーチングの結果に基づいてユーザが設定してもよい。光源１０の発光スペクトルに応じて、波長および閾値を設定することができる。なお、各波長の設定および閾値は、たとえば工場出荷時に予め設定されていてもよい。

【0053】

図９は、照射光の一部が導光部２０の途中で反射して戻る場合における、バックグラウンド成分の受光量の変化を模式的に示した図である。図９を参照して、照射光の一部が導光部２０の途中で反射して戻る場合、戻り光成分の変化量は、波長に依存する。たとえば戻り光成分のピークに近い波長では、戻り光成分の変化量は大きくなりやすいため、閾値が相対的に大きく設定する。逆に、戻り光成分のピーク波長よりも短い波長あるいは長い波長においては、戻り光成分の変化量が小さくなりやすいので、その波長における閾値を相対的に小さく設定する。これにより、異常波形をより正確に検出することができる。

【0054】

図１０は、モニタリング波長と閾値との関係の例を示した図である。図１０に示されるように、ｎ個の波長λ１，λ２，・・・，λｎのそれぞれに対して、閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２，・・・，Ｔｈｎが設定される（ｎは２以上の整数）。なお、図８は、ｎ＝５の例を示す。図１０に示された関係は、処理部５０の内部に記憶される。

【0055】

図１１は、第１の実施の形態に係る異常波形の検出処理を説明するためのフローチャートである。図３および図１１を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１において、処理部５０は、波長λ１，λ２，・・・，λｎの各々における受光量（すなわち波長成分）を基準値と比較する。ステップＳ２において、処理部５０は、すべての波長において、受光量の変化量が閾値以上であるかどうかを判定する。

【0056】

すべての波長において、基準値に対する受光量の変化量が閾値以上である場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３において、処理部５０は異常波形を検出する。この場合、ステップＳ４において、処理部５０は異常波形が検出されたことをユーザに通知するための通知処理を実行する。通知の方法は特に限定されず、たとえば音、および光などを用いた周知の方法を採用することができる。

【0057】

一方、少なくとも１つの波長において、基準値に対する受光量の変化量が閾値未満である場合（ステップＳ２においてＮＯ）、処理部５０は、ステップＳ５において、受光波形に基づいて変位計測処理を実行する。変位計測処理の終了後に、処理はステップＳ１に戻される。
＜Ｅ．第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、光学計測装置１は、単一の波長における受光量の変化量に基づいて、異常波形を検出する。光学計測装置１の構成は実施の形態１に係る構成と同じであるので、以後の説明は繰り返さない。

【0058】

図１２は、第２の実施の形態に係る異常波形の検出を説明するための光源１０のスペクトルを説明した図である。図１２を参照して、波長領域６０は、変位の計測に使用する波長領域であり、ここでは「計測範囲」と呼ぶ。第２の実施の形態では、計測範囲外の波長領域６１または波長領域６２から選択された１つの波長を用いて、異常波形が検出される。第１の実施の形態と同じく、その選択された波長において、受光量（波長成分）の変化量が閾値以上である場合に、異常波形が検出される。計測範囲外の波長領域から選択された１つの波長における受光量がモニタされるので、対象物の変位の測定への影響を少なくすることができる。

【0059】

図１３は、第２の実施の形態に係る異常波形の検出処理を説明するためのフローチャートである。図１１および図１３を参照して、第２の実施の形態では、ステップＳ１，Ｓ２に代えてステップＳ１１，Ｓ１２の処理が実行される。ステップＳ１１において、処理部５０は、波長領域６０外の波長λｏにおける受光量を、基準値と比較する。波長λｏは予め設定される。ステップＳ１２において、処理部５０は、波長λｏにおいて、受光量の変化量が閾値以上であるかどうかを判定する。

【0060】

基準値に対する受光量の変化量が閾値以上である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ３に進み、処理部５０は異常波形を検出する。ステップＳ４において、処理部５０は、異常波形が検出されたことをユーザに通知するための通知処理を実行する。一方、基準値に対する受光量の変化量が閾値未満である場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、処理はステップＳ５に進む。この場合には、処理部５０は変位計測処理を実行する。変位計測処理の終了後に、処理はステップＳ１１に戻される。

【0061】

なお、第２の実施の形態では、計測範囲外の波長における受光量の変化量に基づいて、受光波形が異常かどうかが判定される。したがって、計測範囲外の波長領域の中から選択された複数の波長の各々における受光量の変化量に基づいて異常波形が検出されてもよい。

【0062】

＜Ｆ．利点＞
上述したように、本実施の形態に係る光学計測装置１では、受光波形の異常を検出することができる。さらに、受光波形の異常をユーザに気づかせることができる。戻り光が増加したために計測の精度が悪化した場合には、受光波形の異常が検出される。ユーザは、光学計測装置１からの通知によって、低下した精度を高めるための適切な対策（たとえばコネクタのクリーニング、ファイバを延長したことによる戻り光の増加の場合は再度、戻り光成分の値を光学計測装置１の内部に記憶させること）を取ることができる。したがって、光学計測装置における変位測定の精度が低下した場合にも、高い計測精度を再び達成することができる。

【0063】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0064】

１ 光学計測装置、２ 計測対象物、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 表面（計測対象物）、１０ 光源、２０ 導光部、２１ 入力側ケーブル、２２ 出力側ケーブル、２３ カプラ、２３１，２３２ カプラ（合波／分波構造）、２４ ヘッド側ケーブル、３０ センサヘッド、３２ 色収差ユニット、３４ 対物レンズ、４０ 受光部、４１ コリメートレンズ、４２ 分光器、４３ 縮小光学系、４４ 検出器、４５ 読出回路、５０ 処理部、６０，６１，６２ 波長領域、２０２ コア、２０４ クラッド、２０６ 被覆、２０８ 外装、２４１，２４３，２４５ ケーブル、２４２，２４４ コネクタ、ＡＸ 光軸、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５ 受光量、Ｓ１～Ｓ５，Ｓ１１，Ｓ１２ ステップ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】