特許 7581825 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】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】光学計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 3/06 20060101AFI20241106BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

G01C3/06 120P

G01B11/00 B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020206180

(22)【出願日】2020-12-11

(65)【公開番号】P2021148767

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-10-10

(31)【優先権主張番号】P 2020043588

(32)【優先日】2020-03-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100108213

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 豊隆

(72)【発明者】

【氏名】奥田 貴啓

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼嶋 潤

(72)【発明者】

【氏名】谷沢 元春

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２８６６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２７５０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１０５８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９４９４５２９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１９－００２７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１６８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１３２７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－６３４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５８５０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ ３／０６

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の波長の光を出力する光源と、
前記光源からの光の一部分を通過させる第１開口が形成された第１制限部材と、
前記第１開口を通過した光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、
色収差が生じた前記光を計測対象物に照射する対物レンズと、
前記計測対象物に照射された光の反射光の一部分を通過させる第２開口が形成された第２制限部材と、
前記第２開口を通過した光を伝搬する光ファイバと、
前記伝搬された光を取得し、該光のスペクトルを計測する受光センサと、を備え、
前記第１開口及び前記第２開口は、それぞれ、複数のピンホールから構成される形状を有し、
前記光ファイバは、一端の端面に前記第２開口を通過した光が入射するように、配置される、
光学計測装置。

【請求項2】

前記受光センサは、一次元に配列された複数の受光素子を含む、
請求項１に記載の光学計測装置。

【請求項3】

前記伝搬された光の一部分を通過させる第３開口が形成された第３制限部材をさらに備え、
前記受光センサは、前記第３開口を通過した光のスペクトルを計測する、
請求項１又は２のいずれか一項に記載の光学計測装置。

【請求項4】

前記第２制限部材において合焦していない波長の光が前記受光センサに受光されることを抑制するように、前記反射光の光路上に配置される減光部材をさらに備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光学計測装置。

【請求項5】

前記第１開口は、線状の形状を有し、
前記第２開口の形状は、前記第１開口の形状に対応する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の光学計測装置。

【請求項6】

前記反射光の光路を前記光源からの光の光路から分離する光路分離素子をさらに備え、
前記第２開口は、前記光路分離素子によって分離された前記反射光の一部分を通過させるように配置される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の光学計測装置。

【請求項7】

前記第１制限部材と前記第２制限部材とは同一部材である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の光学計測装置。

【請求項8】

前記反射光を前記光源からの光から分岐する光カプラをさらに備える、
請求項７に記載の光学計測装置。

【請求項9】

前記光源からの光は、白色光である、
請求項１から８のいずれか一項に記載の光学計測装置。

【請求項10】

前記光学計測装置は、前記計測対象物の変位を計測する変位計測装置である、
請求項１から９のいずれか一項に記載の光学計測装置。

【請求項11】

前記第１制限部材は、複数の前記第１開口が形成されており、
前記第２制限部材は、複数の前記第２開口が形成されている、
請求項１から１０に記載の光学計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光学計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、共焦点光学系を用いて計測対象物の表面形状等を計測可能な光学計測装置が知られている。

【0003】

例えば、下記特許文献１には、点光源から出射した光を計測対象物に照射して、計測対象物で反射した光を絞り孔（ピンホール）を経由して受光素子で受光する光学計測装置が記載されている。この光学計測装置は、点光源から出射した光が計測対象物上に焦点が合ったときに絞り孔の位置に焦点が合うよう構成されており、受光素子で受光する受光量は最大となったときに計測対象物が所定の位置にあることを検知することができる。また、このような共焦点光学系に複数の波長を出力する点光源と、色収差光学系と、分光器を組み合わせることにより、計測対象物の光軸上の位置を計測する光学計測装置も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－２１６８７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、粗面を有する計測対象物を計測する場合、計測対象物に照射する光のスポット径を大きくすると、粗面の凹凸が平均化される。そのため、スポット径を大きくすることで、粗面の計測誤差を低減させることが可能になる。

【0006】

しかしながら、スポット径を大きくすると、光学計測装置の被写界深度も大きく（深く）なる。その結果、光学計測装置のリニアリティ、分解能等の性能が低下してしまう。

【0007】

そこで、本発明は、被写界深度を大きくすることなく、粗面の計測誤差を低減することのできる光学計測装置を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係る光学計測装置は、複数の波長の光を出力する光源と、光源からの光の一部分を通過させる第１開口が形成された第１制限部材と、第１開口を通過した光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、色収差が生じた光を計測対象物に照射する対物レンズと、計測対象物に照射された光の反射光の一部分を通過させる第２開口が形成された第２制限部材と、第２開口を通過した光を伝搬する光ファイバと、伝搬された光を取得し、該光のスペクトルを計測する受光センサと、を備え、第１開口及び第２開口は、それぞれ、複数のピンホールから構成される形状を有する。

【0009】

この態様によれば、第１制限部材の第１開口が複数のピンホールから構成される形状を有する。これにより、開口の短径方向のスポット径を大きくすることなく、計測対象物の面に一方向に延びるラインスポットを形成することができるので、被写界深度を変化させずに維持することができる。従って、リニアリティ及び分解能等の性能の低下を抑制することができる。また、第２制限部材の第２開口を通過した反射光を、光ファイバが伝搬する。これにより、第２開口を通過した光が混ぜられ、ラインスポットの延びる一方向において合焦した複数の点での距離情報（高さ情報）が積分された状態になるので、ラインスポット内の粗面の凹凸が平均化され、合焦した波長の計測場所による変動を抑制することができる。従って、計測対象物の粗面の計測誤差を低減することができる。

【0010】

前述した態様において、光ファイバは、プラスチック光ファイバであってもよい。

【0011】

この態様によれば、光ファイバは、プラスチック光ファイバである。これにより、他の種類の光ファイバと比較して、安価にコア径の大きな光ファイバが製作できるので、第２制限部材の第２開口からの光をより多く取り込むことができ、ラインスポット内の粗面の凹凸をさらに平均化することができる。

【0012】

前述した態様において、受光センサは、一次元に配列された複数の受光素子を含んでもよい。

【0013】

この態様によれば、受光センサは、一次元に配列された複数の受光素子を含む。これにより、複数の受光素子が２次元に配列される場合と比較して、低コストで計測対象物を計測することができる。

【0014】

前述した態様において、伝搬された光の一部分を通過させる第３開口が形成された第３制限部材をさらに備え、受光センサは、第３開口を通過した光のスペクトルを計測してもよい。

【0015】

この態様によれば、受光センサは、第３開口を通過した光のスペクトルを計測する。これにより、第３開口によって所望の形状の光を形成することができるので、例えば第３開口が延びる方向（長手方向）と受光センサの各受光素子の長手方向とを対応させることで、受光素子における受光量を増加させることができる。

【0016】

前述した態様において、第２制限部材において合焦していない波長の光が受光センサに受光されることを抑制するように、反射光の光路上に配置される減光部材をさらに備えてもよい。

【0017】

この態様によれば、第２制限部材において合焦していない波長の光が受光センサに受光されることを抑制するように、減光部材が反射光の光路上に配置される。これにより、クロストークを低減することができ、計測対象物の計測精度を高めることができる。

【0018】

前述した態様において、第１開口は、線状の形状を有し、第２開口の形状は、第１開口の形状に対応してもよい。

【0019】

この態様によれば、第１開口の形状は、線状の形状を有し、第２開口の形状は、第１開口の形状に対応する。これにより、計測対象物の面に一方向に延びるラインスポットを容易に形成することができる。

【0020】

前述した態様において、反射光の光路を光源からの光の光路から分離する光路分離素子をさらに備え、第２開口は、光路分離素子によって分離された反射光の一部分を通過させるように配置されてもよい。

【0021】

この態様によれば、反射光の光路を光源からの光の光路から分離する光路分離素子をさらに備える。これにより、例えば光カプラを用いて反射光を光源の光から分岐（分波）させる必要がなくなり、第一開口部からの反射光によるノイズ光の発生を防ぐことができる。

【0022】

前述した態様において、第１制限部材と第２制限部材とは同一部材であってもよい。

【0023】

この態様によれば、第１制限部材と第２制限部材とは同一部材である。これにより、単一の制限部材を備えることになるので、複数の制限部材を備える場合と比較して、低コストで計測対象物の計測精度を高めることができる。

【0024】

前述した態様において、反射光を光源からの光から分岐する光カプラをさらに備えてもよい。

【0025】

この態様によれば、反射光を光源からの光から分岐する光カプラをさらに備える。これにより、単一の制限部材を備え、粗面の計測誤差を低減する光学計測装置を容易に実現することができる。

【0026】

前述した態様において、光源からの光は、白色光であってもよい。

【0027】

この態様によれば、光源からの光は、白色光である。これにより、光学系において、容易に色収差を生じさせることができる。

【0028】

前述した態様において、光学計測装置は、計測対象物の変位を計測する変位計測装置であってもよい。

【0029】

この態様によれば、光学計測装置は、計測対象物の変位を計測する変位計測装置である。これにより、計測対象物の粗面の変位計測誤差を低減する変位計測装置を容易に実現することができる。

【0030】

前述した態様において、第１制限部材は、複数の第１開口が形成されており、第２制限部材は、複数の第２開口が形成されていてもよい。

【0031】

この態様によれば、第２制限部材は、複数の第２開口が形成される。これにより、ラインスポット内の粗面の凹凸をさらに平均化することができるとともに、第２開口を通過する光量が増加することで計測対象物の計測を高速に行うことができる。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、被写界深度を大きくすることなく、粗面の計測誤差を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、一実施形態における光学計測装置の概略構成を例示する構成図である。

【図2】図２は、一実施形態における光学計測装置による計測対象物の計測を例示する概要図である。

【図3】図３は、共焦点方式の光学計測装置の性能を説明するための概念図である。

【図4】図４は、ピンホールを用いる共焦点方式の光学計測装置の受光量分布信号を例示するグラフである。

【図5】図５は、一実施形態における光学計測装置の受光量分布信号を例示するグラフである。

【図6】図６は、一実施形態における光学計測装置の第２スリット部材を例示する平面図である。

【図7】図７は、一実施形態における光学計測装置の第３スリット部材を例示する平面図である。

【図8】図８は、一実施形態における光学計測装の受光用光ファイバの端面を例示する平面図である。

【図9】図９は、一実施形態における光学計測装の減光部材を例示する平面図である。

【図10】図１０は、一実施形態の変形例における光学計測装置の概略構成を例示する構成図である。

【図11】図１１は、一実施形態の第２変形例における光学計測装置の第１例の第１スリット部材を例示する平面図である。

【図12】図１２は、一実施形態の第２変形例における光学計測装置の第２例の第１スリット部材を例示する平面図である。

【図13】図１３は、一実施形態の第２変形例における光学計測装置の第３例の第１スリット部材を例示する平面図である。

【図14】図１４は、一実施形態の第２変形例における光学計測装置の第４例の第１スリット部材を例示する平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。

【0035】

まず、図１を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置の構成について説明する。図１は、一実施形態における光学計測装置１００の概略構成を例示する構成図である。

【0036】

図１に示すように、光学計測装置１００は、例えば、光源１０、投光用光ファイバ１１、第１スリット部材２１、ハーフミラー２２、回折レンズ２３、対物レンズ２４、減光部材２５、第２スリット部材２６、受光用光ファイバ２７、及び分光器３０を備える。なお、本実施形態の第１スリット部材２１は「第１制限部材」の一例に相当し、本実施形態のハーフミラー２２は「光路分離素子」の一例に相当し、本実施形態の回折レンズ２３は「光学系」の一例に相当し、本実施形態の第２スリット部材２６は「第２制限部材」の一例に相当する。

【0037】

投光用光ファイバ１１の一部、第１スリット部材２１、ハーフミラー２２、回折レンズ２３、対物レンズ２４、減光部材２５、第２スリット部材２６、及び受光用光ファイバ２７の一部は、センサヘッド２０に収容され又は取り付けられている。一方、光源１０、投光用光ファイバ１１の一部、受光用光ファイバ２７の一部、及び分光器３０は、コントローラ９０に収容され又は取り付けられている。

【0038】

但し、光学計測装置１００の各部は、センサヘッド２０と、コントローラ９０とに分ける構成に限定されるものではない。例えば、光学計測装置１００の各部は、３つ以上に分けられていてもよい。

【0039】

光学計測装置１００は、当該装置から、具体的にはセンサヘッド２０から計測対象物ＴＡまでの距離を所定の計測周期で計測する。また、光学計測装置１００は、ある位置を基準とした距離の変化、つまり、変位を所定の計測周期で計測してもよい。

【0040】

本実施形態の光学計測装置１００は、共焦点光学系を含んで構成される共焦点計測装置である。共焦点光学系では、例えば、第１スリット部材２１の第１開口２１ａであって、光源１０からの光の少なくとも一部分を通過させる第１開口２１ａと、分光器３０に光を導出するための第２スリット部材２６の第２開口２６ａとが、共役に配置される。「共役に配置」とは、光源１０から照射された照明光が第１開口２１ａの位置で点光源を構成したとすると、計測対象物ＴＡの表面上で焦点が合う（以下、「合焦」ともいう）ときに、同時にその反射光も第２開口２６ａで焦点が合うように、第１開口２１ａと第２開口２６ａとが配置されるように設計されることをいう。例えば、後述するように、線状の形状を有する第１開口２１ａを通過した光が計測対象物ＴＡにラインスポットを形成して照射され、計測対象物ＴＡから反射されたピントの合った波長の光を第２開口２６ａで通過させ、分光器３０へと導く。

【0041】

光源１０は、複数の波長成分を含む光を発するように構成されている。光源１０は、図示しない制御部から入力される制御信号に基づいて動作し、例えば、当該制御信号に基づいて光の光量を変更する。

【0042】

光源１０は、複数の波長成分を含む光を発することが好ましい。この場合、光源１０は、例えば白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を含んで構成され、白色光を発生させる。これにより、後述する回折レンズ２３において、容易に色収差を生じさせることができる。

【0043】

但し、光源１０が発する光は、光学計測装置１００に要求される距離範囲をカバーする波長範囲を含む光であればよく、白色光に限定されるものではない。

【0044】

投光用光ファイバ１１は、光源１０から光を伝搬する光ファイバである。光ファイバは、単一のコアを有するシングルコアであってもよいし、複数のコアを有するマルチコアであってもよい。投光用光ファイバ１１は、その一端（図１において右端）が光源１０と光学的に接続しており、その他端（図１において左端）がセンサヘッド２０と光学的に接続している。

【0045】

投光用光ファイバ１１は、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Ｐｌａｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）で構成されることが好ましい。プラスチック光ファイバは、例えばグラス光ファイバと比較して、クラッド径に対するコア径の比率（割合）が大きいという特徴を有する。本実施形態では、例えば光源１０の径が１［ｍｍ］である場合、投光用光ファイバ１１として、クラッド径１０００［μｍ］、コア径が９８０［μｍ］のプラスチック光ファイバを用いる。

【0046】

第１スリット部材２１は、光の一部分を通過させる第１開口２１ａが形成された制限部材である。第１スリット部材２１は、投光用光ファイバ１１から出射された光源１０からの光の一部分が第１開口２１ａを通過するように、構成されている。具体的には、第１スリット部材２１は、投光用光ファイバ１１の他端（図１において左端）とハーフミラー２２との間の投光の光路上において、光軸ＡＸが第１開口２１ａを通過するように配置されることで、光源１０からの光が第１開口２１ａを通過する。この構成によれば、第１開口２１ａが光源となり、対象物ＴＡ上で開口形状と同じスポットが形成される。

【0047】

線状の第１開口２１ａが延びる方向は、後述のハーフミラー２２が反射させた光の方向、例えばＸ軸方向に対して垂直となることが好ましい。例えば、第１スリット部材２１は、線状の形状を有する第１開口２１ａの延びる方向が、Ｘ軸及びＺ軸に垂直な軸（Ｙ軸）方向となるように配置される。

【0048】

ハーフミラー２２は、光源１０からの光の一部を透過して回折レンズ２３に向けるように構成されている。また、ハーフミラー２２は、計測対象物ＴＡからの反射光の一部をＸ軸方向に反射して第２スリット部材２６に向けるように構成されている。ハーフミラー２２は、例えば、該反射した光が光軸ＡＸに対して９０度の角度になるように配置される。なお、ハーフミラー２２は、例えば偏光ビームスプリッタで代替されてもよい。

【0049】

このように、ハーフミラー２２が、反射光の光路を光源１０からの光の光路から分離することにより、例えば光カプラを用いて反射光を光源の光から分岐（分波）させる必要がなくなり、第１開口２１ａからの反射光によるノイズ光の発生を防ぐことができる。

【0050】

回折レンズ２３は、光源１０からの光に対して光軸ＡＸ方向に沿う色収差を生じさせるように構成されている。具体的には、回折レンズ２３は、色収差を生じさせるための回折パターンが形成された回折面ＤＳを有する。対物レンズ２４は、色収差を生じさせた光を計測対象物ＴＡに集めて照射するように構成されている。なお、回折レンズ２３及び対物レンズ２４を含むレンズ群において、光を平行光に変換する変換レンズを更に備えてもよい。

【0051】

減光部材２５は、例えば、クロストークを低減するための部材である。一般に、クロストークとは、計測対象物に焦点が合っていない、つまり、合焦していない波長の光がスリット部材の開口に入射する現象をいう。クロストークが発生し、合焦していない波長の光が開口を通過して受光センサに受光されると、計測対象物の距離又は変位の計測精度が悪化してしまう。

【0052】

減光部材２５は、第２スリット部材２６において合焦していない波長の光が、後述する受光センサ３５に受光されることを抑制するように構成されている。減光部材２５は、例えば、クロストークを低減するために減光する手段、及び、クロストークを低減するために光を遮蔽することができる部材の少なくとも一方を含む。また、減光部材２５は、例えば、（１）光を吸収する手段、（２）光を偏向（例えば光の伝播方向を変えること等）する手段、（３）光を反射する手段、及び（４）光を散乱する手段のうち、少なくとも１つの手段を含んでもよい。例えば、減光部材２５は、光を透過しない、又は、光を略透過しない材料を含む部材で構成されてもよい。

【0053】

減光部材２５は、対物レンズ２４から分光器３０へと向かう光の経路上に配置される。具体的には、回折レンズ２３において、回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳ上に減光部材２５が配置されている。なお、回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳは、平面であることが好ましいが、これに限定されるものではない。この構成によれば、減光部材２５を、回折レンズ２３において回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳ上に配置するので、減光部材２５を配置するために、光学計測装置本来の構成を大幅に変更する必要がないので、低コストで計測対象物ＴＡの位置の計測精度をより高めることができる。

【0054】

第２スリット部材２６は、光の一部分を通過させる第２開口２６ａが形成された制限部材である。第２スリット部材２６は、ハーフミラー２２によって計測対象物ＴＡからの反射光の光路から分離された光の一部分が第２開口２６ａを通過するように、構成されている。具体的には、第２スリット部材２６は、計測対象物ＴＡの表面で反射した光が、対物レンズ２４、回折レンズ２３、ハーフミラー２２及び第２スリット部材２６に向けて集光されて第２開口２６ａを通過するように、配置される。

【0055】

第２開口２６ａは、前述の第１開口２１ａと同様に、線状の形状を有している。線状の第２開口２６ａが延びる方向は、例えば、Ｘ軸及びＺ軸に垂直な軸（Ｙ軸）方向となるように配置される。

【0056】

受光用光ファイバ２７は、第２開口２６ａを通過した光を伝搬する光ファイバである。光ファイバは、単一のコアを有するシングルコアであってもよいし、複数のコアを有するマルチコアであってもよい。受光用光ファイバ２７は、その一端（図１において左端）がセンサヘッド２０と光学的に接続しており、当該一端の端面に、第２開口２６ａを通過した光が入射するように配置されている。また、受光用光ファイバ２７は、その他端（図１において右端）が分光器３０と光学的に接続している。

【0057】

受光用光ファイバ２７は、投光用光ファイバ１１と同様に、プラスチック光ファイバで構成されることが好ましい。本実施形態では、例えば光源１０の径が１［ｍｍ］である場合、受光用光ファイバ２７として、クラッド径１０００［μｍ］、コア径が９８０［μｍ］のプラスチック光ファイバを用いる。

【0058】

分光器３０は、受光用光ファイバ２７によって伝搬された光を取得し、当該光のスペクトルを計測するように構成されている。分光器３０は、例えば、第３スリット部材３１、第１レンズ３２、回折格子３３、第２レンズ３４、受光センサ３５、及び処理回路３６を含む。

【0059】

第３スリット部材３１は、光の一部分を通過させる第３開口３１ａが形成された制限部材である。第３スリット部材３１は、受光用光ファイバ２７によって伝搬された反射光の一部分が第３開口３１ａを通過するように、構成されている。具体的には、第３スリット部材３１は、受光用光ファイバ２７の他端の端面から出射された光が、第３開口３１ａに入射して通過するように配置される。

【0060】

第３開口３１ａは、前述の第１開口２１ａ及び第２開口２６ａと同様に、線状の形状を有している。線状の第３開口３１ａが延びる方向は、例えば、Ｘ軸及びＺ軸に垂直な軸（Ｙ軸）方向となるように配置される。

【0061】

第１レンズ３２は、第３開口３１ａを通過した反射光を略平行光に変換し、回折格子３３は変換された反射光を波長成分毎に分散（「分光」ともいう）し、第２レンズ３４は、分散された反射光を集める、ように構成されている。回折格子３３は、光を分散するための他の手段、例えばプリズムであってもよい。

【0062】

受光センサ３５は、分散された反射光を受光し、光のスペクトルを計測するように構成され、処理回路３６は、受光センサ３５による受光信号を読み出すように構成されている。

【0063】

より詳細には、受光センサ３５は、分散された反射光に対し、波長成分毎に受光量を検出可能に構成されている。受光センサ３５は、複数の受光素子を含んで構成される。各受光素子は、回折格子３３の分散方向、つまり、波長方向に対応させて一次元に配列されている。これにより、各受光素子は分散された各波長成分の反射光に対応して配置され、受光センサ３５は波長成分毎に受光量を検出可能になる。

【0064】

受光センサ３５の一受光素子は、一画素に対応している。よって、受光センサ３５は、複数の画素のそれぞれが受光量を検出可能に構成されているともいえる。なお、各受光素子は、１次元に配列される場合に限定されるものではなく、２次元に配列されていてもよい。この場合、各受光素子は、例えば回折格子３３の分散方向を含む検出面上に、２次元に配列されることが好ましい。

【0065】

各受光素子は、処理回路３６から入力される制御信号に基づいて、所定の露光時間の間に受光した光の受光量に応じて電荷を蓄積する。そして、各受光素子は、処理回路３６から入力される制御信号に基づいて、露光時間以外、つまり、非露光時間の間に、蓄積した電荷に応じた電気信号を出力する。これにより、露光時間に受光した受光量が電気信号に変換され、受光センサ３５による受光信号が読み出される。

【0066】

このように、受光センサ３５が第３スリット部材３１の第３開口３１ａを通過した光のスペクトルを計測することにより、第３開口３１ａによって所望の形状の光を形成することができるので、例えば第３開口３１ａが延びる方向（長手方向）と受光センサ３５の各受光素子の長手方向とを対応させることで、受光素子における受光量を増加させることができる。

【0067】

処理回路３６は、受光センサ３５による受光信号に基づいて、受光した光の波長及び光量から計測対象物ＴＡまでの距離に読み替える。処理回路３６は、受光センサ３５による受光信号から、受光センサ３５の受光素子毎、つまり、波長毎の受光量の分布信号（以下、単に「受光量分布信号」という）を得ることができる。処理回路３６は、この受光量分布信号を図示しない制御部に出力する。

【0068】

本実施形態では、第３スリット部材３１として線状のスリットを採用し、受光センサ３５として、複数の受光素子が１次元に配列された１次元ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｙ ＭＯＳ：相補型ＭＯＳ）イメージセンサを採用する。すなわち、光学計測装置１００は、１次元計測を前提としている。このように、受光センサ３５が１次元に配列された複数の受光素子を含むことにより、複数の受光素子が２次元に配列される場合と比較して、低コストで計測対象物ＴＡを計測することができる。

【0069】

なお、光学計測装置１００は、例えば、受光センサ３５として２次元ＣＭＯＳイメージセンサを採用してもよい。

【0070】

次に、図２を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置の計測誤差について説明する。図２は、一実施形態における光学計測装置１００による計測対象物ＴＡの計測を例示する概要図である。

【0071】

計測対象物ＴＡの変位を計測する場合、図２に示すように、センサヘッド２０及び計測対象物ＴＡの少なくとも一方を一方向（図２のおけるＸ軸方向）に移動させながら、センサヘッド２０から計測対象物ＴＡに光を照射し、その反射光をセンサヘッド２０で集光する。これにより、計測対象物ＴＡの表面が走査され、センサヘッド２０から計測対象物ＴＡの表面までの距離の変化、つまり、変位が計測される。この場合、光学計測装置１００は変位計測装置である。

【0072】

一般的に、このような計測における精度、つまり、計測誤差は、大まかに以下の３つの要因による誤差の合計とほぼ等しいと考えられる。すなわち、リニアリティ誤差、分解能誤差、及び移動分解能誤差である。リニアリティ誤差は、変位量に対する計測出力の直線性（リニアリティ）に関して、理想直線に対する誤差（ズレ）である。分解能誤差は、センサヘッド２０及び計測対象物ＴＡを静止状態としたときの測定値の誤差（ばらつき）である。移動分解能誤差は、センサヘッド２０及び計測対象物ＴＡの少なくとも一方を移動させたときの測定値の誤差（ばらつき）である。

【0073】

図２に示すように、計測対象物ＴＡが、例えば、切削加工やヘアライン加工が施された金属である場合、その表面は、細かな凹凸を有する粗面になる。計測対象物ＴＡを粗面を走査するときの計測誤差は、移動分解能誤差が相対的に大きいことが分かっている。そのため、粗面を有する計測対象物ＴＡを計測する場合、移動分解能を向上させることが計測誤差を低減させるために重要である。

【0074】

一方、例えば鏡面加工等が施された面を走査する場合、その計測誤差において、移動分解能誤差は非常に小さくなる。よって、図２に示す例とは異なり、鏡面を有する計測対象物を計測する場合、リニアリティ誤差及び分解能誤差を向上させることが、計測誤差を低減させるために重要である。

【0075】

また、計測対象物ＴＡに照射する光の直径（以下、「スポット径」という）を大きくすると、スポット径内で合焦した波長に基づく計測値は平均化される。すなわち、粗面を計測するときに、スポット径を大きくすることで、粗面の凹凸を平均化することができ、粗面の計測誤差を効果的に低減させることが知られている。

【0076】

次に、図３を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置のスポット径と被写界深度との関係について説明する。図３は、共焦点方式の光学計測装置の性能を説明するための概念図である。

【0077】

図３に示す共焦点方式の光学計測装置のセンサヘッドＳＨにおいて、図示しない光源からの光を伝搬する光ファイバＯＦのコア径をφｐ、回折レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、対物レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とすると、被写界深度は、以下の式（１）のように表される。
被写界深度∝２＊（ｆ２）²＊φｐ／［ｆ１＊｛（１／２ｆ１）²＋１｝^1/2］ …（１）

【0078】

式（１）から明らかなように、被写界深度は、光ファイバＦのコア径φｐと対物レンズ群Ｌ２の焦点距離ｆ２の２乗とに比例し、回折レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１に反比例する関係になっている。また、リニアリティ及び分解能等の性能は、被写界深度が小さいほど高く、被写界深度に反比例する関係であることが分かっている。

【0079】

さらに、被写界深度は、受光量分布信号の半値幅とほぼ等しいことが分かっている。半値幅は、ガウス分布の広がりの程度を表す指標として知られている。半値幅は、受光量分布信号の場合、例えば、受光量のピーク（最大値）の５０％の受光量の線と受光量分布信号との２つの交点の長さ（幅）つまり、半値全幅である。以下の説明において、特に明示する場合を除き、半値幅は半値全幅を意味するものとする。

【0080】

一方、図３に示す共焦点方式の光学計測装置において、スポット径は、以下の式（２）のように表される。
スポット径∝φｐ＊ｆ２＊ｆ１^-1 …（２）

【0081】

式（２）から明らかなように、スポット径は、光ファイバＦのコア径φｐと対物レンズ群Ｌ２の焦点距離ｆ２に比例し、回折レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１に反比例する関係になっている。すなわち、スポット径を大きくすると被写界深度も大きく（深く）なるので、リニアリティ及び分解能等の性能は低下してしまう。

【0082】

ここで、図４を参照しつつ、従来例の光学計測装置における受光量分布信号について説明する。図４は、ピンホールを用いる共焦点方式の光学計測装置の受光量分布信号を例示するグラフである。図４において、横軸は波長であり、縦軸は受光量である。計測場所１、計測場所２、及び計測場所３は、図２に示すようにセンサヘッド２０をＸ軸方向に移動させて計測したときの、計測対象物ＴＡの面における計測場所であって、それぞれ、Ｘ軸方向の異なる場所を表す。また、計測場所２及び計測場所３のグラフにおいて、計測場所１において計測した受光量分布信号を破線で示す。

【0083】

図４に示す受光量分布信号は、波長ごとの受光量の分布を示す波形である。ピンホールを用いる共焦点方式の光学計測装置では、受光センサにおいて光の点計測を実行する。この場合、スポット径を小さく設定することで、図４に示すように、受光量分布信号の半値幅は狭くなり、リニアリティ及び分解能等の性能を高めることが可能となる。

【0084】

一方、計測場所２及び計測場所３のグラフから明らかなように、計測場所によって、受光量のピーク（最大値）となる波長が激しく変動している。そのため、移動分解能による誤差が大きくなってしまう。

【0085】

次に、図５を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置における受光量分布信号について説明する。図５は、一実施形態における光学計測装置１００の受光量分布信号を例示するグラフである。図５において、横軸は波長であり、縦軸は受光量である。計測場所１、計測場所２、及び計測場所３は、図２に示すようにセンサヘッド２０をＸ軸方向に移動させて計測したときの、計測対象物ＴＡの面における計測場所であって、それぞれ、Ｘ軸方向の異なる場所を表す。また、計測場所２及び計測場所３のグラフにおいて、計測場所１において計測した受光量分布信号を破線で示す。

【0086】

図５に示す受光量分布信号は、図４と同様に、波長ごとの受光量の分布を示す波形である。本実施形態の光学計測装置１００では、第１スリット部材２１を用いて光源１０からの光を計測対象物ＴＡに照射しているので、光が線状の第１開口２１ａを通過することで第１開口２１ａと同形状の線光源が生成され、計測対象物ＴＡの面に線状のラインスポットが形成される。

【0087】

そのため、図５に示すように、光学計測装置１００の受光量分布信号は、図４に示す従来例と同様に、半値幅を狭くすることができ、リニアリティ及び分解能等の性能を高いまま維持することができる。

【0088】

また、計測対象物ＴＡからの反射光の一部分は第２スリット部材２６の第２開口２６ａを通過し、通過した光は、計測対象物ＴＡの面における線状に連続した複数の点での距離情報（高さ情報）を有する。受光用光ファイバ２７を用いて第２開口２６ａを通過した光を伝搬するので、第２開口２６ａを通過した光が混ぜられる。その結果、計測対象物ＴＡの面のラインスポットの延びる一方向での位置情報は失われる一方、ラインスポットの延びる一方向で合焦した複数の点での距離情報（高さ情報）が積分された状態になる。

【0089】

本実施形態では、第１開口２１ａ及び第２開口２６ａが、それぞれ、線状の形状を有する例を用いて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１開口２１ａ及び第２開口２６ａは、それぞれ、複数のピンホールから構成される形状であればよい。この場合、第１開口２１ａ及び第２開口２６ａは、共焦点効果と粗面の凹凸を平均化する効果との両方を得ることができる。なお、第１開口２１ａ及び第２開口２６ａにおける線状の形状は、複数のピンホールを連続的に配置したものとみなすことができる。

【0090】

このように、第１スリット部材２１の第１開口２１ａが複数のピンホールから構成される形状を有することにより、開口の短径方向のスポット径を大きくすることなく、計測対象物ＴＡの面に一方向に延びるラインスポットを形成することができるので、被写界深度を変化させずに維持することができる。従って、リニアリティ及び分解能等の性能の低下を抑制することができる。また、第２スリット部材２６の第２開口２６ａを通過した反射光を、受光用光ファイバ２７が伝搬することにより、第２開口２６ａを通過した光が混ぜられ、ラインスポットの延びる一方向において合焦した複数の点での距離情報（高さ情報）が積分された状態になるので、ラインスポット内の粗面の凹凸が平均化され、合焦した波長の計測場所による変動を抑制することができる。従って、計測対象物ＴＡの粗面の計測誤差を低減することができる。

【0091】

また、光学計測装置１００が計測対象物の変位を計測する変位計測装置であることにより、計測対象物ＴＡの粗面の変位計測誤差を低減する変位計測装置を容易に実現することができる。

【0092】

次に、図６及び図７を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置の第１スリット部材から第３スリット部材について説明する。図６は、一実施形態における光学計測装置１００の第２スリット部材２６を例示する平面図である。図７は、一実施形態における光学計測装置１００の第３スリット部材３１を例示する平面図である。なお、説明の簡略化のため、図６において第２スリット部材２６について説明し、第１スリット部材２１は、第２スリット部材２６と同一又は略同一であるため、図示及びその説明を省略する。

【0093】

図６に示すように、第２スリット部材２６は、Ｙ軸及びＺ軸の平面視において矩形の形状を有し、第２開口２６ａは、一方向（図６におけるＹ軸方向）に延びた線状の形状を有している。より詳細には、第２開口２６ａは、Ｙ軸方向が長く、Ｚ軸方向が短い、長方形の形状を有している。第２開口２６ａは、例えば、Ｙ軸方向の長さが１０００［μｍ］であり、Ｚ軸方向の長さが５０［μｍ］である。第２開口２６ａの形状は、第１開口２１ａの形状に対応している。よって、図示しない第１開口２１ａは、第２開口２６ａと同様に、一方向に延びた線状の形状であって、長方形の形状を有している。

【0094】

なお、図６に示すように、第２開口２６ａの線状の形状は、複数であってもよい。図示しない第１開口２１ａの線状の形状は、第２開口２６ａと同様に、複数であってもよい。また、第２開口２６ａの形状は、少なくとも１つの角部に、丸み（Ｒ）が付されたり、面取りが施されたりする等、略長方形であってもよい。さらに、第２開口２６ａの形状は、線状であって、第１開口２１ａの形状に対応する限り、他の形状、例えば、多角形（正方形を除く）、又は楕円形であってもよい。

【0095】

このように、第１開口２１ａが線状の形状を有し、第２開口２６ａの形状が第１開口２１ａの形状に対応することにより、計測対象物ＴＡの面に一方向に延びるラインスポットを容易に形成することができる。

【0096】

また、図６に示すように、第２スリット部材２６には、複数の第２開口２６ａが形成され、図示しない第１スリット部材２１にも、複数の第１開口２１ａが形成されていることが好ましい。これにより、ラインスポット内の粗面の凹凸をさらに平均化することができるとともに、第２開口２６ａを通過する光量が増加することで計測対象物ＴＡの計測を高速に行うことができる。

【0097】

図７に示すように、第３スリット部材３１は、Ｙ軸及びＺ軸の平面視において矩形の形状を有し、第３開口３１ａは、一方向（図７におけるＹ軸方向）に延びた線状の形状を有している。より詳細には、第３開口３１ａは、Ｙ軸方向が長く、Ｚ軸方向が短い、長方形の形状を有している。なお、第３開口３１ａの形状は、第２開口２６ａと同様に、略長方形であってもよいし、多角形（正方形を除く）、又は楕円形等であってもよい。

【0098】

次に、図８を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置の投光用光ファイバ及び受光用光ファイバについて説明する。図８は、一実施形態における光学計測装置１００の受光用光ファイバ２７の端面を例示する平面図である。なお、図８に示す受光用光ファイバ２７の端面は、第２スリット部材２６側の端面であり、第２スリット部材２６の第２開口２６ａを破線で示す。また、説明の簡略化のため、図８において受光用光ファイバ２７について説明し、投光用光ファイバ１１は、受光用光ファイバ２７と同一又は略同一であるため、図示及びその説明を省略する。

【0099】

図８に示すように、受光用光ファイバ２７は、前述したプラスチック光ファイバである。受光用光ファイバ２７は、クラッド径２７ａに対してコア径２７ｂの比率（割合）が大きい。これにより、他の種類の光ファイバと比較して、ファイバ径２７ａに対するコア径２７ｂの比率（割合）を大きくすることが可能となるので、第２スリット部材２６の第２開口２６ａからの光をより多く取り込むことができ、ラインスポット内の粗面の凹凸をさらに平均化することができる。

【0100】

前述したように、本実施形態の光学計測装置１００のように、スリット部材を用いて計測対象物の面にラインスポットを照射する場合、隣接する計測点からの合焦していないノイズ光が、開口を通過して受光センサに受光されてしまう可能性がある。そのため、当該ノイズ光によるクロストークが発生するおそれがある。

【0101】

次に、図９を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置の減光部材について説明する。図９は、一実施形態における光学計測装置１００の減光部材２５を例示する平面図である。

【0102】

図９に示すように、減光部材２５は、例えば、回折レンズ２３において、回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳ上に配置されている。なお、回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳは、平面であるのが好ましいが、これに制限されない。この構成によれば、減光部材２５を、回折レンズ２３において回折面ＤＳの反対側に位置する面ＢＳ上に配置するので、減光部材２５を配置するために、光学計測装置本来の構成を大幅に変更する必要がないので、低コストで計測対象物ＴＡの計測精度をより高めることができる。

【0103】

減光部材２５は、第２スリット部材２６において合焦していない波長の光が受光センサ３５において受光されることを抑制するように、構成されればよい。従って、減光部材２５は、回折レンズ２３に配置される場合に限定されるものではない。例えば、減光部材２５は、図１に示す計測対象物ＴＡからの反射光の光路上において対物レンズ２４と分光器３０に含まれる回折格子３３との間に配置される。具体的には、減光部材２５は、対物レンズ２４、第１レンズ３２、又は、回折格子３３上に配置されてもよい。なお、減光部材２５は、レンズや部材上に配置される場合に限定されず、別個の部材として、対物レンズ２４と回折格子３３との間に配置されてもよい。この構成によれば、減光部材２５を、反射光の光路上において対物レンズ２４と、回折格子３３との間に配置することができるので、減光部材２５の配置位置に関する自由度が高まる。

【0104】

また、減光部材２５は、第２スリット部材２６における第２開口２６ａの形状に対応した形状を有する。具体的には、図９に示すように、減光部材２５は、線状の形状を有する。この構成によれば、第２スリット部材２６における第２開口２６ａの形状に応じた形状の減光部材２５を配置することで、クロストークを効率的に低減することができる。さらに、減光部材２５は、第２スリット部材２６における第２開口２６ａの配置位置に対応するように配置される。この構成によれば、第２スリット部材２６における第２開口２６ａの配置位置に応じた位置に減光部材２５を配置することで、クロストークを効率的に低減することが適切に配置することができる。

【0105】

なお、減光部材２５を配置する範囲は、光の強度や広がり等に応じて適宜設定されてもよい。さらに、減光部材２５の厚さは、減光部材２５に含まれる材料や部材の内容や各レンズの配置状況に応じて適宜設定されてもよい。

【0106】

このように、第２スリット部材２６において合焦していない波長の光が受光センサ３５に受光されることを抑制するように、減光部材２５を反射光の光路上に配置することにより、クロストークを低減することができ、計測対象物ＴＡの計測精度を高めることができる。

【0107】

（第１変形例）
次に、図１０を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置の第１変形例について説明する。なお、図１から図９に示した光学計測装置と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。

【0108】

図１０は、一実施形態の第１変形例における光学計測装置１００Ａの概略構成を例示する構成図である。

【0109】

図１０に示す光学計測装置１００Ａは、ハーフミラー２２及び第２スリット部材２６に代えて光カプラ４０及び投受光用光ファイバ４１を備える点で、図１に示した光学計測装置１００と相違する。

【0110】

図１０に示すように、反射光の光路は光源１０からの光の光路から分離されず、計測対象物ＴＡの表面で反射した光が、対物レンズ２４、回折レンズ２３、及び第１スリット部材２１に向けて集光されて第１開口２１ａを通過するように、構成されている。すなわち、図１０に示す光学計測装置１００Ａでは、光源１０からの光の一部分を通過させる第１開口が形成された第１制限部材と、計測対象物ＴＡの反射光の一部分を通過させる第２開口が形成された第２制限部材とが、同じ第１スリット部材２１である。これにより、単一の制限部材を備えることになるので、複数の制限部材を備える場合と比較して、低コストで計測対象物ＴＡの計測精度を高めることができる。

【0111】

投光用光ファイバ１１は、その一端（図１０において右端）が光源１０と光学的に接続しており、受光用光ファイバ２７は、その一端（図１０において右端）が第３スリット部材３１と光学的に接続しており、当該一端の端面から出射された光が、第３開口３１ａを通過するように配置されている。投光用光ファイバ１１の他端（図１０において左端）及び受光用光ファイバ２７の他端（図１０において左端）と、投受光用光ファイバ４１の他端（図１０において右端）とは、光カプラ４０を介して光学的に結合されている。

【0112】

投受光用光ファイバ４１は、光を伝搬する光ファイバである。光ファイバは、単一のコアを有するシングルコアであってもよいし、複数のコアを有するマルチコアであってもよい。

【0113】

光カプラ４０は、計測対象物ＴＡの反射光を光源１０からの光から分岐するように構成されている。光カプラ４０は、例えば融着延伸型（溶融延伸型ともいう）の光カプラを含んで構成される。

【0114】

具体的には、光カプラ４０は、投光用光ファイバ１１から入射された光を投受光用光ファイバ４１に伝送するとともに、投受光用光ファイバ４１から入射された光を分割して投光用光ファイバ１１及び受光用光ファイバ２７にそれぞれ伝送する。なお、光カプラ４０によって投受光用光ファイバ４１から投光用光ファイバ１１に伝送された光は、光源１０において終端される。

【0115】

このように、光カプラ４０が、計測対象物ＴＡの反射光を光源１０からの光から分岐することにより、単一の制限部材を備え、粗面の計測誤差を低減する光学計測装置１００Ａを容易に実現することができる。

【0116】

（第２変形例）
次に、図１１から図１４を参照しつつ、一実施形態に従う光学計測装置の第２変形例について説明する。なお、図１から図９に示した光学計測装置と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。

【0117】

図１１は、一実施形態の第２変形例における光学計測装置１００の第１例の第１スリット部材２１Ａを例示する平面図である。図１２は、一実施形態の第２変形例における光学計測装置１００の第２例の第１スリット部材２１Ｂを例示する平面図である。図１３は、一実施形態の第２変形例における光学計測装置１００の第３例の第１スリット部材２１Ｃを例示する平面図である。図１４は、一実施形態の第２変形例における光学計測装置１００の第４例の第１スリット部材２１Ｄを例示する平面図である。なお、説明の簡略化のため、図１１から図１４において、第１スリット部材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄのぞれぞれについて説明する。第２スリット部材２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄは、対応する第１スリット部材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄと同一又は略同一である。つまり、第２スリット部材２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄの第２開口２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅは、対応する第１スリット部材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの第１開口２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅと同一又は略同一である。そのため、第２スリット部材２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄは、図示及びその説明を省略する。

【0118】

第２変形例における光学計測装置１００は、図１から図９に示した光学計測装置１００と略同一であるが、第１スリット部材２１と開口が異なる、第１スリット部材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄと、第２スリット部材２６と開口が異なる、第２スリット部材２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、及び２６Ｄと、を備える点で相違する。

【0119】

図１１に示すように、第１例の第１スリット部材２１Ａには、１つの第１開口２１ｂが形成されている。第１開口２１ｂは、Ｙ軸及びＸ軸の平面視において矩形の形状を有し、一方向（図１１におけるＹ軸方向）に延びた線状の形状を有している。より詳細には、第１開口２１ｂは、Ｙ軸方向が長く、Ｘ軸方向が短い、長方形の形状を有している。

【0120】

なお、第１開口２１ｂの形状は、一方向に延びる直線状である場合に限定されるものではない。第１開口２１ｂの形状は、例えば半円の形状等、Ｙ軸及びＸ軸の平面視において曲線状であってもよい。また、第２スリット部材２６Ａについても、同様に、第２開口の形状は曲線状であってもよい。

【0121】

図１２に示すように、第２例の第１スリット部材２１Ｂには、複数のピンホールから構成され、１列に配置される第１開口２１ｃが形成されている。第１開口２１ｃの各ピンホールは、Ｙ軸及びＸ軸の平面視において円形又は略円形の形状を有しており、一方向（図１２におけるＹ軸方向）に配置されている。

【0122】

図１３に示すように、第３例の第１スリット部材２１Ｃには、２つの第１開口２１ｄが形成されている。各第１開口２１ｄは、図１１に示す第１開口２１ｂと同様に、Ｙ軸及びＸ軸の平面視において矩形の形状を有し、一方向（図１３におけるＹ軸方向）に延びた線状の形状を有している。

【0123】

なお、２つの第１開口２１ｄが形成される場合に限定されるものはなく、第１スリット部材２１Ｃに、３つ以上の複数の第１開口が形成されていてもよい。また、２つの第１開口２１ｂは、互いに平行である場合に限定されるものではない。２つの第１開口２１ｂは、例えば、Ｙ軸及びＸ軸の平面視において所定の角度θ（０°＜θ≦９０°）を形成するように、配置されていてもよい。この場合、所定の角度θが９０°であるとき、２つの第１開口２１ｄのうち、一方は一方向（図１３におけるＹ軸方向）に沿って延びており、他方が直交する他方向（図１３におけるＸ軸方向）に沿って延びている。

【0124】

図１４に示すように、第４例の第１スリット部材２１Ｄには、複数のピンホールから構成され、２列に配置される第１開口２１ｅが形成されている。第１開口２１ｅの各ピンホールは、図１２に示す第１開口２１ｃの各ピンホールと同様に、Ｙ軸及びＸ軸の平面視において円形又は略円形の形状を有しており、一方向（図１４におけるＹ軸方向）に配置されている。また、複数のピンホールから構成される各列は、互いに平行に配置されている。

【0125】

なお、複数のピンホールから構成される第１開口２１ｅは、２列に配置される場合に限定されるものではない。第１開口２１ｅは、複数のピンホールを３列以上の複数列に配置されていてもよい。

【0126】

このように、第１スリット部材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄの構成であっても、第１開口２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、及び２１ｅが光源となり、対象物ＴＡ上で開口形状と同じスポットが形成される。そして、第２変形例における光学計測装置１００は、第１スリット部材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、及び２１Ｄと、対応する第２スリット部材２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、及び２６Ｄとを備えることにより、共焦点効果と粗面の凹凸を平均化する効果との両方を得ることができる。

【0127】

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に従う光学計測装置１００，１００Ａによれば、第１スリット部材２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄの第１開口２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅは、複数のピンホールから構成される形状を有する。これにより、開口の短径方向のスポット径を大きくすることなく、計測対象物ＴＡの面に一方向に延びるラインスポットを形成することができるので、被写界深度を変化させずに維持することができる。従って、リニアリティ及び分解能等の性能の低下を抑制することができる。また、第２スリット部材２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄの第２開口を通過した反射光が、受光用光ファイバ２７によって伝搬される。これにより、第２開口を通過した光が混ぜられ、ラインスポットの延びる一方向において合焦した複数の点での距離情報（高さ情報）が積分された状態になるので、ラインスポット内の粗面の凹凸が平均化され、合焦した波長の計測場所による変動を抑制することができる。従って、計測対象物ＴＡの粗面の計測誤差を低減することができる。

【0128】

（附記１）
複数の波長の光を出力する光源（１０）と、
前記光源（１０）からの光の一部分を通過させる第１開口（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）が形成された第１制限部材（２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）と、
前記第１開口（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）を通過した光に対して光軸に沿って色収差を生じさせるための光学系と、
色収差が生じた前記光を計測対象物（ＴＡ）に照射する対物レンズ（２４）と、
前記計測対象物（ＴＡ）に照射された光の反射光の一部分を通過させる第２開口（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ）が形成された第２制限部材（２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ）と、
前記第２開口を通過した光を伝搬する光ファイバと、
前記伝搬された光を取得し、該光のスペクトルを計測する受光センサ（３５）と、を備え、
前記第１開口（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）及び前記第２開口（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ）は、それぞれ、複数のピンホールから構成される形状を有する
光学計測装置（１００，１００Ａ）。

【符号の説明】

【0129】

１０…光源、１１…投光用光ファイバ、２０…センサヘッド、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…第１スリット部材、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ…第１開口、２２…ハーフミラー、２３…回折レンズ、２４…対物レンズ、２５…減光部材、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ…第２スリット部材、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ…第２開口、２７…受光用光ファイバ、２７ａ…ファイバ径、２７ｂ…コア径、３０…分光器、３１…第３スリット部材、３１ａ…第３開口、３２…第１レンズ、３３…回折格子、３４…第２レンズ、３５…受光センサ、３６…処理回路、４０…光カプラ、４１…投受光用光ファイバ、９０…コントローラ、１００，１００Ａ…光学計測装置、ＡＸ…光軸、ＢＳ…面、ＤＳ…回折面、ＴＡ…計測対象物。

【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】

【図14】