光源装置
【課題】 ビームウエスト位置を検出することが可能な光源装置を提供すること。
【解決手段】 光源１０４からの光ビーム１０８は、レンズ系１０５を介してコーンミラー１０６の反射部１２５によって反射され、放射状に放射状光１２１として出力される。ビームウエスト位置算出部１２０は、各検出部１１６〜１１９が検出した放射状光１２１の断面の幅に基づいてビームウエスト１２２の位置を算出する。制御部１０２は、レンズ系位置算出部１１５からのレンズ系１０５の現在位置情報、ビームウエスト位置算出部１２０からのビームウエスト位置情報及び距離測定部１２７からの照射位置情報に基づいて、ビームウエスト１２２が照射点に位置するように、モータ１０９を制御する。スライダ１１２はモータ１０９の駆動によってレンズ系１０５のフォーカス位置を変更し、その結果、ビームウエスト１２２の位置が変更される。
【解決手段】 光源１０４からの光ビーム１０８は、レンズ系１０５を介してコーンミラー１０６の反射部１２５によって反射され、放射状に放射状光１２１として出力される。ビームウエスト位置算出部１２０は、各検出部１１６〜１１９が検出した放射状光１２１の断面の幅に基づいてビームウエスト１２２の位置を算出する。制御部１０２は、レンズ系位置算出部１１５からのレンズ系１０５の現在位置情報、ビームウエスト位置算出部１２０からのビームウエスト位置情報及び距離測定部１２７からの照射位置情報に基づいて、ビームウエスト１２２が照射点に位置するように、モータ１０９を制御する。スライダ１１２はモータ１０９の駆動によってレンズ系１０５のフォーカス位置を変更し、その結果、ビームウエスト１２２の位置が変更される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を出力する光源装置に関し、特に、放射状の光を出力する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源装置から測定用光を測定対象に照射し、前記測定対象で反射した測定用光を検出し、該検出した測定用光に基づいて前記測定対象の形状や汚れ等を測定する光学式測定装置が開発されている。
前記光源装置として、半導体レーザ等の光源や、前記光源が生成する光を測定対象方向等の所定方向に反射するコーンミラー等を備えた光源装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された光源装置では、光源からの光を頂角が９０度のコーンミラーによって反射することにより放射状の光を発生させ、これにより、所定幅で所定長の光（光切断ライン）を測定対象方向に出力することができる。
したがって、前記コーンミラーからの光を用いて管内壁面の洗浄度等を測定することができる。
【０００４】
しかしながら、前記光源装置においては、出力される放射状光は平行な光線ではなく非平行な構成であるため、光源とコーンミラーとの距離、あるいは、コーンミラーと測定対象との距離等が変化すると、コーンミラーから測定対象に照射されるビームのビームウエスト位置が変化する。
したがって、測定当初はビームウエスト位置を測定対象位置にあわせていた場合でも、測定開始後、ビームウエスト位置からずれた位置の光によって測定対象を照射することになる。
【０００５】
また、放射状ビームの均一性を保って、線幅をより狭くするためにはコーンミラーの頂角の加工精度、ミラー形成精度のほかコーンミラー頂点への投光前のレンズアライメント精度（コリメート精度）などが影響する。
ところで、前記光源装置が三角測量方式による計測装置の光源として使われた場合、光切断ラインに相当する放射状ビームの厚さ（幅）が測定精度に影響する。測定対象の形状測定で精度を上げたい箇所の照射は、線幅が最も狭いビームウエストによって行う必要がある。ビームウエストからずれた光によって測定対象を照射すると、光の幅が広くなり、高精度な測定が困難になるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４９３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ビームウエスト位置を検出することが可能な光源装置を提供することを課題としている。
また本発明は、測定対象等にあわせてビームウエスト位置を調整可能な光源装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、光源と、その頂部を含む所定領域に反射部を有し、前記光源で発生した光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射して出力するコーンミラーと、前記コーンミラーの中心軸から相互に異なる位置に配設され、前記反射部で反射した光の幅を検出する複数の検出手段と、前記複数の検出手段によって検出した前記光の幅に基づいて前記光のビームウエスト位置を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光源装置が提供される。
【０００９】
コーンミラーは、その頂部を含む所定領域に反射部を有し、光源で発生した光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射して出力する。複数の検出手段は、前記コーンミラーの中心軸から相互に異なる位置に配設され、前記反射部で反射した光の幅を検出する。算出手段は、前記複数の検出手段によって検出した前記光の幅に基づいて前記光のビームウエスト位置を算出する。
【００１０】
ここで、前記光源からの光のフォーカス位置と前記コーンミラーの相対位置を変更する変更手段と、前記算出手段で算出したビームウエスト位置が所定位置になるように、前記フォーカス位置と前記コーンミラーの相対位置を変更するよう前記変更手段を制御する制御手段とを備えて成るように構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記コーンミラーからの光による照射点の位置情報、前記光源からの光をフォーカスするレンズ系の現在位置情報及び前記ビームウエスト位置情報に基づいて、前記ビームウエストが前記照射点位置になるように前記変更手段を制御するように構成してもよい。
【００１１】
また、前記コーンミラーは、その反射部によって前記変更手段からの光を前記コーンミラーの中心軸を中心として放射状に反射すると共に、前記検出手段は、前記放射状の光の非計測領域に３個以上設けられて成るように構成してもよい。
また、前記各検出手段は前記コーンミラーの中心軸を中心とする等間隔の同心円上に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記各検出手段は前記コーンミラーの中心軸を中心とする同心円上に等角度間隔で配設されて成るように構成してもよい。
【００１２】
また、所定位置における前記光の幅の判定基準を標準偏差によって指定する入力手段を有し、前記算出手段は、前記指定された光の幅の判定基準に基づいて光の幅を算出し、外光の幅を用いて前記光のビームウエスト位置を算出するように構成してもよい。
また本発明によれば、光源からの光を測定対象に照射し、前記測定対象によって反射した前記光を検出し、前記検出した光に基づいて三角測量法によって前記測定対象の形状、所定位置から前記測定対象上の点間での距離等の前記測定対象の長さに関する測定を行う光学式測定装置において、光源として前記いずれかの光源装置を使用して成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光源装置によれば、ビームウエスト位置を検出することが可能になる。
また、測定対象等にあわせてビームウエスト位置を調整することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る光源装置について説明する。尚、以下の説明で使用する各図において、同一部には同一符号を付している。
図１は、本発明の実施の形態に係る光源装置を用いた光学式測定装置の側面図である。
また、図２は、図１における部分正面図である。
【００１５】
図１及び図２において、光源装置は、入力部１０１、制御部１０２、光源部１０３、スライダ１１２、エンコーダ１１３、モータ１１４、レンズ系位置算出部１１５、複数（本実施の形態では４つ）の光検出部１１６〜１１９、及び、ビームウエスト位置算出部１２０を備えている。
光源部１０３は、光軸１１０に沿って光ビーム１０８を出力する光源１０４、複数のレンズを備え光源１０４からの光ビーム１０８を集光して光軸１１０に略平行な光ビーム１０９を出力するレンズ系１０５、レンズ系１０５からの光ビーム１０９を反射するコーンミラー１０６を備えている。
【００１６】
前記光源装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）によって構成された光検出部１２６や、光検出部１２６によって検出した光に基づいて所定位置（例えばコーンミラー１０６の頂部１０７）を基準とする測定対象１２３上の測定点までの距離を算出する距離測定部１２７とともに光学式測定装置を構成している。
尚、光検出部１１６〜１１９、光検出部１２６は各々検出手段を構成し、ビームウエスト位置算出部１２０は算出手段を構成し、入力部１０１は入力手段を構成している。スライダ１１２、モータ１１４及びレンズ系１０５は変更手段を構成している。また、入力部１０１、制御部１０２、エンコーダ１１３及びレンズ系位置算出部１１５は制御手段を構成している。距離測定部１２７は距離算出手段を構成している。
【００１７】
複数の検出手段は、コーンミラー１０６の中心軸１１１から相互に異なる位置に配設されており、反射部１２５で反射した光の幅を検出することができる。前記各検出手段はコーンミラー１０６の中心軸１１１を中心とする等間隔の同心円上に配設されることができる。前記各検出手段はコーンミラー１０６の中心軸１１１を中心する同心円上に等角度間隔で配設されることができる。
【００１８】
算出手段は、前記複数の検出手段によって検出した前記光の幅に基づいて前記光のビームウエスト位置を算出することができる。
変更手段は、光源１０４からの光のフォーカス位置とコーンミラー１０６の相対位置を変更することができる。
制御手段は、前記算出手段で算出したビームウエスト位置が所定位置になるように、前記フォーカス位置とコーンミラー１０６の相対位置を変更するよう前記変更手段を制御することができる。
また、制御手段は、コーンミラーからの光による照射点の位置情報、光源からの光をフォーカスするレンズ系の現在位置情報及びビームウエスト位置情報に基づいて、ビームウエストが照射点位置になるように変更手段を制御することができる。
【００１９】
また入力手段は、測定開始指示の入力を行い、又、各検出手段が検出した光の幅の算定基準を例えば標準偏差によって指定することができ、算出手段は前記光の幅に基づいてビームウエスト位置を算出する。例えば、測定対象１２３に照射される光切断ラインの任意の１断面でみると、略ガウス分布している。線幅の定義として、その断面内の全データの６８．２７％が含まれる、即ち１σを線幅として定義するように構成することができる。尚、それ以下の３５％程度にする等、線幅の定義は種々に設定可能であるが、厳格すぎると光切断ラインが断続的になる恐れがあるため、ガウス分布の１σを線幅と定義するのが好ましい。
【００２０】
半導体レーザあるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）等によって構成された光源１０４の出射側に、光源１０４から出力される光（例えばレーザ光ビーム）１０８を光軸１１０に平行な光ビーム１０９に変換して出力するための複数のレンズによって構成されたレンズ系１０５が配置されている。
レンズ系１０５からは光軸１１０に沿った細い平行光線が出力されるのが望ましいが、光ビーム１０９は、光軸１１０に対して完全な平行光線とはならず、光軸１１０とは平行でない部分（広がり部分や収束部分）を持つ光ビーム（非平行光線）となる。
【００２１】
このように、レンズ系１０５から出力される光ビーム１０９は光軸１１０に対して完全に平行な光線ではなく、光軸１１０に対して僅かな広がり等を持つ光ビームであり、レンズ系１０５によってフォーカスされた位置が最も断面が小さくなる。
頂部１０７の頂角が９０度で頂部１０７から円錐底面に下ろした垂線（中心軸）１１１が光ビーム１０９の光軸１１０と一致するように円錐状のコーンミラー１０６が配設されている。
【００２２】
コーンミラー１０６は頂部１０７を含む所定領域（本実施の形態では頂部１０７を含む円錐面全面）に光反射部１２５を有しており、反射部１２５は高光反射面を形成している。
コーンミラー１０６は、その頂部１０７を含む反射部１２５にレンズ系１０５から光ビーム１０９が入射すると、その中心軸１１１と交差する方向（本実施の形態では中心軸１１１と９０度を成す方向）に光ビーム１０９を放射状に反射して、放射状光１２１を出力する。
【００２３】
放射状光１２１は、図１に示すように側面から見ると、その断面は細いビーム状であるが、図２に示したように正面から見ると、放射状（円板状）になる。
即ち、レンズ系１０５からコーンミラー１０６に入射した光ビーム１０９は、中心軸１１１（換言すれば光軸１１０）と直角をなす方向に、中心軸１１１（換言すれば光軸１１０）を中心として３６０度方向（全円周方向）に放射状に反射され、放射状光１２１として出力される。
【００２４】
この３６０度のうち例えば１２０度（１／３円周）の放射状光１２１は、コーンミラー１０６の頂部１０７から距離Ａの位置に配設された測定対象１２３表面に線状に照射され（光切断ライン）、形状計測などに利用される。この場合、前記１２０度の領域は計測領域Ｃとなる。
【００２５】
一方、残りの２４０度（２／３円周）には、頂部１０７から等間隔距離に光切断を観察できるように複数（例えば４個）の光検出部１１６〜１１９が配置される。前記２４０度の領域は計測を行わない非計測領域Ｄであり、放射状光ビーム１２１のビームウエスト１２２の位置の変更制御等に利用する制御領域等として使用する領域である。光検出部１１６〜１１９は計測の妨げにならないように、非計測領域Ｄ内に配設される。
【００２６】
コーンミラー１０６に入射する光ビーム１０９は、前述したとおり、光軸１１０に対して非平行な部分を持つ非平行光線であるため、放射状光１２１の断面も非平行となる。したがって、放射状光１２１の断面の幅（即ち、放射状光１２１の中心軸１１１方向の厚み）は、中心軸１１１からの距離によって相違し、ビームウエスト１２２が最も幅狭になる。
【００２７】
レンズ系１０５は、レンズ系１０５を構成する複数のレンズの位置関係がスライダ１１２によって変更制御されるように構成されている。スライダ１１２がモータ１１４によって移動されることにより、レンズ系１０５を構成する複数のレンズの配置関係が変更されて、レンズ系１０５が出力する光ビーム１０９のフォーカス位置が変更される。
このようにして前記フォーカス位置とコーンミラーの相対的距離が変えられることによって、光ビーム１０９がコーンミラー１０６に入射する角度が変化するため、ビームウエスト１２２の位置が変更される。
【００２８】
尚、ビームウエスト１２２とコーンミラー１０６の相対的な位置を変更制御する方法としては、レンズ系１０５自身のフォーカス位置を変えることによってビームウエスト１２２の位置を変える方法の他に、レンズ系１０５のフォーカス位置は一定にして、レンズ系１０５とコーンミラー１１４との相対距離を変える方法等、種々の方法が採用できる。
【００２９】
エンコーダ１１３はスライダ１１２の移動位置に対応する信号を出力する。レンズ系位置算出部１１５は、エンコーダ１１３からの信号に基づいてレンズ系１０５の位置を算出し、レンズ系１０５の現在位置を表す位置情報をレンズ系位置情報として出力する。
入力部１０１は、外部操作可能に構成されており、制御部１０２に対して測定開始の指示入力を行ったり、又、ビームウエスト位置算出部１２０に対して、各光検出部１１６〜１１９が検出した光の幅の算定基準を標準偏差によって指定入力する等を行う。ビームウエスト位置算出部１２０はビームウエスト位置を算出する際に前記光の幅に基づいて行う。
【００３０】
各光検出部１１６〜１１９は、既知の位置に配設されており、放射状光１２１の半径方向（中心軸１１１に直交する方向）に所定の等間隔Ｅで配置され、又、円周方向（中心軸１１１を中心とする円の円周方向）にも所定の等間隔（等角度）Ｆで配置されている。
各光検出部１１６〜１１９は、ＣＣＤ等の線幅を測定可能な光検出素子によって構成されており、各光検出部１１６〜１１９が置かれている位置の放射状光１２１の幅Ｂ（即ち、中心軸１１１方向の放射状光１２１の厚み）を検出して出力する。即ち、複数の光検出部１１６〜１１９からの画素位置と光情報（例えば強度）に関する情報がビームウエスト位置算出部１２０に送られる。
【００３１】
ビームウエスト位置算出部１２０は、各光検出部１１６〜１１９が検出した放射状光１２１の幅Ｂに基づいて、所定値（例えばコーンミラー１０６の頂部１０７）を基準として放射状光１２１のビームウエスト１２２の位置を算出し、ビームウエスト位置情報として出力する。
例えば、各光検出部１１６〜１１９で観察した放射状ビーム１２１の線幅Ｂを比較してビームウエスト１２２の位置が算出される。
放射状光１２１の光分布が予め既知の場合、複数の光検出部１１６〜１１９から入力される放射状光１２１の複数点の幅Ｂに基づいて、ビームウエスト１２２の位置を算出することができる。
【００３２】
また、所定の推定手法を用いて、複数の光検出部１１６〜１１９から入力される放射状光１２１の複数点の幅Ｂに基づいて、ビームウエスト１２２の位置を算出することができる。
例えば、ビームウエスト位置算出部１２０は、４個の光検出部１１６〜１１９からの幅の情報から、ビームウエスト１２２に相当する位置を算出する微分処理に代表される数学的処理によるピーク位置予測とスロープ予測からビームウエスト１２２の位置を算出する。特別な場合として、この間にピーク（山又は谷）がないときの処理と判定も含めて処理する。
尚、ビームウエスト１２２の位置を算出するには、前記光検出部は少なくとも３個あればよい。
【００３３】
制御部１０２は、ビームウエスト１２２を所定位置（例えば測定対象１２３の所定表面位置）に一致させるように、ビームウエスト１２２位置を変えるためのレンズ系１０５のアライメントを変更するモータ１１４に是正量を指令する機能を有している。
制御部１０２は、距離測定部１２７からの照射点の位置情報、レンズ系位置算出部１１５からのレンズ系１０５の現在位置情報及びビームウエスト位置算出部１２０からのビームウエスト位置情報に基づいて、ビームウエスト１２２が、測定対象１２３の所定位置に位置するように、モータ１０９を制御する。
【００３４】
これにより、スライダ１１２はレンズ系１０５のフォーカス位置を変え、スライダ１１２のフォーカス位置とコーンミラー１０６との相対距離が変更制御され、ビームウエスト１２２が測定対象１２３の所定位置に設定される。
放射状ビーム１２１のビームウエスト１２２を測定対象の所定表面位置に位置させた状態で、測定対象の形状等を測定する。
例えば、コーンミラー１０６の頂部１０７を光源位置とすると共に、頂部１０７と所定の位置関係にある光検出部１２６によって検出した検出光に基づいて、所定位置から測定対象１２３の所定点までの距離等を三角測量方式によって算出し、測定対象１２３の３次元形状等を算出する。
【００３５】
図３及び図４は、ビームウエスト１２２の位置制御を行う際の制御部１０２、ビームウエスト位置算出部１２０等の処理を示すフローチャートである。尚、図３及び図４で使用する記号の意味は次の通りである。
Ｌ：コーンミラー１０６の頂部１０７から測定対象１２３上の照射点までの距離
Ｌｎ：距離Ｌのｎ回目の測定距離
Ｌｎ＋１：距離Ｌの（ｎ＋１）回目の測定距離
Ｌｗ：コーンミラー１０６の頂部１０７からビームウエスト１２２までの距離（ビームウエスト距離）
Ｂｍ：所定しきい値（例えば１σ）における線幅
【００３６】
図３及び図４において、光源部１０３からの光を測定対象１２３の所望測定エリアのうちの重要な位置に照射し（ステップＳ３０１）、測定用対象１２３から反射した光を光検出部１２６によって検出し、光検出部１２６によって検出した光に基づいて、距離測定部１２７が所定位置から測定対象１２３の測定点までの距離Ｌｎを算出しする（ステップＳ３０２）。このとき、距離測定部１２７は、所定位置（例えば、コーンミラー１０６の頂部１０７）と光検出部１２６の位置を基準とする三角測量法によって測定する。距離測定部１２７が算出した距離Ｌｎのデータは制御部１０２に入力される。
【００３７】
制御部１０２は、レンズ系１０５を駆動制御することによって焦点距離を変えた後（ステップＳ３０３）、ビームウエスト位置算出部１２０が光検出部１１６〜１１９からの検出信号に基づいて、コーンミラー１０６の頂部１０７からビームウエスト１２２までのビームウエスト距離Ｌｗを測定する（ステップＳ３０４）。尚、処理ステップＳ３０４の詳細な処理は後述する。
【００３８】
次に、制御部１０２は、照射点までの距離Ｌｎとビームウエスト距離Ｌｗの差Δｗを算出し（ステップＳ３０５）、差Δｗが、略零である所定の微少距離ｅ１以下でない場合には処理ステップＳ３０３に戻って前記処理を繰り返すことにより、差Δｗがゼロになるように制御部１０２によってレンズ系１０５を駆動してビームウエスト位置を変更する（ステップＳ３０６）。これにより、ビームウエスト位置を測定対象１２３の前記照射点の位置に略一致させる。
【００３９】
制御部１０２は、処理ステップＳ３０６において、差Δｗが所定の微少距離ｅ１以下の場合には、そのときの光を用いて距離Ｌ（ｎ＋１）を測定するように光検出部１２６及び距離測定部１２７を制御する（ステップＳ３０７）。距離測定部１２７は制御部１０２の制御の下、光検出部１２６が検出した測定対象１２３からの前記光に基づいて、前記照射点までの距離Ｌ（ｎ＋１）を測定し、制御部１０２に出力する。
【００４０】
次に、制御部１０２は、今回測定した距離Ｌ（ｎ＋１）と前回測定した距離Ｌｎの差が、略零である所定の微少距離ｅ２以下でない場合には（ステップＳ３０８）、ｎの値を１増やして（ステップＳ３１０）、処理ステップＳ３０３に戻り、前記処理を繰り返す。
制御部１０２は、処理ステップＳ３０８において、今回測定した距離Ｌ（ｎ＋１）と前回測定した距離Ｌｎの差が所定の微少距離ｅ２以下の場合には、ビームウエスト１２２が測定対象１２３の所定位置（照射点）に略一致していると判断して、オートフォーカス処理を終了して、測定対象１２３の形状測定作業等を開始する（ステップＳ３０９）。前記形状測定等は、距離測定部１２７が測定したデータに基づいて行う。
【００４１】
図４は、処理ステップＳ３０４に示したビームウエスト距離Ｌｗ測定処理の詳細を示すフローチャートである。尚、図４の処理例では、ビームウエスト距離Ｌｗは、複数の光検出部１１６〜１１９のいずれかが配置されている位置に決定するようにしている。
図４において、光検出部１１６〜１１９は、放射状光ビーム１２１を検出し、各々の位置で検出した光ビーム１２１の線幅Ｂｍに対応する検出信号を出力する。ビームウエスト位置算出部１２０は、各光検出部１１６〜１１９からの検出信号に基づいて、各光検出部１１６〜１１９の位置における線幅Ｂｍを認識する（ステップＳ４０１）。
【００４２】
次に、ビームウエスト位置算出部１２０は、光検出部１１６〜１１９が検出した線幅Ｂｍの変化を、下記式を用いて算出する。
δｍ＝（Ｂ（ｍ＋１）−Ｂ（ｍ））／Δｍ
ここで、Δｍは光検出部ｍと光検出部（ｍ＋１）との間の距離である。例えば、光検出部１１６、１１７間の線幅Ｂ１の変化（換言すれば勾配）δ１は、前記式にｍ＝１を代入した下記式によって表される。
δ１＝（Ｂ２−Ｂ１）／Δ１
同様に、
δ２＝（Ｂ３−Ｂ２）／Δ２
δ３＝（Ｂ４−Ｂ３）／Δ３
となる。
【００４３】
ビームウエスト位置算出部１２０は、変化δ１〜δ３が全て正、即ち光検出部１１６から光検出部１１９に行くに従って線幅Ｂｍが大きくなると判断した場合には（ステップＳ、ビームウエスト１２２の位置は光検出部１１６の位置（ｍ＝１）であり、ビームウエスト距離Ｌｗ＝Ｌ１、ビームウエストの線幅は線幅Ｂ１と認識して（ステップＳ４０４）、ビームウエスト位置を決定する（ステップＳ４１１）。
【００４４】
ビームウエスト位置算出部１２０は、処理ステップＳ４０３において変化δ１〜δ３の中の少なくとも1つが正ではないと判断した後、変化δ１が負で且つδ２及びδ３が正と判断した場合には（ステップＳ４０５）、ビームウエスト１２２の位置は光検出部１１７の位置（ｍ＝２）であり、ビームウエスト距離Ｌｗ＝Ｌ２、ビームウエストの線幅は線幅Ｂ２と認識して（ステップＳ４０６）、ビームウエスト位置を決定する（ステップＳ４１１）。
【００４５】
ビームウエスト位置算出部１２０は、処理ステップＳ４０５において変化δ１が負で且つδ２及びδ３が正という条件が成立しないと判断した後、変化δ１及びδ２が負で且つδ３と判断した場合（ステップＳ４０７）、ビームウエスト１２２の位置は光検出部１１８の位置（ｍ＝３）であり、ビームウエスト距離Ｌｗ＝Ｌ３、ビームウエストの線幅は線幅Ｂ３と認識して（ステップＳ４０８）、ビームウエスト位置を決定する（ステップＳ４１１）。
【００４６】
ビームウエスト位置算出部１２０は、処理ステップＳ４０７において変化δ１及びδ２が負で且つδ３が正という条件が成立しないと判断した後、変化δ１〜δ３の全てが負、即ち光検出部１１６から光検出部１１９に行くに従って線幅Ｂｍが小さくなると判断した場合には（ステップＳ４０９）、ビームウエスト１２２の位置は光検出部１１９の位置（ｍ＝４）であり、ビームウエスト距離Ｌｗ＝Ｌ４、ビームウエストの線幅は線幅Ｂ４と認識して（ステップＳ４１０）、ビームウエスト位置を決定する（ステップＳ４１１）。
以上のようにして、ビームウエスト位置を決定した後、処理ステップＳ３０５以降の前述した処理を行う。
【００４７】
以上述べたように、本発明の実施の形態に係る光源装置では、光源１０４からの光ビーム１０８は、レンズ系１０５を介してコーンミラー１０６の反射部１２５によって反射され、放射状に放射状光１２１として出力される。ビームウエスト位置算出部１２０は、各検出部１１６〜１１９が検出した放射状光１２１の断面の幅に基づいてビームウエスト１２２の位置を算出する。
【００４８】
また、制御部１０２は、レンズ系位置算出部１１５からのレンズ系１０５の現在位置情報、ビームウエスト位置算出部１２０からのビームウエスト位置情報及び距離算出部１２７からの照射点の位置情報に基づいて、ビームウエスト１２２が前記照射点に略一致するようにモータ１０９を制御する。スライダ１１２はモータ１０９の駆動によってレンズ系１０５のフォーカス位置を変更し、その結果、ビームウエスト１２２の位置が前記照射点位置に変更される。
【００４９】
このようにして、ビームウエスト１２２の位置を検出することが可能になり又、測定位置等にあわせてビームウエスト位置を変更することが可能になる。
また、本実施の形態に係る光源装置を光源とする光学式測定装置によれば、測定対象の形状や座標等の長さに関する特性を高精度に測定することが可能になる。
また、光源からの光を測定対象に照射し、前記測定対象によって反射した前記光を検出し、前記検出した光に基づいて三角測量法によって前記測定対象の形状、所定位置から前記測定対象上の点間での距離等の前記測定対象の長さに関する測定を行う光学式測定装置において、前記光源として前記光源装置を使用して成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
光学式測定装置用の光源装置等として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光源装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光源装置の部分正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光源装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る光源装置の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１０１・・・入力部
１０２・・・制御部
１０３・・・光源部
１０４・・・光源
１０５・・・レンズ系
１０６・・・コーンミラー
１０７・・・頂部
１０８、１０９・・・光ビーム
１１０・・・光軸
１１１・・・中心軸
１１２・・・スライダ
１１３・・・エンコーダ
１１４・・・モータ
１１５・・・レンズ系位置算出部
１１６〜１１９・・・光検出部
１２０・・・ビームウエスト位置算出部
１２１・・・放射状光
１２２・・・ビームウエスト
１２３・・・測定対象
１２５・・・反射部
１２６・・・光検出部
１２７・・・距離測定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を出力する光源装置に関し、特に、放射状の光を出力する光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源装置から測定用光を測定対象に照射し、前記測定対象で反射した測定用光を検出し、該検出した測定用光に基づいて前記測定対象の形状や汚れ等を測定する光学式測定装置が開発されている。
前記光源装置として、半導体レーザ等の光源や、前記光源が生成する光を測定対象方向等の所定方向に反射するコーンミラー等を備えた光源装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された光源装置では、光源からの光を頂角が９０度のコーンミラーによって反射することにより放射状の光を発生させ、これにより、所定幅で所定長の光（光切断ライン）を測定対象方向に出力することができる。
したがって、前記コーンミラーからの光を用いて管内壁面の洗浄度等を測定することができる。
【０００４】
しかしながら、前記光源装置においては、出力される放射状光は平行な光線ではなく非平行な構成であるため、光源とコーンミラーとの距離、あるいは、コーンミラーと測定対象との距離等が変化すると、コーンミラーから測定対象に照射されるビームのビームウエスト位置が変化する。
したがって、測定当初はビームウエスト位置を測定対象位置にあわせていた場合でも、測定開始後、ビームウエスト位置からずれた位置の光によって測定対象を照射することになる。
【０００５】
また、放射状ビームの均一性を保って、線幅をより狭くするためにはコーンミラーの頂角の加工精度、ミラー形成精度のほかコーンミラー頂点への投光前のレンズアライメント精度（コリメート精度）などが影響する。
ところで、前記光源装置が三角測量方式による計測装置の光源として使われた場合、光切断ラインに相当する放射状ビームの厚さ（幅）が測定精度に影響する。測定対象の形状測定で精度を上げたい箇所の照射は、線幅が最も狭いビームウエストによって行う必要がある。ビームウエストからずれた光によって測定対象を照射すると、光の幅が広くなり、高精度な測定が困難になるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４９３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ビームウエスト位置を検出することが可能な光源装置を提供することを課題としている。
また本発明は、測定対象等にあわせてビームウエスト位置を調整可能な光源装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、光源と、その頂部を含む所定領域に反射部を有し、前記光源で発生した光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射して出力するコーンミラーと、前記コーンミラーの中心軸から相互に異なる位置に配設され、前記反射部で反射した光の幅を検出する複数の検出手段と、前記複数の検出手段によって検出した前記光の幅に基づいて前記光のビームウエスト位置を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光源装置が提供される。
【０００９】
コーンミラーは、その頂部を含む所定領域に反射部を有し、光源で発生した光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射して出力する。複数の検出手段は、前記コーンミラーの中心軸から相互に異なる位置に配設され、前記反射部で反射した光の幅を検出する。算出手段は、前記複数の検出手段によって検出した前記光の幅に基づいて前記光のビームウエスト位置を算出する。
【００１０】
ここで、前記光源からの光のフォーカス位置と前記コーンミラーの相対位置を変更する変更手段と、前記算出手段で算出したビームウエスト位置が所定位置になるように、前記フォーカス位置と前記コーンミラーの相対位置を変更するよう前記変更手段を制御する制御手段とを備えて成るように構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記コーンミラーからの光による照射点の位置情報、前記光源からの光をフォーカスするレンズ系の現在位置情報及び前記ビームウエスト位置情報に基づいて、前記ビームウエストが前記照射点位置になるように前記変更手段を制御するように構成してもよい。
【００１１】
また、前記コーンミラーは、その反射部によって前記変更手段からの光を前記コーンミラーの中心軸を中心として放射状に反射すると共に、前記検出手段は、前記放射状の光の非計測領域に３個以上設けられて成るように構成してもよい。
また、前記各検出手段は前記コーンミラーの中心軸を中心とする等間隔の同心円上に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記各検出手段は前記コーンミラーの中心軸を中心とする同心円上に等角度間隔で配設されて成るように構成してもよい。
【００１２】
また、所定位置における前記光の幅の判定基準を標準偏差によって指定する入力手段を有し、前記算出手段は、前記指定された光の幅の判定基準に基づいて光の幅を算出し、外光の幅を用いて前記光のビームウエスト位置を算出するように構成してもよい。
また本発明によれば、光源からの光を測定対象に照射し、前記測定対象によって反射した前記光を検出し、前記検出した光に基づいて三角測量法によって前記測定対象の形状、所定位置から前記測定対象上の点間での距離等の前記測定対象の長さに関する測定を行う光学式測定装置において、光源として前記いずれかの光源装置を使用して成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る光源装置によれば、ビームウエスト位置を検出することが可能になる。
また、測定対象等にあわせてビームウエスト位置を調整することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る光源装置について説明する。尚、以下の説明で使用する各図において、同一部には同一符号を付している。
図１は、本発明の実施の形態に係る光源装置を用いた光学式測定装置の側面図である。
また、図２は、図１における部分正面図である。
【００１５】
図１及び図２において、光源装置は、入力部１０１、制御部１０２、光源部１０３、スライダ１１２、エンコーダ１１３、モータ１１４、レンズ系位置算出部１１５、複数（本実施の形態では４つ）の光検出部１１６〜１１９、及び、ビームウエスト位置算出部１２０を備えている。
光源部１０３は、光軸１１０に沿って光ビーム１０８を出力する光源１０４、複数のレンズを備え光源１０４からの光ビーム１０８を集光して光軸１１０に略平行な光ビーム１０９を出力するレンズ系１０５、レンズ系１０５からの光ビーム１０９を反射するコーンミラー１０６を備えている。
【００１６】
前記光源装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）によって構成された光検出部１２６や、光検出部１２６によって検出した光に基づいて所定位置（例えばコーンミラー１０６の頂部１０７）を基準とする測定対象１２３上の測定点までの距離を算出する距離測定部１２７とともに光学式測定装置を構成している。
尚、光検出部１１６〜１１９、光検出部１２６は各々検出手段を構成し、ビームウエスト位置算出部１２０は算出手段を構成し、入力部１０１は入力手段を構成している。スライダ１１２、モータ１１４及びレンズ系１０５は変更手段を構成している。また、入力部１０１、制御部１０２、エンコーダ１１３及びレンズ系位置算出部１１５は制御手段を構成している。距離測定部１２７は距離算出手段を構成している。
【００１７】
複数の検出手段は、コーンミラー１０６の中心軸１１１から相互に異なる位置に配設されており、反射部１２５で反射した光の幅を検出することができる。前記各検出手段はコーンミラー１０６の中心軸１１１を中心とする等間隔の同心円上に配設されることができる。前記各検出手段はコーンミラー１０６の中心軸１１１を中心する同心円上に等角度間隔で配設されることができる。
【００１８】
算出手段は、前記複数の検出手段によって検出した前記光の幅に基づいて前記光のビームウエスト位置を算出することができる。
変更手段は、光源１０４からの光のフォーカス位置とコーンミラー１０６の相対位置を変更することができる。
制御手段は、前記算出手段で算出したビームウエスト位置が所定位置になるように、前記フォーカス位置とコーンミラー１０６の相対位置を変更するよう前記変更手段を制御することができる。
また、制御手段は、コーンミラーからの光による照射点の位置情報、光源からの光をフォーカスするレンズ系の現在位置情報及びビームウエスト位置情報に基づいて、ビームウエストが照射点位置になるように変更手段を制御することができる。
【００１９】
また入力手段は、測定開始指示の入力を行い、又、各検出手段が検出した光の幅の算定基準を例えば標準偏差によって指定することができ、算出手段は前記光の幅に基づいてビームウエスト位置を算出する。例えば、測定対象１２３に照射される光切断ラインの任意の１断面でみると、略ガウス分布している。線幅の定義として、その断面内の全データの６８．２７％が含まれる、即ち１σを線幅として定義するように構成することができる。尚、それ以下の３５％程度にする等、線幅の定義は種々に設定可能であるが、厳格すぎると光切断ラインが断続的になる恐れがあるため、ガウス分布の１σを線幅と定義するのが好ましい。
【００２０】
半導体レーザあるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）等によって構成された光源１０４の出射側に、光源１０４から出力される光（例えばレーザ光ビーム）１０８を光軸１１０に平行な光ビーム１０９に変換して出力するための複数のレンズによって構成されたレンズ系１０５が配置されている。
レンズ系１０５からは光軸１１０に沿った細い平行光線が出力されるのが望ましいが、光ビーム１０９は、光軸１１０に対して完全な平行光線とはならず、光軸１１０とは平行でない部分（広がり部分や収束部分）を持つ光ビーム（非平行光線）となる。
【００２１】
このように、レンズ系１０５から出力される光ビーム１０９は光軸１１０に対して完全に平行な光線ではなく、光軸１１０に対して僅かな広がり等を持つ光ビームであり、レンズ系１０５によってフォーカスされた位置が最も断面が小さくなる。
頂部１０７の頂角が９０度で頂部１０７から円錐底面に下ろした垂線（中心軸）１１１が光ビーム１０９の光軸１１０と一致するように円錐状のコーンミラー１０６が配設されている。
【００２２】
コーンミラー１０６は頂部１０７を含む所定領域（本実施の形態では頂部１０７を含む円錐面全面）に光反射部１２５を有しており、反射部１２５は高光反射面を形成している。
コーンミラー１０６は、その頂部１０７を含む反射部１２５にレンズ系１０５から光ビーム１０９が入射すると、その中心軸１１１と交差する方向（本実施の形態では中心軸１１１と９０度を成す方向）に光ビーム１０９を放射状に反射して、放射状光１２１を出力する。
【００２３】
放射状光１２１は、図１に示すように側面から見ると、その断面は細いビーム状であるが、図２に示したように正面から見ると、放射状（円板状）になる。
即ち、レンズ系１０５からコーンミラー１０６に入射した光ビーム１０９は、中心軸１１１（換言すれば光軸１１０）と直角をなす方向に、中心軸１１１（換言すれば光軸１１０）を中心として３６０度方向（全円周方向）に放射状に反射され、放射状光１２１として出力される。
【００２４】
この３６０度のうち例えば１２０度（１／３円周）の放射状光１２１は、コーンミラー１０６の頂部１０７から距離Ａの位置に配設された測定対象１２３表面に線状に照射され（光切断ライン）、形状計測などに利用される。この場合、前記１２０度の領域は計測領域Ｃとなる。
【００２５】
一方、残りの２４０度（２／３円周）には、頂部１０７から等間隔距離に光切断を観察できるように複数（例えば４個）の光検出部１１６〜１１９が配置される。前記２４０度の領域は計測を行わない非計測領域Ｄであり、放射状光ビーム１２１のビームウエスト１２２の位置の変更制御等に利用する制御領域等として使用する領域である。光検出部１１６〜１１９は計測の妨げにならないように、非計測領域Ｄ内に配設される。
【００２６】
コーンミラー１０６に入射する光ビーム１０９は、前述したとおり、光軸１１０に対して非平行な部分を持つ非平行光線であるため、放射状光１２１の断面も非平行となる。したがって、放射状光１２１の断面の幅（即ち、放射状光１２１の中心軸１１１方向の厚み）は、中心軸１１１からの距離によって相違し、ビームウエスト１２２が最も幅狭になる。
【００２７】
レンズ系１０５は、レンズ系１０５を構成する複数のレンズの位置関係がスライダ１１２によって変更制御されるように構成されている。スライダ１１２がモータ１１４によって移動されることにより、レンズ系１０５を構成する複数のレンズの配置関係が変更されて、レンズ系１０５が出力する光ビーム１０９のフォーカス位置が変更される。
このようにして前記フォーカス位置とコーンミラーの相対的距離が変えられることによって、光ビーム１０９がコーンミラー１０６に入射する角度が変化するため、ビームウエスト１２２の位置が変更される。
【００２８】
尚、ビームウエスト１２２とコーンミラー１０６の相対的な位置を変更制御する方法としては、レンズ系１０５自身のフォーカス位置を変えることによってビームウエスト１２２の位置を変える方法の他に、レンズ系１０５のフォーカス位置は一定にして、レンズ系１０５とコーンミラー１１４との相対距離を変える方法等、種々の方法が採用できる。
【００２９】
エンコーダ１１３はスライダ１１２の移動位置に対応する信号を出力する。レンズ系位置算出部１１５は、エンコーダ１１３からの信号に基づいてレンズ系１０５の位置を算出し、レンズ系１０５の現在位置を表す位置情報をレンズ系位置情報として出力する。
入力部１０１は、外部操作可能に構成されており、制御部１０２に対して測定開始の指示入力を行ったり、又、ビームウエスト位置算出部１２０に対して、各光検出部１１６〜１１９が検出した光の幅の算定基準を標準偏差によって指定入力する等を行う。ビームウエスト位置算出部１２０はビームウエスト位置を算出する際に前記光の幅に基づいて行う。
【００３０】
各光検出部１１６〜１１９は、既知の位置に配設されており、放射状光１２１の半径方向（中心軸１１１に直交する方向）に所定の等間隔Ｅで配置され、又、円周方向（中心軸１１１を中心とする円の円周方向）にも所定の等間隔（等角度）Ｆで配置されている。
各光検出部１１６〜１１９は、ＣＣＤ等の線幅を測定可能な光検出素子によって構成されており、各光検出部１１６〜１１９が置かれている位置の放射状光１２１の幅Ｂ（即ち、中心軸１１１方向の放射状光１２１の厚み）を検出して出力する。即ち、複数の光検出部１１６〜１１９からの画素位置と光情報（例えば強度）に関する情報がビームウエスト位置算出部１２０に送られる。
【００３１】
ビームウエスト位置算出部１２０は、各光検出部１１６〜１１９が検出した放射状光１２１の幅Ｂに基づいて、所定値（例えばコーンミラー１０６の頂部１０７）を基準として放射状光１２１のビームウエスト１２２の位置を算出し、ビームウエスト位置情報として出力する。
例えば、各光検出部１１６〜１１９で観察した放射状ビーム１２１の線幅Ｂを比較してビームウエスト１２２の位置が算出される。
放射状光１２１の光分布が予め既知の場合、複数の光検出部１１６〜１１９から入力される放射状光１２１の複数点の幅Ｂに基づいて、ビームウエスト１２２の位置を算出することができる。
【００３２】
また、所定の推定手法を用いて、複数の光検出部１１６〜１１９から入力される放射状光１２１の複数点の幅Ｂに基づいて、ビームウエスト１２２の位置を算出することができる。
例えば、ビームウエスト位置算出部１２０は、４個の光検出部１１６〜１１９からの幅の情報から、ビームウエスト１２２に相当する位置を算出する微分処理に代表される数学的処理によるピーク位置予測とスロープ予測からビームウエスト１２２の位置を算出する。特別な場合として、この間にピーク（山又は谷）がないときの処理と判定も含めて処理する。
尚、ビームウエスト１２２の位置を算出するには、前記光検出部は少なくとも３個あればよい。
【００３３】
制御部１０２は、ビームウエスト１２２を所定位置（例えば測定対象１２３の所定表面位置）に一致させるように、ビームウエスト１２２位置を変えるためのレンズ系１０５のアライメントを変更するモータ１１４に是正量を指令する機能を有している。
制御部１０２は、距離測定部１２７からの照射点の位置情報、レンズ系位置算出部１１５からのレンズ系１０５の現在位置情報及びビームウエスト位置算出部１２０からのビームウエスト位置情報に基づいて、ビームウエスト１２２が、測定対象１２３の所定位置に位置するように、モータ１０９を制御する。
【００３４】
これにより、スライダ１１２はレンズ系１０５のフォーカス位置を変え、スライダ１１２のフォーカス位置とコーンミラー１０６との相対距離が変更制御され、ビームウエスト１２２が測定対象１２３の所定位置に設定される。
放射状ビーム１２１のビームウエスト１２２を測定対象の所定表面位置に位置させた状態で、測定対象の形状等を測定する。
例えば、コーンミラー１０６の頂部１０７を光源位置とすると共に、頂部１０７と所定の位置関係にある光検出部１２６によって検出した検出光に基づいて、所定位置から測定対象１２３の所定点までの距離等を三角測量方式によって算出し、測定対象１２３の３次元形状等を算出する。
【００３５】
図３及び図４は、ビームウエスト１２２の位置制御を行う際の制御部１０２、ビームウエスト位置算出部１２０等の処理を示すフローチャートである。尚、図３及び図４で使用する記号の意味は次の通りである。
Ｌ：コーンミラー１０６の頂部１０７から測定対象１２３上の照射点までの距離
Ｌｎ：距離Ｌのｎ回目の測定距離
Ｌｎ＋１：距離Ｌの（ｎ＋１）回目の測定距離
Ｌｗ：コーンミラー１０６の頂部１０７からビームウエスト１２２までの距離（ビームウエスト距離）
Ｂｍ：所定しきい値（例えば１σ）における線幅
【００３６】
図３及び図４において、光源部１０３からの光を測定対象１２３の所望測定エリアのうちの重要な位置に照射し（ステップＳ３０１）、測定用対象１２３から反射した光を光検出部１２６によって検出し、光検出部１２６によって検出した光に基づいて、距離測定部１２７が所定位置から測定対象１２３の測定点までの距離Ｌｎを算出しする（ステップＳ３０２）。このとき、距離測定部１２７は、所定位置（例えば、コーンミラー１０６の頂部１０７）と光検出部１２６の位置を基準とする三角測量法によって測定する。距離測定部１２７が算出した距離Ｌｎのデータは制御部１０２に入力される。
【００３７】
制御部１０２は、レンズ系１０５を駆動制御することによって焦点距離を変えた後（ステップＳ３０３）、ビームウエスト位置算出部１２０が光検出部１１６〜１１９からの検出信号に基づいて、コーンミラー１０６の頂部１０７からビームウエスト１２２までのビームウエスト距離Ｌｗを測定する（ステップＳ３０４）。尚、処理ステップＳ３０４の詳細な処理は後述する。
【００３８】
次に、制御部１０２は、照射点までの距離Ｌｎとビームウエスト距離Ｌｗの差Δｗを算出し（ステップＳ３０５）、差Δｗが、略零である所定の微少距離ｅ１以下でない場合には処理ステップＳ３０３に戻って前記処理を繰り返すことにより、差Δｗがゼロになるように制御部１０２によってレンズ系１０５を駆動してビームウエスト位置を変更する（ステップＳ３０６）。これにより、ビームウエスト位置を測定対象１２３の前記照射点の位置に略一致させる。
【００３９】
制御部１０２は、処理ステップＳ３０６において、差Δｗが所定の微少距離ｅ１以下の場合には、そのときの光を用いて距離Ｌ（ｎ＋１）を測定するように光検出部１２６及び距離測定部１２７を制御する（ステップＳ３０７）。距離測定部１２７は制御部１０２の制御の下、光検出部１２６が検出した測定対象１２３からの前記光に基づいて、前記照射点までの距離Ｌ（ｎ＋１）を測定し、制御部１０２に出力する。
【００４０】
次に、制御部１０２は、今回測定した距離Ｌ（ｎ＋１）と前回測定した距離Ｌｎの差が、略零である所定の微少距離ｅ２以下でない場合には（ステップＳ３０８）、ｎの値を１増やして（ステップＳ３１０）、処理ステップＳ３０３に戻り、前記処理を繰り返す。
制御部１０２は、処理ステップＳ３０８において、今回測定した距離Ｌ（ｎ＋１）と前回測定した距離Ｌｎの差が所定の微少距離ｅ２以下の場合には、ビームウエスト１２２が測定対象１２３の所定位置（照射点）に略一致していると判断して、オートフォーカス処理を終了して、測定対象１２３の形状測定作業等を開始する（ステップＳ３０９）。前記形状測定等は、距離測定部１２７が測定したデータに基づいて行う。
【００４１】
図４は、処理ステップＳ３０４に示したビームウエスト距離Ｌｗ測定処理の詳細を示すフローチャートである。尚、図４の処理例では、ビームウエスト距離Ｌｗは、複数の光検出部１１６〜１１９のいずれかが配置されている位置に決定するようにしている。
図４において、光検出部１１６〜１１９は、放射状光ビーム１２１を検出し、各々の位置で検出した光ビーム１２１の線幅Ｂｍに対応する検出信号を出力する。ビームウエスト位置算出部１２０は、各光検出部１１６〜１１９からの検出信号に基づいて、各光検出部１１６〜１１９の位置における線幅Ｂｍを認識する（ステップＳ４０１）。
【００４２】
次に、ビームウエスト位置算出部１２０は、光検出部１１６〜１１９が検出した線幅Ｂｍの変化を、下記式を用いて算出する。
δｍ＝（Ｂ（ｍ＋１）−Ｂ（ｍ））／Δｍ
ここで、Δｍは光検出部ｍと光検出部（ｍ＋１）との間の距離である。例えば、光検出部１１６、１１７間の線幅Ｂ１の変化（換言すれば勾配）δ１は、前記式にｍ＝１を代入した下記式によって表される。
δ１＝（Ｂ２−Ｂ１）／Δ１
同様に、
δ２＝（Ｂ３−Ｂ２）／Δ２
δ３＝（Ｂ４−Ｂ３）／Δ３
となる。
【００４３】
ビームウエスト位置算出部１２０は、変化δ１〜δ３が全て正、即ち光検出部１１６から光検出部１１９に行くに従って線幅Ｂｍが大きくなると判断した場合には（ステップＳ、ビームウエスト１２２の位置は光検出部１１６の位置（ｍ＝１）であり、ビームウエスト距離Ｌｗ＝Ｌ１、ビームウエストの線幅は線幅Ｂ１と認識して（ステップＳ４０４）、ビームウエスト位置を決定する（ステップＳ４１１）。
【００４４】
ビームウエスト位置算出部１２０は、処理ステップＳ４０３において変化δ１〜δ３の中の少なくとも1つが正ではないと判断した後、変化δ１が負で且つδ２及びδ３が正と判断した場合には（ステップＳ４０５）、ビームウエスト１２２の位置は光検出部１１７の位置（ｍ＝２）であり、ビームウエスト距離Ｌｗ＝Ｌ２、ビームウエストの線幅は線幅Ｂ２と認識して（ステップＳ４０６）、ビームウエスト位置を決定する（ステップＳ４１１）。
【００４５】
ビームウエスト位置算出部１２０は、処理ステップＳ４０５において変化δ１が負で且つδ２及びδ３が正という条件が成立しないと判断した後、変化δ１及びδ２が負で且つδ３と判断した場合（ステップＳ４０７）、ビームウエスト１２２の位置は光検出部１１８の位置（ｍ＝３）であり、ビームウエスト距離Ｌｗ＝Ｌ３、ビームウエストの線幅は線幅Ｂ３と認識して（ステップＳ４０８）、ビームウエスト位置を決定する（ステップＳ４１１）。
【００４６】
ビームウエスト位置算出部１２０は、処理ステップＳ４０７において変化δ１及びδ２が負で且つδ３が正という条件が成立しないと判断した後、変化δ１〜δ３の全てが負、即ち光検出部１１６から光検出部１１９に行くに従って線幅Ｂｍが小さくなると判断した場合には（ステップＳ４０９）、ビームウエスト１２２の位置は光検出部１１９の位置（ｍ＝４）であり、ビームウエスト距離Ｌｗ＝Ｌ４、ビームウエストの線幅は線幅Ｂ４と認識して（ステップＳ４１０）、ビームウエスト位置を決定する（ステップＳ４１１）。
以上のようにして、ビームウエスト位置を決定した後、処理ステップＳ３０５以降の前述した処理を行う。
【００４７】
以上述べたように、本発明の実施の形態に係る光源装置では、光源１０４からの光ビーム１０８は、レンズ系１０５を介してコーンミラー１０６の反射部１２５によって反射され、放射状に放射状光１２１として出力される。ビームウエスト位置算出部１２０は、各検出部１１６〜１１９が検出した放射状光１２１の断面の幅に基づいてビームウエスト１２２の位置を算出する。
【００４８】
また、制御部１０２は、レンズ系位置算出部１１５からのレンズ系１０５の現在位置情報、ビームウエスト位置算出部１２０からのビームウエスト位置情報及び距離算出部１２７からの照射点の位置情報に基づいて、ビームウエスト１２２が前記照射点に略一致するようにモータ１０９を制御する。スライダ１１２はモータ１０９の駆動によってレンズ系１０５のフォーカス位置を変更し、その結果、ビームウエスト１２２の位置が前記照射点位置に変更される。
【００４９】
このようにして、ビームウエスト１２２の位置を検出することが可能になり又、測定位置等にあわせてビームウエスト位置を変更することが可能になる。
また、本実施の形態に係る光源装置を光源とする光学式測定装置によれば、測定対象の形状や座標等の長さに関する特性を高精度に測定することが可能になる。
また、光源からの光を測定対象に照射し、前記測定対象によって反射した前記光を検出し、前記検出した光に基づいて三角測量法によって前記測定対象の形状、所定位置から前記測定対象上の点間での距離等の前記測定対象の長さに関する測定を行う光学式測定装置において、前記光源として前記光源装置を使用して成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
光学式測定装置用の光源装置等として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光源装置の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光源装置の部分正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光源装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る光源装置の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１０１・・・入力部
１０２・・・制御部
１０３・・・光源部
１０４・・・光源
１０５・・・レンズ系
１０６・・・コーンミラー
１０７・・・頂部
１０８、１０９・・・光ビーム
１１０・・・光軸
１１１・・・中心軸
１１２・・・スライダ
１１３・・・エンコーダ
１１４・・・モータ
１１５・・・レンズ系位置算出部
１１６〜１１９・・・光検出部
１２０・・・ビームウエスト位置算出部
１２１・・・放射状光
１２２・・・ビームウエスト
１２３・・・測定対象
１２５・・・反射部
１２６・・・光検出部
１２７・・・距離測定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
その頂部を含む所定領域に反射部を有し、前記光源で発生した光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射して出力するコーンミラーと、
前記コーンミラーの中心軸から相互に異なる位置に配設され、前記反射部で反射した光の幅を検出する複数の検出手段と、
前記複数の検出手段によって検出した前記光の幅に基づいて前記光のビームウエスト位置を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源からの光のフォーカス位置と前記コーンミラーの相対位置を変更する変更手段と、
前記算出手段によって算出したビームウエスト位置が所定位置になるように、前記フォーカス位置と前記コーンミラーの相対位置を変更するよう前記変更手段を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記コーンミラーからの光による照射点の位置情報、前記光源からの光をフォーカスするレンズ系の現在位置情報及び前記ビームウエスト位置情報に基づいて、前記ビームウエストが前記照射点位置になるように前記変更手段を制御することを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記コーンミラーは、その反射部によって前記変更手段からの光を前記コーンミラーの中心軸を中心として放射状に反射すると共に、
前記検出手段は、前記放射状の光の非計測領域に３個以上設けられて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項５】
前記各検出手段は前記コーンミラーの中心軸を中心とする等間隔の同心円上に配設されて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項６】
前記各検出手段は前記コーンミラーの中心軸を中心とする同心円上に等角度間隔で配設されて成ることを特徴とする請求項５記載の光源装置。
【請求項７】
所定位置における前記光の幅の判定基準を標準偏差によって指定する入力手段を有し、
前記算出手段は、前記指定された光の幅の判定基準に基づいて光の幅を算出し、外光の幅を用いて前記光のビームウエスト位置を算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項１】
光源と、
その頂部を含む所定領域に反射部を有し、前記光源で発生した光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射して出力するコーンミラーと、
前記コーンミラーの中心軸から相互に異なる位置に配設され、前記反射部で反射した光の幅を検出する複数の検出手段と、
前記複数の検出手段によって検出した前記光の幅に基づいて前記光のビームウエスト位置を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光源からの光のフォーカス位置と前記コーンミラーの相対位置を変更する変更手段と、
前記算出手段によって算出したビームウエスト位置が所定位置になるように、前記フォーカス位置と前記コーンミラーの相対位置を変更するよう前記変更手段を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記コーンミラーからの光による照射点の位置情報、前記光源からの光をフォーカスするレンズ系の現在位置情報及び前記ビームウエスト位置情報に基づいて、前記ビームウエストが前記照射点位置になるように前記変更手段を制御することを特徴とする請求項２記載の光源装置。
【請求項４】
前記コーンミラーは、その反射部によって前記変更手段からの光を前記コーンミラーの中心軸を中心として放射状に反射すると共に、
前記検出手段は、前記放射状の光の非計測領域に３個以上設けられて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項５】
前記各検出手段は前記コーンミラーの中心軸を中心とする等間隔の同心円上に配設されて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の光源装置。
【請求項６】
前記各検出手段は前記コーンミラーの中心軸を中心とする同心円上に等角度間隔で配設されて成ることを特徴とする請求項５記載の光源装置。
【請求項７】
所定位置における前記光の幅の判定基準を標準偏差によって指定する入力手段を有し、
前記算出手段は、前記指定された光の幅の判定基準に基づいて光の幅を算出し、外光の幅を用いて前記光のビームウエスト位置を算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１２８１６６（Ｐ２００９−１２８１６６Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０３１２０（Ｐ２００７−３０３１２０）
【出願日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【出願人】（３９１０３００７７）株式会社ソアテック (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【出願人】（３９１０３００７７）株式会社ソアテック (30)
【Ｆターム（参考）】
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