状態検出装置

【課題】被測定対象物のレーザスペックル画像を得る装置において、被測定対象物の材質などに起因するスペックル画像の画質低下を可及的に抑制する。
【解決手段】被測定対象物(20)表面の観察領域(21)に向けてコヒーレント光を投光する投光部(10)と、被測定対象物表面の観察領域で拡散反射した上記コヒーレント光を受光する受光部(30)と、被測定対象物表面から受光部以外の方向に伝播するコヒーレント光を被測定対象物表面の観察領域に戻す反射部(41)と、受光部における受光状態に基づいて被測定対象物の状態を検出する検知部(50)と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象物の表面にコヒーレント光を照射して対象物の状態を検出する状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの光を被測定対象物に向けて照射し、対象物の表面あるいは内部構造において拡散反射された拡散反射光を受光（撮像）し、受光画像に基づいて当該表面あるいは内部構造の情報を得る物体の状態検査装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の異物検査装置は、被測定対象物表面にコヒーレント光を投光し、当該被測定対象物表面からの拡散反射波によるフーリエ変換パターン（干渉縞模様）をＣＣＤカメラによって画像信号に変換する。そして、被測定対象物表面の異物の有無によって、フーリエ変換パターンに変化が生じることを利用して異常を検出する。
また、特許文献２に記載の変位検出装置は、ワーク面に対して略垂直にレーザ光を照射する同軸落射照明によってスペックル画像（干渉縞模様）を得ることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−４５８６２号公報
【特許文献２】特開２００６−３００７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、被測定対象物の表面にコヒーレント光を照射し、当該表面からの拡散反射光によるスペックル画像をＣＣＤカメラによって観察することにより対象物の状態を検出することができる。これは、被測定対象物表面の凹凸パターン等と干渉縞模様との間に一定の関係があることによる。
【０００６】
しかしながら、被測定対象物の状態によってＣＣＤカメラに拡散反射光量が十分に得られない場合が生じ得る。例えば、被測定対象物が透明体のような場合には透過光量が大きいため拡散反射光量は減少する。このような場合にはＣＣＤカメラに形成されるスペックル画像の明瞭さ（画像信号のＳ／Ｎ）は低下する。また、被測定対象物表面が鏡面加工されて投光の大部分を正反射する場合にも拡散反射光量は減少する。
【０００７】
このような場合、コヒーレント光の光源（レーザ光源）を増設したり、コヒーレント光の光源自体の光量を増大することによってＣＣＤカメラの受光光量を増加させることが考えられる。また、ＣＣＤカメラの露光時間を増やしてカメラの感度（蓄積光量）を上げることも考えられる。
しかしながら、コヒーレント光の光源の増設は設置スペースを要し、装置構成が複雑化して運用を煩雑にする。また、コヒーレント光の光源をよりパワーの大きいものに変更することは装置（レーザ装置）の大型化、レーザ出力のクラスによる法的規制、コストの増大等を招来する。また、ＣＣＤカメラの露光時間を増加した場合には、被測定対象物に対する計測速度が低下して状態検出装置の応用範囲（被測定対象物の移動速度検出計、被測定対象物の移動量・移動方向検出器など）が狭くなる。
【０００８】
よって、本発明は被測定対象物の材質などに起因するスペックル画像の画質の低下を可及的に抑制し得るようにした状態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】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の状態検出装置の一態様は、被測定対象物表面の観察領域に向けてコヒーレント光を投光する投光部と、上記被測定対象物表面の観察領域で拡散反射した上記コヒーレント光を受光する受光部と、上記被測定対象物表面から上記受光部以外の方向に伝播する上記コヒーレント光を上記被測定対象物表面の観察領域に戻す反射部と、上記受光部における受光状態に基づいて上記被測定対象物の状態を検出する検知部と、を備える。
【００１０】
かかる構成によれば、反射部によって被測定対象物表面から受光部以外の方向に伝播するコヒーレント光を再び観察領域に集めて投光光量を増大させるので受光部における拡散反射光の受光光量が増大する。それにより、被測定対象物が透明体であるような反射光量の少ないものであっても受光部において所要の画像を形成可能となる。また、被測定対象物の表面が研磨加工などによって鏡面体に近いものとなっている場合にも受光部における画像のコントラストが低下するが、観察領域から受光部に到達する拡散反射光の光量を増大させることによって所要の画像を形成することが可能となる。
【００１１】
好ましくは、上記反射部の位置は、上記被測定対象物表面の観察領域で正反射した上記コヒーレント光が伝播する方向及び上記被測定対象物表面の観察領域から上記コヒーレント光が当該被測定対象物を透過して伝播する方向のうち少なくともいずれかの方向に存在する。それにより、比較的に光量の大きい正反射光及び透過光を観察領域の投光に再度利用することができる。
【００１２】
好ましくは、上記投光部はレーザ光源であり、上記受光部は撮像装置であり、上記検出部は上記撮像装置で撮影されたスペックル像を読み取るものである。それにより、被測定対象物の観察領域の表面状体に対応したレーザスペックル像が得られる。このレーザスペックル画像を追跡すると、被測定対象物の移動方向、移動量などを判別することができる。また、観察領域における標準状態のレーザスペックル像と現在のレーザスペックル像とを比べることによって異物の存在などを判別することができる。
【００１３】
また、本発明の状態検出装置の一態様は、被測定対象物表面の観察領域に対して略垂直にコヒーレント光を投光する投光部と、上記被測定対象物表面の観察領域で拡散反射した上記コヒーレント光を受光する受光部と、上記投光部が投射するコヒーレント光の光軸上に存在し、上記被測定対象物表面の観察領域で正反射した上記コヒーレント光を当該観察領域に戻す反射部と、上記受光部における受光状態に基づいて上記被測定対象物の状態を検出する検知部と、を備える。
【００１４】
かかる構成とすることによって、投光の光学系あるいは拡散反射光の光学系の光軸と同軸上に反射部を配置することが可能となり、装置構成を小型化することが可能となる。
【００１５】
好ましくは、上記反射部はミラーであり、当該ミラーの幅は上記観察領域から拡散反射されるコヒーレント光の幅よりも狭く、上記観察領域から正反射するコヒーレント光の幅よりも大きい、それにより、正反射光による投光量を増大しつつ拡散反射項の減少を可及的に回避することが可能となる。
【００１６】
好ましくは、上記ミラーはミラー凸レンズ又はミラー凹レンズである。それにより、平面反射ミラーの場合に比べて光束の乱れ（拡散）を防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の状態検出装置によれば、受光部以外の部分に拡散する光（画像形成に使用されない光）を投光として活用するのでコヒーレント光の光源自体のパワーを増大させることなく受光部における受光光量を増加させることが可能となる。これは、被測定対象物が透明である場合に好都合である。また、非透明体である場合には、投光部の投光の光量を下げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例を説明する説明図である。
【図３】本発明の第３の実施例を説明する説明図である。
【図４】本発明の第４の実施例を説明する説明図である。
【図５】本発明の第５の実施例を説明する説明図である。
【図６】本発明の第６の実施例を説明する説明図である。
【図７】本発明の第７の実施例を説明する説明図である。
【図８】基本構成例を説明する説明図である。
【図９】本発明の第１の実施例をより具体的な構成で説明する説明図である。
【図１０】本発明の第８の実施例を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第９の実施例を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第１０の実施例を説明する説明図である。
【図１３】本発明の第１１の実施例を説明する説明図である。
【図１４】本発明の第１２の実施例を説明する説明図である。
【図１５】本発明の第１３の実施例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。各図において対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
本発明においては、被測定対象物表面の観察領域に向けてコヒーレント光であるレーザ光を投光する投光部と、被測定対象物表面の観察領域で拡散反射したレーザ光によるレーザスペックル画像（干渉縞模様）を受光する受光部と、被測定対象物表面から受光部以外の方向に伝播するレーザ光を被測定対象物表面に戻す反射部と、を備える。そして、レーザスペックル画像の形成に寄与しない観察領域からの正反射光や透過光を観察領域の照明として利用し、受光部への拡散反射光量を増大させ、スペックル画像の画質を向上させる。
【００２０】
（基本構成例）
まず、本発明の理解を容易にするために基本構成例について説明する。図８は、スペックル画像を得る装置を説明する説明図である。
同図に示すように、投光部１０から投光１１が被測定対象物２０の表面に設定された観察領域２１に照射される。被測定対象物２０の観察領域２１の上方であって当該観察領域２１の平面に対して略垂直な方向に受光部３０としてのＣＣＤカメラ（３０）が配置されている。
【００２１】
投光部１０は、例えば各種のレーザ光源であり、投光１１はレーザ光（コヒーレント光）である。投光１１の一部は観察領域で正反射して正反射光１２となる。ここで、正反射は観察領域２１の法線に対する入射光の入射角度と反射光の反射角度が等しい反射を意味する。また、投光１１の一部は観察領域で拡散し反射する。この拡散反射光の一部は拡散反射光１４としてＣＣＤカメラ３０に入射する。拡散反射光１４は観察領域２１の表面の微小な凹凸からの反射成分の合成によってレーザスペックル画像（干渉縞模様）を形成する。拡散反射光１４は観察領域２１の表面の微小な凹凸パターンによって変調されたものとなる。ＣＣＤカメラ３０は光学的なレーザスペックル画像を画像信号に変換して後述の画像処理装置５０（図７参照）に供給する。
【００２２】
画像処理装置５０は、例えば、ある時点で読み取った観察領域２１のスペックル画像を目印として追跡することにより被測定対象物２０の相対的な移動を検出する。
【００２３】
（基本構成における不具合）
このように構成される基本構成例では、被測定対象物２０が透明フィルムなどの透明体である場合、投光１１の多くが被測定対象物２０を突き抜ける透過光１３となって被測定対象物２０の下方に伝播し、ＣＣＤカメラ３０に入射する拡散光成１４の光量が大きく減少する。このため、ＣＣＤカメラ３０で撮像されるスペックル画像が不鮮明になったり、スペックル画像が形成されなくなるなどの不具合が生じ得る。
【００２４】
（実施例１）
図１は本発明の第一の実施例を示している。この実施例では透過光を投光として再度利用することによってＣＣＤカメラにおける入射光量（スペックル画像の光量）を増加させている。
実施例１においても図８の基本構成を備えている。すなわち、投光部１０から投光１１が透明体である被測定対象物２０の表面に設定された観察領域２１に照射される。ここで「透明体である被測定対象物２０」とは被測定対象物２０が投光１１の一部を通過させるものであることを意味する。この被測定対象物２０の観察領域２１の上方であって観察領域２１の平面に対して略垂直な方向にＣＣＤカメラ（後述）などが受光部３０として配置されている。受光部３０としてはリニアセンサなどであっても良い。この場合には、投光１１のスポットに対して被測定対象物２０が相対的に移動するように構成されて２次元画像が形成される。
【００２５】
既述のように投光部１０は、例えばレーザ光源である。投光１１はレーザ光（コヒーレント光）である。被測定対象物２０が透明体である場合、投光１１の多くが被測定対象物２０を通過する透過光１３ａとなる。投光１１の一部は観察領域２１で正反射して正反射光１２となる。また、投光１１の一部は観察領域２１で拡散し反射する。この拡散反射光の一部は拡散反射光１４としてＣＣＤカメラ３０に入射する。ＣＣＤカメラ３０はスペックル画像を画像信号に変換する。
【００２６】
本実施例では、図８の構成において、「投光部１０の投光１１の光量＞透過光１３の光量＞正反射光１２の光量＞拡散光１４の光量」になっていることに着目する。実施例１では、このうち透過光１３を再利用（活用）する。このため被測定対象物２０の裏面側に透過光１３ａを被測定対象物２０の表面の観察領域２１に戻す反射部４１が設けられている。
【００２７】
反射部４１は、後述のように、例えば、透過光の反射ミラー４１によって構成される。ミラー４１は入射する透過光１３ａの伝播方向に対応して設けられる。ミラー４１は透過光１３ａの伝播方向が鏡面の法線方向となるように設置され、透過光１３ａを反射して反射透過光１３ｂを形成する。ミラー４１は複数のミラーによって透過光１３ａを回帰（再帰）反射させるもの（回帰あるいは再帰回帰反射ミラー）であっても良い。以下に述べる他の実施例においても同様である。
【００２８】
このように実施例１では、反射透過光１３ｂは被測定対象物２０の裏面側から表面の観察領域２１を照射する投光として作用する。この反射透過光１３ｂが加わることによって拡散反射光１４の光量が増大し、より明瞭なスペックル画像が形成される。なお、反射透過光１３ｂが加わることによって光の干渉が変化してスペックル画像が変わるが、新たなスペックル画像を対象とする画像処理を行うことで被測定対象物２０の移動速度や相対的位置変化などを検出することができる。
【００２９】
図９は、上述した実施例１の構成（図１）をより具体的に示したものである。後述の図２乃至図６の実施例も同様に表現することができる。
投光部１０は、レーザ光光源１０２、レーザ光を所定幅の平行光の光束とするレンズ１０４を含んで構成されている。平行光光束は投光１１として透明体である被測定対象物２０の表面に設定された観察領域２１に照射される。投光１１の照射範囲（光スポット）を観察領域２１とすることができる。また、図示しないアパーチャ（開口部）を設けて投光１１を通過させ、投光１１の光スポットの幅（外形）を制限しても良い。受光部３０は、例えば、ＣＣＤカメラによって構成され、撮像素子（ＣＣＤ）３０２と拡大（投影）レンズ３０４を備えている。レンズ３０４は、その光軸３０４ａが被測定対象物２０の観察領域２１に対して略垂直となるように配置されている。
【００３０】
投光１１の一部は透明な被測定対象物２０を通過して透過光１３となり、反射ミラー４１で反射されて被測定対象物２０の観察領域２１に戻る。既述のように、透過光１３はミラー４１に入射する透過光１３ａとミラー４１で反射される反射透過光１３ｂとで構成される。また、投光１１の一部は観察領域２１で正反射して正反射光１２となる。また、投光１１の一部は観察領域２１で拡散し反射する。この拡散反射光の一部はレンズ３０４を通過し拡散反射光１４として撮像素子３０２に入射する。撮像素子３０２は拡散反射光１４により形成されるレーザスペックル画像を画像信号に変換し、画像処理回路５０（図４参照）に供給する。
【００３１】
（実施例２）
図２は、本発明の第二の実施例を示している。同図において、図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
この実施例においては、「投光部１０の投光１１の光量＞透過光１３の光量＞正反射光１２の光量＞拡散光１４の光量」に着目し、実施例１の透過光１３に加えて正反射光１２も投光として利用する。このため、図２に示すように投光部１０及び受光部３０の構成に加えて、透明体である被測定対象物２０の裏面側に透過光１３ａを反射させる反射部（４１）としての透過光の反射ミラー４１が配置される。また、被測定対象物２０の表側に正反射光１２ａを反射させる反射部（４２）としての正反射光の反射ミラー４２が配置される。ミラー４２はその鏡面の法線が正反射光１２ａの伝播方向となるように配置される。
【００３２】
ミラー４１は透過光１３ａを反射させて反射透過光１３ｂを形成し、これを観察領域２１の投光として戻す。また、ミラー４２は正反射光１２ａを反射させて逆反射光１３ｂを形成し、これを観察領域２１の投光として戻す。ミラー４２は既述回帰反射ミラーで構成しても良い。以下に述べる他の実施例においても同様である。実施例２の他の構成は実施例１と同様である。
【００３３】
この実施例２の構成によれば、ロスとなっていた透過光の光量及び正反射光の光量の２つが観察領域２１の投光として利用される。この結果、被測定対象物２０の観察領域２１を照射する投光の光量が増大し、ＣＣＤカメラ３０に入射する拡散反射光１４の光量が増大し、より鮮明なスペックル画像を得ることが可能となる。
【００３４】
（実施例３）
図３は、本発明の第三の実施例を示している。この実施例３では、実施例１における投光部１０と反射部４１の位置を入れ替えている。すなわち、投光部１０を透明体である被測定対象物２０の裏面側に配置し、反射部４１を被測定対象物２０の表面側に配置している。他の構成は実施例１と同様である。
このような被測定対象物２０の裏面側から投光１１を付与する構成としたものにおいて、透過光１３ａを拡散反射光１４の光量増大に利用することができる。
【００３５】
（実施例４）
図４は、本発明の第四の実施例を示している。この実施例４では、実施例２における投光部１０と反射部４１の位置を入れ替えている。また、投光部１０の透明な被測定対象物２０の裏面側への配置に対応して正反射光を反射する反射ミラー４２を裏面側に配置している。他の構成は実施例２と同様である。
このような被測定対象物２０の裏面側から投光１１を付与する構成としたものにおいて、透過光１３ａ及び反射光１２ａを拡散反射光１４の光量増大に利用することができる。
【００３６】
（実施例５）
図５は、本発明の第五の実施例を示している。この実施例５では、透明体である被測定対象物２０の裏面側に投光部３０とミラー４２とを配置している。投光部１０による投光１１と正反射光１２ａによって観察領域２１を照射し、観察領域２１で形成される拡散反射光１４によるスペックル画像をＣＣＤカメラ３０によって画像信号に変換している。
このような構成においても、投光１１に正反射光１２ａが加わるので拡散反射光１４の光量が増大する。
【００３７】
（実施例６）
図６は、本発明の第六の実施例を示している。この実施例６では、被測定対象物２０は透明体又は表面が鏡面に近いものである。鏡面に近いものとは、例えば、表面が研磨加工された金属材料や表面に金属が蒸着された樹脂フィルムなどである。
この実施例では、被測定対象物２０の表面側に投光部１０とミラー４２とを配置している。投光部１０による投光１１と正反射光１２ａによって観察領域２１を照射し、観察領域２１で形成される拡散反射光１４によるスペックル画像をＣＣＤカメラ３０によって画像信号に変換している。
このような構成においても、投光１１に正反射光１２ａが加わるので拡散反射光１４の光量を増大させ、より鮮明なスペックル画像を得ることが可能である。
【００３８】
（実施例７）
図７は、上述した各実施例のＣＣＤカメラ３０の画像信号を信号処理して種々の判断を行う検出部として機能する画像処理装置５０を説明する説明図である。画像処理装置５０は専用に作成された制御回路や、市販されているマイクロコンピュータシステム（またはこれに対し、適宜必要なキャプチャ機能などを付加したシステム）などによって構成される。画像処理装置５０は、例えば、ある時点で読み取った被測定対象物２０の観察領域２１のスペックル画像を参照スペックル画像として記憶する。被測定対象物２０が微小移動するときに現在のスペックル画像を読み取り、参照スペックル画像と現在のスペックル画像とを比較してマッチングするパターンの変位に基づいて被測定対象物２０の移動量や移動方向を検出する。
【００３９】
（同軸落射照明）
次に、状態検出装置の投光部を同軸落射照明により構成する場合について説明する。上述した実施例１乃至６では、被測定対象物２０の観察領域２１に対して斜めに投光１１を照射している。この場合、被測定対象物２０が移動などに伴って上下方向に変位すると、投光１１の光スポットによって照射される観察領域２１の外縁が水平方向に移動し、スペックル画像が変化することが考えられる。これは画像処理において誤検出の原因となり得る。そこで、上述した特開２００６−３００７６３号公報に記載の発明は、被測定対象物を観察するＣＣＤカメラの光軸方向から投光を観察領域に略垂直に付与する同軸落射照明による照明光学系を提案している。このような同軸落射照明を採用した状態検出装置にも本発明を適用することができる。
【００４０】
（実施例８）
図１０は、本発明の第８の実施例を示している。この実施例８では、状態検出装置の照明光学系に同軸落射照明を採用し、この同軸落射照明の光学系に反射部を配置してスペックル画像を形成している。
図１０（Ａ）において、投光部１０は被測定対象物２０の表面の観察領域２１に対して略垂直に投光（レーザ光）１１を投光する。受光部３０は観察領域２１に対して略垂直な方向に配置され、観察領域２１で拡散反射したレーザ光を受光する。受光部３０は所定の画像処理を行う検知部（図７参照）に接続され、被測定対象物の状態の判別が行われる。
【００４１】
投光部１０は、レーザ光を下方に出射するレーザ光源１０２と、出射されたレーザ光を平行光線束の投光１１にするコリメートレンズ１０４と、投光１１の向きを横方向に変える反射ミラー１０６と、横方向の投光１１の向きを下方に変えて観察領域２１を略垂直方向から照射させるハーフミラー１０８と、を含む。
【００４２】
受光部３０は、例えば、ＣＣＤカメラによって構成され、スペックル画像を画像信号に変換する撮像素子（ＣＣＤ）３０２と、撮像素子３０２に光学像を形成するレンズ３０４を含む。投光１１は被測定対象物２０の観察領域２１の表面の微小凹凸で拡散反射する。拡散反射光の一部はハーフミラー１０８、レンズ３０４を通過して撮像素子３０２に入射し、レーザスペックル画像を形成する。
【００４３】
撮像素子３０２の光軸上であってレンズ３０４と撮像素子３０２の間に反射部としてのミラー凸レンズ４０２が配置されている。ミラー凸レンズ４０２は観察領域２１で正反射されてハーフミラー１０８及びレンズ３０４を通過した正反射光１２を観察領域２１に戻す。正反射光１２は平行光線束であるので回折画像（スペックル画像）の形成には寄与しない。ここで、ミラーレンズ４０２の幅は、例えば、ミラーレンズ４０２の表面を照射する正反射光１２のスポット幅よりも大きく、観察領域２１を照射する平行光線束１１の幅よりも狭く設定される。それにより、ミラーレンズ４０２の存在がスペックル画像の形成に可及的に影響しないようにする。
【００４４】
なお、図１０（Ｂ）に示すように、反射部４０２を平面ミラーではなくミラー凸レンズ（又は後述のようにミラー凹レンズ）とするのは、レンズ３０４を通過した正反射の光束は平坦なミラー面に対して斜めに入射するので元の方向に戻らなくなるからである。
ミラーレンズ４０２はスペックル画像の形成に寄与しない正反射成分１２を観察領域２１に戻して同領域の照明光として利用することによりスペックル画像の光量が増加する。それにより、透明体や鏡面体の被測定対象物のスペックル画像をより鮮明にすることが可能となる。
【００４５】
（実施例９）
図１１は、本発明の第九の実施例を示している。図１１において図１０（実施例８）と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
実施例９では、投光部１０のレーザ光源１０２をハーフミラー１０８の側方に配置している。ハーフミラー１０８の側方からレーザ光を照射する構成とすることによってミラー１０６を省略している。他の構成は実施例８（図１０）と同様であるので説明を省略する。
【００４６】
かかる構成においてもミラーレンズ４０２がスペックル画像の形成に寄与しない正反射光１２を観察領域２１に戻して同領域の照明光とする。それによりスペックル画像の光量が増加し、透明体や鏡面体の被測定対象物２０のスペックル画像をより鮮明にすることが可能となる。
【００４７】
（実施例１０）
図１２は、本発明の実施例１０を示している。図１２において図１０（実施例８）と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
この実施例では、ハーフミラー１０８をレンズ３０４の上方に配置している。このため、全反射ミラー１０６とハーフミラー１０８との間にリレーレンズ１１０を設けてレンズ３０４から被測定対象物２０の観察領域２１に対して略垂直に投光１１が入射するようになされている。また、反射部としてミラー凹レンズ４０４を使用している。ミラー凹レンズ４０４はレンズ３０４の光軸上であってハーフミラー１０８と撮像素子３０２の間に配置されている。他の構成は図９と同様である。
【００４８】
この構成では、投光１１は観察領域２１の表面の微小凹凸で拡散反射する。拡散反射光１４の一部はレンズ３０４、ハーフミラー１０８を通過して撮像素子３０４に入射し、レーザスペックル画像を形成する。また、投光１１の一部は観察領域２１の表面で正反射してレンズ３０４の光軸に沿って直進し、レンズ３０４、ハーフミラー１０８を通過しミラー凹レンズ４０４に入射する（０次光）。この０次光成分は１次光、２次光などと比べて比較的に光量が大きい。ミラー凹レンズ４０４はこの光軸に沿った成分（０次光）を観察領域２１に戻して照明光として利用する。０次光成分は回折画像の形成には寄与しないのでミラー凹レンズ４０４を光軸上に配置したことによるスペックル画像への影響は少ない。ここで、ミラー凹レンズ４０４の幅は、例えば、ミラー凹レンズ４０４の表面を照射する正反射光１２のスポット幅よりも大きく、観察領域２１を照射する平行光線束１１の幅よりも狭く設定される。それにより、ミラー凹レンズ４０４の存在がスペックル画像の形成に可及的に影響しないようにする。
【００４９】
かかる構成においてもミラーレンズ４０４がスペックル画像の形成に寄与しない正反射光１２を観察領域２１に戻して同領域の照明光とする。それによりスペックル画像の光量が増加し、透明体や鏡面体の被測定対象物２０のスペックル画像をより鮮明にすることが可能となる。
【００５０】
（実施例１１）
図１３は、本発明の実施例１１を示している。図１３において図１２（実施例１０）と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
実施例１１では、投光部１０のレーザ光源１０２をハーフミラー１０８の側方に配置している。レーザ光源１０２から出射したレーザ光はリレーレンズ１１２によってハーフミラーに１０８に導出され、レンズ３０４を通過して投光１１として観察領域２１に入射する。ハーフミラー１０８の側方からレーザ光を照射する構成とすることによってミラー１０６を省略している。他の構成は実施例１０（図１２）と同様であるので説明を省略する。
【００５１】
かかる構成においてもミラーレンズ４０２がスペックル画像の形成に寄与しない正反射光１２（０次光）を観察領域２１に戻して同領域の照明光とする。それによりスペックル画像の光量が増加し、透明体や鏡面体の被測定対象物２０のスペックル画像をより鮮明にすることが可能となる。
【００５２】
（実施例１２）
図１４は、本発明の実施例１２を示している。図１４において図１２（実施例１０）と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
実施例１２では、図１２に示される撮像素子３０２の位置に反射ミラー３０６を配置し、撮像素子３０２をハーフミラー１０８の右側方に配置している。反射ミラー３０６を設けて拡散反射光の光路１４を折り返し、拡散反射光をハーフミラー１０８、撮像素子３０２と伝播させることによって拡散反射光の光学的距離を短くし、装置構成の小型化を図っている。
【００５３】
（実施例１３）
図１５は、本発明の実施例１３を示している。図１５において図１３（実施例１１）と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
実施例１４では、投光部１０のレーザ光源１０２をハーフミラー１０８の側方に配置している。また、実施例１２と同様に、図１３に示される撮像素子３０２の位置に反射ミラー３０６を配置し、撮像素子３０２をハーフミラー１０８の右側方に配置している。反射ミラー３０６を設けて拡散反射光の光路１４を折り返し、拡散反射光をハーフミラー１０８、撮像素子３０２へと伝播させることによって拡散反射光の光学的距離を実質的に短くし、装置構成の小型化を図っている。
【００５４】
（実施例の効果）
上述した本発明の各実施例は、投光１１に加えて透過光１３や正反射光１２をも被測定対象物２０の観察領域２１の照明に活用するので、被測定対象物２０が透明な材料であって投光１１が突き抜けてしまい、撮像素子３０２に入射する拡散反射光１４の光量が減少する場合や、被測定対象物２０が鏡面に近い状態であって反射光量が大きくて撮像素子３０２に入射する拡散反射光１４の光量が減少する場合などにも照明光不足を回避してレーザスペックル画像を形成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、レーザスペックル画像の検出部や状態検出装置として用いて好適であり、被測定対象物の移動距離、移動方向、移動速度、パターンの検出などに使用して好都合である。
【符号の説明】
【００５６】
１０投光部（レーザ光源）、１１投光、１２，１２ａ，１２ｂ正反射光、１３，１３ａ，１３ｂ透過光、１４拡散反射光、２０被測定対象物、２１観察領域、３０受光器、３０２撮像素子（ＣＣＤカメラ）、４１，４２反射部（反射ミラー）、５０画像処理装置、１０２撮像素子、１０４コリメートレンズ、１１０，１１２リレーレンズ、３０４拡大レンズ、１０６，１０８，３０６ミラー、

【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物表面の観察領域に向けてコヒーレント光を投光する投光部と、
前記被測定対象物表面の観察領域で拡散反射した前記コヒーレント光を受光する受光部と、
前記被測定対象物表面から前記受光部以外の方向に伝播する前記コヒーレント光を前記被測定対象物表面の観察領域に戻す反射部と、
前記受光部における受光状態に基づいて前記被測定対象物の状態を検出する検知部と、
を備える状態検出装置。
【請求項２】
前記反射部の位置は、前記被測定対象物表面の観察領域で正反射した前記コヒーレント光が伝播する方向及び前記被測定対象物表面の観察領域から前記コヒーレント光が当該被測定対象物を透過して伝播する方向のうち少なくともいずれかの方向に存在する、請求項１に記載の状態検出装置。
【請求項３】
前記投光部はレーザ光源であり、前記受光部は撮像装置であり、前記検出部は前記撮像装置で撮影されたスペックル像を読み取るものである、請求項１又は２に記載の状態検出装置。
【請求項４】
被測定対象物表面の観察領域に対して略垂直にコヒーレント光を投光する投光部と、
前記被測定対象物表面の観察領域で拡散反射した前記コヒーレント光を受光する受光部と、
前記投光部が投射するコヒーレント光の光軸上に存在し、前記被測定対象物表面の観察領域で正反射した前記コヒーレント光を当該観察領域に戻す反射部と、
前記受光部における受光状態に基づいて前記被測定対象物の状態を検出する検知部と、
を備える状態検出装置。
【請求項５】
前記反射部はミラーであり、当該ミラーの幅は前記観察領域から拡散反射されるコヒーレント光の幅よりも狭く、前記観察領域から正反射するコヒーレント光の幅よりも大きい、請求項４に記載の状態検出装置。
【請求項６】
前記ミラーは、ミラー凸レンズ又はミラー凹レンズである、請求項５に記載の状態検出装置。

【図１】