JP2914037B2 - スペックル干渉装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスペックル干渉装置に関
し、例えばスペックル干渉縞パターン（スペックルパタ
ーン）の位相情報を高精度に検出することができる位相
情報取り出し手段を有したスペックル干渉装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より光源からのコヒーレント光を測
定物の光拡散面に照射し、該測定物より得られる干渉縞
パターン、所謂スペックル干渉縞パターンを利用した測
定装置が種々と提案されている。これらの測定装置は測
定面を選ばず非接触で行なえるので応用範囲が広い。

【０００３】そこで、もともとノイズと考えていたスペ
ックル干渉縞パターンからいかにして必要な情報を取り
出すかが、スペックルパターンの応用測定の重要な要素
となっている。

【０００４】従来よりスペックルパターンを利用した測
定装置は測定物を介したスペックル干渉縞パターンの移
動や大きさの変化を受光素子から得られた周波数信号か
らスペクトル解折し、該測定物の移動速度に比例した周
波数シフトを積分して移動量を読み取っていた。又これ
らの受光素子として多くの場合ＣＣＤを用いており、そ
の信号処理に画像処理を必要としている。

【０００５】又スペックル干渉計を利用した各種の測定
は、どのような状態の測定面でも計測できるという特徴
があるが、多様な測定面に対応するためには測定面の反
射率に合わせて参照面からの反射光量を調節しないと測
定可能な干渉縞を効果的に発生させることが難しくな
る。

【０００６】従来、スペックル干渉計を利用した測定器
は、干渉させたときのスペックル干渉縞のコントラスト
を処理が可能までに高めるために計測面とほぼ同じ程度
の反射率を持つ参照面を使用したり、ＮＤフィルターを
反射率の高い方に挿入したりして光量のバランスをとっ
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のス
ペックル干渉装置において画像処理を行う際の受光素子
と信号処理方法が複雑になるという問題点があり、さら
にＣＣＤや画像処理等の信号処理のために高速なデータ
処理が難しいという問題点があった。

【０００８】又、対象物の測定可能な移動及び変化の速
度が画像処理等の信号処理速度により制限されてしまう
という問題点があった。

【０００９】又、スペックルの性質そのものを利用する
方法では測定面が完全な粗面でなくてはならず、鏡面や
光沢面では測定が難しいという問題点があった。

【００１０】又、測定面と参照面からの反射光量を調節
する際にＮＤフィルターを用いる方法は測定面が変わる
毎に参照面やＮＤフィルターを変換しなければならず、
又連続的に光量バランスを調整するのができず干渉縞の
コントラストを効果的に向上させるのが大変難しいとい
う問題点があった。

【００１１】本発明はスペックル干渉装置において、ス
ペックル干渉縞を２方向に分け、受光素子の前にスペッ
クル干渉縞パターンに対応した適切な物理的な窓を配置
し、その窓を開け閉めして同位相のスペックル干渉縞パ
ターンを選択することにより、簡単でしかも高速な受光
素子と信号処理で、スペックル干渉パターンから必要と
する位相情報を効果的に取り出すことのできる位相情報
取り出し手段を有したスペックル干渉装置の提供を目的
とする。

【００１２】この他本発明は測定面が粗面でも鏡面でも
高精度な測定ができること、又測定面と参照面からの反
射光の光量比を容易にしかも迅速に調整することができ
測定面の反射率が種々と変化しても高いコントラストの
スペックル干渉縞が容易に得られ常に高精度な測定が可
能なスペックル干渉装置の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のスペックル干渉
装置は、 （１−イ）光源からの光束を複数の光束に分割し、この
うち１つの光束を測定面、他の１つの光束を参照面を介
した後に各々重ね合わせてスペックル干渉縞パターンを
形成するスペックル干渉装置において、該スペックル干
渉縞パターンのうち同位相の領域を抽出する窓を有する
空間的なフィルターを光路中に配置し、該フィルターに
より同位相のスペックル干渉縞パターンを形成したこと
を特徴としている。

【００１４】特に本発明では、前記スペックル干渉縞パ
ターンに基づく光束をビームスプリッターで２つに分割
し、分割した各々の光路中に前記フィルターを配置し、
該フィルターを介して形成した２つのスペックル干渉縞
パターン間に９０度の位相差がつくようにしたことを特
徴としている。

【００１５】（１−ロ）光源からの光束を複数の光束に
分割し、このうち１つの光束を測定面、他の１つの光束
を参照面を介した後に各々重ね合わせてスペックル干渉
縞パターンを形成するスペックル干渉装置において、該
スペックル干渉縞パターンのうち同位相の領域を抽出す
る窓を有する空間的なフィルターを光路中に配置し、該
フィルターにより同位相のスペックル干渉縞粒子を抽出
する際、対象とするスペックル干渉縞粒子の位置移動を
追跡し、該スペックル干渉縞粒子に対応する該フィルタ
ーの窓を該スペックル干渉縞粒子の移動に合わせて切り
替えるようにしたことを特徴としている特に本発明で
は、前記フィルターの窓の開閉に際して、開く窓と閉じ
る窓を同数とし、かつ同時に行っていることや、前記ス
ペックル干渉縞粒子の初期位相を計測するエリアセンサ
ーを有しており、該エリアセンサーにより、該スペック
ル干渉縞粒子の追跡の為の移動を読み取っていること等
を特徴としている。

【００１６】（１−ハ）光源からの光束を光分割器によ
り複数の光束に分割し、このうち１つの光束を測定面、
他の１つの光束を参照面を介した後に各々重ね合わせて
スペックル干渉縞パターンを形成するスペックル干渉装
置において、該スペックル干渉縞パターンのうち同位相
の領域を抽出する窓を有する空間的なフィルターを光路
中に配置し、該フィルターにより同位相のスペックル干
渉縞パターンを形成する際、該光源と該光分割器との間
の光路中に１／２波長板を回動可能に配置し、該１／２
波長板を回動させることにより、該測定面と該参照面に
入射する光の光量比を調整したことを特徴としている。

【００１７】特に本発明では、前記測定面と参照面から
の反射光量が等しくなるように前記１／２波長板の回動
操作を自動的に行っていることを特徴としている。

【００１８】 （１−ニ）光源からの光束を複数の光束に分割し、この
うち１つの光束を測定面、他の１つの光束を参照面を介
した後に各々重ね合わせてスペックル干渉縞パターンを
形成するスペックル干渉装置において、該スペックル干
渉縞パターンのうち同位相の領域を抽出する窓を有する
空間的なフィルターを光路中に配置し、該フィルターに
より同位相のスペックル干渉縞パターンを形成する際、
該参照面を該光源からの光束の波長の１／２の長さに相
当する距離を移動させたときのスペックル干渉縞粒子の
明暗変化をエリアセンサーで検出し、該エリアセンサー
からの信号を用いてスペックル干渉縞粒子の１つ１つの
初期位相を計測したことを特徴としている。 （１−ホ）光源からの光束を分割し、分割した光束の一
つを測定面に、分割した光束の他の一つを参照面に導い
た後に互いを合波してスペックル干渉縞パターンを形成
するスペックル干渉装置において、該スペックル干渉縞
パターンの内の特定領域を選択して検出するための選択
手段を有し、該選択手段によって該スペックル干渉縞パ
ターン中の同位相領域を抽出して検出可能としたことを
特徴としている。特に、前記選択手段は、前記スペック
ル干渉縞パターンを検出する為に光路中に配置された、
複数の窓を有し且つ該窓の各々の開け閉めを制御可能な
空間フィルターを有することを特徴としている。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。同図はスペックル干渉装置においてスペックル干渉
縞パターンより位相情報を取り出し測定物の移動量（移
動情報）を計測する場合を例にとり示している。

【００２０】図中１はレーザーで波長λのコヒーレント
光を放射している。２はλ／２板、１０１はビームエク
スパンダーであり、２つのレンズ３，４を有し、レーザ
ー１からの光束を拡大し平行光束としている。５，６は
各々偏光ビームスプリッターであり、所定方向の直線偏
光を透過及び反射させている。

【００２１】７，８，９は各々λ／４板である。１０は
測定物の光拡散面（測定面）である。１１は参照面であ
り滑らかな平面より成っている。１２，１３は物理的な
窓を一つあるいは複数個もつ空間的なフィルター、１
４，１５は受光素子で例えばフォトダイオードより成っ
ている。

【００２２】１６は物理的な窓の開け閉めを制御するコ
ントローラ、１７，１８は電気信号の振幅やオフセット
を合わせるバッファアンプ、１９は電気信号の位相を分
割して分解能を上げるための補間回路、２０はアナログ
信号をデジタルのパルス信号に変換するパルス化回路、
２１は移動方向を判別してアップとダウンのパルスを出
力する方向判別回路、２２はアップとダウンのパルスを
カウントするカウンタ、２３はカウンタ２２で計測した
数値を表示する表示器、２４はピエゾ素子２５を駆動す
るピエゾコントローラー、２５は参照面１１を移動させ
るピエゾ素子、２６はスペックル干渉縞パターンの選択
シーケンス等を制御するシステムコントローラ及び位相
の計算をするデータ処理部である。

【００２３】本実施例ではレーザー１からでた直線偏光
の可干渉な光（コヒーレント光）はλ／２板２を介しビ
ームエクスパンダー１０１によって広げられ平行光と
し、偏光ビームスプリッター５に入射している。このと
きλ／２板２の光軸を中心とする回転の回転角度によっ
て偏光ビームスプリッター５からの直線偏光の反射光と
透過光の強度比を調整している。

【００２４】偏光ビームスプリッター５からの反射光は
λ／４板７を通って円偏光とし測定面１０に照射され
る。測定面１０の拡散面で乱反射した光（信号光）は再
びλ／４板７を通過し前とは直交する直線偏光となり、
今度は偏光ビームスプリッター５を透過する。

【００２５】一方、ビームエクスパンダー１０１から平
行光として偏光ビームスプリッター５に入射した光のう
ち透過光はλ／４板８を通って円偏光とし参照面１１で
反射し、該反射光（参照光）は元の光路を戻している。
そしてふたたびλ／４板８を通過し、前とは直交する直
線偏光となり、今度は偏光ビームスプリッター５で反射
して、測定面１０からの信号光と一緒にしている。

【００２６】偏光ビームスプリッター５で一緒になった
測定面１０からの信号光と参照面１１からの参照光はλ
／４板９を通って円偏光とし互いに干渉させ、スペック
ル干渉縞パターンを形成している。そして偏光ビームス
プリッター６で反射光と透過光の２方向に分割しそれぞ
れのスペックル干渉縞パターンを物理的な窓を一つ又は
複数個もつ空間的なフィルター１２，１３上に導光して
いる。

【００２７】図２は本実施例の空間的なフィルター１
２，１３の説明図である。

【００２８】同図において３２，３５は各々空間的なフ
ィルターとしてのマトリックス状の液晶シャッターであ
る。３１と３４は液晶シャッター３２，３５上に描かれ
た複数のスペックル干渉縞粒子より成るスペックル干渉
縞パターンである。３３と３６は図２の液晶シャッター
３２，３５によって選択されたスペックル干渉縞パター
ンを表している。

【００２９】空間的なフィルター１２，１３は受光素子
１４，１５からの出力信号を取り込みながら空間的なフ
ィルター１２，１３の窓の開け閉めを制御する空間フィ
ルターコントローラー１６からの指令によって窓を開け
閉めしている。これによりスペックル干渉縞パターンの
うち受光素子１４，１５に入射するスペックル干渉縞パ
ターンを選択している。

【００３０】ここでフィルター１２，１３で選択される
スペックル干渉縞パターンは空間的なフィルター１２、
同じく空間的なフィルター１３上では同位相となり、空
間的フィルター１２と１３とでは互いに９０°位相がず
れている。

【００３１】図２において３１を空間的なフィルター１
２上のスペックル干渉縞パターン、液晶シャッター３２
を空間的なフィルター１２、３４を空間的なフィルター
１３上のスペックル干渉縞パターン、液晶シャッター３
５を空間的なフィルター１３とすれば、それぞれ選択し
たスペックル干渉縞パターン３３と３６との関係が９０
°の位相ずれに相当している。

【００３２】空間的なフィルター１２上のスペックル干
渉縞パターン３１と空間的なフィルター１３上のスペッ
クル干渉縞パターン３４はそれぞれ偏光ビームスプリッ
ター６からの反射光と透過光の関係なので初めから１８
０°の位相差を持ったパターンとなっている。

【００３３】本実施例においてスペックル干渉縞パター
ンの選択方法の例として参照面１１を光軸方向にλ／２
分移動させる方法が適用可能である。これにはまずフィ
ルター１２、又はフィルター１３の任意のシャッターを
一つ開け、ピエゾコントローラー２４の指令によってピ
エゾ素子２５を駆動し、参照面１１を光軸方向にλ／２
分移動させる。するとシャッターを開けた場所に対応す
るスペックル干渉縞パターンが１周期分の明暗の変化を
起こすので受光素子１４又は受光素子１５から１周期分
の正弦波信号が得られる。

【００３４】今、これをｎ等分サンプリングしてデータ
処理２６に取り込んだデータをＤ(i) とし、データ処理
２６にて作ったｓｉｎとｃｏｓの１周期をｎ等分した数
値データ列をｓｉｎ(i) ，ｃｏｓ(i) とすると、この場
所におけるスペックル干渉縞パターンの位相φは次式

【００３５】

【数１】 をデータ処理２６において計算することによって求める
ことができる。

【００３６】これを空間フィルターのシャッターを開け
る場所を替えて任意の回数繰り返すことによって同位
相、あるいは９０°位相のずれたスペックル干渉縞粒子
を複数個選択している。

【００３７】以上のスペックル干渉縞パターンの選択シ
ーケンスはシステムコントローラ２６の制御によって行
なっている。

【００３８】空間的なフィルター１２，１３で選択する
スペックル干渉縞粒子はそれぞれ一つづつでもよいが複
数個選択することによって受光素子１４，１５に入射す
る光量が増え、平均化効果によって、外乱やノイズに強
くなる。受光素子１４，１５は光量変化を電気信号の変
化に変換する働きをする。受光素子１４，１５から出力
される電気信号は測定面１０の移動によって変化し、互
いに９０°位相のずれた光が空間的なフィルター１２，
１３から透過してくるから電気信号も９０°位相のずれ
たものとなる。

【００３９】例えば受光素子１４からの電気信号が正弦
波であったとすると受光素子１５からの電気信号は９０
°位相のずれた正弦波となる。これ以降の信号処理は２
つの信号からアップ、ダウンパルスを作る一般的な処理
である。

【００４０】次にその一例を示す。受光素子１４，（１
５）からの電気信号はバッファアンプ１７（１８）を介
して補間回路１９に入る。補間回路１９では２つの９０
°位相のずれた電気信号からさらに中間の位相を作りだ
し分解能を上げる働きをする。そして次のパルス化回路
２０でパルス信号に変換したのち、方向判別回路２１で
測定面１０の移動方向を判別してアップ、ダウンのパル
スを作る。方向判別回路２１から出力されるアップ、ダ
ウンのパルスをカウンタ２２で計測し表示器２３に測定
面１０の移動量としての数値を表示している。

【００４１】本実施例では以上のようにして測定面１０
の移動情報を検出し表示している。これにより測定面が
粗面であっても鏡面もしくは光沢面であっても高精度な
測定が可能となる。

【００４２】図３は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。

【００４３】本実施例ではスペックル干渉装置を光ディ
スクドライブの光ピックアップを直接位置計測すること
に用い、光ピックアップの駆動能力及び位置決め性能の
計測に利用した光ディスクドライブ検査装置に適用した
場合を示している。

【００４４】図中５１はスペックル干渉装置、５２は光
ピックアップ、５３は光ピックアップ５２の駆動ステー
ジ、５４はディスク回転用モータ、５５は光ディスク、
５６はスペックル干渉装置５１のデータ処理をするスペ
ックル干渉コントローラー、５７はピックアップ位置決
めコントローラであり、駆動ステージ５３を駆動して光
ピックアップ５２のトラッキングと位置決めを制御して
いる。５８はディスク回転用モータ５４の回転を制御す
るコントローラー、５９は光ディスクシステムをコント
ロールする光ディスクメインコントローラー、６０は計
測のアルゴリズムを指令し計測データを集計する計測シ
ステムである。

【００４５】本実施例においては計測システム６０は光
ピックアップ５２を検査用のアルゴリズムで移動と位置
決めを行なうように光ディスクメインコントローラー５
９に指令を送る。

【００４６】次に光ディスクメインコントローラー５９
はディスク回転コントローラー５８とピックアップ位置
決めコントローラー５７に位置決めサーボを行なうよう
に指示する。ピックアップ位置決めコントローラー５７
は光ディスクメインコントローラー５９の指示に基づき
駆動ステージ５３を移動させピックアップ５２からのト
ラッキング信号を読み取りながら位置決めサーボを行な
う。これらの一連の位置決め動作をスペックル干渉装置
５１を通してスペックル干渉コントローラー５６で読み
取りデータを計測システム６０に送る。

【００４７】計測システム６０はスペックル干渉装置か
ら得られた光ピックアップ５２の位置情報から演算処理
を行ない、位置決め再現性や位置決め時間、位置決め時
のサーボ振動や共振周波数などといった計測結果を出力
し、光ディスクシステムの検査及び評価を行なう。

【００４８】この場合、光ピックアップ５２の動き情報
をスペックル干渉装置５１で直接読み取ることによって
駆動ステージ５３の変形や誤差を含まない光ピックアッ
プ５２の位置そのものを読み取ることができ、また光ピ
ックアップ５２の計測部分にミラーを張り付けて本来軽
い光ピックアップ５２を不必要に重くし、通常の使用状
態とは違う条件で測定してしまうこともなくなる。

【００４９】更に本発明のスペックル干渉装置は画像処
理といった計測サンプリングの速度を遅くする要因がな
いのでサーボ振動や共振といった計測系の応答が早くな
ければ測定できない計測も可能である。もちろん光ピッ
クアップ５２にミラーを張り付けるといった特別の処理
が必要ないので検査効率も高くなる。

【００５０】尚、本発明はこの他各種部品の形状測定や
モーター等の回動軸振れ測定や振動測定等、一般的な変
位計として、又はステージ等の位置決め用のセンサーと
しても同様に適用可能である。

【００５１】図４は本発明の実施例３の要部概略図であ
る。図４において図１で示した要素と同一要素には同符
番を付している。

【００５２】本実施例は図１の実施例１に比べて、測定
中のスペックル干渉縞粒子の位置移動に対応して空間フ
ィルターの窓を変更している点が異なっており、これに
よりスペックル干渉縞の位相情報を抽出し、測定面が粗
面であっても鏡面であっても実施例１と同様に高精度の
測定ができるようにしている。

【００５３】次に本実施例の構成の特徴について説明す
る。

【００５４】図中、符番１〜２６に示す各要素は図１で
示した要素と同じである。２７はハーフミラー、２８は
スペックル干渉縞粒子（スペックル干渉縞パターンを構
成する１つのパターン）の初期位相を計測するためのエ
リアセンサー、２９はエリアセンサー２８を駆動するた
めのエリアセンサーコントローラー、３０はエリアセン
サーのアナログ出力をデジタル変換するＡ／Ｄコンバー
ター、２０２７はλ／２板２を回転させるアブソリュー
ト型のエンコーダー付きモーター、２０２８はエンコー
ダー付きモーター２０２７を制御するモーターコントロ
ーラー、２０２９と２０３０は測定面１０及び参照面１
１に行く光をそれぞれ単独にカットすることのできるシ
ャッター、２０３１はシステムコントローラー２６の指
令によってシャッター２０２９と２０３０を制御するシ
ャッターコントローラーである。

【００５５】図５はスペックル干渉縞粒子を選択し選択
したスペックル干渉縞粒子の追跡を行う処理フローであ
る。

【００５６】図５において、４０１はエリアセンサー２
８よりスペックル干渉縞パターンを読み込む画像データ
読み込み処理、４０２は測長時に使用するスペックル干
渉縞粒子の候補を第一段階として選択する第一段階の粒
子選択の処理、４０３は処理４０２で候補として選択さ
れたスペックル干渉縞粒子から位相が０°と９０°のス
ペックル干渉縞粒子をさらに第二段階として選択する第
二段階の粒子選択の処理、４０４は処理４０３で選択さ
れたスペックル干渉縞粒子のうち物理的な窓１２におい
て開くべき窓を指定する窓指定の処理、４０５は処理４
０３で選択されたスペックル干渉縞粒子のうち物理的な
窓１３において開くべき窓を指定する窓指定の処理、４
０６は処理４０４又は処理４０５又は処理４０９で指定
された窓を開きその他を閉める窓開閉の処理、４０７は
処理４０３で選択されたスペックル干渉縞粒子の移動を
追跡する粒子移動追跡の処理、４０８はスペックル干渉
縞粒子の移動により開閉する窓を変更する必要があるか
どうか判断する処理、４０９は処理４０８で変更すると
判断された窓の開閉指定変更を行う開閉指定変更の処
理、４１０は選択されたスペックル干渉縞粒子の追跡を
止めて窓の切替処理を終了するかどうか判断する処理で
ある。

【００５７】図６は９０°の位相差を持ったスペックル
干渉縞粒子を選択する処理フローで、図５における処理
４０３の処理内容である。

【００５８】図６において、５０１は参照面１１をステ
ップ移動させるステップ移動カウンターをリセットする
カウンターリセットの処理、５０２はピエゾ素子２５を
駆動して参照面１１を１ステップ移動させる処理、５０
３はエリアセンサー２８にて各座標のセンサーの光量を
取り込みＡ／Ｄコンバーター３０により数値化して変数
に記憶する光量取り込みの処理、５０４は処理５０３で
取り込んだ数値にＳＩＮ係数及びＣＯＳ係数を掛けてそ
の和を計算する演算の処理、５０５は参照面ステップ移
動のステップ移動カウンターをカウントアップするカウ
ントの処理、５０６は参照面１１がλ／２分の移動を完
了したかどうか判断する処理、５０７はスペックル干渉
縞粒子の候補粒子座標カウンターをリセットするカウン
ターリセットの処理、５０８は処理５０２から処理５０
６の処理によって計算されたＳｘｙ及びＣｘｙより位相
角度を計算する演算の処理、５０９は処理５０８で計算
した位相角度が０°かどうか判断する処理、５１０は現
在のスペックル干渉縞粒子の候補粒子座標カウンターに
対応するスペックル干渉縞粒子を位相角度０°のスペッ
クル干渉縞粒子として記憶する処理、５１１は処理５０
８で計算した位相角度が９０°かどうか判断する処理、
５１２は現在のスペックル干渉縞粒子の候補粒子座標カ
ウンターに対応するスペックル干渉縞パターン粒子を位
相角度９０°のスペックル干渉縞パターン粒子として記
憶する処理、５１３はスペックル干渉縞粒子の候補粒子
座標カウンターをカウントアップするカウントの処理、
５１４はスペックル干渉縞粒子の候補粒子の判定が全て
終わったかどうか判断する処理である。

【００５９】上記構成において、レーザー１からでた直
線偏光の可干渉な光はλ／２板２を通り、レンズ３と４
によって広げられ平行光となる。偏光ビームスプリッタ
５ではλ／２板２の光軸を中心とする回転の回転角度に
よって反射する光と透過する光のパワー比が変わり、λ
／２板２をシステムコントローラー２６からモーターコ
ントローラー２０２８を介して制御し回転させることに
よって測定面１０と参照面１１の光量バランスを自動的
にとることができる。

【００６０】偏光ビームスプリッタ５で反射した光はλ
／４板７を通って測定面１０に照射される。測定面１０
の拡散面で乱反射した光は再びλ／４板７を通過し今度
は偏光ビームスプリッタ５を透過する。レンズ３と４か
ら平行光として偏光ビームスプリッタ５に入射した光の
うち透過した光はλ／４板８を通って参照面１１で反射
され再びλ／４板８を通過し、偏光ビームスプリッタ５
で今度は反射して、測定面１０からの光と一緒になる。

【００６１】偏光ビームスプリッタ５で一緒になった測
定面１０と参照面１１からの光は、λ／４板９を通って
偏光ビームスプリッタ６で２方向に分けられ、それぞれ
スペックル干渉縞パターンを物理的な窓を一つ又は複数
個もつ空間的なフィルター１２と１３上に描く。

【００６２】ここで空間的なフィルター１２，１３とし
て例えば図２のマトリックス状の液晶シャッター３２，
３５等が考えられる。図２の３１と３４は液晶シャッタ
ー３２，３５上に描かれたスペックル干渉縞、図２の３
３と３６は図２の液晶シャッター３２，３５によって選
択されたスペックル干渉縞パターンを表している。

【００６３】このとき偏光ビームスプリッタ６で２方向
に分けられた光のうち少なくとも片方の光路にハーフミ
ラー２７が配置されエリアセンサー２８上にも空間的な
フィルター１３又は１２上に描かれたものと同じスペッ
クル干渉縞パターンが描かれる。空間的なフィルター１
２と１３は、空間的なフィルターの窓の開け閉めを制御
する空間フィルターコントローラー１６の指令によって
窓を開け閉めし、スペックル干渉縞パターンのうち受光
素子１４と１５に透過するスペックル干渉縞パターンを
選択する。

【００６４】ここで選択されるスペックル干渉縞パター
ンは、空間的なフィルター１２、同じくフィルター１３
上では同位相で、フィルター１２と１３では互いに９０
°位相がずれているものである。

【００６５】図２の３１を空間的なフィルター１２上の
スペックル干渉縞パターン、液晶シャッター３２を空間
的なフィルター１２、３４を空間的なフィルター１３上
のスペックル干渉縞パターン、液晶シャッター３５を空
間的なフィルター１３とすれば、それぞれ選択したスペ
ックル干渉縞パターン３３と３６の関係が９０°の位相
ずれにあたる。空間的なフィルター１２上のスペックル
干渉縞パターン３１と空間的なフィルター１３上のスペ
ックル干渉縞パターン３４はそれぞれ偏光ビームスプリ
ッタ６で反射した光と透過した光の関係なので初めから
１８０°の位相差を持ったパターンとなっている。

【００６６】次に本実施例において、例えば測長器とし
て機能させるためのスペックル干渉縞粒子を選択し、物
理的な窓に対応させる方法を含む前準備及び測長中の処
理について説明する。

【００６７】ターゲットである被測定面１０にレーザー
を当て、測長準備開始をシステムコントローラー２６に
指令すると、まず処理４０１にてエリアセンサー２８を
通してスペックル干渉縞粒子の画像を取り込む。この画
像から処理４０２で測長に利用するスペックル干渉縞粒
子の候補を大きさや形から決定する。そして処理４０３
で前記候補粒子より干渉縞の位相が０°と９０°のスペ
ックル干渉縞粒子、すなわち位相差が９０°のスペック
ル干渉縞粒子を選択する。このスペックル干渉縞パター
ンの選択方法の例として参照面１１を光軸方向にλ／２
分移動させ、このときのスペックル干渉縞粒子の１周期
分の明暗変化からスペックル干渉縞粒子の１粒１粒の初
期位相を計測する方法がある。

【００６８】図６の処理５０１でピエゾ素子２５による
参照面１１の移動カウンターｉを１にリセットし、各候
補粒子に対応する変数ＳｘｙとＣｘｙを０にクリアーし
ておく。処理５０２でピエゾコントローラー２４がピエ
ゾ素子２５を駆動し参照面１１を光軸方向に１ステップ
移動させる。この１ステップの移動量はλ／２をｎ等分
したものである。ｎは理論的に正弦波を決定できる分割
数でよいが多い方がノイズ等による誤差をおさえること
ができる。移動後、処理５０３でエリアセンサー２８の
各候補粒子に対応する座標ｘｙにおける光量を取り込
み、Ｄｘｙ（ｉ）とする。処理５０４ではＤｘｙ（ｉ）
とデータ処理２６にて予め作ったＳＩＮとＣＯＳの１周
期をｎ等分した数値データ列のＳＩＮ（ｉ）、ＣＯＳ
（ｉ）から Ｓｘｙ＝Ｓｘｙ＋Ｄｘｙ（ｉ）×ＳＩＮ（ｉ） Ｃｘｙ＝Ｃｘｙ＋Ｄｘｙ（ｉ）×ＣＯＳ（ｉ） を計算する。

【００６９】そして処理５０５にて参照面１１の移動カ
ウンターｉをカウントアップし、処理５０６で参照面１
１がλ／２分の移動を完了したかどうか判断し、Ｎｏな
らば処理５０２へ戻り処理５０２から処理５０５を繰り
返す。処理５０６でＹｅｓとなると処理５０７へシーケ
ンスは進む。

【００７０】このとき変数ＳｘｙとＣｘｙは

【００７１】

【数２】 という値になっている。

【００７２】処理５０７でスペックル干渉縞粒子の測長
用候補粒子座標カウンターｘｙをリセットし、処理５０
８においてスペックル干渉縞粒子の初期位相、 φｘｙ＝ａｒｃＴＡＮ（Ｓｘｙ／Ｃｘｙ） を計算する。

【００７３】処理５０９では処理５０８で計算した初期
位相φｘｙが物理的な窓１２上で０°かどうか判定し、
Ｙｅｓならば処理５１０で初期位相が０°のスペックル
干渉縞粒子として記憶し、Ｎｏならばシーケンスは処理
５１１へ進み処理５１１で今度は処理５０８で計算した
初期位相φｘｙが物理的な窓１３上で９０°かどうか判
定する。処理５１１の判定がＹｅｓなら処理５１２で初
期位相が９０°のスペックル干渉縞粒子として記憶す
る。処理５１０及び処理５１２の後のシーケンス、そし
て処理５１１においてＮｏと判定された後のシーケンス
は処理５１３へ進み、測長用候補粒子座標カウンターｘ
ｙをカウントアップする。

【００７４】そして処理５１４で測長用候補粒子が終了
したかどうか判断し、Ｎｏならば処理５０８へ戻り処理
５０８から処理５１３を繰り返す。Ｙｅｓならばスペッ
クル干渉縞粒子の位相による選択ルーチンをぬける。以
上で物理的な窓１２及び１３上での位相差が９０°のス
ペックル干渉縞粒子が選択できる。

【００７５】次に処理４０４において物理的な窓１２の
中で処理５１０で初期位相０°として記憶したスペック
ル干渉縞粒子に対応する座標の窓を開くよう指定する。
同様に処理４０５において物理的な窓１３の中で処理５
１２で初期位相９０°として記憶したスペックル干渉縞
粒子に対応する座標の窓を開くよう指定する。そして処
理４０６では開くように指定された窓を空間フィルター
コントローラー１６によって開きその他の窓を閉める。
ここまででスペックル測長器としての前準備が完了し測
長器として機能するようになる。

【００７６】受光素子１４と１５は光量変化を電気信号
の変化に変換する働きをし、受光素子１４と１５から出
力される電気信号は測定面１０の移動によって変化し、
物理的な窓１２と１３は互いに９０°位相のずれたスペ
ックル干渉縞粒子を選択して窓が開かれているため受光
素子１４と１５からの電気信号も９０°位相のずれたも
のとなる。例えば受光素子１４からの電気信号が正弦波
とすると受光素子１５からの電気信号は９０°位相のず
れた正弦波となる。これ以降の信号処理は二つの信号か
らアップ、ダウンパルスを作る一般的な処理である。

【００７７】受光素子１４と１５からの電気信号はバッ
ファアンプ１７及び１８を介して補間回路１９に入る。
補間回路１９では二つの９０°位相のずれた電気信号か
らさらに中間の位相を作り出し分解能を上げる働きをす
る。そして次のパルス化回路２０でパルス信号に変換し
たのち、方向判別回路２１で測定面の移動方向を判別し
てアップ、ダウンのパルスを作る。方向判別回路２１か
ら出力されるアップ、ダウンのパルスをカウンタ２２で
計測し、表示器２３に測定面の移動量として数値が表示
される。

【００７８】このように測長器として機能している間シ
ステムコントローラー２６は処理４０６から処理４１０
のシーケンスを実行する。

【００７９】処理４０７において処理４０３で選択した
スペックル干渉縞粒子を追跡し、処理４０８でスペック
ル干渉縞粒子の移動によって指定した物理的な窓１２と
１３の開く窓の指定を変更するかどうか判断する。Ｙｅ
ｓならば処理４０９で開く窓の指定を変更して処理４０
６へ戻り、新たに指定した窓を開き指定を解除された窓
を閉じる。このとき窓の開閉は、開く窓、閉める窓、同
数でかつ同時に行う。処理４０８の判断でＮｏのときは
処理４１０で選択したスペックル干渉縞粒子の追跡を終
了するかどうかの判断をする。Ｎｏならば処理４０７へ
戻って処理を続行する。Ｙｅｓならばシーケンスは終了
する。すなわち測長器としての機能が終了する。

【００８０】ここで用いるエリアセンサー２８は、例え
ば像を取り込むときに使うＣＣＤのように面の位置座標
とその点における光量の変化をとらえることのできるセ
ンサーをいう。

【００８１】初期位相の計測は測長の前準備のときだけ
で、しかも参照面１１を移動させた時の干渉縞の明暗変
化に出力と処理が追従すれば良いし、スペックル干渉縞
粒子の追跡も測定面の光軸方向の移動に比べれば比較的
ゆっくりであるので処理速度の遅いＣＣＤのようなセン
サーでもよい。

【００８２】物理的な窓１２と１３で選択するスペック
ル干渉縞粒子はそれぞれ一つずつでもよいが複数個選択
することによって受光素子１４と１５に入射する光量が
増え、平均化効果によって、外乱やノイズに強くなる。

【００８３】又、上記スペックル干渉縞粒子の選択シー
ケンスの実施例において選択する粒子の初期位相を０°
と９０°と限定して説明したがこれは一例であって、物
理的な窓１２と１３上においてそれぞれの位相差が９０
°であれば良いので０°及び９０°以外の位相角度でも
差が９０°であればなんら問題はない。以上のスペック
ル干渉縞粒子の選択シーケンス及びスペックル干渉縞粒
子の追跡シーケンスはシステムコントローラー２６によ
ってコントロールされる。

【００８４】図２ではスペックル干渉縞粒子の一粒一粒
を小さな干渉縞として描いているが例えば測定面が鏡面
ならば大きな干渉縞が現れるはずである。この場合もス
ペックル干渉縞パターンが極端に大きくなったとして物
理的な窓を対応させれば上記システム及びシーケンスは
なんら問題なく扱うことができる。同様に半鏡面の金属
面や光沢面であっても本実施例は同様に対応することが
できる。

【００８５】図７，図８，図９は各々本発明の実施例
４，５，６の要部概略図である。図７，図８，図９にお
いて図４で示した要素と同一要素には同符番を付してい
る。図７の実施例４において、６０１はＡＯＭ周波数シ
フター、６０２はＡＯＭシフターコントローラーであ
る。

【００８６】図７の実施例４はスペックル干渉縞粒子の
位相の違いによる選択方法で干渉縞に１周期分の変化を
与える手段として図４の実施例３における参照面１１を
機械的に移動させる方法の代わりとしてＡＯＭ周波数シ
フター６０１によって所定の周波数差のついた偏光面が
互いに直交する２周波数のレーザー光を作り、それぞれ
の光を測定面１０と参照面１１にあて干渉させることに
より２周波数の差による干渉縞の周期変化信号を得る方
法を用いている点が異なっており、その他の構成は実質
的に同じである。

【００８７】図８の実施例５では図７の実施例４におい
て、測長信号の取り方を光ヘテロダイン方式としたもの
である。図８において７０１は光の周波数シフト量を位
相差信号に変換する位相変換器である。

【００８８】図８において実施例３と同様に物理的な窓
１３によって選択された同位相のスペックル干渉縞粒子
からの信号は次に説明するような信号となる。

【００８９】即ち、ＡＯＭ周波数シフター６０１を出た
偏光面が互いに直交する２周波数のレーザー光の周波数
をそれぞれｆ１，ｆ２とし、測定面１０にはｆ１、参照
面１１にはｆ２の周波数のレーザー光が行くものとす
る。この時測定面１０が移動するとｆ１はドップラー周
波数シフトΔｆ１を生じ、周波数ｆ１＋Δｆ１となり、
これが参照面１１から反射した光ｆ２と干渉すると周波
数（ｆ２−ｆ１）±Δｆ１という信号となる。

【００９０】この周波数（ｆ２−ｆ１）±Δｆ１という
信号が物理的な窓１３によって同じ位相のスペックル干
渉縞粒子からの光のみ通過することになり受光素子１５
にて電気信号として検出される。受光素子１５からの電
気信号（ｆ２−ｆ１）±Δｆ１は基準発振器６０２から
の基準信号（ｆ２−ｆ１）と共に位相変換器７０１に入
り周波数シフト信号が位相差の信号に変換される。この
後の処理は実施例３と同様に行なわれ測定面１０の移動
量が数値化され表示器２３に表示される。

【００９１】図９の実施例６では図４の実施例３に比べ
てスペックル干渉縞粒子の選択を物理的な窓ではなくて
画像処理によってソフト的に選択しようとするものであ
る点が異なっており、その他の構成は基本的に同じであ
る。

【００９２】図９において８０１はエリアセンサー、８
０２は画像処理及びデータ処理などを行なうコントロー
ラー、８０２は表示器である。図９の実施例６では物理
的な窓の代わりを画像処理にて行ない測定面１０の移動
による位相信号の変化をソフト的に処理している。

【００９３】以上のように実施例３〜６においてはスペ
ックル干渉縞粒子を選択して、物理的な窓を持つ空間的
なフィルターを前記選択したスペックル干渉縞粒子に対
応して開閉し、位相が９０°ずれた信号を取り出すこと
によって、特殊な受光素子や複雑な信号処理装置を必要
とせずに従来からある信号処理回路で簡単にスペックル
干渉計の位相情報を取り出すことができる。

【００９４】更に前記選択したスペックル干渉縞粒子の
移動に伴って対応する物理的な窓を変更する機能を合わ
せて持たせることによって、物体面の移動を計測する測
長器に利用することができる。又その処理も高速に行な
うことができる。更にスペックルはターゲットが粗面で
なくては現れないのにもかかわらず測定面が鏡面でも光
沢面であっても本実施例１によるシステムは対応するこ
とが可能である等の効果を有している。

【００９５】図１０は本発明の実施例７の要部概略図で
ある。図１０において図４で示した要素と同一要素には
同符番を付している。

【００９６】本実施例は図１の実施例１に比べて１／２
波長板２をシステムコントローラ２６の指令によって回
動可能に構成することにより測定面１０と参照面１１か
らの反射光の光量比を自動的に任意に調整することがで
きるようにしたことが異なっており、その他の構成は基
本的に同じである。

【００９７】次に本実施例の構成の特徴について図４の
実施例３と一部重複するが説明する。図中、符番１〜２
６，２０２７，２０２８，２０２９，２０３０，２０３
１に示す各要素は図４で示した要素と同じである。

【００９８】本実施例において、レーザー１からでた直
線偏光の可干渉な光はλ／２板２を通り、レンズ３と４
によって広げられ平行光となる。偏光ビームスプリッタ
５によってレーザー光は２分割され一方は測定面１０、
他方は参照面１１に照射される。λ／２板２は光軸を軸
にして回転させることによって垂直に入射した直線偏光
の光の偏光面を回転させる働きをする。偏光面の回転角
度はλ／２板２の回転角度の２倍となる。

【００９９】図１１にその様子を示す。３２が入射光の
偏光面、３３が透過光の偏光面、θがλ／２板２の回転
角度、２θが透過光の偏光面３３の回転角度である。

【０１００】次に光量バランス取りの一例を示す。まず
偏光ビームスプリッタ５に入射する光がすべて透過し参
照面１１に達するようにレーザー光の偏光面を回転させ
た時のλ／２板２の回転角度を０°及びレーザー光の偏
光面の回転角度も０°とする。この時測定面１０と参照
面１１に略同じ光量が入射するようにレーザーの偏光面
を４５°回転させるためにλ／２板２を２２．５°回転
させる。

【０１０１】そしてエンコーダー２０２７によってλ／
２板２の回転角度をモーターコントローラー２０２８を
介しデータ処理２６に読み込む。回転させる角度は正確
でなくてよいが何度回転させたかは、エンコーダー２０
２７によって正確に読み込む。この時の読み込んだ回転
角度をθ１とする。

【０１０２】次にシャッター２０２９を閉じて、シャッ
ッター２０３０を開けて参照面１１からの反射光のみの
光量を受光素子１４又は１５によってデータ処理２６に
読み込む。この時の光量をＰ１とする。

【０１０３】今度は逆にシャッター２０３０を閉じてシ
ャッター２０２９を開き参照面１１からの反射光量を受
光素子１４又は１５よりデータ処理２６に読み込む。こ
の時の光量をＰ２とする。又同時にこの時のλ／２板２
の回転角度も読み込みθ２とする。

【０１０４】ここで参照面１１の反射率をＲ１、測定面
１０の反射率をＲ２、レーザーから偏光ビームスプリッ
タ５に入射する全光量をＳとすると、

【０１０５】

【数３】 という関係になる。

【０１０６】そして光量Ｐ１とＰ２が等しくなるときの
λ／２板２の回転角度をθｘとすると、

【０１０７】

【数４】 となり、（３）の式に（１）と（２）の式を代入すると

【０１０８】

【数５】 となってλ／２板２の回転角度θｘは

【０１０９】

【数６】 と求まる。

【０１１０】これらの計算をデータ処理２６で行ない、
計算結果であるθｘの角度までλ／２板２を回転するよ
うにモーターコントローラー２０２８に指示し、エンコ
ーダー付きモーター２０２７によってλ／２板２がθｘ
の角度まで回転する。最後にシャッター２０２９とシャ
ッター２０３０を開く。これで光量のバランス取りが完
了する。以上の光量バランス取り手順はシステムコント
ローラー２６の指令によって自動的に行っている。

【０１１１】図１２は本発明の実施例８の要部概略図で
ある。本実施例は図１０の実施例７に比べてλ／２板２
を光源１とビームエクスパンダー１０１との間に配置す
る代わりに、ビームエクスパンダー１０１と偏光ビーム
スプリッタ５との間に配置した点が異なっており、その
他の構成は基本的に同じである。

【０１１２】この他、本実施例出においてλ／２板２を
ビームエクスパンダー１０１を構成するレンズ３とレン
ズ４との間に配置しても前述の実施例７と同様の効果が
得られる。

【０１１３】以上のように実施例７，８においては、光
学的な位相差が使用する光の波長の１／２に相当する波
長板（λ／２板）を測定面１０と参照面１１に光を分け
る偏向ビームスプリッタと光源との間の光路中に挿入
し、この波長板を回転させることによって光の偏向面を
回転させ、偏向ビームスプリッターによって分岐して測
定面１０と参照面１１にむかう光の光量比を無段階に調
整する機構を持ち、測定面１０と参照面１１からの反射
光量が等しくなるような光量バランスとなるようにλ／
２板の回転角度を自動的に調整することによって、連続
的な光量の微調節が可能となって干渉縞のコントラスト
を充分に高めることができる。

【０１１４】その結果、スペックル干渉計の出力電気信
号とノイズとの比が大きくなり、測定精度が向上する。
又参照面１１と測定面１０の光量バランスを取るための
ＮＤフィルターも必要なくなる等といった効果を有して
いる。

【０１１５】図１３は本発明の実施例９の要部概略図で
ある。同図において図１で示した要素と同一要素には同
符番を付している。

【０１１６】本実施例は図１の実施例１に比べて、参照
面１１を光源１からの光束の波長の１／２程度、光軸方
向に移動させて、この時エリアセンサーでスペックル干
渉縞粒子の明暗変化を検出して、スペックル干渉縞粒子
の１つ１つの初期位相を計測している点が異なり、その
他の構成は基本的に同じである。図中符番１〜２６に示
す各要素は図１で示した要素と同じである。

【０１１７】図１３において、２７はハーフミラー、２
８はスペックル粒子の干渉縞の初期位相を計測するため
のエリアセンサー、２９はエリアセンサー２８を駆動す
るためのエリアセンサーコントローラー、３０はエリア
センサーのアナログ出力をデジタル変換するＡ／Ｄコン
バーターである。

【０１１８】本実施例において、レーザー１からでた直
線偏向の可干渉な光はλ／２板２を通り、レンズ３と４
によって広げられ平行光となる。偏光ビームスプリッタ
５ではλ／２板２の光軸を中心とする回転の回転角度に
よって反射する光と透過する光のパワー比が変わる。偏
光ビームスプリッタ５で反射した光はλ／４板７を通っ
て測定面１０に照射される。測定面１０の拡散面で乱反
射した光は再びλ／４板７を通過し今度は偏光ビームス
プリッタ５を透過する。レンズ３と４から平行光として
偏光ビームスプリッタ５に入射した光のうち透過した光
はλ／４板８を通って参照面１１で反射され再びλ／４
板８を通過し、偏光ビームスプリッタ５で今度は反射し
て、測定面１０からの光と一緒になる。

【０１１９】偏光ビームスプリッタ５で一緒になった測
定面１０と参照面１１からの光は、λ／４板９を通って
偏光ビームスプリッタ６で２方向に分けられ、それぞれ
スペックル干渉縞パターンを物理的な窓を一つ又は複数
個もつ空間的なフィルター１２と１３上に描く。

【０１２０】ここで空間的なフィルター１２，１３とし
て例えば図２のマトリックス状の液晶シャッター３２，
３５などが考えられる。図２の３１，３４は液晶シャッ
ター３２，３５上に描かれたスペックル干渉縞、図２の
３３と３６は図２の液晶シャッター３２，３５によって
選択されたスペックル干渉縞パターンを表している。

【０１２１】このとき、偏光ビームスプリッター６で２
方向に分けられた光のうち少なくとも片方の光路にハー
フミラー２７が配置され、エリアセンサー２８上にも空
間的なフィルター１３又は１２上に描かれたものと同じ
スペックル干渉縞パターンが描かれる。

【０１２２】空間的フィルター１２と１３は、空間的な
フィルターの窓の開け閉めを制御する空間フィルターコ
ントローラー１６の指令によって窓を開け閉めし、スペ
ックル干渉縞パターンのうち受光素子１４と１５に透過
するスペックル干渉縞パターンを選択する。

【０１２３】ここで選択されるスペックル干渉縞パター
ンは空間的なフィルター１２、同じく１３上では同位相
で、フィルター１２と１３では互いに９０°位相がずれ
てるものである。

【０１２４】図２の３１を空間的なフィルター１２上の
スペックル干渉縞パターン、液晶シャッター３２を空間
的なフィルター１２、３４を空間的なフィルター１３上
のスペックル干渉縞パターン、液晶シャッター３５を空
間的なフィルター１３とすれば、それぞれ選択したスペ
ックル干渉縞パターン３３と３６の関係が９０°の位相
ずれにあたる。空間的なフィルター１２上のスペックル
干渉縞パターン３１と空間的なフィルター１３上のスペ
ックル干渉縞パターン３４はそれぞれ偏光ビームスプリ
ッタ６で反射した光と透過した光の関係なので初めから
１８０°の位相差を持ったパターンとなっている。

【０１２５】このスペックル干渉縞パターンの選択方法
の例として参照面１１を光軸方向にλ／２分移動させ、
エリアセンサー２８でスペックル干渉縞パターンの１粒
１粒の初期位相を計測している。これはまずピエゾコン
トローラー２４の指令によってピエゾ２５を駆動し、参
照面１１を光軸方向にλ／２分移動させる。このときス
ペックル干渉縞パターンはそれぞれ１周期分の明暗変化
を起こす。

【０１２６】この変化をエリアセンサー２８でアナログ
の電気信号として捉え、Ａ／Ｄコンバーター３０で時間
軸方向にｎ等分し、デジタル変換してデータ処理２６に
送る。１回の測定でエリアセンサー２８上に描かれた全
スペックル干渉縞パターンそれぞれについてｎ等分した
１周期分の明暗変化のデータが得られる。

【０１２７】次にデータ処理２６では取り込んだデータ
からそれぞれのスペックル干渉縞パターンの位相を計算
する。以下にその計算方法を示す。

【０１２８】まず全スペックル干渉縞パターンのデータ
のうち一つのスペックルの明暗変化データをＤ(i) と
し、データ処理２６にて作ったＳＩＮとＣＯＳの１周期
をｎ等分した数値データ列をＳＩＮ(i) ，ＣＯＳ(i) と
するとこの場所におけるスペックル干渉縞パターンの位
相はφは、

【０１２９】

【数７】 をデータ処理２６において計算することによって求める
ことができる。

【０１３０】これをエリアセンサー２８で取り込んだ全
てのスペックル干渉縞パターンについて計算し、同位相
あるいは９０°位相のずれたスペックル干渉縞パターン
を複数個選択することができる。

【０１３１】予めエリアセンサー２８の座標と空間的な
フィルター１２と１３の一つ一つのシャッターの位置の
対応を付けておけばエリアセンサー２８からのデータを
計算した結果から選択すべきスペックル干渉縞パター
ン、即ち空間的なフィルター１２と１３のシャッターを
決定することができる。

【０１３２】ここで用いるエリアセンサー２８とは、例
えば像を取り込む時に使うＣＣＤのように面の位置座標
とその点における光量の変化をとらえることのできるセ
ンサーをいう。

【０１３３】初期位相の計測は始めの１回だけでしかも
参照面１１をλ／２分移動させた時に干渉縞の明暗変化
に出力と処理が追従すればよいので処理速度の遅いＣＣ
Ｄのようなセンサーでもよい。

【０１３４】空間的なフィルター１２と１３で選択する
スペックル干渉縞パターンはそれぞれ一つづつでもよい
が複数個選択することによって受光素子１４と１５に入
射する光量が増え、平均化効果によって、外乱やノイズ
に強くなる。

【０１３５】以上のスペックル干渉縞パターンの選択シ
ーケンスはシステムコントローラー２６によってコント
ロールされる。受光素子１４と１５は光量変化を電気信
号の変化に変換する働きをする。

【０１３６】受光素子１４と１５から出力される電気信
号は測定面１０の移動によって変化し、互いに９０°位
相のずれた光が空間的なフィルター１２と１３から透過
してくるから電気信号も９０°位相のずれたものとな
る。例えば受光素子１４からの電気信号が正弦波とする
と受光素子１５からの電気信号は９０°位相のずれた正
弦波となる。これ以降の信号処理は二つの信号からアッ
プ、ダウンパルスを作る一般的な処理である。以下にそ
の一例を示す。

【０１３７】受光素子１４（１５）からの電気信号はバ
ッファアンプ１７（１８）を介して補間回路１９に入
る。補間回路１９では二つの９０°位相のずれた電気信
号からさらに中間の位相を作りだし分解能を上げる働き
をする。そして次のパルス化回路２０でパルス信号に変
換したのち、方向判別回路２１で測定面の移動方向を判
別してアップ、ダウンのパルスを作る。方向判別回路２
１から出力されるアップ、ダウンのパルスをカウンタ２
２で計測し、表示器２３に測定面の移動量として数値を
表示している。

【０１３８】図１４，図１５は本発明の実施例１０の一
部分の概略図、図１６，図１７は本発明の実施例１１の
一部分の概略図である。

【０１３９】実施例１０，１１は図１３の実施例９に比
べて、偏光ビームスプリッタ６からの光束をエリアセン
サー２８に導光するまでの光学系が異なっているだけで
あり、その他は基本的に同じである。

【０１４０】図１４，図１５の実施例１０ではハーフミ
ラーの代わりに可動式のミラー７１を用いている。図１
４，図１５において７１はミラー、７２はミラー７１を
駆動する駆動装置、７３は駆動装置７２を動かすドライ
バーである。

【０１４１】スペックル干渉縞パターンの初期位相を計
測する時は図１４のようにミラー７１で光をエリアセン
サー２８に導く。測定面の移動量を計測するスペックル
干渉系測長器として信号を処理する時は図１５のように
ミラー７１を移動させて光を空間的なフィルター１３あ
るいは１２に導いている。

【０１４２】図１６，図１７の実施例１１ではハーフミ
ラーを用いず、その代わりにエリアセンサー２８を光路
中に挿脱可能としている。

【０１４３】図１６，図１７の実施例１１において、７
４はエリアセンサー２８を駆動する駆動装置、７５は駆
動装置７４を動かすドライバーである。

【０１４４】スペックル干渉縞パターンの初期位相を計
測する時は図１６のようにエリアセンサー２８で光を受
ける。測定面の移動量を計測するスペックル干渉系測長
器として信号を処理する時は図１７のようにエリアセン
サー２８を移動させて光を空間的なフィルター１３ある
いは１２に導いている。

【０１４５】尚、実施例１０，１１における信号処理、
シーケンス及び計算処理等は実施例９と同じである。

【０１４６】以上のように実施例９，１０，１１におい
ては、スペックル干渉縞に対応して物理的な窓を持つ空
間的なフィルターを配置し位相が９０°ずれた信号を取
り出すことによって、特殊な受光素子や複雑な信号処理
装置を必要とせずに従来からある信号処理回路で簡単に
スペックル干渉計の位相情報を取り出すことができ、物
体面の移動を計測する測長器に利用することができる。
又その処理も高速に行なうことができるといった効果を
有している。

【０１４７】

【発明の効果】本発明によれば前述したようにスペック
ル干渉縞パターンに対応した窓を持つ空間的なフィルタ
ーを配置し位相が９０°ずれた２つの信号を取り出すこ
とによって、特殊な受光素子や複雑な信号処理装置を必
要とせずに従来からある信号処理回路で簡単に必要な位
相情報を取り出すことができ、例えば測定面の移動情報
を高精度に、かつ高速に計測する測長器に利用すること
ができるといったスペックル干渉装置を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 本発明に係る空間的なフィルターの説明図

【図３】 本発明の実施例２の要部概略図

【図４】 本発明の実施例３の要部概略図

【図５】 本発明の実施例３のシーケンスフローの説
明図

【図６】 本発明の実施例３のスペックル干渉縞粒子
の選択シーケンスフローの説明図

【図７】 本発明の実施例４の要部概略図

【図８】 本発明の実施例５の要部概略図

【図９】 本発明の実施例６の要部概略図

【図１０】 本発明の実施例７の要部概略図

【図１１】 図１０の一部分の説明図

【図１２】 本発明の実施例８の要部概略図

【図１３】 本発明の実施例９の要部概略図

【図１４】 本発明の実施例１０の要部概略図

【図１５】 本発明の実施例１０の要部概略図

【図１６】 本発明の実施例１１の要部概略図

【図１７】 本発明の実施例１１の要部概略図

【符号の説明】 １ レーザ ２ λ／２板 ３，４ レンズ ５，６ 偏光ビームスプリッター ７，８，９ λ／４板 １０ 測定面 １１ 参照面 １２，１３ 空間的なフィルター １４，１５ 受光素子 １７，１８ バッファアンプ １０１ ビームエクスパンダー ２７ ハーフミラー ２８ エリアセンサー

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を複数の光束に分割し、
   このうち１つの光束を測定面、他の１つの光束を参照面
   を介した後に各々重ね合わせてスペックル干渉縞パター
   ンを形成するスペックル干渉装置において、該スペック
   ル干渉縞パターンのうち同位相の領域を抽出する窓を有
   する空間的なフィルターを光路中に配置し、該フィルタ
   ーにより同位相のスペックル干渉縞パターンを形成した
   ことを特徴とするスペックル干渉装置。
2. 【請求項２】 前記スペックル干渉縞パターンに基づく
   光束をビームスプリッターで２つに分割し、分割した各
   々の光路中に前記フィルターを配置し、該フィルターを
   介して形成した２つのスペックル干渉縞パターン間に９
   ０度の位相差がつくようにしたことを特徴とする請求項
   １のスペックル干渉装置。
3. 【請求項３】 光源からの光束を複数の光束に分割し、
   このうち１つの光束を測定面、他の１つの光束を参照面
   を介した後に各々重ね合わせてスペックル干渉縞パター
   ンを形成するスペックル干渉装置において、該スペック
   ル干渉縞パターンのうち同位相の領域を抽出する窓を有
   する空間的なフィルターを光路中に配置し、該フィルタ
   ーにより同位相のスペックル干渉縞粒子を抽出する際、
   対象とするスペックル干渉縞粒子の位置移動を追跡し、
   該スペックル干渉縞粒子に対応する該フィルターの窓を
   該スペックル干渉縞粒子の移動に合わせて切り替えるよ
   うにしたことを特徴とするスペックル干渉装置。
4. 【請求項４】 前記フィルターの窓の開閉に際して、開
   く窓と閉じる窓を同数とし、かつ同時に行っていること
   を特徴とする請求項３のスペックル干渉装置。
5. 【請求項５】 前記スペックル干渉縞粒子の初期位相を
   計測するエリアセンサーを有しており、該エリアセンサ
   ーにより、該スペックル干渉縞粒子の追跡の為の移動を
   読み取っていることを特徴とする請求項３のスペックル
   干渉装置。
6. 【請求項６】 光源からの光束を光分割器により複数の
   光束に分割し、このうち１つの光束を測定面、他の１つ
   の光束を参照面を介した後に各々重ね合わせてスペック
   ル干渉縞パターンを形成するスペックル干渉装置におい
   て、該スペックル干渉縞パターンのうち同位相の領域を
   抽出する窓を有する空間的なフィルターを光路中に配置
   し、該フィルターにより同位相のスペックル干渉縞パタ
   ーンを形成する際、該光源と該光分割器との間の光路中
   に１／２波長板を回動可能に配置し、該１／２波長板を
   回動させることにより、該測定面と該参照面に入射する
   光の光量比を調整したことを特徴とするスペックル干渉
   装置。
7. 【請求項７】 前記測定面と参照面からの反射光量が等
   しくなるように前記１／２波長板の回動操作を自動的に
   行っていることを特徴とする請求項６のスペックル干渉
   装置。
8. 【請求項８】 光源からの光束を複数の光束に分割し、
   このうち１つの光束を測定面、他の１つの光束を参照面
   を介した後に各々重ね合わせてスペックル干渉縞パター
   ンを形成するスペックル干渉装置において、該スペック
   ル干渉縞パターンのうち同位相の領域を抽出する窓を有
   する空間的なフィルターを光路中に配置し、該フィルタ
   ーにより同位相のスペックル干渉縞パターンを形成する
   際、該参照面を該光源からの光束の波長の１／２の長さ
   に相当する距離を移動させたときのスペックル干渉縞粒
   子の明暗変化をエリアセンサーで検出し、該エリアセン
   サーからの信号を用いてスペックル干渉縞粒子の１つ１
   つの初期位相を計測したことを特徴とするスペックル干
   渉装置。
9. 【請求項９】 光源からの光束を分割し、分割した光束
   の一つを測定面に、分割した光束の他の一つを参照面に
   導いた後に互いを合波してスペックル干渉縞パターンを
   形成するスペックル干渉装置において、該スペックル干
   渉縞パターンの内の特定領域を選択して検出するための
   選択手段を有し、該選択手段によって該スペックル干渉
   縞パターン中の同位相領域を抽出して検出可能としたこ
   とを特徴とするスペックル干渉装置。
10. 【請求項１０】 前記選択手段は、前記スペックル干渉
    縞パターンを検出する為に光路中に配置された、複数の
    窓を有し且つ該窓の各々の開け閉めを制御可能な空間フ
    ィルターを有することを特徴とする請求項９のスペック
    ル干渉装置。