JP2005077446A - 合焦装置及び変位センサ、並びに共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】安定的にかつ精度高くレンズ部材を固定することができる構成を提供する。
【解決手段】合焦装置は、それぞれ先端が自由端として構成される２つの振動部２，２を備えると共に、少なくとも一方の振動部２，２における先端部にレンズ部材（第１レンズ部材６５，第２レンズ部材６６）を取り付ける取付部２Ｃを備える音叉１と、レンズ部材が音叉１の取付部２Ｃに支持された状態で、この取付部２Ｃとの間でレンズ部材（第１レンズ部材６５，第２レンズ部材６６）を保持するレンズホルダ７が設けられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合焦装置及び変位センサ、並びに共焦点顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、投光素子からの光を収束レンズを通して収束させ、この収束点である焦点を光軸方向に移動させることに基づいて合焦させる合焦装置、或いは、物体の表面までの距離や、厚みを測定する変位センサや共焦点顕微鏡が提供されている。このような合焦装置等においては、焦点を光軸方向に移動させるための手段として音叉を利用し、この音叉の自由端に焦点位置を移動させるための少なくとも１枚のレンズからなる補助光学手段を取り付け、音叉の振動により焦点の移動量、つまり、距離を測定するものが知られている。
【０００３】
このような音叉では、一方の振動子から他方の振動子に機械的エネルギーを効率よく伝達し、この振動子間にエネルギーを閉じこめることによって効率よく振動させることが出来る。このため、音叉の支持部は、音叉のＵ字部に存在するノードライン（振動節）上に設ける必要がある。従来、板材を折曲げてＵ字状に製作される音叉に対し、この両自由端（振動子）のうちの一方の自由端に補助光学手段であるレンズ部材を取り付ける際、自由端の連結部に音叉を載置してエポキシ樹脂などの接着材料を用いて接着固定するのが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】
実開平０７−０４３２４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接着固定を行う場合には、接着剤の量がレンズ部材の周囲に不均一に塗布されていると、この接着剤が固化する際にその収縮が不均一となり、固化した際に、レンズ部材を載置した際の状態より傾いてしまい、光学的な位置が崩れてしまうため、光学特性が悪化してしまう懸念がある。したがって、完全に固化するまで、位置ズレが起きないように慎重に固定しておく必要があり、取付作業が繁雑になる。
【０００６】
また、所定の範囲だけに所定量だけ接着剤を塗布するという作業は、極めて困難で、ときにはみ出し等が生じやすくなる、この接着剤のはみ出しが生じると、レンズ部材の光の通過経路を邪魔してしまう等、装置の性能に悪影響を及ぼす虞がある。
【０００７】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、安定的にかつ精度高くレンズ部材を固定することができる構成を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、光を出射する投光手段と、
この投光手段からの光を非平行光となるように発散若しくは収束する、少なくとも１つのレンズ部材を有する補助光学手段と、
この補助光学手段からの光を被測定物体に集光状態で照射する対物レンズと、
この対物レンズによる集光を前記被測定物体を介して受光する受光手段と、
前記補助光学手段を移動するための駆動信号を出力する制御手段と、
この制御手段からの駆動信号に応じて前記補助光学手段を前記投光手段からの光の光軸に沿って移動させる可動手段と、
前記補助光学手段の位置を示す位置信号を出力する位置検出手段とを備え、
前記制御手設は、前記駆動信号の出力状態で前記受光手段の受光量が最大となる時を検出する合焦装置であって、
前記可動手段は、それぞれ先端が自由端として構成される２つの振動部を備えると共に、少なくとも一方の振動部における先端部に前記レンズ部材を取り付ける取付部を備える音叉と、
前記レンズ部材が前記音叉の前記取付部に支持された状態で、この取付部との間で前記レンズ部材を保持するレンズホルダと、
前記音叉の一方の振動部に設けられ、前記制御手段からの駆動信号に基づいて前記音叉を振動させる加振手段とを備え、
前記音叉における前記取付部は、略環状又は略円弧状に形成されると共に、内周部付近において前記レンズ部材の周縁部を支持するレンズ支持部が設けられ、かつ、前記レンズ部材の取付状態における当該レンズ部材の外周位置よりもさらに外側位置において当該取付部を厚さ方向に連通するように構成される連通部を有し、
前記レンズホルダは、前記連通部を通して前記取付部の厚さ方向両側に亘るように配置されると共に、その一方側において、前記レンズ部材における前記レンズ支持部に支持される面とは反対側の面の周縁部を押さえる第１押さえ部を有し、他方側においては、この第１押さえ部によって押さえる向きに対し、ほぼ逆向きに前記取付部を押さえる第２押さえ部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、
前記２つの振動部の略中間位置で、これら振動部の幅方向両側に設けられる一対の支持部と、
前記支持部にそれぞれ延設されるように設けられ、被固定箇所に固定される一対の固定部とを備え、
前記２つの振動部、前記一対の支持部、及び前記一対の固定部が１枚の弾性板からなり、
前記両振動部が、前記略中間位置において折り曲げられた構成をなすことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の前記合焦装置を備え、前記制御手段が検出した受光量が最大となる点における位置信号の変化に基づいて被測定対象物の変位量を測定することを特徴とする変位センサとして構成される。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の前記合焦装置と、
前記制御手段の駆動に応じて前記対物レンズによる集光位置を水平方向に走査する走査手段とを備え、
前記制御手段は、前記受光手段の受光量が最大となる時点における前記位置検出手段からの位置信号及び前記走査手段の走査位置を検出して記憶手段に記憶し、
前記制御手段が検出し、前記記憶手段に記憶された前記位置信号及び前記走査位置に基づいて被測定対象物の表面形状を立体的に測定することを特徴とする共焦点顕微鏡として構成される。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
本発明の合焦装置によれば、レンズホルダの係合により、レンズ部材及び自由端の取付部とを挟持するので、従来のレンズ部材固定の際に接着剤を使用する場合に比べ、接着剤が固化するときに収縮のばらつきによりレンズ部材が載置位置から位置ズレすることがなく、安定的に自由端にレンズ部材を固定することができるという効果を生ずる。
【００１３】
＜請求項２の発明＞
本発明の合焦装置によれば、音叉の設計、製造自体も簡単で、レンズ部材の固定も容易であるので、もって合焦装置の組立作業等を高い光学特性を維持しつつ、時間短縮できるという効果を生ずる。
【００１４】
＜請求項３の発明＞
本発明によれば、高い光学特性・測定精度を維持しつつ、音叉へのレンズ部材の取付を容易に行うことができるという効果を生ずる変位センサとなる。
【００１５】
＜請求項４の発明＞
本発明によれば、高い光学特性・測定精度を維持しつつ、音叉へのレンズ部材の取付を容易に行うことができるという効果を生ずる共焦点顕微鏡となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る合焦装置の要部について説明する。
まず、本実施形態の要部について図１ないし図４を参照して説明する。
図１ないし図４は、第１実施形態に係る合焦装置の音叉を示すものであり、例えば、図５、図１１に示すような変位センサに用いられて使用されるものである。図１（Ａ）は音叉の構造を示す断面図、（Ｂ）は平面図、そして（Ｃ）は背面図である。図２はレンズ部材が取りつけられる前の状態を示す図であり、
図３は、レンズホルダの構成を説明する説明図である。図４はレンズホルダの押さえ部の構成を説明する説明図である。
【００１７】
ここでの合焦装置は、図１１に用いられるものを例に挙げており、図１に示すように、それぞれ先端が自由端２Ａとして構成される２つの振動部２，２を備えると共に、少なくとも一方の振動部２，２における先端部（即ち、自由端２Ａ付近）にレンズ部材（ここでは第１レンズ部材６５，第２レンズ部材６６）を取り付ける取付部２Ｃを備える音叉１と、レンズ部材が音叉１の取付部２Ｃに支持された状態で、この取付部２Ｃとの間でレンズ部材（第１レンズ部材６５，第２レンズ部材６６）を保持するレンズホルダ７が設けられている。
【００１８】
音叉１の一方の振動部２側には、制御手段（図５のＣＰＵ２１が制御手段に相当：図１１では図示略）からの駆動信号に基づいて音叉１を振動させる加振手段（ソレノイド２５（図５）、ソレノイド７３（図１１））が設けられており、この加振手段からの作用により振動部２が振動するように構成されている。
【００１９】
音叉１における取付部２Ｃは、図１、図２に示すように、略環状又は略円弧状に形成されると共に、内周部付近においてレンズ部材の周縁部を支持するレンズ支持部２Ｄが設けられ、かつ、レンズ部材（第１レンズ部材６５，第２レンズ部材６６）の取付状態における当該レンズ部材の外周位置よりもさらに外側位置において当該取付部を厚さ方向に連通するように構成される連通部２Ｅを有している。ここでの連通部２は、厚さ方向に延びる溝状に形成されているが、厚さ方向に貫通する孔として形成してもよい。
【００２０】
レンズホルダ７は、図１ないし図４に示すように、連通部２Ｅを通して取付部２Ｃの厚さ方向両側に亘るように配置されると共に、その一方側において、レンズ部材（第１レンズ部材６５，第２レンズ部材６６）におけるレンズ支持部に支持される面とは反対側の面の周縁部を押さえる第１押さえ部７Ａを有し、他方側においては、この第１押さえ部７Ａによって押さえる向きに対し、ほぼ逆向きに取付部を押さえる第２押さえ部７Ｃを備えた構成をなしている。
【００２１】
そして、２つの振動部２，２の略中間位置で、これら振動部２，２の幅方向両側に設けられる一対の支持部４、４と、支持部４、４にそれぞれ延設されるように設けられ、被固定箇所に固定される一対の固定部３、３とが設けられている。これら２つの振動部２，２、一対の支持部４、４、及び一対の固定部３、３は、１枚の板金からなり、両振動部２、２が、略中間位置（接続部２Ｂが略中間位置をなす）を基準に互いに対称な形状として構成されているなお、本発明において、振動部における「幅方向」とは、両自由端を結ぶ直線と直交する方向を意味する。
【００２２】
レンズホルダ７において第１押さえ部７Ａは、第１押さえ部７Ａから連結される板状の連結部７Ｆを備えた構成をなしている。ここでは、連結部７Ｆが取付部２Ｃの厚さ方向に亘って挿入された状態で、この連結部７Ｆから一方側に延びる第１押さえ部７Ａがレンズ部材の一方側の面を押さえ、連結部７Ｆの他端側に延びる第２押さえ部７Ｃが、図４（Ｂ）、（Ｃ）のように、取付部２Ｃの内縁よりも外側でこの取付部２Ｃを押さえるように構成されており、この折り曲げられた第２押さえ部７Ｃと第１押さえ部７Ａとの間でレンズ部材（６５、６６）及び音叉の取付部２Ｃを挟持するように構成されている。なお、折り曲げ部分には図４に示すように窪み７Ｂが形成されている。
【００２３】
＜第２実施形態＞
以下、第１実施形態の音叉１を使用した変位センサについて図５ないし図８に基づいて説明する。
投光手段であるレーザダイオード（以下、ＬＤと称する）１１はレーザ駆動制御回路１２で駆動された状態でレーザ光を出射し、そのレーザ光は、光分割手段である偏光ビームスプリッタ１３を通過した後、コリメータレンズ１４で平行光に変換される。
コリメータレンズ１４で変換された平行光は、後述する補助光学手段としての発散レンズ１５により発散された状態で対物レンズ１６に入射することにより被測定物体１７に集光状態で投射される。これらのコリメータレンズ１４、発散レンズ１５及び対物レンズ１６は複数のレンズからなる複合レンズから構成されている。
【００２４】
被測定物体１７からの反射光は、対物レンズ１６、発散レンズ１５、コリメータレンズ１４を通過して偏光ビームスプリッタ１３で反射することにより、光絞り部１８のピンホール１８ａを通過して受光手段であるフォトダイオード（以下、ＰＤと称する）１９へ入射するようになっている。
なお、図１には示していないが、偏光ビームスプリッタ１３を通過したレーザ光が被測定物体１７で反射して偏光ビームスプリッタ１３に戻った際に光の振動方向を９０°回転させる振動方向変換手段としての１／４波長板が設けられており、これにより、偏光ビームスプリッタ１３に戻ったレーザ光がＬＤ１１の光軸の直交方向に反射されるようになっている。
ＰＤ１９で光電変換した信号は増幅器２０へ入力され、その出力信号は、制御手段であるＣＰＵ２１へ入力されるようになっている。
【００２５】
本実施の形態では、上述したＬＤ１１、偏光ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、発散レンズ１５、対物レンズ１６、光絞り部１８、ＰＤ１９、ＣＰＵ２１から合焦装置が構成されている。
【００２６】
ここで、ＬＤ１１の光軸に対して直交する方向を指向するようにレンズ可動手段としての上記第１実施形態の音叉１が配設されており、その音叉１の自由端２Ａの先端に発散レンズ１５の周縁部分が連結されている。この発散レンズ１５は、コリメータレンズ１４からの平行光を発散させた状態で対物レンズ１６へ入射させるもので、音叉１の微振動によりＬＤ１１からのレーザ光の光軸に沿って所定振幅で振動するようになっており、このような構成が本実施形態の特徴となっている。この場合、音叉１の振幅は極めて小さいことから、発散レンズ１５は光軸に沿って振動しているとみなすことができる。
【００２７】
一方、音叉１の自由端２Ａの側方の近接した位置には、例えば渦電流式磁気センサ、或は光センサ、或は静電容量センサを利用した位置検出手段（位置センサ）たる音叉振幅検出器２３が配設されており、音叉１の振動位置、つまり発散レンズ１５の位置を検出するようになっている。音叉振幅検出器２３が検出した検出振幅信号は増幅器２４へ入力され、その出力信号はＣＰＵ２１へ入力される。
音叉１の自由端２Ａの側方には、当該音叉１を振動させるためのソレノイド２５が配設されている。このソレノイド２５は、制御手段としてのＣＰＵ２１からの駆動信号に基づいて音叉振幅制御回路２６から制御電流が供給されることに応じて駆動するようになっている。音叉振幅制御回路２６には増幅器２４の出力信号が与えられており、音叉１の振幅を一定にするようにフィードバック制御するようになっている。
【００２８】
このような構成において、音叉振幅制御回路２６からソレノイド２５に所定周波数のパルス電流または交流電流を供給すると、ソレノイド２５から磁界（交流磁界）が発生する。この交流磁界により音叉１が所定振幅で微振動し、発散レンズ１５をＬＤ１１の光軸に沿って振動させる。
そして、音叉振幅検出器２３は、音叉１の振幅、即ち発散レンズ１５の振幅を検出し、発散レンズ１５の振幅を示す正弦波状信号を出力する。この正弦波状信号を増幅器２４で増幅し、増幅器２４から出力される出力信号をＣＰＵ２１へ入力させることにより、ＣＰＵ２１は、発散レンズ１５の位置を検出可能となっている。
【００２９】
ここで、上記音叉１、ソレノイド２５、音叉振幅検出器２３は、図６に示すように一体で移動可能な間隔可変手段２７として構成されており、移動位置に応じて発散レンズ１５の焦点と対物レンズ１６の焦点との距離を調整することが可能となっている。このときの発散レンズ１５の位置も、図示しないが、別に設けてある測定手段によってＣＰＵ２１に入力され、処理手段によって被測定点の位置情報として出力される。
【００３０】
次に、発散レンズ１５と対物レンズ１６の焦点距離との関係について図７及び図８に基づいて説明する。
図７は、物点ｃからの光線が対物レンズ１６により屈折されて像点ｃ’で結像する際の光学系を示している。ここで、物点ｃの微小変位量ｘｃ１とその像点変位量ｘｃ２の比αを縦倍率といい、通常の横倍率に対して光軸に沿った方向の倍率であり、次の式で求めることができる。
【００３１】
【数１】

【００３２】
ここで、対物レンズ１６の焦点距離をｆ、物体側焦点位置から物体までの距離をｘ、像側焦点位置から像までの距離をｘ’とすると、図中に示すように物点ｃを基点とする矢印が像点ｃ’を基点として結像したとすると、矢印の基点と先端のそれぞれに関して、ニュートンの公式に基づいて次に示す式を導き出すことができる。
【００３３】
【数２】

上記（２）式の左辺ｘ’を右辺に移し、上記（２）式を用いて整理すると、
【００３４】
【数３】

となる。従って、対物レンズ１６の縦倍率は、
【００３５】
【数４】

により求めることができる。つまり、対物レンズ１６の縦倍率は、対物レンズ１６の焦点距離を物点ｃと対物レンズ１６の焦点Ｆとの距離で除した値の２乗で示すことができる。この式から、対物レンズ１６の縦倍率は、対物レンズ１６の焦点距離が大きくなるほど大きくなり、物点ｃと対物レンズ１６の焦点Ｆとの距離が大きくなるほど小さくなる関係であることが分る。
【００３６】
ところで、本発明では、コリメータレンズ１４からの平行光を発散レンズ１５により発散させた状態で対物レンズ１６に入射させていることから、発散レンズ１５の焦点位置を物点ｃに一致させるように配置した場合、発散レンズ１５に入射した平行光はあたかも物点ｃから放射されたように出射するようになる。また、発散レンズ１５が変位した場合は、その移動に応じてあたかも物点ｃが同様に変位したことになる。
【００３７】
さて、上記関係式に基づいて、物点ｃと像点ｃ’の微小変位量が互いに等しくなる物点位置ｘは、α＝１であり、
【００３８】
【数５】

の関係になるときである。このような関係は、発散レンズ１５の変位量と対物レンズ１６の集光位置の変位量とが一致する場合であり、従来と同様な関係となる。
また、物点の微小変位量が像点の微小変位量の２倍になる物点位置ｘは、α＝１／２であり、
【００３９】
【数６】

の関係になるときである。このような関係は、発散レンズ１５の変位量よりも対物レンズ１６の集光位置の変位量が小さくなる場合であり、被測定物体１７の測定精度を高めることができる。これは、被測定物体１７の測定範囲を小さく設定できる結果、検出可能な分解能を高められるからである。
【００４０】
また、物点の微小変位量が像点の微小変位量の１／２倍になる物点位置ｘは、α＝２であり、
【００４１】
【数７】

の関係になるときである。このような関係は、発散レンズ１５の変位量よりも対物レンズ１６の集光位置の変位量が大きくなる場合であり、被測定物体１７の測定可能な変位量（測定レンジ）を拡大することができる。
なお、発散レンズ１５と対物レンズ１６の位置関係は、発散レンズ１５の焦点位置が対物レンズ１６の焦点Ｆに対して物点側となるように位置決めする必要がある。これは、発散レンズ１５に平行光が入射したときは、発散レンズ１５の焦点から投光されたように発散レンズ１５から出射することから、発散レンズ１５の焦点位置が対物レンズ１６の焦点位置に対して対物レンズ１６側に位置した状態では、対物レンズ１６からの出射光は集光しないからである。
【００４２】
このような位置関係を満足した場合は、上述した縦倍率αの関係から、発散レンズ１５の変位量と対物レンズ１６による集光位置の変位量とが異なるように設定することが可能となる。つまり、対物レンズ１６の焦点距離に対して発散レンズ１５の焦点位置と対物レンズ１６の焦点位置との距離が小さな場合は、発散レンズ１５の変位量に比べて対物レンズ１６による集光位置の変位量を大きく設定することができる。これに対して、対物レンズ１６の焦点距離に対して発散レンズ１５の焦点位置と対物レンズ１６の焦点位置とが大きな場合は、発散レンズ１５の変位量に比べて対物レンズ１６による集光位置の変位量を小さく設定することができる。
【００４３】
さて、被測定物体１７の変位量を検出する際は、被測定物体１７を検出位置に位置させた状態で装置を駆動する。すると、ＣＰＵ２１は、音叉１を振動させた状態で、レーザ駆動制御回路１２からＬＤ１１に駆動電流を供給する。これにより、ＬＤ１１はレーザ光を出射し、この出射光は、偏光ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、発散レンズ１５及び対物レンズ１６を通過して被測定物体１７へ集光状態で投射される。被測定物体１７で反射した反射光は、対物レンズ１６、発散レンズ１５及びコリメータレンズ１４を通過して偏光ビームスプリッタ１３でＰＤ１９側へ反射し、光絞り部１８のピンホール１８ａを通過した光のみがＰＤ１９へ入射する。この結果、被測定物体１７で生じた潜り光及びＬＤ１１で発生した迷光による反射光は、ピンホール１８ａを通過することができず、ＰＤ１９には、コリメータレンズ１４によりピンホール１８ａに集光された光、つまり被測定物体１７に集光状態で反射した光のみが入射することになる。そして、ＰＤ１９からの受光出力に応じた信号が増幅器２０へ出力されるので、増幅器２０からは増幅信号がデジタル化されてＣＰＵ２１へ出力される。
【００４４】
ここで、発散レンズ１５は微振動していることから、発散レンズ１５と被測定対象物１７との距離、つまり、対物レンズ１６により集光される光の位置が変化する。この場合、対物レンズ１６により集光される光の位置の変位量は、発散レンズ１５の変位量に対して上述した縦倍率を掛け合わせた値となる。
そして、対物レンズ１６から被測定物体１７に投射した光の集光位置が被測定対象物１７上となると、ＰＤ１９の受光出力は瞬時に最大となるので、ＰＤ１９からの受光出力は最大となる。
【００４５】
ＣＰＵ２１は、増幅器２４からの増幅信号を監視しており、増幅信号が最大となる時点における音叉振幅検出器２３からの検出信号に基づいて発散レンズ１５の変位量を求める。この場合、被測定物体１７の表面の変位量は、発散レンズ１５の変位量に対物レンズ１６の縦倍率を掛け合わせることにより求めることができる。
【００４６】
このような実施の形態によれば、ＬＤ１１からの光を平行光に変換するコリメータレンズ１４と対物レンズ１６との問に発散レンズ１５を介在させ、対物レンズ１６の焦点距離に対する発散レンズ１５の焦点位置と対物レンズ１６の焦点位置との距離の関係から、振動させる発散レンズ１５の変位量と被測定物体１７に対する集光位置の変位量との割合を任意に設定可能としたので、対物レンズを振動させることにより被測定物体の変位を測定する構成と違って、より高精度な測定や、より広い範囲の測定が可能となる。
【００４７】
また、コリメータレンズ１４からの平行光を発散レンズ１５により発散させるようにしたので、発散レンズ１５を対物レンズ１６よりも小さくすることができる。従って、発散レンズ１５をより高速に振動させることが可能であり、高速測定が容易にできるという利点を生じると共に、コリメータレンズ１４からの平行光の光芒幅を抑制することができるので、装置の小型化を図ることができる。
また、上記実施形態１の音叉１を用いて可動手段を構成したから、振動特性を保持しつつ製造された安価で精度の高い音叉１を用いて、製造コストを抑えつつ精度の高い合焦装置を得ることができる
【００４８】
＜第３実施形態＞
以下、第１実施形態の音叉を使用した共焦点顕微鏡について図９及び図１０に基づいて説明する。なお、この実施形態の特徴は、補助光学手段として発散レンズの代わりに収束レンズを用いた点である。
【００４９】
共焦点顕微鏡の構造を概略的に示す図９において、投光手段としてＬＤ３１は、レーザ駆動回路３２により駆動された状態でレーザ光を投光し、そのレーザ光は、コリメータレンズ３３で平行光に変換された状態で偏光ビームスプリッタ３４に照射され当該偏光ビームスプリッタ３４で反射されることにより１／４波長板３５、走査手段としての水平偏光装置３６及び垂直偏光装置３７、リレーレンズ３８、ハーフミラー３９、補助光学手段としての収束レンズ４０、ハーフミラー４１、対物レンズ４２を介して被測定物体４３に集光状態で照射される。
【００５０】
被測定物体４３で反射した光は、対物レンズ４２、ハーフミラー４１、収束レンズ４０、ハーフミラー３９、リレーレンズ３８、垂直偏光装置３７、水平偏光装置３６、１／４波長板３５、偏光ビームスプリッタ３４、結像レンズ４４、ピンホール４５を介して受光手段としてのＰＤ４６で受光される。
【００５１】
ここで、収束レンズ４０は可動手段としての変位機構４７により支持されており、その変位機構４７がレンズ位置制御回路４８で制御されることにより、収束レンズ４０が垂直方向、つまりＬＤ３１からのレーザ光の光軸方向に沿って移動可能に構成されている。
一方、白色光源４９からの光は、コリメータレンズ５０で略平行光とされた状態でハーフミラー４１で反射してから対物レンズ４２により集光状態で被測定物体４３に照射される。被測定物体４３で反射した光は、対物レンズ４２、ハーフミラー４１、収束レンズ４０を通過してハーフミラー３９で反射することによりＣＣＤ５１で受光される。このＣＣＤ５１は、ＣＣＤ駆動回路５２により駆動されることにより被測定物体４３の表面を画像信号として出力する。
【００５２】
上述した光学系を収納した筐体５３全体はＸＹステージ５４に載置されており、ＸＹステージ５４の動作に応じて筐体５３が水平方向に移動可能となっている制御手段及び記憶手段としての制御装置５５は、レンズ位置制御回路４８に指令を与え、それに応じて変位機構４７が収束レンズ４０を所定の初期位置に移動した状態で水平偏光装置３６及び垂直偏光装置３７を駆動することにより対物レンズ４２による集光位置を平面走査すると共に、その平面走査状態でＰＤ４６の受光レベルを収束レンズ４０の位置に対応して平面情報として記憶する。そして、平面走査が終了したときは、レンズ位置制御回路４８に対する指令により収束レンズ４０を１ステップ移動した状態で集光位置を平面走査しながら受光レベルを収束レンズ４０の位置に対応して平面情報として記憶する。
【００５３】
そして、制御装置５５は、被測定物体４３に対する測定が終了したときは、記憶した平面情報に基づいて受光量が最大受光量となる位置、つまり被測定物体４３の表面形状を立体的に求め、図示しない表示装置に立体画像として表示したり、被測定物体４３の所定ラインの断面形状画像をＣＣＤ５１が受光した被測定物体４３の画像に重ねて表示したりする。
【００５４】
本実施形態では、上述したＬＤ３１、コリメータレンズ３３、偏光ビームスプリッタ３４、１／４波長板３５、リレーレンズ３８、収束レンズ４０、対物レンズ４２、結像レンズ４４、ピンホール４５，ＰＤ４６、制御装置５５から合焦装置が構成されている。
なお、被測定物体４３に対する平面測定領域が水平偏光装置３６及び垂直偏光装置３７による最大平面走査領域を上回る場合は、制御装置５５は、ＸＹステージ５４を駆動して被測定物体４３に対する平面走査領域を水平方向にずらすことにより平面走査領域の拡大を図るようにしている。
図１０は、収束レンズ４０と対物レンズ４２との光学系を示している。この図１０において、収束レンズ４０と対物レンズ４２とで構成される組合わせレンズ系の有効焦点距離ｆは、次の式で求めることができる。
【００５５】
【数８】

但し、ｆ１は収束レンズ４０の有効焦点距離、ｆ２は対物レンズ４２の有効焦点距離、ｄはレンズ間隔で、収束レンズ４０の第２主点と対物レンズ４２の第１主点の距離、ｓ”は対物レンズ４２の第２主点と組合わせ後の最終焦点との距離、ｚは対物レンズ４２の第２主点と組合わせ後の第２主点との距離である。
上記式から、レンズ間隔ｄを変化させることにより組合わせレンズ系の有効焦点距離は変化することから、収束レンズ４０を変位させることにより焦点距離ｆを変化させることが可能なことが分かる。
【００５６】
従って、第２実施形態で説明した縦倍率を求める式に基づいて、収束レンズ４０の１ステップの変位に応じた縦倍率を求めることができることから、収束レンズ４０の変位量にそのときの縦倍率を掛け合わせることにより垂直方向への集光位置の変位量を求めることができ、最終的に被測定物体４３の表面形状を立体的に測定することができる。
【００５７】
このような実施形態によれば、収束レンズ４０と対物レンズ４２とから構成される組合わせレンズ系において、収束レンズ４０を変位させることにより対物レンズ４２の集光位置を光軸方向に沿って変位させことにより縦倍率を変更可能としたので、縦倍率を適切に調整することにより第２実施形態と同様に、より高精度な測定や、より広い範囲の測定が可能となる。
【００５８】
しかも、被測定物体が載置されたステージを垂直方向に間欠移動させ、移動停止状態で被検査対象物の水平方向の平面情報を検出する構成のものでは、被測定対象物によってはステージの上下動により振動を生じるために、ステージを１ステップ移動する毎に一定時間停止させ、被測定物体が安定するのを待ってから測定する必要を生じるものの、本実施形態では、光学系のみで測定を実施するととができるので、ステージを無くすことにより測定精度を一層高めることができると共に、計測の１ステップ毎に被測定物体４３の安定化のための待機時間が不要となり、高速計測が可能となる。
また、測定のための駆動部は光学部分のみでよいことから、高速計測に有効であると共に、被測定物体４３の大きさや形状、重量、或は形態などによる制約が著しく軽減され、用途を格段に広げることができる。
また、上記実施形態１の音叉１を用いて可動手段を構成したから、振動特性を保持しつつ製造された安価で精度の高い音叉１を用いて、製造コストを抑えつつ精度の高い共焦点顕微鏡を得ることができる。
【００５９】
＜第４実施形態＞
以下、第１実施形態の音叉１を使用した変位センサについて図１１に基づいて説明する。第２実施形態では、発散レンズを音叉の一方の自由端２Ａに連結したが、このような構成では、音叉の振動に伴う発散レンズの変位により当該発散レンズの光軸が対物レンズの光軸に対して僅かに傾き、対物レンズによる集光位置がＬＤの光軸からずれてしまうことから、この本実施形態では、発散レンズの変位による光軸ぶれを防止したことを特徴とする。
【００６０】
図１１は、変位センサにおける光学系の構成を概略的に示している。同図において、ケース６１内には光学系が構成されており、投光手段であるＬＤ６２は、図示しないレーザ駆動制御回路で駆動された状態でレーザ光を出射し、そのレーザ光は、光分割手段であるハーフミラー６３（偏光ビームスプリッタでも可）を通過した後、コリメータレンズ６４で平行光に変換される。
【００６１】
コリメータレンズ６４で変換された平行光は、後述する補助光学手投としての第１レンズ６５及び第２レンズ６６により若干発散された状態でケース６１に装着された対物レンズ６７に入射することにより被測定物体６８に集光状態で投射される。
【００６２】
ここで、第１レンズ６５は光を発散させるレンズであり、本実施形態においては発散レンズ（以下、発散レンズ６５と称する）を用いているが、これに限らず、収束レンズを用いてもよい。この場合、収束レンズで収束した光も収束点（焦点位置）を越えた領域では発散されることになるので、発散レンズと同様の作用を得ることができる。第２レンズ６６は光を収束させるレンズであり、本実施形態においては収束レンズ（以下、収束レンズ６６と称する）を用いている。
【００６３】
以上のコリメータレンズ６４、発散レンズ６５、収束レンズ６６及び対物レンズ６７は複数のレンズからなる複合レンズから構成されていてもよく、この場合、主平面及ぴ主曲面で規定することができ、一方の面が平面、他方の面が曲面で形成された単レンズとみなすことができる。
なお、レンズが平凸の単レンズで形成されている場合は、平凸レンズの平面が主平面に一致し、他面が主曲面に一致する。図１１では、コリメータレンズ６４、発散レンズ６５、収束レンズ６６、対物レンズ６７は単レンズとして図示したが、主平面及び主曲面からなる複合レンズであってもよい。
【００６４】
被測定物体６８からの反射光は、対物レンズ６７、収束レンズ６６、発散レンズ６５、コリメータレンズ６４を通過してハーフミラー６３で反射することにより、ＬＤ６２に対して直交する方向に反射され、光絞り部６９のピンホールを通過して受光手段であるＰＤ７０へ入射するようになっている。
なお、図１１には示していないが、光分割手段をハーフミラー６３に代えて偏光ビームスプリッタで構成した場合には、偏光ビームスプリンタを通過したレーザ光が被測定物体６８で反射して偏光ビームスプリンタに戻った際に光の振動方向を９０度回転させる振動方向変換手段としての１／４波長板が設けられており、これにより、偏光ビームスプリッタに戻ったレーザ光がＬＤ６２の光軸の直交方向に反射されるようになっている。
【００６５】
ＰＤ７０で光電変換した信号は、図示しない増幅器へ入力され、その出力信号は、制御手段であるＣＰＵ（図示しない）へ入力されるようになっている。本実施の形態では、上述しだＰＤ６２、ハーフミラー６３、コリメータレンズ６４、発散レンズ６５、収束レンズ６６、対物レンズ６７、光絞り部６９、ＰＤ７０、ＣＰＵから合焦装置が構成されている。
【００６６】
ここで、ＬＤ６２の光軸に対して直交する方向を指向するようにレンズ可動手段としてのＵ字形状の音叉１が配設されており、その音叉の一方の自由端２Ａの先端に発散レンズ６５の周縁部分が連結されていると共に、他方の自由端２Ａの先端に収束レンズ６６の周縁部分が連結されている。発散レンズ６５は、コリメータレンズ６４からの平行光を発散させた状態で収束レンズ６６に入射させ、収束レンズ６６は、発散レンズ６５で発散された光を若干収束させることにより対物レンズ６７に若干発散させた状態で入射させる。これらの発散レンズ６５及び収束レンズ６６は、音叉１の微振動によりＬＤ６２からのレーザ光の光軸に沿って所定振幅で振動するようになっている。
【００６７】
ところで、第２実施形態で示したように音叉１の一方の自由端２Ａの先端に発散レンズ６５のみを連結した構成の場合、音叉１の振幅は極めて小さいことから、発散レンズ６５は光軸に沿って振動しているとみなすことができるものの、発散レンズ６５は音叉１の自由端２Ａの振動中心点（図１１にＡで示す）を中心として円弧状に振動していることから、微小現象としては、発散レンズ６５の光軸は当該発散レンズ６５の移動に伴ってＬＤ６２の光軸から僅かに傾いて光軸ぶれを生じている。このため、極めて精度の高い検出を行う際に検出精度の低下を招来する虞がある。
【００６８】
そこで、本実施形態では、音叉１の一方の自由端２Ａの先端に発散レンズ６５を連結した上で、他方の自由端２Ａの先端に収束レンズ６６を連結するように構成した。つまり、音叉１が振動した際に、一方の自由端２Ａの振動による発散レンズ６５の微小な光軸ぶれを、他方の自由端２Ａの振動による収束レンズ６６の微小な反対方向への光軸ぶれにより相殺するのである。
【００６９】
ここで、発散レンズ６５の光軸中心（レンズ中心軸）と収束レンズ６６の光軸中心（レンズ中心軸）とが一致するように音叉１の自由端２Ａの先端に連結されている。また、発散レンズ６５及び収束レンズ６６が音叉１に連結された状態で、音叉１における一方の自由端２Ａと他方の自由端２Ａの固有振動数は等しく構成されている。この場合、音叉１の固有振動数は、音叉の材質、厚み、梁の長さ（振動する棒状部分）、重さ、音叉に連結するレンズ部の形状（大きさ、重さ、材質）により決定されるもので、これらを適宜組み合わせて、所望の振動を得るように設計されている。
【００７０】
さらに、本実施形態では、発散レンズ６５及び収束レンズ６６の主曲面の頂点が、音叉１における振動中心軸に略位置する構成となっている。具体的には、図１１中に示すＡが音叉１の自由端２Ａの振動中心点であり、音叉１の自由端２Ａはこの振動中心点Ａを中心とする円弧状に振動している、この場合、振動中心点Ａを基点としてＬＤ６２の光軸に直交する線が振動中心軸（図中に一点鎖線で示す）であり、レンズは振動中心軸の変位に応じて変位する。本実施形態では、発散レンズ６５及び収束レンズ６６の主曲面の頂点が振動中心軸に略位置するように設定されている。つまり、主平面及び主曲面で規定されるレンズは、その主曲面が光の屈折に主に寄与することから、レンズの主曲面の頂点を振動中心軸に一致させることによりレンズの主曲面の変位を最小とすることができる。これにより、発散レンズ６５及び収束レンズ６６の光軸がＬＤ６２の光軸から大きくずれないようにすることができるので、音叉１の振動による光軸ぶれを極力抑制することができる。
【００７１】
ところで、音叉１の自由端２Ａの先端に発散レンズ６５及び収束レンズ６６を直接的に連結した構成において、自由端２Ａの指向方向と振動中心軸の指向方向とを一致させた場合（自由端２Ａの指向方向がＬＤ６２の光軸と直交している場合）、凹レンズで示される発散レンズ６５に関してはその主曲面の頂点を振動中心軸に一致させることができるものの、凸レンズで示される収束レンズ６６に関してはその主曲面の頂点を振動中心軸に一致させることができないことから、収束レンズ６６が連結された自由端２Ａを内側に折曲した形状とした。
【００７２】
一方、音叉１の自由端２Ａの側方の近接した位置には、例えば渦電流式磁気センサ、或は光センサ、或は静電容量センサを利用した位置検出手段（位置センサ）たる音叉振幅検出器７２が配設されており、音叉１の振動位置、つまり発散レンズ６５の位置を検出するようになっている。音叉振幅検出器７２が検出した検出振幅信号は増幅器へ入力され、その出力信号はＣＰＵへ入力される。
【００７３】
音叉１の自由端２Ａの側方には、当該音叉１を振動させるためのソレノイド７３が配設されている。このソレノイド７３は、ＣＰＵからの駆動信号に基づいて音叉振幅制御回路から制御電流が供給されることに応じて駆動するようになっており、圧電素子を用いるようにしてもよい。音叉振幅制御回路には増幅器の出力信号が与えられており、音叉の振幅を一定にするようにフィードバック制御するようになっている。
【００７４】
このような構成において、音叉振幅制御回路からソレノイド７３に所定周波数の交流電流を供給すると、ソレノイド７３から交流磁界が発生する。この交流磁界により音叉１が所定振幅で微振動し、発散レンズ６５がＬＤ６２の光軸に沿って振動する。そして、音叉振幅検出器７２は、音叉１の振幅、即ち発散レンズ６５の振幅を検出し、発散レンズ６５の振幅を示す正弦波信号を出力する。この正弦波信号を増幅器で増幅し、増幅器から出力される出力信号をＣＰＵへ入力させることにより、ＣＰＵは、発散レンズ６５の位置を検出可能となっている。
【００７５】
このような実施形態によれば、音叉１の自由端２Ａの一方に発散レンズ６５を連結した上で、他方の自由端２Ａに収束レンズ６６を連結するようにしたので、音叉の振動による発散レンズ６５の移動に伴う光軸ぶれを収束レンズ６６による反対方向への光軸ぶれにより抑制することができ、第２実施形態のものに比較して、検出精度を高めることができる。
【００７６】
また、本実施の形態では、発散レンズ６５と収束レンズ６６とは音叉１の振動に伴って光軸に沿って互いに反対方向に移動するようにアフォーカル系を構成していることから、例えば発散レンズ６５と収束レンズ６６とが接近するように移動する場合は、発散レンズ６５は対物レンズ６７に接近するように移動すると同時に、収束レンズ６６は対物レンズ６７から離間するように移動する。ここで、発散レンズ６５が対物レンズ６７に接近するように移動した場合は、対物レンズ６７による集光位置は対物レンズ６７から離間するように変位すると共に、収束レンズ６６が対物レンズ６７から離間するように移動した場合も、対物レンズ６７による集光位置は対物レンズ６７から離間するように変位する。この結果、対物レンズ６７による集光位置は、発散レンズ６５と収束レンズ６６との協調動作により、発散レンズ６５及び収束レンズ６６を単体で移動した場合に比較して、対物レンズ６７から離間する変位（発散レンズ６５と収束レンズ６６とが離間するように移動する場合は、対物レンズ６７による集光位置が対物レンズ６７に近接する変位）を増大することができる。このことは、第２実施形態で説明した縦倍率を大きくできることを意味しており、第２実施形態のものよりも検出精度を高めながら、音叉１の振動による振幅を抑制することができ、結果として検出の高速化を図ることができる。
【００７７】
なお、発散レンズ６５及び収束レンズ６６の周縁部を音叉１の自由端２Ａの先端に直接連結する構造としては、図１２に示すように収束レンズ６６と連結された自由端２Ａを外側に折曲した形状としてもよい。また、発散レンズ６５と収束レンズ６６との位置関係及び主平面と主曲面の向きについては図１３ないし図１９に示すように種々の組合せが可能である。この場合、収束レンズ６６をホルダ７４により保持することにより音叉１の自由端２Ａの指向方向と振動中心軸の指向方向とを一致させることが可能となり、音叉１の両方の自由端２Ａを平行な形状とすることができる。
また、上記実施形態１の音叉１を用いて可動手段を構成したから、振動特性を保持しつつ製造された安価で精度の高い音叉１を用いて、製造コストを抑えつつ精度の高い変位センサを得ることができる。
【００７８】
＜第５実施形態＞
第４実施形態で説明した合焦装置を共焦点顕微鏡に適用した第５実施形態を図２０に基づいて説明するに、第４実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００７９】
光学系を概略的に示す図２０において、ハーフミラー６３とコリメータレンズ６４との問には第２ハーフミラー８１及び第３ハーフミラー８２が配置されており、照明用光源である白色光源８３からの光がレンズ８４で平行光に変換した状態で第２ハーフミラー８１により合流されてから、コリメータレンズ６４で略平行光とされた状態で対物レンズ６７により集光状態で被測定物体６８に照射される。被測定物体６８で反射した光は、対物レンズ６７、収束レンズ６６、発散レンズ６５、コリメータレンズ６４を通過して第３ハーフミラー８２によりＬＤ６２に対して直交する方向に反射されて撮像手段であるＣＣＤ８５で受光される。このＣＣＤ８５は、ＣＣＤ駆動回路により駆動されることにより被測定物体の表面を画像信号として出力する。
【００８０】
このような実施形態によれば、音叉１の自由端２Ａの先端に発散レンズ６５及び収束レンズ６６を連結した合焦装置を共焦点顕微鏡に適用するようにしたので、対物レンズ６７による集光位置がＬＤ６２の光軸からずれてしまうことを極力抑制することができ、共焦点顕微鏡の検出精度を高めることができる。
また、上記実施形態１の音叉１を用いて可動手段を構成したから、振動特性を保持しつつ製造された安価で精度の高い音叉１を用いて、製造コストを抑えつつ精度の高い共焦点顕微鏡を得ることができる。
【００８１】
＜第６実施形態＞
次に本発明の第６実施の形態を図２１に基づいて説明するに、第２実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施形態は、対物レンズの集束率を変更可能としたものである。
【００８２】
図２１は対物レンズ交換装置を示している。同図において、対物レンズ交換装置９１は、回動部材９２に異なる集束率（焦点距離）の複数の対物レンズ９３，９４を装着して構成されている。
ここで、第２実施形態で説明した対物レンズの縦倍率を求める式に基づいて、対物レンズの焦点距離を変更することによっても縦倍率を変更することができることから、対物レンズ９３，９４を適宜交換することにより縦倍率を変更することができる。つまり、焦点距離の大きな対物レンズに交換することにより、縦倍率を大きくすることができる。
【００８３】
このような実施の形態によれば、対物レンズ交換装置９１により対物レンズ９３，９４を交換可能としたので、第２実施形態のように発散レンズ１５の位置、或は第３実施形態のように収束レンズ４０の位置を調整することなく、対物レンズの縦倍率を調整することができ、第２実施形態と同様に、より高精度な測定や、より広い範囲の測定が可能となる。
【００８４】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００８５】
（１）被測定物体の変位量を、縦倍率を求める数式に基づいて演算するのに代えて、第２実施形態における発散レンズ１５或は第３実施形態における収束レンズ４０の位置に基づいて求めるようにしてもよい。つまり、発散レンズ１５或は収束レンズ４０と集光位置との対応関係をテーブルに記憶したり、或は関数で演算したりするようにし、受光量が最大となる時点における発散レンズ１５或は収束レンズ４０の位置に基づいて被測定物体の変位量を求めるものである。
この場合、発散レンズ１５或は収束レンズ４０と集光位置との対応関係は、理論値ではなく実際の実験結果から求めるようにしてもよい。
【００８６】
（２）また、サンプルモデルを使ってティーチングを行うようにしてもよい。つまり、例えば、所定高さ（具体的に、１．０ｍｍ）のサンプルにおいて、この高さ情報を記憶させると共に、このときの受光量最大点における位置信号を検出し記憶させる。次に、先ほどと高さの違うサンプル（具体的に、１，１ｍｍ）をおいて、この高さ情報を記憶させると共に、このときの受光量最大点における位置信号を検出して記憶させる。これによって、Ｏ．１ｍｍの変位量に対する位置信号の変位量との関係が求められる。従って、この位置信号の変位量に対応する被測定物体の変位量をテーブルに記憶したり、数式として求めて記憶させたりしてもよい。
【００８７】
（３）第２実施形態において、発散レンズ１５の位置を検出する手段としては、音叉振幅制御回路２６からの駆動信号に基づいて検出するようにしてもよい。この場合、発散レンズ１５の位置を検出する手段を省略することができる。発散レンズ１５を振動させるのに代えて、単に直線的に移動させるようにしてもよい。また、光絞り部１８を省略するようにしてもよい。第３実施形態において、透過型の共焦点顕微鏡に適用するようにしてもよい。
対物レンズを取り外し可能に設け、集束率の異なる対物レンズを装着荷能としてもよい。対物レンズとして、例えば液体が封入され表面の湾曲率を調整することにより集束率を可変可能な構造のものを用いるようにしてもよい。発散レンズ或は収束レンズを変位させると同時に対物レンズの収束率を変更するようにしてもよい。
【００８８】
（４）上記各実施形態では、音叉１を製造するための素材として軟鉄（ＳＰＣＣ）板としたが、これに限らず、弾性を有する板状部材であれば、例えばセラミックや樹脂等からなるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る合焦装置の音叉の構造を示す断面図、平面図及び背面図
【図２】レンズ部材が取りつけられる前の状態を示す図
【図３】レンズホルダの構成を説明する説明図
【図４】図４はレンズホルダの爪構成を説明する説明図
【図５】第２実施形態における変位センサの構成を示す概略図
【図６】間隔可変手段を示す概略図
【図７】対物レンズの光学系を示す模式図
【図８】発散レンズと対物レンズとを組合わせた光学系を示す模式図
【図９】第３実施形態における共焦点顕微鏡の構成を示す概略図
【図１０】収束レンズと対物レンズとを組合わせた光学系を示す模式図
【図１１】第４実施形態における光学系を概略的に示す側面図
【図１２】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１３】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１４】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１５】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１６】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１７】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１８】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１９】音叉の異なる形状を示す側面図
【図２０】第５実施形態を示す光学系を概略的に示す側面図
【図２１】第６実施形態における対物レンズ交換装置を示す斜視図
【符号の説明】
１…音叉
２…振動部
２Ａ…自由端
２Ｃ…取付部
２Ｄ…レンズ支持部
２Ｅ…連通部
３…固定部
４…支持部
７…レンズホルダ
７Ａ…第１押さえ部
７Ｃ…第２押さえ部
１１，３１，６２…レーザダイオード（投光手段）
１５，６５…発散レンズ（補助光学手段、レンズ部材）
１６，４２，６７，９１，９４，９４…対物レンズ
１９…フォトダイオード（受光手段）
２１…ＣＰＵ（制御手段）
２３，７２…音叉振幅検出器（位置検出手段）
２５，７３…ソレノイド（加振手段）
３６…水平偏光装置（走査手段）
３７…垂直偏光装置（走査手段）
４０，６６…収束レンズ（補助光学手段、レンズ部材）
４７…変位機構（可動手段）
５５…制御装置（制御手段、記憶手段）
７０…フォトダイオード（受光手段）

Claims (4)

1. 光を出射する投光手段と、
   この投光手段からの光を非平行光となるように発散若しくは収束する、少なくとも１つのレンズ部材を有する補助光学手段と、
   この補助光学手段からの光を被測定物体に集光状態で照射する対物レンズと、
   この対物レンズによる集光を前記被測定物体を介して受光する受光手段と、
   前記補助光学手段を移動するための駆動信号を出力する制御手段と、
   この制御手段からの駆動信号に応じて前記補助光学手段を前記投光手段からの光の光軸に沿って移動させる可動手段と、
   前記補助光学手段の位置を示す位置信号を出力する位置検出手段とを備え、
   前記制御手設は、前記駆動信号の出力状態で前記受光手段の受光量が最大となる時を検出する合焦装置であって、
   前記可動手段は、それぞれ先端が自由端として構成される２つの振動部を備えると共に、少なくとも一方の振動部における先端部に前記レンズ部材を取り付ける取付部を備える音叉と、
   前記レンズ部材が前記音叉の前記取付部に支持された状態で、この取付部との間で前記レンズ部材を保持するレンズホルダと、
   前記音叉の一方の振動部に設けられ、前記制御手段からの駆動信号に基づいて前記音叉を振動させる加振手段とを備え、
   前記音叉における前記取付部は、略環状又は略円弧状に形成されると共に、内周部付近において前記レンズ部材の周縁部を支持するレンズ支持部が設けられ、かつ、前記レンズ部材の取付状態における当該レンズ部材の外周位置よりもさらに外側位置において当該取付部を厚さ方向に連通するように構成される連通部を有し、
   前記レンズホルダは、前記連通部を通して前記取付部の厚さ方向両側に亘るように配置されると共に、その一方側において、前記レンズ部材における前記レンズ支持部に支持される面とは反対側の面の周縁部を押さえる第１押さえ部を有し、他方側においては、この第１押さえ部によって押さえる向きに対し、ほぼ逆向きに前記取付部を押さえる第２押さえ部を備えたことを特徴とする合焦装置。
2. 前記２つの振動部の略中間位置で、これら振動部の幅方向両側に設けられる一対の支持部と、
   前記支持部にそれぞれ延設されるように設けられ、被固定箇所に固定される一対の固定部とを備え、
   前記２つの振動部、前記一対の支持部、及び前記一対の固定部が１枚の弾性板からなり、
   前記両振動部が、前記略中間位置において折り曲げられた構成をなすことを特徴とする請求項１記載の合焦装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の前記合焦装置を備え、
   前記制御手段が検出した受光量が最大となる点における位置信号の変化に基づいて被測定対象物の変位量を測定することを特徴とする変位センサ。
4. 請求項１又は請求項２に記載の前記合焦装置と、
   前記制御手段の駆動に応じて前記対物レンズによる集光位置を水平方向に走査する走査手段とを備え、
   前記制御手段は、前記受光手段の受光量が最大となる時点における前記位置検出手段からの位置信号及び前記走査手段の走査位置を検出して記憶手段に記憶し、
   前記制御手段が検出し、前記記憶手段に記憶された前記位置信号及び前記走査位置に基づいて被測定対象物の表面形状を立体的に測定することを特徴とする共焦点顕微鏡。

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