JP2007040714A - 光学測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射率の低い測定対象物における測定時間の短縮を図ることが可能な光学測定装置を提供すること。
【解決手段】光学測定装置１０は、波長選択手段と感度変更手段を備える。波長選択手段は、光源２１から受光素子４１までの光路上に配置され通過する光の波長を選択する波長選択部２２により構成されている。受光素子４１にはバイアス電圧Ｖｂが供給され、該受光素子４１はそのバイアス電圧Ｖｂに応じた受光感度にて入射光に応じたレベルを持つ受光信号Ｓ３を出力する。そして、測定部２６は、受光信号Ｓ３のレベルが計測レベルよりも低い場合には感度変更部４４によりバイアス電圧Ｖｂを変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学測定装置に係り、詳しくは共焦点を利用して測定対象物の位置変位を測定する光学測定装置に関するものである。

従来、被測定物体の位置変位等を測定する光学測定装置として、共焦点を利用した変位測定を行う装置がある（例えば、特許文献１参照）。この光学測定装置は、光源から照射される複数の波長を含む光を、色収差を有する対物レンズを含む光学系により各波長の光の焦点位置を距離方向において異ならせ、測定対象物の反射光を分光し、各分光をイメージセンサなど蓄積型の複数の受光素子で受光し、強度の一番強い波長が焦点を結ぶ焦点位置を測定対象物（反射面）の位置とする。
特開平０８−２１１２９６号公報

ところで、反射率が低い測定対象物の場合、受光素子に入射する光量、即ち受光量が少ないため、測定不能になる。受光量の不足を補うため、受光素子における蓄積量を多くする、つまり蓄積時間を長くする方法がある。即ち、１回目の計測で感度が不足た場合、１回目の測定結果に応じて調整した蓄積時間にて２回目の計測を実施する。蓄積時間は感度上昇率に比例するため、感度を高くするほど計測時間が長くなる。このため、１回目の受光量によって２回目の蓄積時間、即ち測定時間が変わるため、反射率の低い測定対象物ほど測定時間が長くなってしまうという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、反射率の低い測定対象物における測定時間の短縮を図ることができる光学測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数の異なる波長を含む光を出射する投光手段と、少なくとも光学的収差を持つ対物レンズを含み前記投光手段からの光を測定対象物に向けて集光させる集光手段と、前記測定対象物からの反射光を分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分岐された光を受光する受光手段と、前記投光手段から前記受光手段までの光路上に配置され前記受光手段に入射される光の波長を選択する波長選択手段と、前記波長選択手段により選択された光に対する選択波長情報と前記受光手段の受光量に基づいて、測定対象物の光軸方向における距離を測定する測定手段と、前記受光手段の受光感度を変更する感度変更手段と、を備えたものである。

従って、この構成によれば、１回目の測定において受光感度が不足していた場合、受光素子の受光感度を変更することで、２回目の測定により測定対象物の距離を測定することができる。その２回目の測定は、受光素子の受光感度が変更されているため、１回目の測定と同程度の時間にて測定が終了する。このため、蓄積型の受光手段を備える構成に比べて、受光量が少ない場合における測定時間が短縮される。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光学測定装置において、前記受光手段は単一の非電荷蓄積型の受光素子から構成され、前記感度変更手段は、前記受光素子の受光感度を変更するものである。従って、この構成によれば、受光手段は非電荷蓄積型である受光素子であるため、容易に短時間で受光感度を変更することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の光学測定装置において、前記受光手段は互いに受光感度が異なる複数の非電荷蓄積型の受光素子から構成され、前記各受光素子には、前記分岐手段により分岐された分岐光が分割して入射され、前記感度変更手段は、前記複数の受光素子のうちの１つを選択することで前記受光手段に入射される光に対する実効的な受光感度を変更するものである。

従って、この構成によれば、受光手段は非電荷蓄積型の受光素子であるため、短時間で容易に受光感度を変更することができる。更に、異なる受光感度の受光素子にて光を同時に受光するため、測定対象物の反射率に応じて選択した受光信号により１回分の測定時間により測定対象物の距離が測定される。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の光学測定装置において、前記受光素子は、アバランシェフォトダイオードである。従って、この構成によれば、アバランシェフォトダイオードは一般的に用いられ価格も低いため、受光素子を容易に準備することができるとともに、光学測定装置のコスト上昇をおさえることができる。

請求項５に記載の発明は、複数の異なる波長を含む光を出射する投光手段と、少なくとも光学的収差を持つ対物レンズを含み前記投光手段からの光を測定対象物に向けて集光させる集光手段と、前記測定対象物からの反射光を分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分岐された光を受光する受光手段と、前記投光手段から前記受光手段までの光路上に配置され前記受光手段に入射される光の波長を選択する波長選択手段と、前記波長選択手段により選択された波長に対する選択波長情報と前記受光手段の受光量に基づいて、測定対象物の光軸方向における距離を測定する測定手段と、前記投光手段から出射される出射光量を変更して前記受光手段の受光感度を相対的に変更する感度変更手段を備えたものである。

従って、この構成によれば、１回目の測定において受光感度が不足していた場合、投光手段から出射される出射光量を変更して受光手段の受光感度を相対的に変更することで、２回目の測定により測定対象物の距離を測定することができる。その２回目の測定は、受光手段の受光感度が相対的に変更されているため、１回目の測定と同程度の時間にて測定が終了する。このため、蓄積型の受光手段を備える構成に比べて、受光量が少ない場合における測定時間が短縮される。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、前記波長選択手段は、透過光の波長が互いに異なる複数のフィルタを有するフィルタ板と、該フィルタ板を前記複数のフィルタの配列方向に沿って移動させる駆動部と、から構成されたものである。

従って、この構成によれば、透過光の波長が互いに異なる複数のフィルタを有するフィルタ板を移動させることで、容易に透過光の波長が変更され、それにより測定対象物に向かって集光される光の焦点が容易に変更される。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、前記波長選択手段は、所定の方向に沿って延びるように形成され、該形成方向に沿って透過光の波長が連続的に変化するように形成された１つのフィルタを有するフィルタ板と、該フィルタ板を前記フィルタの形成方向に沿って移動させる駆動部と、から構成されたものである。

従って、この構成によれば、透過光の波長を連続的に変更するように構成されたフィルタを有するフィルタ板を移動させることで、容易に透過光の波長が連続的に変更され、それにより測定対象物に向かって集光される光の焦点が容易に連続的に変更される。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、前記測定手段は、基準閾値を有し、前記受光手段からの受光信号のレベルが前記基準閾値に満たない場合には前記感度変更手段により前記受光手段の感度を調整して再度測定を行うようにした。

従って、この構成によれば、受光信号のレベルが基準閾値よりも大きい場合には１回の測定により測定対象物までの距離を測定することができるため、測定時間が短縮される。
請求項９に記載の発明のように、前記測定手段は、基準閾値を有し、前記受光手段からの受光信号のレベルが前記基準閾値に満たない場合には、前記感度変更手段により前記受光手段に入射される各波長の光に対応する受光信号のうちの最小値を前記基準閾値以上とするように前記受光手段の感度を調整して再度測定を行う。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜請求項９のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、前記投光手段は、複数の異なる波長を含む光として白色光を出射するものである。従って、この構成によれば、発振波長が互いに異なる複数の光源を用意する必要が無く、容易に測定を行うことができる。また、発振波長が異なる複数の光源の場合、光軸を一致させる光学系の作成は難しいが、１つの白色光源を用いることで、光軸を一致させる必要が無く、容易に光学系を構成することができる。

以上記述したように、本発明によれば、反射率の低い測定対象物における測定時間の短縮を図ることが可能な光学測定装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の光学測定装置は、測定対象物Ｗの位置変位又は表面変位を測定するものである。

光学測定装置１０は、載置テーブル１１と、変位測定部１２とを備えている。変位測定部１２は、載置テーブル１１上に載置された測定対象物Ｗに対して光を照射し、該測定対象物Ｗの反射光を受光し該反射光に基づいて測定対象物Ｗの位置変位又は表面変位を測定する。

変位測定部１２の構成を、光の進路に従って説明する。
変位測定部１２は、測定対象物Ｗに照射する光を出射する投光手段としての光源２１を備えている。光源２１は、複数の異なる波長を含む光（例えば白色光）を出射する。光源２１から出射された光は、波長選択手段としての波長選択部２２と集光手段としての集光部２３を介して測定対象物Ｗに照射される。

波長選択部２２は、フィルタ板２２ａと駆動手段としての駆動部２２ｂとから構成されている。図１（ｂ）に示すように、フィルタ板２２ａは、保持板３１と、該保持板３１に保持された複数（本実施形態では６個）のフィルタ３２ａ〜３２ｆとを備えている。フィルタ３２ａ〜３２ｆは直線状に配列されている。駆動手段としての駆動部２２ｂは、保持板３１をフィルタ３２ａ〜３２ｆの配列方向（図において左右方向）に移動させ、各フィルタ３２ａ〜３２ｆを選択的に光軸Ｌ１に配置する。各フィルタ３２ａ〜３２ｆは、それぞれ異なる透過帯域特性を持つフィルタ（バンドパスフィルタ）である。従って、波長選択部２２は、各フィルタ３２ａ〜３２ｆを選択的に光軸Ｌ１上に配置することで、光源２１から出射される光から任意の波長を選択し、該波長の光を透過させる、つまり透過する光の波長を選択的に変更する。また、波長選択部２２は、フィルタ板２２ａの移動位置、つまり選択的に透過する光の波長の情報（選択波長情報）Ｓ１を出力する。

集光部２３は、コリメータレンズ２３ａと対物レンズ２３ｂを備えている。コリメータレンズ２３ａは、光源２１から出射され光軸Ｌ１に対して所定の角度にて広がる光を平行光に変更する。対物レンズ２３ｂは、光源２１から出射される光に含まれる複数の波長に対して光学的収差（色収差、より詳しくは光学的軸上色収差）を持つレンズであり、図に実線，破線等で示すように、波長に応じた焦点にて光を集光する。

即ち、集光部２３は、波長選択部２２により選択された光の波長に応じた焦点にて光を集束する。そして、その光の焦点は、光の波長、即ち波長選択部２２における波長選択情報に対応する。従って、波長選択部２２及び集光部２３は、光の焦点を移動させる焦点移動手段を構成する。

測定対象物Ｗにて反射した光（反射光）は、該測定対象物Ｗに照射される光（照射光）の光軸Ｌ１とほぼ同じ方向の経路を進行する。集光部２３と波長選択部２２との間には光分岐手段としてのビームスプリッタ２４が配置されている。ビームスプリッタ２４は、反射光を照射光の光軸Ｌ１と異なる軸方向（本実施形態では光軸Ｌ１に対して直交する光軸Ｌ２の方向）に分岐するように配置されている。

光軸Ｌ２上には、受光手段としての受光部２５が配置されている。受光部２５は、受光素子４１と、受光素子４１の受光面の前方に配置されたピンホール板４２と、受光素子４１にバイアス電圧を供給するバイアス供給部４３とを備えている。

受光素子４１は単一のフォトダイオード（例えばアバランシェフォトダイオード）であり、供給されるバイアス電圧Ｖｂに応じた受光感度を持つ。ピンホール板４２には所定径のピンホールが形成され、ピンホール板４２はそのピンホールの中心が光軸Ｌ２と一致するように配置されている。

バイアス供給部４３は、高電位電源Ｖｄｄと低電位電源（本実施形態ではグランドＧＮＤ）との間に直列接続された固定抵抗Ｒ１及び可変抵抗Ｖｒと、該可変抵抗Ｖｒの抵抗値を制御する感度変更部４４とを備えている。感度変更部４４は、後述する測定部２６から入力される制御信号Ｓ２に基づいて可変抵抗Ｖｒの抵抗値を制御する。従って、固定抵抗Ｒ１及び可変抵抗Ｖｒは、高電位電源ＶｄｄとグランドＧＮＤとの間の電位差をそれぞれの抵抗値により分圧した分圧電圧を生成する。この分圧電圧がバイアス電圧Ｖｂとして受光素子４１に供給される。そして感度変更部４４が可変抵抗Ｖｒの抵抗値を制御することは、分圧電圧の電圧値、即ちバイアス電圧Ｖｂの電圧値を制御することとなる。つまり、バイアス供給部４３は、受光素子４１に供給するバイアス電圧Ｖｂの電圧値を制御信号Ｓ２に基づいて変更する。

受光素子４１は、受光量及びバイアス電圧Ｖｂに応じたレベルの受光信号Ｓ３を出力する。尚、集光部２３による収束光が測定対象物Ｗの測定面（本実施形態では表面）で焦点を結ぶと、その反射光がピンホール板４２のピンホール位置で結像し、受光素子４１での受光量が最大となる。一方、集光部２３を透過した収束光が測定対象物Ｗの測定面に焦点を結んでいないときには、その反射光の受光量は著しく少なくなる。

測定手段としての測定部２６は、駆動部２２ｂからの選択波長情報Ｓ１と、受光素子４１からの受光信号Ｓ３を入力し、選択波長情報Ｓ１と受光信号Ｓ３とに基づいて、測定対象物Ｗの位置変位又は表面変位（測定対象物Ｗの光軸Ｌ１方向における距離）を測定する。詳しくは、測定部２６は、受光信号Ｓ３のレベルを監視し、該レベルが最も高い（受光素子４１における受光量が最も多い）時の選択波長情報Ｓ１により、受光素子４１における受光強度が最も強い周波数を検出する。上記したように、受光素子４１における受光強度が最も強い場合、光源２１から出射された光は、測定対象物Ｗの測定面にて収束される、つまり測定面で焦点が結ばれている。従って、測定部２６は、測定面で焦点が結ばれている光の波長により、測定対象物Ｗの位置変位又は表面変位（測定対象物Ｗの光軸Ｌ１方向における距離）を測定する。

また、測定部２６は、受光信号Ｓ３に基づいて、受光素子４１における受光量が少ない場合、受光素子４１における受光感度を変更するべく制御信号Ｓ２を感度変更部４４に出力する。測定部２６は、受光信号Ｓ３のレベルを監視し、この受光信号Ｓ３の最大値が予め定めた計測レベル（基準閾値）より低い場合に受光量が少ないと判断する。そして、測定部２６は、受光量が少ない１回目の測定における受光信号Ｓ３のレベルの最大値が計測レベル以上となるように制御信号Ｓ２を出力する。例えば、測定部２６は、受光信号Ｓ３の最大値と計測レベルとの差を持つ受光信号Ｓ３を出力し、感度変更部４４はその受光信号Ｓ３に応じて可変抵抗Ｖｒの抵抗値を大きくする。これにより、バイアス電圧Ｖｂの電位が高くなり、受光素子４１の受光感度が高くなって受光信号Ｓ３のレベルが高くなる。

光学測定装置１０は、感度変更部４４による受光素子４１の感度調整が終了した後、２回目の測定を行う。この時、受光素子４１の感度調整が終了しており、受光信号Ｓ３の最大値は、計測可能なレベルの範囲内（計測レベル以上）である。従って、測定部２６は、受光信号Ｓ３と選択波長情報Ｓ１とに基づき、測定対象物Ｗの測定面で焦点を結ぶ光の波長を測定する。

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）光学測定装置１０は、波長選択手段と感度変更手段を備える。波長選択手段は、光源２１から受光素子４１までの光路上に配置され通過する光の波長を選択する波長選択部２２により構成されている。受光素子４１にはバイアス電圧Ｖｂが供給され、該受光素子４１はそのバイアス電圧Ｖｂに応じた受光感度にて入射光に応じたレベルを持つ受光信号Ｓ３を出力する。そして、測定部２６は、受光信号Ｓ３のレベルが計測レベルよりも低い場合には感度変更部４４によりバイアス電圧Ｖｂを変更するようにした。従って、１回目の測定において受光感度が不足していた場合、受光素子４１に供給するバイアス電圧Ｖｂを制御して該受光素子４１の受光感度を変更することで、２回目の測定により測定対象物Ｗの距離を測定することができる。その２回目の測定は、受光素子４１の受光感度が変更されているため、１回目の測定と同程度の時間にて測定が終了する。このため、蓄積型の受光手段を備える構成に比べて、受光量が少ない場合における測定時間を短縮することができる。

（２）波長選択部２２は、透過光の波長が互いに異なる複数のフィルタ３２ａ〜３２ｆを有するフィルタ板２２ａと、該フィルタ板２２ａを複数のフィルタ３２ａ〜３２ｆの配列方向に沿って移動させる駆動部２２ｂと、から構成されている。従って、フィルタ板２２ａを移動させることで、容易に透過光の波長が変更され、それにより測定対象物Ｗに向かって集光される光の焦点が容易に変更することができる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施の形態を図面に従って説明する。
尚、本実施の形態において、第１の実施の形態と同じ構成部材については同じ符号を付し説明を省略する。

図２に示すように、光学測定装置５０は、載置テーブル１１と、変位測定部５２とを備えている。変位測定部５２は、載置テーブル１１上に載置された測定対象物Ｗに対して光を照射し、該測定対象物Ｗの反射光を受光し該反射光に基づいて測定対象物Ｗの位置変位又は表面変位を測定する。

変位測定部５２の構成を、光の進路に従って説明する。
変位測定部５２は、測定対象物Ｗに照射する光を出射する投光手段としての光源６１を備えている。光源６１は、複数の異なる波長を含む光（例えば白色光）を出射する。また、光源６１は、制御信号Ｓ２に応答して出射光の光量を変更する機能を有している。

光源６１から出射された光は、波長選択手段としての波長選択部２２を介して分岐手段としての光カプラ６２に入射される。
光カプラ６２は、第１ファイバ６２ａと、第２ファイバ６２ｂと、第１ファイバ６２ａを通過する光を第２ファイバ６２ｂに分岐するべく第１ファイバ６２ａと第２ファイバ６２ｂとを結合する結合部６２ｃとから構成されている。

波長選択部２２を通過した光は、第１ファイバ６２ａに入射され、該第１ファイバ６２ａを通過した光が集光部２３を介して測定対象物Ｗに照射される。測定対象物Ｗからの反射光は、先ず第１ファイバ６２ａに入射され、結合部６２ｃにおいて第１ファイバ６２ａから第２ファイバ６２ｂに分岐される。

第２ファイバ６２ｂの先端には受光手段としての光電子増倍管６３が接続されている。光電子増倍管６３は、入射光を増幅した電気信号に変換し、該電気信号を受光信号Ｓ３として出力する。

測定部６４は、駆動部２２ｂからの選択波長情報Ｓ１と、光電子増倍管６３からの受光信号Ｓ３を入力し、選択波長情報Ｓ１と受光信号Ｓ３とに基づいて、測定対象物Ｗの位置変位又は表面変位（測定対象物Ｗの光軸Ｌ１方向における距離）を測定する。

また、測定部６４は、受光信号Ｓ３に基づいて、光電子増倍管６３における入射光量が少ない場合、光電子増倍管６３における入射光量を増加するべく制御信号Ｓ２を光源６１に出力する。測定部６４は、受光信号Ｓ３のレベルを監視し、この受光信号Ｓ３の最大値が予め定めた計測レベル（しきい値）より低い場合に入射光量が少ないと判断する。そして、測定部６４は、入射光量が少ない１回目の測定における受光信号Ｓ３のレベルの最大値が計測レベル以上となるように制御信号Ｓ２を出力する。例えば、測定部６４は、受光信号Ｓ３の最大値と計測レベルとの差を持つ受光信号Ｓ３を出力し、光源６１はその受光信号Ｓ３に応じて出射光量を増加させる。これにより、光電子増倍管６３における入射光量、即ち受光感度が高くなって受光信号Ｓ３のレベルが高くなる。

光学測定装置５０は、測定部６４及び光源６１による出射光量の調整、即ち光電子増倍管６３の感度調整が終了した後、２回目の測定を行う。この時、光電子増倍管６３の感度調整が終了しており、受光信号Ｓ３の最大値は、計測可能なレベルの範囲内（計測レベル以上）である。従って、測定部６４は、受光信号Ｓ３と選択波長情報Ｓ１とに基づき、測定対象物Ｗの測定面で焦点を結ぶ光の波長を測定する。

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）光学測定装置５０は、１回目の測定において受光感度が不足していた場合、光源６１の出射光量を変更して光電子増倍管６３の受光感度を相対的に変更するようにした。従って、２回目の測定により測定対象物Ｗの距離を測定することができる。その２回目の測定は、光電子増倍管６３の受光感度が相対的に変更されているため、１回目の測定と同程度の時間にて測定が終了する。このため、蓄積型の受光手段を備える構成に比べて、受光量が少ない場合における測定時間が短縮される。

（２）反射光を分岐する分岐手段を光カプラ６２により構成し、分岐光が通過する第２ファイバ６２ｂの先端を光電子増倍管６３に接続した。従って、第１の実施の形態のように、ビームスプリッタ２４にて分岐された分岐光の光軸Ｌ２と、ピンホール板４２のピンホールの中心を一致させる必要が無く、それらの位置ずれを考慮する必要がないため、安定して測定を行うことができる。

尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記各実施の形態において、波長選択部２２の構成を適宜変更しても良い。例えば、図３（ａ）に示す波長選択部７１とする。この波長選択部７１は、図３（ｂ）に示すように、円盤状に形成されたフィルタ板７２と、該フィルタ板７２を回転駆動する駆動部７３とから構成される。駆動部７３は、例えばモータよりなる。フィルタ板７２は、円周方向に沿って配列された複数のフィルタ３２ａ〜３２ｆを有している。尚、フィルタ板２２ａ，７２において、フィルタの数を適宜変更しても良い。

・上記各実施の形態において、フィルタ板２２ａ，７２は透過波長が異なる複数のフィルタ３２ａ〜３２ｆを備える構成としたが、透過光の波長を連続的に変更する構成としてもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、円盤状に形成されたフィルタ板８１は、その周方向に沿って透過光の波長が連続的に変化するように形成されたフィルタ８２を有している。また、図４（ｂ）に示すように、長方形板状に形成されたフィルタ板８３は、その長手方向（移動方向）に沿って透過光の波長が連続的に変化するように形成されたフィルタ８４を有している。これらフィルタ板８１，８３を備えることで、測定対象物Ｗに照射する光の波長を連続的に変更する、つまり光の焦点位置を光軸Ｌ１方向に沿って連続的に変更することができる。

尚、駆動部にステッピングモータ等の駆動ステップを有するアクチュエータにてフィルタ板を移動させる場合、その移動方向に沿って駆動ステップの幅を持つフィルタを隣接配列して構成されたフィルタ板を用いても良い。また、透過波長が異なる複数の波長板を移動方向に沿って隣接配列したフィルタ板であっても、各フィルタの幅と駆動ステップにより、透過する光の波長が連続的に変化するものであればよい。また、フィルタに当る光のスポット径と駆動ステップとにより、駆動ステップがスポット径と同じ、又は駆動ステップがスポット径よりも小さい（即ち光が透過する領域がステップ的に移動するフィルタの各ステップにおいて重なり合う）ものであってもよい。

・上記第２の実施の形態において、光電子増倍管６３に替えて第１の実施の形態の受光部２５を備える構成としてもよい。
・上記各実施の形態では、コリメータレンズ２３ａ及び対物レンズ２３ｂにより集光手段を構成したが、対物レンズのみ、又は３枚以上のレンズ群により集光手段を構成しても良い。

・上記各実施の形態では、波長選択部２２，７１を、光源２１，６１と分岐手段（ビームスプリッタ２４，光カプラ６２）との間に配置したが、光源２１，６１から受光手段としての受光部２５、光電子増倍管６３との間の光路上に配置されていればよい。

・上記第１の実施の形態では、単一の受光素子４１に供給するバイアス電圧Ｖｂを変更することで受光感度を変更する構成としたが、その他の構成により受光感度を変更するようにしてもよい。例えば、図５（ａ）に示す受光部９１とする。この受光部９１は、受光素子９１を備えている。この受光素子９１は、図５（ｂ）に示すように、複数（図において４つ）の受光素子９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄから構成され、各受光素子９１ａ〜９１ｄはそれぞれ異なる受光感度に設定されている。例えば、第１受光素子９１ａの受光感度を基準（Ｘ１）とした場合、第２受光素子９１ｂの受光感度は第１受光素子９１ａの受光感度の２倍（Ｘ２）、第３受光素子９１ｃの受光感度は第１受光素子９１ａの受光感度の４倍（Ｘ４）、第４受光素子９１ｄの受光感度は第１受光素子９１ａの受光感度の８倍（Ｘ８）に設定されている。そして、図において一点鎖線で示すように、各受光素子９１ａ〜９１ｄに対して同量の光が入射するように設定する。この場合、測定部９２は、各受光素子９１ａ〜９１ｄからそれぞれ出力される受光信号のうちの何れか１つを各受光信号のレベルに応じて選択し、その選択した受光信号と波長選択情報とに基づいて測定対象物Ｗの距離を測定する。即ち、互いに異なる受光感度が設定された複数の受光素子９１ａ〜９１ｄと測定部９２とにより受光素子９１に入射される光に対する実効的な受光感度を変更する感度変更手段が構成される。受光感度が異なる複数の受光素子９１ａ〜９１ｄにて入射光を同時に検出するため、測定部９２は、測定対象物Ｗの反射率に応じて選択した受光信号により測定対象物Ｗの距離を測定する。この構成によれば、反射率が低い場合であっても、１回の測定により測定対象物Ｗの距離を測定することができ、測定時間を短縮することができる。

尚、各受光素子９１ａ〜９１ｄは、図６に示すように、独立した受光素子としてもよい。この場合、各受光素子９１ａ〜９１ｄには、ビームスプリッタ９５ａ〜９５ｄや光カプラなどにより受光部への入射光を分岐して入射する。ビームスプリッタ９５ａ〜９５ｄの反射率やカプラの分岐比を変えることにより各受光素子への異なる量の光を入射することで、実効的な受光感度を変えるようにしてもよい。

・上記各実施形態において、測定部２６，６４は、受光信号Ｓ３の最大値が計測レベル（基準閾値）以上となるように受光感度を変更するようにしたが、受光信号Ｓ３の最小値が計測レベル以上となるように受光感度を変更するようにしてもよい。

また、測定部２６，６４は、基準閾値より低く、最大値と最小値との間のレベルに設定された第２閾値を有し、その第２閾値とほぼ等しい受光信号のレベルが計測レベル以上となるように受光感度を変更するようにしてもよい。

・上記各実施形態において、測定部２６，６４は、感度調整の結果を保持し、所定のリセット信号又は電源投入などによって感度調整をリセットするようにしてもよい。この場合、測定対象物Ｗを交換する等した次の測定においてその測定対象物Ｗの反射率が前の測定の測定対象物Ｗの反射率と同程度の場合に感度調整を行う必要がなく、１回の測定により測定対象物Ｗの変位を測定することができ、測定時間を短縮することができる。また、感度調整をリセットすることで、反射率が異なる測定対象物Ｗの測定を行うことができるようになる。

（ａ）は第１の実施の形態の変異測定装置の概略構成図、（ｂ）は波長選択部の説明図。 第２の実施の形態の変異測定装置の概略構成図。 （ａ）は別の波長選択部の説明図、（ｂ）は別の波長選択部の説明図。 （ａ）（ｂ）は別の波長選択部の説明図。 （ａ）（ｂ）は別の受光部の説明図。 別の受光部の説明図。

符号の説明

２１，６１…光源、２２，７１…波長選択部、２２ａ，７２，８１，８３…フィルタ板、２２ｂ，７３…駆動部、２３…集光部、２３ｂ…対物レンズ、３２ａ〜３２ｆ，８２，８４…フィルタ、２４…ビームスプリッタ、２５…受光部、２６，６４…測定部、４１…受光素子、６２…光カプラ、６３…光電子増倍管、Ｗ…測定対象物、Ｓ３…受光信号。

Claims (10)

1. 複数の異なる波長を含む光を出射する投光手段と、
   少なくとも光学的収差を持つ対物レンズを含み前記投光手段からの光を測定対象物に向けて集光させる集光手段と、
   前記測定対象物からの反射光を分岐する分岐手段と、
   前記分岐手段により分岐された光を受光する受光手段と、
   前記投光手段から前記受光手段までの光路上に配置され前記受光手段に入射される光の波長を選択する波長選択手段と、
   前記波長選択手段により選択された光に対する選択波長情報と前記受光手段の受光量に基づいて、測定対象物の光軸方向における距離を測定する測定手段と、
   前記受光手段の受光感度を変更する感度変更手段と、
   を備えたことを特徴とする光学測定装置。
2. 請求項１記載の光学測定装置において、
   前記受光手段は単一の非電荷蓄積型の受光素子から構成され、
   前記感度変更手段は、前記受光素子の受光感度を変更することを特徴とする光学測定装置。
3. 請求項１記載の光学測定装置において、
   前記受光手段は互いに受光感度が異なる複数の非電荷蓄積型の受光素子から構成され、
   前記各受光素子には、前記分岐手段により分岐された分岐光が分割して入射され、
   前記感度変更手段は、前記複数の受光素子のうちの１つを選択することで前記受光手段に入射される光に対する実効的な受光感度を変更することを特徴とする光学測定装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の光学測定装置において、
   前記受光素子は、アバランシェフォトダイオードであることを特徴とする光学測定装置。
5. 複数の異なる波長を含む光を出射する投光手段と、
   少なくとも光学的収差を持つ対物レンズを含み前記投光手段からの光を測定対象物に向けて集光させる集光手段と、
   前記測定対象物からの反射光を分岐する分岐手段と、
   前記分岐手段により分岐された光を受光する受光手段と、
   前記投光手段から前記受光手段までの光路上に配置され前記受光手段に入射される光の波長を選択する波長選択手段と、
   前記波長選択手段により選択された波長に対する選択波長情報と前記受光手段の受光量に基づいて、測定対象物の光軸方向における距離を測定する測定手段と、
   前記投光手段から出射される出射光量を変更して前記受光手段の受光感度を相対的に変更する感度変更手段と、
   を備えたことを特徴とする光学測定装置。
6. 請求項１〜請求項５のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、
   前記波長選択手段は、透過光の波長が互いに異なる複数のフィルタを有するフィルタ板と、該フィルタ板を前記複数のフィルタの配列方向に沿って移動させる駆動部と、から構成されたことを特徴とする光学測定装置。
7. 請求項１〜請求項５のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、
   前記波長選択手段は、所定の方向に沿って延びるように形成され、該形成方向に沿って透過光の波長が連続的に変化するように形成された１つのフィルタを有するフィルタ板と、該フィルタ板を前記フィルタの形成方向に沿って移動させる駆動部と、から構成されたことを特徴とする光学測定装置。
8. 請求項１〜請求項７のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、
   前記測定手段は、基準閾値を有し、前記受光手段からの受光信号のレベルが前記基準閾値に満たない場合には前記感度変更手段により前記受光手段の感度を調整して再度測定を行うことを特徴とする光学測定装置。
9. 請求項１〜請求項８のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、
   前記測定手段は、基準閾値を有し、前記受光手段からの受光信号のレベルが前記基準閾値に満たない場合には、前記感度変更手段により前記受光手段に入射される各波長の光に対応する受光信号のうちの最小値を前記基準閾値以上とするように前記受光手段の感度を調整して再度測定を行うことを特徴とする光学測定装置。
10. 請求項１〜請求項９のうちの何れか一項に記載の光学測定装置において、
    前記投光手段は、複数の異なる波長を含む光として白色光を出射することを特徴とする光学測定装置。

Images