JP3300803B2 - 変位計及び変位測定方法、厚み計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば金属、樹脂、
紙、セラミック等の被測定物の表面に光を投射して、被
測定物の表面の変位を測定する変位計及び変位測定方
法、同様の測定原理を用いて被測定物の厚みを測定する
厚み計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属、樹脂等の被測定物の表面の変位を
測定する装置には、例えば合焦点検出型非接触変位計が
実用されている。図14は、雑誌「光技術コンタクト Vo
l.26, No.11 (1988) 」第775 頁に示されているフーコ
ー法による合焦点検出型非接触変位計の模式的構成図で
ある。レーザダイオード１の出射光は、コリメートレン
ズ２と光波分割プリズム３と、対物レンズ４とを通って
被測定物５へ投射される。

【０００３】被測定物５からの反射光は、光波分割プリ
ズム３で反射した後、光波分割プリズム６を通り、被測
定物５に投射した光の合焦点を検出する、夫々が２分割
のホトダイオード7a,7b へ入射する。ホトダイオード7
a,7b で光電変換された電気信号は差動アンプ８へ入力
される。制御部９はレンズ位置制御回路9aとデータ処理
回路9bと表示回路9cとで構成されており、レンズ位置制
御回路9aには差動アンプ８の出力信号が入力される。レ
ンズ位置制御回路9aから出力される制御信号は、対物レ
ンズ４を光軸方向へ上、下動させる電磁コイル10へ与え
られる。

【０００４】次にこの非接触変位計の動作を説明する。
レーザダイオード１から被測定物５へ光を投射すると、
被測定物５からの反射光は光波分割プリズム３で反射し
てホトダイオード7a,7b へ入射する。ここで対物レンズ
４と被測定物５との距離が変化すると、被測定物からの
反射光束の広がり角が変化して、ホトダイオード7a,7b
の受光量に差が生じる。そして差動アンプ８から受光量
の差に応じた信号が出力されてレンズ位置制御回路9aへ
入力される。そして、被測定物５に、レーザダイオード
１からの出射光の合焦点が生じたときにはホトダイオー
ド7a,7b の各受光量が等しくなり、差動アンプ８の出力
信号が消滅する。

【０００５】このようにして、ホトダイオード7a,7b の
受光量に基づいてレーザダイオード１が出射した光の合
焦点が被測定物に生じているか否かを検出することにな
る。そこでホトダイオード7a,7b の受光量が等しくなる
ように、つまり被測定物に合焦点が生じるようにレンズ
位置制御回路9aからの制御信号により電磁コイル10を駆
動して対物レンズ４の位置を上、下動させれば、対物レ
ンズを上下動させる制御量が被測定物の表面の変位に対
応することになり、その制御量により、被測定物の表面
の変位を測定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、被測定物
５に投射した光が被測定物５の内部に潜り込む、所謂潜
り光が発生した場合は、被測定物５の表面には潜り光に
よる３次元の光の拡がりが生じることになって、２つの
ホトダイオード7a,7b の夫々は合焦点が生じている光
と、潜り光により拡がっている光とを受光することにな
り、ホトダイオード7a,7b の受光量に差が生じる。

【０００７】一方、それとは別にレーザダイオード１内
で迷光が発生している場合は、被測定物５の表面に合焦
点が生じている位置の近くに迷光が投射され、そのため
２つのホトダイオード7a,7b は、合焦点が生じている光
と、迷光による光とを受光して、この場合もホトダイオ
ード7a,7b の受光量に差が生じる。そのため、潜り光又
は迷光が生じている場合には、レーザダイオード１が出
射した光の合焦点が被測定物５に生じていても、２つの
ホトダイオード7a,7b の受光量が等しくならず、被測定
物５の表面の変位を測定した値に誤差が生じるという問
題がある。

【０００８】本発明は斯かる問題に鑑み、被測定物に潜
り光が生じている場合、又はレーザダイオードに迷光が
生じている場合でも被測定物の表面の変位を誤差なく測
定できる変位計及び変位測定方法、同様の測定原理を用
いる厚み計を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る変位計
は、発光部が出射した光を対物レンズを通して被測定物
に投射し、被測定物からの反射光を受光して、受光した
受光量に基づいて被測定物の表面の変位を測定する変位
計において、前記対物レンズを所定振幅で振動させる加
振部と、対物レンズの位置を検出する位置検出部と、被
測定物からの反射光が通過する光絞り部と、該光絞り部
を通った光を受光する受光部と、前記位置検出部の検出
位置信号を、前記受光部の受光量の最大時点で捉える手
段と、捉えた検出位置信号に基づいて被測定物の表面の
変位を求める手段とを備えることを特徴とする。

【００１０】第２発明に係る変位測定方法は、被測定物
へ投射した光の反射光を受光して被測定物の表面の変位
を測定する方法において、被測定物へ投射する光が通過
する対物レンズを、前記光の光軸方向へ振動させ、振動
させた対物レンズの位置を検出し、被測定物からの反射
光の光量最大時点で対物レンズの位置を捉え、捉えた位
置に基づいて被測定物の表面の変位を求めることを特徴
とする。

【００１１】第３発明に係る厚み計は、被測定物に対し
光を出射する発光部と、前記光が通過する対物レンズ
と、該対物レンズを振動させる加振部と、前記対物レン
ズの位置を検出する位置検出部と、被測定物からの反射
光を受光する受光部と、前記位置検出部の検出位置信号
を、前記受光部の受光量の極大値が相前後して生じた夫
々の時点で捉える手段と、捉えた検出位置信号に基づい
て被測定物の厚みを求める手段とを備えることを特徴と
する。

【００１２】

【作用】第１発明では、対物レンズを光軸方向に所定振
幅で振動させると、対物レンズと被測定物との距離が変
化する。対物レンズと被測定物とが所定距離に達したと
き、被測定物へ投射した光の合焦点が被測定物に生じ
る。被測定物からの反射光が光絞り部へ投射されて、潜
り光及び迷光によって被測定物に生じた反射光が遮られ
る。そして合焦点が生じている合焦点位置からの反射光
のみが光絞り部を通過し、それを受光部が受光し、受光
部の受光量が最大になる。そして、受光量が最大になっ
た時点の対物レンズの位置が、光学系の基準位置から被
測定物までの距離に対応する。被測定物を光軸と直交す
る方向へ移動させると被測定物の表面の変位を測定でき
る。これにより、受光量の最大時点における対物レンズ
の位置により、被測定物の表面の変位を測定できる。光
絞り部により、潜り光、迷光による反射光が遮られるか
ら変位を誤差なく測定できる。

【００１３】第２発明では、図１に示すようにレーザダ
イオードＣからの出射光をビームスプリッタＤ、コリメ
ートレンズＬ、対物レンズＡを通して被測定物Ｂに投射
する。対物レンズＡを所定振幅で矢符で示す光軸方向に
振動させると、対物レンズＡの位置は図２に示す曲線Ｑ
のように変化する。そして対物レンズＡと被測定物Ｂと
の距離が変化する。被測定物Ｂからの反射光はビームス
プリッタＤで反射して光絞り部Ｆを通って受光部Ｅに入
射する。対物レンズＡの振動の１周期内に、被測定物Ｂ
に投射した光の合焦点が被測定物Ｂ上に２回生じ、合焦
点が生じる都度、受光部Ｅの受光量が最大になる。即
ち、対物レンズＡと被測定物Ｂとが所定距離になったと
きに被測定物Ｂ上に合焦点が生じる。

【００１４】そこで、被測定物Ｂの表面の変位（高さ）
が高，中，低の３段階であるとして、その低の高さ位置
に光を投射している場合は、対物レンズＡが被測定物Ｂ
に最接近する前、後の各時点で被測定物Ｂに合焦点が生
じて受光部Ｅの受光量が最大となり、図３(a) に示すよ
うに合焦点検出信号Ｚ，Ｚが発生する。また、中の高さ
位置に光を投射している場合は、対物レンズＡが被測定
物Ｂに最接近する時点と、最離反する時点との中間時点
で被測定物Ｂに合焦点が生じて受光部Ｅの受光量が最大
となり、図３(b) に示すように合焦点検出信号Ｚ，Ｚが
発生する。更に、高の高さ位置に光を投射している場合
は、対物レンズＡが被測定物Ｂに最離反する前、後の各
時点で、被測定物Ｂに合焦点が生じて受光部Ｅの受光量
が最大となり、図３(c) に示すように合焦点検出信号
Ｚ，Ｚが発生する。これにより、合焦点検出信号Ｚ，Ｚ
が発生した時点の対物レンズＡの位置、つまり対物レン
ズＡの振幅が光学系の基準位置から被測定物までの距離
に対応し、被測定物Ｂを光軸と直交する方向へ移動させ
ると、被測定物Ｂの表面の変位を測定できる。

【００１５】第３発明では、対物レンズを光軸方向に所
定振幅で振動させると、対物レンズと被測定物との距離
が変化する。被測定物が透光性の板状であると、対物レ
ンズと対向している被測定物の両面夫々で、被測定物に
投射している光が強く反射し、受光部の受光量の極大値
が相前後して２回生じる。受光量の極大値が相前後して
２回生じた夫々の時点の対物レンズの位置に関連してい
る検出位置信号が、光学系の基準位置から被測定物の両
面夫々までの距離に対応する。受光量の極大値が相前後
して生じた夫々の時点の対物レンズの位置に関連してい
る検出位置信号の差が被測定物の厚みに対応する。これ
により、検出位置信号の差から被測定物の厚みを測定で
きる。

【００１６】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。図４は本発明に係る変位計の模式的構成図であ
る。レーザパワー制御回路11で駆動されるレーザダイオ
ード12の出射光は、ビームスプリッタ13と、コリメート
レンズ14と対物レンズ15とを順次通過して、被測定物16
に投射されるようになっている。被測定物16からの反射
光は対物レンズ15と、コリメートレンズ14とを通ってビ
ームスプリッタ13で反射し、ピンホール17a を形成して
いる光絞り部17のピンホール17a を通ってホトダイオー
ド18へ入射するようになっている。ピンホール17a の大
きさφは、次式により可及的に微小な径になすべく選定
している。 φ＝0.61×レーザダイオードの光の波長／NA …(1) 但し、NA、即ち開口数は光学系で示される定数

【００１７】ホトダイオード18で光電変換した信号は増
幅器19へ入力され、その出力信号Ｘは演算部20へ入力さ
れるようになっている。Ｕ字状をした音叉21の一側長寸
部の先端には対物レンズ15の周縁部分が取付けられてい
る。対物レンズ15は、音叉21の振動により、レーザダイ
オード12の出射光の光軸方向に所定振幅で振動させられ
るようになっている。音叉21の一側長寸部の先端側の側
方には、例えば磁気、光又は静電容量を利用したセンサ
からなる、位置検出部たる音叉振幅検出器22が配設され
ていて、音叉21の振幅、つまり対物レンズ15の位置を検
出するようになっている。音叉振幅検出器22が検出した
検出振幅信号は増幅器23へ入力され、その出力信号Ｙは
演算部20へ入力される。音叉21の他側長寸部の先端側の
側方には、音叉21を振動させるためのソレノイド24が配
設されている。

【００１８】ソレノイド24には音叉振幅制御回路25から
の制御電流が供給され、音叉振幅制御回路25には増幅器
23の出力信号が与えられて音叉21の振幅を一定になすべ
く制御されるようになっている。なお音叉21は、例えば
800Hz 、振幅が±0.3mm で振動するようになっている。
演算部20で捉えて出力される変位信号は距離変換部50へ
入力されるようになっている。

【００１９】図５は演算部20の構成を示すブロック図で
ある。演算部20へ入力される増幅器19 (図４参照) の出
力信号Ｘは微分器30と、第１の比較器31の正入力端子＋
とに入力される。比較器31の負入力端子−には基準電圧
Ｖ_ref が入力される。微分器30の出力信号Ｓ₃₀は第２の
比較器32の負入力端子−へ入力される。比較器32の正入
力端子＋は接地されている。比較器31,32 の出力信号Ｓ
₃₁、Ｓ₃₂はAND 回路33の一側入力端子、他側入力端子へ
各別に入力され、その出力信号Ｓ₃₃はワンショットパル
ス発生回路34へ入力される。ワンショットパルス発生回
路34が出力するワンショットパルスＳ₃₄は、オン，オフ
制御信号としてスイッチSWへ与えられる。

【００２０】増幅器23 (図４参照) からの出力信号Ｙ
は、増幅器35と、スイッチSWとを介して増幅器36へ入力
される。増幅器36の入力側はコンデンサ37を介して接地
されている。増幅器36とコンデンサ37とによりサンプル
ホールド回路38を構成しており、増幅器36から変位信号
Ｓ₃₈が出力されるようになっている。

【００２１】次にこのように構成した変位計の動作を説
明する。音叉振幅制御回路25からソレノイド24に電流を
供給すると、ソレノイド24により磁界が発生する。この
発生磁界により音叉21が所定振幅で振動し、対物レンズ
15を、それを通る光の光軸方向へ振動させる。音叉振幅
検出器22は音叉21の振幅、即ち対物レンズ15の振幅を検
出し、対物レンズ15の振幅たる正弦波信号を出力する。
この正弦波信号を、増幅器23で増幅し、増幅器23から出
力される出力信号Ｙを演算部20へ入力させる。

【００２２】一方、レーザパワー制御回路11からレーザ
ダイオード12に駆動電流を供給すると、レーザダイオー
ド12はレーザ光を出射する。この出射光はビームスプリ
ッタ13、コリメートレンズ14及び対物レンズ15を通って
被測定物16へ投射される。被測定物16で反射した反射光
は対物レンズ15とコリメートレンズ14を通ってビームス
プリッタ13で反射して光絞り部17側へ投射され、ピンホ
ール17a を透過した光のみがホトダイオード18へ入射す
る。そのため、ホトダイオード18には、被測定物16で生
じた潜り光及びレーザダイオード12で発生した迷光によ
る反射光はピンホール17a で遮られてピンホール17a を
通らずホトダイオード18には、被測定物16に生じた合焦
点の光のみが入射することになる。

【００２３】ところで、対物レンズ15が振動させられて
いるために、対物レンズ15と被測定物16との距離が変化
し、所定距離に達した時点で、被測定物16に投射した光
の合焦点が被測定物16に生じると、ホトダイオード18の
受光出力は瞬時に最大となり、この受光出力に応じた信
号が増幅器19へ入力され、増幅器19から図６(a) に示す
出力信号Ｘが出力され演算部20へ入力される。

【００２４】このようにして出力信号Ｘ、出力信号Ｙが
演算部20へ入力されると、出力信号Ｘは微分器30により
微分されて微分器30から図６(b) に示すような逆Ｓ字状
をした微分波形の出力信号Ｓ₃₀が出力される。そして出
力信号Ｘの最大値が、出力信号Ｓ₃₀のゼロクロス時点Ｔ
₀ により検出されて、被測定物16に投射した光の合焦点
が生じた時点を正確に検出することになる。この出力信
号Ｓ₃₀が比較器32へ入力され、比較器32は出力信号Ｓ₃₀
と接地電位とを大小比較して、比較器32から出力信号Ｓ
₃₀のゼロクロス時点Ｔ₀ で立上り、出力信号Ｓ₃₀の負の
半周期の期間に対応するパルス幅の図６(d) に示すパル
スの出力信号Ｓ₃₂を出力する。

【００２５】一方、比較器31は、出力信号Ｘと基準電圧
Ｖ_ref とを大小比較し、比較器31から、出力信号Ｘが基
準電圧Ｖ_ref 以上にある期間に対応するパルス幅の図６
(c)に示す出力信号Ｓ₃₁を出力する。これらの出力信号
Ｓ₃₁、Ｓ₃₂の論理が成立するとAND 回路33から図６(e)
に示すパルスの出力信号Ｓ₃₃を出力して、ワンショット
パルス発生回路34へ入力する。それによりワンショット
パルス発生回路34は、出力信号Ｓ₃₃の立上りに同期して
立上る図６(f) に示すワンショットパルスＳ₃₄を出力す
る。そしてこのワンショットパルスＳ₃₄によりスイッチ
SWをオンさせる。

【００２６】そうすると、出力信号Ｙを増幅した増幅器
35の出力信号ＹがスイッチSWを介してサンプルホールド
回路38へ入力され、サンプルホールド回路38は出力信号
Ｙの信号レベルをサンプリングして保持し、増幅器35で
増幅して変位信号Ｓ₃₈を出力する。これにより出力信号
Ｓ₃₀のゼロクロス時点における出力信号Ｙのレベル、即
ち対物レンズ15の振幅をサンプリングすることになる。
そしてサンプリングした変位信号Ｓ₃₈を距離変換部50へ
入力して、変位信号Ｓ₃₈を、変位信号Ｓ₃₈に応じた距離
に変換して、被測定物16の表面の変位を測定する。

【００２７】図７は出力信号Ｙ、ワンショットパルスＳ
₃₄及び変位信号Ｓ₃₈のタイミングチャートである。前述
したように対物レンズ15の位置 (振幅) に対応して図７
(a)に示すように出力信号Ｙが変化しているときに、被
測定物16に合焦点が生じた時点で図７(b) に示すワンシ
ョットパルスＳ₃₄が発生すると、その時点の出力信号Ｙ
のレベルがサンプリングされる。そして被測定物16を光
軸と直交する方向へ移動させると、被測定物16の表面の
変位に応じて、変位信号Ｓ₃₈は図７(a) に示すように階
段状に変化して、変位信号Ｓ₃₈のレベルと、被測定物16
の表面の変位とが対応する。そのため出力信号Ｙのレベ
ルをサンプリングすれば、出力信号Ｙのレベルに応じて
被測定物16の変位を高精度に測定できる。

【００２８】また、対物レンズ15を振動させておいて、
合焦点が生じた時点の出力信号Ｙのレベルをサンプリン
グして被測定物16の表面の変位を測定するから、その変
位を高速度に測定できる。

【００２９】図８は演算部20の他の構成を示すブロック
図である。出力信号Ｘはピーク検出回路40へ入力され、
ピーク検出回路40から出力されるピーク検出信号Ｓ_P は
第１のカウンタ41へ入力され、そのカウント値は演算回
路42へ入力される。一方、出力信号Ｙはゼロクロス検出
回路43へ入力され、ゼロクロスを検出したゼロクロス検
出信号Ｓ₀ は第１のカウンタ41及び第２のカウンタ44へ
与えられる。カウンタ44のカウント値は演算回路42へ入
力される。

【００３０】そして演算回路42から演算結果たる位相信
号Ｓ₄₂が出力され距離変換部50へ入力されるようになっ
ている。カウンタ41はラッチ部を備えており、カウント
値を２回ラッチでき、ゼロクロス検出信号Ｓ₀ によりカ
ウント値がクリアされるようになっている。カウンタ44
はラッチ部を備えており、カウント値を１回ラッチで
き、ゼロクロス検出信号Ｓ₀ によりカウント値がクリア
されるようになっている。

【００３１】次にこのように構成した演算部を用いた場
合の変位計の動作を、出力信号Ｙ、ピーク値検出信号Ｓ
_P 及びゼロクロス検出信号Ｓ₀ のタイミングチャートを
示す図９とともに説明する。いま、対物レンズの位置
（振幅）に応じた図９(a) に示す出力信号Ｙがゼロクロ
ス検出回路43へ入力されると、出力信号Ｙのゼロクロス
時点が検出されて、ゼロクロス検出回路43から図９(c)
に示すゼロクロス検出信号Ｓ₀ が出力される。それによ
りカウンタ41,44 のカウント値がクリアされ、続いてカ
ウンタ41,44 はカウント動作を開始して時間をカウント
していく。そしてカウンタ44は、１回目のゼロクロス検
出信号Ｓ₀ が与えられた時点から２回目のゼロクロス検
出信号Ｓ ₀ が与えられる時点までの時間、つまり出力信
号Ｙの１周期の時間ｔ₃ をカウントしてそのカウント値
をラッチ部にラッチさせる。

【００３２】一方、被測定物16に合焦点が生じたときに
得られる出力信号Ｘがピーク検出回路40入力れると、ピ
ーク検出回路40は出力信号Ｘのピーク値を検出し、ピー
ク検出信号Ｓ_P を出力してカウンタ41へ入力する。これ
によりカウンタ41は１回目のピーク検出信号Ｓ_P が入力
された時点までのカウント値ｔ₁ をカウンタ41のラッチ
部にラッチさせる。更に２回目のピーク検出信号Ｓ_P が
入力された時点までのカウント値ｔ₂ をカウンタ41のラ
ッチ部にラッチさせる。このようにしてラッチしたカウ
ント値ｔ₁ ，ｔ₂ ，ｔ₃ を演算回路42へ入力する。それ
により、演算回路42は入力されたカウント値ｔ₁ ，
ｔ₂ ，ｔ₃ により、 sin^-1（ｔ₁ ／ｔ₃ ）及び sin
^-1（ｔ₂ ／ｔ₃ ）を演算してピーク検出信号Ｓ_P の出力
時点の出力信号Ｙの位相を算出する。

【００３３】このように算出した出力信号Ｙの位相は被
測定物16に合焦点が生じた時点の出力信号Ｙのレベル、
つまり対物レンズ15の位置に対応する。そして、演算結
果である位相信号Ｓ₃₈が演算部20 (演算回路42) から出
力されて距離変換部50へ入力され、距離に変換して被測
定物16の表面の変位を測定する。このようにして出力信
号Ｘのピーク値を検出した時点の出力信号Ｙの位相を求
めても被測定物16の表面の変位を測定できる。

【００３４】なお、被測定物16からの反射光をピンホー
ル17a を透過してホトダイオード18へ入射させた場合に
は、潜り光又は迷光によって被測定物16の光投射位置に
光の拡がりが生じていても、合焦点が生じたときの強い
光のみがホトダイオード18に入射し、潜り光及び迷光に
よる反射光により、ホトダイオード18の受光出力が変化
することがなく被測定物の表面の変位を誤差を与えずに
測定できる。

【００３５】次に、被測定物16に例えばガラス板を用い
た場合には、ガラス板に投射した光は対物レンズ15と対
向しているガラス板の表面と裏面とで反射して図10に示
すようにピーク値が高い出力信号Ｘ₁ , Ｘ₂ が相前後し
て得られて演算部20へ入力される。ここで演算部20に図
８に示す回路を用いている場合は、出力信号Ｘ₁ , Ｘ ₂
のピーク値を検出した時点の出力信号Ｙの位相を夫々演
算して、その位相差を算出することにより、ガラス板の
厚みを測定できる。しかし、ガラス板にはガラス固有の
屈折率が存在するから裏面で反射した光に対応する出力
信号Ｘ₂ は、あたかもガラス板の厚みが実際の厚みより
薄いかの如き振舞いをするので、ガラスの屈折率ｎを用
いて補正すれば、ガラス板の厚みを正確に測定できるこ
とになる。

【００３６】そしてこのような出力信号Ｘ₁ ，Ｘ₂ は出
力信号Ｙの所定振幅位置で相前後して得られる。そこで
図８におけるカウンタ44により、図10に示すように出力
信号Ｙの１周期の時間ｔ₀ をカウントし、一方、カウン
タ41により、第１回目の出力信号Ｘ₁ の極大値時点から
出力信号Ｙのゼロクロス時点までの時間ｔ₁₁と、ゼロク
ロス時点から第２回目の出力信号Ｘ₂ の極大時点までの
時間ｔ₁₂とを、カウントするか、あるいはゼロクロス時
点から次のゼロクロス時点の直前で発生する第１回目の
出力信号Ｘ₂ の極大時点までの時間ｔ₁₃と、そのゼロク
ロス時点の直後に発生する第２回目の出力信号Ｘ₁ の極
大時点までの時間ｔ₁₄とをカウントしてラッチし、それ
らのカウント値ｔ₀ ，ｔ₁₁，ｔ₁₂，ｔ₁₃，ｔ₁₄を用いて
次式により、出力信号Ｘ₁ ，Ｘ₂ の出力時点に対応する
出力信号Ｙの位相及びその位相差を算出し、算出した位
相差に屈折率ｎを乗じて位相差信号を得る。 ｛ sin^-1（ｔ₁₂／ｔ₀ ）− sin^-1（ｔ₁₁／ｔ₀ ）｝×ｎ …(2) ＝｛ sin^-1（ｔ₁₃／ｔ₀ ）− sin^-1（ｔ₁₄／ｔ₀ ）｝×ｎ …(3)

【００３７】そして、算出した位相差を示す位相差信号
を距離変換部50へ入力して、位相差信号に対応した距離
に変換して透光性の被測定物16の厚みを測定できる。な
お、出力信号Ｘ₁ , Ｘ₂ の出力時点に対応する出力信号
Ｙの位相は、その振幅に対応しているから、出力信号Ｘ
₁ , Ｘ₂ の出力時点の出力信号Ｙの振幅を捉えてその振
幅の差を算出しても被測定物の厚みを同様に測定でき
る。

【００３８】図11は加振部の他の実施例を示す構成図で
ある。音叉21の一側長寸部の外側面及び他側長寸部の外
側面夫々に圧電素子CMを固着しており、この圧電素子CM
に電圧を印加することにより音叉21を振動させることが
できる。

【００３９】図12は加振部の更に他の実施例の構成図で
ある。音叉21の一側長寸部の先端には対物レンズ15の周
縁部分を取付けており、他側長寸部の先端には対物レン
ズ15と同一光軸上に配置したコリメートレンズ14の周縁
部分を取付けている。そして対物レンズ15及びコリメー
トレンズ14をともに振動させ得るようになしている。こ
のようにすると音叉21の一側長寸部と他側長寸部との重
量を平衡させ得て、音叉を効率良く振らせることができ
る。

【００４０】図13は光絞り部17の他の実施例の構成図で
ある。所定長で直線状に開設したスリットSLT となって
おり、スリットSLT の開口幅はピンホール17a の直径と
略同寸に形成されている。このようなスリットSLT を用
いた場合は、被測定物からの反射光が若干余分に通過し
受光部の受光性能が僅かに低下するが、被測定物からの
特定の反射光を通すための組立時における位置調整が容
易になる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、第１発明によれ
ば、対物レンズを光軸方向に振動させておいて、被測定
物に投射した光の合焦点が被測定物上に生じた時点の対
物レンズの位置を捉えて、被測定物の表面の変位を測定
するから、変位を高精度、高速度に測定できる。また光
絞り部を用いているので被測定物で生じる潜り光及び迷
光による反射光が生じていても、変位の測定値に誤差が
生じない変位計が得られる。

【００４２】第２発明によれば、発光部の出射光を対物
レンズを通して被測定物に投射し、対物レンズを光軸方
向に振動させて、被測定物に投射した光の合焦点が被測
定物上に生じた時点の対物レンズの位置を捉えて、捉え
た位置により被測定物の表面の変位を測定するから、変
位を高精度、高速度に測定できる変位測定方法を提供で
きる。

【００４３】第３発明によれば、対物レンズを光軸方向
に振動させておいて、対物レンズと対向している透光性
で板状の被測定物の両面夫々からの反射光が相前後して
２回生じた夫々の時点の対物レンズの位置に関連した検
出位置信号を捉えて、捉えた検出位置信号の差により、
被測定物の厚みを測定できる厚み計が得られる、等の優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る変位測定方法の原理の説明図であ
る。

【図２】対物レンズの振幅を示す信号の波形図である。

【図３】合焦点が生じたときの受光部の受光量変化と、
対物レンズの振幅との関係を示す波形図である。

【図４】本発明に係る変位計の模式的構成図である。

【図５】演算部の構成を示すブロック図である。

【図６】演算部における各部信号のタイミングチャート
である。

【図７】演算部における各部信号のタイミングチャート
である。

【図８】演算部の他の構成を示すブロック図である。

【図９】図８に示す演算部における各部信号のタイミン
グチャートである。

【図１０】ガラス板に光を投射したときの演算部におけ
る各部信号のタイミングチャートである。

【図１１】加振部の他の実施例を示す構成図である。

【図１２】加振部の他の実施例を示す構成図である。

【図１３】光絞り部の他の実施例を示す構成図である。

【図１４】従来の非接触変位計の模式的構成図である。

【符号の説明】

12 レーザダイオード 14 コリメートレンズ 15 対物レンズ 16 被測定物 17 光絞り部 18 ホトダイオード 20 演算部 21 音叉 22 音叉振幅検出器 24 ソレノイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−25711（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−296811（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−164556（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/06 G01C 3/06

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光部が出射した光を対物レンズを通し
   て被測定物に投射し、被測定物からの反射光を受光し
   て、受光した受光量に基づいて被測定物の表面の変位を
   測定する変位計において、前記対物レンズを所定振幅で
   振動させる加振部と、対物レンズの位置を検出する位置
   検出部と、被測定物からの反射光が通過する光絞り部
   と、該光絞り部を通った光を受光する受光部と、前記位
   置検出部の検出位置信号を、前記受光部の受光量の最大
   時点で捉える手段と、捉えた検出位置信号に基づいて被
   測定物の表面の変位を求める手段とを備えることを特徴
   とする変位計。
2. 【請求項２】 前記加振部を、対物レンズを連結した音
   叉と、該音叉を駆動するソレノイドとにより構成してあ
   る請求項１記載の変位計。
3. 【請求項３】 前記加振部を、対物レンズと連結した音
   叉と、該音叉に取付けた圧電素子とにより構成してある
   請求項１記載の変位計。
4. 【請求項４】 前記加振部の音叉の一側に対物レンズを
   連結し、音叉の他側に前記対物レンズと同一光軸上に配
   置したコリメートレンズを連結してある請求項１記載の
   変位計。
5. 【請求項５】 前記光絞り部を、ピンホールにより形成
   して構成してある請求項１記載の変位計。
6. 【請求項６】 前記光絞り部を、スリットにより構成し
   てある請求項１記載の変位計。
7. 【請求項７】 被測定物へ投射した光の反射光を受光し
   て被測定物の表面の変位を測定する方法において、被測
   定物へ投射する光が通過する対物レンズを、前記光の光
   軸方向へ振動させ、振動させた対物レンズの位置を検出
   し、被測定物からの反射光の光量最大時点で対物レンズ
   の位置を捉え、捉えた位置に基づいて被測定物の表面の
   変位を求めることを特徴とする変位測定方法。
8. 【請求項８】 被測定物に対し光を出射する発光部と、
   前記光が通過する対物レンズと、該対物レンズを振動さ
   せる加振部と、前記対物レンズの位置を検出する位置検
   出部と、被測定物からの反射光を受光する受光部と、前
   記位置検出部の検出位置信号を、前記受光部の受光量の
   極大値が相前後して生じた夫々の時点で捉える手段と、
   捉えた検出位置信号に基づいて被測定物の厚みを求める
   手段とを備えていることを特徴とする厚み計。
9. 【請求項９】 前記加振部を、対物レンズと連結した音
   叉と、該音叉を駆動するソレノイドにより構成してある
   請求項８記載の厚み計。
10. 【請求項１０】 前記加振部を、対物レンズと連結した
    音叉と、該音叉に取付けた圧電素子とにより構成してあ
    る請求項８記載の厚み計。
11. 【請求項１１】 前記加振部の音叉の一側に対物レンズ
    を連結し、音叉の他側に前記対物レンズと同一光軸上に
    配置したコリメートレンズを連結してある請求項８記載
    の厚み計。