JP4317441B2 - 光電センサの検出ヘッド及び投光ヘッド並びにウエハ検出センサの検出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、投光部からの放射状の光を、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換して所定の検出領域に向けて照射し、その検出領域からの反射光または透過光を受光する光電センサの検出ヘッド等に関する。

この種の光電センサとしては、例えば複数枚が所定間隔を隔てて配された各ウエハを検出するためのウエハ検出装置に使用されるものがある。これは、互いに光軸を交差させた状態で並設した投光手段及び受光手段を備え、例えば上記各ウエハの下方に移動させつつ、投光手段からウエハ下面に向けて光を照射し当該ウエハ下面で反射した光を受光手段で受光し、その受光量レベル変化に基づき上記ウエハを検出するようになっている（下記特許文献１参照）。

このような光電センサでは、ウエハの歪みや傾き等によってそのウエハでの反射方向が多少変位する場合であっても、投光手段から照射された光が受光手段で受光できるように、投光手段からの出射光の光束幅を、受光手段との並び方向において広くする必要がある。

一方、ウエハとの相対移動方向に沿った方向（上記並び方向に直交する方向）においてはなるべく光束幅を狭くして検出領域を絞り込み、特定位置におけるウエハの有無を正確に検出できるようにする必要がある。
つまり、投光素子からの放射状の光を、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換して投光手段から出射させる構成が必要になるのである。
特開２０００−２３０９８４公報

ところで、従来、放射状の光を出射する投光素子を有する投光手段から、直交２方向で光束幅が互いに異なる平行光を照射するための構成は次のようになっていた。
即ち、図１２に示すように、投光素子１の前方に、断面長方形状のレンズであって、投光素子１に向けられる面が当該レンズの一側面側及びそれと直交する他の側面側から見て円弧状に突出した形状の投光レンズ２が１つ配置された構成になっていた。投光素子１から出射された放射状の光３は、同図（Ａ）に示すように、上記一側面側から見るとほぼ全幅に亘って投光レンズ２で平行光とされる。一方、同図（Ｂ）に示すように、上記他の側面側から見ると光束中心寄りの一部の光５のみが投光レンズ２で平行光とされ、これにより投光レンズ２から光束幅が直交２方向で異なる平行光４を照射させるようになっていた。

しかし、このような構成では、上記他の側面側から見た光の一部は投光レンズ２に入光せず投光手段からの照射光として利用されないため、投光素子１からの光３を有効に利用できなかった。また、利用できなかった光の分だけ受光手段での受光量レベルが減少するため、ウエハの有無による受光量レベル差が小さくなり検出精度の向上という面でも問題になっていた。

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、投光部から放射状に出射される光を有効に利用して光束幅が直交２方向で異なる平行光を照射させることが可能な光電センサの検出ヘッド及び投光ヘッド並びにウエハ検出センサの検出ヘッドを提供することを目的とする。

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、放射状に光を出射する投光部と、その投光部の前方に配され当該投光部からの光を、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換して所定の検出領域に向けて照射させる投光レンズ系とを有する投光手段と、前記投光手段から照射され前記検出領域を通過または前記検出領域で反射した光を受光可能な受光手段とを備えた光電センサの検出ヘッドであって、前記投光レンズ系は、前記投光部の前方に配置され、その投光部からの光を、前記直交２方向のうち幅が狭い方の方向において平行光とし、かつ前記幅の広い方の方向において更に拡散させる第１投光レンズと、前記第１投光レンズの前方に配置され、当該第１投光レンズを透過した光を、前記直交２方向のうち幅が広い方の方向において平行光にする第２投光レンズとを備えて構成されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記受光手段が、前記幅が広い方の方向において前記投光手段と並んで設けられ、当該投光手段から照射され前記検出領域で反射した光を受光可能に配置された反射型とされていることを特徴とする。

請求項３の発明は、受光手段を備える受光ヘッドと所定の検出領域を挟んで対向配置され、放射状に光を出射する投光部と、その投光部の前方に配され当該投光部からの光を、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換して前記受光手段に向けて照射させる投光レンズ系とを有する投光手段を備えた透過型の光電センサの投光ヘッドであって、前記投光レンズ系は、前記投光部の前方に配置され、その投光部からの光を、前記直交２方向のうち幅が狭い方の方向において平行光とし、かつ前記幅の広い方の方向において更に拡散させる第１投光レンズと、前記第１投光レンズの前方に配置され、当該第１投光レンズを透過した光を、前記直交２方向のうち幅が広い方の方向において平行光にする第２投光レンズとを備えて構成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、放射状に光を出射する投光部と、その投光部の前方に配され当該投光部からの光を、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換して所定の検出領域に向けて照射させる投光レンズ系とを有する投光手段と、前記直交２方向のうち幅の広い方の方向において前記投光手段と並んで設けられ、前記投光手段から照射され、前記直交２方向のうち幅の狭い方の方向に沿って相対的に移動する検出対象としてのウエハの表面または裏面で反射した光を受光可能な受光手段とを備えたウエハ検出センサの検出ヘッドにおいて、前記投光レンズ系は、前記投光部の前方に配置され、その投光部からの光を、前記直交２方向のうち幅が狭い方の方向において平行光とし、かつ前記幅の広い方の方向において更に拡散させる第１投光レンズと、前記第１投光レンズの前方に配置され、当該第１投光レンズを透過した光を、前記直交２方向のうち幅が広い方の方向において平行光にする第２投光レンズとを備えて構成されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４記載のものにおいて、前記投光部は、一端が投光素子と対向配置される投光用光ファイバの他端側によって構成され、前記受光手段は、一端が受光素子と対向配置される受光用光ファイバの他端側によって構成されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４または請求項５記載のものにおいて、前記投光部及び受光手段が互いの光軸を同方向に向けて並設されるとともに、検出ヘッドの本体ケースのうち前記投光部及び受光手段の前方であって前記両光軸を含む平面に垂直な方向における側壁に投受光窓が形成され、前記投光部の前方には、当該投光部から出射された光を前記投受光窓側に反射させる投光用反射手段が設けられ、前記受光手段の前方には、前記投受光窓から入射した光を当該受光手段側に反射させる受光用反射手段が設けられていることを特徴とする。

＜請求項１の発明＞
本構成によれば、例えば、投光部１から出射された放射状の光２は、図１（Ａ）に示すように、第１投光レンズ３によって光軸と垂直をなし互いに直交する２方向のうち幅の狭い方（一方）の方向（同図（Ｂ）で紙面左右方向）において平行光とされる。そして、その幅の狭い方の方向において平行光であり、かつ幅の広い方（他方）の方向（同図（Ａ）で紙面左右方向）において放射光となっている光４は、同図（Ｂ）に示すように、第２投光レンズ５によって上記幅の広い方の方向においても平行光される。これにより、光束幅が直交２方向で互いに異なる平行光６を所定の検出領域に向けて照射することが可能になる。なお、図１に示した構成はあくまでも一例であり、この構成だけに限定されるものではない。

このような構成であれば、幅の狭い方の方向から見たとき、投光部からの放射状の光は、第１投光レンズによって平行光とされそのほとんどの光を第２投光レンズに入光させることができ、投光部からの光を有効に利用することができる。つまり、投光部から同じ出射光量の光を出射させた場合、本発明の構成の方が従来構成のものに比べて検出領域への投光量を多くすることができ、検出領域内の検出物体の有無による受光手段での受光量レベル差を大きくすることができ検出精度を向上させることが可能になる。

また、本構成によれば、第１投光レンズ３'は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、投光部１からの光２を、幅の狭い方（一方）の方向において平行光とし、かつ幅の広い方（他方）の方向において更に拡散させる構成になっている。従って、光束幅が直交２方向において同じ比率の平行光６を得ようとする場合、第１投光レンズを幅の広い方の方向で更に拡散せずそのまま透過させる構成（図１に示した構成）に比べて投光部１と第２投光レンズ５との距離Ｌ'（＜「図１での距離Ｌ」）を近づけて配置することができる。これにより、センサ全体の小型化を図ることができるとともに、検出領域までの光路長が短くなる分だけ、受光手段での受光量を増加させることができ、検出精度をより一層向上させることができる。なお、図２に示した構成はあくまでも一例であり、この構成だけに限定されるものではない。

＜請求項２及び請求項３の発明＞
請求項２の構成は、いわゆる反射型の光電センサの検出ヘッドであり、請求項３の構成は、いわゆる透過型の光電センサの検出ヘッドである。このような光電センサの検出ヘッドであっても本発明を適用することで上述の効果を得ることができる。

＜請求項４の発明＞
本構成は、並設された投光手段及び受光手段を備え、ウエハと相対的に移動して、検出領域に位置したウエハに向けて投光手段から光を照射し、その反射光を受光手段で受光するウエハ検出センサの検出ヘッドである。このセンサでは、前述したように、歪み等があるウエハであっても確実に検出するために、投光部からの光を投光手段及び受光手段の並び方向においてなるべく光束幅の広い平行光とし、かつ、ウエハの移動方向においてなるべく光束幅の狭い平行光とする必要がある。
このようなセンサであっても、本発明を適用することにより、投光部からの光のほとんどを、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換することができ、ウエハ検出の精度を向上させることができる。

＜請求項５の発明＞
本構成は、投光用光ファイバ及び受光用光ファイバが導出された、いわゆる光ファイバセンサの検出ヘッドである。このような検出ヘッドであれば、上記効果に加えて検出ヘッド自体の小型化を図ることができる。

＜請求項６の発明＞
本構成は、いわゆるサイドビュー型のウエハ検出センサの検出ヘッドである。このようなセンサの検出ヘッドであっても本発明を適用することで上述の効果を得ることができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１について図３から図８を参照しつつ説明する。
本実施形態は、図３に示すように、収容ボックス６１内に収容された複数のウエハ６０のそれぞれの間に、いわゆるサイドビュータイプのセンサヘッド１０を順次挿入していき、例えばセンサヘッド１０の上方に位置する１枚のウエハ６０の有無を順次検出することが可能な、いわゆる限定反射型ウエハ検出センサ（以下、単に「ウエハ検出センサ」という）のセンサヘッド１０である。以下、センサヘッド１０のうち収容ボックス６１との対向方向を前方とし、後述する投光レンズ部１９及び受光レンズ部２０の並び方向を左右方向として説明する。

１．本実施形態の構成
（１）ウエハ及び収容ボックス
図１において、ウエハ６０は、円板の周縁部の一部を直線上に切欠してオリフラ面６０Ａを形成した構造をなし、収容ボックス６１に収容されている。収容ボックス６１は、前面の開放口６２からウエハ６０を挿入可能な箱体構造をなし、互いに対向する内側面には、複数の溝部６３が形成されている。そして、ウエハ６０が、溝部６３，６３の間に差し渡され、かつ、オリフラ面６０Ａを開放口６２側に向けた状態にして収容される。また、収容ボックス６１は、現行のウエハ６０（オリフラ面６０Ａを備えたウエハ）を収容する収容ボックス６１の構造規定に従い、前記開放口６２と反対側の奥壁の一部に、開放口６１Ａを備えている。

なお、ウエハは、円板の周縁部の一部を、上記オリフラ面６０Ａに比べて極めて小さい範囲でＶ字形の切り込みが形成された構造をなす次世代ウエハであってもよい。この次世代ウエハが収容される次世代用収容ボックスは、奥壁が閉塞されている点が、前記収容ボックス６１と異なるが、それ以外は同様の構造となっている。

（２）ウエハ検出センサの全体構成
さて、本実施形態に係るウエハ検出センサは、投受光を行う開口部１４が上面に形成されたヘッド本体１１とその一端面（以下、「後面１１Ａ」）から導出された投光用及び受光用の光ファイバＦ１，Ｆ２とを備えてなるセンサヘッド１０（本発明の「検出ヘッド」に相当）と、そのセンサヘッド１０の投光用及び受光用の光ファイバＦ１，Ｆ２に接続されるコントロール部５０とから構成されている。なお、投光用及び受光用の光ファイバＦ１，Ｆ２は、その中央部分がチューブＣによって束ねられている。

ａ．コントロール部の構成
コントロール部５０内の電気回路部５１には、例えば、図４（Ａ）に示すように、コントロール部５０の動作を表示する動作表示灯５２が設けられると共に、ＬＥＤ（発光ダイオード）からなる投光素子５３及び例えばフォトダイオードからなる受光素子５４が設けられており、投光素子５３に前記投光用光ファイバＦ１が接続され、受光素子５４に受光用光ファイバＦ２が接続されている。

この電気回路部５１の電気的構成は図４（Ｂ）に示されている。前記投光素子５３は投光素子駆動回路５５にて駆動され、例えば所定周期でパルス点灯され、後述するように、この投光素子５３からの光Ｌ１が投光用光ファイバＦ１及びレンズ体１６の投光レンズ部１９を通してヘッド本体１１の開口部１４から出射される。そして、所定の検出領域にウエハ６０が存在すると、そのウエハ６０で正反射し上ケース「１２」の開口部１４から入ってきた光が、レンズ体１６の受光レンズ部及び受光用光ファイバＦ２を通って受光素子５４に入射するようになっている。この受光素子５４からの受光信号は検出回路５６にて増幅され、受光した光の強度に応じてウエハ６０の検出動作を行うようになっている。この検出動作は、受光素子５４に入射する光の変化に基づき行われるもので、それが所定レベルを上回るようになったときにウエハ６０が存在するとして検出信号を出力回路５７に出力するようになっており、これに基づき出力回路５７は前記動作表示灯５２を点灯させるとともに、図示しない外部回路に信号を出力する。

ｂ．センサヘッドの外観構成
センサヘッド１０のうちヘッド本体１１は、図５に示すように、上ケース１２と下ケース１３との互いの開口面側を組み付けて全体として扁平箱形の形状をなし、その後面１１Ａから投光用及び受光用光ファイバＦ１，Ｆ２が導出されている。また、ヘッド本体１１の上面前端部分には、左右方向に延びる矩形の開口部１４が貫通形成されており、その開口部１４下方に後述するレンズ体１６の反射面２１Ａ部分が位置するようになっている。また、上記開口部１４の後方位置には、前後方向に沿って並ぶ１対の取付孔１５，１５がヘッド本体１１を貫通するように形成されている。これら１対の取付孔１５，１５は、図示しない取付ねじが通されてその取付ねじを所定の取付箇所（例えばセンサヘッド１０を移動させるためのロボット等の移動機構）に螺合することでヘッド本体１１を所定の取付箇所に設置するためのものである。

ｃ．センサヘッドの内部構成
図６には、センサヘッド１０の内部構成が示されている。センサヘッド１０内には、上ケース１２に形成された投受光窓としての開口部１４に対応した位置に、レンズ体１６が収容され、その後方に上記投光用及び受光用光ファイバＦ１，Ｆ２が先端をセンサヘッド１０の略前方に向けた状態で設けられている。ここで、本実施形態では、投光用光ファイバＦ１の先端が本発明の「投光部」に相当し、以下、投光用光ファイバＦ１の先端を「投光部１７」、受光用ファイバＦ２の先端を「受光部１８」とそれぞれいう。

レンズ体１６は、全体として扁平な箱形をなし、投光部１７及び受光部１８に対応する投光レンズ及び受光レンズとプリズム部２１とが一体成形されている。具体的には、レンズ体１６のうち投光部１７と対向する部分は、当該レンズ体１６を上下方向から見て円弧状に突出し、左右方向から見て平坦な曲面形状に形成されている。従って、この部分は、投光部１７から出射される放射状の光Ｌ１を上下方向からみて、換言すれば左右方向（本発明でいう「直交２方向のうち幅の広い方（他方）の方向」に相当）において平行光にする本発明の第２投光レンズとして機能する。以下、投光レンズ部１９をいう。

一方、レンズ体１６のうち受光部１８と対向する部分は、レンズ体１６を上下方向及び左右方向の両方から見て円弧状に突出した形状に形成されている。従って、この円弧状突出部分は、レンズ体１６内部を通って受光部１８側に向かう光を上下方向及び左右方向において収束させて受光部１８に集光させる受光レンズとして機能する。以下、受光レンズ部２０という。

また、レンズ体１６のうち上記投光レンズ部１９及び受光レンズ部２０が形成された面とは反対の面（レンズ体１６の前面）側には、プリズム部２１が形成されている。このプリズム部２１は、上記レンズ体１６の前面下側に４５度の角度の反射面２１Ａが形成されており、その反射面２１Ａが投光レンズ部１９及び受光レンズ部２０内における光路を含む平面に対し、ほぼ垂直をなす平面に沿って光を反射させるようになっている。この構成により、本実施形態のセンサヘッドは、投受光の光軸方向に対して側方に設けられた上記開口部を介して投受光する、いわゆるサイドビュータイプとなっている。

なお、本実施形態では、投光レンズ部１９及び受光レンズ部２０の光軸は、開口部１４を挿通してその上方で交差するように設定されており（図８（Ａ）参照）、これにより、センサヘッドは、所定距離内のウエハのみを検出する限定反射型になっている。

さて、本実施形態では、投光部１７と投光レンズ部１９との間の光路上に、本発明の第１投光レンズに相当する補助レンズ２２が配置されている。この補助レンズ２２は、投光部１７からの放射状の光Ｌ１を、左右方向から見て、換言すれば上下方向（本発明でいう「直交２方向のうち幅の狭い方（一方）の方向」に相当）において平行光にする第１投光レンズとして機能する。更に、この補助レンズ２２は、投光部１７からの光Ｌ１を、上下方向から見て、換言すれば左右方向において更に拡散させて投光レンズ部１９に照射させるよう機能する。

具体的には、補助レンズ２２は、図７に示すように、全体として直方体状をなし、投光部１７と対向される面が、当該補助レンズ２２を上下方向から見て円弧状に窪んだ形状とされ（同図（Ｂ）参照）、かつ、当該補助レンズ２２を左右方向から見て円弧状に突出した形状（同図（Ａ）参照）に設計されている。

２．本実施形態の作用効果
本実施形態によれば、投光部１７から出射された放射状の光Ｌ１は、その投光部１７に近接配置された補助レンズ２２により、上下方向において平行光とされ（図７（Ｂ）参照）、左右方向においては更に側方に広がった拡散光とされる。これにより、補助レンズ２２を透過した光Ｌ２は、上下方向においてほぼ全ての光が平行光として投光レンズ部１９に照射される。一方、左右方向においては、補助レンズ２２によって光束幅が投光レンズ部１９の横幅に対応して広げられ、拡散光として投光レンズ部１９に照射される。

投光レンズ部１９に照射された光Ｌ２は、この投光レンズ部１９によって左右方向においても平行光とされる。これにより、光束幅が左右方向に長く上下方向に短い平行光Ｌ３とされる。そして、この平行光Ｌ３は、図８（Ａ）に示すように、レンズ体１６を透過してプリズム部２１の反射面２１Ａで反射し、開口部１４から受光レンズ部２０寄りの斜め上方に向けて出射される。

このような構成であれば、投光部１７からの放射状の光Ｌ１のほとんどを、無駄なく、光束幅が直交２方向で異なる、板状の平行光Ｌ３としてウエハ６０に向けて照射することができる。つまり、投光部１７から同じ出射光量の光を出射させた場合、本実施形態の構成の方が従来構成（図１２参照）のものに比べて検出領域への投光量を多くすることができ、ウエハ６０の有無による受光部１８での受光量レベル差を大きくすることができ検出精度を向上させることが可能になる。

しかも、図８（Ａ）に示すように、上記投光部１７からの平行光Ｌ３の照射領域（投光領域Ｍ１）と、受光部１８での受光可能領域（受光領域Ｍ２）とが重なった領域（検出領域Ｍ３）において、センサヘッド１０から離れた遠点側（同図紙面上方向）においても投光量を多くすることができるから、遠点側における検出精度も向上させることができる。

また、本実施形態では、補助レンズ２２によって左右方向における光束幅を広げて投光レンズ部１９に照射させる構成なので、投光レンズ部１９と投光部１７とをそれほど離間させなくても左右方向において光束幅の広い平行光Ｌ３を開口部から照射させることができる。従って、歪み等があるウエハであっても確実に検出することが可能となる。

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２を図９及び図１１を参照しつつ説明する。
１．本実施形態の構成
本実施形態は、寸法測定装置の検出ヘッドに適用した例である。この寸法測定装置の検出ヘッド８０は、図９に示すように、矩形スリット状に開口した投光窓８２から光束幅が直交２方向で異なる平行光Ｌ６を出射する投光器８１と、やはり矩形スリット状に開口した受光窓９２が形成された受光器９１とを対向して配置する構成になっている。そして、投光器８１の投光窓８２から出射され受光器９１の受光窓９２に入射する光の光路を検出可能領域Ｒ１（図９において破線で囲んだ部分）とし、その検出可能領域Ｒ１内に存在する被測定物体Ｗの遮光状態により変化する受光器９１での受光量に基づいて、例えば被測定物体Ｗの寸法等を測定するものである。

（１）投光器
このうち投光器８１は、図１０に示すように、例えば樹脂等の絶縁材料からなる箱形の投光ケース８３内に、放射状の光Ｌ４を出射する投光素子８４と、その投光素子８４の前方に第１投光レンズ８５と、第２投光レンズ８６とが順番に設けられている。第１投光レンズ８５は、例えば断面半円状の棒形状をなし、その長手方向を上記投光窓８２の長軸方向に一致させ、かつ、円弧状に突出した曲面側を後方の投光素子８４に向けた状態で配置されている。この第１投光レンズ８５によって、投光素子８４からの放射状の光Ｌ４は、当該第１投光レンズ８５の短手方向（図１０で紙面奥行き方向。図１１で紙面上下方向）において平行光Ｌ５とされて、第２投光レンズ８６に入光することになる。

次に、第２投光レンズ８６は、例えば全体として扁平の箱形をなし、投光窓８２側に向けられる面が上下方向から見て円弧状をなす曲面に形成されている。これにより、第１投光レンズ８５を透過して、投光窓８２の短軸方向において平行光とされ、かつ、投光窓８２の長軸方向において放射光となっている光Ｌ５は、第２投光レンズ８６に向かうに連れて上記長軸方向における光束幅が更に広がる。

そして、この光Ｌ５は、第２投光レンズ８６を透過することで、上記長軸方向において平行光とされる。つまり、第２投光レンズ８６を透過した光Ｌ６は、投光窓８２の長軸方向の光束幅が広く、短軸方向の光束幅が狭い薄板状の光として、投光窓８２を介して受光器９１側に照射される。なお、投光窓８２は、スリット状に開口されると共に、ガラス部材８２ａで封鎖された構成になっている。従って、第２投光レンズ８６からの光のうち投光窓８２内の光の透過可能領域より外側の光は投光ケース８３壁面に遮られることになる。

（２）受光器
一方、受光器９１は、やはり樹脂等の絶縁材料からなる受光ケース９３内に、例えばフォトダイオード等の受光素子９４と、前記投光器８１からの平行光を収束する受光レンズ９５とが備えられている。また、受光ケース９３のうち受光レンズ９５の前方の壁面には、やはりスリット状に開口されると共に、ガラス部材９２ａで封鎖された受光窓９２が形成されている。これら投光器８１及び受光器９１は、それぞれの投光窓８２と受光窓９２とが互いの長軸方向を一致させつつ対向するように配置される。

なお、本実施形態では、受光器９１には、受光レンズ９５と受光素子９４との間にピンホール板９６が配されている。ピンホール板９６は、そのピンホール９６Ａが受光レンズ９５の焦点位置にくるように配置されている。このような構成としたのは、投光器８１からの平行光だけを受光素子９４側に入光させるためである。

具体的には、投光器８１からの平行光は、受光器９１の受光レンズ９５に対してその中心軸と平行をなして入光し、受光レンズ９５の焦点位置に収束される。従って、ピンホール板９６のピンホール９６Ａを通って受光素子９４に入光する。一方、例えば投光器８１以外からの光、いわゆる外乱光は、受光器９１の受光窓９２を透過して受光レンズ９５に入光したとしても、そのほとんどの光は受光レンズ９５の中心軸に対して斜めに入光する光であるから、受光レンズ９５の焦点位置に収束されずにピンホール板９６のピンホール９６Ａ以外の部分で遮光されるのである。

（３）測定手段
受光素子９４が出力する受光量に応じた受光信号は、受光器９１内或いは受光器９１外に設けられた測定手段（図示せず）に与えられる。ここで、受光素子９４での受光量は、上記検出可能領域Ｒ１内に存在する被測定物体Ｗのスリット長軸方向における幅寸法に応じて略線形的に変化する。従って、測定手段は、受光信号レベルに基づいて上記被測定物体Ｗの幅寸法Ｄを算出することができる。
なお、寸法測定装置の検出ヘッド８０において、上述のように薄板状の平行光を投光器８１から照射させる理由は、測定対象となる被測定物体Ｗの上記長軸方向の寸法変化に応じて受光素子９４で受光量変化を大きくしてより正確な寸法測定を実現するためである。

２．本実施形態の作用効果
このような構成であっても、投光素子８４からの放射状の光Ｌ４のほとんどを、無駄なく光束幅が直交２方向で異なる薄板状の平行光に変換することができる。従って、被測定物体Ｗの幅寸法Ｄの変位に応じて受光素子９４での受光量変化を大きくすることができ、測定精度の向上を図ることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次の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。
（１）上記各実施形態では、限定反射型の光電センサ、透過型の光電センサについて適用した例を説明したが、限定反射型でない、通常の反射型センサであっても適用することができる。また、上記実施形態１のようなサイドビュータイプではなく、投受光窓となる開口部１４をセンサヘッド１０の前面に設けて投光部１７からの光を反射させずにそのまま出射する構成であってもよい。

（２）上記実施形態１に対して、投受光素子や投受光回路等をヘッド本体１１内に備えたものであってもよい。

（３）上記実施形態１では、いわゆる限定反射型の光ファイバセンサヘッド１０としたが、これに限らず、投光器及び受光器とを検出領域を挟んで対向配置させる、いわゆる透過型のウエハ検出センサにも適用することで、上記実施形態と同様に、装置の小型を回避しつつ検出精度の向上を図ることができる。

（４）上記実施形態１では、検出対象としてウエハ６０としたが、その他の板状物体（例えば磁気ディスク、ガラス基板等）であってもよく、更には板状以外の形状の検出物体であってもよい。

（５）上記実施形態１では、投光レンズ系及び受光レンズ系に相当する構成と光ファイバＦ１，Ｆ２とを１つのケースに一体的に収容した構成としたが、これに限らず、投光用光ファイバが挿入されるとともに投光部及び投光レンズ系を収容する投光器と、受光用光ファイバが挿入されるとともに受光部及び受光レンズ系を収容する受光器とを別体とする構成であってもよい。

（６）上記実施形態１では、投光レンズ部１９及び受光レンズ部２０をレンズ体１６に一体的に形成した構成としたが、互いに別体とした構成であってもよい。

（７）上記実施形態２では、受光素子としてフォトダイオードとしたが、これに限らず、ＣＣＤ素子（例えば一次元或いは二次元イメージセンサ）等の位置検出素子を用いて、その位置検出素子からの受光信号に基づいて被測定物体の寸法だけでなく、被測定物体の位置も測定可能な構成としてもよい。

（８）勿論、実施形態２に対して第１投光レンズ８５の代わりに実施形態１の補助レンズ２２を設けた構成であっても、また、実施形態１に対して補助レンズ２２の代わりに実施形態２の第１投光レンズ８５を設けた構成であってもよい。

本発明の作用効果を説明するための模式図（その１） 本発明の作用効果を説明するための模式図（その２） 本発明の実施形態１に係る限定反射型ウエハ検出センサのセンサヘッド部分の斜視図 コントロール部の電気的構成を示すブロック図 センサヘッドの上面図及び側面図 上ケースを外した状態のセンサヘッドを上方から見た図 補助レンズ２２の側面図、上面図、正面図及び斜視図 図５のＸ−Ｘ破断面及びＹ−Ｙ破断面におけるセンサヘッドの断面図 実施形態２に係る寸法測定装置の斜視図 その平断面図 その側断面図 従来の投光手段の構成を示した模式図

符号の説明

１０…センサヘッド（検出ヘッド）
１６…レンズ体
１，１７…投光部
１８…受光部
１９…投光レンズ部（第２投光レンズ）
２２…補助レンズ（第１投光レンズ）
６０…ウエハ（被検出物体）
８０…検出ヘッド（投光ヘッド）
８４…投光素子（投光部）
３，８５…第１投光レンズ
５，８６…第２投光レンズ
９４…受光素子（受光部）
Ｆ１，Ｆ２…光ファイバ
Ｗ…被測定物体

Claims (6)

1. 放射状に光を出射する投光部と、その投光部の前方に配され当該投光部からの光を、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換して所定の検出領域に向けて照射させる投光レンズ系とを有する投光手段と、
   前記投光手段から照射され前記検出領域を通過または前記検出領域で反射した光を受光可能な受光手段とを備えた光電センサの検出ヘッドであって、
   前記投光レンズ系は、前記投光部の前方に配置され、その投光部からの光を、前記直交２方向のうち幅が狭い方の方向において平行光とし、かつ前記幅の広い方の方向において更に拡散させる第１投光レンズと、
   前記第１投光レンズの前方に配置され、当該第１投光レンズを透過した光を、前記直交２方向のうち幅が広い方の方向において平行光にする第２投光レンズとを備えて構成されていることを特徴とする光電センサの検出ヘッド。
2. 前記受光手段が、前記幅が広い方の方向において前記投光手段と並んで設けられ、当該投光手段から照射され前記検出領域で反射した光を受光可能に配置された反射型とされていることを特徴とする請求項１記載の光電センサの検出ヘッド。
3. 受光手段を備える受光ヘッドと所定の検出領域を挟んで対向配置され、
   放射状に光を出射する投光部と、その投光部の前方に配され当該投光部からの光を、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換して前記受光手段に向けて照射させる投光レンズ系とを有する投光手段を備えた透過型の光電センサの投光ヘッドであって、
   前記投光レンズ系は、前記投光部の前方に配置され、その投光部からの光を、前記直交２方向のうち幅が狭い方の方向において平行光とし、かつ前記幅の広い方の方向において更に拡散させる第１投光レンズと、
   前記第１投光レンズの前方に配置され、当該第１投光レンズを透過した光を、前記直交２方向のうち幅が広い方の方向において平行光にする第２投光レンズとを備えて構成されていることを特徴とする光電センサの投光ヘッド。
4. 放射状に光を出射する投光部と、その投光部の前方に配され当該投光部からの光を、光束幅が直交２方向で異なる平行光に変換して所定の検出領域に向けて照射させる投光レンズ系とを有する投光手段と、
   前記直交２方向のうち幅の広い方の方向において前記投光手段と並んで設けられ、前記投光手段から照射され、前記直交２方向のうち幅の狭い方の方向に沿って相対的に移動する検出対象としてのウエハの表面または裏面で反射した光を受光可能な受光手段とを備えたウエハ検出センサの検出ヘッドにおいて、
   前記投光レンズ系は、前記投光部の前方に配置され、その投光部からの光を、前記直交２方向のうち幅が狭い方の方向において平行光とし、かつ前記幅の広い方の方向において更に拡散させる第１投光レンズと、
   前記第１投光レンズの前方に配置され、当該第１投光レンズを透過した光を、前記直交２方向のうち幅が広い方の方向において平行光にする第２投光レンズとを備えて構成されていることを特徴とするウエハ検出センサの検出ヘッド。
5. 前記投光部は、一端が投光素子と対向配置される投光用光ファイバの他端側によって構成され、
   前記受光手段は、一端が受光素子と対向配置される受光用光ファイバの他端側によって構成されていることを特徴とする請求項４記載のウエハ検出センサの検出ヘッド。
6. 前記投光部及び受光手段が互いの光軸を同方向に向けて並設されるとともに、検出ヘッドの本体ケースのうち前記投光部及び受光手段の前方であって前記両光軸を含む平面に垂直な方向における側壁に投受光窓が形成され、
   前記投光部の前方には、当該投光部から出射された光を前記投受光窓側に反射させる投光用反射手段が設けられ、前記受光手段の前方には、前記投受光窓から入射した光を当該受光手段側に反射させる受光用反射手段が設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５記載のウエハ検出センサの検出ヘッド。

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