JP5870576B2 - 光学計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、計測対象物に対して光を用いて計測を行なう光学計測装置に関し、特に、ヘッド部に計測対象物からの光を受光する光学系を含む光学計測装置に関する。

近年、計測対象物に対して光を用いて計測を行なう光学計測装置が開発されている。たとえば、非接触で計測対象物の変位を計測する光学計測装置として、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する共焦点計測装置が開発されている。共焦点計測装置は、具体的に特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている共焦点計測装置は、複数の波長の光を出射する光源（たとえば白色光源）から出射する光に、光軸に沿って色収差を生じさせる色収差レンズを備えている。特許文献１に開示されている共焦点計測装置は、計測対象物の変位に応じて、合焦する色収差レンズからの光の波長が異なることで、ピンホールを通過する光の波長が変化し、ピンホールを通過した光の波長を測定して計測対象物の変位を計測する。

また、特許文献２に開示してある共焦点計測装置は、色収差レンズに代えて、回折レンズを用いて、光源から出射する光に、光軸に沿って色収差を生じさせている。なお、特許文献２に開示してある共焦点計測装置は、光源からコリメートレンズまでの光路、およびコリメートレンズから分光器までの光路に光ファイバを用いている。

米国特許第４５８５３４９号明細書 米国特許第５７８５６５１号明細書

特許文献２のようにコリメートレンズなどの光学系を含むヘッド部と、分光器などの光学ユニットを含むコントローラ部とを光ファイバで接続する光学計測装置では、ヘッド部の光学系の個体差が大きく、精度の高い計測を行なうためにはヘッド部とコントローラ部とを１対１対応で調整する必要があった。そのため、ヘッド部が破損したとき、特許文献２のような光学計測装置では、ヘッド部だけではなく、コントローラ部もあわせて製造メーカに返送し、修理したヘッド部とコントローラ部とを１対１対応で調整する必要があった。

さらに、特許文献２のような光学計測装置では、ヘッド部とコントローラ部とが１対１対応で調整してあるので、複数の光学計測装置を有している場合でも、ヘッド部のみを交換して装置のレイアウトを変更することができず、ヘッド部とコントローラ部とを一体として移動する必要があった。そのため、特許文献２のような光学計測装置では、装置のレイアウトを変更するとき、ヘッド部のみを交換して装置のレイアウトを変更する場合に比べて手間がかかる問題があった。

また、ヘッド部とコントローラ部とを調整した情報（たとえば補正係数など）をヘッド部に設けた記憶部に記憶しておき、ヘッド部とコントローラ部とを接続するときに、記憶部から情報を読出す光学計測装置が開発されている。この光学計測装置では、ヘッド部に調整した情報が記憶してあるので、ヘッド部とコントローラ部とを１対１対応させる必要がなく、ヘッド部が破損したときヘッド部のみ製造メーカに返送することができるとともに、ヘッド部のみを交換して装置のレイアウトを変更することが可能である。

しかし、この光学計測装置では、ヘッド部に記憶部を含む回路部を設ける必要があるため、ヘッド部が大型化する。さらに、ヘッド部の記憶部に記憶した情報をコントローラ部から読出す必要があるため、ヘッド部とコントローラ部との間に光ファイバ以外に電気的な配線が必要となる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ヘッド部を大型化させることなく、コントローラ部に対してヘッド部を交換することが可能なように互換性を持たせることができる光学計測装置を提供することを目的とする。

本発明に従った光学計測装置は、ヘッド部と、コントローラ部と、光ファイバと、記憶部とを備えている。ヘッド部は、計測対象物からの光を受光する光学系を含む。コントローラ部は、ヘッド部で受光した光を電気信号に変換する光学ユニットを含み、光学ユニットで変換した電気信号に対して演算を行ない、計測結果を出力する。光ファイバは、ヘッド部とコントローラ部とを接続し、ヘッド部の光学系とコントローラ部の光学ユニットとを繋ぐ光路となる。記憶部は、製造されるヘッド部のそれぞれの個体に対して関係付けられ、コントローラ部で行なう演算に必要な情報をヘッド部の個体情報として記憶する。コントローラ部は、ヘッド部およびコントローラ部に対して物理的および電気的に独立して存在する記憶部から個体情報を読出し、読出した個体情報を用いて演算を行なう。

また、好ましくは、記憶部が、個体情報を電気的に記憶する記憶媒体を有し、コントローラ部の入力端子と接続することで、記憶媒体から個体情報を読出すことが可能となる。

また、好ましくは、記憶部が、個体情報を磁気的または光学的に記憶する記憶媒体を有し、コントローラ部に内蔵または接続した読取部を用いて、記憶媒体から個体情報を読出すことが可能となる。

また、好ましくは、記憶部が、ヘッド部またはヘッド部に接続した光ファイバに結び付けてある。

また、好ましくは、記憶部が、コントローラ部に接続する光ファイバのコネクタ部に内蔵され、コネクタ部をコントローラ部に接続する操作により、コントローラ部の入力端子に接続することができる。

また、好ましくは、コントローラ部が、記憶部から個体情報を読出すことができない場合に利用することができる演算に必要な情報を記憶してある。

上記構成によれば、本発明に係る光学計測装置は、ヘッド部の個体情報を記憶した記憶部を、製造されるヘッド部のそれぞれの個体に対して関係付けて設けてあり、コントローラ部が記憶部からヘッド部の個体情報を読出し、当該個体情報を用いて演算を行なうので、ヘッド部を交換しても精度の高い計測を行なうことができる。

本発明の実施の形態１に係る光学計測装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置において採用されているヘッド部の共焦点光学系の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置において波長−距離補正係数を得るための調整を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置において、ヘッド部と記憶部とを関係付ける別の構成を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態２に係る光学計測装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る光学計測装置の別の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る光学計測装置の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学計測装置の構成を示す模式図である。図１に示す光学計測装置は、共焦点光学系を利用して計測対象物２００の変位（計測対象物２００までの距離の変化）を計測する共焦点計測装置１００である。共焦点計測装置１００で計測する計測対象物２００には、たとえば液晶表示パネルのセルギャップなどがある。

共焦点計測装置１００は、共焦点の光学系を有するヘッド部１０、光ファイバ１１を介して光学的に接続されたコントローラ部２０、コントローラ部２０から出力される信号を表示するモニタ部３０、後述するヘッド部１０の個体情報を記憶した記憶部４０を備えている。

ヘッド部１０は、回折レンズ１、回折レンズ１より計測対象物２００側に配置された対物レンズ２を備えている。回折レンズ１の焦点距離は、回折レンズから対物レンズまでの距離と、対物レンズの焦点距離との差より大きくしてある。

ここで、回折レンズ１は、後述する複数の波長の光を出射する光源（たとえば、白色光源）から出射する光に、光軸方向に沿って色収差を生じさせる光学素子である。回折レンズ１は、レンズの表面に、たとえばキノフォーム形状あるいはバイナリ形状（ステップ形状、階段形状）などの微細な起伏形状を周期的に形成するか、光の透過率を周期的に変更する振幅型のゾーンプレートを形成してある。なお、回折レンズ１の構成は、上記の記載の構成に限定されるものではない。

対物レンズ２は、回折レンズ１で色収差を生じさせた光を計測対象物２００に集光する光学素子である。なお、共焦点計測装置１００は、複数の波長の光を出射する光源に、白色光源を用いる場合について以下に説明する。

白色光源から出射する光は、光ファイバ１１を介してヘッド部１０に導かれている。光ファイバ１１から出射する光を、回折レンズ１で有効に利用するには、光ファイバ１１の開口数（ＮＡ：numerical aperture）と回折レンズ１の開口数とを一致させる必要がある。そのため、光ファイバ１１と回折レンズ１との間に集光レンズ３を設けて、光ファイバ１１の開口数と回折レンズ１の開口数とが一致するように調整している。

光ファイバ１１は、ヘッド部１０からコントローラ部２０までの光路であるとともに、ピンホールとしても機能している。つまり、対物レンズ２で集光した光のうち、計測対象物２００で合焦する光は、光ファイバ１１の開口部で合焦することになる。そのため、光ファイバ１１は、計測対象物２００で合焦しない波長の光を遮光し、計測対象物２００で合焦する光を通過させるピンホールとして機能することになる。ヘッド部１０からコントローラ部２０までの光路に光ファイバ１１を用いることで、ピンホールが不要となる。

共焦点計測装置１００は、ヘッド部１０からコントローラ部２０までの光路に光ファイバ１１を用いるので、ヘッド部１０をコントローラ部２０に対してフレキシブルに移動することが可能になる。

コントローラ部２０は、白色光源である白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２１、分岐光ファイバ２２、分光器２３、撮像素子２４、制御回路部２５を備えている。白色光源として白色ＬＥＤ２１を用いているが、白色光を出射することができる光源であれば他の光源であってもよい。

分岐光ファイバ２２は、光ファイバ１１と接続する側に一本の光ファイバ２２ａ、反対側に二本の光ファイバ２２ｂ、２２ｃを有している。なお、光ファイバ２２ｂは白色ＬＥＤ２１に、光ファイバ２２ｃは分光器２３にそれぞれ接続してある。そのため、分岐光ファイバ２２は、白色ＬＥＤ２１から出射する光を光ファイバ１１に導くとともに、光ファイバ１１を介してヘッド部１０から戻る光を分光器２３に導くことができる。

分光器２３は、ヘッド部１０から戻る光を反射する凹面ミラー２３ａ、凹面ミラー２３ａで反射した光が入射する回折格子２３ｂ、回折格子２３ｂから出射する光を集光する集光レンズ２３ｃを有している。分光器２３は、ヘッド部１０から戻る光を波長ごとに分けることができれば、ツェルニターナ型、リトロー型などのいずれの構成であってもよい。

撮像素子２４は、分光器２３から出射する光の強度を測定するラインＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）である。ここで、共焦点計測装置１００では、分光器２３および撮像素子２４で、ヘッド部１０から戻る光の強度を波長ごとに測定する測定部を構成している。なお、測定部は、ヘッド部１０から戻る光の強度を波長ごとに測定することができれば、ＣＣＤなどの撮像素子２４の単体で構成してもよい。また、撮像素子２４は、２次元のＣＭＯＳや２次元のＣＣＤであってもよい。

制御回路部２５は、白色ＬＥＤ２１や撮像素子２４などの動作を制御する分光制御回路部２５ａと、撮像素子２４から出力された信号を処理する信号処理回路部２５ｂとを有している。さらに、制御回路部２５は、白色ＬＥＤ２１や撮像素子２４などの動作を調整するための信号や、後述するヘッド部１０の個体情報を入力するための入力インターフェース２５ｃと、モニタ部３０と電気的に接続し、撮像素子２４の信号を処理した結果を出力するための出力インターフェース２５ｄとを有している。

なお、コントローラ部２０は、分光器２３、撮像素子２４および制御回路部２５の分光制御回路部２５ａで、ヘッド部１０で受光した光を電気信号に変換する光学ユニットを構成している。制御回路部２５の信号処理回路部２５ｂは、光学ユニットで変換した電気信号に対して演算を行ない、計測結果を出力する。

モニタ部３０は、撮像素子２４が出力した信号を表示する。モニタ部３０は、ヘッド部１０から戻る光のスペクトル波形を描画し、計測対象物２００の距離が、たとえば１２３．４５μｍであることを表示する。

記憶部４０は、製造されるヘッド部１０のそれぞれの個体に対して関係付けられ、コントローラ部２０で行なう演算に必要なヘッド部１０の情報を個体情報として記憶する。ここで、計測対象物２００の変位を計測する共焦点計測装置１００の場合、ヘッド部１０の個体情報は、後述する波長−距離補正係数である。

次に、ヘッド部１０の個体情報である波長−距離補正係数について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００において採用されているヘッド部１０の共焦点光学系の構成を示す模式図である。図２に示す共焦点光学系の構成は、回折レンズ１より計測対象物２００側に対物レンズ２を配置する構成である。つまり、共焦点計測装置１００では、光ファイバ１１の端部から出射する光を回折レンズ１で光軸方向に沿って色収差を生じさせ、色収差が生じた光を対物レンズ２で計測対象物２００に集光する。

まず、図２に示す共焦点計測装置１００の光学系において、光ファイバ１１の端部から回折レンズ１までの距離をａ、回折レンズ１から対物レンズ２までの距離をｂ、対物レンズ２から対物レンズ２により合焦する点までの距離をｃ（λ）とする。さらに、回折レンズ１は、光の波長λ₀ のときの焦点距離をｆ_d0とし、有効径をφ_a とする。なお、距離ａは、焦点距離ｆ_d0とは等しいものとする。対物レンズ２は、焦点距離をｆ_o とし、有効径をφ_b （λ）とする。

そして、図２に示す共焦点計測装置１００の光学系において、一般的なレンズの公式を用いて、光ファイバ１１の端部から回折レンズ１までの距離ａと、回折レンズ１から回折レンズ１により光ファイバ１１からの出射光が合焦する点まで距離ａ_g （λ）（図示せず）と、回折レンズ１の焦点距離ｆ_d （λ）との関係、および回折レンズ１から対物レンズ２までの距離ｂと、対物レンズ２から対物レンズ２により合焦する点までの距離ｃ（λ）と、対物レンズ２の焦点距離ｆ_o との関係を（式１）のように表すことができる。なお、対物レンズ２の色収差は無視できるものとしている。

さらに、対物レンズ２の有効径φ_b （λ）は、（式１）の関係を用いて、（式２）のように表すことができる。

また、対物レンズ２から対物レンズ２により合焦する点までの距離ｃ（λ）は、（式１），（式２）の関係を用いて、（式３）のように表すことができる。

理論的に、対物レンズ２から対物レンズ２により合焦する点までの距離ｃ（λ）と波長との関係は（式３）のように表すことができるが、ヘッド部１０の光学系の個体差が大きく、精度の高い計測を行なうためにはヘッド部１０とコントローラ部２０とを１対１対応させて調整する必要があった。この調整によって得られる波長−距離補正係数を、ヘッド部１０の個体情報として記憶部４０に記憶し、ヘッド部１０に接続した光ファイバ１１に結び付けておくことで、共焦点計測装置１００は、記憶部４０を結び付けたヘッド部１０を取替えても、ヘッド部１０の個体情報を用いることで精度の高い計測を行なうことができる。

ここで、波長−距離補正係数を得るための調整について図を用いて具体的に説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００において波長−距離補正係数を得るための調整を説明するための模式図である。

まず、共焦点計測装置１００は、図３（ａ）に示すように自動ステージ（図示せず）上に設置した計測対象物２００を計測可能範囲内で移動させ、各距離に対する計測波形からピーク波長を読取る。計測波形から読取ったピーク波長に対する各距離の関係は、図３（ｂ）のグラフのように表わすことができ、距離ｃ（λ）と波長λとの関係式をｃ（λ）＝αλ^ｎ＋βλ^ｎ−１＋・・・と算出することができる。ここで、αおよびβが波長−距離補正係数であり、当該波長−距離補正係数を記憶部４０に記憶させる。

記憶部４０は、図示しないが、不揮発性メモリであるフラッシュメモリと、当該フラッシュメモリへの情報の記憶、読出しを行なう制御回路と、情報の入出力を行なうインターフェースとを有している。そして、記憶部４０は、インターフェースをコントローラ部２０の入力インターフェース２５ｃに接続する（たとえばコネクタ同士を嵌合する）ことで、調整によって得られた波長−距離補正係数の情報をフラッシュメモリに電気的に記憶させることや、読出すことができる。

共焦点計測装置１００は、波長−距離補正係数の情報を記憶した記憶部４０をヘッド部１０に関係付けておくことで、ヘッド部１０を取付けた際に、取付けたヘッド部１０に関係付けた記憶部４０から波長−距離補正係数をコントローラ部２０で読出すことができる。共焦点計測装置１００は、読出した波長−距離補正係数を利用して信号処理回路部２５ｂで予め定められた演算を行なうことで、取付けたヘッド部１０の光学系の個体差を考慮して、計測対象物２００の変位の計測を高い精度で行なうことができる。

なお、記憶部４０は、電気的に波長−距離補正係数を記憶することができる構成であれば不揮発性メモリに限定されない。また、コントローラ部２０は、コネクタを介して記憶部４０と直接接続して波長−距離補正係数を読出す場合に限定されるものではなく、たとえば電波を介して記憶部４０と非接触で接続して波長−距離補正係数を読出してもよい。

さらに、図１に示す共焦点計測装置１００では、ヘッド部１０に接続した光ファイバ１１に記憶部４０を紐で結び付けることで、ヘッド部１０と記憶部４０とを関係付けているが、本発明に係る共焦点計測装置１００はこれに限定されない。たとえば、ヘッド部１０に接続した光ファイバ１１に記憶部４０を紐で結び付けるのではなく、ヘッド部１０に記憶部４０を紐で直接結び付けることで、ヘッド部１０と記憶部４０とを関係付けてもよい。

また、図４は、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００において、ヘッド部１０と記憶部４０とを関係付ける別の構成を説明するための模式図である。図４に示すように、ヘッド部１０に接続した光ファイバ１１は、コントローラ部２０に接続するコネクタ部１２に記憶部４０を内蔵し、当該コネクタ部１２に光ファイバ１１の端子１３と平行して記憶部４０の端子４０ａを設けてある。コントローラ部２０の入力インターフェース２５ｃには、光ファイバ１１の端子１３と嵌合する入力端子２５ｃ１、および記憶部４０の端子４０ａと嵌合する入力端子２５ｃ２が設けてある。そのため、光ファイバ１１のコネクタ部１２を、コントローラ部２０の入力インターフェース２５ｃに差込むことで、ヘッド部１０をコントローラ部２０に光学的に接続するとともに、記憶部４０をコントローラ部２０に電気的に接続することができる。よって、図４に示す共焦点計測装置１００は、使用者が記憶部４０に記憶した波長−距離補正係数をコントローラ部２０に読出す操作を意識することなく、ヘッド部１０の取付けを行なうことができる。

さらに、ヘッド部１０と記憶部４０との関係付けは、必ずしも物理的にヘッド部１０と記憶部４０とが結び付いている必要はなく、ヘッド部１０に貼り付けてあるシリアル番号と同じ番号が記憶部４０に貼り付けてあってもよい。

以上のように、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００は、波長−距離補正係数を記憶した記憶部４０を、製造されるヘッド部１０のそれぞれの個体に対して関係付けて設けてあり、コントローラ部２０が記憶部４０から波長−距離補正係数を読出し、当該波長−距離補正係数を用いて演算を行なうので、ヘッド部１０を交換しても精度の高い計測を行なうことができる。また、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００は、コントローラ部２０に対してヘッド部１０を交換することが可能なように互換性を持たせることで、ヘッド部１０が破損したときにヘッド部１０だけ製造メーカに返送することができる。さらに、複数の共焦点計測装置１００を有している場合、ヘッド部１０のみを交換して装置のレイアウトを変更することができる。なお、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００は、ヘッド部１０に波長−距離補正係数を記憶する記憶部を設ける構成でないため、ヘッド部１０を小型化することができる。

ここで、記憶部４０に記憶させるヘッド部１０の個体情報は、波長−距離補正係数に限定されるものではなく、装置のシリアル番号、型式、機種などの装置関連情報、計測中心距離、計測可能範囲、ワーク別対応モードの有無、感度調整モードの有無、自動光量制御係数などの計測関連情報、バージョン情報などのソフトウェア関連情報などを含んでもよい。

また、本発明の実施の形態１に係る光学計測装置では、共焦点光学系を利用して計測対象物２００の変位を計測する共焦点計測装置１００について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る光学計測装置は、ヘッド部の光学系とコントローラ部の光学ユニットとを光ファイバで繋ぐ構成であれば、計測対象物の膜厚を計測する膜厚計、計測対象物の色や波長を計測するカラーセンサ、計測対象物の光量を計測する光度計などであってもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光学計測装置では、ヘッド部の個体情報を電気的ではなく、光学的または磁気的に記憶させた記憶部の構成について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る光学計測装置の構成を示す模式図である。図５に示す光学計測装置も共焦点計測装置１１０であり、ヘッド部１０の個体情報を光学的に記憶させた記憶部４１、および記憶部４１の読取機（読取部）２７の構成以外、図１に示した共焦点計測装置１００の構成と同じであるため、同じ構成要素に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。

記憶部４１は、波長−距離補正係数などのヘッド部１０の個体情報を記憶した二次元バーコードである。コントローラ部２０に内蔵した読取機２７は、記憶部４１の二次元バーコードを読取るバーコードリーダまたはカメラである。図５に示すように、共焦点計測装置１１０は、記憶部４１の二次元バーコードを記載したタグを、ヘッド部１０に接続した光ファイバ１１に紐で結び付けてある。そのため、共焦点計測装置１１０は、ヘッド部１０をコントローラ部２０に取付けた際に、コントローラ部２０でタグに記載された二次元バーコードを読取機２７で読取ることにより、記憶部４１に記憶した波長−距離補正係数を読出すことができる。

なお、記憶部４１は、二次元バーコードに限定されるものではなく、光学的に情報を読取る読取機２７が読取ることができれば一次元バーコード、数字列などであってもよい。さらに、記憶部４１は、光学的にヘッド部１０の個体情報を記憶した光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）でもよい。なお、記憶部４１が光ディスクの場合、読取機２７は、光ディスクからヘッド部１０の個体情報を読出すドライブ装置となる。

また、ヘッド部１０と記憶部４０との関係付けは、記憶部４１の二次元バーコードを記載したタグを、ヘッド部１０に接続した光ファイバ１１に紐で結び付ける場合に限定されるものではなく、記憶部４１の二次元バーコードを記載したシールをヘッド部１０に貼り付けてもよい。

さらに、記憶部４１は、ヘッド部１０の個体情報を磁気的に記憶させた磁気カード、磁気ディスクなどであってもよい。なお、記憶部４１が磁気カードまたは磁気ディスクの場合、読取機２７は、磁気カードまたは磁気ディスクからヘッド部１０の個体情報を読出すリーダまたはドライブ装置となる。記憶部４１は、ヘッド部１０の個体情報を、電気的、光学的および磁気的な方式のうち少なくとも２つの方式を組合わせて記憶させた記憶媒体であってもよい。たとえば、記憶部４１は、光学的な方式と磁気的な方式とを組合わせた光磁気ディスクや電気的な方式と磁気的な方式とを組合わせた磁気抵抗メモリなどであってもよい。

図６は、本発明の実施の形態２に係る光学計測装置の別の構成を示す模式図である。図６に示す光学計測装置も共焦点計測装置１２０であり、記憶部４１の読取機２８の構成以外、図５に示した共焦点計測装置１１０の構成と同じであるため、同じ構成要素に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。

読取機２８は、コントローラ部２０の外部に設けられ、電気的な配線を介して接続してある。具体的に、記憶部４１が、波長−距離補正係数などのヘッド部１０の個体情報を記憶した二次元バーコードである場合、読取機２８は、コントローラ部２０に配線で接続され、記憶部４１の二次元バーコードを読取るバーコードリーダである。共焦点計測装置１２０は、ヘッド部１０に接続した光ファイバ１１に紐で結び付けてあるタグ（記憶部４１）を、コントローラ部２０に近づけることなく、読取機２８でタグに記載された二次元バーコードを読取り、記憶部４１に記憶した波長−距離補正係数を読出すことができる。

また、共焦点計測装置１２０は、ヘッド部１０に関係付けられた記憶部４１が異なる方式で個体情報を記憶してあっても、方式にあった読取機２８をコントローラ部２０に接続することで、記憶部４１に記憶した波長−距離補正係数を読出すことができる。

以上のように、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１１０，１２０では、ヘッド部１０の個体情報を記憶部４１に光学的または磁気的に記憶させ、対応する読取機２７でヘッド部１０の個体情報を読出すことで、ヘッド部１０を交換しても精度の高い計測を行なうことができる。また、共焦点計測装置１２０は、コントローラ部２０の外部に読取機２８を設けることで、記憶部４１の設ける位置や記憶させる方式の自由度を増すことができる。

なお、共焦点計測装置１２０は、図１に示すようなヘッド部１０の個体情報を電気的に記憶させた記憶部４０に対しても、コントローラ部２０の外部に設けられ読取機２８で、記憶部４０に記憶したヘッド部１０の個体情報を読出すことができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る光学計測装置では、物理的に独立した分光器部と信号処理部とで構成されるコントローラ部を備えている。図７は、本発明の実施の形態３に係る光学計測装置の構成を示す模式図である。図７に示す光学計測装置も共焦点計測装置１３０であり、物理的に独立した分光器部７１と信号処理部７２とで構成されるコントローラ部２０を備えている以外、図１に示した共焦点計測装置１００の構成と同じであるため、同じ構成要素に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。

コントローラ部２０は、分光器部７１、信号処理部７２、分光器部７１と信号処理部７２とを電気的に接続する配線７３を備えている。分光器部７１は、白色光源である白色ＬＥＤ２１、分岐光ファイバ２２、分光器２３、撮像素子２４、制御回路部２５の分光制御回路部２５ａを備えている。信号処理部７２は、制御回路部２５の信号処理回路部２５ｂ、入力インターフェース２５ｃ、出力インターフェース２５ｄを備えている。なお、図示していないが、共焦点計測装置１３０は、信号処理部７２の出力インターフェース２５ｄを介してモニタ部３０に接続されている。

配線７３は、分光器部７１の撮像素子２４が出力した信号を信号処理部７２に供給するとともに、信号処理部７２から分光器部７１へ必要な電力を供給するための電気的な経路である。

共焦点計測装置１３０は、コントローラ部２０を分光器部７１、信号処理部７２に分けることで、１つの信号処理部７２に対して複数の分光器部７１を接続すること構成が可能となり、装置全体を小型化することができる。

また、共焦点計測装置１３０は、実施の形態１で説明したように、記憶部４０に記憶した波長−距離補正係数をコントローラ部２０の信号処理部７２で読出し、読出した波長−距離補正係数を利用して信号処理回路部２５ｂで予め定められた演算を行なうことで、取付けたヘッド部１０の光学系の個体差を考慮して、計測対象物２００の変位の計測を高い精度で行なうことができる。なお、共焦点計測装置１３０は、複数の分光器部７１を接続する場合、接続する分光器部７１に対応して信号処理回路部２５ｂが設けられ、それぞれの信号処理回路部２５ｂに記憶部４０に記憶した波長−距離補正係数を読出す。もちろん、共焦点計測装置１３０は、記憶部４０に記憶した波長−距離補正係数を読出す機能を、信号処理部７２側でなく、分光器部７１側に設けてもよい。

さらに、共焦点計測装置１３０は、図７に示すように信号処理部７２に代表値保持部７５を設けてもよい。代表値保持部７５は、記憶部４０からヘッド部１０の個体情報を読出すことができない場合に利用することができる演算に必要な情報（ヘッド部１０の代表値（デフォルト値））を記憶してある。

ここで、ヘッド部１０の代表値は、ヘッド部１０の光学系の個体差を平均化して得られた値であり、計測対象物２００の変位の計測を高い精度で行なうことができないが、暫定的に計測を行なうためのヘッド部１０の情報（たとえば、波長−距離補正係数）である。

共焦点計測装置１３０は、代表値保持部７５を設けておくことで、ヘッド部１０に関係付けられた記憶部４０を紛失した場合や、記憶部４０から情報を読出す装置が壊れた場合など、記憶部４０からヘッド部１０の個体情報を読出すことができない場合であっても、高い精度ではないが簡易的に計測対象物２００の変位を計測することができる。

また、共焦点計測装置１３０は、代表値保持部７５を設けておくことで、精度が不要で簡易的な確認を行う場合や、応急処置的な使用の場合に、記憶部４０からヘッド部１０の個体情報を読出す作業を省略することができる。具体的に、精度が不要で簡易的な確認を行う場合や、応急処置的な使用の場合には、販売促進活動や簡易のテスティング、導入、設置時の簡易動作確認、メンテナンス、ヘッド部１０交換時の簡易動作確認などがある。

なお、代表値保持部７５は、図７に示す共焦点計測装置１３０に設ける場合に限定されるものではなく、図１に示す共焦点計測装置１００、図５に示す共焦点計測装置１１０および図６に示す共焦点計測装置１２０に設けてもよい。

以上のように、本発明の実施の形態３に係る共焦点計測装置１３０は、コントローラ部２０を分光器部７１と、信号処理部７２とに分けることで装置構成の自由度が増し、装置全体を小型化することができる。また、本発明の実施の形態３に係る共焦点計測装置１３０は、代表値保持部７５を設けることで、記憶部４０からヘッド部１０の個体情報を読出すことができない場合でも、簡易的に計測対象物２００の変位を計測することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 回折レンズ、２ 対物レンズ、３ 集光レンズ、１０ ヘッド部、１１，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 光ファイバ、１２ コネクタ部、１３，４０ａ 端子、２０ コントローラ部、２２ 分岐光ファイバ、２３ 分光器、２３ａ 凹面ミラー、２３ｂ 回折格子、２４ 撮像素子、２５ 制御回路部、２５ａ 分光制御回路部、２５ｂ 信号処理回路部、２５ｃ１，２５ｃ２ 入力端子、２５ｃ 入力インターフェース、２５ｄ 出力インターフェース、２７，２８ 読取機、３０ モニタ部、４０，４１ 記憶部、７１ 分光器部、７２ 信号処理部、７３ 配線、７５ 代表値保持部、１００，１１０，１２０，１３０ 共焦点計測装置、２００ 計測対象物。

Claims (6)

1. 計測対象物に対して光を用いて計測を行なう光学計測装置であって、
   前記計測対象物からの光を受光する光学系を含むヘッド部と、
   前記ヘッド部で受光した光を電気信号に変換する光学ユニットを含み、前記光学ユニットで変換した前記電気信号に対して演算を行ない、計測結果を出力するコントローラ部と、
   前記ヘッド部と前記コントローラ部とを接続し、前記ヘッド部の前記光学系と前記コントローラ部の前記光学ユニットとを繋ぐ光路となる光ファイバと、
   製造される前記ヘッド部のそれぞれの個体に対して関係付けられ、前記コントローラ部で行なう前記演算に必要な情報を前記ヘッド部の個体情報として記憶する記憶部と
   を備え、前記コントローラ部は、前記ヘッド部および前記コントローラ部に対して物理的および電気的に独立して存在する前記記憶部から前記個体情報を読出し、読出した前記個体情報を用いて前記演算を行なう、光学計測装置。
2. 前記記憶部は、前記個体情報を電気的に記憶する記憶媒体を有し、前記コントローラ部の入力端子と接続することで、前記記憶媒体から前記個体情報を読出すことが可能となる、請求項１に記載の光学計測装置。
3. 前記記憶部は、前記個体情報を磁気的または光学的に記憶する記憶媒体を有し、前記コントローラ部に内蔵または接続した読取部を用いて、前記記憶媒体から前記個体情報を読出すことが可能となる、請求項１に記載の光学計測装置。
4. 前記記憶部は、前記ヘッド部または前記ヘッド部に接続した前記光ファイバに結び付けてある、請求項２または請求項３に記載の光学計測装置。
5. 前記記憶部は、前記コントローラ部に接続する前記光ファイバのコネクタ部に内蔵され、前記コネクタ部を前記コントローラ部に接続する操作により、前記コントローラ部の前記入力端子に接続することができる、請求項２に記載の光学計測装置。
6. 前記コントローラ部は、前記記憶部から前記個体情報を読出すことができない場合に利用することができる前記演算に必要な情報を記憶してある、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光学計測装置。

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