JP7062518B2 - 共焦点変位計 - Google Patents

Description

本発明は、計測対象物の厚みを計測可能な共焦点変位計に関する。

計測対象物の表面の変位を非接触方式により計測する装置として、共焦点変位計がある。共焦点変位計においては、広い波長帯域の光が光学部材を通して計測対象物に照射され、計測対象物の表面で合焦しつつ反射された光の受光信号に基づいて計測対象物の表面の変位が計測される。

２つの共焦点変位計の光学部材を対向して配置するとともに、それらの２つの光学部材の間に配置される計測対象物の厚みを計測する方法が知られている。この方法においては、高い精度で計測対象物の厚みを計測するために、一方の共焦点変位計の光学部材の光軸と他方の共焦点変位計の光学部材の光軸とを正確に一致させることが求められる。

特許文献１には、上記のように計測対象物の厚みを計測するために、２つの共焦点計測装置の２つのセンサヘッドの光軸を一致させる光軸調整方法が記載されている。その光軸調整方法においては、作業者が２つのセンサヘッドを対向配置させるとともに、それらのセンサヘッドの姿勢（向き）および位置を粗調整する。その後、一方のセンサヘッドから検出光を発生させ、他方のセンサヘッドに入射する検出光の強度を計測し、計測により得られる検出光の波形が１つのピーク値を有するように２つのセンサヘッドの少なくとも一方の位置が互いに直交する３方向に調整される。

特開２０１５－１６９５４６号公報

特許文献１に記載された方法では、作業者は、２つのセンサヘッドの光軸が平行となるように、２つのセンサヘッドの姿勢を調整する。しかしながら、実際には、２つのセンサヘッドの光軸が互いに平行となるように、２つのセンサヘッドの姿勢を正確に調整することは容易ではない。一方のセンサヘッドの光軸に対して他方のセンサヘッドの光軸が傾斜していると、２つのセンサヘッドの位置関係を調整しても、２つのセンサヘッドの光軸を一致させることはできない。そのため、計測対象物の厚みの計測精度が低下する。

上記の例に限らず、１つのセンサヘッドを用いて計測対象物の計測を行う場合でも、当該計測をより正確に行うために、センサヘッドの姿勢は容易かつ正確に調整されることが望まれる。

本発明の目的は、計測対象物について高い精度で計測が行われるように、計測ヘッド部の姿勢を容易かつ正確に調整することを可能にする共焦点変位計を提供することである。

（１）第１の発明に係る共焦点変位計は、複数の波長を有する光を出射する投光部と、第１の回折レンズを含み、投光部により出射された光に光軸方向に沿う色収差を発生させ、計測対象物の第１の面に収束させる第１の共焦点光学系を有する第１のヘッド部と、第１の面で反射されて第１の共焦点光学系を通過した第１の光を波長ごとに分光する第１の分光器と、分光された第１の光を波長ごとに受光し、波長ごとの光の強度を取得する第１の受光部と、第１の面を有する基準部材を用いて第１のヘッド部の光軸を調整可能に構成された制御装置とを備え、第１のヘッド部は、第１のヘッド部の光軸が第１の面に直交する場合に、第１のヘッド部を通して第１の面に照射される一の波長を有する第１の１次光が第１の面で反射されて一の波長を有する第１の多次光の経路を通って第１の共焦点光学系を通過するように構成され、制御装置は、光軸調整時において、第１のヘッド部の光の出射側に基準部材が配置された状態で、第１の受光部により取得された光の強度のうち第１の１次光が第１の面で反射されて第１の多次光の経路を通って第１の共焦点光学系を通過することにより得られる第１の判定光の強度に対応する情報を第１の強度情報として表示部に表示させる強度情報表示制御部を含む。

その共焦点変位計においては、第１のヘッド部の光軸の調整時に、第１のヘッド部の光の出射側に基準部材が配置された状態で、第１の判定光の強度に対応する情報が第１の強度情報として表示部に表示される。第１の判定光の強度は、第１の面に対する第１のヘッド部の光軸の垂直度が高いほど高くなり、第１の面に対する第１のヘッド部の光軸の垂直度が低いほど低くなる。したがって、使用者は、第１の強度情報を視認しつつ、第１のヘッド部の光軸が基準部材の第１の面に対して垂直となるように第１のヘッド部の姿勢を容易かつ正確に調整することができる。

これにより、使用者は、高い精度で計測が行われるように計測対象物の計測面に対する第１のヘッド部の姿勢を容易かつ正確に調整することができる。

（２）第２の発明に係る共焦点変位計は、互いに反対側の第１および第２の面を有する計測対象物の厚みを計測可能な共焦点変位計であって、複数の波長を有する光を出射する投光部と、第１の回折レンズを含み、投光部により出射された光に光軸方向に沿う色収差を発生させ、計測対象物の第１の面に収束させる第１の共焦点光学系を有する第１のヘッド部と、第２の回折レンズを含み、投光部により出射された光に光軸方向に沿う色収差を発生させ、計測対象物の第２の面に収束させる第２の共焦点光学系を有する第２のヘッド部と、第１の面で反射されて第１の共焦点光学系を通過した第１の光を波長ごとに分光する第１の分光器と、分光された第１の光を波長ごとに受光し、波長ごとの光の強度を取得する第１の受光部と、計測対象物の代わりに互いに平行な第１の面および第２の面を有する基準部材を用いて第１のヘッド部の光軸を調整可能に構成された制御装置とを備え、第１のヘッド部は、第１のヘッド部の光軸が第１の面に直交する場合に、第１のヘッド部を通して第１の面に照射される一の波長を有する第１の１次光が第１の面で反射されて一の波長を有する第１の多次光の経路を通って第１の共焦点光学系を通過するように構成され、第２のヘッド部は、第２のヘッド部の光軸が第２の面に直交する場合に、第２のヘッド部を通して第２の面に照射される一の波長を有する第２の１次光が第２の面で反射されて一の波長を有する第２の多次光の経路を通って第２の共焦点光学系を通過するように構成され、制御装置は、光軸調整時において、第１のヘッド部と第２のヘッド部との間に基準部材が配置された状態で、第１の受光部により取得された光の強度のうち第１の１次光が第１の面で反射されて第１の多次光の経路を通って第１のピンホールを通過することにより得られる第１の判定光の強度に対応する情報を第１の強度情報として表示部に表示させる強度情報表示制御部を含む。

その共焦点変位計においては、第１のヘッド部の光軸の調整時に、第１のヘッド部と第２のヘッド部との間に基準部材が配置された状態で、第１の判定光の強度に対応する情報が第１の強度情報として表示部に表示される。第１の判定光の強度は、第１の面に対する第１のヘッド部の光軸の垂直度が高いほど高くなり、第１の面に対する第１のヘッド部の光軸の垂直度が低いほど低くなる。したがって、使用者は、第１の強度情報を視認しつつ、第１のヘッド部の光軸が基準部材の第１の面に対して垂直となるように第１のヘッド部の姿勢を容易かつ正確に調整することができる。

上記のように、使用者は、第１のヘッド部の姿勢を調整するとともに、第１および第２のヘッド部の相対的な位置関係を調整することにより、第１および第２のヘッド部の光軸を一致させることができる。

その結果、使用者は、第１および第２のヘッド部の光軸の調整後に、計測対象物の厚みを高い精度で計測することが可能になる。

（３）共焦点変位計は、第２の面で反射されて第２の共焦点光学系を通過した第２の光を波長ごとに分光する第２の分光器と、分光された第２の光を波長ごとに受光し、波長ごとの光の強度を取得する第２の受光部とをさらに備え、制御装置は、基準部材を用いて第２のヘッド部の光軸をさらに調整可能に構成され、強度情報表示制御部は、光軸調整時において、第１のヘッド部と第２のヘッド部との間に基準部材が配置された状態で、第２の受光部により取得された光の強度のうち第２の１次光が第２の面で反射されて第２の多次光の経路を通って第２の共焦点光学系を通過することにより得られる第２の判定光の強度に対応する情報を第２の強度情報として表示部にさらに表示させてもよい。

この場合、第２のヘッド部の光軸の調整時に、第１のヘッド部と第２のヘッド部との間に基準部材が配置された状態で、第２の判定光の強度に対応する情報が第２の強度情報として表示部に表示される。第２の判定光の強度は、第２の面に対する第２のヘッド部の光軸の垂直度が高いほど高くなり、第２の面に対する第２のヘッド部の光軸の垂直度が低いほど低くなる。したがって、使用者は、第２の強度情報を視認しつつ、第２のヘッド部の光軸が基準部材の第２の面に対して垂直となるように第２のヘッド部の姿勢を容易かつ正確に調整することができる。

上記のように、使用者は、第２のヘッド部の姿勢を調整するとともに、第１および第２のヘッド部の相対的な位置関係を調整することにより、第１および第２のヘッド部の光軸を一致させることができる。

その結果、使用者は、第１および第２のヘッド部の光軸の調整後に、計測対象物の厚みを高い精度で計測することが可能になる。

（４）第１の強度情報は、第１の判定光の強度の時間的変化を示し、第２の強度情報は、第２の判定光の強度の時間的変化を示してもよい。

この場合、使用者は、第１および第２の強度情報を視認することにより、第１のおよび第２のヘッド部の姿勢をより容易かつ正確に調整することができる。

（５）制御装置は、第１の判定光の強度の時間的変化における現時点までの最大の強度を示す第１の最大強度情報を表示部に表示させ、第２の判定光の強度の時間的変化における現時点までの最大の強度を示す第２の最大強度情報を表示部に表示させる最大強度表示制御部をさらに含んでもよい。

この場合、使用者は、第１および第２の最大強度情報を視認することにより、第１のおよび第２のヘッド部の姿勢をさらに容易かつ正確に調整することができる。

（６）第１の判定光のピーク波長は、第１の面と第１のヘッド部との間の距離に依存して変化し、第２の判定光のピーク波長は、第２の面と第２のヘッド部との間の距離に依存して変化し、制御装置は、波長軸上に第１の判定光の波形を表示するとともに第１の面と第１のヘッド部との間の距離の変化に応じて波長軸上で第１の判定光の波形の位置を変化させるように表示部を制御し、第１の面と第１のヘッド部との間の距離が予め定められた第１の距離範囲にある場合における第１の判定光の波長の範囲を第１の波長範囲として波長軸上に表示し、波長軸上に第２の判定光の波形を表示するとともに第２の面と第２のヘッド部との間の距離の変化に応じて波長軸上で第２の判定光の波形の位置を変化させるように表示部を制御し、第２の面と第２のヘッド部との間の距離が予め定められた第２の距離範囲にある場合における第２の判定光の波長の範囲を第２の波長範囲として波長軸上に表示するように表示部を制御する範囲表示制御部をさらに含んでもよい。

この場合、使用者は、表示部に表示される第１の判定光の波形が第１の波長範囲に位置するように第１の面と第１のヘッド部との間の距離を調整する。それにより、第１の面と第１のヘッド部との間の距離が第１の距離範囲内となる。また、使用者は、表示部に表示される第２の判定光の波形が第２の波長範囲に位置するように第２の面と第２のヘッド部との間の距離を調整する。それにより、第２の面と第２のヘッド部との間の距離が第２の距離範囲内となる。その結果、基準部材の第１および第２の面に直交する方向における第１のヘッド部と第２のヘッド部との間の距離を容易かつ適切に調整することができる。

（７）第１および第２の受光部は、第１および第２のヘッド部の間に基準部材が存在しない状態で、第１のヘッド部の第１の共焦点光学系から出射されて第２のヘッド部の第２の共焦点光学系に入射する光の強度、および第２の共焦点光学系から出射されて第１のヘッド部の第１の共焦点光学系に入射する光の強度のうち少なくとも一方を取得し、制御装置は、第１および第２の受光部により取得された少なくとも一方の強度に基づいて第１および第２のヘッド部の光軸の一致度を示す一致度情報を表示部に表示させる一致度表示制御部をさらに含んでもよい。

この場合、使用者は、一致度情報を視認することにより、第１のヘッド部の光軸と第２のヘッド部の光軸とを容易に一致させることができる。

（８）制御装置は、光軸調整時において、第１のヘッド部と基準部材との間の距離を調整するための操作を促す第１の距離調整画像を表示部に表示させ、第２のヘッド部と基準部材との間の距離を調整するための操作を促す第２の距離調整画像を表示部に表示させる距離調整画像表示制御部と、光軸調整時において、第１および第２の距離調整画像が表示部に表示された後、基準部材に対する第１のヘッド部の姿勢を調整するための操作を促す第１の姿勢調整画像を表示部に表示させ、基準部材に対する第２のヘッド部の姿勢を調整するための操作を促す第２の姿勢調整画像を表示部に表示させる姿勢調整画像表示制御部と、光軸調整時において、第１および第２の姿勢調整画像が表示部に表示された後、第１および第２のヘッド部のうち少なくとも一方を移動させることにより第１および第２の光学部材の光軸を一致させるための操作を促す軸調整画像を表示部に表示させる軸調整画像表示制御部とをさらに含んでもよい。

この場合、表示部には、第１および第２の距離調整画像が表示された後、第１および第２の姿勢調整画像が表示される。また、表示部には、第１および第２の姿勢調整画像が表示された後、軸調整画像が表示される。これにより、使用者は、表示部に表示される画像に従って、適切な順序で第１および第２のヘッド部の位置および姿勢を調整することができる。その結果、使用者は、第１および第２の光学部材の光軸を効率よく調整することができる。

（９）共焦点変位計は、第１および第２の距離調整画像の表示を指示するために使用者により操作される第１の操作部と、範囲表示制御部による第１および第２の波長範囲の表示後に、第１および第２の姿勢調整画像の表示を指示するために使用者により操作される第２の操作部と、強度情報表示制御部による第１および第２の強度情報の表示後に、軸調整画像の表示を指示するために使用者により操作される第３の操作部とをさらに備えてもよい。

この場合、使用者は、第１、第２および第３の操作部を順次操作することにより、適切な順序で第１および第２のヘッド部の位置および姿勢を調整することができる。

（１０）投光部は、第１の共焦点光学系に光を出射する第１の投光部と、第２の共焦点光学系に光を出射する第２の投光部とを含み、制御装置は、一致度表示制御部による一致度情報の表示時に、第２の受光部から出力される受光信号に基づいて第１の投光部における光の出射を制御する第１の制御、および第１の受光部から出力される受光信号に基づいて第２の投光部における光の出射を制御する第２の制御のうち少なくとも一方を行う光制御部をさらに備えてもよい。

この場合、第１の制御によれば、第２の受光部において適切な強度の光が受光されるように第１の投光部における光の出射が制御される。また、第２の制御によれば、第１の受光部において適切な強度の光が受光されるように第２の投光部における光の出射が制御される。これにより、一致度情報が表示部に適切に表示される。

（１１）強度情報表示制御部は、第１および第２の強度情報を表示部が有する単一の画面上に同時に表示させてもよい。

この場合、第１および第２の強度情報が表示部の単一の画面上に同時に表示される。したがって、使用者は、第１および第２の強度情報を対比しつつ第１のおよび第２のヘッド部の姿勢を調整することができる。

（１２）共焦点変位計は、第１のヘッド部および第２のヘッド部が互いに対向するように配置された状態で、第１のヘッド部および第２のヘッド部のうち一方のヘッド部から他方のヘッド部に入射した光を他方のヘッド部の光軸調整に用いてもよい。

この場合、第１および第２のヘッド部のうち一方のヘッド部の姿勢を他方のヘッド部からの光に基づいて正確に調整することができる。

（１３）第３の発明に係る共焦点変位計は、互いに反対側の第１および第２の面を有する計測対象物の厚みを計測可能な共焦点変位計であって、複数の波長を有する複数の光を出射する投光部と、第１および第２のヘッド部と、第１のヘッド部に設けられ、投光部により出射された複数の光に光軸方向に沿った色収差を発生させる回折レンズを含むとともに、色収差を有する複数の光を収束させて計測対象物の第１の面にそれぞれ照射する第１の光学部材と、第１のヘッド部に設けられ、第１の光学部材により第１の面に照射された複数の光のうち、第１の面で合焦しつつ反射された波長の複数の光を複数の第１の光としてそれぞれ通過させる複数の第１のピンホールを有する第１のピンホール部材と、第２のヘッド部に設けられ、投光部により出射された複数の光に光軸方向に沿った色収差を発生させる回折レンズを含むとともに、色収差を有する複数の光を収束させて計測対象物の第２の面にそれぞれ照射する第２の光学部材と、第２のヘッド部に設けられ、第２の光学部材により第２の面に照射された複数の光のうち、第２の面で合焦しつつ反射された波長の複数の光を複数の第２の光としてそれぞれ通過させる複数の第２のピンホールを有する第２のピンホール部材と、複数の第１のピンホールを通過した複数の第１の光の各々についての波長ごとの強度を取得し、複数の第２のピンホールを通過した複数の第２の光の各々についての波長ごとの強度を取得する取得部と、取得部により取得された複数の第１および第２の光の各々についての波長ごとの強度に基づいて計測対象物の第１の面と第２の面との間の厚みを算出する厚み算出部と、計測対象物の代わりに互いに平行な第１の面および第２の面を有する基準部材を用いて第１および第２の光学部材の光軸を調整可能に構成された制御装置とを備え、第１のヘッド部は、第１の光学部材の光軸が第１の面に直交する場合に、第１の光学部材を通して第１の面に照射される一の波長を有する第１の１次光が第１の面で反射されて一の波長を有する第１の多次光の経路を通って第１のピンホールを通過するように構成され、第２のヘッド部は、第２の光学部材の光軸が第２の面に直交する場合に、第２の光学部材を通して第２の面に照射される一の波長を有する第２の１次光が第２の面で反射されて一の波長を有する第２の多次光の経路を通って第２のピンホールを通過するように構成され、制御装置は、光軸調整時において、第１のヘッド部と第２のヘッド部との間に基準部材が配置された状態で、取得部により取得された複数の光の各々の強度のうち第１の１次光が第１の面で反射されて第１の多次光の経路を通って第１のピンホールを通過することにより得られる第１の判定光の強度に対応する情報を第１の強度情報として表示部に表示させ、取得部により取得された複数の光の各々の強度のうち第２の１次光が第２の面で反射されて第２の多次光の経路を通って第２のピンホールを通過することにより得られる第２の判定光の強度に対応する情報を第２の強度情報として表示部に表示させる強度情報表示制御部を含む。

その共焦点変位計においては、第１および第２の光学部材の光軸の調整時に、第１のヘッド部と第２のヘッド部との間に基準部材が配置された状態で、第１の強度情報が表示部に表示される。したがって、使用者は、第１の強度情報を視認しつつ、第１の光学部材の光軸が基準部材の第１の面に対して垂直となるように第１のヘッド部の姿勢を容易かつ正確に調整することができる。

また、第１のヘッド部と第２のヘッド部との間に基準部材が配置された状態で、第２の強度情報が表示部に表示される。したがって、使用者は、第２の強度情報を視認しつつ、第２の光学部材の光軸が基準部材の第２の面に対して垂直となるように第２のヘッド部の姿勢を容易かつ正確に調整することができる。

上記のように、使用者は、第１のおよび第２のヘッド部の姿勢を調整するとともに、第１および第２のヘッド部の相対的な位置関係を調整することにより、第１および第２の光学部材の光軸を一致させることができる。

その結果、使用者は、第１および第２の光学部材の光軸の調整後に、計測対象物の厚みを高い精度で計測することが可能になる。

（１４）第１の強度情報は、第１のヘッドに対応する複数の第１の判定光の複数の強度のうち最大強度値と最小強度値との差分に基づく値であり、第２の強度情報は、第２のヘッドに対応する複数の第２の判定光の複数の強度のうち最大強度値と最小強度値との差分に基づく値であってもよい。

この場合、複数の第１の判定光の複数の強度のうち最大強度値と最小強度値との差分に基づいて第１のヘッド部の姿勢を調整することができる。また、複数の第２の判定光の複数の強度のうち最大強度値と最小強度値との差分に基づいて第２のヘッド部の姿勢を調整することができる。

（１５）共焦点変位計は、計測対象物を計測する計測モードと、ヘッド部の光軸を調整する光軸調整モードとを有してもよい。

この場合、共焦点変位計が計測モードで動作することにより、計測対象物の計測が行われる。また、共焦点変位計が光軸調整モードで動作することにより、ヘッド部の光軸が調整される。

本発明によれば、計測対象物について高い精度で計測が行われるように、計測ヘッド部の姿勢を容易かつ正確に調整することが可能になる。

第１の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。 計測対象物の厚みを計測する際に計測ヘッドの光軸が一致しない場合の一例を示す模式図である。 計測対象物の厚みを計測する際に計測ヘッドの光軸が一致しない他の例を示す模式図である。 図１の計測ヘッドを用いた共焦点変位計の動作原理を説明するための図である。 （ａ）は計測ヘッドの光軸が計測対象物の表面に直交するときの複数の波長の光の進行経路の一例を示す図であり、（ｂ）は計測ヘッドと計測対象物とが（ａ）の位置関係にあるときに取得される受光信号の波形の一例を示す図である。 （ａ）は計測ヘッドの光軸が計測対象物の表面に直交しないときの複数の波長の光の進行経路の一例を示す図であり、（ｂ）は計測ヘッドと計測対象物とが（ａ）の位置関係にあるときに取得される受光信号の波形の一例を示す図である。 計測ヘッドを保持可能な保持装置の一例を示す図である。 計測ヘッドの光軸調整時に図１の主表示部に順次表示される誘導画面の例を示す図である。 計測ヘッドの光軸調整時に図１の主表示部に順次表示される誘導画面の例を示す図である。 計測ヘッドの光軸調整時に図１の主表示部に順次表示される誘導画面の例を示す図である。 計測ヘッドの光軸調整時に図１の主表示部に順次表示される誘導画面の例を示す図である。 計測ヘッドの光軸調整時に図１の主表示部に順次表示される誘導画面の例を示す図である。 計測ヘッドの光軸調整時に図１の主表示部に順次表示される誘導画面の例を示す図である。 計測ヘッドの光軸調整時に図１の主表示部に順次表示される誘導画面の例を示す図である。 計測ヘッドの光軸調整時に図１の主表示部に順次表示される誘導画面の例を示す図である。 図１の共焦点変位計における機能的な構成を示すブロック図である。 ＰＣにおいて行われる光軸調整処理を示すフローチャートである。 ＰＣにおいて行われる光軸調整処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。 第２の実施の形態に係る光軸調整において第４ステップで主表示部に表示される誘導画面の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る光軸調整において第４ステップで主表示部に表示される誘導画面の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る共焦点変位計について図面を参照しながら説明する。

［１］第１の実施の形態
（１）共焦点変位計の基本構成
図１は、第１の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図１に示すように、共焦点変位計５００は、計測ユニット１００Ａ，１００Ｂ、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂ、導光部３００Ａ，３００Ｂ、制御ユニット４００およびＰＣ（パーソナルコンピュータ）６００を備える。導光部３００Ａは、複数の光ファイバを含み、計測ユニット１００Ａと計測ヘッド２００Ａとを光学的に接続する。

計測ユニット１００Ａは、筐体１１０、投光部１２０、分光部１３０、受光部１４０、計測制御部１５０および副表示部１９０を含む。筐体１１０は、投光部１２０、分光部１３０、受光部１４０および計測制御部１５０を収容する。副表示部１９０は、７セグメント表示器またはドットマトリクス表示器等の表示器を含み、筐体１１０に取り付けられる。投光部１２０は、広い波長帯域（例えば５００ｎｍ～７００ｎｍ）の光すなわち複数の波長を有する光を出射可能に構成される。投光部１２０により出射された光は、導光部３００Ａの後述する光ファイバ３１１に入力される。

分光部１３０は、回折格子１３１および複数（本例では２個）のレンズ１３２，１３３を含む。後述するように、投光部１２０により出射されて計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部が、導光部３００Ａの後述する光ファイバ３１２から出力される。光ファイバ３１２から出力された光は、レンズ１３２を通過することにより略平行化され、回折格子１３１に入射される。本実施の形態においては、回折格子１３１は反射型の回折格子である。回折格子１３１に入射された光は、波長ごとに異なる角度で反射するように分光され、レンズ１３３を通過することにより波長ごとに異なる一次元上の位置に合焦される。

受光部１４０は、複数の画素が一次元状に配列された撮像素子（一次元ラインセンサ）を含む。撮像素子は、多分割ＰＤ（フォトダイオード）、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラまたはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサであってもよいし、他の素子であってもよい。受光部１４０は、分光部１３０のレンズ１３３により形成された波長ごとに異なる複数の合焦位置で撮像素子の複数の画素がそれぞれ光を受光するように配置される。受光部１４０の各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ。）が出力される。受光信号は、各画素で受光される光の強度を示す。

計測制御部１５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ、またはマイクロコンピュータを含む。計測制御部１５０には、制御プログラムが記憶されるとともに、変位計測に用いられる計測条件等の種々のデータが記憶される。これらのデータは、後述する制御ユニット４００から与えられる。計測制御部１５０は、記憶された制御プログラムおよびデータに基づいて投光部１２０および受光部１４０を制御し、受光部１４０により出力される受光信号に基づいて計測対象物Ｓの表面の変位を算出する。計測制御部１５０は、変位の算出結果を副表示部１９０に表示させる。

計測制御部１５０は制御ユニット４００に接続され、制御ユニット４００はさらにＰＣ６００に接続される。計測制御部１５０は、変位の算出結果および受光部１４０から出力される受光信号を制御ユニット４００に与える。制御ユニット４００およびＰＣ６００の構成および動作については後述する。

計測ヘッド２００は、軸対称形状（本例では、円筒形状）を有する筐体２１０、光ファイバ３１４およびレンズユニット２２０を含む。筐体２１０は、光ファイバ３１４およびレンズユニット２２０を収容する。

筐体２１０の一端に導光部３００Ａの後述するファイバコネクタ３３０が取り付けられている。光ファイバ３１４は、筐体２１０内でファイバコネクタ３３０に接続されている。処理装置１００から光ファイバ３１４に導光部３００Ａを通して光が導かれる。光ファイバ３１４に導かれた光は、筐体２１０内で光ファイバ３１４から出力され、レンズユニット２２０に導かれる。

レンズユニット２２０は、屈折レンズ２２１、回折レンズ２２２および対物レンズ２２３を含む。レンズユニット２２０に導かれた光は、屈折レンズ２２１および回折レンズ２２２を順に通過する。これにより、光軸方向に沿って光に色収差が発生する。対物レンズ２２３は、色収差が発生した光が計測対象物Ｓの表面近傍の位置で合焦可能に配置される。

導光部３００Ａは、複数（本例では３個）の光ファイバ３１１，３１２，３１９、ファイバカプラ３２０およびファイバコネクタ３３０を含む。図１の例では、ファイバカプラ３２０は計測ユニット１００Ａの筐体１１０に設けられる。ファイバコネクタ３３０は計測ヘッド２００の筐体２１０に取り付けられる。

ファイバカプラ３２０は、いわゆる１×２型の構成を有し、３個のポート３２１～３２３および本体部３２４を含む。ポート３２１，３２２とポート３２３とは、本体部３２４を挟んで対向するように本体部３２４に接続される。ポート３２１，３２２の少なくとも１つのポートに入力された光は、ポート３２３から出力される。ポート３２３に入力された光は、ポート３２１，３２２の各々から出力される。

ファイバカプラ３２０のポート３２１，３２２には、光ファイバ３１１，３１２がそれぞれ接続される。ファイバカプラ３２０のポート３２３とファイバコネクタ３３０とが光ファイバ３１９により接続される。

この構成によれば、計測ユニット１００Ａの投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１を通してファイバカプラ３２０のポート３２１に入力される。ポート３２１に入力された光は、ポート３２３から出力され、光ファイバ３１９を通してファイバコネクタ３３０に入力される。ファイバコネクタ３３０に入力された光は、光ファイバ３１４およびレンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓに照射される。

計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、レンズユニット２２０および光ファイバ３１４を通してファイバコネクタ３３０に入力される。ファイバコネクタ３３０に入力された光は、光ファイバ３１９を通してファイバカプラ３２０のポート３２３に入力される。ポート３２３に入力された光は、ポート３２１，３２２から出力される。ポート３２２から出力された光は、光ファイバ３１２を通して分光部１３０に導かれる。これにより、計測ユニット１００Ａから計測対象物Ｓに照射される光に基づいて計測対象物Ｓの変位が算出される。

計測ユニット１００Ａおよび計測ユニット１００Ｂは同じ構成を有し、計測ヘッド２００Ａおよび計測ヘッド２００Ｂは同じ構成を有し、導光部３００Ａおよび導光部３００Ｂは同じ構成を有する。計測ユニット１００Ｂおよび計測ヘッド２００Ｂは、上記の計測ユニット１００Ａおよび計測ヘッド２００Ａの例と同様に、導光部３００Ｂにより光学的に接続される。また、計測ユニット１００Ｂの計測制御部１５０（図示せず）は、制御ユニット４００に接続される。

計測ユニット１００Ｂの投光部１２０（図示せず）から出射される光は、計測ヘッド２００Ｂを通して計測対象物Ｓに照射される。計測対象物Ｓの表面で反射された光の一部が、計測ヘッド２００Ｂを通して計測ユニット１００Ｂに戻される。それにより、計測ユニット１００Ｂから計測対象物Ｓに照射される光に基づいて計測対象物Ｓの変位が算出される。この場合、計測ユニット１００Ｂに設けられる計測制御部１５０（図示せず）は、変位の算出結果および受光部１４０から出力される受光信号を制御ユニット４００に与える。

制御ユニット４００は、ＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータを含む。制御ユニット４００には、例えば計測ユニット１００Ａ，１００Ｂにおける変位の計測条件がＰＣ６００から入力される。計測条件には、例えば投光部１２０における光の出射量、投光部１２０における光の出射タイミング、および受光部１４０における露光量等が含まれる。制御ユニット４００は、入力された計測条件を各計測ユニット１００Ａ，１００Ｂの計測制御部１５０に与える。それにより、各計測ユニット１００Ａ，１００Ｂにおいて、与えられた計測条件に基づく計測動作が行われる。

ＰＣ６００は、ＣＰＵ６０１およびメモリ６０２を含む。メモリ６０２には、厚み計測プログラムが記憶されるとともに、厚み計測に用いられる種々のデータが記憶される。ＣＰＵ６０１がメモリ６０２に記憶された厚み計測プログラムを実行することにより、ＰＣ６００が計測モードおよび光軸調整モードで動作する。各計測ユニット１００Ａ，１００Ｂから制御ユニット４００に与えられる変位の算出結果および受光信号は、制御ユニット４００からＰＣ６００に与えられる。

ＰＣ６００には、主表示部６１０および操作部６２０が接続されている。主表示部６１０は、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルまたは液晶ディスプレイパネル等の表示装置を含む。操作部６２０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスは、マウスまたはジョイスティック等を含む。使用者は、操作部６２０を操作することにより、ＰＣ６００の動作モードを計測モードおよび光軸調整モードの間で切り替えることができる。

本実施の形態に係る共焦点変位計５００においては、図１に示すように、計測対象物Ｓを挟んで対向するように計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂが配置される。計測対象物Ｓは、互いに反対側の一面および他面を有する。この状態で、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂ間の距離（以下、ヘッド間距離と呼ぶ。）が既知であれば、計測ユニット１００Ａ，１００Ｂにより計測される計測対象物Ｓの一面および他面の変位とヘッド間距離とに基づいて計測対象物Ｓの厚みを算出することができる。

計測モードでは、計測ユニット１００Ａ，１００Ｂの間に配置された計測対象物Ｓの厚みの計測が行われる。ＣＰＵ６０１は、計測モードにおいて、使用者が操作部６２０を操作することにより入力されるヘッド間距離を受け付ける。また、ＣＰＵ６０１は、制御ユニット４００を通して変位の計測を計測ユニット１００Ａ，１００Ｂに指令する。その上で、ＣＰＵ６０１は、受け付けたヘッド間距離と、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂから与えられる変位の算出結果とに基づいて、計測対象物Ｓの厚みを算出し、算出された厚みを計測結果として主表示部６１０に表示させる。

上記のように、計測対象物Ｓの厚みを計測する場合には、計測ヘッド２００Ａのレンズユニット２２０の光軸と、計測ヘッド２００Ｂのレンズユニット２２０の光軸とを一致させる必要がある。以下の説明では、計測ヘッド２００Ａのレンズユニット２２０の光軸を計測ヘッド２００Ａの光軸と呼び、計測ヘッド２００Ｂのレンズユニット２２０の光軸を計測ヘッド２００Ｂの光軸と呼ぶ。

図２は、計測対象物Ｓの厚みを計測する際に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸が一致しない場合の一例を示す模式図である。図２の例では、計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１に対して計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２が傾斜し、光軸ｏａ１，ｏａ２が一直線上にない。この場合、計測対象物Ｓの厚み方向に対して傾斜した方向において計測対象物Ｓの厚みが計測されることになる。そのため、計測対象物Ｓの厚みの計測精度が低下する。

図３は、計測対象物Ｓの厚みを計測する際に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸が一致しない他の例を示す模式図である。図３の例では、計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１と計測ヘッド２００Ｂのレンズユニット２２０の光軸ｏａ２とが互いに平行であるが互いに離間している。この場合、計測対象物Ｓの一面および他面に平行な方向において計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂによる変位の計測位置がずれる。そのため、計測対象物Ｓの厚みの計測精度が低下する。

光軸調整モードでは、計測モードによる計測対象物Ｓの厚みの計測前に、対向配置される計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２が調整される。計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整の詳細は後述する。

（２）動作原理
ここで、図１の計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂを用いた共焦点変位計５００の動作原理について、計測ヘッド２００Ａの例を代表して説明する。図４は、図１の計測ヘッド２００Ａを用いた共焦点変位計５００の動作原理を説明するための図である。図４に示すように、光ファイバ３１４は、コア３１０ａおよびクラッド３１０ｂを含む。コア３１０ａはクラッド３１０ｂにより被覆される。コア３１０ａの一端部に入力された光は、コア３１０ａの他端部から出力される。

光ファイバ３１４から出力された光は、屈折レンズ２２１および回折レンズ２２２を通過する。これにより、光に色収差が発生する。色収差が発生した光は、対物レンズ２２３を通過することにより波長ごとに異なる位置で合焦する。例えば、波長が短い光は対物レンズ２２３に近い位置で合焦し、波長が長い光は対物レンズ２２３から遠い位置で合焦する。対物レンズ２２３に最も近い合焦位置Ｆ１と対物レンズ２２３から最も遠い合焦位置Ｆ２との間の範囲が計測範囲ＭＲとなる。

計測範囲ＭＲに計測対象物Ｓの表面が存在する場合には、対物レンズ２２３を通過した光は、計測対象物Ｓの表面に照射された後、当該表面により広範囲に反射される。ここで、本実施の形態においては、光ファイバ３１４の先端部分は、微小なピンホールを有する空間フィルタとして機能する。

計測対象物Ｓの表面の位置で合焦した特定の波長を有する光は、当該表面で反射されることによりレンズユニット２２０を通過し、光ファイバ３１４のコア３１０ａの先端部分に入力される。光ファイバ３１４に入力された光の波長は、計測距離を示す。ここで、計測距離とは、所定の基準位置ＲＰから計測対象物Ｓの表面の位置までの距離である。なお、本例では、基準位置ＲＰは計測対象物Ｓに最も近い筐体２１０の端部の位置である。

光ファイバ３１４に入力された光は、図１の計測ユニット１００Ａに導かれ、回折格子１３１により分光されるとともにレンズ１３３により波長ごとに異なる位置に合焦される。受光部１４０の複数の画素は、波長ごとに異なる複数の光の合焦位置にそれぞれ配置される。そのため、受光部１４０の各画素は、当該画素に対応付けられた波長の光を受光し、受光信号を出力する。

図１の計測制御部１５０には、受光部１４０の画素の位置と、受光信号の波形におけるピークの波長と、計測距離との換算式が予め記憶されている。計測制御部１５０は、ピーク値を示す受光信号を出力する受光部１４０の画素の位置を特定するとともに、特定された画素の位置および予め記憶された換算式に基づいて計測距離を算出する。また、計測制御部１５０は、算出された計測距離に基づいて計測対象物Ｓの表面の変位を算出する。

（３）回折レンズ２２２により形成される光の経路
計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂに用いられる図４のレンズユニット２２０においては、回折レンズ２２２により、その回折レンズ２２２を通過する光の波長ごとに複数の次数の回折光の経路が形成される。

図５（ａ）は計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１が計測対象物Ｓの表面に直交するときの複数の波長の光の進行経路の一例を示す図であり、図５（ｂ）は計測ヘッド２００Ａと計測対象物Ｓとが図５（ａ）の位置関係にあるときに取得される受光信号の波形の一例を示す図である。

計測ヘッド２００Ａにより計測対象物Ｓの表面に複数の波長の光が照射される。各波長の光について１次光および複数の多次光（２次光および３次光等）が存在する。図５（ａ）の例では、太い実線で示すように、計測対象物Ｓの表面に照射される複数の波長の光のうち、計測対象物Ｓの表面で合焦する１次光Ｌ１が計測対象物Ｓの表面で反射されると、反射された１次光Ｌ１は図４の光ファイバ３１４に入力される。１次光Ｌ１と異なる波長を有する１次光のほとんどは、図４の光ファイバ３１４に入力されない。

図５（ａ）に二点鎖線で示すように、１次光Ｌ１とは異なる波長を有する１次光Ｌ２は、計測対象物Ｓの表面で合焦せず、計測対象物Ｓの表面よりも下方の位置で合焦する。また、図５（ａ）に太い点線で示すように、１次光Ｌ２と同じ波長を有する多次光Ｌ３は、計測対象物Ｓの表面で合焦せず、計測対象物Ｓの表面よりも上方の位置Ｆ０で合焦する。この場合、多次光Ｌ３が位置Ｆ０で反射されたと仮定すると、その反射光は光ファイバ３１４に入力される。したがって、計測対象物Ｓの表面で反射された１次光Ｌ２が多次光Ｌ３の経路を通る場合、その１次光Ｌ２は光ファイバ３１４に入力されることになる。

その結果、図５（ｂ）に示すように、計測対象物Ｓから光ファイバ３１４に入力される光の受光信号の波形には、１次光Ｌ１に起因するピークＰ１および１次光Ｌ２に起因するピークＰ２が現れる。ピークＰ２の強度は、ピークＰ１の強度よりも低い。

本実施の形態では、計測対象物Ｓの表面が計測範囲ＭＲ内に位置しかつ計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１が計測対象物Ｓの表面に直交するときに、受光信号の波形において、多次光Ｌ３の経路を通って光ファイバ３１４に入力される１次光Ｌ２に起因するピークＰ２が現れるように、計測ヘッド２００Ａのレンズユニット２２０が構成される。

なお、多次光Ｌ３の経路を通って光ファイバ３１４に入力される１次光Ｌ２のピークＰ２は、例えば計測対象物Ｓの表面に対する計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１の角度が９０°±０．２°の範囲内にあるときに受光信号の波形として現れる。

図６（ａ）は計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１が計測対象物Ｓの表面に直交しないときの複数の波長の光の進行経路の一例を示す図であり、図６（ｂ）は計測ヘッド２００Ａと計測対象物Ｓとが図６（ａ）の位置関係にあるときに取得される受光信号の波形の一例を示す図である。

本例においても、図５（ａ）の例と同様に、計測対象物Ｓの表面に照射される複数の波長の光のうち、計測対象物Ｓの表面で合焦する１次光Ｌ１が計測対象物Ｓの表面で反射されると、反射された１次光Ｌ１は図４の光ファイバ３１４に入力される。

しかし、図６（ａ）に二点鎖線で示すように、１次光Ｌ２は、図５（ａ）の例とは異なり、多次光Ｌ３の経路を通らない。そのため、１次光Ｌ２は図４の光ファイバ３１４には入力されない。

その結果、図６（ｂ）に示すように、計測対象物Ｓから光ファイバ３１４に入力される光の受光信号の波形には、１次光Ｌ１に起因するピークＰ１のみが現れ、１次光Ｌ２に起因するピークＰ２は現れない。

上記のように、計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１が計測対象物Ｓの表面に直交する場合、多次光Ｌ３の経路を通って光ファイバ３１４に入力される１次光Ｌ２のピークＰ２を含む受光信号の波形が取得される。このピークＰ２のピーク値（強度）は、計測対象物Ｓの表面に対してレンズユニット２２０の光軸ｏａ１が垂直であるときに最も高く、計測対象物Ｓの表面に対するレンズユニット２２０の光軸ｏａ１の垂直度が低くなるにつれて低くなる。そこで、本実施の形態では、多次光Ｌ３の経路を通って光ファイバ３１４に入力される１次光Ｌ２を、計測対象物Ｓの表面に対するレンズユニット２２０の光軸ｏａ１の垂直度を示す判定光として用いる。

（４）計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整
本実施の形態においては、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整を行うために基準部材が用いられる。基準部材は、平板形状を有し、互いに平行でかつ互いに反対側の第１の面および第２の面を有する。本実施の形態においては、基準部材の厚み、すなわち第１の面と第２の面との間の距離は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの計測範囲ＭＲ（図４）に等しいかまたはほぼ等しい大きさに設定される。

計測ヘッド２００Ａの光出射部が第１の面に対向し、計測ヘッド２００Ｂの光出射部が第２の面に対向するように、基準部材が計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂ間に配置される。この状態で、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂから基準部材の第１および第２の面にそれぞれ光が照射されることにより得られる判定光の受光信号に基づいて、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整が行われる。

本実施の形態においては、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整を行うために計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂをそれぞれ保持するための保持装置が用いられる。図７は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂを保持可能な保持装置の一例を示す図である。図７（ａ）に、計測ヘッド２００Ａを保持する保持装置９００を斜め前方かつ上方から見た外観斜視図が示される。図７（ｂ）に、計測ヘッド２００Ａを保持する保持装置９００を斜め後方かつ上方から見た外観斜視図が示される。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、本例の保持装置９００においては、台座９１０上に、保持装置９００の前後方向に移動可能に第１の支持部材９２０が設けられる。第１の支持部材９２０の前部には、第１の支持部材９２０に対して左右方向に延びる水平軸の周りで揺動可能かつ鉛直軸の周りで揺動可能に第２の支持部材９３０が設けられている。

第２の支持部材９３０の中央部には、第２の支持部材９３０に対して上下方向および左右方向に移動可能に第３の支持部材９４０が設けられている。第３の支持部材９４０は、円筒形状を有し、前後方向に延びる。第３の支持部材９４０の前部には、第３の支持部材９４０の中心軸の周りで回転可能に保持部材９５０が設けられている。計測ヘッド２００Ａは、保持部材９５０により保持される。

台座９１０には、台座９１０に対して第１の支持部材９２０を前後方向に移動させるための前後位置つまみ９１１が設けられている。使用者は、図７（ａ）に太い矢印ａ１で示すように、前後位置つまみ９１１を操作する。それにより、計測ヘッド２００Ａが前後方向に移動する。

第１の支持部材９２０には、第１の支持部材９２０に対して第２の支持部材９３０を上下方向に揺動させるための鉛直角度つまみ９２１が設けられている。使用者は、図７（ｂ）に太い矢印ａ２で示すように、鉛直角度つまみ９２１を操作する。それにより、図７（ｂ）に白抜きの矢印ｂ２で示すように、計測ヘッド２００Ａの姿勢（向き）が上下方向に変更される。

第１の支持部材９２０には、第１の支持部材９２０に対して第２の支持部材９３０を左右方向に揺動させるための水平角度つまみ９２２が設けられている。使用者は、図７（ｂ）に太い矢印ａ３で示すように、水平角度つまみ９２２を操作する。それにより、図７（ｂ）に白抜きの矢印ｂ３で示すように、計測ヘッド２００Ａの姿勢（向き）が左右方向に変更される。

第２の支持部材９３０には、第２の支持部材９３０に対して第３の支持部材９４０を上下方向に移動させるための鉛直位置つまみ９３１が設けられている。使用者は、図７（ａ）に太い矢印ａ４で示すように、鉛直位置つまみ９３１を操作する。それにより、計測ヘッド２００Ａが上下方向に移動する。

第２の支持部材９３０には、第２の支持部材９３０に対して第３の支持部材９４０を左右方向に移動させるための水平位置つまみ９３２が設けられている。使用者は、図７（ａ）に太い矢印ａ５で示すように、水平位置つまみ９３２を操作する。それにより、計測ヘッド２００Ａが左右方向に移動する。

第３の支持部材９４０には、第３の支持部材９４０に対して保持部材９５０を第３の支持部材９４０の中心軸の周りで回転させるための軸回転ダイヤル９４１が設けられている。使用者は、図７（ａ）に太い矢印ａ６で示すように、軸回転ダイヤル９４１を操作する。それにより、計測ヘッド２００Ａがその光軸ｏａ１の周りで回転する。

上記の基準部材および保持装置９００を用意した上で、使用者は、図１の操作部６２０を操作することにより、図１のＰＣ６００を光軸調整モードで動作させる。それにより、図１の主表示部６１０には、使用者による操作部６２０の操作に応答して光軸調整のために行うべき作業内容を示す画像および光軸の調整度合いを示す情報を含む複数の誘導画面が順次表示される。

図８～図１５は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整時に図１の主表示部６１０に順次表示される誘導画面の例を示す図である。

図８に示すように、主表示部６１０に最初に表示される誘導画面６９１は、初期状態画像ｉｍ１、第１のメッセージｔｘ１および次へボタン６１１を含む。初期状態画像ｉｍ１は、誘導画面６９１の中央に表示され、最初に設定されるべき計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂと基準部材との位置関係を示す。第１のメッセージｔｘ１は、初期状態画像ｉｍ１の下部に表示され、基準部材を挟んで計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂを対向配置させるべき作業指示を含む。次へボタン６１１は、誘導画面６９１の最下部右隅に表示される。

ここで、図８および後述する図９～図１５に示されるように、光軸調整モードにおいて主表示部６１０に順次表示される誘導画面６９１～６９８の最上部には、光軸調整の現時点の進捗を示す画像が表示される。本実施の形態においては、光軸調整は、基本的に第１ステップ、第２ステップ、第３ステップおよび第４ステップの４つのステップで行われる。そのため、各誘導画面６９１～６９８の最上部には、当該誘導画面に対応するステップを示す指標と他の誘導画像に対応するステップを示す指標とが互いに識別可能な態様で表示される。例えば、各誘導画面６９１～６９８においては、当該誘導画面に対応するステップを示す指標のみがハイライト表示される。

第１ステップは、基準部材を挟んで計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂを対向配置させるとともに、基準部材の第１の面と計測ヘッド２００Ａとの間の距離および基準部材の第２の面と計測ヘッド２００Ｂとの間の距離を調整するステップである。第２ステップは、基準部材の第１の面に対して計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１が直交するとともに基準部材の第２の面に対して計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２が直交するように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を調整するステップである。

第３ステップは、計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１と計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２とが一致するかまたはほぼ一致するように計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの相対的な位置関係を粗調整するステップである。第４ステップは、計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１と計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２とが精密に一致するように計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの相対的な位置関係を微調整するステップである。

第１ステップにおいて、使用者は、図８に示される誘導画面６９１を視認しつつ、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂと基準部材との位置関係を設定した後、図１の操作部６２０を用いて図８の次へボタン６１１を操作する。それにより、主表示部６１０に図９の誘導画面６９２が表示される。

図９に示すように、誘導画面６９２は、距離調整画像ｉｍ２、保持装置画像ｉｍ３、第２のメッセージｔｘ２、次へボタン６１１および戻るボタン６１２を含む。距離調整画像ｉｍ２は誘導画面６９２の中央左に表示され、保持装置画像ｉｍ３は誘導画面６９２の中央右に表示される。第２のメッセージｔｘ２は距離調整画像ｉｍ２および保持装置画像ｉｍ３の下部に表示される。次へボタン６１１および戻るボタン６１２は、誘導画面６９２の最下部右隅に表示される。

距離調整画像ｉｍ２は、使用者に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂと基準部材との間の距離を調整させるための画像であり、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂが基準部材を挟んで対向配置されつつ前後方向に移動する状態を示す。第２のメッセージｔｘ２は、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離、計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離を調整すべき作業指示を含む。保持装置画像ｉｍ３においては、それらの調整時に操作されるべき保持装置９００（図７）の前後位置つまみ９１１（図７）の位置が示される。

使用者は、図９の誘導画面６９２を視認することにより、自己が行うべき作業内容と保持装置９００（図７）の操作対象とを認識する。その上で、使用者は、図１の操作部６２０を用いて図９の次へボタン６１１を操作する。それにより、主表示部６１０に図１０の誘導画面６９３が表示される。このとき、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂは基準部材に対してそれぞれ光を照射する。なお、使用者は、図１の操作部６２０を用いて図９の戻るボタン６１２を操作することにより、主表示部６１０に直前の図８の誘導画面６９１を表示させることができる。

図１０に示すように、誘導画面６９３は、波形表示領域ｄａ１、波形表示領域ｄａ２、第３のメッセージｔｘ３、次へボタン６１１および戻るボタン６１２を含む。

波形表示領域ｄａ１は誘導画面６９３の中央左に表示され、波形表示領域ｄａ２は誘導画面６９３の中央左に表示される。第３のメッセージｔｘ３は波形表示領域ｄａ１，ｄａ２の下部に表示される。次へボタン６１１および戻るボタン６１２は、誘導画面６９３の最下部右隅に表示される。

波形表示領域ｄａ１上には、受光信号の強度を示す縦軸および波長を示す横軸（波長軸）が表示されるとともに、計測ヘッド２００Ａから基準部材の第１の面に照射される光に基づいて取得される受光信号の波形が表示される。波形表示領域ｄａ２上には、受光信号の強度を示す縦軸および波長を示す横軸（波長軸）が表示されるとともに、計測ヘッド２００Ｂから基準部材の第２の面に照射される光に基づいて取得される受光信号の波形が表示される。

波形表示領域ｄａ１においては、計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１が第１の面に概ね直交するときに、基準部材の第１の面で合焦する１次光のピーク波形と判定光のピーク波形とが同時に表示されることになる。したがって、使用者は、波形表示領域ｄａ１に２つのピーク波形が表示されるように、計測ヘッド２００Ａを保持する保持装置９００（図７）の姿勢および位置を調整する。

また、波形表示領域ｄａ１においては、２つのピーク波形が表示される状態で計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離が変化すると、波形軸上の１次光のピーク波形と判定光のピーク波形の位置が変化する。

本実施の形態においては、光軸調整時に調整されるべき計測ヘッド２００Ａと基準部材との間の距離の範囲が第１の距離範囲として予め定められている。第１の距離範囲は、例えば計測ヘッド２００Ａの先端から計測ヘッド２００Ａの計測範囲ＭＲ内の所定位置までの距離を含むように定められる。波形表示領域ｄａ１においては、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離の範囲が第１の距離範囲にある場合における判定光のピーク波長の範囲が第１の波長範囲ｗｒ１として波長軸上に表示される。

波形表示領域ｄａ２においては、計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２が第２の面に概ね直交するときに、基準部材の第２の面で合焦する１次光のピーク波形と判定光のピーク波形とが同時に表示されることになる。したがって、使用者は、波形表示領域ｄａ２に２つのピーク波形が表示されるように、計測ヘッド２００Ｂを保持する保持装置９００（図７）の姿勢および位置を調整する。

また、波形表示領域ｄａ２においては、２つのピーク波形が表示される状態で計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離が変化すると、波形軸上の１次光のピーク波形と判定光のピーク波形の位置が変化する。

本実施の形態においては、光軸調整時に調整されるべき計測ヘッド２００Ｂと基準部材との間の距離の範囲が第２の距離範囲として予め定められている。第２の距離範囲は、例えば計測ヘッド２００Ｂの先端から計測ヘッド２００Ｂの計測範囲ＭＲ内の所定位置までの距離を含むように定められる。波形表示領域ｄａ２においては、計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離の範囲が第２の距離範囲にある場合における判定光のピーク波長の範囲が第２の波長範囲ｗｒ２として波長軸上に表示される。

第３のメッセージｔｘ３は、２つのピークのうち小さいピークが第１および第２の波長範囲ｗｒ１，ｗｒ２を示す点線の枠内に位置するように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの前後方向の位置を調整すべき作業指示を含む。

そこで、使用者は、波形表示領域ｄａ１，ｄａ２に表示される受光信号の波形を視認しつつ、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂをそれぞれ保持する保持装置９００（図７）の前後位置つまみ９１１（図７）を操作する。それにより、使用者は、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離を調整する。また、使用者は、計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離を調整する。

ここで、図１０の誘導画面６９３では、波形表示領域ｄａ１，ｄａ２の上部に判定枠ｍｋ１，ｍｋ２がそれぞれ表示される。判定枠ｍｋ１では、計測ヘッド２００Ａを通して得られる判定光のピーク波長が第１の波長範囲ｗｒ１内に位置しかつ判定光のピーク値が予め定められたしきい値を超える場合に「ＯＫ」が表示され、それ以外の場合に「ＮＧ」が表示される。判定枠ｍｋ２では、計測ヘッド２００Ｂを通して得られる判定光のピーク波長が第２の波長範囲ｗｒ２内に位置しかつ判定光のピーク値が予め定められたしきい値を超える場合に「ＯＫ」が表示され、それ以外の場合に「ＮＧ」が表示される。したがって、使用者は、判定枠ｍｋ１，ｍｋ２内に表示される情報に基づいて、光軸調整の作業を次のステップに進めるべきか否かを決定することができる。

使用者は、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離、および計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離を調整した後（第１ステップ完了後）、図１の操作部６２０を用いて図１０の次へボタン６１１を操作する。それにより、主表示部６１０に図１１の誘導画面６９４が表示され、第２ステップが開始される。

図１１に示すように、誘導画面６９４は、姿勢調整画像ｉｍ４、第４のメッセージｔｘ４、次へボタン６１１および戻るボタン６１２を含む。姿勢調整画像ｉｍ４は誘導画面６９４の中央に表示され、第４のメッセージｔｘ４は姿勢調整画像ｉｍ４の下部に表示される。次へボタン６１１および戻るボタン６１２は、誘導画面６９４の最下部右隅に表示される。

姿勢調整画像ｉｍ４は、使用者に基準部材に対向する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を調整させるための画像であり、基準部材に対向する計測ヘッド２００Ａの姿勢を調整する状態を示す。本例の姿勢調整画像ｉｍ４においては、その調整時に操作されるべき保持装置９００（図７）の鉛直角度つまみ９２１（図７）および水平角度つまみ９２２（図７）の位置が示される。第４のメッセージｔｘ４は、基準部材の第１および第２の面に対して計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２が直交するように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を調整すべき作業指示を含む。

使用者は、図１１に示される姿勢調整画像ｉｍ４および第４のメッセージｔｘ４を視認することにより、自己が行うべき作業内容と保持装置９００（図７）の操作対象とを認識する。その上で、使用者は、図１の操作部６２０を用いて図１１の次へボタン６１１を操作する。それにより、主表示部６１０に図１２の誘導画面６９５が表示される。

図１２に示すように、誘導画面６９５は、変化表示領域ｄａ３，ｄａ４、第５のメッセージｔｘ５、次へボタン６１１および戻るボタン６１２を含む。変化表示領域ｄａ３は誘導画面６９５の中央左に表示され、変化表示領域ｄａ４は誘導画面６９５の中央右に表示される。第５のメッセージｔｘ５は変化表示領域ｄａ３，ｄａ４の下部に表示される。次へボタン６１１および戻るボタン６１２は、誘導画面６９５の最下部右隅に表示される。

変化表示領域ｄａ３上には、受光信号の強度を示す縦軸および時間を示す横軸（時間軸）が表示されるとともに、計測ヘッド２００Ａに対応する判定光の強度の現時点までの一定時間分の時間的変化がスクロール表示される。また、変化表示領域ｄａ３においては、計測ヘッド２００Ａを通して得られる判定光の強度の時間的変化における現時点までの最大値を示す過去最大強度値が一点鎖線で表示される。さらに、変化表示領域ｄａ３の上部には、計測ヘッド２００Ａに対応する現時点の判定光の強度値および過去最大強度値が数値表示される。

変化表示領域ｄａ４上には、変化表示領域ｄａ３の例と同様に、受光信号の強度を示す縦軸および時間を示す横軸（時間軸）が表示されるとともに、計測ヘッド２００Ｂに対応する判定光の強度の現時点までの一定時間分の時間的変化がスクロール表示される。また、変化表示領域ｄａ４においては、計測ヘッド２００Ｂを通して得られる判定光の強度の時間的変化における現時点までの最大値を示す過去最大値が一点鎖線で表示される。さらに、変化表示領域ｄａ４の上部には、計測ヘッド２００Ｂに対応する現時点の判定光の強度値および過去最大強度値が数値表示される。

各変化表示領域ｄａ３，ｄａ４において、判定光の強度に対応する縦軸の表示レンジは、使用者が判定光の強度の時間的変化を容易に把握できるようにその強度の値に応じて自動的に調整される。各変化表示領域ｄａ３，ｄａ４の下部には、リセットボタンｒｂが表示されている。リセットボタンｒｂは、変化表示領域ｄａ３，ｄａ４における縦軸および横軸の表示レンジを予め設定された初期値にリセットするとともに過去最大強度値をリセットするために用いられる。

第５のメッセージｔｘ５は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの各々についての判定光の強度が大きくなるように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を調整すべき作業指示を含む。

使用者は、変化表示領域ｄａ３，ｄａ４に表示される判定光の強度の時間的変化を視認しつつ、保持装置９００（図７）の鉛直角度つまみ９２１（図７）および水平角度つまみ９２２（図７）を操作する。このようにして、使用者は、基準部材の第１の面に対して計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１が直交するように、計測ヘッド２００Ａの姿勢を調整する。また、使用者は、基準部材の第２の面に対して計測ヘッド２００Ｂの光軸ｏａ２が直交するように、計測ヘッド２００Ｂの姿勢を調整する。それにより、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２が互いに平行となる。

本例では、変化表示領域ｄａ３，ｄａ４が主表示部６１０の単一の画面上に同時に表示される。それにより、使用者は、計測ヘッド２００Ａを通して得られる判定光の強度と計測ヘッド２００Ｂを通して得られる判定光の強度とを対比しつつ、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を調整することができる。

使用者は、基準部材の第１および第２の面に対して計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を直交させた後（第２ステップ完了後）、図１の操作部６２０を用いて図１２の次へボタン６１１を操作する。それにより、主表示部６１０に図１３の誘導画面６９６が表示され、第３ステップが開始される。

図１３に示すように、誘導画面６９６は、軸調整画像ｉｍ５、第６のメッセージｔｘ６、次へボタン６１１および戻るボタン６１２を含む。軸調整画像ｉｍ５は誘導画面６９６の中央に表示され、第６のメッセージｔｘ６は軸調整画像ｉｍ５の下部に表示される。次へボタン６１１および戻るボタン６１２は、誘導画面６９６の最下部右隅に表示される。

軸調整画像ｉｍ５は、使用者に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を一致させる粗調整を行わせるための画像であり、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの間に基準部材に代えて紙が配置された状態を示す。本例の軸調整画像ｉｍ５においては、使用者により操作されるべき保持装置９００（図７）の鉛直位置つまみ９３１（図７）および水平位置つまみ９３２（図７）の位置が示される。

第６のメッセージｔｘ６は、基準部材を取り除き、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの間に紙を配置すること、および紙に投影される２つの光スポットが重なり合うように計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの位置関係を調整すべき作業指示を含む。

使用者は、図１３に示される軸調整画像ｉｍ５および第６のメッセージｔｘ６を視認することにより、自己が行うべき作業内容と保持装置９００（図７）の操作対象とを認識する。その上で、使用者は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの相対的な位置関係を粗調整した後（第３ステップ完了後）、図１の操作部６２０を用いて図１３の次へボタン６１１を操作する。それにより、主表示部６１０に図１４の誘導画面６９７が表示され、第４ステップが開始される。

第４ステップが開始されると、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂは、一方（本例では計測ヘッド２００Ａ）から光が出射され、他方（本例では計測ヘッド２００Ｂ）から光が出射されない状態に移行する。ここで、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２が一致しているかまたは概ね一致している場合には、計測ヘッド２００Ａから出射された光が計測ヘッド２００Ｂに入射する。それにより、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の一致度が高いほど、計測ヘッド２００Ｂを通して取得される受光信号の強度が大きくなる。

図１４に示すように、誘導画面６９７は、軸調整画像ｉｍ６、第７のメッセージｔｘ７、次へボタン６１１および戻るボタン６１２を含む。軸調整画像ｉｍ６は誘導画面６９７の中央に表示され、第７のメッセージｔｘ７は軸調整画像ｉｍ６の下部に表示される。次へボタン６１１および戻るボタン６１２は、誘導画面６９４の最下部右隅に表示される。

軸調整画像ｉｍ６は、使用者に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を一致させる精密な調整を行わせるための画像であり、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂが対向配置されかつ計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂ間に他の部材が存在しない状態を示す。本例の軸調整画像ｉｍ６においては、使用者により操作されるべき保持装置９００（図７）の鉛直位置つまみ９３１（図７）および水平位置つまみ９３２（図７）の位置が示される。第７のメッセージｔｘ７は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂ間の紙を取り除き、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を精密に一致させるべき作業指示を含む。

使用者は、図１４に示される軸調整画像ｉｍ６および第７のメッセージｔｘ７を視認することにより、自己が行うべき作業内容と保持装置９００（図７）の操作対象とを認識する。その上で、使用者は、図１の操作部６２０を用いて図１４の次へボタン６１１を操作する。それにより、主表示部６１０に図１５の誘導画面６９８が表示される。

図１５に示すように、誘導画面６９８は、変化表示領域ｄａ５、第８のメッセージｔｘ８、戻るボタン６１２および終了ボタン６１３を含む。変化表示領域ｄａ５は誘導画面６９８の中央に表示され、第８のメッセージｔｘ８は変化表示領域ｄａ５の下部に表示される。戻るボタン６１２および終了ボタン６１３は、誘導画面６９８の最下部右隅に表示される。

変化表示領域ｄａ５上には、受光信号の強度を示す縦軸および時間を示す横軸（時間軸）が表示されるとともに、計測ヘッド２００Ａから出射されて計測ヘッド２００Ｂに入射される光の強度の現時点までの一定時間分の時間的変化がスクロール表示される。また、変化表示領域ｄａ５においては、計測ヘッド２００Ｂに入射される光の強度の時間的変化における現時点までの最大値を示す過去最大強度値が一点鎖線で表示される。さらに、変化表示領域ｄａ５の上部には、計測ヘッド２００Ｂに入射される光の現時点の強度値および過去最大強度値が数値表示される。

変化表示領域ｄａ５において、計測ヘッド２００Ｂに入射される光の強度に対応する縦軸の表示レンジは、使用者がその光の強度の時間的変化を容易に把握できるようにその強度に応じて自動的に調整される。変化表示領域ｄａ５の側部には、リセットボタンｒｂが表示されている。リセットボタンｒｂは、変化表示領域ｄａ５における縦軸および横軸の表示レンジを予め設定された初期値にリセットするとともに過去最大強度値をリセットするために用いられる。

第８のメッセージｔｘ８は、受光信号の強度が大きくなるように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの位置関係を調整すべき作業指示を含む。使用者は、変化表示領域ｄａ５に表示される光の強度の時間的変化を視認しつつ、保持装置９００（図７）の鉛直位置つまみ９３１（図７）および水平位置つまみ９３２（図７）を操作する。それにより、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２が精密に一致するように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの位置関係を調整する。

使用者は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を精密に一致させた後（第４ステップ完了後）、図１の操作部６２０を用いて図１５の終了ボタン６１３を操作する。それにより、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整が完了し、図１のＰＣ６００の動作モードが光軸調整モードから計測モードに切り替わる。

（５）共焦点変位計５００の機能的な構成および動作
図１６は、図１の共焦点変位計５００における機能的な構成を示すブロック図である。図１６に示すように、図１のＰＣ６００は、機能的な構成として光制御部６５１、指令受付部６５２、受光信号取得部６５３、判定光抽出部６５４、強度取得部６５５、最大強度保持部６５６、一致度表示制御部６５７、範囲表示制御部６５８、時間変化表示制御部６５９、最大強度表示制御部６６０、距離調整画像表示制御部６６１、姿勢調整画像表示制御部６６２および軸調整画像表示制御部６６３を含む。これらの各構成要素の機能は、ＰＣ６００を構成する図１のＣＰＵ６０１がメモリ６０２に記憶された厚み計測プログラムを実行することにより実現される。なお、上記の構成要素の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより構成されてもよい。また、制御ユニット４００に厚み計測プログラムの一部または全てが記憶されることにより、上記の構成要素の一部または全てが制御ユニット４００により実現されてもよい。

指令受付部６５２は、使用者による操作部６２０の操作に基づく指令を受け付け、受け付けた指令を光制御部６５１、受光信号取得部６５３、距離調整画像表示制御部６６１、姿勢調整画像表示制御部６６２および軸調整画像表示制御部６６３に与える。

光制御部６５１は、光軸調整の第１ステップから第３ステップまでの調整が完了するまでの間、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂからそれぞれ光を出射すべき旨の指令を制御ユニット４００に与える。この場合、制御ユニット４００は、光制御部６５１の指令に応答して計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂからそれぞれ光を出射させる。

また、光制御部６５１は、光軸調整の第４ステップで計測ヘッド２００Ａのみから光を出射すべき指令を制御ユニット４００に与える。このとき、光制御部６５１は、さらに計測ユニット１００Ｂから出力される受光信号を後述する受光信号取得部６５３を介して受け付ける。その上で、光制御部６５１は、受け付けた受光信号に基づいて、計測ヘッド２００Ａにおける光の出射量の制御を制御ユニット４００に指令する。すなわち、光制御部６５１は、計測ユニット１００Ｂの受光部１４０に適切な量の光が入射するように、計測ユニット１００Ａの投光部１２０の動作を制御する。

なお、光制御部６５１は、計測ヘッド２００Ｂのみから光が出射されるべき指令を制御ユニット４００に与えるとともに、計測ユニット１００Ａから出力される受光信号を受け付けてもよい。あるいは、光制御部６５１は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂから交互に光が出射されるべき指令を制御ユニット４００に与えるとともに、計測ユニット１００Ａ，１００Ｂから交互に出力される受光信号を受け付けてもよい。この場合、光制御部６５１は、受け付けた受光信号に基づいて、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち一方から出射される光の制御を制御ユニット４００に指令してもよい。

受光信号取得部６５３は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂから出力される受光信号を取得し、取得した受光信号を光制御部６５１、判定光抽出部６５４および一致度表示制御部６５７に与える。

一致度表示制御部６５７は、光軸調整の第４ステップで計測ヘッド２００Ｂから出力される受光信号の強度の時間的変化を計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の一致度を示す情報として主表示部６１０に表示させる。上記の光軸調整の例では、図１５の変化表示領域ｄａ５に示される情報が一致度を示す情報に相当する。

判定光抽出部６５４は、光軸調整の第１および第２ステップで各計測ユニット１００Ａ，１００Ｂから出力された受光信号のうち判定光を含む波形を抽出し、抽出した判定光を含む波形を強度取得部６５５および範囲表示制御部６５８に与える。

範囲表示制御部６５８は、光軸調整の第１ステップで、抽出された判定光の波形を波長軸上に表示する。このとき、範囲表示制御部６５８は、基準部材と各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂとの間の距離の変化に応じて波長軸上で判定光の波形の位置が変化するように主表示部６１０を制御する。また、範囲表示制御部６５８は、計測ヘッド２００Ａに対応する波長軸上に、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間で調整されるべき予め定められた第１の距離範囲に対応する第１の波長範囲ｗｒ１（図１０）を表示させる。さらに、範囲表示制御部６５８は、計測ヘッド２００Ｂに対応する波長軸上に、計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間で調整されるべき予め定められた第２の距離範囲に対応する第２の波長範囲ｗｒ２（図１０）を表示させる。

強度取得部６５５は、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂに関してそれぞれ抽出された判定光の強度を取得し、取得した強度を最大強度保持部６５６および時間変化表示制御部６５９に与える。

時間変化表示制御部６５９は、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ａに関して取得された判定光の強度の時間的変化を主表示部６１０に表示させる。上記の光軸調整の例では、図１２の変化表示領域ｄａ３上に示される情報が計測ヘッド２００Ａに関して取得された判定光の強度の時間的変化に相当する。また、時間変化表示制御部６５９は、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ｂに関して取得された判定光の強度の時間的変化を主表示部６１０に表示させる。上記の光軸調整の例では、図１２の変化表示領域ｄａ４上に示される情報が計測ヘッド２００Ｂに関して取得された判定光の強度の時間的変化に相当する。

最大強度保持部６５６は、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ａに関して取得された判定光の強度の時間的変化における現時点までの最大の強度を更新しつつ保持するとともに、保持される強度を最大強度表示制御部６６０に与える。また、最大強度保持部６５６は、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ｂに関して取得された判定光の強度の時間的変化における現時点までの最大の強度を更新しつつ保持するとともに、保持される強度を最大強度表示制御部６６０に与える。

最大強度表示制御部６６０は、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ａに関して最大強度保持部６５６に保持される判定光の強度を過去最大強度値として主表示部６１０に表示させる。また、最大強度表示制御部６６０は、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ｂに関して最大強度保持部６５６に保持される判定光の強度を過去最大強度値として主表示部６１０に表示させる。

距離調整画像表示制御部６６１は、光軸調整の第１ステップで、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離、および計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離を調整するための操作を促す距離調整画像ｉｍ２および第２のメッセージｔｘ２を主表示部６１０に表示させる。

姿勢調整画像表示制御部６６２は、光軸調整の第２ステップで、基準部材の第１および第２の面に対して光軸ｏａ１，ｏａ２が直交するように計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を調整するための操作を促す姿勢調整画像ｉｍ４および第４のメッセージｔｘ４を主表示部６１０に表示させる。

軸調整画像表示制御部６６３は、光軸調整の第３および第４ステップで、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を一致させるための操作を促す軸調整画像ｉｍ５，ｉｍ６、第６のメッセージｔｘ６および第７のメッセージｔｘ７を主表示部６１０に表示させる。

（６）光軸調整計測処理
図１７および図１８は、ＰＣ６００において行われる光軸調整処理を示すフローチャートである。図１７および図１８の光軸調整処理は、図１のＣＰＵ６０１がメモリ６０２に記憶された厚み計測プログラムを実行するとともに、使用者による図１の操作部６２０の操作に応答して、ＰＣ６００が光軸調整モードで動作することにより行われる。

光軸調整処理が開始されると、距離調整画像表示制御部６６１は、最初に設定されるべき計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂと基準部材との位置関係を示す初期状態画像ｉｍ１を主表示部６１０に表示させる（ステップＳ１０）。

次に、距離調整画像表示制御部６６１は、使用者による操作部６２０の操作に応答して、使用者に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂと基準部材との間の距離を調整させるための距離調整画像ｉｍ２を主表示部６１０に表示させる（ステップＳ１１）。

次に、光制御部６５１は、２つの計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂからそれぞれ光が出射されるように制御ユニット４００に指令する（ステップＳ１２）。これにより、制御ユニット４００の制御に基づいて計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂからそれぞれ光が出射される。

次に、範囲表示制御部６５８は、使用者による操作部６２０の操作に応答して、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂから出射された光の受光信号の波形を波長軸とともに主表示部６１０に表示させる（ステップＳ１３）。また、範囲表示制御部６５８は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂに対応する２つの波長軸上に判定光の位置が合わされるべき第１および第２の波長範囲ｗｒ１，ｗｒ２をそれぞれ表示させる（ステップＳ１４）。

次に、姿勢調整画像表示制御部６６２は、使用者による操作部６２０の操作に応答して、使用者に基準部材に対向する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を調整させるための姿勢調整画像ｉｍ４を主表示部６１０に表示させる（ステップＳ１５）。

次に、時間変化表示制御部６５９は、使用者による操作部６２０の操作に応答して、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂにそれぞれ対応する判定光の強度の時間的変化を主表示部６１０に表示させる（ステップＳ１６）。また、最大強度表示制御部６６０は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂを通して得られる判定光の強度の過去最大強度値を主表示部６１０に表示させる（ステップＳ１７）。

次に、軸調整画像表示制御部６６３は、使用者による操作部６２０の操作に応答して、使用者に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を一致させる粗調整を行わせるための軸調整画像ｉｍ５を主表示部６１０に表示させる（ステップＳ１８）。

次に、軸調整画像表示制御部６６３は、使用者による操作部６２０の操作に応答して、使用者に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を一致させる精密な調整を行わせるための軸調整画像ｉｍ６を主表示部６１０に表示させる（ステップＳ１９）。

このとき、光制御部６５１は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち一方のみから光が出射されるように制御ユニット４００に指令する（ステップＳ２０）。これにより、制御ユニット４００の制御に基づいて計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち一方のみから光が出射される。

また、光制御部６５１は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち他方に入射される光の受光信号に基づいて計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち一方の光の出射を制御するように制御ユニット４００に指令する（ステップＳ２１）。

その後、一致度表示制御部６５７は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち一方から他方に入射する光の強度の時間的変化を、過去最大強度値とともに光軸ｏａ１，ｏａ２の一致度を示す情報として主表示部６１０に表示させる（ステップＳ２２）。

最後に、指令受付部６５２は、使用者による操作部６２０の操作に応答して、光軸調整処理を終了する。

（７）効果
上記の共焦点変位計５００においては、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸の調整時の第２ステップにおいて、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂ間に基準部材が配置された状態で、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂを通して得られる判定光の強度の時間的変化が過去最大強度値とともに主表示部６１０に表示される。各判定光の強度は、基準部材の第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度が高いほど高くなる。また、各判定光の強度は、第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度が低いほど低くなる。したがって、使用者は、各判定光の強度の時間的変化を視認しつつ、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２が基準部材の第１および第２の面に対して垂直となるように計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を容易かつ正確に調整することができる。

その後、使用者は計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの相対的な位置関係を調整することにより、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を正確に一致させることができる。その結果、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの上記の光軸調整後にＰＣ６００が計測モードで動作することにより、計測対象物Ｓの厚みが高い精度で計測される。

上記の計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整においては、使用者が行うべき作業内容を示す複数の誘導画面６９６～６９８が、使用者による操作部６２０の操作に応答して予め定められた順序で主表示部６１０に表示される。したがって、使用者は、適切な順序で光軸調整を行うことができる。

［２］第２の実施の形態
第２の実施の形態に係る共焦点変位計について、第１の実施の形態に係る共焦点変位計５００と異なる点を説明する。図１９は、第２の実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図１９に示すように、本実施の形態に係る計測ユニット１００Ａには、４つの光ファイバ３１４が設けられる。本例の４つの光ファイバ３１４は、レンズユニット２２０の光軸ｏａ１に直交する面内でその光軸ｏａ１を中心とする正方形の４つの角部に位置するようにかつ互いに近接するように配置される。

計測ヘッド２００Ａと計測ユニット１００Ａとの間には、４つの光ファイバ３１４にそれぞれ対応する４つの導光部３００Ａが設けられる。このような構成において、計測ユニット１００Ａの投光部１２０は、４つの導光部３００Ａの光ファイバ３１１（図１）に光を入力する。この場合、各導光部３００Ａの光ファイバ３１１に入力された光は、計測ユニット１００Ａにおいて対応する光ファイバ３１４およびレンズユニット２２０を通して計測対象物Ｓの表面に照射される。

４つの光ファイバ３１４を通して計測ヘッド２００Ａから計測対象物Ｓに照射される４つの光の進行方向は、当該計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１に平行である。そのため、計測対象物Ｓの表面に対して計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１が直交する場合には、計測対象物Ｓの表面上の４つの光の照射位置は、光軸ｏａ１上に中心を有する正方形の４つの角部に位置する。

各光ファイバ３１４から計測対象物Ｓに照射されて、計測対象物Ｓの表面で反射される光は、当該光ファイバ３１４に入力される。光ファイバ３１４に入力された光は、当該光ファイバ３１４に対応する導光部３００Ａの光ファイバ３１２（図１）を通して分光部１３０に導かれる。

本実施の形態においては、分光部１３０の受光部１４０は、複数の画素が二次元状に配列された撮像素子（二次元ラインセンサ）を含む。受光部１４０には、計測ヘッド２００Ａの４つの光ファイバ３１４にそれぞれ対応する矩形状の４個の受光領域を有する。各受光領域は、一次元ラインセンサとして機能する。

４つの光ファイバ３１４から分光部１３０に導かれる４つの光は、分光部１３０においてそれぞれ分光され、４個の受光領域において波長ごとに異なる一次元上の位置に合焦される。各受光領域の各画素からは、受光量に対応する受光信号が計測制御部１５０に出力される。この場合、計測制御部１５０は、４つの受光領域に対応する４つの受光信号の波形を取得し、取得した４つの波形について平均化処理を行う。本例の平均化処理とは、４つの光ファイバ３１４（ピンホール）を通過した４つの光についての波長ごとの強度の平均に対応する平均分布の信号を生成する処理を意味する。平均化処理は例えば積算処理である。また、計測制御部１５０は、平均化処理により得られる受光信号の波形に基づいて計測対象物Ｓの表面の変位を算出する。

計測ユニット１００Ａおよび計測ユニット１００Ｂは同じ構成を有し、計測ヘッド２００Ａおよび計測ヘッド２００Ｂは同じ構成を有し、４つの導光部３００Ａおよび４つの導光部３００Ｂは同じ構成を有する。したがって、計測ユニット１００Ｂの計測制御部１５０は、計測ヘッド２００Ｂから計測対象物Ｓに照射されて反射される４つの光の受光信号の波形に基づいて計測対象物Ｓの表面の変位を算出する。

ＣＰＵ６０１がメモリ６０２に記憶された厚み計測プログラムを実行することにより、ＰＣ６００が計測モードおよび光軸調整モードで動作する。計測モードでは、計測ユニット１００Ａ，１００Ｂの間に配置された計測対象物Ｓの厚みの計測が行われる。また、光軸調整モードでは、計測モードによる計測対象物Ｓの厚みの計測前に、対向配置される計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸が調整される。

本実施の形態に係る各計測ユニット１００Ａ，２００Ｂにおいては、４つの受光信号の波形が取得される。そこで、本実施の形態に係る光軸調整では、第１ステップにおいて４つの受光信号のうち１の受光信号のみが用いられる。すなわち、第１ステップにおいては、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂにより取得される４つの光の受光信号のうち１の光（以下、代表光と呼ぶ。）の受光信号の波形およびその強度が主表示部６１０に表示される（図１０参照）。それにより、使用者は、代表光の受光信号の波形および強度を視認しつつ、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの距離調整を容易かつ正確に行うことができる。

次の第２ステップにおいては、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂにより取得される４つの光からそれぞれ判定光が抽出される。また、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂについて、４つの判定光のうち強度が最大となる判定光が最大判定光として抽出される。さらに、４つの判定光のうち強度が最小となる判定光が最小判定光として抽出される。

各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂに関して、最大判定光の強度と最小判定光の強度との差分絶対値は、基準部材の第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度が高いほど小さくなる。一方、最大判定光の強度と最小判定光の強度との差分絶対値は、基準部材の第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度が低いほど大きくなる。

そこで、本実施の形態では、基準部材の第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度を表す垂直度評価値として、最大判定光の強度と最小判定光の強度との差分絶対値の逆数が用いられる。この場合、垂直度評価値が大きいほど基準部材の第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度は高くなる。一方、垂直度評価値が小さいほど基準部材の第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度は低くなる。

そこで、第２の実施の形態に係る光軸調整において、第２ステップでは、図１２の変化表示領域ｄａ３，ｄａ４に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂにそれぞれ対応する垂直度評価値の時間的変化が表示される。それにより、使用者は、垂直度評価値の時間的変化を視認しつつ、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢調整を容易かつ正確に行うことができる。

垂直度評価値として、最大判定光の強度と最小判定光の強度との単なる差分絶対値が用いられてもよい。この場合、垂直度評価値が小さいほど基準部材の第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度は高くなる。また、垂直度評価値が大きいほど基準部材の第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度は低くなる。

なお、上記の第２ステップにおいては、垂直度評価値に代えて、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂに対応する４つの判定光の全ての強度の時間的変化が図１２の変化表示領域ｄａ３，ｄａ４に表示されてもよい。この場合、使用者は、４つの判定光の強度が一致するように計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢調整を行うことにより、第１または第２の面に対する計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２の垂直度を高くすることができる。

ここで、上記のように、４つの光ファイバ３１４を通して計測ヘッド２００Ａから計測対象物Ｓに照射される４つの光の進行方向は、当該計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１に平行であるが、計測ヘッド２００Ａの光軸ｏａ１には一致しない。そのため、計測ヘッド２００Ａの４つの光ファイバ３１４のうち４つの光ファイバ３１４が、計測ヘッド２００Ｂの４つの光ファイバ３１４の４つの光ファイバ３１４にそれぞれ正対しない場合には、光軸ｏａ１，ｏａ２は一致しない。

そこで、本実施の形態に係る計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整では、第４ステップで主表示部６１０に表示される誘導画面に、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２周りの回転角度を調整すべき作業指令が含まれる。また、第４ステップで主表示部６１０に表示される誘導画面に、計測ヘッド２００Ａから出射されて計測ヘッド２００Ｂに入射される４つの光の強度の現時点までの一定時間分の時間的変化がスクロール表示される。

図２０および図２１は、第２の実施の形態に係る光軸調整において第４ステップで主表示部６１０に表示される誘導画面の一例を示す図である。図２０に示すように、本実施の形態において、光軸調整の第４ステップが開始される際に主表示部６１０に表示される誘導画面６８１は、軸調整画像ｉｍ７、第９のメッセージｔｘ９、次へボタン６１１および戻るボタン６１２を含む。軸調整画像ｉｍ７は誘導画面６８１の中央に表示され、第９のメッセージｔｘ９は軸調整画像ｉｍ７の下部に表示される。次へボタン６１１および戻るボタン６１２は、誘導画面６８１の最下部右隅に表示される。

軸調整画像ｉｍ７は、第１の実施の形態の例と同様に、使用者に計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を一致させる精密な調整を行わせるための画像であり、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂが対向配置されかつ計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂ間に他の部材が存在しない状態を示す。本例の軸調整画像ｉｍ７においては、使用者により操作されるべき保持装置９００（図７）の鉛直位置つまみ９３１（図７）、水平位置つまみ９３２（図７）および軸回転ダイヤル９４１（図７）の位置が示される。第９のメッセージｔｘ９は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂ間の紙を取り除き、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を精密に一致させるべき作業指示を含む。

また、第９のメッセージｔｘ９には、光軸ｏａ１，ｏａ２を精密に一致させるために、鉛直位置つまみ９３１および水平位置つまみ９３２を操作して各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの位置を調整すべき作業指示が含まれる。さらに、第９のメッセージｔｘ９には、軸回転ダイヤル９４１を操作して各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２周りの回転角度を調整すべき作業指示が含まれる。

使用者は、図２０に示される軸調整画像ｉｍ７および第９のメッセージｔｘ９を視認することにより、自己が行うべき作業内容と保持装置９００（図７）の操作対象とを認識する。その上で、使用者は、図１の操作部６２０を用いて次へボタン６１１を操作する。それにより、主表示部６１０に図２１の誘導画面６８２が表示される。

図２１に示すように、誘導画面６８２は、変化表示領域ｄａ６、第１０のメッセージｔｘ１０、戻るボタン６１２および終了ボタン６１３を含む。変化表示領域ｄａ６は誘導画面６８２の中央に表示され、第１０のメッセージｔｘ１０は変化表示領域ｄａ６の下部に表示される。戻るボタン６１２および終了ボタン６１３は、誘導画面６８２の最下部右隅に表示される。

本実施の形態では、変化表示領域ｄａ５上には、計測ヘッド２００Ａから出射されて計測ヘッド２００Ｂに入射される４つの光の強度の現時点までの一定時間分の時間的変化が互いに識別可能にスクロール表示される。

計測ヘッド２００Ａの４つの光ファイバ３１４と計測ヘッド２００Ｂの４つの光ファイバ３１４とが正対する場合には、計測ヘッド２００Ａの４つの光ファイバ３１４から出射される光の大部分が計測ヘッド２００Ｂの４つの光ファイバ３１４にそれぞれ正確に入射する。そのため、４つの光の強度がともに最大となる。したがって、使用者は、変化表示領域ｄａ６に表示される４つの光の強度の時間的変化を視認しつつ、保持装置９００（図７）の鉛直位置つまみ９３１（図７）、水平位置つまみ９３２（図７）および軸回転ダイヤル９４１（図７）を操作する。それにより、使用者は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２が精密に一致するように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの位置関係および回転角度を調整する。

本例の変化表示領域ｄａ６においては、計測ヘッド２００Ｂに入射される４つの光のうち代表光の強度の時間的変化における現時点までの最大値を示す過去最大強度値が一点鎖線で表示される。さらに、変化表示領域ｄａ６の上部には、計測ヘッド２００Ｂに入射される代表光の現時点の強度値および過去最大強度値が数値表示される。変化表示領域ｄａ６の側部には、リセットボタンｒｂが表示されている。リセットボタンｒｂは、変化表示領域ｄａ６における縦軸および横軸の表示レンジを予め設定された初期値にリセットするとともに過去最大強度値をリセットするために用いられる。

第１０のメッセージｔｘ１０は、第９のメッセージｔｘ９の例と同様に、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの位置を調整すべき作業指示、および各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの回転角度を調整すべき作業指示を含む。

使用者は、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を精密に一致させた後（第４ステップ完了後）、図１の操作部６２０を用いて終了ボタン６１３を操作する。それにより、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸調整が完了し、図１のＰＣ６００の動作モードが光軸調整モードから計測モードに切り替わる。

本実施の形態に係る共焦点変位計５００においても、第１の実施の形態と同様に、光軸調整が行われることにより計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの光軸ｏａ１，ｏａ２を容易かつ正確に一致させることができる。

また、本実施の形態に係る計測ユニット１００Ａ，１００Ｂにおいては、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂから計測対象物Ｓに照射される４つの光に基づく４つの受光信号が取得される。４つの受光信号の平均化処理により得られる受光信号に基づいて計測対象物Ｓの表面の変位が算出される。この場合、平均化された受光信号において複数のピンホールを通過した複数の光についての波長ごとの強度が平均される。それにより、乱反射によるランダムな計測誤差を発生させる光の成分が打ち消される。したがって、各計測ユニット１００Ａ，１００Ｂにおいて計測される計測対象物Ｓの表面の変位の誤差が低減される。その結果、計測対象物Ｓの厚みの計測誤差が低減される。

［３］他の実施の形態
（１）上記実施の形態では、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離の範囲が第１の距離範囲にある場合における判定光のピーク波長の範囲が第１の波長範囲ｗｒ１として主表示部６１０に表示されるが、本発明はこれに限定されない。

上記の第２ステップにおいては、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離の範囲が第１の距離範囲にある場合に、第１の面で合焦して反射する１次光のピーク波長の範囲が第１の波長範囲として主表示部６１０に表示されてもよい。この場合、使用者は、１次光のピーク波形が第１の波長範囲内に位置するように、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離を調整する。それにより、計測ヘッド２００Ａと基準部材の第１の面との間の距離の範囲が第１の距離範囲に調整される。

また、上記実施の形態では、光軸調整の第２ステップで、計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離の範囲が第２の距離範囲にある場合における判定光のピーク波長の範囲が第２の波長範囲ｗｒ２として主表示部６１０に表示されるが、本発明はこれに限定されない。

上記の第２ステップにおいては、計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離の範囲が第２の距離範囲にある場合に、第２の面で合焦して反射する１次光のピーク波長の範囲が第２の波長範囲として主表示部６１０に表示されてもよい。この場合、使用者は、１次光のピーク波形が第２の波長範囲内に位置するように、計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離を調整する。それにより、計測ヘッド２００Ｂと基準部材の第２の面との間の距離の範囲が第２の距離範囲に調整される。

（２）第１および第２の実施の形態に示されるように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂには、変位計測用の１の光のみを出射するタイプと、変位計測用の複数の光を出射するタイプとが存在する。そのため、計測ユニット１００Ａ，１００Ｂには、接続される計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのタイプに応じた種類が存在する。

制御ユニット４００は、当該制御ユニット４００に接続された計測ユニットの種類を識別可能に構成されてもよい。この場合、ＰＣ６００のＣＰＵ６０１は、制御ユニット４００により識別された２つの計測ユニット１００Ａ，１００Ｂの種類が異なる場合に、厚みの計測および光軸調整を行うことができない旨のメッセージを主表示部６１０に表示させてもよい。

（３）第２の実施の形態に係る共焦点変位計５００においては、各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂから計測対象物Ｓに４つの光が照射されることにより、４つの光の受光信号に基づいて計測対象物Ｓの表面の変位が計測されるが、本発明はこれに限定されない。各計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂから計測対象物Ｓには、２つの光、３つの光または５以上の複数の照射されてもよい。この場合、照射された数の受光信号に基づいて計測対象物Ｓの表面の変位が計測されてもよい。

（４）上記実施の形態においては、計測対象物Ｓの厚みを得るために、対向配置される計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢を調整する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち一方の計測ヘッドを用いて計測対象物Ｓの表面の変位を計測する場合には、高い精度で計測を行うために、当該計測ヘッドの光軸が計測対象物Ｓの表面に垂直となることが望ましい。このような場合には、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち一方の計測ヘッドの姿勢調整を行うために上記の方法が用いられてもよい。

すなわち、計測対象物Ｓの表面が配置されるべき位置に上記の基準部材を配置する。その後、基準部材の第１または第２の面のいずれか一方に対して光軸が垂直になるように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂのうち一方の計測ヘッドの姿勢調整が上記実施の形態の例と同様に行われてもよい。

また、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの姿勢は、それらの光軸が平行となるように調整されてもよい。例えば、単一の基準部材の第１または第２の面のいずれか一方に対して光軸が垂直になるように、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂの両方の計測ヘッドの姿勢調整が上記実施の形態の例と同様に行われてもよい。この場合、計測ヘッド２００Ａ，２００Ｂにそれぞれ対応して取得される２つの変位に基づいて、計測対象物Ｓの表面に形成された段差の高さ等を計測することが可能になる。

［４］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、計測ヘッド２００Ａのレンズユニット２２０および計測ヘッド２００Ａの光ファイバ３１４が第１の共焦点光学系の例であり、計測ヘッド２００Ｂのレンズユニット２２０および計測ヘッド２００Ｂの光ファイバ３１４が第２の共焦点光学系の例であり、計測ユニット１００Ａの分光部１３０が第１の分光部の例であり、計測ユニット１００Ｂの分光部１３０が第２の分光部の例である。

また、共焦点変位計５００が共焦点変位計の例であり、計測ユニット１００Ａ，１００Ｂの投光部１２０が投光部の例であり、計測ヘッド２００Ａが第１のヘッド部の例であり、計測ヘッド２００Ｂが第２のヘッド部の例であり、計測ヘッド２００Ａのレンズユニット２２０が第１の光学部材の例であり、計測ヘッド２００Ａの光ファイバ３１４が第１のピンホール部材の例であり、計測ヘッド２００Ｂのレンズユニット２２０が第２の光学部材の例であり、計測ヘッド２００Ｂの光ファイバ３１４が第２のピンホール部材の例である。

また、計測ユニット１００Ａ，１００Ｂの分光部１３０、受光部１４０および計測制御部１５０が取得部の例であり、ＰＣ６００のＣＰＵ６０１が厚み算出部の例であり、ＰＣ６００が制御装置の例であり、時間変化表示制御部６５９が強度情報表示制御部の例であり、最大強度表示制御部６６０が最大強度表示制御部の例である。

また、第１の波長範囲ｗｒ１が第１の波長範囲の例であり、第２の波長範囲ｗｒ２が第２の波長範囲の例であり、範囲表示制御部６５８が範囲表示制御部の例であり、一致度表示制御部６５７が一致度表示制御部の例であり、距離調整画像ｉｍ２、保持装置画像ｉｍ３および第２のメッセージｔｘ２が第１および第２の距離調整画像の例であり、距離調整画像表示制御部６６１が距離調整画像表示制御部の例である。

また、姿勢調整画像ｉｍ４および第４のメッセージｔｘ４が第１および第２の姿勢調整画像の例であり、姿勢調整画像表示制御部６６２が姿勢調整画像表示制御部の例であり、軸調整画像ｉｍ５，ｉｍ６，ｉｍ７、第６のメッセージｔｘ６、第７のメッセージｔｘ７および第９のメッセージｔｘ９が軸調整画像の例であり、軸調整画像表示制御部６６３が軸調整画像表示制御部の例であり、主表示部６１０に表示される次へボタン６１１および操作部６２０が第１～第３の操作部の例である。

また、計測ユニット１００Ａの投光部１２０が第１の投光部の例であり、計測ユニット１００Ｂの投光部１２０が第２の投光部の例であり、計測ユニット１００Ａの受光部１４０が第１の受光部の例であり、計測ユニット１００Ｂの受光部１４０が第２の受光部の例であり、光制御部６５１が光制御部の例であり、主表示部６１０が表示部の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

１００…処理装置，１００Ａ，１００Ｂ…計測ユニット，１１０，２１０…筐体，１２０…投光部，１３０…分光部，１３１…回折格子，１３２，１３３…レンズ，１４０…受光部，１５０…計測制御部，１９０…副表示部，２００，２００Ａ，２００Ｂ…計測ヘッド，２２０…レンズユニット，２２１…屈折レンズ，２２２…回折レンズ，２２３…対物レンズ，３００Ａ，３００Ｂ…導光部，３１０ａ…コア，３１０ｂ…クラッド，３１１，３１２，３１４，３１９…光ファイバ，３１４…光ファイバ，３２０…ファイバカプラ，３２１～３２３…ポート，３２４…本体部，３３０…ファイバコネクタ，４００…制御ユニット，５００…共焦点変位計，６００…ＰＣ，６０１…ＣＰＵ，６０２…メモリ，６１０…主表示部，６１１…次へボタン，６１２…戻るボタン，６１３…終了ボタン，６２０…操作部，６５１…光制御部，６５２…指令受付部，６５３…受光信号取得部，６５４…判定光抽出部，６５５…強度取得部，６５６…最大強度保持部，６５７…一致度表示制御部，６５８…範囲表示制御部，６５９…時間変化表示制御部，６６０…最大強度表示制御部，６６１…距離調整画像表示制御部，６６２…姿勢調整画像表示制御部，６６３…軸調整画像表示制御部，６８１，６８２，６９１～６９８…誘導画面，９００…保持装置，９１０…台座，９１１…前後位置つまみ，９２０…第１の支持部材，９３０…第２の支持部材，９４０…第３の支持部材，９２１…鉛直角度つまみ，９２２…水平角度つまみ，９３１…鉛直位置つまみ，９３２…水平位置つまみ，９４１…軸回転ダイヤル，９５０…保持部材，ｄａ１，ｄａ２…波形表示領域，ｄａ３，ｄａ４，ｄａ５，ｄａ６…変化表示領域，Ｆ０…位置，Ｆ１，Ｆ２…合焦位置，ｉｍ１…初期状態画像，ｉｍ２…距離調整画像，ｉｍ３…保持装置画像，ｉｍ４…姿勢調整画像，ｉｍ５，ｉｍ６，ｉｍ７…軸調整画像，Ｌ１，Ｌ２…１次光，Ｌ３…多次光，ｍｋ１，ｍｋ２…判定枠，ｏａ１，ｏａ２…光軸，Ｐ１，Ｐ２…ピーク，ｒｂ…リセットボタン，Ｓ…計測対象物，ｔｘ１…第１のメッセージ，ｔｘ２…第２のメッセージ，ｔｘ３…第３のメッセージ，ｔｘ４…第４のメッセージ，ｔｘ５…第５のメッセージ，ｔｘ６…第６のメッセージ，ｔｘ７…第７のメッセージ，ｔｘ８…第８のメッセージ，ｔｘ９…第９のメッセージ，ｔｘ１０…第１０のメッセージ，ｗｒ１，ｗｒ２…波長範囲

Claims (15)

1. 複数の波長を有する光を出射する投光部と、
   第１の回折レンズを含み、前記投光部により出射された光に光軸方向に沿う色収差を発生させ、計測対象物の第１の面に収束させる第１の共焦点光学系を有する第１のヘッド部と、
   前記第１の面で反射されて前記第１の共焦点光学系を通過した第１の光を波長ごとに分光する第１の分光器と、
   前記分光された前記第１の光を波長ごとに受光し、波長ごとの光の強度を取得する第１の受光部と、
   前記第１の面を有する基準部材を用いて前記第１のヘッド部の光軸を調整可能に構成された制御装置とを備え、
   前記第１のヘッド部は、前記第１のヘッド部の光軸が前記第１の面に直交する場合に、前記第１のヘッド部を通して前記第１の面に照射される一の波長を有する第１の１次光が前記第１の面で反射されて前記一の波長を有する第１の多次光の経路を通って前記第１の共焦点光学系を通過するように構成され、
   前記制御装置は、前記光軸調整時において、前記第１のヘッド部の光の出射側に前記基準部材が配置された状態で、前記第１の受光部により取得された光の強度のうち前記第１の１次光が前記第１の面で反射されて前記第１の多次光の経路を通って前記第１の共焦点光学系を通過することにより得られる第１の判定光の強度に対応する情報を第１の強度情報として表示部に表示させる強度情報表示制御部を含む、共焦点変位計。
2. 互いに反対側の第１および第２の面を有する計測対象物の厚みを計測可能な共焦点変位計であって、
   複数の波長を有する光を出射する投光部と、
   第１の回折レンズを含み、前記投光部により出射された光に光軸方向に沿う色収差を発生させ、計測対象物の前記第１の面に収束させる第１の共焦点光学系を有する第１のヘッド部と、
   第２の回折レンズを含み、前記投光部により出射された光に光軸方向に沿う色収差を発生させ、計測対象物の前記第２の面に収束させる第２の共焦点光学系を有する第２のヘッド部と、
   前記第１の面で反射されて前記第１の共焦点光学系を通過した第１の光を波長ごとに分光する第１の分光器と、
   前記分光された前記第１の光を波長ごとに受光し、波長ごとの光の強度を取得する第１の受光部と、
   前記計測対象物の代わりに互いに平行な前記第１の面および前記第２の面を有する基準部材を用いて前記第１のヘッド部の光軸を調整可能に構成された制御装置とを備え、
   前記第１のヘッド部は、前記第１のヘッド部の光軸が前記第１の面に直交する場合に、前記第１のヘッド部を通して前記第１の面に照射される一の波長を有する第１の１次光が前記第１の面で反射されて前記一の波長を有する第１の多次光の経路を通って前記第１の共焦点光学系を通過するように構成され、
   前記第２のヘッド部は、前記第２のヘッド部の光軸が前記第２の面に直交する場合に、前記第２のヘッド部を通して前記第２の面に照射される一の波長を有する第２の１次光が前記第２の面で反射されて前記一の波長を有する第２の多次光の経路を通って前記第２の共焦点光学系を通過するように構成され、
   前記制御装置は、前記光軸調整時において、前記第１のヘッド部と前記第２のヘッド部との間に前記基準部材が配置された状態で、前記第１の受光部により取得された光の強度のうち前記第１の１次光が前記第１の面で反射されて前記第１の多次光の経路を通って前記第１のピンホールを通過することにより得られる第１の判定光の強度に対応する情報を第１の強度情報として表示部に表示させる強度情報表示制御部を含む、共焦点変位計。
3. 前記第２の面で反射されて前記第２の共焦点光学系を通過した第２の光を波長ごとに分光する第２の分光器と、
   前記分光された前記第２の光を波長ごとに受光し、波長ごとの光の強度を取得する第２の受光部とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記基準部材を用いて前記第２のヘッド部の光軸をさらに調整可能に構成され、
   前記強度情報表示制御部は、前記光軸調整時において、前記第１のヘッド部と前記第２のヘッド部との間に前記基準部材が配置された状態で、前記第２の受光部により取得された光の強度のうち前記第２の１次光が前記第２の面で反射されて前記第２の多次光の経路を通って前記第２の共焦点光学系を通過することにより得られる第２の判定光の強度に対応する情報を第２の強度情報として表示部にさらに表示させる、請求項２記載の共焦点変位計。
4. 前記第１の強度情報は、前記第１の判定光の強度の時間的変化を示し、
   前記第２の強度情報は、前記第２の判定光の強度の時間的変化を示す、請求項３記載の共焦点変位計。
5. 前記制御装置は、前記第１の判定光の強度の時間的変化における現時点までの最大の強度を示す第１の最大強度情報を前記表示部に表示させ、前記第２の判定光の強度の時間的変化における現時点までの最大の強度を示す第２の最大強度情報を前記表示部に表示させる最大強度表示制御部をさらに含む、請求項４記載の共焦点変位計。
6. 前記第１の判定光のピーク波長は、前記第１の面と前記第１のヘッド部との間の距離に依存して変化し、前記第２の判定光のピーク波長は、前記第２の面と前記第２のヘッド部との間の距離に依存して変化し、
   前記制御装置は、
   波長軸上に前記第１の判定光の波形を表示するとともに前記第１の面と前記第１のヘッド部との間の距離の変化に応じて前記波長軸上で前記第１の判定光の波形の位置を変化させるように前記表示部を制御し、前記第１の面と前記第１のヘッド部との間の距離が予め定められた第１の距離範囲にある場合における前記第１の判定光の波長の範囲を第１の波長範囲として前記波長軸上に表示し、波長軸上に前記第２の判定光の波形を表示するとともに前記第２の面と前記第２のヘッド部との間の距離の変化に応じて前記波長軸上で前記第２の判定光の波形の位置を変化させるように前記表示部を制御し、前記第２の面と前記第２のヘッド部との間の距離が予め定められた第２の距離範囲にある場合における前記第２の判定光の波長の範囲を第２の波長範囲として前記波長軸上に表示するように前記表示部を制御する範囲表示制御部をさらに含む、請求項４または５記載の共焦点変位計。
7. 前記第１および第２の受光部は、前記第１および第２のヘッド部の間に前記基準部材が存在しない状態で、前記第１のヘッド部の前記第１の共焦点光学系から出射されて前記第２のヘッド部の前記第２の共焦点光学系に入射する光の強度、および前記第２の共焦点光学系から出射されて前記第１のヘッド部の前記第１の共焦点光学系に入射する光の強度のうち少なくとも一方を取得し、
   前記制御装置は、前記第１および第２の受光部により取得された前記少なくとも一方の強度に基づいて前記第１および第２のヘッド部の光軸の一致度を示す一致度情報を前記表示部に表示させる一致度表示制御部をさらに含む、請求項６記載の共焦点変位計。
8. 前記制御装置は、
   前記光軸調整時において、前記第１のヘッド部と前記基準部材との間の距離を調整するための操作を促す第１の距離調整画像を前記表示部に表示させ、前記第２のヘッド部と前記基準部材との間の距離を調整するための操作を促す第２の距離調整画像を前記表示部に表示させる距離調整画像表示制御部と、
   前記光軸調整時において、前記第１および第２の距離調整画像が前記表示部に表示された後、前記基準部材に対する前記第１のヘッド部の姿勢を調整するための操作を促す第１の姿勢調整画像を前記表示部に表示させ、前記基準部材に対する前記第２のヘッド部の姿勢を調整するための操作を促す第２の姿勢調整画像を前記表示部に表示させる姿勢調整画像表示制御部と、
   前記光軸調整時において、前記第１および第２の姿勢調整画像が前記表示部に表示された後、前記第１および前記第２のヘッド部のうち少なくとも一方を移動させることにより前記第１および第２の光学部材の光軸を一致させるための操作を促す軸調整画像を前記表示部に表示させる軸調整画像表示制御部とをさらに含む、請求項７記載の共焦点変位計。
9. 前記第１および第２の距離調整画像の表示を指示するために使用者により操作される第１の操作部と、
   前記範囲表示制御部による前記第１および第２の波長範囲の表示後に、前記第１および第２の姿勢調整画像の表示を指示するために使用者により操作される第２の操作部と、
   前記強度情報表示制御部による前記第１および第２の強度情報の表示後に、前記軸調整画像の表示を指示するために使用者により操作される第３の操作部とをさらに備える、請求項８記載の共焦点変位計。
10. 前記投光部は、
    前記第１の共焦点光学系に光を出射する第１の投光部と、
    前記第２の共焦点光学系に光を出射する第２の投光部とを含み、
    前記制御装置は、前記一致度表示制御部による前記一致度情報の表示時に、前記第２の受光部から出力される受光信号に基づいて前記第１の投光部における光の出射を制御する第１の制御、および前記第１の受光部から出力される受光信号に基づいて前記第２の投光部における光の出射を制御する第２の制御のうち少なくとも一方を行う光制御部をさらに備える、請求項７～９のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
11. 前記強度情報表示制御部は、前記第１および第２の強度情報を前記表示部が有する単一の画面上に同時に表示させる、請求項３～１０のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
12. 前記共焦点変位計は、前記第１のヘッド部および前記第２のヘッド部が互いに対向するように配置された状態で、前記第１のヘッド部および前記第２のヘッド部のうち一方のヘッド部から他方のヘッド部に入射した光を他方のヘッド部の光軸調整に用いる、請求項３～１１のいずれか一項に記載の共焦点変位計。
13. 互いに反対側の第１および第２の面を有する計測対象物の厚みを計測可能な共焦点変位計であって、
    複数の波長を有する複数の光を出射する投光部と、
    第１および第２のヘッド部と、
    前記第１のヘッド部に設けられ、前記投光部により出射された複数の光に光軸方向に沿った色収差を発生させる回折レンズを含むとともに、色収差を有する複数の光を収束させて計測対象物の前記第１の面にそれぞれ照射する第１の光学部材と、
    前記第１のヘッド部に設けられ、前記第１の光学部材により前記第１の面に照射された複数の光のうち、前記第１の面で合焦しつつ反射された波長の複数の光を複数の第１の光としてそれぞれ通過させる複数の第１のピンホールを有する第１のピンホール部材と、
    前記第２のヘッド部に設けられ、前記投光部により出射された複数の光に光軸方向に沿った色収差を発生させる回折レンズを含むとともに、色収差を有する複数の光を収束させて前記計測対象物の前記第２の面にそれぞれ照射する第２の光学部材と、
    前記第２のヘッド部に設けられ、前記第２の光学部材により前記第２の面に照射された複数の光のうち、前記第２の面で合焦しつつ反射された波長の複数の光を複数の第２の光としてそれぞれ通過させる複数の第２のピンホールを有する第２のピンホール部材と、
    前記複数の第１のピンホールを通過した前記複数の第１の光の各々についての波長ごとの強度を取得し、前記複数の第２のピンホールを通過した前記複数の第２の光の各々についての波長ごとの強度を取得する取得部と、
    前記取得部により取得された前記複数の第１および第２の光の各々についての波長ごとの強度に基づいて前記計測対象物の前記第１の面と前記第２の面との間の厚みを算出する厚み算出部と、
    前記計測対象物の代わりに互いに平行な前記第１の面および前記第２の面を有する基準部材を用いて前記第１および第２の光学部材の光軸を調整可能に構成された制御装置とを備え、
    前記第１のヘッド部は、前記第１の光学部材の光軸が前記第１の面に直交する場合に、前記第１の光学部材を通して前記第１の面に照射される一の波長を有する第１の１次光が前記第１の面で反射されて前記一の波長を有する第１の多次光の経路を通って前記第１のピンホールを通過するように構成され、
    前記第２のヘッド部は、前記第２の光学部材の光軸が前記第２の面に直交する場合に、前記第２の光学部材を通して前記第２の面に照射される一の波長を有する第２の１次光が前記第２の面で反射されて前記一の波長を有する第２の多次光の経路を通って前記第２のピンホールを通過するように構成され、
    前記制御装置は、前記光軸調整時において、前記第１のヘッド部と前記第２のヘッド部との間に前記基準部材が配置された状態で、前記取得部により取得された複数の光の各々の強度のうち前記第１の１次光が前記第１の面で反射されて前記第１の多次光の経路を通って前記第１のピンホールを通過することにより得られる第１の判定光の強度に対応する情報を第１の強度情報として表示部に表示させ、前記取得部により取得された複数の光の各々の強度のうち前記第２の１次光が前記第２の面で反射されて前記第２の多次光の経路を通って前記第２のピンホールを通過することにより得られる第２の判定光の強度に対応する情報を第２の強度情報として表示部に表示させる強度情報表示制御部を含む、共焦点変位計。
14. 前記第１の強度情報は、前記第１のヘッドに対応する複数の第１の判定光の複数の強度のうち最大強度値と最小強度値との差分に基づく値であり、
    前記第２の強度情報は、前記第２のヘッドに対応する複数の第２の判定光の複数の強度のうち最大強度値と最小強度値との差分に基づく値である、請求項１３記載の共焦点変位計。
15. 前記共焦点変位計は、計測対象物を計測する計測モードと、ヘッド部の光軸を調整する光軸調整モードとを有する、請求項１～１４のいずれか一項に記載の共焦点変位計。

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