JPH1123219A

JPH1123219A - 共焦点光学系による変位計測装置

Info

Publication number: JPH1123219A
Application number: JP17598197A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Fukuhara; 敏彦福原; Yozo Nishi; 洋三西; Mitsuo Takahashi; 満雄高橋
Original assignee: Komatsu Engineering Corp
Current assignee: Komatsu Engineering Corp
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】変位を計測する際の計測範囲を広げる。変位計
測精度を向上させる。【解決手段】共焦点光学系１の光源２とレンズ６との間
に、光出射口５ａの光軸方向Ｃにおける位置が調整自在
の光ファイバ５を設け、この光ファイバ５によって、光
源２からの光Ｌを案内し、該光Ｌを光出射口５ａからレ
ンズ６に導く。また、レンズ６の焦点が、少なくとも２
つの計測対象物体表面１１ｂ、１２ａにおいてそれぞれ
位置決めされる、筐体１ａの移動区間（２３ａ〜２３
ｂ）が設定され、この移動区間（２３ａ〜２３ｂ）を筐
体１ａが一方向に移動するように、筐体駆動手段１７、
１８が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触によって物
体表面の変位を計測する装置に関し、特に、共焦点光学
系を利用して、透明体の厚さや、透明体と他の物体表面
との間の距離を計測する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】非接
触によって、ＩＣリードの反り、モータ部品の高さ、基
板上のコーティング膜厚など、物体表面の変位を計測す
る技術として、共焦点光学系を利用した計測装置が既に
実用化されている。

【０００３】共焦点光学系による変位計測装置とは、一
般に、レンズを光軸方向に沿って移動させることにより
該レンズの焦点を計測対象物体表面に位置決めし、この
計測対象物体表面からの反射光を光検出器で検出するよ
うにした共焦点光学系と、光検出器の検出信号とレンズ
の移動位置を示すレンズ移動位置信号とに基づいて計測
対象物体の光軸方向における変位を計測するという変位
計測装置とを具えた計測装置のことである。

【０００４】たとえば、株式会社キーエンスが製造して
おり、すでに特許出願がなされているレーザフォーカス
変位計と呼ばれる装置では、つぎのようにして、計測対
象物体表面までの距離を測定している。

【０００５】１）光源から出射されたレーザ光を、対物
レンズに入射させる。

【０００６】２）この対物レンズを音叉によって上下動
させることにより、この対物レンズの焦点を計測対象物
表面上に位置決めする。

【０００７】３）共焦点原理により、計測対象物表面の
焦点位置で反射されたレーザ光は、ハーフミラー、ピン
ホールを介して受光素子に到達する。

【０００８】４）受光素子で、計測対象物表面の焦点位
置で反射されたレーザ光が受光されたとき（光量が最大
になったとき）の音叉の上下動位置を、音叉位置検出セ
ンサで検出することにより、対物レンズの上下動位置を
検出し、この検出結果から計測対象物体表面までの距離
（物体表面高さ）を測定する。

【０００９】ところで、こうした共焦点光学系による変
位計測装置を用いて、ガラス下面と、シャドウマスク上
面の位置（高さ）をそれぞれ測定し、これらガラス下面
と、シャドウマスク上面との距離である、いわゆるブラ
ウン管Ｑ値を計測したいとの要求がある。

【００１０】上記Ｑ値の計測範囲は、４〜２０ｍｍの範
囲であり、またガラスの厚さは１０〜１５ｍｍの範囲で
ある。

【００１１】しかし、上記レーザフォーカス変位計を用
いて、Ｑ値を計測しようとすると、対物レンズから計測
対象物体表面までの距離（以下、基準距離という）が２
８ｍｍ固定であり、対物レンズとしては、この基準距離
が得られる位置を中心として上下に±１ｍｍしか動くこ
とができない。

【００１２】しかも、対物レンズ自体を上下動させるに
は、計測精度上、限度があり、ある一定距離以上は動か
すことができない。

【００１３】したがって、上述するように計測範囲が幅
広いＱ値を、このレーザフォーカス変位計を用いて計測
することは不可能であった。したがって、上記基準距離
を幅広く変化させることができ、計測範囲が幅広いＱ値
を計測することができる装置が開発が望まれている。

【００１４】また、株式会社タムロンが製造している顕
微鏡オートフォーカス装置と呼ばれる計測装置では、専
用のＡＦパターンを計測対象物体表面に投光し、対物レ
ンズの焦点が合ったとき、つまりＡＦパターンのコント
ラストが最大になったときの対物レンズの位置に基づ
き、計測対象物体表面の位置（高さ）を測定するように
している。

【００１５】また、特開昭６３−１６７３１５号公報
（発明の名称「レンズ変位量検出装置」）では、レンズ
の変位量を、共焦点原理によって検出する技術を開示し
ている。

【００１６】以上のように、いずれの技術も、レンズ自
体を変位させることによって計測を行うという点で、上
記レーザフォーカス変位計と同種の技術である。

【００１７】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、レンズ自体を変位させることなく、基準距
離を幅広く変化させることによって、計測範囲が幅広い
Ｑ値を計測できるようにすることを第１の目的とするも
のである。

【００１８】ところで、Ｑ値を計測しようとする場合、
その前提としてシャドウマスク上面の位置を測定する必
要がある。

【００１９】しかし、シャドウマスク表面（上面）には
穴が開いており、一般的に、このシャドウマスク上面の
焦点位置における集光スポット径の大きさ（直径７μ
ｍ）が、シャドウマスク上面における穴の大きさよりも
小さくなっている。このため、対物レンズを通ったレー
ザ光がシャドウマスク表面で反射されることなく、シャ
ドウマスク上面における穴をそのまま突き抜けてしま
い、当のシャドウマスク上面の位置を測定することがで
きないことがあった。

【００２０】そこで、従来は、シャドウマスク裏面か
ら、シャドウマスクに開いている穴に対して針金を差し
込み、この穴を塞ぐという前処理を施した上で、シャド
ウマスク上面の位置を測定するようにしている。

【００２１】しかし、シャドウマスクに対して針金を接
触させることは、非接触による計測という本来の目的を
損なうことになってしまうとともに、針金を差し込むと
いう繁雑な前処理によって計測作業の効率が著しく損な
われることになっていた。

【００２２】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、Ｑ値を計測する際に、シャドウマスクに対
して針金を接触させるという前処理を施すことなく、非
接触で、計測を行えるようにすることを第２の目的とす
るものである。

【００２３】ところで、上記顕微鏡オートフォーカス装
置では、対物レンズの移動量（移動位置）を、この対物
レンズを駆動するステッピングモータに対するモータ駆
動信号（あるいはモータ駆動位置を示すフィードバック
信号）およびこのステッピングモータにより動かされる
送りネジのピッチを示すピッチ検出信号に基づき求める
ようにしている。

【００２４】このようなモータ駆動信号および送りネジ
ピッチ検出信号には、対物レンズの駆動系のバックラッ
シュによる影響分は含まれていない。

【００２５】したがって、これらモータ駆動信号および
送りネジピッチ検出信号に基づき対物レンズの移動位置
を求めたとしても、この求めた対物レンズ検出移動位置
の中には、対物レンズの駆動系のバックラッシュ分だけ
の誤差が含まれていることになる。

【００２６】また、上記レーザフォーカス変位計では、
対物レンズの位置を直接検出するのではなくて、この対
物レンズを上下動させる音叉の位置を検出することによ
って間接的に対物レンズの位置を検出しているために、
対物レンズの移動速度によっては対物レンズの位置検出
精度に悪影響を与えることがある。

【００２７】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、共焦点光学系の対物レンズの移動位置を、
駆動系のバックラッシュの影響による誤差を生じること
なく、また対物レンズの移動速度の影響による誤差を生
じることなく、精度よく検出できるようにして、共焦点
光学系による変位計測装置の計測精度を向上させること
を第３の目的とするものである。

【００２８】ところで、上記顕微鏡オートフォーカス装
置では、２つの計測対象物体表面の位置をそれぞれ測定
するとき、対物レンズを初期位置から一方向に移動さ
せ、一方の計測対象物体表面を測定する位置（焦点が合
った位置）に到達した時点で対物レンズを一旦停止さ
せ、その後、対物レンズを、上記移動方向とは反対の他
の方向に移動させ、他の計測対象物体表面を測定する位
置（焦点が合った位置）に到達した時点で対物レンズを
再度停止させるようにしている。

【００２９】このように、２つの計測対象物体表面の位
置を測定するためには、対物レンズの駆動を停止させて
から逆転する必要があるので、測定に時間を要すること
になっていた。さらに、対物レンズの駆動方向を逆転さ
せることによって、対物レンズの検出位置には、対物レ
ンズの駆動系のバックラッシュの影響による誤差が多く
含まれるようになり、計測精度が悪化することになって
いた。

【００３０】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、２つの計測対象物体表面の位置を測定する
場合（たとえば、Ｑ値を計測するためにガラス下面とシ
ャドウマスク上面の位置をそれぞれ測定する場合）であ
ったとしても、対物レンズを一旦停止させてから逆転さ
せることなく測定できるようにして、測定作業を短時間
で済ませるようにするとともに、対物レンズの駆動系の
バックラッシュの影響による誤差を対物レンズの検出位
置から取り除くようにすることを、第４の目的とするも
のである。

【００３１】

【課題を解決するための手段および効果】そこで、本発
明の第１発明では、上記第１の目的を達成するために、
レンズを光軸方向に沿って移動させることにより該レン
ズの焦点を計測対象物体表面に位置決めし、この計測対
象物体表面からの反射光を光検出器で検出するようにし
た共焦点光学系と、前記光検出器の検出信号と前記レン
ズの移動位置を示すレンズ移動位置信号とに基づいて前
記計測対象物体の前記光軸方向における変位を計測する
変位計測装置とを具えた共焦点光学系による変位計測装
置において、前記共焦点光学系の光源と前記レンズとの
間に、前記光源からの光を案内し、該光を光出射口から
前記レンズに導くとともに、前記光出射口の光軸方向に
おける位置が調整自在の光ファイバ、を設けようにして
いる。

【００３２】すなわち、かかる構成によれば、図１に示
すように、共焦点光学系１の光源２とレンズ６との間
に、光出射口５ａの光軸方向Ｃにおける位置が調整自在
の光ファイバ５を設け、この光ファイバ５によって、光
源２からの光Ｌを案内し、該光Ｌを光出射口５ａからレ
ンズ６に導く。光ファイバ５の位置が調整されることに
よって、光出射口５ａの位置とレンズ６の焦点距離ｆが
幅広く変化され、基準距離Ｂが幅広く変化される。

【００３３】この結果、レンズ６の焦点を光軸方向に幅
広く移動させることが可能となり、計測範囲が幅広いＱ
値を計測することが可能となる。

【００３４】また、第１発明の別の発明では、同様の共
焦点光学系による変位計測装置において、前記レンズを
内部に固定した筐体を設け、この筐体を前記光軸方向に
沿って移動させることにより前記レンズの焦点を前記計
測対象物体に位置決めするようにしている。

【００３５】かかる構成によれば、図３に示すように、
レンズ６を内部に固定した筐体１ａが設けられ、この筐
体１ａが光軸方向Ｃに沿って移動されることによりレン
ズ６の焦点が計測対象物体１２ａに位置決めされる。

【００３６】このように、対物レンズ自体を上下動させ
るには計測精度上、限度があり、ある一定距離以上を動
かすことができないが、（対物）レンズ６を内部に固定
した筐体１ａを移動させることによって、レンズ６を幅
広く移動させるようにしている。

【００３７】この結果、レンズ６の焦点を光軸方向に幅
広く移動させることが可能となり、計測範囲が幅広いＱ
値を計測することが可能となる。また、本発明の第２発
明では、上記第２の目的を達成するために、レンズを光
軸方向に沿って移動させることにより該レンズの焦点
を、その表面に所定の大きさの穴が開いている計測対象
物体表面に位置決めし、この計測対象物体表面からの反
射光を光検出器で検出するようにした共焦点光学系と、
前記光検出器の検出信号と前記レンズの移動位置を示す
レンズ移動位置信号とに基づいて前記計測対象物体の変
位を計測する変位計測装置とを具えた共焦点光学系によ
る変位計測装置において、前記共焦点光学系の光源と前
記レンズとの間に、前記光源からの光を案内し、該光を
光出射口から前記レンズに導く光ファイバ、を設け、さ
らに、前記計測対象物体表面の焦点位置における集光ス
ポット径の大きさが、前記計測対象物体表面における穴
の大きさよりも大きくなるように、前記光ファイバの光
出射口の大きさを設定するようにしている。

【００３８】かかる構成によれば、図１に示すように、
共焦点光学系１の光源２とレンズ６との間に、光ファイ
バ５を設け、この光ファイバ５によって、光源２からの
光Ｌを案内し、該光Ｌを光出射口５ａからレンズ６に導
く。この場合、計測対象物体表面１２ａの焦点位置にお
ける集光スポット径の大きさが、計測対象物体表面１２
ａにおける穴の大きさｄ2よりも大きくなるように、光
ファイバ５の光出射口５ａの大きさｄ1が設定されてい
る。

【００３９】このように、シャドウマスク上面１２ａの
焦点位置における集光スポット径の大きさが、シャドウ
マスク上面１２ａにおける穴の大きさｄ2よりも大きく
なっているので、レンズ６を通った光Ｌが、シャドウマ
スク上面１２ａにおける穴をそのまま突き抜けてしまう
ことなくシャドウマスク表面１２ａで確実に反射され、
当のシャドウマスク上面１２ａの位置を確実に測定する
ことができる。この結果、Ｑ値を計測する際に、シャド
ウマスク１２に対して針金を接触させるという前処理を
施すことなく、非接触で、計測を行えるようになる。

【００４０】また、第２発明の別の発明では、同様の共
焦点光学系による変位計測装置において、前記レンズ
を、前記計測対象物体表面の焦点位置における線状の光
の長さが、前記計測対象物体表面における穴の径よりも
大きいシリンドリカルレンズとしている。

【００４１】かかる構成によれば、図２に示すように、
上記レンズ６の代わりに、シリンドリカルレンズ６´を
使用し、このシリンドリカルレンズ６´の計測対象物体
表面１２ａの焦点位置における線状の光１３の長さを、
計測対象物体表面１２ａにおける穴の径ｄ2よりも大き
くしている。

【００４２】このように、シャドウマスク上面１２ａの
焦点位置における線状の光１３の長さが、シャドウマス
ク上面１２ａにおける穴の径ｄ2よりも大きくなってい
るので、シリンドリカルレンズ６´を通った光Ｌが、シ
ャドウマスク上面１２ａにおける穴をそのまま突き抜け
てしまうことなくシャドウマスク表面１２ａで確実に反
射され、当のシャドウマスク上面１２ａの位置を確実に
測定することができる。この結果、Ｑ値を計測する際
に、シャドウマスク１２に対して針金を接触させるとい
う前処理を施すことなく、非接触で、計測を行えるよう
になる。

【００４３】また、本発明の第３発明では、上記第３の
目的を達成するために、レンズを光軸方向に沿って移動
させることにより該レンズの焦点を計測対象物体表面に
位置決めし、この計測対象物体表面からの反射光を光検
出器で検出するようにした共焦点光学系と、前記光検出
器の検出信号と前記レンズの移動位置を示すレンズ移動
位置信号とに基づいて前記計測対象物体の変位を計測す
る変位計測装置とを具えた共焦点光学系による変位計測
装置において、前記レンズを内部に固定した筐体を設
け、この筐体を前記光軸方向に沿って移動させることに
より前記レンズの焦点を前記計測対象物体に位置決めす
るようにし、さらに、前記レンズの移動位置を検出する
センサとして、前記筐体の前記光軸方向における移動位
置を検出する筐体移動位置検出センサ、を設けるように
している。

【００４４】かかる構成によれば、かかる構成によれ
ば、図３に示すように、レンズ６を内部に固定した筐体
１ａが設けられ、この筐体１ａが光軸方向Ｃに沿って移
動されることによりレンズ６の焦点が計測対象物体１２
ａに位置決めされる。ここで、筐体１ａに付設された筐
体移動位置検出センサ２２によって、筐体１ａの光軸方
向Ｃにおける移動位置が検出されることによってレンズ
６の移動位置が検出される。

【００４５】このように、レンズ６の移動位置を、レン
ズ６とともに移動する筐体１ａの移動位置として直接検
出するようにしたので、レンズ６（筐体１ａ）の駆動系
のバックラッシュの影響による誤差を生じることなく、
またレンズ６の移動速度の影響による誤差を生じること
なく、精度よく検出することが可能となり、共焦点光学
系による変位計測装置の計測精度を飛躍的に向上させる
ことができる。

【００４６】また、本発明の第４発明では、上記第４の
目的を達成するために、レンズを光軸方向に沿って移動
させることにより該レンズの焦点を、少なくとも２つの
計測対象物体表面にそれぞれ、位置決めし、これら計測
対象物体表面からの反射光を光検出器で検出するように
した共焦点光学系と、前記光検出器の検出信号と前記レ
ンズの移動位置を示すレンズ移動位置信号とに基づいて
前記計測対象物体の変位を計測する変位計測装置とを具
えた共焦点光学系による変位計測装置において、前記レ
ンズを内部に固定した筐体と、前記筐体を前記光軸方向
に沿って移動させることにより前記レンズの焦点を前記
計測対象物体に位置決めする筐体駆動手段と、前記筐体
の前記光軸方向における移動位置を検出することによっ
て、前記レンズの移動位置を検出する筐体移動位置検出
センサと、前記レンズの焦点が、少なくとも２つの計測
対象物体表面においてそれぞれ位置決めされる、前記筐
体の移動区間を設定し、この移動区間を前記筐体が一方
向に移動するように、前記筐体駆動手段を制御する駆動
制御手段とを具えるようにしている。

【００４７】かかる構成によれば、図５、図６に示すよ
うに、レンズ６の焦点が、少なくとも２つの計測対象物
体表面１１ｂ、１２ａにおいてそれぞれ位置決めされ
る、筐体１ａの移動区間（２３ａ〜２３ｂ）が設定さ
れ、この移動区間（２３ａ〜２３ｂ）を筐体１ａが一方
向に移動するように、筐体駆動手段１７、１８が制御さ
れる。

【００４８】このように、２つの計測対象物体表面の位
置を測定する場合（たとえば、Ｑ値を計測するためにガ
ラス下面１１ｂとシャドウマスク上面１２ａの位置をそ
れぞれ測定する場合）に、レンズ６を移動区間内におい
て一方向に移動させることによって、それら位置を測定
することができ、従来のようにレンズを一旦停止させて
から逆転させる必要はなくなる。このため、測定作業が
短時間で済むとともに、レンズ６の駆動系のバックラッ
シュの影響による誤差をレンズ６の検出位置から取り除
くことができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る共焦点光学系による変位計測装置の実施の形態につい
て説明する。

【００５０】・第１の実施形態図１は、本実施形態の変位計測装置の構成を示してい
る。

【００５１】なお、本実施形態では、計測対象のワーク
として、ガラス１１、シャドウマスク１２を想定し、こ
れらガラス１１の上面１１ａ、下面１１ｂ、シャドウマ
スク１２の上面１２ａの位置をそれぞれ測定することに
よって、ガラス下面１１ｂとシャドウマスク上面１２ａ
との距離であるＱ値を計測する場合を想定している。

【００５２】本実施形態装置は、大きくは、対物レンズ
６を光ファイバ５に対して光軸方向Ｃに沿って相対的に
移動させることにより該対物レンズ６の焦点を計測対象
物体表面１１ａ、１１ｂ、１２ａに位置決めし、この計
測対象物体表面１１ａ、１１ｂ、１２ａからの反射レー
ザ光Ｌを光検出器である受光素子８で検出するようにし
た光ファイバ共焦点光学系１（以下、単に「共焦点光学
系１」という）と、上記光ファイバ５を光軸方向Ｃに移
動させるための駆動信号Ｓ5を出力することによって、
対物レンズ６を当該光ファイバ５に対して相対的に移動
させるとともに、上記受光素子８の検出信号（受光信
号）Ｓ1と対物レンズ６の相対移動位置を示すレンズ移
動位置信号（変位信号）Ｓ2とに基づいて計測対象物体
１１、１２の光軸方向Ｃにおける変位を計測する変位計
測装置８０とから構成されている。

【００５３】かかる構成において共焦点光学系１の光源
２から出射された光Ｌは、レンズ３、ハーフミラー４を
透過して光ファイバ５に入射される。すなわち、共焦点
光学系１の光源２と焦点を合わせるための対物レンズ６
との間には、駆動信号Ｓ5によって光出射口５ａが光軸
方向Ｃに調整自在の光ファイバ５が設けられている。こ
の光ファイバ５によって、光源２からの光Ｌが案内さ
れ、該光Ｌが光出射口５ａから一定の角度をもって出射
され対物レンズ６に導かれる。

【００５４】対物レンズ６を透過した光Ｌは、対物レン
ズ６の焦点位置で最も集光される。本図１では、対物レ
ンズ６の焦点が、ガラス１１の下面１１ｂに合っている
場合を示している。

【００５５】こうしてガラス１１の下面１１ｂに投光さ
れ、該ガラス下面１１ｂを焦点位置として反射された光
Ｌは、同じ光路を逆に戻り、対物レンズ６、光ファイバ
５を介して、ハーフミラー４に入射される。ハーフミラ
ー４では、ガラス下面１１ｂによる反射光Ｌは、９０度
だけ異なる方向に反射されてレンズ７を透過して受光素
子８に入射される。

【００５６】受光素子８では、入射光の光量を検出する
ことによって、計測対象物体表面で反射した光を検出す
る。

【００５７】すなわち、本図１に示すように、ガラス下
面１１ａが焦点位置である場合には、他のガラス上面１
１ａ、シャドウマスク上面１２ａによる反射光Ｌ（これ
を破線にて示す）は、投光光路（これを実線にて示す）
と同じ光路を通らないため、受光素子８には、殆ど入射
されることはなく、これらを受光信号として検出するこ
とはない。つまり、ガラス下面１１ｂで反射され投光光
路と同じ光路を戻る反射光のみが、受光素子８に入射さ
れ、これを受光信号Ｓ1として検出する。よって、この
受光信号Ｓ1が得られるときの対物レンズ６の相対移動
位置に基づき、ガラス下面１１ｂの位置（高さ）を測定
することができる。対物レンズ６の相対移動位置は、光
ファイバ５の移動位置を示す変位信号Ｓ2に基づき求め
ることができる。

【００５８】変位計測装置５から出力される駆動信号Ｓ
5によって、光ファイバ５を光軸方向Ｃに沿って移動さ
せ、光ファイバ５の光出射口５ａと対物レンズ６との距
離Ａを変化させることによって、対物レンズ６とその焦
点位置（計測対象物体表面）との距離である基準距離Ｂ
を変化させることができる。距離Ａを短くすることによ
って、基準距離Ｂを長く設定することができる。

【００５９】このようにして、駆動信号Ｓ5に応じて光
ファイバ５の光軸方向Ｃにおける位置が調整されること
によって、光出射口５ａの位置と対物レンズ６の焦点距
離ｆが幅広く変化され、基準距離Ｂが幅広く変化され
る。

【００６０】この結果、対物レンズ６の焦点を光軸方向
Ｃに幅広く移動させることが可能となり、ガラス下面１
１ｂの位置のみならず、それよりも１０〜１５ｍｍ程度
（ガラス１１の厚さを意味する）上に位置するガラス上
面１１ａの位置に対物レンズ６の焦点を合わせることが
できるとともに、ガラス下面１１ｂよりも、４〜２０ｍ
ｍ程度（Ｑ値を意味する）だけ下に位置するシャドウマ
スク上面１２ａの位置に対物レンズ６の焦点を合わせる
ことができる。

【００６１】このように、本実施形態によれば、対物レ
ンズ６の相対移動範囲を幅広くすることができ、これに
よって、計測対象物体表面の変位を幅広く測定すること
ができる。この結果、４〜２０ｍｍと計測範囲が幅広い
Ｑ値を計測することが可能となる。

【００６２】また、本実施形態では、対物レンズ６の焦
点がシャドウマスク上面１２ａに合ったとき（シャドウ
マスク上面１２ａの位置を測定するとき）、このシャド
ウマスク上面１２ａの焦点位置における光Ｌの集光スポ
ット径の大きさが、シャドウマスク上面１２ａにおける
穴の大きさｄ2よりも大きくなるように、光ファイバ５
の光出射口５ａの大きさｄ1を設定している。具体的に
は、光ファイバ５の光出射口５ａの面積を、シャドウマ
スク１２の穴の面積よりも十分大きくとることによっ
て、これを達成している。

【００６３】このように、シャドウマスク上面１２ａの
焦点位置における光Ｌの集光スポット径の大きさを、シ
ャドウマスク上面１２ａにおける穴の径の大きさｄ2よ
りも大きくすることによって、対物レンズ６を通った光
Ｌが、シャドウマスク上面１２ａにおける穴をそのまま
突き抜けてしまうことなくシャドウマスク表面１２ａで
確実に反射されることになる。この結果、当のシャドウ
マスク上面１２ａに焦点が合ったときの反射光を受光素
子８にて確実に検出でき、これによりシャドウマスク上
面１２ａの位置を確実に測定することができる。

【００６４】図２は、図１における対物レンズ６に、シ
リンドリカルレンズ６´を用いた実施形態を示してい
る。

【００６５】シリンドリカルレンズ６´による計測対象
物１２ａへの投光パターンは、同図２に示すように、線
状のパターン１３となる。本実施形態では、単に対物レ
ンズとしてシリンドリカルレンズを用いるだけではな
く、このシリンドリカルレンズ６´のシャドウマスク上
面１２ａの焦点位置における線状の光１３の長さが、シ
ャドウマスク上面１２ａにおける穴の径ｄ2よりも大き
くなるようなシリンドリカルレンズ６´を用いている。

【００６６】このように、シャドウマスク上面１２ａの
焦点位置における線状の光１３の長さが、シャドウマス
ク上面１２ａにおける穴の径ｄ2よりも大きくなってい
るので、シリンドリカルレンズ６´を通った光Ｌが、シ
ャドウマスク上面１２ａにおける穴をそのまま突き抜け
てしまうことなくシャドウマスク表面１２ａで確実に反
射されることになる。この結果、図１の実施形態と同様
に、当のシャドウマスク上面１２ａに焦点が合ったとき
の反射光を受光素子８にて確実に検出でき、これにより
シャドウマスク上面１２ａの位置を確実に測定すること
ができる。

【００６７】なお、本実施形態において、光源２として
は、白色ランプ、半導体レーザを用いることができる。
また、受光素子８としては、感度の高いものが望まし
く、例えば小型のフォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）など
を用いることができる。また、光ファイバ５としては、
径の太いものが望ましく、径の太いプラスチックファイ
バ、束状にしたガラスファイバを用いることができる。

【００６８】また、光ファイバ５の位置の調整は、手動
によって行うようにしてもよい。

【００６９】・第２の実施形態本実施形態は、図３に示されるように、図１における共
焦点光学系１を上下に移動できるように構成した実施形
態である。なお、上述した第１の実施形態と同じ符号は
同じ構成要素であるとして、適宜その説明を省略する。

【００７０】本実施形態の装置は、大きくは、ハウジン
グ１４に対して、共焦点光学系１を内蔵した筐体１ａを
相対的に上下動させることによって、対物レンズ６の焦
点位置を光軸方向Ｃに沿って変化させ、これにより計測
対象物であるワーク１０（ガラス１１、シャドウマスク
１２）の変位を検出する組込型検出ヘッド５０と、この
組込型検出ヘッド５０をそのアーム先端に回動自在に装
着してなるロボットアーム１５とから構成されている。

【００７１】このようにロボットアーム１５の先端に、
ワーク１０の変位を検出する組込型検出ヘッド５０を回
動自在に装着しているので、アーム１５の位置、姿勢を
変化させるとともに、アーム１５に対する組込型検出ヘ
ッド５０の回動位置、姿勢を変化させることによって、
ワーク１０表面に対して共焦点光学系１の光軸Ｃが直角
となるように位置決めすることができるとともに、ワー
ク１０のガラス上面１１ａから対物レンズ６先端までの
距離を、計測可能な距離まで位置決めすることができ
る。

【００７２】共焦点光学系１が組み込まれた組込型検出
ヘッド５０は、共焦点光学系１を内蔵した筐体１ａと、
この筐体１ａが内挿され、この筐体１ａを長手方向（共
焦点光学系１の光軸方向Ｃ）に移動自在に支持するハウ
ジング１４と、このハウジング１４の外側に装着され、
後述するドライバ１６から出力される駆動信号Ｓ4によ
って駆動されるモータ１７と、このモータ１７によって
回動されるとともに、上記筐体１ａに螺合されている送
りネジ２０（ボールネジ）と、ボールネジ機構による筐
体１ａの移動に抗した反力を当該筐体１ａに付与するよ
うにハウジング１４内側壁と筐体１ａ外側壁との間に介
在されてなるスプリング２４と、ハウジング１４に対す
る筐体１ａの相対移動距離を示す変位パルス信号Ｓ2を
出力する光学式変位計２２と、ハウジング１４の長手方
向に沿って２箇所に配設され、筐体１ａが移動され得る
移動区間の各端点の位置を検出し、これら各端点位置を
示す位置信号Ｓ3を出力する位置検出センサ２３（２３
ａ、２３ｂ）とから構成されている。

【００７３】なお、本実施形態では、筐体１ａを移動さ
せるアクチュエータとしてモータ１７を使用している
が、エア源１９からのエアによって作動するエアシリン
ダ１８を筐体１ａを移動させるアクチュエータとして使
用する実施も可能である。すなわち、エアシリンダ１８
のロッドを筐体１ａに接続することによって筐体１ａを
移動させることができる。

【００７４】本実施形態の変位計測装置８０では、位置
信号Ｓ3に基づいて、筐体１ａを上記移動区間２３ａ〜
２３ｂの間で一方向（図３において筐体１ａを下降させ
る方向）に移動させるよう制御する。変位計測装置８０
の詳細については、図５にて後述する。

【００７５】すなわち、ドライバ１６から駆動信号Ｓ4
がモータ１７に対して加えられることによって、送りネ
ジ２０が回転され、これによって筐体１ａがハウジング
１４に対して相対的に移動され、筐体１ａが下降され
る。すると、この筐体１ａの内部には、対物レンズ６が
固定配設されているので、筐体１ａの下降移動に伴い、
対物レンズ６の焦点が光軸方向Ｃに沿って下降移動さ
れ、対物レンズ６の焦点が、ガラス上面１１ａ、ガラス
下面１１ｂ、シャドウマスク上面１２ａに順次、位置決
めされる。

【００７６】ハウジング１４に対する筐体１ａの相対移
動位置は、光学式変位計２２により変位パルス信号Ｓ2
として検出される。つまり、筐体１ａに付設された筐体
移動位置検出センサである光学式変位計２２によって、
筐体１ａの光軸方向Ｃにおける移動位置が検出されるこ
とによって対物レンズ６の移動位置（対物レンズ６の焦
点位置）が検出され、これによってワーク１０の変位が
検出される。すなわち、変位計測装置８０では、位置信
号Ｓ3と、変位パルス信号Ｓ2と、受光素子８の受光信号
Ｓ1とを突き合わせることによって、受光信号Ｓ1のピー
ク値がガラス上面１１ａ、ガラス下面１１ｂ、シャドウ
マスク上面１２ａをいずれを示しているかを判定し、こ
れらピークの間に存在する変位パルス信号Ｓ2のパルス
数をカウントすることによって、ガラス上面１１ａ、ガ
ラス下面１１ｂ間の変位（ガラス１１の厚さ）、ガラス
下面１１ｂ、シャドウマスク上面１２ａ間の変位（Ｑ
値）を計測する（図６参照）。

【００７７】このように、従来技術にあっては、対物レ
ンズ６自体を上下動させるには計測精度上、限度があ
り、ある一定距離以上を動かすことができなかったが、
本実施形態によれば、対物レンズ６を内部に固定した筐
体１ａを移動させることによって、レンズ６を幅広く移
動させることが可能となる。

【００７８】この結果、対物レンズ６の焦点を光軸方向
Ｃに幅広く移動させることが可能となり、計測範囲が幅
広いガラス１１の厚さ（１０〜１５ｍｍ）、計測範囲が
幅広いＱ値（４〜２０ｍｍ）を計測することが可能とな
る。

【００７９】また、光学式変位計２２によって、対物レ
ンズ６の移動位置Ｓ2を、この対物レンズ６とともに移
動する筐体１ａの移動位置として直接検出するようにし
たので、対物レンズ６（筐体１ａ）の駆動系のバックラ
ッシュの影響による誤差を生じることなく、また対物レ
ンズ６（筐体１ａ）の移動速度の影響による誤差を生じ
ることなく、精度よく検出することが可能となり、共焦
点光学系による変位計測装置の計測精度を飛躍的に向上
させることができる。

【００８０】なお、上記スプリング２４は、ボールネジ
機構による筐体１ａの移動をスムーズに行うために設け
られている。

【００８１】本実施形態において、光ファイバ５を、図
１に示す実施形態と同様に光軸方向Ｃに調整自在とする
実施も可能であり、また、対物レンズ６の移動は、専ら
筐体１ａの移動により行うものとして光ファイバ５を固
定する実施も可能である。

【００８２】・第３の実施形態本実施形態の構成は、図４に示される。

【００８３】本実施形態は、上記第２の実施形態のよう
に、組込型検出ヘッド５０内に共焦点光学系１全体を組
み込むのではなくて、ポータブル型検出ヘッド６０内
に、共焦点光学系１のうち、光ファイバ５´の端部と、
対物レンズ６を組み入れるようにするとともに、このポ
ータブル検出ヘッド６０とは別体に、光ファイバ５´の
反対側の端部と、光源２と、レンズ３と、ハーフミラー
４と、レンズ７と、受光素子８とからなる投受光ユニッ
ト７０を設け、これらポータブル型検出ヘッド６０と投
受光ユニット７０との間を、光ファイバ５´によって接
続するように構成した点を主な特徴としている。

【００８４】この光ファイバ５´は、柔軟に撓るものを
用いることが望ましい。

【００８５】本実施形態によれば、ポータブル型検出ヘ
ッド６０を、投受光ユニット７０と分離するようにし
て、第２の実施形態の組込型検出ヘッド５０と比較して
少ない部品点数で重量を軽減でき、小型化することがで
きるので、上記光ファイバ５´の可撓性と相まって、ポ
ータブル型検出ヘッド６０が携行自在となり手動にて容
易に操作することが可能となる。すなわち、このポータ
ブル型検出ヘッド６０は、オペレータが携行して手動に
てワーク１０の変位の計測を行う場合に適用して好適で
ある。

【００８６】本実施形態装置は、筐体１ａがハウジング
１４に対して相対的に移動することによって、対物レン
ズ６の焦点位置を検出するようにした点は、上述した第
２の実施形態装置と共通している。以下、第２の実施形
態装置と異なる点について説明する。

【００８７】この実施形態では、ハウジング１４内の部
品点数が少なくなって空間に余裕があるので、筐体１ａ
の移動位置（変位）Ｓ2を検出する光学式変位計２２
を、ハウジング１４内に配設するようにしている。

【００８８】また、本実施形態の主な用途は、ポータブ
ル型検出ヘッド６０を携行して手動にて変位計測を行う
場合であるので、筐体１ａを移動させるアクチュエータ
を設けることなく、リリースレバー２７の押動操作によ
り筐体１ａを移動させる機構を採用している。

【００８９】すなわち、筐体１ａには、リリースレバー
２７による支持力に対向する反力が付与されるように、
スプリング２４がハウジング１４内壁と筐体１ａ外壁と
の間に介在されている。

【００９０】リリースレバー２７による支持力を解除す
るように、リリースレバー２７が押動操作されると、ス
プリング２４による反力によって、筐体１ａが動かさ
れ、本実施形態の場合、筐体１ａは下降移動される。な
お、リリースレバー２７を押動操作することによって、
筐体１ａを上昇移動させるように構成することもでき
る。

【００９１】ガイド２５は、ワーク１０のガラス上面１
１ａから対物レンズ６先端までの距離を調整できるよう
伸縮自在にハウジング１４に配設されている。このガイ
ド２５の先端には、ガラス１１の面の保護と検出時のヘ
ッド６０のワーク１２に対するずれを防止するために、
ガラス上面１１ａに当接され得るクッション２６が装着
されている。

【００９２】本実施形態の装置では、リリースレバー２
７が押動操作されることによって、筐体１ａがハウジン
グ１４に対して相対的に移動され、筐体１ａが下降され
る。すると、この筐体１ａの内部には、対物レンズ６が
固定配設されているので、筐体１ａの下降移動に伴い、
対物レンズ６の焦点が光軸方向Ｃに沿って下降移動さ
れ、対物レンズ６の焦点が、ガラス上面１１ａ、ガラス
下面１１ｂ、シャドウマスク上面１２ａに順次、位置決
めされる。

【００９３】ハウジング１４に対する筐体１ａの相対移
動位置は、光学式変位計２２により変位パルス信号Ｓ2
として検出される。つまり、筐体１ａに付設された筐体
移動位置検出センサである光学式変位計２２によって、
筐体１ａの光軸方向Ｃにおける移動位置が検出されるこ
とによって対物レンズ６の移動位置（対物レンズ６の焦
点位置）が検出され、これによってワーク１０の変位Ｓ
2が検出される。すなわち、変位計測装置８０では、位
置信号Ｓ3と、変位パルス信号Ｓ2と、受光素子８の受光
信号Ｓ1とを突き合わせることによって、受光信号Ｓ1の
ピーク値がガラス上面１１ａ、ガラス下面１１ｂ、シャ
ドウマスク上面１２ａをいずれを示しているかを判定
し、これらピークの間に存在する変位パルス信号Ｓ2の
パルス数をカウントすることによって、ガラス上面１１
ａ、ガラス下面１１ｂ間の変位（ガラス１１の厚さ）、
ガラス下面１１ｂ、シャドウマスク上面１２ａ間の変位
（Ｑ値）を計測する（図６参照）。

【００９４】この結果、本実施形態によれば、第２の実
施形態と同様に、対物レンズ６の焦点を光軸方向Ｃに幅
広く移動させることが可能となり、計測範囲が幅広いガ
ラス１１の厚さ（１０〜１５ｍｍ）、計測範囲が幅広い
Ｑ値（４〜２０ｍｍ）を計測することが可能となる。

【００９５】また、本実施形態によれば、第２の実施形
態と同様に、光学式変位計２２によって、対物レンズ６
の移動位置Ｓ2を、この対物レンズ６とともに移動する
筐体１ａの移動位置として直接検出するようにしたの
で、対物レンズ６（筐体１ａ）の駆動系のバックラッシ
ュの影響による誤差を生じることなく、また対物レンズ
６（筐体１ａ）の移動速度の影響による誤差を生じるこ
となく、精度よく検出することが可能となり、共焦点光
学系による変位計測装置の計測精度を飛躍的に向上させ
ることができる。

【００９６】本実施形態において、光ファイバ５´を、
図１に示す実施形態と同様に光軸方向Ｃに調整自在とす
る実施も可能であり、また、対物レンズ６の移動は、専
ら筐体１ａの移動により行うものとして光ファイバ５´
を筐体１ａに対して固定する実施も可能である。

【００９７】・第４の実施形態本実施形態の構成は、図５に示される。

【００９８】本実施形態は、図３に示される組込型検出
ヘッド５０、図４に示されるポータブル型検出ヘッド６
０のいずれかを状況に応じて選択できることを特徴とし
ている。組込型検出ヘッド５０、ポータブル型検出ヘッ
ド６０自体の構成については既に説明したので、変位計
測装置８０で行われる処理を中心に説明する。

【００９９】この変位計測装置８０は、大きくは、受光
信号Ｓ1、位置信号Ｓ3を入力して信号処理を行う信号処
理部３０と、この信号処理部３０で信号処理された受光
信号Ｓ1、位置信号Ｓ3と、変位パルス信号Ｓ2とを入力
して、主としてワーク１０のＱ値を計測するとともに、
ドライバ１６に駆動指令を送出するデータ処理部４０と
から構成されている。

【０１００】ワーク用機構コントローラ４６は、検出ヘ
ッドとして組込型検出ヘッド５０が選択された場合に、
ワーク１０が載置されたテーブルを２次元平面内におい
て移動させるＸ−Ｙ駆動機構（Ｘ−Ｙステージ）を駆動
制御するコントローラであり、これによってワーク１０
の各ポイント毎にＱ値を計測することができる。

【０１０１】なお、２種類の検出ヘッドを選択する場合
を想定しているが、検出ヘッドとして、組込型検出ヘッ
ド５０のみ、ポータブル型検出ヘッド６０のみを使用す
る実施も可能である。ポータブル型検出ヘッド６０のみ
を使用する場合には、上記ワーク用機構コントローラ４
６の配設を省略することができる。

【０１０２】光源電源２１は、光源２に所定の電圧を印
加して光源２を発光させるための電源である。

【０１０３】信号処理部３０は、受光素子８から出力さ
れる受光信号Ｓ1を入力して、ノイズ除去、電圧レベル
合わせ等の処理を行うアンプ３１と、位置検出センサ２
３（２３ａ、２３ｂ）から出力される位置信号Ｓ3を入
力して、信号を整形処理する整形回路３２と、アンプ３
１から出力される受光信号Ｓ1を入力するとともに、整
形回路３２から出力される位置信号Ｓ3を入力して、ア
ナログ/ディジタル変換処理を行い、ピーク検出を行う
ピーク検出・Ａ/Ｄ変換回路３３とから構成されてい
る。

【０１０４】データ処理部４０は、光学式変位計２２か
ら出力される変位信号Ｓ2、整形回路３２から出力され
る位置信号Ｓ3を入力して、後述する変位信号Ｓ2のパル
スを計数する処理を行うカウンタボード４１と、ピーク
検出・Ａ/Ｄ変換回路３３から出力される受光信号Ｓ1、
位置信号Ｓ3のピーク値を入力して、これに基づきドラ
イバ１６に対して制御指令を出力するＰＩＯ（並列入出
力コントローラ）４２と、カウンタボード４１の計数結
果と、ＰＩＯ４２を介して入力される受光信号Ｓ1、位
置信号Ｓ3のピーク値とに基づいて、ワーク１０のＱ値
等を計測するデータ処理コントローラ４３と、このデー
タ処理コントローラ４３のデータ処理結果を表示画面に
表示する表示器４４と、データ処理コントローラ４３の
データ処理結果をプリントアウトするプリンタ４５とか
ら構成されている。

【０１０５】以下、この変位計測装置８０で行われる処
理について説明する。

【０１０６】・検出ヘッドとして組込型検出ヘッド５０
が選択された場合データ処理部４０のＰＩＯ４２では、入力された位置信
号Ｓ3に基づいて、筐体１ａが位置検出センサ２３ａ、
２３ｂ間の区間である移動区間を連続して往復するよう
に、ドライバ１６に駆動指令を出力する。

【０１０７】この結果、ドライバ１６から駆動信号Ｓ4
がモータ１７に対して加えられ、これにより送りネジ２
０が回転され、これによって筐体１ａがハウジング１４
に対して相対的に移動され、筐体１ａが下降または上昇
される。あるいは、ドライバ１６から駆動信号Ｓ´4が
エア圧回路のバルブ２８に対して加えられることによっ
て、エア源１９からのエアがバルブ２８を介してエアシ
リンダ１８に供給され、エアシリンダ１８のロッドが伸
張ないしは縮退することによって筐体１ａが下降または
上昇される。

【０１０８】このようにして、筐体１ａは、ＰＩＯ４２
から出力される駆動指令に基づき、移動区間２３ａ〜２
３ｂを自動的に下降または上昇される。

【０１０９】・検出ヘッドとしてポータブル型検出ヘッ
ド６０が選択された場合この場合は、オペレータがポータブル型検出ヘッド６０
のリリースレバー２７を手動操作することによって、筐
体１ａを移動区間２３ａ〜２３ｂの間で往復させる。筐
体１ａが移動区間２３ａ〜２３ｂの端点２３ａ、２３ｂ
に達したことは、表示器４４で視認することができる。

【０１１０】つぎに、データ処理コントローラ４３で行
われる計測処理の内容について図６に示すタイミングチ
ャートを参照して説明する。

【０１１１】筐体１ａが移動区間上端２３ａから下端２
３ｂに向けて下降移動すると、対物レンズ６の焦点が、
ガラス上面１１ａ、ガラス下面１１ｂ、シャドウマスク
上面１２ａに順次、位置決めされていくので、これらガ
ラス上面１１ａ、ガラス下面１１ｂ、シャドウマスク上
面１２ａを示す受光信号Ｓ1のピークが順次、入力され
る。同様に、筐体１ａが移動区間下端２３ｂから上端２
３ａに向けて上昇移動すると、対物レンズ６の焦点が、
シャドウマスク上面１２ａ、ガラス下面１１ｂ、ガラス
上面１１ａに順次、位置決めされていくので、これらシ
ャドウマスク上面１２ａ、ガラス下面１１ｂ、ガラス上
面１１ａを示す受光信号Ｓ1のピークが順次、入力され
る。

【０１１２】こうして、位置信号Ｓ3と、変位パルス信
号Ｓ2と、受光信号Ｓ1とを突き合わせることによって、
順次入力される受光信号Ｓ1の各ピークがガラス上面１
１ａ、ガラス下面１１ｂ、シャドウマスク上面１２ａを
いずれを示しているかを判定することができる。

【０１１３】ここで、筐体１ａが移動区間上端２３ａか
ら下端２３ｂに向けて下降移動する場合に、これら移動
区間を測定範囲としてＱ値を計測する場合を想定する
と、ガラス下面１１ｂ、シャドウマスク上面１２ａを示
す受光信号Ｓ1の各ピークの間に存在する変位信号Ｓ2の
パルス数をカウントすることによって、ガラス下面１１
ｂ、シャドウマスク上面１２ａ間の変位であるＱ値が計
測される。また、ガラス上面１１ａ、ガラス下面１１ｂ
を示す受光信号Ｓ1の各ピークの間に存在する変位信号
Ｓ2のパルス数をカウントすることによって、ガラス上
面１１ａ、ガラス下面１１ｂ間の変位であるガラス１１
の厚さが計測される。

【０１１４】また、位置検出センサ２３ａの初期設定位
置は予めわかっているので、この位置検出センサ２３ａ
（移動区間上端点）を示す位置信号Ｓ3のピークと、ガ
ラス上面１１ａを示す受光信号Ｓ1のピークとの間に存
在する変位信号Ｓ2のパルス数をカウントすることによ
って、ガラス上面１１ａの位置（高さ）が計測される。
同様にして、位置検出センサ２３ａ（移動区間上端点）
を示す位置信号Ｓ3のピークと、ガラス下面１１ｂを示
す受光信号Ｓ1のピークとの間に存在する変位信号Ｓ2の
パルス数をカウントすることによって、ガラス下面１１
ｂの位置（高さ）が計測される。同様にして、位置検出
センサ２３ａ（移動区間上端点）を示す位置信号Ｓ3の
ピークと、シャドウマスク上面１２ａを示す受光信号Ｓ
1のピークとの間に存在する変位信号Ｓ2のパルス数をカ
ウントすることによって、シャドウマスク上面１２ａの
位置（高さ）が計測される。

【０１１５】以上のように、本実施形態によれば、２つ
の計測対象物体表面の位置を測定する場合（たとえば、
Ｑ値を計測するためにガラス下面１１ｂとシャドウマス
ク上面１２ａの位置をそれぞれ測定する場合）に、対物
レンズ６を移動区間内において一方向（たとえば対物レ
ンズ６（筐体１ａ）を下降させる方向）に移動させるこ
とによって、それら位置を測定することができ、従来の
ようにレンズを一旦停止させてから逆転させる必要はな
くなる。このため、測定作業が短時間で済むとともに、
対物レンズ６（筐体１ａ）の駆動系のバックラッシュの
影響による誤差を対物レンズ６の検出位置から取り除く
ことができる。

【０１１６】なお、本実施形態では、計測対象物体であ
るワークとしてガラスおよびシャドウマスクを想定して
いるが、これに限定されることなく本発明の計測対象物
体としては任意である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る共焦点光学系による変位計
測装置の第１の実施形態の構成を示す図である。

【図２】図２は本発明に係る共焦点光学系による変位計
測装置の第１の実施形態の変形例を示す図である。

【図３】図３は本発明に係る共焦点光学系による変位計
測装置の第２の実施形態の構成を示す図である。

【図４】図４は本発明に係る共焦点光学系による変位計
測装置の第３の実施形態の構成を示す図である。

【図５】図５は本発明に係る共焦点光学系による変位計
測装置の第４の実施形態の構成を示す図である。

【図６】図６は図５に示す実施形態における計測処理を
説明するために用いたタイミングチャートである。

【符号の説明】

１光ファイバ共焦点光学系１ａ筐体５光ファイバ６対物レンズ１１ガラス１２シャドウマスク１４ハウジング１７モータ１８エアシリンダ２７リリースレバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レンズを光軸方向に沿って移動させ
ることにより該レンズの焦点を計測対象物体表面に位置
決めし、この計測対象物体表面からの反射光を光検出器
で検出するようにした共焦点光学系と、前記光検出器の
検出信号と前記レンズの移動位置を示すレンズ移動位置
信号とに基づいて前記計測対象物体の前記光軸方向にお
ける変位を計測する変位計測装置とを具えた共焦点光学
系による変位計測装置において、前記共焦点光学系の光源と前記レンズとの間に、前記光
源からの光を案内し、該光を光出射口から前記レンズに
導くとともに、前記光出射口の光軸方向における位置が
調整自在の光ファイバ、を設けたことを特徴とする共焦点光学系による変位計測
装置。
【請求項２】レンズを光軸方向に沿って移動させ
ることにより該レンズの焦点を計測対象物体表面に位置
決めし、この計測対象物体表面からの反射光を光検出器
で検出するようにした共焦点光学系と、前記光検出器の
検出信号と前記レンズの移動位置を示すレンズ移動位置
信号とに基づいて前記計測対象物体の変位を計測する変
位計測装置とを具えた共焦点光学系による変位計測装置
において、前記レンズを内部に固定した筐体を設け、この筐体を前
記光軸方向に沿って移動させることにより前記レンズの
焦点を前記計測対象物体に位置決めするようにした、共焦点光学系による変位計測装置。
【請求項３】レンズを光軸方向に沿って移動させ
ることにより該レンズの焦点を計測対象物体表面に位置
決めし、この計測対象物体表面からの反射光を光検出器
で検出するようにした共焦点光学系と、前記光検出器の
検出信号と前記レンズの移動位置を示すレンズ移動位置
信号とに基づいて前記計測対象物体の前記光軸方向にお
ける変位を計測する変位計測装置とを具えた共焦点光学
系による変位計測装置において、前記共焦点光学系の光源と前記レンズとの間に、前記光
源からの光を案内し、該光を光出射口から前記レンズに
導くとともに、前記光出射口の光軸方向における位置が
調整自在の光ファイバ、を設け、さらに、前記レンズを内部に固定した筐体を設け、この筐体を前
記光軸方向に沿って移動させることにより前記レンズの
焦点を前記計測対象物体に位置決めするようにした、共焦点光学系による変位計測装置。
【請求項４】前記筐体とは別体に、前記光源と前
記光検出器を内部に配設した投受光ユニットを設け、こ
れら筐体と投受光ユニットとの間を、前記光ファイバに
よって接続した請求項３記載の共焦点光学系による変位
計測装置。
【請求項５】レンズを光軸方向に沿って移動させ
ることにより該レンズの焦点を、その表面に所定の大き
さの穴が開いている計測対象物体表面に位置決めし、こ
の計測対象物体表面からの反射光を光検出器で検出する
ようにした共焦点光学系と、前記光検出器の検出信号と
前記レンズの移動位置を示すレンズ移動位置信号とに基
づいて前記計測対象物体の変位を計測する変位計測装置
とを具えた共焦点光学系による変位計測装置において、前記共焦点光学系の光源と前記レンズとの間に、前記光
源からの光を案内し、該光を光出射口から前記レンズに
導く光ファイバ、を設け、さらに、前記計測対象物体表面の焦点位置における集光スポット
径の大きさが、前記計測対象物体表面における穴の大き
さよりも大きくなるように、前記光ファイバの光出射口
の大きさを設定するようにした、共焦点光学系による変位計測装置。
【請求項６】レンズを光軸方向に沿って移動させる
ことにより該レンズの焦点を、その表面に所定の大きさ
の穴が開いている計測対象物体表面に位置決めし、この
計測対象物体表面からの反射光を光検出器で検出するよ
うにした共焦点光学系と、前記光検出器の検出信号と前
記レンズの移動位置を示すレンズ移動位置信号とに基づ
いて前記計測対象物体の変位を計測する変位計測装置と
を具えた共焦点光学系による変位計測装置において、前記レンズを、前記計測対象物体表面の焦点位置における線状の光の長
さが、前記計測対象物体表面における穴の径よりも大き
いシリンドリカルレンズとしたことを特徴とする共焦点
光学系による変位計測装置。
【請求項７】レンズを光軸方向に沿って移動させ
ることにより該レンズの焦点を計測対象物体表面に位置
決めし、この計測対象物体表面からの反射光を光検出器
で検出するようにした共焦点光学系と、前記光検出器の
検出信号と前記レンズの移動位置を示すレンズ移動位置
信号とに基づいて前記計測対象物体の変位を計測する変
位計測装置とを具えた共焦点光学系による変位計測装置
において、前記レンズを内部に固定した筐体を設け、この筐体を前
記光軸方向に沿って移動させることにより前記レンズの
焦点を前記計測対象物体に位置決めするようにし、さら
に、前記レンズの移動位置を検出するセンサとして、前記筐
体の前記光軸方向における移動位置を検出する筐体移動
位置検出センサ、を設けるようにした共焦点光学系による変位計測装置。
【請求項８】レンズを光軸方向に沿って移動させ
ることにより該レンズの焦点を、少なくとも２つの計測
対象物体表面にそれぞれ、位置決めし、これら計測対象
物体表面からの反射光を光検出器で検出するようにした
共焦点光学系と、前記光検出器の検出信号と前記レンズ
の移動位置を示すレンズ移動位置信号とに基づいて前記
計測対象物体の変位を計測する変位計測装置とを具えた
共焦点光学系による変位計測装置において、前記レンズを内部に固定した筐体と、前記筐体を前記光軸方向に沿って移動させることにより
前記レンズの焦点を前記計測対象物体に位置決めする筐
体駆動手段と、前記筐体の前記光軸方向における移動位置を検出するこ
とによって、前記レンズの移動位置を検出する筐体移動
位置検出センサと、前記レンズの焦点が、少なくとも２つの計測対象物体表
面においてそれぞれ位置決めされる、前記筐体の移動区
間を設定し、この移動区間を前記筐体が一方向に移動す
るように、前記筐体駆動手段を制御する駆動制御手段と
を具えた共焦点光学系による変位計測装置。
【請求項９】前記駆動制御手段は、前記移動区間
を前記筐体が連続して往復するように制御するものであ
る請求項８記載の共焦点光学系による変位計測装置。
【請求項１０】前記少なくとも２つの計測対象物体
表面は、ガラス下面とシャドウマスク表面のことであ
り、前記共焦点光学系による変位計測装置は、これらガ
ラス下面とシャドウマスク表面の前記光軸方向における
位置を計測することによってＱ値を計測する装置である
請求項８記載の共焦点光学系による変位計測装置。