KR101750188B1 - 공초점 계측 장치 - Google Patents

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KR101750188B1
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Abstract

본 발명은 공초점 광학계를 이용하여 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측하는 공초점 계측 장치(100)이다. 공초점 계측 장치(100)는 광원(21)과, 헤드부(10)와, 분광기(23)와, 촬상 소자(24)를 구비하고 있다. 공초점 계측 장치(100)는 복수의 헤드부(10)로, 축상 색수차를 발생시킨 광을 계측 대상물(200)에 조사함과 함께, 계측 대상물(200)에 있어서 포커싱되는 광을 통과시키고, 분기 광파이버 및 광파이버(11)로 복수의 헤드부(10)를 통과한 광을 1개의 분광기(23)에 입광시킨다. 또한, 공초점 계측 장치(100)는 분광한 광을, 분광부에 의한 분광 방향으로 1차원으로 배열된 촬상 소자(24)에 의해 수광하여, 제어 회로부(25)에서, 촬상 소자(24)가 수광한 광으로부터 복수의 헤드부(10)마다 대응한 피크 파장을 구한다.

Description

공초점 계측 장치 {CONFOCAL MEASUREMENT DEVICE}
본 발명은 비접촉으로 계측 대상물의 변위를 다점 계측하는 계측 장치이며, 공초점 광학계를 이용하여 계측 대상물의 변위를 다점 계측하는 공초점 계측 장치에 관한 것이다.
비접촉으로 계측 대상물의 변위를 다점 계측하는 계측 장치 중, 공초점 광학계를 이용하여 계측 대상물의 변위를 다점 계측하는 공초점 계측 장치가 일본 특허 공개 제2011-017552호 공보(특허문헌 1)에 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시되어 있는 공초점 계측 장치는, 복수의 프로브와, 1개의 검출부와, 1개의 모니터로 구성되어 있다. 프로브는 광파이버와 색수차를 갖는 렌즈로 구성되어 있다. 프로브로부터의 검지 광이, 지면의 수직 방향으로 1열로 정렬된 광파이버로부터 출사된다. 이 검지 광은 콜리메이트 렌즈에 의해 평행광화되고, 회절격자에 의해 분광되고, 집광 렌즈에 의해 2차원 촬상 소자 면 상에 복수 집광된다.
회절격자에 의해 색에 따른 각도로 변환되므로 2차원 촬상 소자 면 상의 집광 위치는 색에 따라 위치가 바뀌게 된다. 따라서 각 프로브의 검지한 변위에 따라서 모니터 상의 광점의 상하 높이가 바뀌게 되고, 계측 대상물의 변위를 다점 계측할 수 있다.
또한, 공초점 광학계를 이용하여 계측 대상물의 변위를 다점 계측하는 별도의 공초점 계측 장치가 일본 특허 공개 제2012-047743호 공보(특허문헌 2)에 개시되어 있다. 특허문헌 2에 개시되어 있는 공초점 계측 장치는, 광학 펜과 전자 기기 부분을 포함하고 있다. 광학 펜은, 광파이버 커넥터와, 하우징과, 광학계 부분을 포함하고 있다. 광파이버 커넥터는, 하우징의 단부에 설치되어 있고, 광파이버 커넥터는, 입출력 광파이버를 덮는 광파이버 케이블을 통하여, 그 입출력 광파이버를 수용하고 있다. 입출력 광파이버는, 파이버 개구부(공초점 개구부)를 통하여 광원 광을 출사함과 함께, 파이버 개구부를 통하여 측정 신호의 반사광을 수광한다.
또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 공초점 계측 장치에는, 2광속 어셈블리가 설치되어 있다. 2광속 어셈블리는, 제1 측정 광속을 제1 측정 축을 따라 출사하고, 제2 측정 광속을 제2 측정 축을 따라 출사할 수 있다. 그로 인해, 특허문헌 2에 개시되어 있는 공초점 계측 장치는, 제1 측정 광속에 의해 계측 대상물의 변위를 계측할 수 있음과 함께, 제2 측정 광속에 의해 계측 대상물의 변위도 계측할 수 있다.
2광속 어셈블리는, 광학 펜의 광원 광속의 광로에 제1 반사 요소가 배치되고, 이 제1 반사 요소가, 광원 광속을 2개의 제1 측정 광속과 제2 측정 광속으로 효과적으로 분할하고 있다. 즉, 제1 반사 요소는, 광학 펜의 광원 광속을 분할하는 빔 스플리터이다. 그로 인해, 특허문헌 2에 개시되어 있는 공초점 계측 장치는, 빔 스플리터를 사용함으로써, 계측 대상물의 변위를 다점 계측할 수 있는 구성으로 되어 있다.
일본 특허 공개 제2011-017552호 공보 일본 특허 공개 제2012-047743호 공보
그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 공초점 계측 장치는, 계측 대상물의 변위를 다점 계측하기 위해, 수광부에 2차원 촬상 소자를 사용해야만 한다. 2차원 촬상 소자는, 1차원 촬상 소자에 비해 고가이며, 2차원 촬상 소자를 채용한 공초점 계측 장치의 제조 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 2차원 촬상 소자는, 1차원 촬상 소자에 비해 측정점이 많아 측정 신호를 취득하기 위한 처리가 느려진다. 그로 인해, 2차원 촬상 소자를 채용한 공초점 계측 장치는, 계측 대상물의 변위를 고속으로 다점 계측하는 것이 어렵다. 또한, 2차원 촬상 소자는, 1차원 촬상 소자에 비해 구성 사이즈가 커서, 2차원 촬상 소자를 채용한 공초점 계측 장치의 장치 사이즈가 커진다고 하는 문제가 있었다.
한편, 특허문헌 2에 개시되어 있는 공초점 계측 장치는, 계측 대상물의 변위를 다점 계측하기 위해, 빔 스플리터를 포함하는 2광속 어셈블리를 사용하고 있다. 이 2광속 어셈블리는, 광원으로부터의 광속을 빔 스플리터에서 단순히 2개로 분할하고 있을 뿐이므로, 제1 측정 광속에 의한 제1 측정 신호와 제2 측정 광속에 의한 제2 측정 신호를 분리하는 것이 어려워, 제1 측정 신호와 제2 측정 신호가 분리될 수 있도록, 계측 대상물의 변위를 계측할 때마다, 광학 소자의 위치를 조정할 필요가 있었다.
또한, 광원으로부터의 광속을 빔 스플리터에서 단순히 2개로 분할하고 있을 뿐이므로, 2광속 어셈블리는, 제1 측정 광속 및 제2 측정 광속의 광의 강도(광량)가 광원의 광의 강도의 약 절반으로 된다. 그로 인해, 특허문헌 2에 개시되어 있는 공초점 계측 장치는, 제1 측정 신호 및 제2 측정 신호의 S/N비가 저하되고, 계측 정밀도를 유지하는 것이 어렵다. 또한, 계측 시간을 오래 함으로써 S/N비를 개선할 수 있지만, 계측 대상물의 변위를 고속으로 다점 계측하는 것이 어려워진다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 특히 고속으로 계측하는 것이 가능하고, 장치 사이즈를 작게 하는 것이 가능한, 계측 대상물의 변위를 다점 계측하는 공초점 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 공초점 계측 장치는, 복수의 파장의 광을 출사하는 광원과, 광원으로부터 출사하는 광에 축상 색수차를 발생시키고, 상기 축상 색수차를 발생시킨 광을 계측 대상물에 조사함과 함께, 계측 대상물에 있어서 포커싱되는 광을 통과시키는 복수의 공초점 광학부와, 광을 파장마다 분광하는 1개의 분광부와, 복수의 공초점 광학부를 통과한 광을 분광부에 입광시키는 도광부와, 분광부에 의해 분광된 광을 수광하는 수광 소자를, 분광부에 의한 분광 방향으로 1차원으로 배열한 수광부와, 수광부가 수광한 광으로부터 복수의 공초점 광학부마다 대응한 피크 파장을 구하는 제어부를 구비한다.
또한, 본 발명의 공초점 계측 장치에서는, 바람직하게는 복수의 공초점 광학부는, 서로 다른 파장 대역을 투과 또는 차광하는 광학 부재를 포함하고, 공초점 광학부는, 광학 부재에 의해 투과 또는 차광된 광을 계측 대상물에 조사하고, 제어부는, 수광부 중 각 광학 부재를 투과 또는 차광하는 파장 대역에 대응하는 영역마다 피크 파장을 구한다.
또한, 본 발명의 공초점 계측 장치에서는, 바람직하게는 광학 부재는, 광원으로부터 공초점 광학부로 광이 입사하는 위치에 설치되어 있다.
또한, 본 발명의 공초점 계측 장치에서는, 바람직하게는 광원은, 복수의 공초점 광학부마다 설치되고, 각 광원은 서로 다른 파장 대역의 광을 출사하고, 제어부는, 수광부 중 각 광원이 출사하는 광의 파장 대역에 대응하는 영역마다 피크 파장을 구한다.
또한, 본 발명의 공초점 계측 장치에서는, 바람직하게는 광원은, 복수의 공초점 광학부마다 설치되고, 제어부는, 광원이 순차 발광하도록 각 광원의 발광하는 타이밍을 제어하고, 또한 각 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 광원에 대응한 피크 파장을 구한다.
또한, 본 발명의 공초점 계측 장치에서는, 바람직하게는 광원은, 복수의 공초점 광학부마다 설치되고, 복수의 공초점 광학부는, 서로 다른 파장 대역을 투과 또는 차광하는 광학 부재를 각각 포함하고, 공초점 광학부는, 광학 부재에 의해 투과 또는 차광된 광을 계측 대상물에 조사하고, 제어부는, 광원이 순차 발광하도록 각 광원의 발광하는 타이밍을 제어하고, 또한 각 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 광원에 대응한 피크 파장을, 수광부 중 각 광학 부재를 투과 또는 차광하는 파장 대역에 대응하는 영역마다 구한다.
또한, 본 발명의 공초점 계측 장치에서는, 바람직하게는 수광부의 수광 소자는, 1차원으로 배열되는 방향의 길이보다도 1차원으로 배열되는 방향에 대해 직교하는 방향의 길이 쪽이 긴 형상이다.
또한, 본 발명의 공초점 계측 장치에서는, 바람직하게는 공초점 광학부는, 광원으로부터 출사하는 광에 축상 색수차를 발생시키는 회절 렌즈와, 회절 렌즈보다 계측 대상물측에 배치되고, 축상 색수차를 발생시킨 광을 계측 대상물에 집광하는 대물 렌즈와, 대물 렌즈에 의해 집광된 광 중, 계측 대상물에 있어서 포커싱되는 광을 통과시키는 핀 홀을 포함한다.
상기 구성에 의하면, 본 발명에 따른 공초점 계측 장치는, 복수의 공초점 광학부에서, 축상 색수차를 발생시킨 광을 계측 대상물에 조사함과 함께, 계측 대상물에 있어서 포커싱되는 광을 통과시키고, 도광부에서 복수의 공초점 광학부를 통과한 광을 1개의 분광부에 입광시킨다. 또한, 본 발명에 따른 공초점 계측 장치는, 분광된 광을, 분광부에 의한 분광 방향으로 1차원으로 배열한 수광부에서 수광하여, 제어부에서, 수광부가 수광한 광으로부터 복수의 공초점 광학부마다 대응한 피크 파장을 구한다. 그로 인해, 본 발명에 따른 공초점 계측 장치는, 수광 소자를 2차원으로 배열한 수광부가 필요하지 않고, 수광 소자를 1차원으로 배열한 수광부를 사용할 수 있어, 측정 신호를 취득하기 위한 처리가 빨라, 계측 대상물의 변위를 고속으로 다점 계측할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공초점 계측 장치는, 수광 소자를 1차원으로 배열한 수광부를 구비하므로, 수광 소자를 2차원으로 배열한 수광부를 구비하는 장치에 비해, 장치 사이즈를 작게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 분기 광파이버의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은 광학 필터의 투과율 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 촬상 소자의 채널 구성을 설명하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예 1에 관한 헤드부의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예 2에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예 3에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예 3에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 복수의 광파이버를 묶어 분광기에 입사한 광이, 촬상 소자에서 측정되는 상태를 도시한 모식도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시하는 공초점 계측 장치(100)는 복수의 헤드부(도 1의 경우에는 2개)의 공초점 광학계를 이용하여 계측 대상물(200)의 변위를 다점(도 1의 경우에는 2점) 계측하는 계측 장치이다. 공초점 계측 장치(100)에 의해 계측하는 계측 대상물(200)에는, 예를 들어 액정 표시 패널의 셀 갭 등이 있다.
공초점 계측 장치(100)는 공초점의 광학계를 갖는 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b), 광파이버(11)를 통해 광학적으로 접속된 컨트롤러부(20), 컨트롤러부(20)로부터 출력되는 신호를 표시하는 모니터부(30)를 구비하고 있다.
제1 헤드부(10a)는 계측 대상물(200)의 어느 위치에서의 변위를 계측하기 위한 헤드부이다. 제1 헤드부(10a)는 회절 렌즈(1), 회절 렌즈(1)보다 계측 대상물(200)측에 배치된 대물 렌즈(2), 광파이버(11)로부터 입사한 광의 어느 특정한 파장 대역을 투과하는 제1 광학 필터(3a), 제1 광학 필터(3a)를 투과한 광을 회절 렌즈(1)에 집광하는 집광 렌즈(4)를 구비하고 있다. 회절 렌즈(1)의 초점 거리는, 회절 렌즈로부터 대물 렌즈까지의 거리와, 대물 렌즈의 초점 거리의 차보다 크게 되어 있다.
여기서, 회절 렌즈(1)는 광원(예를 들어, 백색 광원)으로부터 출사하는 광에, 축상 색수차를 발생시키는 광학 소자이다. 회절 렌즈(1)는 렌즈의 표면에, 예를 들어 키노폼 형상 또는 바이너리 형상(스텝 형상, 계단 형상) 등의 미세한 기복 형상을 주기적으로 형성하거나, 광의 투과율을 주기적으로 변경하는 진폭형의 존 플레이트를 형성하고 있다. 또한, 회절 렌즈(1)의 구성은, 상기한 기재된 구성으로 한정되는 것은 아니다.
대물 렌즈(2)는 회절 렌즈(1)에서 색수차를 발생시킨 광을 계측 대상물(200)에 집광하는 광학 소자이며, 볼록 렌즈 등이 사용된다.
제1 광학 필터(3a)는 광파이버(11)로부터 입사한 광의 어느 특정한 파장 대역을 투과시키는 광학 소자이다. 이 제1 광학 필터(3a)는 광파이버(11)와 제1 헤드부(10a)를 접속하는 위치의 근방에 설치하고 있다. 도 1에 도시하는 제1 광학 필터(3a)는 제1 헤드부(10a)의 내부에서, 또한 광파이버(11)와 집광 렌즈(4) 사이의 위치에 설치하고 있다. 예를 들어, 제1 광학 필터(3a)는 광원에 백색 광원을 사용하는 경우, 광파이버(11)로부터 입사한 광의 파장(가시광 영역의 400㎚∼800㎚ 정도) 중 400㎚∼600㎚의 파장의 광을 투과시킨다. 구체적으로, 제1 광학 필터(3a)는 어떤 특정한 파장 대역을 투과시키는 다이크로익 필터 등이다.
집광 렌즈(4)는 제1 헤드부(10a)에 입사한 광을 회절 렌즈(1)에 효율적으로 통과시키기 위해, 입사한 광을 집광하는 광학 소자이며, 볼록 렌즈 등이 사용된다.
한편, 제2 헤드부(10b)는 계측 대상물(200)의 다른 위치에서의 변위를 계측하기 위한 헤드부이다. 제2 헤드부(10b)는 회절 렌즈(1), 회절 렌즈(1)보다 계측 대상물(200)측에 배치된 대물 렌즈(2), 광파이버(11)로부터 입사한 광의 어느 특정한 파장 대역을 투과하는 제2 광학 필터(3b), 제2 광학 필터(3b)를 투과한 광을 회절 렌즈(1)에 집광하는 집광 렌즈(4)를 구비하고 있다. 또한, 제2 헤드부(10b)는 제1 헤드부(10a)와 동일한 구성에 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 반복하지 않는다.
제2 광학 필터(3b)는 광파이버(11)로부터 입사한 광 중 제1 광학 필터(3a)와 다른 파장 대역을 투과시키는 광학 소자이다. 이 제2 광학 필터(3b)는 광파이버(11)와 제2 헤드부(10b)를 접속하는 위치의 근방에 설치하고 있다. 도 1에 도시하는 제2 광학 필터(3b)는 제2 헤드부(10b)의 내부이고, 또한 광파이버(11)와 집광 렌즈(4) 사이의 위치에 설치하고 있다. 예를 들어, 제2 광학 필터(3b)는 광원에 백색 광원을 사용하는 경우, 광파이버(11)로부터 입사한 광의 파장(가시광 영역의 400㎚∼800㎚ 정도) 중 600㎚∼800㎚의 파장의 광을 투과시킨다. 구체적으로, 제2 광학 필터(3b)는 제1 광학 필터(3a)와 다른 파장 대역을 투과시키는 다이크로익 필터 등이다.
여기서, 공초점 계측 장치(100)는 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)의 2개의 헤드부를 갖고 있지만, 이하의 설명에 있어서, 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)에 대해 공통으로 설명하는 경우, 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)를 헤드부(10)라고 총칭하여 기재하는 경우가 있다. 또한, 헤드부(10)는 광원으로부터 출사하는 광에 축상 색수차를 발생시킴과 함께, 계측 대상물(200)에 있어서 포커싱되는 광을 통과시키는 공초점 광학부이다.
광원으로부터 출사한 광은, 광파이버(11)를 통해 헤드부(10)에 유도되어 있다. 광파이버(11)는 헤드부(10)로부터 컨트롤러부(20)까지의 광로인 것과 함께, 핀 홀로서도 기능하고 있다. 즉, 대물 렌즈(2)에 의해 집광된 광 중, 계측 대상물(200)에서 포커싱되는 광이, 광파이버(11)의 개구부에서 포커싱되게 된다. 그로 인해, 광파이버(11)는 계측 대상물(200)에서 포커싱되지 않는 파장의 광을 차광하고, 계측 대상물(200)에서 포커싱되는 광을 통과시키는 핀 홀로서 기능하게 된다. 헤드부(10)로부터 컨트롤러부(20)까지의 광로에 광파이버(11)를 사용함으로써 핀 홀이 불필요하게 된다.
공초점 계측 장치(100)는 헤드부(10)로부터 컨트롤러부(20)까지의 광로에 광파이버(11)를 사용하지 않는 구성이어도 되지만, 상기 광로에 광파이버(11)를 사용함으로써 헤드부(10)를 컨트롤러부(20)에 대해 플렉시블하게 이동하는 것이 가능해진다. 또한, 공초점 계측 장치(100)는 헤드부(10)로부터 컨트롤러부(20)까지의 광로에 광파이버(11)를 사용하지 않는 구성의 경우, 핀 홀을 구비할 필요가 있지만, 광파이버(11)를 사용하는 구성의 경우, 공초점 계측 장치(100)는 핀 홀을 구비할 필요가 없다.
컨트롤러부(20)는 백색 광원인 백색 LED(Light Emitting Diode)(21), 분기 광파이버(22), 분광기(23), 촬상 소자(24), 제어 회로부(25)를 구비하고 있다. 백색 광원으로서 백색 LED(21)를 사용하고 있지만, 백색광을 출사할 수 있는 광원이라면 다른 광원이어도 된다. 또한, 광원으로서는, 백색광으로 한정되지 않고, 어느 정도의 파장 대역을 갖는 광원이라면 된다.
분기 광파이버(22)는 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)로부터 연장되는 2개의 광파이버(11)와 접속하는 측에 2개의 광파이버(22a, 22d)를 갖고, 반대측에 2개의 광파이버(22b, 22c)를 갖고 있다. 또한, 광파이버(22b)는 백색 LED(21)에, 광파이버(22c)는 분광기(23)에 각각 접속하고 있다. 분기 광파이버(22)는 2개의 광파이버를 접촉시킨 상태에서 가열하여 융착시키고, 또한 양쪽 광파이버를 가열한 상태에서 연신시킴으로써 제작된다. 도 2는 분기 광파이버(22)의 구성을 도시하는 개략도이다. 도 2에 도시하는 분기 결합부(22e)에 있어서, 광은 2개의 광로로 분기되거나, 또는 2개의 광로의 광이 1개로 결합된다. 그로 인해, 분기 광파이버(22)는 백색 LED(21)로부터 출사하는 광을 2개의 광파이버(11)에 유도함과 함께, 광파이버(11)를 통해 헤드부(10)로부터 복귀되는 광을 분광기(23)에 유도할 수 있다. 광파이버(11) 및 분기 광파이버(22)는 복수의 헤드부(10)를 통과한 광을 분광기(23)에 입광시키는 도광부이다.
분광기(23)는 헤드부(10)를 통과한 광을 파장마다 분광하는 분광부이다. 분광기(23)는 헤드부(10)로부터 복귀되는 광을 반사하여 평행광으로 하는 오목면 미러(23a), 오목면 미러(23a)에 의해 반사된 광이 입사하는 회절격자(23b), 회절격자(23b)로부터 출사하는 광을 집광하는 집광 렌즈(23c)를 갖고 있다. 분광기(23)는 헤드부(10)로부터 복귀되는 광을 파장마다 나눌 수 있으면, 체르니 터너형, 리트로우형 등의 어느 구성이어도 된다.
촬상 소자(24)는 분광기(23)로부터 출사하는 광의 강도를 측정하는 라인 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)나 라인 CCD(Charge Coupled Device)이다. 즉, 촬상 소자(24)는 분광기(23)에 의해 분광된 광을 수광하는 수광 소자를 1차원으로 배열한 수광부이다. 또한, 촬상 소자(24)는 광의 강도를 측정하는 것뿐이므로, 모노크롬의 라인 CMOS나 라인 CCD이다. 물론, 촬상 소자(24)는 광의 강도를 측정할 수 있으면, 컬러의 라인 CMOS나 라인 CCD이어도 된다.
제어 회로부(25)는 백색 LED(21)나 촬상 소자(24) 등의 동작을 제어하거나, 촬상 소자(24)의 출력 신호를 처리하는 전자 회로를 구비하는 제어부이다. 제어 회로부(25)는 촬상 소자(24)의 출력 신호인 광의 스펙트럼 파형으로부터 강도의 피크값을 구한다. 이에 의해, 계측 대상물(200)에 있어서 포커싱되어 있는 광의 파장(피크 파장)을 특정할 수 있다. 포커싱되는 광의 파장과 계측 대상물(200)의 변위의 관계를 미리 얻어 둠으로써, 계측 대상물(200)의 변위를 계측할 수 있다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 제어 회로부(25)에는, 백색 LED(21)나 촬상 소자(24) 등의 동작을 조정하기 위한 신호를 입력하는 입력 인터페이스, 촬상 소자(24)의 신호를 출력하는 출력 인터페이스 등을 갖고 있다.
모니터부(30)는 촬상 소자(24)가 출력한 신호를 표시한다. 예를 들어, 모니터부(30)는 헤드부(10)로부터 복귀되는 광의 스펙트럼 파형을 묘화하고, 제1 헤드부(10a)에서 계측한 계측 대상물의 변위가 0㎛이고, 제2 헤드부(10b)에서 계측한 계측 대상물의 변위가 123.45㎛인 것을 표시한다.
공초점 계측 장치(100)는 1개의 촬상 소자(24)이고, 제1 헤드부(10a)에서 계측 대상물(200)의 어느 위치에서의 변위를 계측함과 함께, 제2 헤드부(10b)에서 계측 대상물(200)의 다른 위치에서의 변위를 계측하기 때문에, 축상 색수차를 발생시키는 광의 파장이 헤드부(10)마다 파장 대역이 다르다. 즉, 제1 헤드부(10a)는 어떤 파장 대역의 광에 축상 색수차를 발생시키고, 제2 헤드부(10b)는 제1 헤드부(10a)와 다른 파장 대역의 광에 축상 색수차를 발생시키고 있다.
공초점 계측 장치(100)는 파장 대역을 분할하기 위해, 전술한 바와 같이 제1 헤드부(10a)에 제1 광학 필터(3a)를 설치하고, 제2 헤드부(10b)에 제2 광학 필터(3b)를 설치하고 있다. 구체적으로, 광원에 백색 광원을 사용하는 경우, 제1 광학 필터(3a) 및 제2 광학 필터(3b)의 투과율 특성에 대해 이하에 설명한다.
도 3은 광학 필터의 투과율 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 또한, 도 3에 나타내는 그래프는, 횡축을 파장[㎚], 종축을 투과율[％]로 하고 있다. 도 3에 나타내는 제1 광학 필터(3a)의 파형은, 제1 광학 필터(3a)의 투과율 특성을 나타내고, 400㎚∼600㎚의 파장의 광을 약 100％ 투과시키고, 600㎚∼800㎚의 파장의 광을 차광하고 있는 상태를 나타내고 있다. 한편, 도 3에 나타내는 제2 광학 필터(3b)의 파형은, 제2 광학 필터(3b)의 투과율 특성을 나타내고, 600㎚∼800㎚의 파장의 광을 약 100％ 투과시키고, 400㎚∼600㎚의 파장의 광을 차광하고 있는 상태를 나타내고 있다.
또한, 도 3의 파형이 나타내는 바와 같이, 600㎚ 근방의 파장의 광은, 제1 광학 필터(3a) 및 제2 광학 필터(3b)만으로는 파장 대역을 분할하는 것이 곤란하지만, 제어 회로부(25)나 그것에 연결되는 컴퓨터 등에 있어서, 소프트웨어를 사용한 연산 처리로 파장 대역을 분할하는 것은 가능하다.
공초점 계측 장치(100)는 제1 광학 필터(3a) 및 제2 광학 필터(3b)에 의해 파장 대역을 분할함으로써, 촬상 소자(24)를 제1 헤드부(10a)가 이용하는 영역(채널 1)과 제2 헤드부(10b)가 이용하는 영역(채널 2)으로 나눌 수 있다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 촬상 소자(24)의 채널 구성을 설명하는 개략도이다. 도 4에 도시하는 촬상 소자(24)는 광의 강도를 검출하는 수광 소자(24a)가 도면 중 세로 방향으로 Y개 1열로 배열되어 있다. 촬상 소자(24)는 분광기(23)에 의해 분광된 광 중 파장이 짧은 광을 도 4의 상측의 수광 소자(24a)에서 수광하고, 파장이 긴 광을 도 4의 하측의 수광 소자(24a)에서 수광한다. 그로 인해, 제1 광학 필터(3a)를 투과한 광은, 도 4의 상측의 수광 소자(24a)에서 수광되고, 채널 1의 측정 신호로 된다. 한편, 제2 광학 필터(3b)를 투과한 광은, 도 4의 하측의 수광 소자(24a)에서 수광되고, 채널 2의 측정 신호로 된다. 또한, 파장 대역을 분할하지 않는 공초점 계측 장치에서는, 도 4에 도시하는 수광 소자(24a)의 전부를 1개의 헤드부가 이용하게 되므로, 복수의 헤드부를 이용하는 것이라면, 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자가 필요해진다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 헤드부(10a)로부터의 광과, 제2 헤드부(10b)로부터의 광이 영역은 다르지만 동일한 촬상 소자(24)에 수광된다. 그로 인해, 촬상 소자(24)에서 얻어지는 스펙트럼 파형은, 제1 광학 필터(3a) 또는 제2 광학 필터(3b)를 투과 또는 차광한 파장 대역에 대응하는 영역마다 강도의 피크값을 갖는 파형으로 된다. 제어 회로부(25)는 상기 스펙트럼 파형으로부터 강도의 피크값의 각각의 파장을 판독하고, 미리 얻어져 있는 광의 파장과 계측 대상물(200)의 변위의 관계로부터, 각각의 계측 대상물(200)의 변위를 계측한다. 예를 들어, 제어 회로부(25)는 채널 1이 400㎚∼600㎚의 파장 대역, 채널 2가 600㎚∼800㎚의 파장 대역으로서 분할한 경우, 400㎚∼600㎚의 파장 내의 강도의 피크값의 파장이 채널 1의 피크 파장, 600㎚∼800㎚의 파장 내의 강도의 피크값의 파장이 채널 2의 피크 파장으로 한다. 그리고, 제어 회로부(25)는 미리 얻어져 있는 광의 파장과 계측 대상물(200)의 변위의 관계로부터, 채널 1의 파장에 기초하여 제1 헤드부(10a)에서 측정한 계측 대상물(200)의 변위를, 채널 2의 파장에 기초하여 제2 헤드부(10b)에서 측정한 계측 대상물(200)의 변위를 각각 계측한다.
공초점 계측 장치(100)는 채널 1의 측정 신호에 기초하여 제1 헤드부(10a)로부터 복귀되는 광의 스펙트럼 파형을 모니터부(30)에 묘화하고, 제1 헤드부(10a)에서 계측한 계측 대상물(200)의 변위가 0㎛인 것을 출력한다. 또한, 공초점 계측 장치(100)는 채널 2의 측정 신호에 기초하여 제2 헤드부(10b)로부터 복귀되는 광의 스펙트럼 파형을 모니터부(30)에 묘화하고, 제2 헤드부(10b)에서 계측한 계측 대상물(200)의 변위가 123.45㎛인 것을 출력한다.
이상과 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(100)는 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측하기 위해, 헤드부(10)가 광학 필터에 의해 투과 또는 차광된 광을 계측 대상물(200)에 조사하고, 제어 회로부(25)에서, 촬상 소자(24) 중 각 광학 필터가 투과 또는 차광하는 파장 대역에 대응하는 영역마다 피크 파장을 구하므로, 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자가 필요하지 않고, 수광 소자(24a)를 1차원으로 배열한 촬상 소자(24)를 사용할 수 있다. 그로 인해, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(100)는 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자를 사용하는 경우에 비해, 측정 신호를 취득하기 위한 처리가 빨라, 계측 대상물(200)의 변위를 고속으로 다점 계측할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(100)는 수광 소자(24a)를 1차원으로 배열한 촬상 소자(24)를 구비하므로, 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자를 구비하는 장치에 비해, 장치 사이즈를 작게 할 수 있다.
또한, 수광 소자(24a)를 1차원으로 배열한 촬상 소자(24)는 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자에 비해 저렴하여, 공초점 계측 장치(100)의 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(100)는 파장 대역을 분할하므로, 촬상 소자(24)에 있어서 헤드부(10)마다 측정 신호의 채널을 나눌 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(100)는 파장 대역을 분할하고 있는 것뿐이며, 광의 강도(광량)를 분할하고 있는 것은 아니기 때문에, 측정 신호의 S/N비를 저하시키는 일 없이, 계측 정밀도를 유지할 수 있다.
(변형예 1)
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(100)에서는, 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측하기 위해, 축상 색수차를 발생시키는 광의 파장을 헤드부(10)마다 파장 대역을 분할하고 있다. 그러나, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(100)에서는, 헤드부(10)의 내부에서, 또한 광파이버(11)와 집광 렌즈(4) 사이의 위치에 제1 광학 필터(3a) 및 제2 광학 필터(3b)를 설치하는 구성을 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 헤드부(10)마다 파장 대역을 분할할 수 있으면, 어느 구성이어도 된다. 이하에, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(100)의 변형예로서, 헤드부(10)마다 파장 대역을 분할하는 구성의 일례를 나타낸다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 제1 광학 필터(3a) 및 제2 광학 필터(3b)에 대해 공통으로 설명하는 경우, 제1 광학 필터(3a) 및 제2 광학 필터(3b)를 광학 필터(3)라고 총칭하여 기재하는 경우가 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 관한 헤드부(10)의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 5의 (a)는 회절 렌즈(1)와 대물 렌즈(2) 사이의 위치에 광학 필터(3)를 설치한 헤드부(10)의 구성을 도시한다. 도 5의 (b)는 헤드부(10)의 외부에서, 또한 대물 렌즈(2)와 계측 대상물(200) 사이의 위치에 광학 필터(3)를 설치한 헤드부(10)의 구성을 도시한다.
도 5의 (a)에 도시하는 위치에 광학 필터(3)를 설치한 경우, 회절 렌즈(1)에 의해 평행광으로 된 광이 광학 필터(3)를 투과하므로, 파장 대역을 분할하는 정밀도가 좋아지는 장점이 있다. 한편, 도 5의 (b)에 도시하는 위치에 광학 필터(3)를 설치한 경우, 광학 필터(3)를 헤드부(10)에 대해 착탈 가능하게 구성할 수 있으므로, 1개의 헤드부(10)에서 계측 대상물(200)의 변위를 1점 계측할 때와, 복수의 헤드부(10)에서 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측할 때와 동일한 헤드부(10)를 이용할 수 있다.
또한, 도 1에 도시하는 위치에 광학 필터(3)를 설치한 경우, 입사하는 광의 직경이 작아지므로, 다른 위치에 설치하는 경우에 비해 광학 필터(3)의 사이즈를 작게 할 수 있어, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
(변형예 2)
이어서, 빔 스플리터를 사용하는 변형예를 설명한다. 도 6은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예 2에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 6에 도시하는 공초점 계측 장치(100a)는 헤드부(10)마다 광학 필터(3)에 설치하는 구성 대신에, 빔 스플리터(5)를 설치하는 구성이다. 또한, 도 6에 도시하는 공초점 계측 장치(100a)는 도 1에 도시하는 공초점 계측 장치(100)와 동일한 구성에 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 반복하지 않는다. 또한, 도 6에 도시하는 공초점 계측 장치(100a)에서는, 도 1의 공초점 계측 장치(100)에서 도시하고 있는 구성이어도, 이하의 설명에 사용하지 않는 구성에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 6에 도시하는 공초점 계측 장치(100a)에서는, 오목면 미러(23a) 대신에 콜리메이트 렌즈(23d)를 사용하는 분광기(23)를 구비한 구성으로 하여 설명한다.
빔 스플리터(5)는 광파이버(11)와 분기 광파이버(22) 사이에 설치되어 있다. 빔 스플리터(5)는 분기 광파이버(22)의 일단부로부터 연장되는 광파이버(22a)로부터 출사되는 광[광파이버(22b)에 의해 유도되는 백색 LED(21)의 광]을 파장 대역마다 분할하여, 한쪽의 파장 대역의 광을 제1 헤드부(10a)에 접속된 광파이버(11)에, 다른 쪽의 파장 대역의 광을 제2 헤드부(10b)에 접속된 광파이버(11)에 각각 입사한다.
빔 스플리터(5)는 광파이버(22a)로부터 출사되는 광을 집광하는 집광 렌즈(5a)와, 집광 렌즈(5a)에 의해 집광된 광을 투과되는 광과 반사되는 광으로 나누는 광학 미러(5b)를 포함하고 있다. 광학 미러(5b)는 예를 들어 400㎚∼600㎚의 파장의 광을 반사하고, 600㎚∼800㎚의 파장의 광을 투과함으로써, 광을 파장 대역마다 분할하고 있다. 광학 미러(5b)에 의해 반사된 광은, 제1 광학 필터(3a)를 투과한 광과 동등하고, 400㎚∼600㎚의 파장의 광이다. 한편, 광학 미러(5b)를 투과한 광은, 제2 광학 필터(3b)를 투과한 광과 동등하고, 600㎚∼800㎚의 파장의 광이다.
공초점 계측 장치(100a)는 빔 스플리터(5)에서 파장 대역을 분할한 후의 광을, 회절 렌즈(1)에 의해 축상 색수차를 발생시킴과 함께, 색수차가 발생한 광을 대물 렌즈(2)에 의해 계측 대상물(200)에 집광한다. 공초점 계측 장치(100a)는 계측 대상물(200)에서 포커싱된 광을 광파이버(22c)로부터 콜리메이트 렌즈(23d)를 통해 회절격자(23b)에 유도하고, 상기 회절격자(23b)에 의해 분광된 광을 집광 렌즈(23c)에 의해 촬상 소자(24)에 입사한다. 공초점 계측 장치(100a)는 촬상 소자(24)에 입사한 광의 스펙트럼 파형을 모니터부(30)에 묘화하고, 헤드부(10)에서 계측한 계측 대상물(200)의 변위를 출력한다. 이에 의해, 공초점 계측 장치(100a)는 도 1에 도시한 공초점 계측 장치(100)와 마찬가지로, 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측할 수 있다.
(변형예 3)
이어서, 복수의 광원을 사용하는 변형예를 설명한다. 도 7은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예 3에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 7에 도시하는 공초점 계측 장치(100b)는 헤드부(10)마다 광학 필터(3)에 설치하는 구성 대신에, 헤드부(10)마다 광원을 설치하는 구성이다. 또한, 도 7에 도시하는 공초점 계측 장치(100b)는 도 1에 도시하는 공초점 계측 장치(100)와 동일한 구성에 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 반복하지 않는다. 또한, 도 7에 도시하는 공초점 계측 장치(100b)에서는, 도 1의 공초점 계측 장치(100)에서 도시하고 있는 구성이어도, 이하의 설명에 사용하지 않는 구성에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 7에 도시하는 공초점 계측 장치(100b)에서는, 오목면 미러(23a) 대신에 콜리메이트 렌즈(23d)를 사용하는 분광기(23)를 구비한 구성으로 하여 설명한다.
광원은, 어떤 파장 대역의 광을 발광하는 광원(21a)과, 광원(21a)과 다른 파장 대역의 광을 발광하는 광원(21b)을 설치하고 있다. 광원(21a)은, 예를 들어 400㎚∼600㎚의 파장의 광을 발광하고, 광원(21b)은, 600㎚∼800㎚의 파장의 광을 발광한다. 그리고, 광원(21a)의 광은, 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11)를 통해 제1 헤드부(10a)에 입사한다. 한편, 광원(21b)의 광은, 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11)를 통해 제2 헤드부(10b)에 입사한다.
공초점 계측 장치(100b)는 발광하는 광의 파장 대역이 다른 광원(21a) 및 광원(21b)을, 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)에 각각 대응하여 설치함으로써, 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)마다 파장 대역을 분할하고 있다. 즉, 제1 헤드부(10a)는 백색 광원의 백색 LED(21)로부터의 광을 제1 광학 필터(3a)에 의해 파장 대역을 분할하는 대신에, 광원(21a)의 광을 사용하고 있다. 또한, 제2 헤드부(10b)는 백색 광원의 백색 LED(21)로부터의 광을 제2 광학 필터(3b)에 의해 파장 대역을 분할하는 대신에, 광원(21b)의 광을 사용하고 있다.
공초점 계측 장치(100b)는 광원(21a) 및 광원(21b)의 광을, 회절 렌즈(1)에 의해 축상 색수차를 발생시킴과 함께, 색수차가 발생한 광을 대물 렌즈(2)에 의해 계측 대상물(200)에 집광한다. 공초점 계측 장치(100b)는 계측 대상물(200)에서 포커싱된 광을 광파이버(22c)로부터 콜리메이트 렌즈(23d)를 통해 회절격자(23b)에 유도하고, 상기 회절격자(23b)에 의해 분광된 광을 집광 렌즈(23c)에 의해 촬상 소자(24)에 입사한다. 공초점 계측 장치(100b)는 촬상 소자(24)에 입사한 광의 스펙트럼 파형을 모니터부(30)에 묘화하고, 헤드부(10)에서 계측한 계측 대상물(200)의 변위를 출력한다. 이에 의해, 공초점 계측 장치(100b)는 도 1에 도시한 공초점 계측 장치(100)와 마찬가지로, 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측할 수 있다.
이상과 같이, 본 변형예 3에 관한 공초점 계측 장치(100)는 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측하기 위해, 복수의 헤드부(10)마다 설치된 각 광원(21a, 21b)이 서로 다른 파장 대역의 광을 출사하고, 각 광원이 출사하는 광의 파장 대역에 대응하는 영역마다 피크 파장을 구해도, 도 1에 도시한 공초점 계측 장치(100)와 마찬가지로 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측할 수 있다.
(변형예 4)
이어서, 헤드부(10)와 분광기(23) 사이의 도광부에 광파이버를 사용하지 않는 변형예를 설명한다. 도 8은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예 4에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 8에 도시하는 공초점 계측 장치(100c)는 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11) 대신에, 콜리메이트 렌즈(221∼224), 하프 미러(225) 및 미러(226)를 설치하는 구성이다. 또한, 도 8에 도시하는 공초점 계측 장치(100c)는 도 1에 도시하는 공초점 계측 장치(100)와 동일한 구성에 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 반복하지 않는다. 또한, 도 8에 도시하는 공초점 계측 장치(100c)에서는, 도 1의 공초점 계측 장치(100)에서 도시하고 있는 구성이어도, 이하의 설명에 사용하지 않는 구성에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 8에 도시하는 공초점 계측 장치(100c)에서는, 오목면 미러(23a) 대신에 콜리메이트 렌즈(23d)를 사용하는 분광기(23)를 구비한 구성으로 하여 설명한다.
광원(21)으로부터의 광은, 콜리메이트 렌즈(221)에 의해 평행광으로 되고, 하프 미러(225)에 의해 미러(226)를 향하는 경로와, 제2 광학 필터(3b)를 향하는 경로로 나뉜다. 미러(226)에 의해 반사된 광은, 제1 광학 필터(3a)를 투과하고, 콜리메이트 렌즈(222)에 의해 제1 헤드부(10a)의 핀 홀(6a)에 집광된다. 한편, 제2 광학 필터(3b)를 투과한 광은, 콜리메이트 렌즈(223)에 의해 제2 헤드부(10b)의 핀 홀(6b)에 집광된다.
제1 헤드부(10a)를 통과한 광 중, 계측 대상물(200)에서 포커싱된 광이 핀 홀(6a)을 통하여 콜리메이트 렌즈(222)로 복귀된다. 콜리메이트 렌즈(222)로 복귀된 광은, 제1 광학 필터(3a), 미러(226), 하프 미러(225) 및 콜리메이트 렌즈(224)를 통해 분광기(23)에 입력된다. 한편, 제2 헤드부(10b)를 통과한 광 중, 계측 대상물(200)에서 포커싱된 광이 핀 홀(6b)을 통하여 콜리메이트 렌즈(223)로 복귀된다. 콜리메이트 렌즈(223)로 복귀된 광은, 제2 광학 필터(3b), 하프 미러(225) 및 콜리메이트 렌즈(224)를 통해 분광기(23)에 입력된다. 즉, 본 변형예에 있어서는, 콜리메이트 렌즈(222) 또는 콜리메이트 렌즈(223) 및 미러(226), 하프 미러(225) 및 콜리메이트 렌즈(224)가 복수의 헤드부(10)를 통과한 광을 분광기(23)에 입광시키는 도광부를 구성한다.
이상과 같이, 본 변형예 4에 관한 공초점 계측 장치(100c)는 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11) 대신에, 콜리메이트 렌즈(221∼224), 하프 미러(225) 및 미러(226)를 설치해도, 도 1에 도시한 공초점 계측 장치(100)와 마찬가지로 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측할 수 있다. 또한, 공초점 계측 장치(100c)는 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11)를 사용하는 경우에 비해, 헤드부(10)와 분광기(23) 사이에 광학 필터를 배치하는 구성으로 하기 쉽다.
(제2 실시 형태)
이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치는, 계측 대상물의 변위를 다점 계측하기 위해, 축상 색수차를 발생시키는 광의 파장을 헤드부마다 파장 대역을 분할하는 구성이 아니라, 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 헤드부에 대응한 피크 파장을 구하는 구성이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 9에 도시하는 공초점 계측 장치(101)는 복수의 헤드부(도 9의 경우에는 2개)의 공초점 광학계를 이용하여 계측 대상물(200)의 변위를 다점(도 9의 경우에는 2점) 계측하는 계측 장치이다. 공초점 계측 장치(101)에서 계측하는 계측 대상물(200)에는, 예를 들어 액정 표시 패널의 셀 갭 등이 있다. 또한, 도 9에 도시하는 공초점 계측 장치(101)는 도 1에 도시하는 공초점 계측 장치(100)와 동일한 구성에 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 반복하지 않는다.
공초점 계측 장치(101)는 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 헤드부(10)에 대응한 피크 파장을 구할 수 있도록, 제1 광원(21A) 및 제2 광원(21B)의 2개의 광원을 설치하고 있다. 공초점 계측 장치(101)에서는, 제1 광원(21A)으로부터 출사하는 광을 광파이버(11)에 유도함과 함께, 광파이버(11)를 통해 헤드부(10)로부터 복귀되는 광을 분광기(23)에 유도하기 위해 및 제2 광원(21B)으로부터 출사하는 광을 광파이버(11)에 유도함과 함께, 광파이버(11)를 통해 헤드부(10)로부터 복귀되는 광을 분광기(23)에 유도하기 위해, 각각 분기 광파이버(22)를 설치하고 있다. 분기 광파이버(22)는 헤드부(10)로부터 연장되는 광파이버(11)와 접속하는 측에 1개의 광파이버(22a)를 갖고, 반대측에 2개의 광파이버(22b, 22c)를 갖고 있다. 또한, 광파이버(22b)는 백색 LED(21)에, 광파이버(22c)는 분광기(23)에 각각 접속하고 있다. 또한, 복수의 헤드부(10)마다 설치한 광파이버(11) 및 분기 광파이버(22)는 각각의 헤드부(10)를 통과한 광을 분광기(23)에 입광시키는 도광부이다.
그리고, 공초점 계측 장치(101)는 제1 광원(21A)을 점등[제2 광원(21B)은 비점등]하여 제1 헤드부(10a)에 광을 통과시키고, t초 후에 제2 광원(21B)을 점등[제1 광원(21A)은 비점등]하여 제2 헤드부(10b)에 광을 통과시킴으로써, 광을 통과시키는 타이밍을 헤드부(10)마다 어긋나게 할 수 있다. 즉, 공초점 계측 장치(101)는 제1 광원(21A) 또는 제2 광원(21B)이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 헤드부(10)에 대응한 피크 파장을 구하고 있다.
도 9에 도시하는 공초점 계측 장치(101)에서는, 제1 광원(21A)을 점등하여 제1 헤드부(10a)에서 계측 대상물(200)의 변위를 계측한 채널 1의 결과와, 제2 광원(21B)을 점등하여 제2 헤드부(10b)에서 계측 대상물(200)의 변위를 계측한 채널 2의 결과가 모니터부(30)에 표시되어 있다.
이어서, 공초점 계측 장치(101)의 동작에 대해, 더욱 상세하게 설명한다. 도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(101)의 동작을 설명하기 위한 모식도이다. 특히, 도 10의 (a)는 공초점 계측 장치(101)에 있어서, 제1 광원(21A)을 점등[제2 광원(21B)은 비점등]한 경우의 동작을 설명하기 위한 모식도이다. 한편, 도 10의 (b)는 공초점 계측 장치(101)에 있어서, 제2 광원(21B)을 점등[제1 광원(21A)은 비점등]한 경우의 동작을 설명하기 위한 모식도이다. 또한, 도 10에 도시하는 공초점 계측 장치(101)에서는, 도 9의 공초점 계측 장치(101)에서 도시하고 있는 구성이어도, 이하의 설명에 사용하지 않는 구성에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 9에 도시하는 공초점 계측 장치(101)에서는, 오목면 미러(23a) 대신에 콜리메이트 렌즈(23d)를 사용하는 분광기(23)를 구비한 구성으로 하여 설명한다.
먼저, 도 10의 (a)와 같이 제1 광원(21A)을 점등[제2 광원(21B)은 비점등]한 경우, 제1 헤드부(10a)는 광이 통과하지만, 제2 헤드부(10b)는 광이 통과하지 않는다. 즉, 공초점 계측 장치(101)는 제1 헤드부(10a)만을 이용하여 계측 대상물(200)의 변위를 계측하는 것과 동일한 구성으로 된다.
공초점 계측 장치(101)는 제1 광원(21A)의 광을, 제1 헤드부(10a)의 회절 렌즈(1)에 의해 축상 색수차를 발생시킴과 함께, 색수차가 발생한 광을 제1 헤드부(10a)의 대물 렌즈(2)에 의해 계측 대상물(200)에 집광한다. 공초점 계측 장치(101)는 계측 대상물(200)에서 포커싱된 광을 광파이버(22c)로부터 콜리메이트 렌즈(23d)를 통해 회절격자(23b)에 유도하고, 상기 회절격자(23b)에 의해 분광된 광을 집광 렌즈(23c)에 의해 촬상 소자(24)에 입사한다. 제어 회로부(25)는 촬상 소자(24)의 출력 신호인 광의 스펙트럼 파형으로부터 강도의 피크값을 구하고, 계측 대상물(200)에 있어서 포커싱되어 있는 광의 파장을 특정한다. 또한, 제어 회로부(25)는 미리 얻어진 포커싱되는 광의 파장과 계측 대상물(200)의 변위의 관계로부터, 제1 헤드부(10a)에서의 계측 대상물(200)의 변위를 계측한다. 또한, 공초점 계측 장치(101)는 촬상 소자(24)에 입사한 광의 스펙트럼 파형을 모니터부(30)에 묘화하고, 제1 헤드부(10a)에서 계측한 계측 대상물(200)의 변위를 출력한다.
t초 후, 도 10의 (b)와 같이 제2 광원(21B)을 점등[제1 광원(21A)은 비점등]한 경우, 제2 헤드부(10b)는 광이 통과하지만, 제1 헤드부(10a)는 광이 통과하지 않는다. 즉, 공초점 계측 장치(101)는 제2 헤드부(10b)만을 이용하여 계측 대상물(200)의 변위를 계측하는 것과 동일한 구성으로 된다.
공초점 계측 장치(101)는 제2 광원(21B)의 광을, 제2 헤드부(10b)의 회절 렌즈(1)에 의해 축상 색수차를 발생시킴과 함께, 색수차가 발생한 광을 제2 헤드부(10b)의 대물 렌즈(2)에 의해 계측 대상물(200)에 집광한다. 공초점 계측 장치(101)는 계측 대상물(200)에서 포커싱된 광을 광파이버(22c)로부터 콜리메이트 렌즈(23d)를 통해 회절격자(23b)에 유도하고, 상기 회절격자(23b)에 의해 분광된 광을 집광 렌즈(23c)에 의해 촬상 소자(24)에 입사한다. 제어 회로부(25)는 촬상 소자(24)의 출력 신호인 광의 스펙트럼 파형으로부터 강도의 피크값을 구하고, 계측 대상물(200)에 있어서 포커싱되어 있는 광의 파장을 특정한다. 또한, 제어 회로부(25)는 미리 얻어진 포커싱되는 광의 파장과 계측 대상물(200)의 변위의 관계로부터, 제2 헤드부(10b)에서의 계측 대상물(200)의 변위를 계측한다. 또한, 공초점 계측 장치(101)는 촬상 소자(24)에 입사한 광의 스펙트럼 파형을 모니터부(30)에 묘화하고, 제2 헤드부(10b)에서 계측한 계측 대상물(200)의 변위를 출력한다.
이상과 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(101)는 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측하기 위해, 각 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 제어 회로부(25)가 상기 발광한 광원에 대응한 피크값의 파장을 구하므로, 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자가 필요하지 않고, 수광 소자(24a)를 1차원으로 배열한 촬상 소자(24)를 사용할 수 있다. 그로 인해, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(101)는 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자를 사용하는 경우에 비해, 측정 신호를 취득하기 위한 처리가 빨라, 계측 대상물(200)의 변위를 고속으로 다점 계측할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(101)는 수광 소자(24a)를 1차원으로 배열한 촬상 소자(24)를 구비하므로, 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자를 구비하는 장치에 비해, 장치 사이즈를 작게 할 수 있다.
또한, 수광 소자(24a)를 1차원으로 배열한 촬상 소자(24)는 수광 소자를 2차원으로 배열한 촬상 소자에 비해 저렴하여, 공초점 계측 장치(101)의 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(101)는 파장 대역의 분할을 행하므로, 촬상 소자(24)에 있어서 헤드부(10)마다 측정 신호의 채널을 나눌 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(101)는 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 헤드부(10)에 대응한 피크 파장을 구하고 있을 뿐이며, 광의 강도(광량)를 분할하고 있는 것은 아니기 때문에, 측정 신호의 S/N비를 저하시키는 일 없이, 계측 정밀도를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(101)는 복수의 헤드부(10) 각각에 대응하여 제1 광원(21A) 및 제2 광원(21B)을 설치하고, 배타적으로 제1 광원(21A) 및 제2 광원(21B)을 순차 점등함으로써, 광을 통과시키는 타이밍을 헤드부(10)마다 어긋나게 하고 있는 구성에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 공초점 계측 장치(101)는 광원을 1개 또는 어느 단위수의 헤드부(10)마다 광원을 1개 설치하고, 광원으로부터 헤드부(10)에 입사하는 광을 ON/OFF 할 수 있는 셔터를 컨트롤러부(20) 또는 헤드부(10)에 설치하고, 상기 셔터를 제어하여 광을 통과시키는 타이밍을 헤드부(10)마다 어긋나게 하고 있는 구성이어도 된다.
또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(101)와 같이, 복수의 광파이버(22c)(도 9에서는 2개)를 묶어 분광기(23)에 광을 유도하는 구성에 대해 설명한다. 도 11은, 복수의 광파이버(22c)를 묶어 분광기(23)에 입사한 광이, 촬상 소자(24)에서 측정되는 상태를 도시한 모식도이다. 도 11에 도시하는 2개의 광파이버(22c)는 V홈 기판(26)에 의해 묶이고, 도면 중 상하 방향으로 1열로 배치되어 있다. 이 2개의 광파이버(22c)로부터 출사된 광은 콜리메이트 렌즈(23d)를 통해 분광기(23)의 회절격자(23b)에 입사되고, 회절격자(23b)에 의해 분광되고, 집광 렌즈(23c)에 의해 촬상 소자(24)에 집광된다. 2개의 광파이버(22c)는 회절격자(23b)에 의한 반사광의 초점이 파장에 따라 변화하는 방향을 포함하는 평면과는 직교하는 방향으로 배열되어 배치되어 있다. 또한, 촬상 소자(24)는 회절격자(23b)에 의한 반사광의 초점이 파장에 따라 변화하는 방향을 따라 각 수광 소자(24a)가 배열되도록 배치되어 있다.
따라서, 촬상 소자(24)는 각 수광 소자(24a)의 형상을, 각 수광 소자(24a)가 배열되는 방향(도면 중 좌우 방향)에 대해 직교하는 방향(도면 중 상하 방향)으로 긴 세로로 긴 형상으로 되어 있다. 즉, 촬상 소자(24)는 수광 소자(24a)가 배열되는 방향(도면 중 좌우 방향)이 아니라, 수광 소자(24a)의 세로 방향(도면 중 상하 방향)으로 광이 배열되어 집광하는 경우에도, 각 수광 소자(24a)의 형상이 집광한 광을 수광할 수 있는 세로로 긴 형상으로 한다. 이렇게 하면, 집광 렌즈(23c)의 통과한 광의 초점 위치의, 촬상 소자(24)의 수광면에 직교하는 방향의 변화량이, 광파이버(22c)의 수가 증가해도 커지지 않기 때문에, 촬상 소자(24)의 얼라인먼트가 용이해진다.
(제3 실시 형태)
이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치는, 계측 대상물의 변위를 다점 계측하기 위해, 축상 색수차를 발생시키는 광의 파장 대역을 헤드부마다 분할하여 피크 파장을 구하는 것과, 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 헤드부(10)에 대응한 피크 파장을 구하는 것을 조합하여 행하는 구성이다.
도 12는, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 12에 도시하는 공초점 계측 장치(102)는 복수의 헤드부(도 12의 경우에는 4개)의 공초점 광학계를 이용하여 계측 대상물(200)의 변위를 다점(도 12의 경우에는 4점) 계측하는 계측 장치이다. 공초점 계측 장치(102)에서 계측하는 계측 대상물(200)에는, 예를 들어 액정 표시 패널의 셀 갭 등이 있다. 또한, 도 12에 도시하는 공초점 계측 장치(102)는 도 1에 도시하는 공초점 계측 장치(100)와 동일한 구성에 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명을 반복하지 않는다. 또한, 도 12에 도시하는 공초점 계측 장치(102)에서는, 도 1의 공초점 계측 장치(100)에서 도시하고 있는 구성이어도, 이하의 설명에 사용하지 않는 구성에 대해서는 도시를 생략하고 있다. 또한, 도 12에 도시하는 공초점 계측 장치(102)에서는, 오목면 미러(23a) 대신에 콜리메이트 렌즈(23d)를 사용하는 분광기(23)를 구비한 구성으로 하여 설명한다.
공초점 계측 장치(102)는 4개의 헤드부(10)에 대해 4개의 광원을 설치하고, 축상 색수차를 발생시키는 광의 파장 대역을 헤드부(10)마다 분할하는 것과, 광원이 발광하는 타이밍을 어긋나게 하고 있는 것을 조합하는 구성을 실현하고 있다. 그로 인해, 4개의 광원은, 어떤 파장 대역의 광을 발광하는 제1 광원(21Aa) 및 제2 광원(21Ba)과, 제1 광원(21Aa) 및 제2 광원(21Ba)과 다른 파장 대역의 광을 발광하는 제3 광원(21Ab) 및 제4 광원(21Bb)으로 나누고 있다. 구체적으로, 제1 광원(21Aa) 및 제2 광원(21Ba)은, 예를 들어 400㎚∼600㎚의 파장의 광을 발광하고, 제3 광원(21Ab) 및 제4 광원(21Bb)은, 600㎚∼800㎚의 파장의 광을 발광한다.
그리고, 제1 광원(21Aa)의 광은, 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11)를 통해 제1 헤드부(10a)에 입사한다. 제2 광원(21Ba)의 광은, 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11)를 통해 제2 헤드부(10b)에 입사한다. 제3 광원(21Ab)의 광은, 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11)를 통해 제3 헤드부(10c)에 입사한다. 제4 광원(21Bb)의 광은, 분기 광파이버(22) 및 광파이버(11)를 통해 제4 헤드부(10d)에 입사한다.
제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)는 계측 대상물(200a)에 각각 광을 집광시키고, 집광시킨 광의 위치에서의 계측 대상물(200a)의 변위를 계측한다. 또한, 제3 헤드부(10c) 및 제4 헤드부(10d)는 계측 대상물(200b)에 각각 광을 집광시키고, 집광시킨 광의 위치에서의 계측 대상물(200b)의 변위를 계측한다. 또한, 계측 대상물(200a)은 계측 대상물(200b)과 동일한 부재이어도, 다른 부재이어도 되고, 예를 들어 계측 대상물(200a)이 계측 대상물(200b)에 대한 레퍼런스 부재로 하는 경우 등이 생각된다.
공초점 계측 장치(102)는 제1 광원(21Aa) 및 제2 광원(21Ba)과, 제3 광원(21Ab) 및 제4 광원(21Bb)에서, 축상 색수차를 발생시키는 광의 파장을 헤드부(10)마다 분할하고, 제1 광원(21Aa) 및 제3 광원(21Ab)과, 제2 광원(21Ba) 및 제4 광원(21Bb)에서, 광원이 발광하는 타이밍을 헤드부(10)마다 어긋나게 하고 있다.
구체적으로, 공초점 계측 장치(102)는 먼저 제1 광원(21Aa) 및 제3 광원(21Ab)을 점등[제2 광원(21Ba) 및 제4 광원(21Bb)은 비점등]하여 제1 헤드부(10a) 및 제3 헤드부(10c)에 광을 통과시킨다.
공초점 계측 장치(102)는 제1 광원(21Aa) 및 제3 광원(21Ab)을 점등한 경우, 제1 헤드부(10a) 및 제3 헤드부(10c)에 광이 통과하지만, 제1 헤드부(10a)를 통과하는 광과 제3 헤드부(10c)를 통과하는 광은, 파장 대역이 분할되어 있다. 그로 인해, 공초점 계측 장치(102)는 도 7의 공초점 계측 장치(100b)에서 설명한 바와 같이, 제1 헤드부(10a)와 제3 헤드부(10c)에서, 축상 색수차를 발생시키는 광의 파장을 분할한 구성으로 된다.
즉, 공초점 계측 장치(102)는 제1 광원(21Aa) 및 제3 광원(21Ab)의 광을, 제1 헤드부(10a) 및 제3 헤드부(10c)의 회절 렌즈(1)에 의해 축상 색수차를 발생시킴과 함께, 색수차가 발생한 광을 대물 렌즈(2)에 의해 계측 대상물(200a) 및 계측 대상물(200b) 각각에 집광한다. 공초점 계측 장치(102)는 계측 대상물(200a) 및 계측 대상물(200b) 각각에서 포커싱된 광을 광파이버(22c)로부터 콜리메이트 렌즈(23d)를 통해 회절격자(23b)에 유도하고, 상기 회절격자(23b)에 의해 분광된 광을 집광 렌즈(23c)에 의해 촬상 소자(24)에 입사한다. 공초점 계측 장치(102)는 촬상 소자(24)에 입사한 광의 스펙트럼 파형을 모니터부(30)에 묘화하고, 제1 헤드부(10a) 및 제3 헤드부(10c)에서 계측한 계측 대상물(200a) 및 계측 대상물(200b) 각각의 변위를 출력한다. 예를 들어, 공초점 계측 장치(102)는 제1 헤드부(10a)에서 계측한 계측 대상물(200a)의 변위가 0㎛인 것, 제3 헤드부(10c)에서 계측한 계측 대상물(200b)의 변위가 123.45㎛인 것을 출력한다.
이어서, 공초점 계측 장치(102)는 t초 후, 제2 광원(21Ba) 및 제4 광원(21Bb)을 점등[제1 광원(21Aa) 및 제3 광원(21Ab)은 비점등]하여 제2 헤드부(10b) 및 제4 헤드부(10d)에 광을 통과시킨다.
공초점 계측 장치(102)는 제2 광원(21Ba) 및 제4 광원(21Bb)을 점등한 경우, 제2 헤드부(10b) 및 제4 헤드부(10d)에 광이 통과하지만, 제2 헤드부(10b)를 통과하는 광과 제4 헤드부(10d)를 통과하는 광은, 파장 대역이 분할되어 있다. 그로 인해, 공초점 계측 장치(102)는 도 7의 공초점 계측 장치(100b)에서 설명한 바와 같이, 제2 헤드부(10b)와 제4 헤드부(10d)에서, 축상 색수차를 발생시키는 광의 파장을 분할한 구성으로 된다.
즉, 공초점 계측 장치(102)는 제2 광원(21Ba) 및 제4 광원(21Bb)의 광을, 제2 헤드부(10b) 및 제4 헤드부(10d)의 회절 렌즈(1)에 의해 축상 색수차를 발생시킴과 함께, 색수차가 발생한 광을 대물 렌즈(2)에 의해 계측 대상물(200a) 및 계측 대상물(200b) 각각에 집광한다. 공초점 계측 장치(102)는 계측 대상물(200a) 및 계측 대상물(200b) 각각에서 포커싱된 광을 광파이버(22c)로부터 콜리메이트 렌즈(23d)를 통해 회절격자(23b)에 유도하고, 상기 회절격자(23b)에 의해 분광된 광을 집광 렌즈(23c)에 의해 촬상 소자(24)에 입사한다. 공초점 계측 장치(102)는 촬상 소자(24)에 입사한 광의 스펙트럼 파형을 모니터부(30)에 묘화하고, 제2 헤드부(10b) 및 제4 헤드부(10d)에서 계측한 계측 대상물(200a) 및 계측 대상물(200b) 각각의 변위를 출력한다. 예를 들어, 공초점 계측 장치(102)는 제2 헤드부(10b)에서 계측한 계측 대상물(200a)의 변위가 10㎛인 것, 제4 헤드부(10d)에서 계측한 계측 대상물(200b)의 변위가 132㎛인 것을 출력한다.
이에 의해, 공초점 계측 장치(102)는 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)에서 계측 대상물(200a)의 변위를 2점 계측할 수 있고, 제3 헤드부(10c) 및 제4 헤드부(10d)에서 계측 대상물(200b)의 변위를 2점 계측할 수 있다. 즉, 공초점 계측 장치(102)는 제1 헤드부(10a)∼제4 헤드부(10d)를 사용하여, 계측 대상물(200a) 및 계측 대상물(200b)의 변위를 4점 계측할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(102)는 계측 대상물(200)의 변위를 다점 계측하기 위해, 촬상 소자(24) 중 분할한 파장 대역에 대응하는 영역마다 피크 파장을 구하는 것과, 발광한 광원에 대응한 피크값의 파장을 구하는 것을 조합하여 행하므로, 더욱 많은 계측 대상물(200)의 변위를 계측할 수 있다. 또한, 공초점 계측 장치(102)는 전술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치의 효과와 동일한 효과를 갖고 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(102)에서는, 4개의 광원을, 어떤 파장 대역의 광을 발광하는 제1 광원(21Aa) 및 제2 광원(21Ba)과, 제1 광원(21Aa) 및 제2 광원(21Ba)과 다른 파장 대역의 광을 발광하는 제3 광원(21Ab) 및 제4 광원(21Bb)으로 나누어 파장 대역 분할을 행하였다. 그러나, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치(102)는 이것으로 한정되지 않고, 동일한 파장 대역의 광을 발광하는 4개의 광원을 사용하여, 제1 헤드부(10a) 및 제2 헤드부(10b)에 도 1에서 도시한 제1 광학 필터(3a)를 제3 헤드부(10c) 및 제4 헤드부(10d)에 도 1에서 도시한 제2 광학 필터(3b)를 각각 설치함으로써 파장 대역 분할을 행해도 된다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태∼제3 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치에서는, 헤드부(10)에 있어서 회절 렌즈(1)에 의해 축상 색수차를 광에 발생시키는 구성에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 따른 공초점 계측 장치에서는, 회절 렌즈(1) 대신에, 축상 색수차를 발생시키는 1개의 렌즈 또는 복수의 렌즈를 조합한 광학계 부품을 사용해도 된다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태∼제3 실시 형태에 관한 공초점 계측 장치에서는, 2개 또는 4개의 헤드부(10)를 포함하는 구성에 대해 설명했지만, 이것은 예시이며, 더욱 많은 헤드부(10)를 포함하는 구성이어도 된다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라, 청구범위에 의해 나타내어지고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 회절 렌즈
2 : 대물 렌즈
3a : 제1 광학 필터
3b : 제2 광학 필터
4, 23c : 집광 렌즈
5 : 빔 스플리터
10, 10a∼10d : 헤드부
11, 22a, 22b, 22c, 22d : 광파이버
20 : 컨트롤러부
21 : 광원
22 : 분기 광파이버
23 : 분광기
23a : 오목면 미러
23b : 회절격자
24 : 촬상 소자
25 : 제어 회로부
26 : V홈 기판
30 : 모니터부
100, 100a, 100b, 101, 102 : 공초점 계측 장치
200, 200a, 200b : 계측 대상물

Claims (9)

  1. 복수의 파장의 광을 출사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출사하는 광에 축상 색수차를 발생시키고, 상기 축상 색수차를 발생시킨 광을 계측 대상물에 조사함과 함께, 상기 계측 대상물에 있어서 포커싱되는 광을 통과시키는 복수의 공초점 광학부와,
    광을 파장마다 분광하는 1개의 분광부와,
    상기 복수의 공초점 광학부를 통과한 광을 상기 분광부에 입광시키는 1개의 도광부와,
    상기 분광부에 의해 분광된 광을 수광하는 수광 소자를, 상기 분광부에 의한 분광 방향으로 1차원으로 배열한 1개의 수광부와,
    상기 수광부가 수광한 광으로부터 상기 복수의 공초점 광학부마다 대응한 피크 파장을 구하는 제어부를 구비하고,
    상기 광원은, 상기 복수의 공초점 광학부마다 설치되고,
    상기 제어부는, 상기 광원이 순차 발광하도록 상기 각 광원의 발광하는 타이밍을 제어하고, 또한 상기 각 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 상기 광원에 대응한 상기 피크 파장을 구하는, 공초점 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 공초점 광학부는, 서로 다른 파장 대역을 투과 또는 차광하는 광학 부재를 포함하고,
    상기 공초점 광학부는, 상기 광학 부재에 의해 투과 또는 차광된 광을 상기 계측 대상물에 조사하고,
    상기 제어부는, 상기 수광부 중 상기 각 광학 부재를 투과 또는 차광하는 파장 대역에 대응하는 영역마다 피크 파장을 구하는, 공초점 계측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광학 부재는, 상기 광원으로부터 상기 공초점 광학부로 광이 입사하는 위치에 설치되어 있는, 공초점 계측 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원은, 상기 복수의 공초점 광학부마다 설치되고, 상기 각 광원은 서로 다른 파장 대역의 광을 출사하고,
    상기 제어부는, 상기 수광부 중 상기 각 광원이 출사하는 광의 파장 대역에 대응하는 영역마다 피크 파장을 구하는, 공초점 계측 장치.
  5. 삭제
  6. 복수의 파장의 광을 출사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출사하는 광에 축상 색수차를 발생시키고, 상기 축상 색수차를 발생시킨 광을 계측 대상물에 조사함과 함께, 상기 계측 대상물에 있어서 포커싱되는 광을 통과시키는 복수의 공초점 광학부와,
    광을 파장마다 분광하는 1개의 분광부와,
    상기 복수의 공초점 광학부를 통과한 광을 상기 분광부에 입광시키는 1개의 도광부와,
    상기 분광부에 의해 분광된 광을 수광하는 수광 소자를, 상기 분광부에 의한 분광 방향으로 1차원으로 배열한 1개의 수광부와,
    상기 수광부가 수광한 광으로부터 상기 복수의 공초점 광학부마다 대응한 피크 파장을 구하는 제어부를 구비하고,
    상기 광원은, 상기 복수의 공초점 광학부마다 설치되고,
    상기 복수의 공초점 광학부는, 서로 다른 파장 대역을 투과 또는 차광하는 광학 부재를 각각 포함하고,
    상기 공초점 광학부는, 상기 광학 부재에 의해 투과 또는 차광된 광을 상기 계측 대상물에 조사하고,
    상기 제어부는, 상기 광원이 순차 발광하도록 상기 각 광원의 발광하는 타이밍을 제어하고, 또한 상기 각 광원이 발광하는 타이밍에 맞추어, 상기 발광한 상기 광원에 대응한 상기 피크 파장을, 상기 수광부 중 상기 각 광학 부재를 투과 또는 차광하는 파장 대역에 대응하는 영역마다 구하는, 공초점 계측 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수광부의 상기 수광 소자는, 1차원으로 배열되는 방향의 길이보다도 1차원으로 배열되는 방향에 대해 직교하는 방향의 길이 쪽이 긴 형상인, 공초점 계측 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 수광부의 상기 수광 소자는, 1차원으로 배열되는 방향의 길이보다도 1차원으로 배열되는 방향에 대해 직교하는 방향의 길이 쪽이 긴 형상인, 공초점 계측 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공초점 광학부는,
    상기 광원으로부터 출사하는 광에 축상 색수차를 발생시키는 회절 렌즈와,
    상기 회절 렌즈보다 상기 계측 대상물측에 배치되고, 상기 축상 색수차를 발생시킨 광을 상기 계측 대상물에 집광하는 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈에 의해 집광된 광 중, 상기 계측 대상물에 있어서 포커싱되는 광을 통과시키는 핀 홀을 포함하는, 공초점 계측 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11137345B2 (en) 2017-02-07 2021-10-05 Korea Photonics Technology Institute Apparatus for implementing confocal image using chromatic aberration lens

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6247752B2 (ja) * 2013-06-17 2017-12-13 プレシテック オプトロニック ゲーエムベーハーＰｒｅｃｉｔｅｃ Ｏｐｔｒｏｎｉｋ ＧｍｂＨ 距離差を取得するための光学測定装置および光学測定方法
JP6367041B2 (ja) 2014-08-05 2018-08-01 株式会社ミツトヨ 外形寸法測定装置及び外形寸法測定方法
JP6520669B2 (ja) 2015-12-03 2019-05-29 オムロン株式会社 光学計測装置
EP3396308B1 (en) * 2015-12-25 2022-02-02 Keyence Corporation Confocal displacement meter
JP6493265B2 (ja) 2016-03-24 2019-04-03 オムロン株式会社 光学計測装置
JP6788476B2 (ja) * 2016-10-21 2020-11-25 株式会社ミツトヨ クロマティック共焦点センサ及び測定方法
JP2018124167A (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 オムロン株式会社 傾斜測定装置
JP6852455B2 (ja) * 2017-02-23 2021-03-31 オムロン株式会社 光学計測装置
JP6819362B2 (ja) 2017-03-02 2021-01-27 オムロン株式会社 共焦点計測装置
JP6834623B2 (ja) 2017-03-13 2021-02-24 オムロン株式会社 光学計測装置および光学計測装置用アダプタ
JP6819376B2 (ja) * 2017-03-14 2021-01-27 オムロン株式会社 変位計測装置
JP6939360B2 (ja) * 2017-10-02 2021-09-22 オムロン株式会社 共焦点計測装置
JP6969453B2 (ja) * 2018-03-12 2021-11-24 オムロン株式会社 光学計測装置
CN110308152B (zh) * 2019-07-26 2020-04-07 上海御微半导体技术有限公司 一种光学检测装置和光学检测方法
DE102019122866A1 (de) * 2019-08-26 2019-10-24 Precitec Optronik Gmbh Optische Messvorrichtung
CN111879239B (zh) * 2020-06-11 2022-09-02 东莞市神州视觉科技有限公司 光谱共焦测量装置及测量方法
JP2022112634A (ja) 2021-01-22 2022-08-03 株式会社ディスコ 計測装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005052743A1 (de) * 2005-11-04 2007-05-10 Precitec Optronik Gmbh Messsystem zur Vermessung von Grenz- oder Oberflächen von Werkstücken

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH663466A5 (fr) * 1983-09-12 1987-12-15 Battelle Memorial Institute Procede et dispositif pour determiner la position d'un objet par rapport a une reference.
US5659420A (en) * 1993-09-30 1997-08-19 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Confocal optical apparatus
DE19713362A1 (de) * 1997-03-29 1998-10-01 Zeiss Carl Jena Gmbh Konfokale mikroskopische Anordnung
CN1991335A (zh) * 2002-09-30 2007-07-04 独立行政法人科学技术振兴机构 共焦点显微镜及采用它的荧光测量方法和偏振光测量方法
DE10321885B4 (de) * 2003-05-07 2016-09-08 Universität Stuttgart Anordnung und Verfahren zur hochdynamischen, konfokalen Technik
DE102004014048B4 (de) * 2004-03-19 2008-10-30 Sirona Dental Systems Gmbh Vermessungseinrichtung und Verfahren nach dem Grundprinzip der konfokalen Mikroskopie
US7319529B2 (en) * 2004-06-17 2008-01-15 Cadent Ltd Method and apparatus for colour imaging a three-dimensional structure
EP1941843B1 (en) * 2004-06-17 2021-11-17 Align Technology, Inc. Method and apparatus for colour imaging a three-dimensional structure
JP2006058056A (ja) * 2004-08-18 2006-03-02 Opto One Kk 分光膜厚測定装置
JP2007040714A (ja) * 2005-07-29 2007-02-15 Sunx Ltd 光学測定装置
DE102005043627B4 (de) * 2005-09-13 2012-06-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optischer Sensor und Verfahren zur optischen Abstands- und/oder Farbmessung
DE102006007170B4 (de) * 2006-02-08 2009-06-10 Sirona Dental Systems Gmbh Verfahren und Anordnung zur schnellen und robusten chromatisch konfokalen 3D-Messtechnik
DE102007044530B4 (de) * 2007-09-18 2009-06-10 VMA Gesellschaft für visuelle Meßtechnik und Automatisierung mbH Anordnung zur Messung der Dicke und des Abstandes transparenter Objekte
DE102008017481B4 (de) * 2008-04-03 2013-10-24 Sirona Dental Systems Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur optischen 3D-Vermessung und zur Farbmessung
JP5086197B2 (ja) * 2008-07-23 2012-11-28 株式会社ミツトヨ 共焦点顕微鏡
JP5628903B2 (ja) * 2009-05-16 2014-11-19 ベーリンガー インゲルハイム マイクロパーツ ゲゼルシャフト ミットベシュレンクテル ハフツングＢｏｅｈｒｉｎｇｅｒ Ｉｎｇｅｌｈｅｉｍ ｍｉｃｒｏＰａｒｔｓ ＧｍｂＨ 小型共焦点分光計
JP2011017552A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Oputouea Kk 多点変位検出装置
TWI414817B (zh) * 2010-07-23 2013-11-11 Univ Nat Taipei Technology 線型彩色共焦顯微系統
US8194251B2 (en) * 2010-08-26 2012-06-05 Mitutoyo Corporation Method for operating a dual beam chromatic point sensor system for simultaneously measuring two surface regions
JP5790178B2 (ja) * 2011-03-14 2015-10-07 オムロン株式会社 共焦点計測装置
US20120316830A1 (en) * 2011-06-09 2012-12-13 Ophir Eyal Coupled multi-wavelength confocal systems for distance measurements
CN102506754B (zh) * 2011-11-09 2013-11-06 西安工业大学 物体表面形貌与颜色同时测量的共聚焦测量装置及其使用方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005052743A1 (de) * 2005-11-04 2007-05-10 Precitec Optronik Gmbh Messsystem zur Vermessung von Grenz- oder Oberflächen von Werkstücken

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11137345B2 (en) 2017-02-07 2021-10-05 Korea Photonics Technology Institute Apparatus for implementing confocal image using chromatic aberration lens

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Publication number Publication date
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