WO2014141535A1 - 共焦点計測装置 - Google Patents

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WO2014141535A1
WO2014141535A1 PCT/JP2013/080796 JP2013080796W WO2014141535A1 WO 2014141535 A1 WO2014141535 A1 WO 2014141535A1 JP 2013080796 W JP2013080796 W JP 2013080796W WO 2014141535 A1 WO2014141535 A1 WO 2014141535A1
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WO
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light
confocal
light source
unit
measurement
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/080796
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English (en)
French (fr)
Inventor
正行 荒川
松井　優貴
雅之 早川
潤 太田
Original Assignee
オムロン株式会社
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/50—Using chromatic effects to achieve wavelength-dependent depth resolution

Definitions

  • the present invention relates to a measurement apparatus that multi-measures the displacement of a measurement object in a non-contact manner, and relates to a confocal measurement apparatus that multi-measures the displacement of a measurement object using a confocal optical system.
  • the confocal measurement device disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of probes, a single detection unit, and a single monitor.
  • the probe is composed of an optical fiber and a lens having chromatic aberration.
  • Detection light from the probe is emitted from optical fibers arranged in a line in the direction perpendicular to the paper surface.
  • the detection light is collimated by a collimator lens, dispersed by a diffraction grating, and a plurality of light is condensed on the surface of the two-dimensional image sensor by a condenser lens.
  • the diffraction grating converts the angle according to the color
  • the condensing position on the surface of the two-dimensional image sensor changes depending on the color. Therefore, the vertical height of the light spot on the monitor changes according to the displacement detected by each probe, and the displacement of the measurement object can be measured at multiple points.
  • Patent Document 2 Another confocal measurement device that uses a confocal optical system to measure the displacement of a measurement object at multiple points is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2012-047743 (Patent Document 2).
  • the confocal measurement device disclosed in Patent Document 2 includes an optical pen and an electronic device part.
  • the optical pen includes an optical fiber connector, a housing, and an optical system part.
  • the optical fiber connector is attached to the end of the housing, and the optical fiber connector receives the input / output optical fiber through an optical fiber cable covering the input / output optical fiber.
  • the input / output optical fiber emits light source light through a fiber opening (confocal opening) and receives reflected light of a measurement signal through the fiber opening.
  • a two-beam assembly is attached to the confocal measurement device disclosed in Patent Document 2.
  • the two-beam assembly can emit a first measurement beam along a first measurement axis and a second measurement beam along a second measurement axis. Therefore, the confocal measurement device disclosed in Patent Document 2 can measure the displacement of the measurement object using the first measurement light beam, and can also measure the displacement of the measurement object using the second measurement light beam. .
  • the first reflecting element is arranged in the optical path of the light source beam of the optical pen, and the first reflecting element effectively divides the light source beam into two first measurement beams and second measurement beams.
  • the first reflecting element is a beam splitter that divides the light source light flux of the optical pen.
  • the confocal measurement device disclosed in Patent Document 2 is configured to be able to measure the displacement of the measurement object at multiple points by using a beam splitter.
  • the confocal measurement device disclosed in Patent Document 1 must use a two-dimensional image sensor in the light receiving unit in order to measure the displacement of the measurement object at multiple points.
  • the two-dimensional image sensor is more expensive than the one-dimensional image sensor, and there is a problem that the manufacturing cost of the confocal measurement device adopting the two-dimensional image sensor is high.
  • the two-dimensional image sensor has more measurement points than the one-dimensional image sensor, and the processing for acquiring the measurement signal is slow. For this reason, it is difficult for a confocal measurement device that employs a two-dimensional image sensor to measure the displacement of a measurement object at multiple points at high speed. Further, the two-dimensional image sensor has a problem that the configuration size is larger than that of the one-dimensional image sensor, and the device size of the confocal measurement device adopting the two-dimensional image sensor is large.
  • the confocal measurement device disclosed in Patent Document 2 uses a two-beam assembly including a beam splitter in order to measure the displacement of the measurement object at multiple points.
  • the beam from the light source is simply split into two by the beam splitter, so the first measurement signal from the first measurement beam and the second measurement signal from the second measurement beam are separated. It was difficult to do this, and it was necessary to adjust the position of the optical element each time the displacement of the measurement object was measured so that the first measurement signal and the second measurement signal could be separated.
  • the two-beam assembly has the light intensity (light amount) of the first measurement light beam and the second measurement light beam of the light of the light source. About half of the strength.
  • the confocal measurement device disclosed in Patent Document 2 has a low S / N ratio between the first measurement signal and the second measurement signal, and it is difficult to maintain measurement accuracy.
  • S / N ratio can be improved by lengthening measurement time, it becomes difficult to measure the displacement of a measurement object at multiple points at high speed.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and in particular, a confocal measurement apparatus that can measure the displacement of a measurement object at multiple points, which can measure at high speed and can reduce the apparatus size.
  • the purpose is to provide.
  • a confocal measurement apparatus generates a light source that emits light of a plurality of wavelengths, axial chromatic aberration in the light emitted from the light source, and irradiates the measurement target with the light that has generated the axial chromatic aberration.
  • a plurality of confocal optical units that pass light to be focused on the measurement object, one spectroscopic unit that splits light for each wavelength, and light that has passed through the plurality of confocal optical units enter the spectroscopic unit.
  • a light guide unit that emits light, a light receiving unit that receives light dispersed by the spectroscopic unit in a one-dimensional array in the spectral direction of the spectroscopic unit, and a plurality of confocal optical units from the light received by the light receiving unit And a control unit for obtaining a corresponding peak wavelength.
  • the plurality of confocal optical units include optical members that transmit or block different wavelength bands, and the confocal optical units are transmitted or blocked by the optical member.
  • the light is irradiated onto the measurement object, and the control unit obtains the peak wavelength for each region corresponding to the wavelength band that transmits or shields each optical member in the light receiving unit.
  • the optical member is provided at a position where light enters from the light source to the confocal optical unit.
  • the light source is provided for each of the plurality of confocal optical units, each light source emits light in a different wavelength band, and the control unit includes each of the light receiving units.
  • a peak wavelength is obtained for each region corresponding to the wavelength band of light emitted from the light source.
  • the light source is provided for each of the plurality of confocal optical units, and the control unit controls the timing of light emission of each light source so that the light sources emit light sequentially, and The peak wavelength corresponding to the emitted light source is obtained in accordance with the timing at which each light source emits light.
  • the light source is provided for each of the plurality of confocal optical units, and each of the plurality of confocal optical units includes optical members that transmit or block different wavelength bands.
  • the confocal optical unit irradiates the measurement target with light that is transmitted or shielded by the optical member, the control unit controls the light emission timing of each light source so that the light sources emit light sequentially, and each light source A peak wavelength corresponding to the emitted light source is determined for each region corresponding to a wavelength band of the light receiving unit that transmits or blocks light through each optical member in accordance with the timing of light emission.
  • the light receiving element of the light receiving unit has a longer length in a direction orthogonal to the one-dimensional arrangement direction than the one-dimensional arrangement direction. Shape.
  • the confocal optical unit is disposed on the measurement object side of the diffraction lens that causes axial chromatic aberration in the light emitted from the light source, and on the measurement object side from the diffraction lens.
  • the objective lens which condenses the light which produced this on a measurement target object, and the pinhole which passes the light focused on a measurement target object among the light condensed with the objective lens.
  • the confocal measurement device irradiates the measurement object with the light causing the axial chromatic aberration by the plurality of confocal optical units and also focuses the light on the measurement object. And the light that has passed through the plurality of confocal optical parts in the light guide part is incident on one spectroscopic part. Furthermore, the confocal measurement device according to the present invention receives the dispersed light by a light receiving unit arranged one-dimensionally in the spectral direction by the spectral unit, and the control unit receives a plurality of common light from the light received by the light receiving unit. The peak wavelength corresponding to each focus optical unit is obtained.
  • the confocal measurement device does not require a light receiving unit in which light receiving elements are arranged in two dimensions, but can use a light receiving unit in which light receiving elements are arranged in one dimension, and obtains a measurement signal. This process is fast, and the displacement of the measurement object can be measured at multiple points at high speed.
  • the confocal measurement device includes a light receiving unit in which light receiving elements are arranged one-dimensionally, the apparatus size can be reduced as compared with a device including a light receiving unit in which light receiving elements are arranged two-dimensionally. Can do.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal measurement device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the confocal measurement apparatus 100 shown in FIG. 1 uses a confocal optical system of a plurality of head units (two in the case of FIG. 1) to change the displacement of the measurement object 200 at multiple points (two points in the case of FIG. 1). )
  • a measuring device for measuring Examples of the measurement object 200 measured by the confocal measurement device 100 include a cell gap of a liquid crystal display panel.
  • the confocal measurement device 100 includes a first head unit 10 a and a second head unit 10 b having a confocal optical system, a controller unit 20 optically connected via an optical fiber 11, and a signal output from the controller unit 20. Is provided.
  • the first head unit 10a is a head unit for measuring the displacement of the measurement target 200 at a certain position.
  • the first head unit 10a includes a diffractive lens 1, an objective lens 2 disposed closer to the measurement object 200 than the diffractive lens 1, a first optical filter 3a that transmits a specific wavelength band of light incident from the optical fiber 11, A condensing lens 4 that condenses the light transmitted through the first optical filter 3a on the diffraction lens 1 is provided.
  • the focal length of the diffractive lens 1 is larger than the difference between the distance from the diffractive lens to the objective lens and the focal length of the objective lens.
  • the diffractive lens 1 is an optical element that causes axial chromatic aberration in light emitted from a light source (for example, a white light source).
  • the diffractive lens 1 is an amplitude type in which a fine undulation shape such as a kinoform shape or a binary shape (step shape, step shape) is periodically formed on the surface of the lens, or the light transmittance is periodically changed.
  • the zone plate is formed.
  • the configuration of the diffractive lens 1 is not limited to the configuration described above.
  • the objective lens 2 is an optical element that condenses the light generated by the diffractive lens 1 on the measurement object 200, and a convex lens or the like is used.
  • the first optical filter 3 a is an optical element that transmits a specific wavelength band of light incident from the optical fiber 11.
  • the first optical filter 3a is provided in the vicinity of a position where the optical fiber 11 and the first head portion 10a are connected.
  • the first optical filter 3 a shown in FIG. 1 is provided in the first head portion 10 a and at a position between the optical fiber 11 and the condenser lens 4.
  • the first optical filter 3a transmits light having a wavelength of 400 nm to 600 nm out of the wavelength of light incident from the optical fiber 11 (about 400 nm to 800 nm in the visible light region).
  • the first optical filter 3a is a dichroic filter that transmits a specific wavelength band.
  • the condensing lens 4 is an optical element that condenses the incident light in order to efficiently pass the light incident on the first head portion 10a through the diffraction lens 1, and a convex lens or the like is used.
  • the second head unit 10b is a head unit for measuring the displacement of the measurement object 200 at another position.
  • the second head unit 10b includes a diffraction lens 1, an objective lens 2 disposed closer to the measurement object 200 than the diffraction lens 1, a second optical filter 3b that transmits a specific wavelength band of light incident from the optical fiber 11, A condensing lens 4 that condenses the light transmitted through the second optical filter 3b on the diffraction lens 1 is provided.
  • the 2nd head part 10b attaches
  • the second optical filter 3b is an optical element that transmits a wavelength band different from that of the first optical filter 3a in the light incident from the optical fiber 11.
  • the second optical filter 3b is provided in the vicinity of a position where the optical fiber 11 and the second head portion 10b are connected.
  • the second optical filter 3b shown in FIG. 1 is provided inside the second head portion 10b and at a position between the optical fiber 11 and the condenser lens 4.
  • the second optical filter 3b transmits light having a wavelength of 600 nm to 800 nm among wavelengths of light incident from the optical fiber 11 (about 400 nm to 800 nm in the visible light region).
  • the second optical filter 3b is a dichroic filter that transmits a wavelength band different from that of the first optical filter 3a.
  • the confocal measurement device 100 has two head parts, a first head part 10a and a second head part 10b.
  • the first head part 10a and the second head part 10b will be described.
  • the 1st head part 10a and the 2nd head part 10b may be named generically, and may be described.
  • the head unit 10 is a confocal optical unit that causes axial chromatic aberration in the light emitted from the light source and allows the focused light to pass through the measurement target 200.
  • the light emitted from the light source is guided to the head unit 10 through the optical fiber 11.
  • the optical fiber 11 is an optical path from the head unit 10 to the controller unit 20 and also functions as a pinhole. That is, of the light collected by the objective lens 2, the light focused on the measurement object 200 is focused on the opening of the optical fiber 11. Therefore, the optical fiber 11 functions as a pinhole that blocks light having a wavelength that is not focused on the measurement target 200 and allows light focused on the measurement target 200 to pass. By using the optical fiber 11 in the optical path from the head unit 10 to the controller unit 20, a pinhole is not necessary.
  • the confocal measurement device 100 may be configured not to use the optical fiber 11 in the optical path from the head unit 10 to the controller unit 20, but by using the optical fiber 11 in the optical path, the head unit 10 is connected to the controller unit 20. It is possible to move in a flexible manner.
  • the confocal measurement device 100 needs to have a pinhole in the case where the optical fiber 11 is not used in the optical path from the head unit 10 to the controller unit 20, but in the case where the optical fiber 11 is used, the confocal measurement device 100 needs The measuring device 100 does not need to have a pinhole.
  • the controller unit 20 includes a white LED (Light Emitting Diode) 21 that is a white light source, a branch optical fiber 22, a spectroscope 23, an image sensor 24, and a control circuit unit 25.
  • a white LED 21 Light Emitting Diode
  • the white LED 21 is used as the white light source, other light sources may be used as long as the light source can emit white light. Further, the light source is not limited to white light, and any light source having a certain wavelength band may be used.
  • the branch optical fiber 22 has two optical fibers 22a and 22d on the side connected to the two optical fibers 11 extending from the first head portion 10a and the second head portion 10b, and two on the opposite side.
  • Optical fibers 22b and 22c are provided.
  • the optical fiber 22b is connected to the white LED 21 and the optical fiber 22c is connected to the spectroscope 23.
  • the branched optical fiber 22 is manufactured by heating and fusing two optical fibers in contact with each other, and further stretching both optical fibers in a heated state.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the branch optical fiber 22. In the branch coupling unit 22e shown in FIG. 2, the light is branched into two optical paths, or the lights in the two optical paths are combined into one.
  • the branch optical fiber 22 can guide the light emitted from the white LED 21 to the two optical fibers 11 and guide the light returning from the head unit 10 to the spectroscope 23 via the optical fiber 11.
  • the optical fiber 11 and the branch optical fiber 22 are light guide units that allow light having passed through the plurality of head units 10 to enter the spectroscope 23.
  • the spectroscope 23 is a spectroscopic unit that splits light that has passed through the head unit 10 for each wavelength.
  • the spectroscope 23 reflects the light returning from the head unit 10 into parallel light, a diffraction grating 23b on which the light reflected by the concave mirror 23a enters, and a light collecting light that collects the light emitted from the diffraction grating 23b. It has a lens 23c.
  • the spectroscope 23 may be of any configuration such as a Zernitana type or a Littrow type as long as the light returning from the head unit 10 can be divided for each wavelength.
  • the image sensor 24 is a line CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) or a line CCD (Charge Coupled Device) that measures the intensity of light emitted from the spectroscope 23.
  • the image sensor 24 is a light receiving unit in which light receiving elements that receive light dispersed by the spectroscope 23 are arranged one-dimensionally.
  • the image sensor 24 is a monochrome line CMOS or line CCD because it only measures the intensity of light.
  • the image sensor 24 may be a color line CMOS or a line CCD as long as the intensity of light can be measured.
  • the control circuit unit 25 is a control unit including an electronic circuit that controls operations of the white LED 21 and the image sensor 24 and processes output signals of the image sensor 24.
  • the control circuit unit 25 obtains a peak value of intensity from the spectrum waveform of light that is an output signal of the image sensor 24. Thereby, the wavelength (peak wavelength) of the light focused on the measurement object 200 can be specified. By obtaining the relationship between the wavelength of the focused light and the displacement of the measurement object 200 in advance, the displacement of the measurement object 200 can be measured.
  • the control circuit unit 25 has an input interface for inputting signals for adjusting the operations of the white LED 21 and the image sensor 24, an output interface for outputting the signals of the image sensor 24, and the like. ing.
  • the monitor unit 30 displays the signal output from the image sensor 24.
  • the monitor unit 30 draws a spectral waveform of the light returning from the head unit 10, the displacement of the measurement object measured by the first head unit 10a is 0 ⁇ m, and the displacement of the measurement object measured by the second head unit 10b. Is 123.45 ⁇ m.
  • the confocal measurement device 100 measures the displacement at a certain position of the measurement target 200 with the first head unit 10a with one image sensor 24, and at another position of the measurement target 200 with the second head unit 10b.
  • the wavelength band of the light causing the axial chromatic aberration is different for each head unit 10. That is, the first head unit 10a causes axial chromatic aberration in light in a certain wavelength band, and the second head unit 10b causes axial chromatic aberration in light in a wavelength band different from that of the first head part 10a.
  • the confocal measurement device 100 is provided with the first optical filter 3a in the first head unit 10a and the second optical filter 3b in the second head unit 10b as described above. Specifically, when a white light source is used as the light source, the transmittance characteristics of the first optical filter 3a and the second optical filter 3b will be described below.
  • FIG. 3 is a graph for explaining the transmittance characteristics of the optical filter.
  • the horizontal axis represents wavelength [nm] and the vertical axis represents transmittance [%].
  • the waveform of the first optical filter 3a shown in FIG. 3 shows the transmittance characteristics of the first optical filter 3a, transmits about 100% of light having a wavelength of 400 nm to 600 nm, and blocks light of a wavelength of 600 nm to 800 nm. It shows how it is.
  • the waveform of the second optical filter 3b shown in FIG. 3 shows the transmittance characteristics of the second optical filter 3b, transmits about 100% of light having a wavelength of 600 nm to 800 nm, and blocks light of a wavelength of 400 nm to 600 nm. It shows how they are doing.
  • the confocal measurement apparatus 100 divides the wavelength band by the first optical filter 3a and the second optical filter 3b, whereby the area (channel 1) in which the first head unit 10a uses the image sensor 24 and the second head unit 10b. Can be divided into areas (channel 2) to be used.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the channel configuration of the image sensor 24 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • light receiving elements 24a for detecting the intensity of light are arranged in a single line in the vertical direction in the figure.
  • the imaging element 24 receives light having a short wavelength among the light dispersed by the spectroscope 23 by the upper light receiving element 24a in FIG.
  • the confocal measurement device that does not divide the wavelength band, all the light receiving elements 24a shown in FIG. 4 are used by one head unit. Therefore, if a plurality of head units are used, two light receiving elements are used. An image sensor arranged in a dimension is required.
  • the spectrum waveform obtained by the imaging device 24 is a waveform having a peak intensity value for each region corresponding to the wavelength band transmitted or shielded by the first optical filter 3a or the second optical filter 3b.
  • the control circuit unit 25 reads each wavelength of the intensity peak value from the spectrum waveform, and determines the displacement of each measurement object 200 from the relationship between the wavelength of light obtained in advance and the displacement of the measurement object 200. measure.
  • the control circuit unit 25 determines the displacement of the measurement object 200 measured by the first head unit 10 a based on the wavelength of the channel 1 from the relationship between the wavelength of light obtained in advance and the displacement of the measurement object 200.
  • the displacement of the measuring object 200 measured by the second head unit 10b based on the wavelength of the channel 2 is measured.
  • the confocal measurement apparatus 100 draws the spectral waveform of the light returning from the first head unit 10a on the monitor unit 30 based on the measurement signal of the channel 1, and the displacement of the measurement object 200 measured by the first head unit 10a is 0 ⁇ m. Is output. Further, the confocal measurement device 100 draws the spectral waveform of the light returning from the second head unit 10b on the monitor unit 30 based on the measurement signal of the channel 2, and the displacement of the measurement object 200 measured by the second head unit 10b. Is 123.45 ⁇ m.
  • the confocal measurement apparatus 100 uses the head unit 10 to transmit light that is transmitted or shielded by the optical filter in order to measure the displacement of the measurement object 200 at multiple points.
  • the measurement object 200 is irradiated, and the control circuit unit 25 obtains the peak wavelength for each region corresponding to the wavelength band transmitted or shielded by each optical filter in the image sensor 24.
  • An element is not necessary, and the image sensor 24 in which the light receiving elements 24a are arranged one-dimensionally can be used.
  • the confocal measurement apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention has a faster process for acquiring a measurement signal than the case of using an image sensor in which light receiving elements are two-dimensionally arranged, and the measurement object 200. Can be measured at multiple points at high speed.
  • the confocal measurement apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes the image pickup element 24 in which the light receiving elements 24a are arranged in a one-dimensional manner, the apparatus is provided with an image pickup element in which the light receiving elements are arranged in a two-dimensional manner. The device size can be reduced.
  • the image sensor 24 in which the light receiving elements 24a are arranged in one dimension is less expensive than the image sensor in which the light receiving elements are arranged in two dimensions, and the manufacturing cost of the confocal measurement device 100 can be reduced.
  • the confocal measurement apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention divides the wavelength band, the image sensor 24 can divide the channel of the measurement signal for each head unit 10.
  • the confocal measurement apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention only divides the wavelength band and does not divide the light intensity (light quantity), the S / N of the measurement signal Measurement accuracy can be maintained without reducing the ratio.
  • the wavelength band of light causing axial chromatic aberration is divided for each head unit 10. ing.
  • the first optical filter 3a and the second optical filter are located in the head unit 10 and between the optical fiber 11 and the condenser lens 4.
  • the structure provided with 3b was demonstrated, it is not limited to this, Any structure may be sufficient if a wavelength band can be divided
  • the first optical filter 3a and the second optical filter 3b may be collectively referred to as the optical filter 3.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the head unit 10 according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A shows a configuration of the head unit 10 in which the optical filter 3 is provided at a position between the diffractive lens 1 and the objective lens 2.
  • FIG. 5B shows a configuration of the head unit 10 in which the optical filter 3 is provided outside the head unit 10 and at a position between the objective lens 2 and the measurement object 200.
  • the optical filter 3 When the optical filter 3 is provided at the position shown in FIG. 5A, the light that has become parallel light by the diffractive lens 1 is transmitted through the optical filter 3, so that there is an advantage that accuracy in dividing the wavelength band is improved.
  • the optical filter 3 when the optical filter 3 is provided at the position shown in FIG. 5B, the optical filter 3 can be configured to be detachable from the head unit 10. The same head unit 10 can be used when measuring the displacement at one point and when measuring the displacement of the measurement object 200 with a plurality of head units 10 at multiple points.
  • the optical filter 3 When the optical filter 3 is provided at the position shown in FIG. 1, the diameter of the incident light is reduced, so that the size of the optical filter 3 can be reduced compared to the case where it is provided at another position, and the manufacturing cost is reduced. Can be reduced.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal measurement device according to Modification 2 of Embodiment 1 of the present invention.
  • the confocal measurement device 100a shown in FIG. 6 has a configuration in which a beam splitter 5 is provided instead of the configuration provided in the optical filter 3 for each head unit 10.
  • the confocal measuring device 100a shown in FIG. 6 attaches
  • the confocal measurement apparatus 100a shown in FIG. 6 will be described as a configuration including a spectroscope 23 that uses a collimating lens 23d instead of the concave mirror 23a.
  • the beam splitter 5 is provided between the optical fiber 11 and the branch optical fiber 22.
  • the beam splitter 5 divides the light emitted from the optical fiber 22a extending from one end of the branch optical fiber 22 (the light of the white LED 21 guided by the optical fiber 22b) for each wavelength band, and outputs the light in one wavelength band.
  • the light in the other wavelength band is incident on the optical fiber 11 connected to the second head portion 10b and the optical fiber 11 connected to the first head portion 10a.
  • the beam splitter 5 includes a condensing lens 5a that condenses the light emitted from the optical fiber 22a, and an optical mirror 5b that divides the light collected by the condensing lens 5a into light that transmits and reflects light. .
  • the optical mirror 5b reflects light with a wavelength of 400 nm to 600 nm, for example, and transmits light with a wavelength of 600 nm to 800 nm, thereby dividing the light into wavelength bands.
  • the light reflected by the optical mirror 5b is equivalent to the light transmitted through the first optical filter 3a, and is light having a wavelength of 400 nm to 600 nm.
  • the light transmitted through the optical mirror 5b is equivalent to the light transmitted through the second optical filter 3b, and is light having a wavelength of 600 nm to 800 nm.
  • the confocal measurement device 100a causes axial chromatic aberration to be generated by the diffraction lens 1 on the light after dividing the wavelength band by the beam splitter 5 and condenses the light having the chromatic aberration on the measurement object 200 by the objective lens 2. To do.
  • the confocal measurement device 100a guides the light focused on the measurement object 200 from the optical fiber 22c to the diffraction grating 23b via the collimator lens 23d, and the light split by the diffraction grating 23b is collected by the imaging lens 24 using the condenser lens 23c. Is incident on.
  • the confocal measurement device 100 a draws the spectral waveform of the light incident on the image sensor 24 on the monitor unit 30 and outputs the displacement of the measurement object 200 measured by the head unit 10. Thereby, the confocal measurement apparatus 100a can measure the displacement of the measurement object 200 at multiple points, similarly to the confocal measurement apparatus 100 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal measurement device according to Modification 3 of Embodiment 1 of the present invention.
  • the confocal measurement device 100b shown in FIG. 7 has a configuration in which a light source is provided for each head unit 10 instead of the configuration provided in the optical filter 3 for each head unit 10.
  • the confocal measurement apparatus 100b shown in FIG. 7 attaches
  • the confocal measurement device 100b shown in FIG. 7 will be described as a configuration including a spectroscope 23 that uses a collimating lens 23d instead of the concave mirror 23a.
  • the light source includes a light source 21a that emits light in a certain wavelength band and a light source 21b that emits light in a wavelength band different from that of the light source 21a.
  • the light source 21a emits light with a wavelength of 400 nm to 600 nm, for example, and the light source 21b emits light with a wavelength of 600 nm to 800 nm.
  • the light from the light source 21 a enters the first head unit 10 a via the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11.
  • the light from the light source 21b enters the second head portion 10b via the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11.
  • the confocal measurement device 100b is provided with the light source 21a and the light source 21b having different wavelength bands of emitted light corresponding to the first head unit 10a and the second head unit 10b, respectively, so that the first head unit 10a and the second head unit 10b are provided.
  • the wavelength band is divided for each head unit 10b. That is, the first head unit 10a uses the light of the light source 21a instead of dividing the wavelength band of the light from the white LED 21 of the white light source with the first optical filter 3a.
  • the second head unit 10b uses the light from the light source 21b instead of dividing the wavelength band of the light from the white LED 21 of the white light source with the second optical filter 3b.
  • the confocal measurement device 100b causes axial chromatic aberration to be generated by the diffraction lens 1 in the light from the light source 21a and the light source 21b, and condenses the light having the chromatic aberration to the measurement object 200 by the objective lens 2.
  • the confocal measurement apparatus 100b guides the light focused on the measurement target 200 from the optical fiber 22c to the diffraction grating 23b via the collimator lens 23d, and the light spectrally separated by the diffraction grating 23b by the condenser lens 23c. Is incident on.
  • the confocal measurement device 100 b draws the spectral waveform of the light incident on the image sensor 24 on the monitor unit 30 and outputs the displacement of the measurement object 200 measured by the head unit 10. Thereby, the confocal measurement apparatus 100b can measure the displacement of the measurement object 200 in multiple points, like the confocal measurement apparatus 100 shown in FIG.
  • the light sources 21 a and 21 b provided for each of the plurality of head units 10 are different from each other in order to measure the displacement of the measurement target 200 at multiple points. Even when light in the wavelength band is emitted and the peak wavelength is obtained for each region corresponding to the wavelength band of the light emitted from each light source, the displacement of the measurement object 200 is changed in the same manner as in the confocal measurement device 100 shown in FIG. Multipoint measurement is possible.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal measurement device according to Modification 4 of Embodiment 1 of the present invention.
  • a confocal measurement device 100c shown in FIG. 8 has a configuration in which collimating lenses 221 to 224, a half mirror 225, and a mirror 226 are provided in place of the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11.
  • the confocal measurement apparatus 100c shown in FIG. 8 attaches
  • the confocal measurement apparatus 100c shown in FIG. 8 even if it is the structure shown by the confocal measurement apparatus 100 of FIG. 1, illustration is abbreviate
  • the light from the light source 21 is converted into parallel light by the collimator lens 221, and is divided into a path toward the mirror 226 by the half mirror 225 and a path toward the second optical filter 3b.
  • the light reflected by the mirror 226 passes through the first optical filter 3a and is condensed by the collimator lens 222 onto the pinhole 6a of the first head portion 10a.
  • the light transmitted through the second optical filter 3b is collected by the collimator lens 223 into the pinhole 6b of the second head portion 10b.
  • the light focused on the measurement object 200 returns to the collimating lens 222 through the pinhole 6a.
  • the light that has returned to the collimating lens 222 is input to the spectroscope 23 via the first optical filter 3 a, the mirror 226, the half mirror 225, and the collimating lens 224.
  • the light focused on the measurement object 200 passes through the pinhole 6b and returns to the collimating lens 223.
  • the light returned to the collimating lens 223 is input to the spectroscope 23 via the second optical filter 3b, the half mirror 225, and the collimating lens 224.
  • the collimating lens 222 or the collimating lens 223, and the mirror 226, the half mirror 225, and the collimating lens 224 constitute a light guide unit that causes the light having passed through the plurality of head units 10 to enter the spectroscope 23. To do.
  • the confocal measurement apparatus 100c according to the fourth modification can be obtained by providing the collimating lenses 221 to 224, the half mirror 225, and the mirror 226 in place of the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11 as shown in FIG. Similar to the confocal measurement apparatus 100 shown, the displacement of the measurement object 200 can be measured at multiple points. Furthermore, the confocal measurement device 100c can easily be configured to dispose an optical filter between the head unit 10 and the spectroscope 23 as compared with the case where the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11 are used.
  • the confocal measurement apparatus divides the wavelength band of light that causes axial chromatic aberration for each head unit in order to measure the displacement of the measurement object at multiple points.
  • the peak wavelength corresponding to the light-emitting head unit is obtained in accordance with the timing at which the light source emits light.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal measurement device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the confocal measurement device 101 shown in FIG. 9 uses a confocal optical system of a plurality of head units (two in the case of FIG. 9) to measure the displacement of the measurement object 200 at multiple points (two points in the case of FIG. 9). ) A measuring device for measuring.
  • the measurement object 200 measured by the confocal measurement device 101 includes, for example, a cell gap of a liquid crystal display panel.
  • the confocal measurement apparatus 101 shown in FIG. 9 attaches
  • the confocal measurement device 101 is provided with two light sources, a first light source 21A and a second light source 21B, so as to obtain a peak wavelength corresponding to the head unit 10 that has emitted light in accordance with the timing at which the light source emits light. ing.
  • the light emitted from the first light source 21A is guided to the optical fiber 11, and the light returning from the head unit 10 via the optical fiber 11 is guided to the spectroscope 23, and is emitted from the second light source 21B.
  • branch optical fibers 22 are respectively provided.
  • the branch optical fiber 22 has one optical fiber 22a on the side connected to the optical fiber 11 extending from the head portion 10, and two optical fibers 22b and 22c on the opposite side.
  • the optical fiber 22b is connected to the white LED 21 and the optical fiber 22c is connected to the spectroscope 23.
  • the optical fiber 11 and the branch optical fiber 22 provided for each of the plurality of head units 10 are light guide units that allow the light having passed through the respective head units 10 to enter the spectroscope 23.
  • the confocal measurement device 101 turns on the first light source 21A (the second light source 21B is not turned on), passes the light through the first head unit 10a, and turns on the second light source 21B after t seconds (the first light source). 21A is not lit) and the light is allowed to pass through the second head portion 10b, thereby shifting the timing of passing the light for each head portion 10. That is, the confocal measurement device 101 obtains a peak wavelength corresponding to the head unit 10 that has emitted light in accordance with the timing at which the first light source 21A or the second light source 21B emits light.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the operation of the confocal measurement apparatus 101 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 10A is a schematic diagram for explaining the operation when the first light source 21A is turned on (the second light source 21B is not turned on) in the confocal measurement apparatus 101.
  • FIG. 10B is a schematic diagram for explaining the operation when the second light source 21B is turned on (the first light source 21A is not turned on) in the confocal measurement apparatus 101.
  • the confocal measurement device 101 shown in FIG. 10 even though the configuration is the same as that shown in the confocal measurement device 101 of FIG.
  • the confocal measurement device 101 shown in FIG. 9 will be described as a configuration including a spectroscope 23 that uses a collimating lens 23d instead of the concave mirror 23a.
  • the confocal measurement device 101 has the same configuration as measuring the displacement of the measurement object 200 using only the first head unit 10a.
  • the confocal measuring device 101 causes axial chromatic aberration to occur in the diffraction lens 1 of the first head unit 10a for the light from the first light source 21A, and measures the light in which chromatic aberration has occurred using the objective lens 2 in the first head unit 10a.
  • the light is condensed on the object 200.
  • the confocal measurement apparatus 101 guides the light focused on the measurement object 200 from the optical fiber 22c to the diffraction grating 23b through the collimator lens 23d, and the light split by the diffraction grating 23b is collected by the condenser lens 23c with the imaging device 24. Is incident on.
  • the control circuit unit 25 obtains a peak value of intensity from the spectrum waveform of light that is an output signal of the image sensor 24 and specifies the wavelength of light focused on the measurement target 200. Furthermore, the control circuit unit 25 measures the displacement of the measurement target 200 in the first head unit 10 a from the relationship between the wavelength of the focused light obtained in advance and the displacement of the measurement target 200. Further, the confocal measurement device 101 draws the spectral waveform of the light incident on the image sensor 24 on the monitor unit 30 and outputs the displacement of the measurement object 200 measured by the first head unit 10a.
  • the confocal measurement device 101 After t seconds, when the second light source 21B is turned on as shown in FIG. 10B (the first light source 21A is not turned on), the light passes through the second head unit 10b, but the first head unit 10a receives the light. Do not pass. That is, the confocal measurement device 101 has the same configuration as measuring the displacement of the measurement target 200 using only the second head unit 10b.
  • the confocal measurement device 101 causes axial chromatic aberration to be generated by the diffraction lens 1 of the second head unit 10b and the light having the chromatic aberration measured by the objective lens 2 of the second head unit 10b.
  • the light is condensed on the object 200.
  • the confocal measurement apparatus 101 guides the light focused on the measurement object 200 from the optical fiber 22c to the diffraction grating 23b through the collimator lens 23d, and the light split by the diffraction grating 23b is collected by the condenser lens 23c with the imaging device 24. Is incident on.
  • the control circuit unit 25 obtains a peak value of intensity from the spectrum waveform of light that is an output signal of the image sensor 24 and specifies the wavelength of light focused on the measurement target 200. Further, the control circuit unit 25 measures the displacement of the measurement target 200 in the second head unit 10b from the relationship between the wavelength of the focused light obtained in advance and the displacement of the measurement target 200. Further, the confocal measurement device 101 draws the spectral waveform of the light incident on the image sensor 24 on the monitor unit 30 and outputs the displacement of the measurement object 200 measured by the second head unit 10b.
  • the confocal measurement apparatus 101 has the control circuit unit 25 in accordance with the timing at which each light source emits light in order to measure the displacement of the measurement target 200 at multiple points. Since the wavelength of the peak value corresponding to the emitted light source is obtained, an image pickup device in which the light receiving elements are arranged in two dimensions is not necessary, and the image pickup element 24 in which the light receiving elements 24a are arranged in one dimension can be used. Therefore, the confocal measurement apparatus 101 according to the second embodiment of the present invention has a faster process for acquiring a measurement signal than the case where an imaging element in which light receiving elements are two-dimensionally arranged is used, and the measurement target 200 Can be measured at multiple points at high speed.
  • the confocal measurement apparatus 101 includes the imaging element 24 in which the light receiving elements 24a are arranged in a one-dimensional manner, and therefore, compared with an apparatus having an imaging element in which the light receiving elements are arranged in a two-dimensional manner.
  • the device size can be reduced.
  • the image sensor 24 in which the light receiving elements 24a are arranged one-dimensionally is less expensive than the image sensor in which the light receiving elements are arranged two-dimensionally, and the manufacturing cost of the confocal measurement device 101 can be reduced.
  • the confocal measurement apparatus 101 according to the second embodiment of the present invention divides the wavelength band, it is possible to divide the measurement signal channel for each head unit 10 in the image sensor 24.
  • the confocal measurement apparatus 101 according to the second embodiment of the present invention merely obtains the peak wavelength corresponding to the head unit 10 that has emitted light in accordance with the timing at which the light source emits light. ) Is not divided, the measurement accuracy can be maintained without reducing the S / N ratio of the measurement signal.
  • the confocal measurement apparatus 101 includes the first light source 21A and the second light source 21B corresponding to each of the plurality of head units 10, and exclusively the first light source 21A and the second light source 21B.
  • the confocal measurement apparatus 101 is provided with one light source or one light source for each head unit 10 of a certain number of units, and a shutter that can turn on / off light incident on the head unit 10 from the light source as a controller. It may be provided in the unit 20 or the head unit 10 and may have a configuration in which the timing of transmitting light by controlling the shutter is shifted for each head unit 10.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which the light incident on the spectroscope 23 by bundling a plurality of optical fibers 22 c is measured by the image sensor 24.
  • the two optical fibers 22c shown in FIG. 11 are bundled by a V-groove substrate 26 and arranged in a line in the vertical direction in the figure.
  • the light emitted from the two optical fibers 22c is incident on the diffraction grating 23b of the spectroscope 23 through the collimator lens 23d, dispersed by the diffraction grating 23b, and condensed on the image sensor 24 by the condenser lens 23c. .
  • the two optical fibers 22c are arranged side by side in a direction orthogonal to a plane including the direction in which the focal point of the reflected light from the diffraction grating 23b changes depending on the wavelength.
  • the image sensor 24 is arranged so that the light receiving elements 24a are arranged along the direction in which the focal point of the reflected light from the diffraction grating 23b changes according to the wavelength.
  • the image pickup element 24 has a shape of each light receiving element 24a that is long and long in a direction (vertical direction in the figure) perpendicular to the direction in which the light receiving elements 24a are arranged (left and right direction in the figure). That is, the image sensor 24 is configured so that each light receiving element 24a is focused even when light is aligned in the vertical direction (vertical direction in the figure) of the light receiving element 24a, not in the direction in which the light receiving elements 24a are arranged (left and right direction in the figure).
  • the shape is a vertically long shape that can receive the collected light. In this way, the amount of change in the focal position of the light passing through the condenser lens 23c in the direction orthogonal to the light receiving surface of the image sensor 24 does not increase even if the number of optical fibers 22c increases. Alignment is easy.
  • the confocal measurement device splits the wavelength band of light that causes axial chromatic aberration into each head unit in order to measure the displacement of the measurement object at multiple points.
  • the wavelength is obtained in combination with obtaining the peak wavelength corresponding to the head unit 10 that has emitted light in accordance with the timing at which the light source emits light.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a confocal measurement device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the confocal measurement device 102 shown in FIG. 12 uses a confocal optical system of a plurality of head units (four in the case of FIG. 12) to measure the displacement of the measurement object 200 at multiple points (four points in the case of FIG. 12). ) A measuring device for measuring.
  • the measurement object 200 measured by the confocal measurement device 102 includes, for example, a cell gap of a liquid crystal display panel.
  • the confocal measurement apparatus 102 shown in FIG. 12 attaches
  • the confocal measurement device 102 shown in FIG. 12 even if the configuration is the same as that shown in the confocal measurement device 100 of FIG. Furthermore, the confocal measurement device 102 shown in FIG. 12 will be described as a configuration including a spectroscope 23 that uses a collimating lens 23d instead of the concave mirror 23a.
  • the confocal measurement device 102 is provided with four light sources for the four head units 10 to divide the wavelength band of light causing axial chromatic aberration for each head unit 10 and to shift the timing at which the light sources emit light.
  • the four light sources include a first light source 21Aa and a second light source 21Ba that emit light in a certain wavelength band, a third light source 21Ab that emits light in a wavelength band different from that of the first light source 21Aa and the second light source 21Ba, and a second light source. It is divided into four light sources 21Bb.
  • the first light source 21Aa and the second light source 21Ba emit light with a wavelength of 400 nm to 600 nm, for example, and the third light source 21Ab and the fourth light source 21Bb emit light with a wavelength of 600 nm to 800 nm.
  • the light from the first light source 21Aa enters the first head portion 10a via the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11.
  • the light from the second light source 21Ba enters the second head portion 10b via the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11.
  • the light from the third light source 21Ab enters the third head portion 10c via the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11.
  • the light from the fourth light source 21Bb enters the fourth head portion 10d through the branch optical fiber 22 and the optical fiber 11.
  • the first head unit 10a and the second head unit 10b collect light on the measurement object 200a, respectively, and measure the displacement of the measurement object 200a at the position of the condensed light. Further, the third head unit 10c and the fourth head unit 10d condense light on the measurement object 200b, respectively, and measure the displacement of the measurement object 200b at the position of the condensed light.
  • the measurement object 200a may be the same member as the measurement object 200b or a different member. For example, the measurement object 200a may be a reference member for the measurement object 200b.
  • the confocal measurement device 102 divides the wavelength of light causing axial chromatic aberration for each head unit 10 by the first light source 21Aa and the second light source 21Ba, and the third light source 21Ab and the fourth light source 21Bb.
  • the light source 21Aa and the third light source 21Ab and the second light source 21Ba and the fourth light source 21Bb are shifted in timing for each head unit 10 to emit light.
  • the confocal measurement device 102 first turns on the first light source 21Aa and the third light source 21Ab (the second light source 21Ba and the fourth light source 21Bb are not turned on), and then the first head unit 10a and the third head unit 10c. Let light pass through.
  • the confocal measurement device 102 when the first light source 21Aa and the third light source 21Ab are turned on, the light passes through the first head unit 10a and the third head unit 10c, but the light passing through the first head unit 10a The wavelength band is divided from the light passing through the three head portions 10c. Therefore, the confocal measurement device 102 has a configuration in which the wavelength of light causing axial chromatic aberration is divided between the first head portion 10a and the third head portion 10c as described in the confocal measurement device 100b of FIG. It becomes.
  • the confocal measurement device 102 causes axial chromatic aberration of the light from the first light source 21Aa and the third light source 21Ab in the diffraction lenses 1 of the first head unit 10a and the third head unit 10c, and also chromatic aberration has occurred.
  • Light is condensed on each of the measurement object 200 a and the measurement object 200 b by the objective lens 2.
  • the confocal measurement device 102 guides the light focused by each of the measurement object 200a and the measurement object 200b from the optical fiber 22c to the diffraction grating 23b via the collimator lens 23d, and collects the light dispersed by the diffraction grating 23b.
  • the light enters the image sensor 24 through the optical lens 23c.
  • the confocal measurement device 102 draws the spectral waveform of the light incident on the image sensor 24 on the monitor unit 30 and measures each of the measurement target 200a and the measurement target 200b measured by the first head unit 10a and the third head unit 10c. Output displacement.
  • the displacement of the measurement object 200a measured by the first head unit 10a is 0 ⁇ m
  • the displacement of the measurement object 200b measured by the third head unit 10c is 123.45 ⁇ m. Is output.
  • the confocal measurement device 102 turns on the second light source 21Ba and the fourth light source 21Bb after t seconds (the first light source 21Aa and the third light source 21Ab are not lit), and the second head unit 10b and the fourth head. Light is allowed to pass through the portion 10d.
  • the confocal measurement device 102 when the second light source 21Ba and the fourth light source 21Bb are turned on, light passes through the second head unit 10b and the fourth head unit 10d, but the light passing through the second head unit 10b and the second light source 21Bb.
  • the wavelength band is divided from the light passing through the four head portions 10d. Therefore, the confocal measurement device 102 has a configuration in which the wavelength of light causing axial chromatic aberration is divided by the second head portion 10b and the fourth head portion 10d, as described in the confocal measurement device 100b of FIG. It becomes.
  • the confocal measurement device 102 causes axial chromatic aberration of the light from the second light source 21Ba and the fourth light source 21Bb by the diffraction lenses 1 of the second head portion 10b and the fourth head portion 10d, and also chromatic aberration has occurred.
  • Light is condensed on each of the measurement object 200 a and the measurement object 200 b by the objective lens 2.
  • the confocal measurement device 102 guides the light focused by each of the measurement object 200a and the measurement object 200b from the optical fiber 22c to the diffraction grating 23b via the collimator lens 23d, and collects the light dispersed by the diffraction grating 23b.
  • the light enters the image sensor 24 through the optical lens 23c.
  • the confocal measurement device 102 draws the spectral waveform of the light incident on the image sensor 24 on the monitor unit 30 and measures each of the measurement target 200a and the measurement target 200b measured by the second head unit 10b and the fourth head unit 10d. Output displacement. For example, the confocal measurement device 102 outputs that the displacement of the measurement object 200a measured by the second head portion 10b is 10 ⁇ m, and that the displacement of the measurement object 200b measured by the fourth head portion 10d is 132 ⁇ m. To do.
  • the confocal measurement apparatus 102 can measure the displacement of the measuring object 200a at two points with the first head unit 10a and the second head unit 10b, and measure with the third head unit 10c and the fourth head unit 10d.
  • the displacement of the target object 200b can be measured at two points. That is, the confocal measurement device 102 can measure four displacements of the measurement target object 200a and the measurement target object 200b using the first head unit 10a to the fourth head unit 10d.
  • the confocal measurement device 102 performs, for each region corresponding to the divided wavelength bands in the image sensor 24, in order to measure the displacement of the measurement target 200 at multiple points. Since the determination of the peak wavelength and the determination of the wavelength of the peak value corresponding to the emitted light source are performed in combination, more displacements of the measurement object 200 can be measured.
  • the confocal measurement device 102 has an effect similar to that of the confocal measurement device according to the first embodiment and the second embodiment described above.
  • the four light sources are the first light source 21Aa and the second light source 21Ba that emit light in a certain wavelength band, and the first light source 21Aa and the second light source.
  • the wavelength band was divided into the third light source 21Ab and the fourth light source 21Bb that emit light in a wavelength band different from 21Ba.
  • the confocal measurement device 102 according to the third embodiment of the present invention is not limited to this, and the four light sources that emit light in the same wavelength band are used for the first head unit 10a and the second head unit 10b.
  • the wavelength band division may be performed by providing the first optical filter 3a shown in FIG. 1 and the second optical filter 3b shown in FIG. 1 in the third head portion 10c and the fourth head portion 10d, respectively.
  • the present invention is not limited to this. is not.
  • the diffractive lens 1 instead of the diffractive lens 1, one lens that causes axial chromatic aberration or an optical system component that combines a plurality of lenses may be used.
  • the configuration including two or four head units 10 has been described. However, this is an example, and more head units 10 are included. It may be a configuration.

Abstract

　本発明は、共焦点光学系を利用して計測対象物（２００）の変位を多点計測する共焦点計測装置（１００）である。共焦点計測装置（１００）は、光源（２１）と、ヘッド部（１０）と、分光器（２３）と、撮像素子（２４）とを備えている。共焦点計測装置（１００）は、複数のヘッド部（１０）で、軸上色収差を生じさせた光を計測対象物（２００）に照射するとともに、計測対象物（２００）において合焦する光を通過させ、分岐光ファイバ及び光ファイバ（１１）で複数のヘッド部（１０）を通過した光を１つの分光器（２３）に入光させる。さらに、共焦点計測装置（１００）は、分光した光を、分光部による分光方向に１次元に配列した撮像素子（２４）で受光して、制御回路部（２５）で、撮像素子（２４）が受光した光から複数のヘッド部（１０）ごとに対応したピーク波長を求める。

Description

共焦点計測装置
　本発明は、非接触で計測対象物の変位を多点計測する計測装置であって、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を多点計測する共焦点計測装置に関する。
　非接触で計測対象物の変位を多点計測する計測装置のうち、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を多点計測する共焦点計測装置が特開２０１１－０１７５５２号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示されている共焦点計測装置は、複数のプローブと、一つの検出部と、一つのモニタで構成されている。プローブは光ファイバと色収差をもつレンズで構成されている。プローブからの検知光が、紙面の垂直方向に１列に整列された光ファイバから出射される。この検知光はコリメートレンズで平行光化され、回折格子により分光され、集光レンズにより２次元撮像素子面上に複数集光される。
　回折格子により色に応じた角度に変換されるので２次元撮像素子面上の集光位置は色によって位置が変わることになる。よって各プローブの検知した変位に従ってモニタ上の光点の上下の高さが変わることになり、計測対象物の変位を多点計測することができる。
　また、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を多点計測する別の共焦点計測装置が特開２０１２－０４７７４３号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献２に開示されている共焦点計測装置は、光学ペンと電子機器部分とを含んでいる。光学ペンは、光ファイバコネクタと、筐体と、光学系部分とを含んでいる。光ファイバコネクタは、筐体の端部に取り付けられており、光ファイバコネクタは、入出力光ファイバを覆う光ファイバケーブルを通じて、その入出力光ファイバを受け入れている。入出力光ファイバは、ファイバ開口部（共焦点開口部）を通して光源光を出射するとともに、ファイバ開口部を通して測定信号の反射光を受光する。
　さらに、特許文献２に開示されている共焦点計測装置には、２光束アッセンブリが取り付けられている。２光束アッセンブリは、第１測定光束を第１測定軸に沿って出射し、第２測定光束を第２測定軸に沿って出射することができる。そのため、特許文献２に開示されている共焦点計測装置は、第１測定光束により計測対象物の変位を計測することができるとともに、第２測定光束により計測対象物の変位も計測することができる。
　２光束アッセンブリは、光学ペンの光源光束の光路に第１反射要素が配置され、この第１反射要素が、光源光束を２つの第１測定光束と第２測定光束とに効果的に分割している。つまり、第１反射要素は、光学ペンの光源光束を分割するビームスプリッタである。そのため、特許文献２に開示されている共焦点計測装置は、ビームスプリッタを用いることにより、計測対象物の変位を多点計測することができる構成となっている。
特開２０１１－０１７５５２号公報 特開２０１２－０４７７４３号公報
　しかし、特許文献１に開示されている共焦点計測装置は、計測対象物の変位を多点計測するために、受光部に２次元撮像素子を用いなければならない。２次元撮像素子は、１次元撮像素子に比べて高価であり、２次元撮像素子を採用した共焦点計測装置の製造コストが高くなるという問題があった。
　また、２次元撮像素子は、１次元撮像素子に比べて測定点が多く測定信号を取得するための処理が遅くなる。そのため、２次元撮像素子を採用した共焦点計測装置は、計測対象物の変位を高速に多点計測することが難しい。さらに、２次元撮像素子は、１次元撮像素子に比べて構成サイズが大きく、２次元撮像素子を採用した共焦点計測装置の装置サイズが大きくなるという問題があった。
　一方、特許文献２に開示されている共焦点計測装置は、計測対象物の変位を多点計測するために、ビームスプリッタを含む２光束アッセンブリを用いている。この２光束アッセンブリは、光源からの光束をビームスプリッタで単純に２つに分割しているだけであるため、第１測定光束による第１測定信号と第２測定光束による第２測定信号とを分離するのが難しく、第１測定信号と第２測定信号とが分離できるように、計測対象物の変位を計測する都度、光学素子の位置を調整する必要があった。
　また、光源からの光束をビームスプリッタで単純に２つに分割しているだけであるため、２光束アッセンブリは、第１測定光束および第２測定光束の光の強度（光量）が光源の光の強度の約半分となる。そのため、特許文献２に開示されている共焦点計測装置は、第１測定信号および第２測定信号のＳ／Ｎ比が低下し、計測精度を維持することが難しい。なお、計測時間を長くすることでＳ／Ｎ比を改善できるが、計測対象物の変位を高速に多点計測することが難しくなる。
　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、特に、高速に計測することが可能で、装置サイズを小さくすることが可能な、計測対象物の変位を多点計測する共焦点計測装置を提供することを目的とする。
　本発明に従った共焦点計測装置は、複数の波長の光を出射する光源と、光源から出射する光に軸上色収差を生じさせ、当該軸上色収差を生じさせた光を計測対象物に照射するとともに、計測対象物において合焦する光を通過させる複数の共焦点光学部と、光を波長ごとに分光する１つの分光部と、複数の共焦点光学部を通過した光を分光部に入光させる導光部と、分光部で分光した光を受光する受光素子を、分光部による分光方向に１次元に配列した受光部と、受光部が受光した光から複数の共焦点光学部ごとに対応したピーク波長を求める制御部とを備える。
　また、本発明の共焦点計測装置では、好ましくは、複数の共焦点光学部は、互いに異なる波長帯域を透過または遮光する光学部材を含み、共焦点光学部は、光学部材によって透過または遮光された光を計測対象物に照射し、制御部は、受光部のうち各光学部材を透過または遮光する波長帯域に対応する領域ごとにピーク波長を求める。
　また、本発明の共焦点計測装置では、好ましくは、光学部材は、光源から共焦点光学部へ光が入射する位置に設けられている。
　また、本発明の共焦点計測装置では、好ましくは、光源は、複数の共焦点光学部ごとに設けられ、各光源は互いに異なる波長帯域の光を出射し、制御部は、受光部のうち各光源が出射する光の波長帯域に対応する領域ごとにピーク波長を求める。
　また、本発明の共焦点計測装置では、好ましくは、光源は、複数の共焦点光学部ごとに設けられ、制御部は、光源が順次発光するように各光源の発光するタイミングを制御し、かつ、各光源が発光するタイミングに合わせて、当該発光した光源に対応したピーク波長を求める。
　また、本発明の共焦点計測装置では、好ましくは、光源は、複数の共焦点光学部ごとに設けられ、複数の共焦点光学部は、互いに異なる波長帯域を透過または遮光する光学部材をそれぞれ含み、共焦点光学部は、光学部材によって透過または遮光された光を計測対象物に照射し、制御部は、光源が順次発光するように各光源の発光するタイミングを制御し、かつ、各光源が発光するタイミングに合わせて、当該発光した光源に対応したピーク波長を、受光部のうち各光学部材を透過または遮光する波長帯域に対応する領域ごとに求める。
　また、本発明の共焦点計測装置では、好ましくは、受光部の受光素子は、１次元に配列する方向の長さよりも１次元に配列する方向に対して直交する方向の長さの方が長い形状である。
　また、本発明の共焦点計測装置では、好ましくは、共焦点光学部は、光源から出射する光に軸上色収差を生じさせる回折レンズと、回折レンズより計測対象物側に配置され、軸上色収差を生じさせた光を計測対象物に集光する対物レンズと、対物レンズで集光した光のうち、計測対象物において合焦する光を通過させるピンホールとを含む。
　上記構成によれば、本発明に従った共焦点計測装置は、複数の共焦点光学部で、軸上色収差を生じさせた光を計測対象物に照射するとともに、計測対象物において合焦する光を通過させ、導光部で複数の共焦点光学部を通過した光を１つの分光部に入光させる。さらに、本発明に従った共焦点計測装置は、分光した光を、分光部による分光方向に１次元に配列した受光部で受光して、制御部で、受光部が受光した光から複数の共焦点光学部ごとに対応したピーク波長を求める。そのため、本発明に従った共焦点計測装置は、受光素子を２次元に配列した受光部が必要ではなく、受光素子を１次元に配列した受光部を用いることができ、測定信号を取得するための処理が速く、計測対象物の変位を高速に多点計測することができる。また、本発明に従った共焦点計測装置は、受光素子を１次元に配列した受光部を備えるので、受光素子を２次元に配列した受光部を備える装置に比べて、装置サイズを小さくすることができる。
本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。 分岐光ファイバの構成を示す概略図である。 光学フィルタの透過率特性を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態１に係る撮像素子のチャンネル構成を説明する概略図である。 本発明の実施の形態１の変形例１に係るヘッド部の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例２に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例３に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例３に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置の動作を説明するための模式図である。 複数の光ファイバを束ねて分光器に入射した光が、撮像素子で測定される様子を示した模式図である。 本発明の実施の形態３に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。図１に示す共焦点計測装置１００は、複数のヘッド部（図１の場合は２つ）の共焦点光学系を利用して計測対象物２００の変位を多点（図１の場合は２点）計測する計測装置である。共焦点計測装置１００で計測する計測対象物２００には、たとえば液晶表示パネルのセルギャップなどがある。
　共焦点計測装置１００は、共焦点の光学系を有する第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂ、光ファイバ１１を介して光学的に接続されたコントローラ部２０、コントローラ部２０から出力される信号を表示するモニタ部３０を備えている。
　第１ヘッド部１０ａは、計測対象物２００のある位置での変位を計測するためのヘッド部である。第１ヘッド部１０ａは、回折レンズ１、回折レンズ１より計測対象物２００側に配置された対物レンズ２、光ファイバ１１から入射した光のある特定の波長帯域を透過する第１光学フィルタ３ａ、第１光学フィルタ３ａを透過した光を回折レンズ１に集光する集光レンズ４を備えている。回折レンズ１の焦点距離は、回折レンズから対物レンズまでの距離と、対物レンズの焦点距離との差より大きくしてある。
　ここで、回折レンズ１は、光源（たとえば、白色光源）から出射する光に、軸上色収差を生じさせる光学素子である。回折レンズ１は、レンズの表面に、たとえばキノフォーム形状あるいはバイナリ形状（ステップ形状、階段形状）などの微細な起伏形状を周期的に形成するか、光の透過率を周期的に変更する振幅型のゾーンプレートを形成している。なお、回折レンズ１の構成は、上記の記載の構成に限定されるものではない。
　対物レンズ２は、回折レンズ１で色収差を生じさせた光を計測対象物２００に集光する光学素子であり、凸レンズなどが用いられる。
　第１光学フィルタ３ａは、光ファイバ１１から入射した光のある特定の波長帯域を透過させる光学素子である。この第１光学フィルタ３ａは、光ファイバ１１と第１ヘッド部１０ａとを接続する位置の近傍に設けている。図１に示す第１光学フィルタ３ａは、第１ヘッド部１０ａの内部で、かつ光ファイバ１１と集光レンズ４との間の位置に設けている。たとえば、第１光学フィルタ３ａは、光源に白色光源を用いる場合、光ファイバ１１から入射した光の波長（可視光領域の４００ｎｍ～８００ｎｍ程度）のうち、４００ｎｍ～６００ｎｍの波長の光を透過させる。具体的に、第１光学フィルタ３ａは、ある特定の波長帯域を透過させるダイクロイックフィルタなどである。
　集光レンズ４は、第１ヘッド部１０ａに入射した光を回折レンズ１に効率よく通過させるために、入射した光を集光する光学素子であり、凸レンズなどが用いられる。
　一方、第２ヘッド部１０ｂは、計測対象物２００の別の位置での変位を計測するためのヘッド部である。第２ヘッド部１０ｂは、回折レンズ１、回折レンズ１より計測対象物２００側に配置された対物レンズ２、光ファイバ１１から入射した光のある特定の波長帯域を透過する第２光学フィルタ３ｂ、第２光学フィルタ３ｂを透過した光を回折レンズ１に集光する集光レンズ４を備えている。なお、第２ヘッド部１０ｂは、第１ヘッド部１０ａと同じ構成に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。
　第２光学フィルタ３ｂは、光ファイバ１１から入射した光のうち第１光学フィルタ３ａと異なる波長帯域を透過させる光学素子である。この第２光学フィルタ３ｂは、光ファイバ１１と第２ヘッド部１０ｂとを接続する位置の近傍に設けている。図１に示す第２光学フィルタ３ｂは、第２ヘッド部１０ｂの内部で、かつ光ファイバ１１と集光レンズ４との間の位置に設けている。たとえば、第２光学フィルタ３ｂは、光源に白色光源を用いる場合、光ファイバ１１から入射した光の波長（可視光領域の４００ｎｍ～８００ｎｍ程度）のうち、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を透過させる。具体的に、第２光学フィルタ３ｂは、第１光学フィルタ３ａと異なる波長帯域を透過させるダイクロイックフィルタなどである。
　ここで、共焦点計測装置１００は、第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂの２つのヘッド部を有しているが、以下の説明において、第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂについて共通に説明する場合、第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂをヘッド部１０と総称して記載することがある。また、ヘッド部１０は、光源から出射する光に軸上色収差を生じさせるとともに、計測対象物２００において合焦する光を通過させる共焦点光学部である。
　光源から出射した光は、光ファイバ１１を介してヘッド部１０に導かれている。光ファイバ１１は、ヘッド部１０からコントローラ部２０までの光路であるとともに、ピンホールとしても機能している。つまり、対物レンズ２で集光した光のうち、計測対象物２００で合焦する光が、光ファイバ１１の開口部で合焦することになる。そのため、光ファイバ１１は、計測対象物２００で合焦しない波長の光を遮光し、計測対象物２００で合焦する光を通過させるピンホールとして機能することになる。ヘッド部１０からコントローラ部２０までの光路に光ファイバ１１を用いることで、ピンホールが不要となる。
　共焦点計測装置１００は、ヘッド部１０からコントローラ部２０までの光路に光ファイバ１１を用いない構成であっても良いが、当該光路に光ファイバ１１を用いることで、ヘッド部１０をコントローラ部２０に対してフレキシブルに移動することが可能になる。また、共焦点計測装置１００は、ヘッド部１０からコントローラ部２０までの光路に光ファイバ１１を用いない構成の場合、ピンホールを備える必要があるが、光ファイバ１１を用いる構成の場合、共焦点計測装置１００は、ピンホールを備える必要がない。
　コントローラ部２０は、白色光源である白色ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）２１、分岐光ファイバ２２、分光器２３、撮像素子２４、制御回路部２５を備えている。白色光源として白色ＬＥＤ２１を用いているが、白色光を出射することができる光源であれば他の光源であってもよい。また、光源としては、白色光に限定されず、ある程度の波長帯域を有する光源であればよい。
　分岐光ファイバ２２は、第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂから延出する２本の光ファイバ１１と接続する側に２本の光ファイバ２２ａ、２２ｄを有し、反対側に２本の光ファイバ２２ｂ、２２ｃを有している。なお、光ファイバ２２ｂは白色ＬＥＤ２１に、光ファイバ２２ｃは分光器２３にそれぞれ接続している。分岐光ファイバ２２は、２本の光ファイバを接触させた状態で加熱して融着させ、さらに両光ファイバを加熱した状態で引き伸ばすことにより製作される。図２は、分岐光ファイバ２２の構成を示す概略図である。図２に示す分岐結合部２２ｅにおいて、光は２つの光路に分岐されるか、または２つの光路の光が１つに結合される。そのため、分岐光ファイバ２２は、白色ＬＥＤ２１から出射する光を２本の光ファイバ１１に導くとともに、光ファイバ１１を介してヘッド部１０から戻る光を分光器２３に導くことができる。光ファイバ１１および分岐光ファイバ２２は、複数のヘッド部１０を通過した光を分光器２３に入光させる導光部である。
　分光器２３は、ヘッド部１０を通過した光を波長ごとに分光する分光部である。分光器２３は、ヘッド部１０から戻る光を反射して平行光とする凹面ミラー２３ａ、凹面ミラー２３ａで反射した光が入射する回折格子２３ｂ、回折格子２３ｂから出射する光を集光する集光レンズ２３ｃを有している。分光器２３は、ヘッド部１０から戻る光を波長ごとに分けることができれば、ツェルニターナ型、リトロー型などのいずれの構成であってもよい。
　撮像素子２４は、分光器２３から出射する光の強度を測定するラインＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）やラインＣＣＤ（Charge　Coupled　Device）である。つまり、撮像素子２４は、分光器２３で分光した光を受光する受光素子を１次元に配列した受光部である。なお、撮像素子２４は、光の強度を測定するだけであるため、モノクロのラインＣＭＯＳやラインＣＣＤである。もちろん、撮像素子２４は、光の強度を測定することができれば、カラーのラインＣＭＯＳやラインＣＣＤであってもよい。
　制御回路部２５は、白色ＬＥＤ２１や撮像素子２４などの動作を制御したり、撮像素子２４の出力信号を処理する電子回路を備える制御部である。制御回路部２５は、撮像素子２４の出力信号である光のスペクトル波形から強度のピーク値を求める。これにより、計測対象物２００において合焦している光の波長（ピーク波長）を特定することができる。合焦する光の波長と計測対象物２００の変位との関係を予め得ておくことで、計測対象物２００の変位を計測することができる。また、図示していないが、制御回路部２５には、白色ＬＥＤ２１や撮像素子２４などの動作を調整するための信号を入力する入力インターフェース、撮像素子２４の信号を出力する出力インターフェースなどを有している。
　モニタ部３０は、撮像素子２４が出力した信号を表示する。たとえば、モニタ部３０は、ヘッド部１０から戻る光のスペクトル波形を描画し、第１ヘッド部１０ａで計測した計測対象物の変位が０μｍで、第２ヘッド部１０ｂで計測した計測対象物の変位が１２３．４５μｍであることを表示する。
　共焦点計測装置１００は、１つの撮像素子２４で、第１ヘッド部１０ａで計測対象物２００のある位置での変位を計測するとともに、第２ヘッド部１０ｂで計測対象物２００の別の位置での変位を計測するために、軸上色収差を生じさせる光の波長をヘッド部１０ごとに波長帯域が異なっている。つまり、第１ヘッド部１０ａは、ある波長帯域の光に軸上色収差を生じさせ、第２ヘッド部１０ｂは、第１ヘッド部１０ａと異なる波長帯域の光に軸上色収差を生じさせている。
　共焦点計測装置１００は、波長帯域を分割するために、前述したように第１ヘッド部１０ａに第１光学フィルタ３ａを設け、第２ヘッド部１０ｂに第２光学フィルタ３ｂを設けている。具体的に、光源に白色光源を用いる場合、第１光学フィルタ３ａおよび第２光学フィルタ３ｂの透過率特性について以下に説明する。
　図３は、光学フィルタの透過率特性を説明するためのグラフである。なお、図３に示すグラフは、横軸を波長［ｎｍ］、縦軸を透過率［％］としている。図３に示す第１光学フィルタ３ａの波形は、第１光学フィルタ３ａの透過率特性を示し、４００ｎｍ～６００ｎｍの波長の光を約１００％透過させ、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を遮光している様子を示している。一方、図３に示す第２光学フィルタ３ｂの波形は、第２光学フィルタ３ｂの透過率特性を示し、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を約１００％透過させ、４００ｎｍ～６００ｎｍの波長の光を遮光している様子を示している。
　なお、図３の波形が示すように、６００ｎｍ近傍の波長の光は、第１光学フィルタ３ａおよび第２光学フィルタ３ｂのみでは波長帯域を分割するのが困難であるが、制御回路部２５やそれに繋がるコンピュータなどにおいて、ソフトウェアを用いた演算処理で波長帯域を分割することは可能である。
　共焦点計測装置１００は、第１光学フィルタ３ａおよび第２光学フィルタ３ｂにより波長帯域を分割することで、撮像素子２４を第１ヘッド部１０ａが利用する領域（チャンネル１）と第２ヘッド部１０ｂが利用する領域（チャンネル２）とに分けることができる。図４は、本発明の実施の形態１に係る撮像素子２４のチャンネル構成を説明する概略図である。図４に示す撮像素子２４は、光の強度を検出する受光素子２４ａが図中縦方向にＹ個１列に配列されている。撮像素子２４は、分光器２３により分光された光のうち波長の短い光を図４の上側の受光素子２４ａで受光し、波長の長い光を図４の下側の受光素子２４ａで受光する。そのため、第１光学フィルタ３ａを透過した光は、図４の上側の受光素子２４ａで受光され、チャンネル１の測定信号となる。一方、第２光学フィルタ３ｂを透過した光は、図４の下側の受光素子２４ａで受光され、チャンネル２の測定信号となる。なお、波長帯域を分割しない共焦点計測装置では、図４に示す受光素子２４ａのすべてを１つのヘッド部が利用することになるので、複数のヘッド部を利用するのであれば、受光素子を２次元に配列した撮像素子が必要となる。
　図４に示すように、第１ヘッド部１０ａからの光と、第２ヘッド部１０ｂからの光とが領域は異なるが同じ撮像素子２４に受光される。そのため、撮像素子２４で得られるスペクトル波形は、第１光学フィルタ３ａまたは第２光学フィルタ３ｂを透過または遮光した波長帯域に対応する領域ごとに強度のピーク値を持つ波形となる。制御回路部２５は、当該スペクトル波形から強度のピーク値のそれぞれの波長を読取り、予め得られている光の波長と計測対象物２００の変位との関係から、それぞれの計測対象物２００の変位を計測する。たとえば、制御回路部２５は、チャンネル１が４００ｎｍ～６００ｎｍの波長帯域、チャンネル２が６００ｎｍ～８００ｎｍの波長帯域として分割した場合、４００ｎｍ～６００ｎｍの波長内の強度のピーク値の波長がチャンネル１のピーク波長、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長内の強度のピーク値の波長がチャンネル２のピーク波長とする。そして、制御回路部２５は、予め得られている光の波長と計測対象物２００の変位との関係から、チャンネル１の波長に基づいて第１ヘッド部１０ａで測定した計測対象物２００の変位を、チャンネル２の波長に基づいて第２ヘッド部１０ｂで測定した計測対象物２００の変位をそれぞれ計測する。
　共焦点計測装置１００は、チャンネル１の測定信号に基づいて第１ヘッド部１０ａから戻る光のスペクトル波形をモニタ部３０に描画し、第１ヘッド部１０ａで計測した計測対象物２００の変位が０μｍであることを出力する。また、共焦点計測装置１００は、チャンネル２の測定信号に基づいて第２ヘッド部１０ｂから戻る光のスペクトル波形をモニタ部３０に描画し、第２ヘッド部１０ｂで計測した計測対象物２００の変位が１２３．４５μｍであることを出力する。
　以上のように、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００は、計測対象物２００の変位を多点計測するために、ヘッド部１０が、光学フィルタによって透過または遮光された光を計測対象物２００に照射し、制御回路部２５で、撮像素子２４のうち各光学フィルタが透過または遮光する波長帯域に対応する領域ごとにピーク波長を求めるので、受光素子を２次元に配列した撮像素子が必要ではなく、受光素子２４ａを１次元に配列した撮像素子２４を用いることができる。そのため、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００は、受光素子を２次元に配列した撮像素子を用いる場合に比べて、測定信号を取得するための処理が速く、計測対象物２００の変位を高速に多点計測することができる。また、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００は、受光素子２４ａを１次元に配列した撮像素子２４を備えるので、受光素子を２次元に配列した撮像素子を備える装置に比べて、装置サイズを小さくすることができる。
　さらに、受光素子２４ａを１次元に配列した撮像素子２４は、受光素子を２次元に配列した撮像素子に比べて安価であり、共焦点計測装置１００の製造コストを低減することができる。また、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００は、波長帯域を分割するので、撮像素子２４においてヘッド部１０ごとに測定信号のチャンネルを分けることができる。さらに、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００は、波長帯域を分割しているだけで、光の強度（光量）を分割している訳ではないため、測定信号のＳ／Ｎ比を低下させることなく、計測精度を維持することができる。
　（変形例１）
　本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００では、計測対象物２００の変位を多点計測するために、軸上色収差を生じさせる光の波長をヘッド部１０ごとに波長帯域を分割している。しかし、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００では、ヘッド部１０の内部で、かつ光ファイバ１１と集光レンズ４との間の位置に第１光学フィルタ３ａおよび第２光学フィルタ３ｂを設ける構成を説明したが、これに限定されるものではなく、ヘッド部１０ごとに波長帯域を分割することができれば、いずれの構成であってもよい。以下に、本発明の実施の形態１に係る共焦点計測装置１００の変形例として、ヘッド部１０ごとに波長帯域を分割する構成の一例を示す。なお、以下の説明において、第１光学フィルタ３ａおよび第２光学フィルタ３ｂについて共通に説明する場合、第１光学フィルタ３ａおよび第２光学フィルタ３ｂを光学フィルタ３と総称して記載することがある。
　図５は、本発明の実施の形態１の変形例に係るヘッド部１０の構成を示す模式図である。図５（ａ）は、回折レンズ１と対物レンズ２との間の位置に光学フィルタ３を設けたヘッド部１０の構成を示す。図５（ｂ）は、ヘッド部１０の外部で、かつ対物レンズ２と計測対象物２００との間の位置に光学フィルタ３を設けたヘッド部１０の構成を示す。
　図５（ａ）に示す位置に光学フィルタ３を設けた場合、回折レンズ１により平行光となった光が光学フィルタ３を透過するので、波長帯域を分割する精度が良くなるメリットがある。一方、図５（ｂ）に示す位置に光学フィルタ３を設けた場合、光学フィルタ３をヘッド部１０に対して着脱可能に構成することができるので、１つのヘッド部１０で計測対象物２００の変位を１点計測するときと、複数のヘッド部１０で計測対象物２００の変位を多点計測するときとで同じヘッド部１０を利用することができる。
　なお、図１に示す位置に光学フィルタ３を設けた場合、入射する光の径が小さくなるので、他の位置に設ける場合に比べて光学フィルタ３のサイズを小さくすることができ、製造コストを低減することができる。
　（変形例２）
　次に、ビームスプリッタを用いる変形例を説明する。図６は、本発明の実施の形態１の変形例２に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。図６に示す共焦点計測装置１００ａは、ヘッド部１０ごとに光学フィルタ３に設ける構成に代えて、ビームスプリッタ５を設ける構成である。なお、図６に示す共焦点計測装置１００ａは、図１に示す共焦点計測装置１００と同じ構成に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。また、図６に示す共焦点計測装置１００ａでは、図１の共焦点計測装置１００で図示している構成であっても、以下の説明に用いない構成については図示を省略している。さらに、図６に示す共焦点計測装置１００ａでは、凹面ミラー２３ａに代えてコリメートレンズ２３ｄを用いる分光器２３を備えた構成として説明する。
　ビームスプリッタ５は、光ファイバ１１と分岐光ファイバ２２との間に設けられている。ビームスプリッタ５は、分岐光ファイバ２２の一端から延びる光ファイバ２２ａより出射される光（光ファイバ２２ｂにより導かれる白色ＬＥＤ２１の光）を波長帯域ごとに分割して、一方の波長帯域の光を第１ヘッド部１０ａに接続された光ファイバ１１に、他方の波長帯域の光を第２ヘッド部１０ｂに接続された光ファイバ１１にそれぞれ入射する。
　ビームスプリッタ５は、光ファイバ２２ａより出射される光を集光する集光レンズ５ａと、集光レンズ５ａで集光した光を透過する光と反射する光に分ける光学ミラー５ｂとを含んでいる。光学ミラー５ｂは、たとえば４００ｎｍ～６００ｎｍの波長の光を反射し、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を透過することで、光を波長帯域ごとに分割している。光学ミラー５ｂで反射した光は、第１光学フィルタ３ａを透過した光と同等であり、４００ｎｍ～６００ｎｍの波長の光である。一方、光学ミラー５ｂを透過した光は、第２光学フィルタ３ｂを透過した光と同等であり、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光である。
　共焦点計測装置１００ａは、ビームスプリッタ５で波長帯域を分割した後の光を、回折レンズ１で軸上色収差を生じさせるとともに、色収差が生じた光を対物レンズ２で計測対象物２００に集光する。共焦点計測装置１００ａは、計測対象物２００で合焦した光を光ファイバ２２ｃからコリメートレンズ２３ｄを介して回折格子２３ｂに導き、当該回折格子２３ｂで分光した光を集光レンズ２３ｃで撮像素子２４に入射する。共焦点計測装置１００ａは、撮像素子２４に入射した光のスペクトル波形をモニタ部３０に描画し、ヘッド部１０で計測した計測対象物２００の変位を出力する。これにより、共焦点計測装置１００ａは、図１に示した共焦点計測装置１００と同様に、計測対象物２００の変位を多点計測することができる。
　（変形例３）
　次に、複数の光源を用いる変形例を説明する。図７は、本発明の実施の形態１の変形例３に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。図７に示す共焦点計測装置１００ｂは、ヘッド部１０ごとに光学フィルタ３に設ける構成に代えて、ヘッド部１０ごとに光源を設ける構成である。なお、図７に示す共焦点計測装置１００ｂは、図１に示す共焦点計測装置１００と同じ構成に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。また、図７に示す共焦点計測装置１００ｂでは、図１の共焦点計測装置１００で図示している構成であっても、以下の説明に用いない構成については図示を省略している。さらに、図７に示す共焦点計測装置１００ｂでは、凹面ミラー２３ａに代えてコリメートレンズ２３ｄを用いる分光器２３を備えた構成として説明する。
　光源は、ある波長帯域の光を発光する光源２１ａと、光源２１ａと異なる波長帯域の光を発光する光源２１ｂとを設けている。光源２１ａは、たとえば４００ｎｍ～６００ｎｍの波長の光を発光し、光源２１ｂは、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を発光する。そして、光源２１ａの光は、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１を介して第１ヘッド部１０ａに入射する。一方、光源２１ｂの光は、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１を介して第２ヘッド部１０ｂに入射する。
　共焦点計測装置１００ｂは、発光する光の波長帯域が異なる光源２１ａおよび光源２１ｂを、第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂにそれぞれ対応して設けることで、第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂごとに波長帯域を分割している。つまり、第１ヘッド部１０ａは、白色光源の白色ＬＥＤ２１からの光を第１光学フィルタ３ａで波長帯域を分割する代わりに、光源２１ａの光を用いている。また、第２ヘッド部１０ｂは、白色光源の白色ＬＥＤ２１からの光を第２光学フィルタ３ｂで波長帯域を分割する代わりに、光源２１ｂの光を用いている。
　共焦点計測装置１００ｂは、光源２１ａおよび光源２１ｂの光を、回折レンズ１で軸上色収差を生じさせるとともに、色収差が生じた光を対物レンズ２で計測対象物２００に集光する。共焦点計測装置１００ｂは、計測対象物２００で合焦した光を光ファイバ２２ｃからコリメートレンズ２３ｄを介して回折格子２３ｂに導き、当該回折格子２３ｂで分光した光を集光レンズ２３ｃで撮像素子２４に入射する。共焦点計測装置１００ｂは、撮像素子２４に入射した光のスペクトル波形をモニタ部３０に描画し、ヘッド部１０で計測した計測対象物２００の変位を出力する。これにより、共焦点計測装置１００ｂは、図１に示した共焦点計測装置１００と同様に、計測対象物２００の変位を多点計測することができる。
　以上のように、本変形例３に係る共焦点計測装置１００は、計測対象物２００の変位を多点計測するために、複数のヘッド部１０ごとに設けられた各光源２１ａ，２１ｂが互いに異なる波長帯域の光を出射し、各光源が出射する光の波長帯域に対応する領域ごとにピーク波長を求めても、図１に示した共焦点計測装置１００と同様に計測対象物２００の変位を多点計測することができる。
　（変形例４）
　次に、ヘッド部１０と分光器２３との間の導光部に光ファイバを用いない変形例を説明する。図８は、本発明の実施の形態１の変形例４に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。図８に示す共焦点計測装置１００ｃは、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１に代えて、コリメートレンズ２２１～２２４、ハーフミラー２２５およびミラー２２６を設ける構成である。なお、図８に示す共焦点計測装置１００ｃは、図１に示す共焦点計測装置１００と同じ構成に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。また、図８に示す共焦点計測装置１００ｃでは、図１の共焦点計測装置１００で図示している構成であっても、以下の説明に用いない構成については図示を省略している。さらに、図８に示す共焦点計測装置１００ｃでは、凹面ミラー２３ａに代えてコリメートレンズ２３ｄを用いる分光器２３を備えた構成として説明する。
　光源２１からの光は、コリメートレンズ２２１で平行光となり、ハーフミラー２２５でミラー２２６に向かう経路と、第２光学フィルタ３ｂに向かう経路とに分けられる。ミラー２２６で反射された光は、第１光学フィルタ３ａを透過し、コリメートレンズ２２２により第１ヘッド部１０ａのピンホール６ａに集光される。一方、第２光学フィルタ３ｂを透過した光は、コリメートレンズ２２３により第２ヘッド部１０ｂのピンホール６ｂに集光される。
　第１ヘッド部１０ａを通過した光のうち、計測対象物２００で合焦した光がピンホール６ａを通ってコリメートレンズ２２２に戻る。コリメートレンズ２２２に戻った光は、第１光学フィルタ３ａ、ミラー２２６、ハーフミラー２２５およびコリメートレンズ２２４を介して分光器２３に入力される。一方、第２ヘッド部１０ｂを通過した光のうち、計測対象物２００で合焦した光がピンホール６ｂを通ってコリメートレンズ２２３に戻る。コリメートレンズ２２３に戻った光は、第２光学フィルタ３ｂ、ハーフミラー２２５およびコリメートレンズ２２４を介して分光器２３に入力される。すなわち本変形例においては、コリメートレンズ２２２またはコリメートレンズ２２３、およびミラー２２６、ハーフミラー２２５およびコリメートレンズ２２４が、複数のヘッド部１０を通過した光を分光器２３に入光させる導光部を構成する。
　以上のように、本変形例４に係る共焦点計測装置１００ｃは、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１に代えて、コリメートレンズ２２１～２２４、ハーフミラー２２５およびミラー２２６を設けても、図１に示した共焦点計測装置１００と同様に計測対象物２００の変位を多点計測することができる。さらに、共焦点計測装置１００ｃは、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１を用いる場合に比べて、ヘッド部１０と分光器２３との間に光学フィルタを配置する構成とし易い。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置は、計測対象物の変位を多点計測するために、軸上色収差を生じさせる光の波長をヘッド部ごとに波長帯域を分割する構成ではなく、光源が発光するタイミングに合わせて、当該発光したヘッド部に対応したピーク波長を求める構成である。
　図９は、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。図９に示す共焦点計測装置１０１は、複数のヘッド部（図９の場合は２つ）の共焦点光学系を利用して計測対象物２００の変位を多点（図９の場合は２点）計測する計測装置である。共焦点計測装置１０１で計測する計測対象物２００には、たとえば液晶表示パネルのセルギャップなどがある。なお、図９に示す共焦点計測装置１０１は、図１に示す共焦点計測装置１００と同じ構成に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。
　共焦点計測装置１０１は、光源が発光するタイミングに合わせて、当該発光したヘッド部１０に対応したピーク波長を求めることができるように、第１光源２１Ａおよび第２光源２１Ｂの２つの光源を設けている。共焦点計測装置１０１では、第１光源２１Ａから出射する光を光ファイバ１１に導くとともに、光ファイバ１１を介してヘッド部１０から戻る光を分光器２３に導くため、および第２光源２１Ｂから出射する光を光ファイバ１１に導くとともに、光ファイバ１１を介してヘッド部１０から戻る光を分光器２３に導くために、それぞれ分岐光ファイバ２２を設けてある。分岐光ファイバ２２は、ヘッド部１０から延出する光ファイバ１１と接続する側に１本の光ファイバ２２ａを有し、反対側に２本の光ファイバ２２ｂ、２２ｃを有している。なお、光ファイバ２２ｂは白色ＬＥＤ２１に、光ファイバ２２ｃは分光器２３にそれぞれ接続している。また、複数のヘッド部１０ごとに設けた光ファイバ１１および分岐光ファイバ２２は、それぞれのヘッド部１０を通過した光を分光器２３に入光させる導光部である。
　そして、共焦点計測装置１０１は、第１光源２１Ａを点灯（第２光源２１Ｂは非点灯）して第１ヘッド部１０ａに光を通過させ、ｔ秒後に第２光源２１Ｂを点灯（第１光源２１Ａは非点灯）して第２ヘッド部１０ｂに光を通過させることで、光を通過させるタイミングをヘッド部１０ごとにずらせている。つまり、共焦点計測装置１０１は、第１光源２１Ａまたは第２光源２１Ｂが発光するタイミングに合わせて、当該発光したヘッド部１０に対応したピーク波長を求めている。
　図９に示す共焦点計測装置１０１では、第１光源２１Ａを点灯して第１ヘッド部１０ａで計測対象物２００の変位を計測したチャンネル１の結果と、第２光源２１Ｂを点灯して第２ヘッド部１０ｂで計測対象物２００の変位を計測したチャンネル２の結果とがモニタ部３０に表示している。
　次に、共焦点計測装置１０１の動作について、さらに詳しく説明する。図１０は、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１０１の動作を説明するための模式図である。特に、図１０（ａ）は、共焦点計測装置１０１において、第１光源２１Ａを点灯（第２光源２１Ｂは非点灯）した場合の動作を説明するための模式図である。一方、図１０（ｂ）は、共焦点計測装置１０１において、第２光源２１Ｂを点灯（第１光源２１Ａは非点灯）した場合の動作を説明するための模式図である。なお、図１０に示す共焦点計測装置１０１では、図９の共焦点計測装置１０１で図示している構成であっても、以下の説明に用いない構成については図示を省略している。さらに、図９に示す共焦点計測装置１０１では、凹面ミラー２３ａに代えてコリメートレンズ２３ｄを用いる分光器２３を備えた構成として説明する。
　まず、図１０（ａ）のように第１光源２１Ａを点灯（第２光源２１Ｂは非点灯）した場合、第１ヘッド部１０ａは光が通過するが、第２ヘッド部１０ｂは光が通過しない。つまり、共焦点計測装置１０１は、第１ヘッド部１０ａのみを利用して計測対象物２００の変位を計測することと同じ構成となる。
　共焦点計測装置１０１は、第１光源２１Ａの光を、第１ヘッド部１０ａの回折レンズ１で軸上色収差を生じさせるとともに、色収差が生じた光を第１ヘッド部１０ａの対物レンズ２で計測対象物２００に集光する。共焦点計測装置１０１は、計測対象物２００で合焦した光を光ファイバ２２ｃからコリメートレンズ２３ｄを介して回折格子２３ｂに導き、当該回折格子２３ｂで分光した光を集光レンズ２３ｃで撮像素子２４に入射する。制御回路部２５は、撮像素子２４の出力信号である光のスペクトル波形から強度のピーク値を求め、計測対象物２００において合焦している光の波長を特定する。さらに、制御回路部２５は、予め得てある合焦する光の波長と計測対象物２００の変位との関係から、第１ヘッド部１０ａでの計測対象物２００の変位を計測する。さらに、共焦点計測装置１０１は、撮像素子２４に入射した光のスペクトル波形をモニタ部３０に描画し、第１ヘッド部１０ａで計測した計測対象物２００の変位を出力する。
　ｔ秒後、図１０（ｂ）のように第２光源２１Ｂを点灯（第１光源２１Ａは非点灯）した場合、第２ヘッド部１０ｂは光が通過するが、第１ヘッド部１０ａは光が通過しない。つまり、共焦点計測装置１０１は、第２ヘッド部１０ｂのみを利用して計測対象物２００の変位を計測することと同じ構成となる。
　共焦点計測装置１０１は、第２光源２１Ｂの光を、第２ヘッド部１０ｂの回折レンズ１で軸上色収差を生じさせるとともに、色収差が生じた光を第２ヘッド部１０ｂの対物レンズ２で計測対象物２００に集光する。共焦点計測装置１０１は、計測対象物２００で合焦した光を光ファイバ２２ｃからコリメートレンズ２３ｄを介して回折格子２３ｂに導き、当該回折格子２３ｂで分光した光を集光レンズ２３ｃで撮像素子２４に入射する。制御回路部２５は、撮像素子２４の出力信号である光のスペクトル波形から強度のピーク値を求め、計測対象物２００において合焦している光の波長を特定する。さらに、制御回路部２５は、予め得てある合焦する光の波長と計測対象物２００の変位との関係から、第２ヘッド部１０ｂでの計測対象物２００の変位を計測する。さらに、共焦点計測装置１０１は、撮像素子２４に入射した光のスペクトル波形をモニタ部３０に描画し、第２ヘッド部１０ｂで計測した計測対象物２００の変位を出力する。
　以上のように、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１０１は、計測対象物２００の変位を多点計測するために、各光源が発光するタイミングに合わせて、制御回路部２５が、当該発光した光源に対応したピーク値の波長を求めるので、受光素子を２次元に配列した撮像素子が必要ではなく、受光素子２４ａを１次元に配列した撮像素子２４を用いることができる。そのため、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１０１は、受光素子を２次元に配列した撮像素子を用いる場合に比べて、測定信号を取得するための処理が速く、計測対象物２００の変位を高速に多点計測することができる。また、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１０１は、受光素子２４ａを１次元に配列した撮像素子２４を備えるので、受光素子を２次元に配列した撮像素子を備える装置に比べて、装置サイズを小さくすることができる。
　さらに、受光素子２４ａを１次元に配列した撮像素子２４は、受光素子を２次元に配列した撮像素子に比べて安価であり、共焦点計測装置１０１の製造コストを低減することができる。また、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１０１は、波長帯域の分割を行なうので、撮像素子２４においてヘッド部１０ごとに測定信号のチャンネルを分けることができる。さらに、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１０１は、光源が発光するタイミングに合わせて、当該発光したヘッド部１０に対応したピーク波長を求めているだけで、光の強度（光量）を分割している訳ではないため、測定信号のＳ／Ｎ比を低下させることなく、計測精度を維持することができる。
　なお、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１０１は、複数のヘッド部１０それぞれに対応して第１光源２１Ａおよび第２光源２１Ｂを設け、排他的に第１光源２１Ａおよび第２光源２１Ｂを順次点灯することで、光を通過させるタイミングをヘッド部１０ごとにずらせてある構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、共焦点計測装置１０１は、光源を１つ、またはある単位数のヘッド部１０ごとに光源を１つ設け、光源からヘッド部１０に入射する光をＯＮ／ＯＦＦすることができるシャッタをコントローラ部２０またはヘッド部１０に設けて、当該シャッタを制御して光を通過させるタイミングをヘッド部１０ごとにずらせてある構成でもよい。
　さらに、本発明の実施の形態２に係る共焦点計測装置１０１のように、複数の光ファイバ２２ｃ（図９では２本）を束ねて分光器２３に光を導く構成について説明する。図１１は、複数の光ファイバ２２ｃを束ねて分光器２３に入射した光が、撮像素子２４で測定される様子を示した模式図である。図１１に示す２本の光ファイバ２２ｃはＶ溝基板２６により束ねられ、図中上下方向に１列に配置されている。この２本の光ファイバ２２ｃから出射された光はコリメートレンズ２３ｄを介して分光器２３の回折格子２３ｂに入射され、回折格子２３ｂで分光され、集光レンズ２３ｃで撮像素子２４に集光される。２本の光ファイバ２２ｃは、回折格子２３ｂによる反射光の焦点が波長によって変化する方向を含む平面とは直交する方向に並べて配置されている。また、撮像素子２４は、回折格子２３ｂによる反射光の焦点が波長によって変化する方向に添って各受光素子２４ａが並ぶように配置されている。
　そこで、撮像素子２４は、各受光素子２４ａの形状を、各受光素子２４ａが配列する方向（図中左右方向）に対して直交する方向（図中上下方向）に長い縦長形状にしてある。つまり、撮像素子２４は、受光素子２４ａの配列する方向（図中左右方向）ではなく、受光素子２４ａの縦方向（図中上下方向）に光が並んで集光する場合でも、各受光素子２４ａの形状が集光した光を受光できる縦長形状とする。このようにすると、集光レンズ２３ｃの通った光の焦点位置の、撮像素子２４の受光面に直交する方向の変化量が、光ファイバ２２ｃの数が増えても大きくならないため、撮像素子２４のアライメントが容易になる。
　（実施の形態３）
　次に、本発明の実施の形態３に係る共焦点計測装置は、計測対象物の変位を多点計測するために、軸上色収差を生じさせる光の波長帯域をヘッド部ごとに分割してピーク波長を求めることと、光源が発光するタイミングに合わせて、当該発光したヘッド部１０に対応したピーク波長を求めることとを組合せて行なう構成である。
　図１２は、本発明の実施の形態３に係る共焦点計測装置の構成を示す模式図である。図１２に示す共焦点計測装置１０２は、複数のヘッド部（図１２の場合は４つ）の共焦点光学系を利用して計測対象物２００の変位を多点（図１２の場合は４点）計測する計測装置である。共焦点計測装置１０２で計測する計測対象物２００には、たとえば液晶表示パネルのセルギャップなどがある。なお、図１２に示す共焦点計測装置１０２は、図１に示す共焦点計測装置１００と同じ構成に同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。また、図１２に示す共焦点計測装置１０２では、図１の共焦点計測装置１００で図示している構成であっても、以下の説明に用いない構成については図示を省略している。さらに、図１２に示す共焦点計測装置１０２では、凹面ミラー２３ａに代えてコリメートレンズ２３ｄを用いる分光器２３を備えた構成として説明する。
　共焦点計測装置１０２は、４つのヘッド部１０に対して４つの光源を設けて、軸上色収差を生じさせる光の波長帯域をヘッド部１０ごとに分割することと、光源が発光するタイミングずらせてあることとを組合せる構成を実現している。そのため、４つの光源は、ある波長帯域の光を発光する第１光源２１Ａａおよび第２光源２１Ｂａと、第１光源２１Ａａおよび第２光源２１Ｂａと異なる波長帯域の光を発光する第３光源２１Ａｂおよび第４光源２１Ｂｂとに分けている。具体的に、第１光源２１Ａａおよび第２光源２１Ｂａは、たとえば４００ｎｍ～６００ｎｍの波長の光を発光し、第３光源２１Ａｂおよび第４光源２１Ｂｂは、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長の光を発光する。
　そして、第１光源２１Ａａの光は、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１を介して第１ヘッド部１０ａに入射する。第２光源２１Ｂａの光は、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１を介して第２ヘッド部１０ｂに入射する。第３光源２１Ａｂの光は、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１を介して第３ヘッド部１０ｃに入射する。第４光源２１Ｂｂの光は、分岐光ファイバ２２および光ファイバ１１を介して第４ヘッド部１０ｄに入射する。
　第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂは、計測対象物２００ａにそれぞれ光を集光させ、集光させた光の位置での計測対象物２００ａの変位を計測する。また、第３ヘッド部１０ｃおよび第４ヘッド部１０ｄは、計測対象物２００ｂにそれぞれ光を集光させ、集光させた光の位置での計測対象物２００ｂの変位を計測する。なお、計測対象物２００ａは、計測対象物２００ｂと同じ部材でも、異なる部材でもよく、たとえば、計測対象物２００ａが、計測対象物２００ｂに対するリファレンス部材とする場合などが考えられる。
　共焦点計測装置１０２は、第１光源２１Ａａおよび第２光源２１Ｂａと、第３光源２１Ａｂおよび第４光源２１Ｂｂとで、軸上色収差を生じさせる光の波長をヘッド部１０ごとに分割し、第１光源２１Ａａおよび第３光源２１Ａｂと、第２光源２１Ｂａおよび第４光源２１Ｂｂとで、光源が発光するタイミングをヘッド部１０ごとにずらせてある。
　具体的に、共焦点計測装置１０２は、まず第１光源２１Ａａおよび第３光源２１Ａｂを点灯（第２光源２１Ｂａおよび第４光源２１Ｂｂは非点灯）して第１ヘッド部１０ａおよび第３ヘッド部１０ｃに光を通過させる。
　共焦点計測装置１０２は、第１光源２１Ａａおよび第３光源２１Ａｂを点灯した場合、第１ヘッド部１０ａおよび第３ヘッド部１０ｃに光が通過するが、第１ヘッド部１０ａを通過する光と第３ヘッド部１０ｃを通過する光とは、波長帯域が分割されている。そのため、共焦点計測装置１０２は、図７の共焦点計測装置１００ｂで説明したように、第１ヘッド部１０ａと第３ヘッド部１０ｃとで、軸上色収差を生じさせる光の波長を分割した構成となる。
　つまり、共焦点計測装置１０２は、第１光源２１Ａａおよび第３光源２１Ａｂの光を、第１ヘッド部１０ａおよび第３ヘッド部１０ｃの回折レンズ１で軸上色収差を生じさせるとともに、色収差が生じた光を対物レンズ２で計測対象物２００ａおよび計測対象物２００ｂのそれぞれに集光する。共焦点計測装置１０２は、計測対象物２００ａおよび計測対象物２００ｂのそれぞれで合焦した光を光ファイバ２２ｃからコリメートレンズ２３ｄを介して回折格子２３ｂに導き、当該回折格子２３ｂで分光した光を集光レンズ２３ｃで撮像素子２４に入射する。共焦点計測装置１０２は、撮像素子２４に入射した光のスペクトル波形をモニタ部３０に描画し、第１ヘッド部１０ａおよび第３ヘッド部１０ｃで計測した計測対象物２００ａおよび計測対象物２００ｂそれぞれの変位を出力する。たとえば、共焦点計測装置１０２は、第１ヘッド部１０ａで計測した計測対象物２００ａの変位が０μｍであること、第３ヘッド部１０ｃで計測した計測対象物２００ｂの変位が１２３．４５μｍであることを出力する。
　次に、共焦点計測装置１０２は、ｔ秒後、第２光源２１Ｂａおよび第４光源２１Ｂｂを点灯（第１光源２１Ａａおよび第３光源２１Ａｂは非点灯）して第２ヘッド部１０ｂおよび第４ヘッド部１０ｄに光を通過させる。
　共焦点計測装置１０２は、第２光源２１Ｂａおよび第４光源２１Ｂｂを点灯した場合、第２ヘッド部１０ｂおよび第４ヘッド部１０ｄに光が通過するが、第２ヘッド部１０ｂを通過する光と第４ヘッド部１０ｄを通過する光とは、波長帯域が分割されている。そのため、共焦点計測装置１０２は、図７の共焦点計測装置１００ｂで説明したように、第２ヘッド部１０ｂと第４ヘッド部１０ｄとで、軸上色収差を生じさせる光の波長を分割した構成となる。
　つまり、共焦点計測装置１０２は、第２光源２１Ｂａおよび第４光源２１Ｂｂの光を、第２ヘッド部１０ｂおよび第４ヘッド部１０ｄの回折レンズ１で軸上色収差を生じさせるとともに、色収差が生じた光を対物レンズ２で計測対象物２００ａおよび計測対象物２００ｂのそれぞれに集光する。共焦点計測装置１０２は、計測対象物２００ａおよび計測対象物２００ｂのそれぞれで合焦した光を光ファイバ２２ｃからコリメートレンズ２３ｄを介して回折格子２３ｂに導き、当該回折格子２３ｂで分光した光を集光レンズ２３ｃで撮像素子２４に入射する。共焦点計測装置１０２は、撮像素子２４に入射した光のスペクトル波形をモニタ部３０に描画し、第２ヘッド部１０ｂおよび第４ヘッド部１０ｄで計測した計測対象物２００ａおよび計測対象物２００ｂそれぞれの変位を出力する。たとえば、共焦点計測装置１０２は、第２ヘッド部１０ｂで計測した計測対象物２００ａの変位が１０μｍであること、第４ヘッド部１０ｄで計測した計測対象物２００ｂの変位が１３２μｍであることを出力する。
　これにより、共焦点計測装置１０２は、第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂで計測対象物２００ａの変位を２点計測することができ、第３ヘッド部１０ｃおよび第４ヘッド部１０ｄで計測対象物２００ｂの変位を２点計測することができる。つまり、共焦点計測装置１０２は、第１ヘッド部１０ａ～第４ヘッド部１０ｄを用いて、計測対象物２００ａおよび計測対象物２００ｂの変位を４点計測することができる。
　以上のように、本発明の実施の形態３に係る共焦点計測装置１０２は、計測対象物２００の変位を多点計測するために、撮像素子２４のうち分割した波長帯域に対応する領域ごとにピーク波長を求めることと、発光した光源に対応したピーク値の波長を求めることとを組合せて行なうので、さらに多くの計測対象物２００の変位を計測することができる。なお、共焦点計測装置１０２は、前述した実施の形態１および実施の形態２に係る共焦点計測装置の効果と同様の効果を有している。
　なお、本発明の実施の形態３に係る共焦点計測装置１０２では、４つの光源を、ある波長帯域の光を発光する第１光源２１Ａａおよび第２光源２１Ｂａと、第１光源２１Ａａおよび第２光源２１Ｂａと異なる波長帯域の光を発光する第３光源２１Ａｂおよび第４光源２１Ｂｂとに分けて波長帯域分割を行なった。しかし、本発明の実施の形態３に係る共焦点計測装置１０２は、これに限られず、同じ波長帯域の光を発光する４つの光源を用いて、第１ヘッド部１０ａおよび第２ヘッド部１０ｂに図１で示した第１光学フィルタ３ａを、第３ヘッド部１０ｃおよび第４ヘッド部１０ｄに図１で示した第２光学フィルタ３ｂをそれぞれ設けることで波長帯域分割を行なってもよい。
　また、本発明の実施の形態１～３に係る共焦点計測装置では、ヘッド部１０において回折レンズ１で軸上色収差を光に生じさせる構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、本発明に係る共焦点計測装置では、回折レンズ１に代えて、軸上色収差を生じさせる１つのレンズ、または複数のレンズを組合せた光学系部品を用いてもよい。
　さらに、本発明の実施の形態１～３に係る共焦点計測装置では、２本または４本のヘッド部１０を含む構成について説明したが、これは例示であり、さらに多くのヘッド部１０を含む構成であってもよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　回折レンズ、２　対物レンズ、３ａ　第１光学フィルタ、３ｂ　第２光学フィルタ、４，２３ｃ　集光レンズ、５　ビームスプリッタ、１０，１０ａ～１０ｄ　ヘッド部、１１，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ　光ファイバ、２０　コントローラ部、２１　光源、２２　分岐光ファイバ、２３　分光器、２３ａ　凹面ミラー、２３ｂ　回折格子、２４　撮像素子、２５　制御回路部、２６　Ｖ溝基板、３０　モニタ部、１００，１００ａ，１００ｂ，１０１，１０２　共焦点計測装置、２００，２００ａ，２００ｂ　計測対象物。

Claims (9)

  1. 　複数の波長の光を出射する光源と、
    　前記光源から出射する光に軸上色収差を生じさせ、当該軸上色収差を生じさせた光を計測対象物に照射するとともに、前記計測対象物において合焦する光を通過させる複数の共焦点光学部と、
    　光を波長ごとに分光する１つの分光部と、
    　前記複数の共焦点光学部を通過した光を前記分光部に入光させる導光部と、
    　前記分光部で分光した光を受光する受光素子を、前記分光部による分光方向に１次元に配列した受光部と、
    　前記受光部が受光した光から前記複数の共焦点光学部ごとに対応したピーク波長を求める制御部とを備える、共焦点計測装置。
  2. 　前記複数の共焦点光学部は、互いに異なる波長帯域を透過または遮光する光学部材を含み、
    　前記共焦点光学部は、前記光学部材によって透過または遮光された光を前記計測対象物に照射し、
    　前記制御部は、前記受光部のうち前記各光学部材を透過または遮光する波長帯域に対応する領域ごとにピーク波長を求める、請求項１に記載の共焦点計測装置。
  3. 　前記光学部材は、前記光源から前記共焦点光学部へ光が入射する位置に設けられている、請求項２に記載の共焦点計測装置。
  4. 　前記光源は、前記複数の共焦点光学部ごとに設けられ、前記各光源は互いに異なる波長帯域の光を出射し、
    　前記制御部は、前記受光部のうち前記各光源が出射する光の波長帯域に対応する領域ごとにピーク波長を求める、請求項１に記載の共焦点計測装置。
  5. 　前記光源は、前記複数の共焦点光学部ごとに設けられ、
    　前記制御部は、前記光源が順次発光するように前記各光源の発光するタイミングを制御し、かつ、前記各光源が発光するタイミングに合わせて、当該発光した前記光源に対応した前記ピーク波長を求める、請求項１に記載の共焦点計測装置。
  6. 　前記光源は、前記複数の共焦点光学部ごとに設けられ、
    　前記複数の共焦点光学部は、互いに異なる波長帯域を透過または遮光する光学部材をそれぞれ含み、
    　前記共焦点光学部は、前記光学部材によって透過または遮光された光を前記計測対象物に照射し、
    　前記制御部は、前記光源が順次発光するように前記各光源の発光するタイミングを制御し、かつ、前記各光源が発光するタイミングに合わせて、当該発光した前記光源に対応した前記ピーク波長を、前記受光部のうち前記各光学部材を透過または遮光する波長帯域に対応する領域ごとに求める、請求項１に記載の共焦点計測装置。
  7. 　前記受光部の前記受光素子は、１次元に配列する方向の長さよりも１次元に配列する方向に対して直交する方向の長さの方が長い形状である、請求項５に記載の共焦点計測装置。
  8. 　前記受光部の前記受光素子は、１次元に配列する方向の長さよりも１次元に配列する方向に対して直交する方向の長さの方が長い形状である、請求項６に記載の共焦点計測装置。
  9. 　前記共焦点光学部は、
    　前記光源から出射する光に軸上色収差を生じさせる回折レンズと、
    　前記回折レンズより前記計測対象物側に配置され、前記軸上色収差を生じさせた光を前記計測対象物に集光する対物レンズと、
    　前記対物レンズで集光した光のうち、前記計測対象物において合焦する光を通過させるピンホールとを含む、請求項１に記載の共焦点計測装置。
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