特許 5966982 共焦点計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5966982

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】共焦点計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20160728BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 B

   G01C3/06 120P

   G01C3/06 140

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-54037(P2013-54037)

(22)【出願日】2013年3月15日

(65)【公開番号】特開2014-178287(P2014-178287A)

(43)【公開日】2014年9月25日

【審査請求日】2015年7月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】荒川 正行

(72)【発明者】

【氏名】松井 優貴

(72)【発明者】

【氏名】早川 雅之

(72)【発明者】

【氏名】太田 潤

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−４７７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−５８０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−７３４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−４０７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０８１０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

９／０２

Ｇ０１Ｃ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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または請求項６に記載の共焦点計測装置。

【請求項8】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−０１７５５２号公報

【特許文献2】特開２０１２−０４７７４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【課題を解決するための手段】

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【発明の効果】

【0021】

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。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】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2】分岐光ファイバの構成を示す概略図である。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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7】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8】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9】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10】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。

【図11】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。

【図12】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。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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、ある波長帯域の光を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を軸上色収差を生じさせている。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

（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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

（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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

（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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

（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。

【0064】

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。

【0065】

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に入光させる銅鉱部を構成する。

【0066】

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。

【0067】

（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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

（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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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

【符号の説明】

【0100】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】