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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025006545
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】測定ヘッドおよび共焦点変位計
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20250109BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023107407
(22)【出願日】2023-06-29
(71)【出願人】
【識別番号】000129253
【氏名又は名称】株式会社キーエンス
(74)【代理人】
【識別番号】100108523
【弁理士】
【氏名又は名称】中川 雅博
(74)【代理人】
【識別番号】100187931
【弁理士】
【氏名又は名称】澤村 英幸
(72)【発明者】
【氏名】武井 英人
(72)【発明者】
【氏名】南川 義久
(72)【発明者】
【氏名】古閑 拓海
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA02
2F065AA06
2F065FF10
2F065GG24
2F065LL02
2F065LL04
(57)【要約】
【課題】共焦点変位計の高温環境下における測定の信頼性の低下を抑制することが可能な測定ヘッドおよび共焦点変位計を提供する。
【解決手段】測定ヘッド１Ａは、白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドである。測定ヘッド１Ａは、金属製のヘッド筐体１０内にガラス製の複数のレンズ２２１～２２４が収容された構成を有する。ヘッド筐体１０の内部には、前端部ＦＥの近傍に雌ねじ部分１２ｊが形成されている。その雌ねじ部分１２ｊにリングねじ４６が取り付けられている。この状態で、レンズ２２４はリングねじ４６に当接するように設けられている。リングねじ２４はレンズ２２４が＋ｘ方向に移動することを規制する。ヘッド筐体１０内には、レンズ２２４がリングねじ４６に当接する状態で、レンズ２２４を含む複数のレンズを＋ｘ方向に向かって付勢する金属製のばね部材４３が設けられている。
【選択図】図４
【解決手段】測定ヘッド１Ａは、白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドである。測定ヘッド１Ａは、金属製のヘッド筐体１０内にガラス製の複数のレンズ２２１～２２４が収容された構成を有する。ヘッド筐体１０の内部には、前端部ＦＥの近傍に雌ねじ部分１２ｊが形成されている。その雌ねじ部分１２ｊにリングねじ４６が取り付けられている。この状態で、レンズ２２４はリングねじ４６に当接するように設けられている。リングねじ２４はレンズ２２４が＋ｘ方向に移動することを規制する。ヘッド筐体１０内には、レンズ２２４がリングねじ４６に当接する状態で、レンズ２２４を含む複数のレンズを＋ｘ方向に向かって付勢する金属製のばね部材４３が設けられている。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドであって、
筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、
前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、
第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、
前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、
前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズを前記一の方向に向かって弾性力により付勢する金属製の付勢部材とを備える、測定ヘッド。
筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、
前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、
第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、
前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、
前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズを前記一の方向に向かって弾性力により付勢する金属製の付勢部材とを備える、測定ヘッド。
【請求項2】
前記筐体の前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容される金属製の１または複数のスペーサをさらに備え、
前記１または複数のスペーサの各々は、前記複数のレンズのうち前記軸心方向に隣り合う２つのレンズの間に設けられる、請求項１記載の測定ヘッド。
前記１または複数のスペーサの各々は、前記複数のレンズのうち前記軸心方向に隣り合う２つのレンズの間に設けられる、請求項１記載の測定ヘッド。
【請求項3】
前記第１の移動規制部は、前記第１のレンズに当接することにより前記第１のレンズが前記第１の方向に移動することを規制し、
前記複数のレンズは、前記筐体内で前記第１のレンズと前記第２の端部との間に配置される第２のレンズを含み、
前記測定ヘッドは、
前記筐体の内部における前記第１の部分と前記第２の端部との間に位置する第２の部分に設けられ、前記複数のレンズのうち前記第２のレンズに当接することにより前記第２のレンズが前記第２の方向に移動することを規制する第２の移動規制部をさらに備え、
前記付勢部材は、
前記筐体内で前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に設けられ、
前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接しかつ前記第２のレンズが前記第２の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部のレンズを前記第１の方向に向かって弾性力により付勢するとともに前記複数のレンズのうち前記第２のレンズを含む残りのレンズを前記第２の方向に向かって弾性力により付勢する、請求項１または２記載の測定ヘッド。
前記複数のレンズは、前記筐体内で前記第１のレンズと前記第２の端部との間に配置される第２のレンズを含み、
前記測定ヘッドは、
前記筐体の内部における前記第１の部分と前記第２の端部との間に位置する第２の部分に設けられ、前記複数のレンズのうち前記第２のレンズに当接することにより前記第２のレンズが前記第２の方向に移動することを規制する第２の移動規制部をさらに備え、
前記付勢部材は、
前記筐体内で前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に設けられ、
前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接しかつ前記第２のレンズが前記第２の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部のレンズを前記第１の方向に向かって弾性力により付勢するとともに前記複数のレンズのうち前記第２のレンズを含む残りのレンズを前記第２の方向に向かって弾性力により付勢する、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項4】
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、前記筐体内で前記第１の方向に光が進行するときに前記複数のレンズが合成された光学系に定義される主点よりも前記第１の端部に近い位置に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過する、請求項１または２記載の測定ヘッド。
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、前記筐体内で前記第１の方向に光が進行するときに前記複数のレンズが合成された光学系に定義される主点よりも前記第１の端部に近い位置に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過する、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項5】
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、
前記複数のレンズの一部は、前記付勢部材の内径よりも大きい有効径を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の内部で前記複数のレンズの一部よりも前記第１の端部に近い位置に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過する、請求項１または２記載の測定ヘッド。
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、
前記複数のレンズの一部は、前記付勢部材の内径よりも大きい有効径を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の内部で前記複数のレンズの一部よりも前記第１の端部に近い位置に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過する、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項6】
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記複数のレンズは、前記筐体の内部の一部領域で前記第１の端部に導かれた光を当該光の断面積を拡大させつつ前記第１の方向に進行させるように配置され、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、前記筐体内の前記一部領域に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過する、請求項３記載の測定ヘッド。
前記複数のレンズは、前記筐体の内部の一部領域で前記第１の端部に導かれた光を当該光の断面積を拡大させつつ前記第１の方向に進行させるように配置され、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、前記筐体内の前記一部領域に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過する、請求項３記載の測定ヘッド。
【請求項7】
前記筐体の少なくとも一部は、前記軸心方向に延びかつ矩形断面を有する角筒状の外面を有する、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項8】
前記筐体は、
前記第１の方向に順に並ぶ第１の筐体部および第２の筐体部を含み、
前記第１の筐体部から前記第２の筐体部にかけて前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記第１の筐体部における前記内周面の内径は、前記第２の筐体部における前記内周面の内径よりも小さく、
前記複数のレンズは、前記第２の筐体部内に収容され、
前記第１の筐体部の外面に、前記測定ヘッドを他の部材に取り付けるための取付部が形成された、請求項１または２記載の測定ヘッド。
前記第１の方向に順に並ぶ第１の筐体部および第２の筐体部を含み、
前記第１の筐体部から前記第２の筐体部にかけて前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記第１の筐体部における前記内周面の内径は、前記第２の筐体部における前記内周面の内径よりも小さく、
前記複数のレンズは、前記第２の筐体部内に収容され、
前記第１の筐体部の外面に、前記測定ヘッドを他の部材に取り付けるための取付部が形成された、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項9】
前記第２の端部に着脱可能に構成され、前記第２の端部から出射される光を、前記軸心方向に対して交差する予め定められた方向に折り曲げる光屈曲ユニットをさらに備える、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項10】
前記第２の端部と前記光屈曲ユニットとの間に着脱可能に構成され、前記測定ヘッドと前記光屈曲ユニットとの間の距離を調整するための１または複数の距離調整部材をさらに備える、請求項９記載の測定ヘッド。
【請求項11】
前記筐体および前記付勢部材を構成する金属は、ステンレスである、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項12】
前記第１の移動規制部は、前記筐体とは別体の規制部材が前記筐体の内部における前記第１の部分に接続されることにより構成され、
前記筐体と前記規制部材との接続部には、無機材料からなる接着剤が用いられた、請求項１または２記載の測定ヘッド。
前記筐体と前記規制部材との接続部には、無機材料からなる接着剤が用いられた、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項13】
前記光ファイバを前記筐体の前記第１の端部に接続するためのファイバ接続部材をさらに備え、
前記ファイバ接続部材は、前記筐体の前記第１の端部に、１または複数のねじを用いて接続され、
前記１または複数のねじの各々の締結部には、無機材料からなる接着剤が用いられた、請求項１または２記載の測定ヘッド。
前記ファイバ接続部材は、前記筐体の前記第１の端部に、１または複数のねじを用いて接続され、
前記１または複数のねじの各々の締結部には、無機材料からなる接着剤が用いられた、請求項１または２記載の測定ヘッド。
【請求項14】
白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドであって、
筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、
前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、
第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、
前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、
前記筐体の内部で前記第１の移動規制部から前記軸心方向に離間した位置に設けられるポリイミド製の熱膨張部材とを備え、
前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズは、前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記第１の移動規制部と前記熱膨張部材との間に保持される、測定ヘッド。
筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、
前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、
第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、
前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、
前記筐体の内部で前記第１の移動規制部から前記軸心方向に離間した位置に設けられるポリイミド製の熱膨張部材とを備え、
前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズは、前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記第１の移動規制部と前記熱膨張部材との間に保持される、測定ヘッド。
【請求項15】
請求項１、２および１４のいずれか一項に記載の測定ヘッドと、
前記測定ヘッドに導かれる光を発生する白色光源と、
前記測定ヘッドから測定対象物に照射され、前記測定対象物で反射された光に基づいて前記測定対象物の変位を算出する変位測定部とを備える、共焦点変位計。
前記測定ヘッドに導かれる光を発生する白色光源と、
前記測定ヘッドから測定対象物に照射され、前記測定対象物で反射された光に基づいて前記測定対象物の変位を算出する変位測定部とを備える、共焦点変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、共焦点変位計用の測定ヘッドおよび共焦点変位計に関する。
【背景技術】
【0002】
測定対象物の表面の変位を非接触方式により測定する装置として、例えば白色光源、光ファイバおよび測定ヘッドを備える共焦点変位計がある。その共焦点変位計においては、白色光源により発生される広い波長帯域の光（白色光）が光ファイバを通して測定ヘッドに導かれる。測定ヘッドは、主として複数のレンズとそれらを収容するヘッド筐体とを含み、光ファイバを通して導かれる光を複数のレンズを通して測定対象物に照射する。このとき、複数のレンズにより測定対象物に照射される光に色収差が発生する。また、測定ヘッドは、測定対象物の表面で合焦しつつ反射された光を受ける。測定ヘッドが受けた光に基づいて測定対象物の表面の変位が測定される。上記の共焦点変位計によれば、測定ヘッドを所望の位置に配置することで、測定対象物の測定可能な範囲が拡大される。
【0003】
共焦点変位計による変位の測定精度は、種々の要因で低下する。そこで、測定精度の低下を抑制するための構成が提案されている。例えば、特許文献１には、光学部品（測定ヘッドのレンズ）の球面収差に起因して発生する測定精度の低下を抑制するために、球面収差の極性が異なる回折レンズおよび屈折レンズを備える共焦点変位計が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－０２７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、測定対象物が高温環境下に配置される場合には、測定ヘッドを高温環境下に配置することが考えられる。しかしながら、測定ヘッドが配置される環境の温度および測定ヘッドの各構成要素の線膨張係数等によっては、測定ヘッドが高温環境下に配置されるごとに、複数のレンズの位置関係がランダムに変化する可能性がある。また、複数のレンズのいずれかが樹脂材料を含む場合、当該樹脂材料は高温環境下で変形する可能性が高い。これらの場合、共焦点変位計の高温環境下における測定の信頼性が低下する。
【0006】
本発明の目的は、共焦点変位計の高温環境下における測定の信頼性の低下を抑制することが可能な測定ヘッドおよび共焦点変位計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一局面に従う測定ヘッドは、白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドであって、筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズを前記一の方向に向かって弾性力により付勢する金属製の付勢部材とを備える。
【0008】
本発明の他の局面に従う測定ヘッドは、白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドであって、筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、前記筐体の内部で前記移動規制部から前記軸心方向に離間した位置に設けられるポリイミド製の熱膨張部材とを備え、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズは、前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記第１の移動規制部と前記固定部材との間に保持される。
【0009】
本発明のさらに他の局面に従う共焦点変位計は、上記の測定ヘッドと、前記測定ヘッドに導かれる光を発生する白色光源と、前記測定ヘッドから測定対象物に照射され、前記測定対象物で反射された光に基づいて前記測定対象物の変位を算出する変位測定部とを備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、共焦点変位計の高温環境下における測定の信頼性の低下を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係る測定ヘッドの一例を示す外観斜視図である。
【図6】ヘッド筐体内に収容されるばね部材の構成および機能の詳細を説明するための図である。
【図7】ばね部材の機能を説明するための参考例を示す図である。
【図8】ヘッド筐体内におけるばね部材の第１の配置条件を説明するための図である。
【図10】光屈曲ユニットおよび複数の距離調整部材の外観斜視図である。
【図12】他の実施の形態に係る測定ヘッドの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施の形態に係る測定ヘッドおよびそれを備える共焦点変位計について、図面を参照しつつ説明する。
【0013】
１．共焦点変位計の基本構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図１に示すように、共焦点変位計９は、測定ヘッド１Ａ，１Ｂ、測定ユニット１００Ａ，１００Ｂ、導光部３００Ａ，３００Ｂ、制御ユニット２およびＰＣ（パーソナルコンピュータ）３を備える。導光部３００Ａは、複数の光ファイバを含み、測定ヘッド１Ａと測定ユニット１００Ａ内部の一部の構成要素（後述する投光部１２０および分光部１３０）とを光学的に接続する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る共焦点変位計の構成を示す模式図である。図１に示すように、共焦点変位計９は、測定ヘッド１Ａ，１Ｂ、測定ユニット１００Ａ，１００Ｂ、導光部３００Ａ，３００Ｂ、制御ユニット２およびＰＣ（パーソナルコンピュータ）３を備える。導光部３００Ａは、複数の光ファイバを含み、測定ヘッド１Ａと測定ユニット１００Ａ内部の一部の構成要素（後述する投光部１２０および分光部１３０）とを光学的に接続する。
【0014】
測定ユニット１００Ａは、ユニット筐体１１０、投光部１２０、分光部１３０、受光部１４０、測定制御部１５０および副表示部１９０を含む。ユニット筐体１１０は、投光部１２０、分光部１３０、受光部１４０および測定制御部１５０を収容する。副表示部１９０は、７セグメント表示器またはドットマトリクス表示器等の表示器を含み、ユニット筐体１１０に取り付けられる。投光部１２０は、広く連続する波長帯域（例えば５００ｎｍ～７００ｎｍ）の光すなわち連続する複数の波長を有する光（白色光）を発生する白色光源を有し、当該白色光源から発生される光を出射可能に構成される。投光部１２０により出射された光は、導光部３００Ａの後述する光ファイバ３１１に入力される。
【0015】
分光部１３０は、回折格子１３１および複数（本例では２つ）のレンズ１３２，１３３を含む。後述するように、投光部１２０により出射されて測定対象物Ｓの表面で反射された光の一部が、導光部３００Ａの後述する光ファイバ３１２から出力される。光ファイバ３１２から出力された光は、レンズ１３２を通過することにより略平行化され、回折格子１３１に入射される。本実施の形態においては、回折格子１３１は反射型の回折格子である。回折格子１３１に入射された光は、波長ごとに異なる角度で反射するように分光され、レンズ１３３を通過することにより波長ごとに異なる一次元上の位置に合焦される。
【0016】
受光部１４０は、複数の画素が一次元状に配列された撮像素子（一次元ラインセンサ）を含む。撮像素子は、多分割ＰＤ（フォトダイオード）、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラまたはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサであってもよいし、他の素子であってもよい。受光部１４０は、分光部１３０のレンズ１３３により形成された波長ごとに異なる複数の合焦位置で撮像素子の複数の画素がそれぞれ光を受光するように配置される。受光部１４０の各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ。）が出力される。受光信号は、各画素で受光される光の強度を示す。
【0017】
測定制御部１５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ、またはマイクロコンピュータを含む。測定制御部１５０には、制御プログラムが記憶されるとともに、変位測定に用いられる測定条件等の種々のデータが記憶される。これらのデータは、後述する制御ユニット２から与えられる。測定制御部１５０は、記憶された制御プログラムおよびデータに基づいて投光部１２０および受光部１４０を制御し、受光部１４０により出力される受光信号に基づいて測定対象物Ｓの表面の変位を算出する。測定制御部１５０は、変位の算出結果を副表示部１９０に表示させる。
【0018】
測定制御部１５０は制御ユニット２に接続され、制御ユニット２はさらにＰＣ３に接続される。測定制御部１５０は、変位の算出結果および受光部１４０から出力される受光信号を制御ユニット２に与える。制御ユニット２およびＰＣ３の構成および動作については後述する。
【0019】
測定ヘッド１Ａは、ヘッド筐体１０、ファイバレセプタクル３０および複数（本例では４つ）のレンズ２２１，２２２，２２３，２２４を含む。ヘッド筐体１０は、複数のレンズ２２１，２２２，２２３，２２４を収容する。
【0020】
ヘッド筐体１０にファイバレセプタクル３０が取り付けられている。ファイバレセプタクル３０には、導光部３００Ａの後述するファイバコネクタ３３０が接続されている。ファイバコネクタ３３０は、導光部３００Ａの後述する光ファイバ３１９の一端部を保持する。
【0021】
測定ユニット１００Ａから光ファイバ３１９に光が導かれる。光ファイバ３１９に導かれた光は、測定ヘッド１Ａのヘッド筐体１０内で光ファイバ３１９から出力され、複数のレンズ２２１，２２２，２２３，２２４をこの順に通過する。本実施の形態においては、複数のレンズ２２１，２２２，２２３，２２４の各々は、当該レンズの光軸方向に見て円形状を有し、ガラス製の単一部材で構成される。また、レンズ２２１は、光ファイバ３１９から導かれる光を拡大する拡大レンズである。レンズ２２２，２２３は、レンズ２２１により拡大された光に所定の機能を付加しつつ収束させる屈曲レンズである。さらに、レンズ２２４は、レンズ２２３から導かれる光に色収差を発生させる色収差レンズである。複数のレンズ２２１，２２２，２２３，２２４を通過することにより色収差が発生した光は、測定対象物Ｓの表面近傍の位置で合焦する。
【0022】
導光部３００Ａは、光ファイバ３１１，３１２，３１９、ファイバカプラ３２０およびファイバコネクタ３３０を含む。図１の例では、ファイバカプラ３２０は測定ユニット１００Ａのユニット筐体１１０内に設けられる。ファイバコネクタ３３０は、上記のように測定ヘッド１Ａに接続される。
【0023】
ファイバカプラ３２０は、いわゆる２×２型の構成を有し、４つのポート３２１～３２３および本体部３２４を含む。図１では、４つのポートのうち１つのポートの図示を省略している。ポート３２１，３２２とポート３２３とは、本体部３２４を挟んで対向するように本体部３２４に接続される。ポート３２１，３２２の少なくとも１つのポートに入力された光は、ポート３２３から出力される。ポート３２３に入力された光は、ポート３２１，３２２の各々から出力される。
【0024】
ファイバカプラ３２０のポート３２１，３２２には、光ファイバ３１１，３１２がそれぞれ接続される。ファイバカプラ３２０のポート３２３には、光ファイバ３１９の他端部が接続される。
【0025】
この構成によれば、測定ユニット１００Ａの投光部１２０により出射された光は、光ファイバ３１１を通してファイバカプラ３２０のポート３２１に入力される。ポート３２１に入力された光は、ポート３２３から出力され、光ファイバ３１９を通して測定ヘッド１Ａに導かれる。測定ヘッド１Ａに導かれた光は、複数のレンズ２２１，２２２，２２３，２２４を通して測定対象物Ｓに照射される。
【0026】
測定対象物Ｓの表面で反射された光の一部は、複数のレンズ２２４，２２３，２２２，２２１を通して光ファイバ３１９の一端部に入力される。光ファイバ３１９の一端部に入力された光は、ファイバカプラ３２０のポート３２３に入力される。ポート３２３に入力された光は、ポート３２１，３２２から出力される。ポート３２２から出力された光は、光ファイバ３１２を通して分光部１３０に導かれる。これにより、測定ユニット１００Ａから測定対象物Ｓに照射される光に基づいて測定対象物Ｓの変位が算出される。
【0027】
測定ユニット１００Ａおよび測定ユニット１００Ｂは同じ構成を有し、測定ヘッド１Ａおよび測定ヘッド１Ｂは同じ構成を有し、導光部３００Ａおよび導光部３００Ｂは同じ構成を有する。測定ヘッド１Ｂと測定ユニット１００Ｂ内部の一部の構成要素とは、上記の測定ヘッド１Ａおよび測定ユニット１００Ａ間の接続の例と同様に、導光部３００Ｂにより光学的に接続される。また、測定ユニット１００Ｂの測定制御部１５０（図示せず）は、制御ユニット２に接続される。
【0028】
測定ユニット１００Ｂの投光部１２０（図示せず）から出射される光は、測定ヘッド１Ｂを通して測定対象物Ｓに照射される。測定対象物Ｓの表面で反射された光の一部が、測定ヘッド１Ｂを通して測定ユニット１００Ｂに戻される。それにより、測定ヘッド１Ｂから測定対象物Ｓに照射される光に基づいて測定対象物Ｓの変位が算出される。この場合、測定ユニット１００Ｂに設けられる測定制御部１５０（図示せず）は、変位の算出結果および受光部１４０から出力される受光信号を制御ユニット２に与える。
【0029】
制御ユニット２は、ＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータを含む。制御ユニット２には、例えば測定ユニット１００Ａ，１００Ｂにおける変位の測定条件がＰＣ３から入力される。測定条件には、例えば投光部１２０における光の出射量、投光部１２０における光の出射タイミング、および受光部１４０における露光量等が含まれる。制御ユニット２は、入力された測定条件を各測定ユニット１００Ａ，１００Ｂの測定制御部１５０に与える。それにより、各測定ユニット１００Ａ，１００Ｂにおいて、与えられた測定条件に基づく測定動作が行われる。
【0030】
ＰＣ３は、ＣＰＵ３ａおよびメモリ３ｂを含む。メモリ３ｂには、測定対象物Ｓの厚み測定に関する各種プログラムが記憶されるとともに、厚み測定に用いられる種々のデータが記憶される。ＣＰＵ３ａはメモリ３ｂに記憶されたプログラムを実行する。各測定ユニット１００Ａ，１００Ｂから制御ユニット２に与えられる変位の算出結果および受光信号は、制御ユニット２からＰＣ３に与えられる。
【0031】
ＰＣ３には、主表示部４ａおよび操作部４ｂが接続されている。主表示部４ａは、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルまたは液晶ディスプレイパネル等の表示装置を含む。操作部４ｂは、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスは、マウスまたはジョイスティック等を含む。使用者は、操作部４ｂを操作することにより、厚み測定に関する各種指示をＰＣ３に与えることができる。
【0032】
上記の共焦点変位計９においては、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々を１または複数の測定対象物Ｓが配置された空間に配置することができるので、１または複数の測定対象物Ｓについて変位測定の自由度が高い。例えば、測定対象物Ｓが回路形成中の基板（ウェハ）等である場合、測定対象物Ｓは、高温環境下および真空環境下に配置される可能性が高い。このような場合でも、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々を測定対象物Ｓとともに高温環境下に配置することで、高温環境下で測定対象物Ｓの表面の変位（基板表面の高さ）を測定することができる。また、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々を測定対象物Ｓとともに真空環境下に配置することで、真空環境下で測定対象物Ｓの表面の変位（基板表面の高さ）を測定することができる。ここで、本実施の形態においては、高温環境下とは、例えば１００℃～３００℃程度の温度環境下にあることを言う。また、真空環境下とは、例えば１０＾（－７）Ｐａ～１０＾（－５）Ｐａ程度の真空度の環境下にあることを言う。
【0033】
なお、測定ヘッド１Ａ，１Ｂによれば、互いに逆方向を向く一面および他面を有する測定対象物Ｓの厚みを測定することもできる。例えば測定対象物Ｓを挟んで対向するように測定ヘッド１Ａ，１Ｂを配置する。また、測定ヘッド１Ａ，１Ｂにより測定対象物Ｓの一面および他面の変位を測定する。この場合、測定対象物Ｓの一面および他面の変位の測定結果と、測定ヘッド１Ａ，１Ｂ間の距離（ヘッド間距離）とに基づいて測定対象物Ｓの厚み測定を行うことができる。
【0034】
２．測定ヘッド１Ａ，１Ｂ
以下、図１の測定ヘッド１Ａ，１Ｂを代表して測定ヘッド１Ａの構成について詳細を説明する。
以下、図１の測定ヘッド１Ａ，１Ｂを代表して測定ヘッド１Ａの構成について詳細を説明する。
【0035】
＜１＞測定ヘッド１Ａのヘッド筐体１０の外観形状
図２は、本発明の一実施の形態に係る測定ヘッド１Ａの一例を示す外観斜視図である。図２および後述する所定の図では、測定ヘッド１Ａの各部および当該測定ヘッド１Ａとその内部に収容される複数の構成要素との間の位置関係が理解しやすいように、互いに直交するｘ方向、ｙ方向およびｚ方向を示す矢印を付している。
図２は、本発明の一実施の形態に係る測定ヘッド１Ａの一例を示す外観斜視図である。図２および後述する所定の図では、測定ヘッド１Ａの各部および当該測定ヘッド１Ａとその内部に収容される複数の構成要素との間の位置関係が理解しやすいように、互いに直交するｘ方向、ｙ方向およびｚ方向を示す矢印を付している。
【0036】
以下の説明では、ｘ方向のうち、図面上で矢印ｘが向く方向を適宜＋ｘ方向と呼び、その反対方向を適宜－ｘ方向と呼ぶ。また、ｙ方向のうち、図面上で矢印ｙが向く方向を適宜＋ｙ方向と呼び、その反対方向を適宜－ｙ方向と呼ぶ。さらに、ｚ方向のうち、図面上で矢印ｚが向く方向を適宜＋ｚ方向と呼び、その反対方向を適宜－ｚ方向と呼ぶ。
【0037】
測定ヘッド１Ａのヘッド筐体１０は、金属製の単一部材からなり、図２に示すように、ｘ方向に延びる略角筒形状を有する。以下の説明では、ヘッド筐体１０のうち＋ｘ方向を向く一方の端部をヘッド筐体１０の前端部ＦＥと呼び、ヘッド筐体１０のうち－ｘ方向を向く他方の端部をヘッド筐体１０の後端部ＲＥと呼ぶ。ヘッド筐体１０の長手方向に延びるヘッド筐体１０の中心軸をヘッド軸心１０ａと呼ぶ。ヘッド筐体１０を構成する金属は、例えばステンレス鋼である。本実施の形態では、ヘッド筐体１０のステンレス鋼として、日本産業規格（ＪＩＳ）に規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６ＬまたはＳＵＳ３０３が用いられる。
【0038】
ヘッド筐体１０は、ｘ方向に並ぶ第１の筐体部１１および第２の筐体部１２を含む。第１の筐体部１１は、ヘッド筐体１０の後端部ＲＥを有し、－ｚ方向を向く外面１１ａ、＋ｚ方向を向く外面１１ｂ、－ｙ方向を向く外面１１ｃおよび＋ｙ方向を向く外面１１ｄを含む。第２の筐体部１２は、ヘッド筐体１０の前端部ＦＥを有し、－ｚ方向を向く外面１２ａ、＋ｚ方向を向く外面１２ｂ、－ｙ方向を向く外面１２ｃおよび＋ｙ方向を向く外面１２ｄを含む。第１の筐体部１１と第２の筐体部１２との間の境界部分で、共通の方向を向くとともにｘ方向で互いに隣り合う各２つの外面（第１の筐体部１１の外面および第２の筐体部１２の外面）は面一となっている。
【0039】
このような構成により、測定ヘッド１Ａは、ヘッド筐体１０の外面の一部を平坦な設置面上に容易に取り付けることが可能である。また、上記の構成によれば、２つの測定ヘッド１Ａを互いに隣り合うように配置する場合に、２つの測定ヘッド１Ａのうち一方の測定ヘッド１Ａのヘッド筐体１０と他方の測定ヘッド１Ａのヘッド筐体１０とを面接触させることができる。それにより、ヘッド筐体１０が円筒状の外周面を有する場合に比べて、複数の測定ヘッド１Ａを所定の設置面上に安定して設置することが可能になる。
【0040】
ここで、第１の筐体部１１には、２つの切り欠き１１ｘ，１１ｙが形成されている。２つの切り欠き１１ｘ，１１ｙは、ヘッド軸心１０ａを基準とする周方向に並んでいる。具体的には、一方の切り欠き１１ｘは外面１１ｂ，１１ｃの一部を切り欠くように形成され、他方の切り欠き１１ｙは外面１１ｂ，１１ｄの一部を切り欠くように形成されている。外面１１ａに切り欠きは形成されていない。これにより、後述する図３の左から３番目の吹き出し内に示すように、第１の筐体部１１のうち２つの切り欠き１１ｘ，１１ｙが形成されている部分のｘ方向に直交する断面はＴ字形状（図３では逆Ｔ字形状）を有する。
【0041】
第１の筐体部１１のうち、切り欠き１１ｘが形成された空間と第１の筐体部１１よりも－ｚ方向の空間との間に位置する部分には、ｚ方向に延びる２つの貫通孔ｈ１（後述する図３参照）が形成されている。また、第１の筐体部１１のうち、切り欠き１１ｙが形成された空間と第１の筐体部１１よりも－ｚ方向の空間との間に位置する部分にも、ｚ方向に延びる２つの貫通孔ｈ１が形成されている。これらの複数の貫通孔ｈ１は、例えば測定ヘッド１Ａを所望の部材に取り付けるために用いられる。この場合、複数の貫通孔ｈ１のいずれかに、ねじ部材または結束部材等が挿入される。
【0042】
ヘッド筐体１０の前端部ＦＥには、測定ヘッド１Ａから測定対象物Ｓに向けて光を出射するとともに測定対象物Ｓで反射された光を通過させる円形の開口部が形成されている。図２の例では、前端部ＦＥの開口部からヘッド筐体１０内に収容されるレンズ２２４の一部が露出している状態が示される。また、ヘッド筐体１０の前端部ＦＥの四隅には、ｘ方向に見て開口部を９０°間隔で取り囲むように、４つのねじ孔ｈ２がそれぞれ形成されている。前端部ＦＥの４つのねじ孔ｈ２は、測定ヘッド１Ａの使用時に、後述する光屈曲ユニット５０（図１０）または距離調整部材６０（図１０）を必要に応じて取り付けるために用いられる。
【0043】
ヘッド筐体１０の後端部ＲＥには、ｘ方向に延びる複数（本例では４つ）のねじ孔ｈ３が形成されている。本例の４つのねじ孔ｈ３は、ヘッド筐体１０の後端部ＲＥの四隅に形成されている。後端部ＲＥの４つのねじ孔ｈ３は、４つのねじＳＣ１を用いてヘッド筐体１０にファイバレセプタクル３０を接続するために用いられる。本実施の形態においては、ヘッド筐体１０に接続されるファイバレセプタクル３０およびファイバコネクタ３３０は、ヘッド筐体１０と同じ材料で形成されている。
【0044】
ヘッド筐体１０の複数の外面（１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄ）の一部には、ヘッド筐体１０の内部空間を外部空間とを連通させる複数の貫通孔ｈ４が形成されている。図２では、第２の筐体部１２の一の外面１２ｄに複数の貫通孔ｈ４が形成されている状態が示される。これらの貫通孔ｈ４は、例えば測定ヘッド１Ａが真空環境下に配置された場合に、ヘッド筐体１０の内部空間と外部空間との間で大きな圧力差が生じることを抑制する。
【0045】
＜２＞ヘッド筐体１０の内部形状
図３は、図２の測定ヘッド１Ａを＋Ｚ方向に見た一側面図である。ヘッド筐体１０は、ヘッド軸心１０ａに沿って後端部ＲＥから前端部ＦＥに延びる内部空間を有する。図３では、ヘッド筐体１０の内部空間の形状が一点鎖線で示される。また、図３では、ｘ方向に間隔をおいて並ぶＡ１－Ａ１線、Ａ２－Ａ２線およびＡ３－Ａ３線におけるヘッド筐体１０の模式的断面図（端面図）が３つの吹き出し内にそれぞれ示される。
図３は、図２の測定ヘッド１Ａを＋Ｚ方向に見た一側面図である。ヘッド筐体１０は、ヘッド軸心１０ａに沿って後端部ＲＥから前端部ＦＥに延びる内部空間を有する。図３では、ヘッド筐体１０の内部空間の形状が一点鎖線で示される。また、図３では、ｘ方向に間隔をおいて並ぶＡ１－Ａ１線、Ａ２－Ａ２線およびＡ３－Ａ３線におけるヘッド筐体１０の模式的断面図（端面図）が３つの吹き出し内にそれぞれ示される。
【0046】
図３の側面図において、Ａ１－Ａ１線およびＡ２－Ａ２線は第１の筐体部１１の２つの部分に重なる線であり、Ａ３－Ａ３線は第２の筐体部１２の一部分に重なる線である。ヘッド筐体１０の第１の筐体部１１および第２の筐体部１２の各々は、ヘッド軸心１０ａに直交する断面が円形の内周面を有する。
【0047】
図３に示すように、第１の筐体部１１は第１の内周面１１ｉおよび第２の内周面１１ｊを含む。第１の内周面１１ｉは、一定の直径で、ヘッド筐体１０の後端部ＲＥから第１の筐体部１１と第２の筐体部１２との境界部分の近傍の位置まで延びる円筒形状を有する。第１の内周面１１ｉの軸心は、ヘッド軸心１０ａに一致する。また、第１の内周面１１ｉは、例えば光ファイバ３１９の外径と同じ程度の内径を有する。
【0048】
第２の内周面１１ｊは、一定の直径で、第１の内周面１１ｉの＋ｘ方向の端部から第１の筐体部１１と第２の筐体部１２との境界部分まで延びる円筒形状を有する。第２の内周面１１ｊの軸心は、ヘッド軸心１０ａに一致する。また、第２の内周面１１ｊは、第１の内周面１１ｉの内径よりも大きい内径を有する。これにより、第１の筐体部１１の内部には、－ｘ方向に見て円環状の段差部（後述する図４の第１の段差部ｓｔ１）が形成されている。
【0049】
第２の筐体部１２は第３の内周面１２ｉを含む。第３の内周面１２ｉは、略一定の直径で、第１の筐体部１１と第２の筐体部１２との境界部分からヘッド筐体１０の前端部ＦＥまで延びる円筒形状を有する。第３の内周面１２ｉの軸心は、ヘッド軸心１０ａに一致する。また、第３の内周面１２ｉは、第１の筐体部１１の第１の内周面１１ｉおよび第２の内周面１１ｊの内径よりも大きい内径を有する。これにより、ヘッド筐体１０の内部でかつ第１の筐体部１１と第２の筐体部１２との間の境界部分には、－ｘ方向に見て円環状の段差部（後述する図４の第２の段差部ｓｔ２）が形成されている。
【0050】
＜３＞光ファイバ３１９の構成
図３では、ファイバコネクタ３３０により保持される光ファイバ３１９の構成が、光ファイバ３１９から引き出された吹き出し内にさらに示される。光ファイバ３１９は、クラッド３１９ｂにより被覆されたコア３１９ａを含む。ファイバレセプタクル３０においては、ファイバコネクタ３３０が接続されることにより、光ファイバ３１９の一端部先端のコア３１９ａが複数のレンズ２２１～２２４（図１）の光軸上に位置するように保持される。なお、本実施の形態においては、ヘッド筐体１０のヘッド軸心１０ａと、ヘッド筐体１０内に設けられる複数のレンズ２２１～２２４（図１）の光軸とが一致する。また、本実施の形態においては、光ファイバ３１９の一端部先端は、微小なピンホールを有する空間フィルタとして機能する。
図３では、ファイバコネクタ３３０により保持される光ファイバ３１９の構成が、光ファイバ３１９から引き出された吹き出し内にさらに示される。光ファイバ３１９は、クラッド３１９ｂにより被覆されたコア３１９ａを含む。ファイバレセプタクル３０においては、ファイバコネクタ３３０が接続されることにより、光ファイバ３１９の一端部先端のコア３１９ａが複数のレンズ２２１～２２４（図１）の光軸上に位置するように保持される。なお、本実施の形態においては、ヘッド筐体１０のヘッド軸心１０ａと、ヘッド筐体１０内に設けられる複数のレンズ２２１～２２４（図１）の光軸とが一致する。また、本実施の形態においては、光ファイバ３１９の一端部先端は、微小なピンホールを有する空間フィルタとして機能する。
【0051】
光ファイバ３１９のうち測定ヘッド１Ａと測定ユニット１００Ａとの間に位置する部分には、クラッド３１９ｂを被覆するようにポリイミドからなる樹脂製の被覆層３１９ｃが設けられている。さらに、被覆層３１９ｃを覆うようにステンレス製のスパイラルチューブ３１９ｄが設けられる。コア３１９ａおよびクラッド３１９ｂは、石英からなり、高い耐熱性を有する。また、ポリイミド製の被覆層３１９ｃおよびステンレス製のスパイラルチューブ３１９ｄは、ポリイミド以外の樹脂に比べると比較的高い耐熱性を有する。このように、本実施の形態に係る光ファイバ３１９においては、コア３１９ａ、クラッド３１９ｂ、被覆層３１９ｃおよびスパイラルチューブ３１９ｄの各々が比較的高い耐熱性を有する。したがって、高温環境下で使用される場合でも、光の伝送について高い信頼性を有する。
【0052】
なお、上記のように、本実施の形態に係る光ファイバ３１９は、１つのコア３１９ａのみを含む構成を有する。この例に限らず、光ファイバ３１９は、複数のコア３１９ａを含む構成を有してもよい。この場合、例えば束ねられた複数のコア３１９ａがクラッド３１９ｂにより被覆され、そのクラッド３１９ｂを被覆するようにさらに被覆層３１９ｃおよびスパイラルチューブ３１９ｄが設けられる。あるいは、クラッド３１９ｂおよび被覆層３１９ｃによりそれぞれ被覆された複数のコア３１９ａが束ねられる。その集合体を保護するように、スパイラルチューブ３１９ｄが設けられる。
【0053】
【0054】
上記のように、第１の筐体部１１の内部には円環状の段差部が形成されている。また、ヘッド筐体１０の内部でかつ第１の筐体部１１と第２の筐体部１２との間の境界部分にも段差部が形成されている。以下の説明では、第１の筐体部１１の内部に形成されている段差部を第１の段差部ｓｔ１と呼ぶ。また、ヘッド筐体１０の内部でかつ第１の筐体部１１と第２の筐体部１２との間の境界部分に形成されている段差部を第２の段差部ｓｔ２と呼ぶ。図４では、第１の段差部ｓｔ１および第２の段差部ｓｔ２が、それぞれ白抜きの矢印で示される。
【0055】
図４に示すように、ヘッド筐体１０の内部には、第１の段差部ｓｔ１から前端部ＦＥまでの間に、レンズ２２１、スペーサ４１，４２、ばね部材４３、レンズ２２２、スペーサ４４、レンズ２２３、スペーサ４５、レンズ２２４およびリングねじ４６がこの順で＋ｘ方向に並ぶように収容されている。スペーサ４１，４２，４４，４５、ばね部材４３およびリングねじ４６は、ヘッド筐体１０と同じ材料で形成されている。
【0056】
レンズ２２１の外径は、第１の筐体部１１の第１の内周面１１ｉの内径よりも大きく、第１の筐体部１１の第２の内周面１１ｊの内径よりもわずかに小さい。これにより、レンズ２２１は、第１の筐体部１１の第２の内周面１１ｊ内に嵌め込まれる。この状態で、レンズ２２１の－ｘ方向の端面の一部（周縁部）は第１の段差部ｓｔ１に当接する。そのため、レンズ２２１は、第１の段差部ｓｔ１よりも－ｘ方向に移動することが規制される。
【0057】
また、レンズ２２１の厚み（当該レンズ２２１の光軸方向の寸法）は、ｘ方向における第１の段差部ｓｔ１と第２の段差部ｓｔ２との間の距離よりも大きい。これにより、レンズ２２１の一部分（＋ｘ方向の端面を含む部分）は、第２の筐体部１２の内部に突出している。
【0058】
スペーサ４１は、第３の内周面１２ｉの内径よりもわずかに小さい直径を有する略円板状部材である。図５に示すように、スペーサ４１の中央部には、レンズ２２１の外径よりも小さい内径を有する円形の開口部４１ａが形成されている。また、スペーサ４１には、当該開口部４１ａを挟み込むように、２つの貫通孔４１ｂが形成されている。
【0059】
図４に示すように、スペーサ４１は、レンズ２２１の＋ｘ方向の端面の一部（周縁部）に当接するように第２の筐体部１２内に設けられている。スペーサ４２は、スペーサ４１と同じ外径を有する円環状部材であり、スペーサ４１に当接するように、第２の筐体部１２内に設けられている。スペーサ４２の内径は、スペーサ４２がスペーサ４１に当接する状態で、スペーサ４１の２つの貫通孔４１ｂ（図５）を塞がないように定められている。この場合、スペーサ４１の２つの貫通孔４１ｂ（図５）は、スペーサ４１と第２の段差部ｓｔ２との間に密閉空間を形成させないための気体流路として機能する。
【0060】
スペーサ４１と第２の段差部ｓｔ２との間に密閉空間が形成されないことにより、測定ヘッド１Ａが真空環境下に配置された場合に、ヘッド筐体１０内の圧力分布に大きなばらつきが発生しない。それにより、圧力分布の大きなばらつきに起因して測定ヘッド１Ａ内に意図しない変形が生じることが防止される。
【0061】
スペーサ４１，４２は、ヘッド筐体１０の内部でばね部材４３をｘ方向の予め定められた位置に位置決めするために用いられる。例えば、測定ヘッド１Ａの組み立て時には、予め複数の厚みを有する複数のスペーサ４１，４２が用意される。その上で、予め定められたばね部材４３のｘ方向の位置と、ヘッド筐体１０内の各部の寸法およびレンズ２２１の寸法に応じて、適切なスペーサ４１，４２が選択され、使用される。
【0062】
図５に示すように、ばね部材４３は、扁平な略円筒形状を有する。図４に示すように、ばね部材４３は、当該ばね部材４３の軸心がヘッド軸心１０ａに沿うようにかつスペーサ４２に当接するように、第２の筐体部１２内に設けられている。また、ばね部材４３は、スペーサ４１，４２と同じかまたはほぼ同じ外径を有する。さらに、ばね部材４３は、弾性力により当該ばね部材４３の軸心方向に伸縮可能に構成されている。ばね部材４３の詳細は後述する。
【0063】
レンズ２２２は、ばね部材４３に当接するように、第２の筐体部１２内に設けられている。また、レンズ２２２の＋ｘ方向には、スペーサ４４を挟んでレンズ２２３が設けられている。さらに、レンズ２２３の＋ｘ方向には、スペーサ４５を挟んでレンズ２２４が設けられている。
【0064】
３つのレンズ２２２，２２３，２２４の各々は、スペーサ４１，４２およびばね部材４３と同じかまたはほぼ同じ外径を有する。スペーサ４４，４５の各々は、一定の厚みを有する円環状部材であり、スペーサ４１，４２およびばね部材４３と同じかまたはほぼ同じ外径を有する。
【0065】
第２の筐体部１２の第３の内周面１２ｉのうち、前端部ＦＥから－ｘ方向に一定幅の範囲には、ねじ切り加工が施されている。すなわち、第２の筐体部１２は、第３の内周面１２ｉの一部が雌ねじ部分１２ｊを構成する。雌ねじ部分１２ｊは、ヘッド筐体１０内に複数の構成要素（４１～４５，２２１～２２４）が互いに接するように収容された状態で、レンズ２２４の近傍に位置するように形成されている。
【0066】
リングねじ４６は、第２の筐体部１２の雌ねじ部分１２ｊに対応する雄ねじである。ヘッド筐体１０内に複数の構成要素（４１～４５，２２１～２２４）が互いに接するように収容された状態で、リングねじ４６が第２の筐体部１２の雌ねじ部分１２ｊに取り付けられる。リングねじ４６の内径は、レンズ２２４の外径よりも小さい。そのため、リングねじ４６を雌ねじ部分１２ｊに取り付ける際には、リングねじ４６の一部がレンズ２２４の＋ｘ方向を向く端面の一部（周縁部）に当接する。また、リングねじ４６は、レンズ２２４に当接した状態で、ばね部材４３にｘ方向の負荷が所定量作用するように締め込まれる。
【0067】
ここで、ばね部材４３の構成および機能について詳細を説明する。図６は、ヘッド筐体１０内に収容されるばね部材４３の構成および機能の詳細を説明するための図である。上記のように、ばね部材４３は、扁平な略円柱形状を有する。図６（ａ）に、ばね部材４３の外観斜視図が示される。ばね部材４３は、その軸心ｃａの方向に並ぶベース部４３ａ、径小部４３ｂおよびフランジ部４３ｃから構成される。
【0068】
ベース部４３ａおよびフランジ部４３ｃは、第２の筐体部１２の第３の内周面１２ｉよりもわずかに小さい共通の外径を有する。一方、径小部４３ｂは、ベース部４３ａおよびフランジ部４３ｃの外径に比べて小さい外径（２／３程度の外径）を有する。また、ベース部４３ａ、径小部４３ｂおよびフランジ部４３ｃは、略一定の内径を有する。さらに、フランジ部４３ｃの周縁部は、ベース部４３ａと反対の方向に突出するように形成されている。
【0069】
このような構成により、フランジ部４３ｃおよびベース部４３ａ間に軸心ｃａの方向の負荷が作用する場合には、径小部４３ｂおよびフランジ部４３ｃが弾性変形し、ばね部材４３の軸心ｃａの方向の長さが変化する。以下の説明では、ばね部材４３に軸心ｃａ方向の負荷が作用しないかまたはほぼ作用しないときのばね部材４３の状態を基準状態と呼ぶ。
【0070】
測定ヘッド１Ａが高温環境下に配置されることによりヘッド筐体１０に熱膨張が生じると、ヘッド筐体１０内に収容される複数のレンズ２２１～２２４が意図しない姿勢で意図しない位置に大きくずれる可能性がある。そこで、本実施の形態では、測定ヘッド１Ａが常温（例えば、２５℃）にある状態で、ばね部材４３にｘ方向の負荷が所定量作用するように、リングねじ４６が締め込まれる。すなわち、ばね部材４３は、常温環境下で、当該ばね部材４３の弾性力により複数のレンズ２２１～２２４をｘ方向に付勢するように設けられる。
【0071】
図６（ｂ），（ｃ）に、ばね部材４３の機能を説明するための一構成例が示される。図６（ｂ）に示すように、例えば常温環境下にあるヘッド筐体１０の第３の内周面１２ｉにおいて、ｘ方向で互いに異なる第１の部分ｐ１および第２の部分ｐ２にそれぞれ第１のリング部材ｒ１および第２のリング部材ｒ２が固定される場合を想定する。さらに、第１のリング部材ｒ１および第２のリング部材ｒ２の間で、ばね部材４３およびレンズ２２２がこの順で＋ｘ方向に並ぶように配置される場合を想定する。
【0072】
ここで、ｘ方向における第１の部分ｐ１および第２の部分ｐ２間の距離Ｄ１１は、ばね部材４３にｘ方向の負荷が所定量作用するように設定されている。換言すれば、距離Ｄ１１は、ばね部材４３が、第１の部分ｐ１および第２の部分ｐ２間でレンズ２２２を第２のリング部材ｒ２に向かって付勢するように設定されている。これにより、図６（ｂ）に示されるばね部材４３は、径小部４３ｂおよびフランジ部４３ｃが変形することにより、基準状態に対してｘ方向に縮んでいる。
【0073】
図６（ｂ）のヘッド筐体１０を含む構成が、常温環境下から高温環境下に配置される場合を想定する。この場合、図６（ｃ）に示すように、第１の部分ｐ１および第２の部分ｐ２間の距離Ｄ１２は、ヘッド筐体１０の熱膨張により、常温環境に対応する距離Ｄ１１に比べて大きくなる。このとき、常温環境下で基準状態よりも縮んだ状態にあるばね部材４３は、レンズ２２２を第２のリング部材ｒ２に向かって継続して付勢し、レンズ２２２を第２のリング部材ｒ２に押し当てる。これにより、ヘッド筐体１０内に設けられるレンズ２２２が、意図しない姿勢で意図しない位置にずれることが防止される。
【0074】
図７は、ばね部材４３の機能を説明するための参考例を示す図である。図７（ａ）に示すように、常温環境下にあるヘッド筐体１０内で、ばね部材４３を用いることなく、レンズ２２２が第１のリング部材ｒ１および第２のリング部材ｒ２により挟み込まれた状態で固定される場合を想定する。
【0075】
このような構成が常温環境下から高温環境下に配置される場合には、図７（ｂ）に示すように、ヘッド筐体１０の熱膨張により第１のリング部材ｒ１および第２のリング部材ｒ２間の距離が大きくなる。そのため、レンズ２２２の線膨張係数がヘッド筐体１０の線膨張係数よりも小さい場合、レンズ２２２と第１のリング部材ｒ１および第２のリング部材ｒ２の少なくとも一方との間に隙間が生じる。それにより、レンズ２２２が意図しない姿勢で意図しない位置にずれる可能性がある。
【0076】
以上の点を考慮して、ばね部材４３は、リングねじ４６の締め込み量に応じて、常温環境下で基準状態よりもｘ方向に縮んだ状態でヘッド筐体１０内に保持される。この場合、ばね部材４３は、レンズ２２２～２２４をリングねじ４６に向けて＋ｘ方向に付勢する。また、ばね部材４３は、レンズ２２１を第１の段差部ｓｔ１に向けて－ｘ方向に付勢する。このように、ばね部材４３は、測定ヘッド１Ａが配置される温度環境の変化に伴ってヘッド筐体１０内で複数のレンズ２２１～２２４が遊動状態になることを防止する部材として機能する。
【0077】
＜５＞ヘッド筐体１０内におけるばね部材４３の好ましい配置条件
（ａ）ヘッド筐体１０内におけるばね部材４３の好ましい配置条件として、第１の配置条件を説明する。図８は、ヘッド筐体１０内におけるばね部材４３の第１の配置条件を説明するための図である。図８では、図４に対応する測定ヘッド１Ａの断面図とともに、ヘッド筐体１０を通る光の経路の外縁が点線により示される。図８によれば、ばね部材４３は、光ファイバ３１９からヘッド筐体１０内に導かれる光が当該ばね部材４３の内側を通過するように設けられていることがわかる。
（ａ）ヘッド筐体１０内におけるばね部材４３の好ましい配置条件として、第１の配置条件を説明する。図８は、ヘッド筐体１０内におけるばね部材４３の第１の配置条件を説明するための図である。図８では、図４に対応する測定ヘッド１Ａの断面図とともに、ヘッド筐体１０を通る光の経路の外縁が点線により示される。図８によれば、ばね部材４３は、光ファイバ３１９からヘッド筐体１０内に導かれる光が当該ばね部材４３の内側を通過するように設けられていることがわかる。
【0078】
上記の測定ヘッド１Ａにおいては、ヘッド筐体１０内に収容される複数のレンズ２２１～２２４は、合成された一の光学系（以下、合成光学系と呼ぶ。）とみなすことができる。ばね部材４３の第１の配置条件は、図８に示すように、ヘッド筐体１０内で＋ｘ方向に光が進行するときに合成光学系に定義される主点ｐｐよりも後端部ＲＥに近い位置に、ばね部材４３が配置されることである。
【0079】
ヘッド筐体１０の内部空間における主点ｐｐよりも後端部ＲＥに近い領域では、当該ヘッド筐体１０内を進行する光の断面積が光ファイバ３１９のコア３１９ａのサイズから＋ｘ方向に漸次拡大される。したがって、ばね部材４３が第１の配置条件に従って設けられる場合、ヘッド筐体１０のサイズが制限される場合でも、ヘッド筐体１０の内部で光の経路に干渉しないようにばね部材４３を配置することが容易である。また、ばね部材４３を後端部ＲＥに近づけることができるので、ヘッド筐体１０のｘ方向の大型化が低減される。
【0080】
（ｂ）ヘッド筐体１０内におけるばね部材４３の好ましい配置条件として、第２の配置条件を説明する。測定ヘッド１Ａが備える複数のレンズ２２１～２２４の一部は、ばね部材４３の内径よりも大きい有効径を有する。具体的には、複数のレンズ２２１～２２４のうちレンズ２２２～２２４は、ばね部材４３の内径よりも大きい有効径を有する。一方、レンズ２２１はばね部材４３の内径よりも小さい有効径を有する。
【0081】
このような構成において、ばね部材４３の第２の配置条件は、ばね部材４３の内径よりも大きい有効径を有するレンズ２２２～２２４よりも後端部ＲＥに近い位置に、ばね部材４３が配置されることである。ばね部材４３が第２の配置条件に従って設けられる場合、ヘッド筐体１０のサイズが制限される場合でも、ヘッド筐体１０の内部で光の経路に干渉しないようにばね部材４３を配置することが容易である。また、ばね部材４３を後端部ＲＥに近づけることができるので、ヘッド筐体１０のｘ方向の大型化が低減される。
【0082】
（ｃ）ヘッド筐体１０内におけるばね部材４３の好ましい配置条件として、第３の配置条件を説明する。測定ヘッド１Ａが備える複数のレンズ２２１～２２４のうちレンズ２２１は、拡大レンズであり、光ファイバ３１９から導かれた光を当該光の断面積を拡大させつつ＋ｘ方向に進行させる。このように、ヘッド筐体１０内で、複数のレンズ２２１～２２４のうち少なくとも一のレンズにより＋ｘ方向に進行する光の断面積が漸次拡大する領域を光拡大領域と呼ぶ。この場合、ばね部材４３の第３の配置条件は、ばね部材４３が光拡大領域に配置されることである。
【0083】
上記の構成によれば、ヘッド筐体１０のサイズが制限される場合でも、ヘッド筐体１０の内部で光の経路に干渉しないようにばね部材４３を配置することが容易である。また、ヘッド筐体１０の内部の光拡大領域を後端部ＲＥに近づけることによりヘッド筐体１０のｘ方向の大型化が低減される。
【0084】
＜６＞接着剤
図５に示すように、測定ヘッド１Ａの組み立て時には、基本的に、ヘッド筐体１０の内部に複数の構成要素（４１～４５，２２１～２２４）が収容された状態で前端部ＦＥからリングねじ４６が取り付けられる。またヘッド筐体１０の後端部ＲＥにファイバレセプタクル３０が複数のねじＳＣ１を用いて接続される。
図５に示すように、測定ヘッド１Ａの組み立て時には、基本的に、ヘッド筐体１０の内部に複数の構成要素（４１～４５，２２１～２２４）が収容された状態で前端部ＦＥからリングねじ４６が取り付けられる。またヘッド筐体１０の後端部ＲＥにファイバレセプタクル３０が複数のねじＳＣ１を用いて接続される。
【0085】
ここで、本実施の形態に係る測定ヘッド１Ａにおいては、ねじの締結部分の固定状態をより強固にするために、無機材料からなる接着剤が用いられる。接着剤の無機材料は、例えばセラミック粉体である。
【0086】
具体的には、本実施の形態では、図４に一点鎖線の矩形枠ａｄ１で示すように、第２の筐体部１２の雌ねじ部分１２ｊにリングねじ４６を取り付ける際に、リングねじ４６と雌ねじ部分１２ｊとの間に無機材料からなる接着剤が塗布される。この場合、接着剤に有機材料が含まれないので、測定ヘッド１Ａが真空環境下に配置されても、接着剤からアウトガスが発生することが抑制される。それにより、接着剤に起因する真空度の低下が抑制される。
【0087】
図９は、測定ヘッド１Ａを図２および図３の二点鎖線で示される仮想面ＶＳ２により切断した断面図である。図９の断面図では、ヘッド筐体１０の後端部ＲＥに、複数のねじＳＣ１を用いてファイバレセプタクル３０が取り付けられる状態が示される。
【0088】
本実施の形態では、図９に一点鎖線の矩形枠ａｄ２で示すように、ヘッド筐体１０にファイバレセプタクル３０をねじ止めする際に、ねじＳＣ１とねじ孔ｈ３との間に無機材料からなる接着剤が塗布される。この場合、接着剤に有機材料が含まれないので、測定ヘッド１Ａが真空環境下に配置されても、接着剤からアウトガスが発生することが抑制される。それにより、接着剤に起因する真空度の低下が抑制される。
【0089】
上記のように、測定ヘッド１Ａの組み立てに無機材料からなる接着剤を用いる場合、接着剤は、露出しないように塗布されることが好ましい。これにより、セラミック等の無機材料の粉末が測定ヘッド１Ａの周りに飛散することが抑制される。
【0090】
３．光屈曲ユニットおよび距離調整部材
測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々は、ヘッド筐体１０に着脱可能に構成されかつヘッド筐体１０から出射される光の進行方向を所定角度（本例では９０°）変更する光屈曲ユニットをさらに備えてもよい。また、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々は、光屈曲ユニットが取り付けられた場合の測定ヘッド１Ａ，１Ｂによる変位の測定可能な範囲を調整する複数の距離調整部材をさらに備えてもよい。
測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々は、ヘッド筐体１０に着脱可能に構成されかつヘッド筐体１０から出射される光の進行方向を所定角度（本例では９０°）変更する光屈曲ユニットをさらに備えてもよい。また、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々は、光屈曲ユニットが取り付けられた場合の測定ヘッド１Ａ，１Ｂによる変位の測定可能な範囲を調整する複数の距離調整部材をさらに備えてもよい。
【0091】
図１０は、光屈曲ユニットおよび複数の距離調整部材の外観斜視図である。図１０では、光屈曲ユニット５０の分解斜視図および複数（本例では２つ）の距離調整部材６０の外観斜視図とともに、図２の測定ヘッド１Ａの外観斜視図が示される。さらに、図１０では、光屈曲ユニット５０の模式的縦断面図および模式的端面図が吹き出し内に示される。
【0092】
図１０に示すように、光屈曲ユニット５０は、本体部ＭＢ、ミラー５４、板ばね５５および固定板５６を含む。ミラー５４は板ばね５５に貼り付けられている。それにより、ミラー５４および板ばね５５は、光屈曲ユニット５０の組み立て時に一体的に取り扱うことができる。なお、図１０の外観斜視図では、ミラー５４および板ばね５５の形状および位置関係が理解しやすいように、ミラー５４および板ばね５５が互いに分離した状態で示される。本体部ＭＢは、後端面５１、前端傾斜面５２および出射面５３を有する。後端面５１は、ヘッド筐体１０の前端部ＦＥに接触可能に形成されている。前端傾斜面５２は、後端面５１の＋ｘ方向の位置で後端面５１に対向するとともに、後端面５１に対して４５°傾斜している。出射面５３は、後端面５１に対して直交する。
【0093】
図１０の吹き出し内に示すように、光屈曲ユニット５０においては、後端面５１、前端傾斜面５２および出射面５３により、略三角形の縦断面が形成される。後端面５１、前端傾斜面５２および出射面５３には、それぞれ開口部５１ａ，５２ａ，５３ａが形成されている。
【0094】
前端傾斜面５２には、開口部５２ａを覆うようにミラー５４が設けられる。固定板５６は、金属製の板状部材であり、その一面には、２つの突起５６ａが形成されている。ミラー５４の＋ｘ方向に板ばね５５が位置し、２つの突起５６ａが－ｘ方向を向くように、固定板５６が図示しないねじを用いて前端傾斜面５２に取り付けられる。ここで、板ばね５５には、－ｚ方向および＋ｚ方向に延びる２つの被押圧部が形成されている。また、固定板５６の２つの突起５６ａは、板ばね５５の２つの被押圧部に対応するように形成されている。そのため、固定板５６が前端傾斜面５２に取り付けられた状態で、板ばね５５の２つの被押圧部は、固定板５６の２つの突起５６ａによりミラー５４に近づくように押圧される。それにより、ミラー５４は、板ばね５５により前端傾斜面５２に向けて付勢された状態で保持される。
【0095】
光屈曲ユニット５０の本体部ＭＢには、ヘッド筐体１０の前端部ＦＥの４つのねじ孔ｈ２（図２）にそれぞれ対応する４つの貫通孔５７が形成されている。それにより、光屈曲ユニット５０は、本体部ＭＢの４つの貫通孔５７を通してヘッド筐体１０の４つのねじ孔ｈ２に、４つのねじＳＣ２をそれぞれ挿入し、各ねじＳＣ２を締め込むことにより、ヘッド筐体１０に容易に取り付けることができる。
【0096】
なお、ヘッド筐体１０への光屈曲ユニット５０の取り付けは、３つまたは２つのねじＳＣ２を用いて行われてもよい。例えば、ヘッド軸心１０ａを挟んで対角に配置されたヘッド筐体１０の２つのねじ孔ｈ２に、光屈曲ユニット５０の２つの貫通孔５７を通して２つのねじＳＣ２を挿入する。これにより、光屈曲ユニット５０がヘッド筐体１０に取り付けられてもよい。
【0097】
光屈曲ユニット５０がヘッド筐体１０に取り付けられた状態で、ヘッド筐体１０の内部から前端部ＦＥの開口部を通して出射される光は、本体部ＭＢの開口部５１ａ，５２ａを通してミラー５４に入射する。そこで、ミラー５４に入射する光は、ミラー５４で反射されることにより９０°折り曲げられ、本体部ＭＢの開口部５３ａを通して測定ヘッド１Ａの側方（ヘッド軸心１０ａに直交する方向）に向かって進行する。これにより、図１０の光屈曲ユニット５０によれば、ヘッド筐体１０の姿勢に対する測定対象物Ｓの測定方向を９０°変更することができる。
【0098】
測定ヘッド１Ａにおけるヘッド筐体１０の前端部ＦＥから測定対象物Ｓの変位を測定可能な範囲（以下、測定範囲と呼ぶ。）は、ヘッド筐体１０内に収容されるレンズ２２１～２２４によって定まる。そのため、ヘッド筐体１０に光屈曲ユニット５０が取り付けられたときの光屈曲ユニット５０の出射面５３からの測定範囲は、ヘッド筐体１０と光屈曲ユニット５０との間の距離を調整することにより適宜変更することができる。そこで、複数の距離調整部材６０を用いる。
【0099】
複数の距離調整部材６０の各々は、後端面および前端面を有する。後端面および前端面は、ヘッド筐体１０の前端部ＦＥに対応する略矩形状（本例では略正方形状）を有する。距離調整部材６０の後端面は、ヘッド筐体１０の前端部ＦＥに接触可能に形成されている。距離調整部材６０の前端面は、光屈曲ユニット５０の後端面５１に接触可能に形成されている。
【0100】
距離調整部材６０の中央部には、前端面から後端面にかけて、ヘッド筐体１０から出射される光を通過させる開口が形成されている。また、ｘ方向に見た距離調整部材６０の前端面の四隅には、中央部の開口を取り囲むように、２つの貫通孔６１および２つのねじ孔６２が形成されている。２つの貫通孔６１は中央部の開口を挟んだ一方の対角位置にあり、２つのねじ孔６２は中央部の開口を挟んだ他方の対角位置にある。
【0101】
一の距離調整部材６０の２つの貫通孔６１は、当該２つの貫通孔６１を通してヘッド筐体１０の２つのねじ孔ｈ２に２つのねじＳＣ３を挿入し、一の距離調整部材６０をヘッド筐体１０にねじ止めするために用いられる。あるいは、一の距離調整部材６０の２つの貫通孔６１は、当該２つの貫通孔６１を通して他の距離調整部材６０の２つのねじ孔６２に２つのねじＳＣ３を挿入し、一の距離調整部材６０を他の距離調整部材６０にねじ止めするために用いられる。
【0102】
一の距離調整部材６０の２つのねじ孔６２は、上記のように、当該一の距離調整部材６０の前端面上に他の距離調整部材６０を２つのねじＳＣ３でねじ止めするために用いられる。あるいは、一の距離調整部材６０の２つのねじ孔６２は、光屈曲ユニット５０の２つの貫通孔５７を通して２つのねじＳＣ２が挿入されることにより、光屈曲ユニット５０を当該一の距離調整部材６０にねじ止めするために用いられる。
【0103】
上記のように、距離調整部材６０は、ヘッド筐体１０に対する光屈曲ユニット５０の取り付け時に、ヘッド筐体１０と光屈曲ユニット５０との間に挿入可能となっている。
【0104】
図１１は、図１０の光屈曲ユニット５０および複数の距離調整部材６０による測定ヘッド１Ａの測定方向および測定可能範囲の変化を示す図である。図１１（ａ）には、光屈曲ユニット５０および複数の距離調整部材６０が取り付けられない状態で、ヘッド筐体１０から出射される一の波長の光（以下、特定波長光と呼ぶ。）の経路が点線で示される。図１１（ａ）の例によれば、ヘッド筐体１０から出射される特定波長光は、ヘッド軸心１０ａに沿って進行する。したがって、変位の測定方向は、ヘッド軸心１０ａの方向に一致する。
【0105】
図１１（ｂ）には、光屈曲ユニット５０が取り付けられた状態で、ヘッド筐体１０から出射される特定波長光の経路が点線で示される。図１１（ｂ）の例によれば、ヘッド筐体１０から出射される特定波長光は、光屈曲ユニット５０によりヘッド軸心１０ａから９０°屈曲した方向に進行する。したがって、変位の測定方向は、ヘッド軸心１０ａに直交する。また、図１１（ｂ）の例では、光屈曲ユニット５０の出射面５３から出射される特定波長光は、距離Ｄ１離間した位置で合焦している。
【0106】
図１１（ｃ）には、光屈曲ユニット５０および１つの距離調整部材６０が取り付けられた状態で、ヘッド筐体１０から出射される特定波長光の経路が点線で示される。図１１（ｃ）の例によれば、光屈曲ユニット５０の出射面５３から出射される特定波長光は、図１１（ｂ）の距離Ｄ１よりも短い距離Ｄ２離間した位置で合焦している。
【0107】
図１１（ｄ）には、光屈曲ユニット５０および２つの距離調整部材６０が取り付けられた状態で、ヘッド筐体１０から出射される特定波長光の経路が点線で示される。図１１（ｄ）の例によれば、光屈曲ユニット５０の出射面５３から出射される特定波長光は、図１１（ｃ）の距離Ｄ２よりもさらに短い距離Ｄ３離間した位置で合焦している。
【0108】
このように、光屈曲ユニット５０および複数の距離調整部材６０によれば、測定対象物Ｓの変位を測定する際の測定ヘッド１Ａの位置および姿勢の自由度が拡大される。
【0109】
なお、上記の光屈曲ユニット５０においては、ミラー５４として、ガラスの一面にアルミが蒸着されたミラーが用いられる。それにより、光屈曲ユニット５０の全ての構成要素が金属またはガラスで形成される。また、距離調整部材６０は、ヘッド筐体１０と同じ金属製の単一部材で構成される。これらの場合、光屈曲ユニット５０および複数の距離調整部材６０は有機物を含まない。したがって、ヘッド筐体１０に光屈曲ユニット５０および複数の距離調整部材６０のいずれかが取り付けられた状態で測定ヘッド１Ａが真空環境下に配置された場合でも、測定ヘッド１Ａからのアウトガスの発生が防止される。また、光屈曲ユニット５０および複数の距離調整部材６０に起因する真空度の低下が抑制される。
【0110】
４．効果
（ａ）測定ヘッド１Ａ，１Ｂのヘッド筐体１０内では、第１の段差部ｓｔ１とリングねじ４６との間に、複数のレンズ２２１，２２２，２２３，２２４が並ぶように収容されている。２つのレンズ２２１，２２２の間にばね部材４３が設けられている。
（ａ）測定ヘッド１Ａ，１Ｂのヘッド筐体１０内では、第１の段差部ｓｔ１とリングねじ４６との間に、複数のレンズ２２１，２２２，２２３，２２４が並ぶように収容されている。２つのレンズ２２１，２２２の間にばね部材４３が設けられている。
【0111】
レンズ２２４は、リングねじ４６に当接することにより＋ｘ方向への移動が規制されている。この状態で、レンズ２２２，２２３，２２４がばね部材４３により＋ｘ方向に付勢されている。一方、レンズ２２１は、第１の段差部ｓｔ１に当接することにより－ｘ方向への移動が規制されている。この状態で、レンズ２２１がばね部材４３により－ｘ方向に付勢されている。
【0112】
この構成によれば、測定ヘッド１Ａが高温環境下に配置されることにより測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各構成要素の寸法が熱膨張により変化する場合でも、複数のレンズ２２１～２２４の各々は移動が規制された方向に向かって付勢される。それにより、各レンズ２２１～２２４は、ヘッド筐体１０の内部における予め定められた部分に固定され、遊動状態にならない。したがって、測定ヘッド１Ａ，１Ｂが高温環境下に配置されるごとに、各レンズが意図しない姿勢で意図しない位置に大きくずれることが防止される。
【0113】
また、上記の測定ヘッド１Ａ，１Ｂにおいては、ヘッド筐体１０、スペーサ４１，４２，４４，４５、ばね部材４３、リングねじ４６およびファイバレセプタクル３０が同じ金属材料で形成されている。さらに、複数のレンズ２２１～２２４がガラスで形成されている。これにより、ヘッド筐体１０、スペーサ４１，４２，４４，４５、ばね部材４３、リングねじ４６、ファイバレセプタクル３０および複数のレンズ２２１～２２４のいずれかが樹脂等の有機材料で形成される場合に比べて、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの耐熱性が向上する。また、金属およびガラスで形成された部材の温度変化に伴う変形の程度は、樹脂に比べて把握しやすい。したがって、温度変化を考慮した測定値の補正等も容易である。
【0114】
これらの結果、本実施の形態に係る測定ヘッド１Ａ，１Ｂによれば、共焦点変位計９の高温環境下における測定の信頼性の低下を抑制することが可能になる。
【0115】
（ｂ）また、上記のように、本実施の形態では、一のばね部材４３が４つのレンズ２２１～２２４を付勢するための共通の部材として用いられている。これにより、４つのレンズ２２１～２２４をそれぞれ付勢するために４つの付勢部材が個別に設けられる場合に比べて、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの部品点数の増加および大型化が抑制されている。
【0116】
（ｃ）さらに、上記の構成によれば、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各構成要素の材料が、基本的に有機材料を含まない。それにより、測定ヘッド１Ａ，１Ｂが真空環境下に配置される場合でも、当該測定ヘッド１Ａ，１Ｂからアウトガスが発生しにくい。そのため、測定ヘッド１Ａ，１Ｂが真空環境下に配置される場合に、測定ヘッド１Ａ，１Ｂからのアウトガスに起因して当該真空環境の真空度が低下することが抑制される。したがって、共焦点変位計９の真空環境下における測定の信頼性の低下も抑制される。
【0117】
（ｄ）ヘッド筐体１０においては、第１の筐体部１１に切り欠き１１ｘ，１１ｙが形成されるとともに、測定ヘッド１Ａ，１Ｂを所望の部分に取り付けるための複数の貫通孔ｈ１が形成されている。
【0118】
上記の測定ヘッド１Ａ，１Ｂにおいては、第１の筐体部１１の内部を進行する光の断面は、第２の筐体部１２の内部を進行する光の断面に比べて小さい。それにより、測定ヘッド１Ａ，１Ｂを所望の部分に取り付けるための構造を第２の筐体部１２に設ける場合に比べて、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの大型化が抑制される。
【0119】
（ｅ）測定ヘッド１Ａ，１Ｂにおいては、ヘッド筐体１０、スペーサ４１，４２，４４，４５、ばね部材４３、リングねじ４６およびファイバレセプタクル３０がステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６ＬまたはＳＵＳ３０３）で形成されている。ステンレス鋼は、真空環境下でアウトガスが極めて発生しにくい。これにより、測定ヘッド１Ａ，１Ｂが真空環境下に配置される場合でも、測定ヘッド１Ａからアウトガスがより発生しにくい。したがって、測定ヘッド１Ａ，１Ｂが真空環境下に配置される場合に、測定ヘッド１Ａ，１Ｂの構成部材に起因する真空度の低下が抑制される。
【0120】
５．他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態に係る測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々においては、複数のレンズ２２１～２２４の各々をｘ方向に付勢するために、ヘッド筐体１０内にばね部材４３が収容されるが、本発明はこれに限定されない。
（ａ）上記実施の形態に係る測定ヘッド１Ａ，１Ｂの各々においては、複数のレンズ２２１～２２４の各々をｘ方向に付勢するために、ヘッド筐体１０内にばね部材４３が収容されるが、本発明はこれに限定されない。
【0121】
図１２は、他の実施の形態に係る測定ヘッド１Ａの一例を示す断面図である。図１２の断面図は、上記実施の形態の図４の断面図に対応する。以下、図１２の測定ヘッド１Ａについて、上記実施の形態に係る測定ヘッド１Ａと異なる点を説明する。
【0122】
図１２の測定ヘッド１Ａにおいては、ヘッド筐体１０内に上記実施の形態に係るばね部材４３に代えて、略円筒形状を有する熱膨張部材４９が設けられている。熱膨張部材４９は、比較的高い耐熱性を有するポリイミド樹脂からなる。
【0123】
熱膨張部材４９は、その熱膨張部材４９の軸心がｘ方向に延びるように設けられている。常温環境下で、熱膨張部材４９のｘ方向の両端部は、スペーサ４２の一部およびレンズ２２２の一部にそれぞれ接触している。
【0124】
ポリイミドの線膨張係数は、金属の線膨張係数よりも大きい。そのため、上記の測定ヘッド１Ａにおいては、当該測定ヘッド１Ａの各構成要素の寸法が熱膨張により変化する場合、熱膨張部材４９は複数のレンズ２２１～２２４およびヘッド筐体１０に比べてより大きく膨張する。これにより、測定ヘッド１Ａが高温環境下に配置されると、複数のレンズ２２１～２２４の各々は、膨張する熱膨張部材４９により、移動が規制された方向に向かって付勢される。それにより、上記実施の形態の例と同様に、各レンズ２２１～２２４は、ヘッド筐体１０の内部における予め定められた部分に固定され、遊動状態にならない。したがって、測定ヘッド１Ａ，１Ｂが高温環境下に配置されるごとに、各レンズが意図しない姿勢で意図しない位置に大きくずれることが防止される。
【0125】
これらの結果、熱膨張部材に用いるポリイミドとして耐熱性の高いポリイミドを用いることにより、共焦点変位計９の高温環境下における測定の信頼性の低下を抑制することが可能になる。
【0126】
（ｂ）上記実施の形態に係るヘッド筐体１０内には４つのレンズ２２１～２２４が設けられるが、本発明はこれに限定されない。測定対象物Ｓの変位測定が可能であれば、ヘッド筐体１０内には、２つのレンズのみが設けられてもよいし、３つのレンズのみが設けられてもよいし、５以上のレンズが設けられてもよい。
【0127】
（ｃ）上記実施の形態に係る測定ヘッド１Ａ，１Ｂにおいては、複数のレンズ２２１～２２４をｘ方向に付勢する部材として一のばね部材４３が用いられるが、本発明はこれに限定されない。ヘッド筐体１０内には、複数のレンズ２２１～２２４にそれぞれ対応するように複数のばね部材が設けられ、各レンズが対応するばね部材によりｘ方向に付勢されてもよい。
【0128】
（ｄ）上記実施の形態に係る測定ヘッド１Ａ，１Ｂにおいては、ヘッド筐体１０内の第１の段差部ｓｔ１がレンズ２２１の－ｘ方向への移動を規制するが、本発明はこれに限定されない。レンズ２２１の－ｘ方向への移動を規制する構成として、リングねじを用いた構成が採用されてもよい。この場合、ヘッド筐体１０の内部に第１の段差部ｓｔ１および第２の段差部ｓｔ２は形成されなくてもよい。また、レンズ２２１は、リングねじに当接して当該リングねじの内部を通過しないように形成されていればよい。そのため、レンズ２２１は、リングねじの内径よりも大きい外形を有すればよく、他のレンズ２２２，２２３，２２４と同じ外径を有してもよい。
【0129】
（ｅ）上記実施の形態に係る測定ヘッド１Ａ，１Ｂにおいては、ヘッド筐体１０内に収容される複数のレンズ２２１～２２４の各２つのレンズ間にスペーサ４１，４２，４４，４５が設けられているが、本発明はこれに限定されない。複数のレンズ２２１～２２４のいずれか２つのレンズの間にスペーサが設けられなくてもよい。
【0130】
（ｆ）上記実施の形態に係る測定ヘッド１Ａ，１Ｂにおいては、ばね部材４３は、ヘッド筐体１０内で複数のレンズ（２２１～２２４）よりも＋ｘ方向の位置に設けられてもよいし、複数のレンズ（２２１～２２４）よりも－ｘ方向の位置に設けられてもよい。
【0131】
６．請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【0132】
上記実施の形態においては、投光部１２０が有する白色光源が白色光源の例であり、共焦点変位計９が共焦点変位計の例であり、測定ヘッド１Ａ，１Ｂが測定ヘッドの例であり、ヘッド筐体１０の後端部ＲＥが第１の端部の例であり、ヘッド筐体１０の前端部ＦＥが第２の端部の例であり、ヘッド筐体１０が筐体の例であり、導光部３００Ａ，３００Ｂの光ファイバ３１９が光ファイバの例である。
【0133】
また、レンズ２２４が第１のレンズの例であり、ヘッド軸心１０ａが筐体の軸心の例であり、レンズ２２１～２２４が複数のレンズの例であり、第３の内周面１２ｉの雌ねじ部分１２ｊが第１の部分の例であり、＋ｘ方向が第１の方向の例であり、－ｘ方向が第２の方向の例であり、リングねじ４６が第１の移動規制部および規制部材の例であり、ばね部材４３が付勢部材の例である。
【0134】
また、スペーサ４１，４２，４４，４５が１または複数のスペーサの例であり、レンズ２２１が第２のレンズの例であり、ヘッド筐体１０における第１の段差部ｓｔ１が第２の部分および第２の移動規制部の例であり、第２の筐体部１２の第３の内周面１２ｉが筐体の内周面の例であり、合成光学系の主点ｐｐが主点の例であり、外面１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが外面の例である。
【0135】
また、第１の筐体部１１が第１の筐体部の例であり、第２の筐体部１２が第２の筐体部の例であり、第１の内周面１１ｉ、第２の内周面１１ｊおよび第３の内周面１２ｉが筐体の内周面の例であり、第１の筐体部１１における複数の貫通孔ｈ１の形成部分が取付部の例であり、光屈曲ユニット５０が光屈曲ユニットの例であり、距離調整部材６０が距離調整部材の例である。
【0136】
また、ファイバレセプタクル３０がファイバ接続部材の例であり、ねじＳＣ１がねじの例であり、熱膨張部材４９が熱膨張部材の例であり、測定ユニット１００Ａ，１００Ｂが変位測定部の例である。
【0137】
７．実施の形態の総括
（第１項）第１項に係る測定ヘッドは、
白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドであって、
筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、
前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、
第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、
前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、
前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズを前記一の方向に向かって弾性力により付勢する金属製の付勢部材とを備える。
（第１項）第１項に係る測定ヘッドは、
白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドであって、
筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、
前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、
第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、
前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、
前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズを前記一の方向に向かって弾性力により付勢する金属製の付勢部材とを備える。
【0138】
その測定ヘッドにおいては、筒状の筐体の内部に第１のレンズを含む複数のレンズが並ぶように収容される。第１のレンズは、第１の移動規制部に当接することにより第１の方向および第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することが規制される。第１のレンズが第１の移動規制部に当接する状態で、複数のレンズのうち第１のレンズを含む一部または全てのレンズが、付勢部材により一の方向に付勢される。
【0139】
この場合、測定ヘッドが高温環境下に配置されることにより測定ヘッドを構成する各構成要素の寸法が熱膨張により変化する場合でも、複数のレンズのうち第１のレンズを含む一部または全てのレンズは、一の方向への移動が規制される。すなわち、付勢部材により付勢される各レンズは、筐体の内部における予め定められた部分に固定され、遊動状態にならない。したがって、測定ヘッドが高温環境下に配置されるごとに、各レンズが意図しない姿勢で意図しない位置に大きくずれることが防止される。
【0140】
また、その測定ヘッドにおいては、筐体および付勢部材が金属で形成され、複数のレンズがガラスで形成されている。これにより、筐体、付勢部材および複数のレンズのいずれかが有機材料で形成される場合に比べて、測定ヘッドの耐熱性が向上する。また、金属およびガラスで形成された部材の温度変化に伴う変形の程度は、樹脂に比べて把握しやすい。したがって、温度変化を考慮した測定値の補正等も容易である。
【0141】
これらの結果、共焦点変位計の高温環境下における測定の信頼性の低下を抑制することが可能になる。
【0142】
さらに、上記の構成によれば、筐体および付勢部材が金属で形成され、複数のレンズがガラスで形成されているので、測定ヘッドが真空環境下に配置される場合でも、筐体、付勢部材およびレンズからアウトガスが発生しにくい。そのため、測定ヘッドが真空環境下に配置される場合に、筐体、付勢部材およびレンズに起因して当該真空環境の真空度が低下することが抑制される。したがって、共焦点変位計の真空環境下における測定の信頼性の低下も抑制することが可能になる。
【0143】
（第２項）第１項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記測定ヘッドは、
前記筐体の前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容される金属製の１または複数のスペーサをさらに備え、
前記１または複数のスペーサの各々は、前記複数のレンズのうち前記軸心方向に隣り合う２つのレンズの間に設けられてもよい。
前記測定ヘッドは、
前記筐体の前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容される金属製の１または複数のスペーサをさらに備え、
前記１または複数のスペーサの各々は、前記複数のレンズのうち前記軸心方向に隣り合う２つのレンズの間に設けられてもよい。
【0144】
この場合、スペーサが有機材料で形成される場合に比べて、測定ヘッドの耐熱性が向上する。また、測定ヘッドが真空環境下に配置される場合でも、スペーサからのアウトガスの発生が防止され、スペーサに起因する真空度の低下が抑制される。
【0145】
（第３項）第１項または第２項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記第１の移動規制部は、前記第１のレンズに当接することにより前記第１のレンズが前記第１の方向に移動することを規制し、
前記複数のレンズは、前記筐体内で前記第１のレンズと前記第２の端部との間に配置される第２のレンズを含み、
前記測定ヘッドは、
前記筐体の内部における前記第１の部分と前記第２の端部との間に位置する第２の部分に設けられ、前記複数のレンズのうち前記第２のレンズに当接することにより前記第２のレンズが前記第２の方向に移動することを規制する第２の移動規制部をさらに備え、
前記付勢部材は、
前記筐体内で前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に設けられ、
前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接しかつ前記第２のレンズが前記第２の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部のレンズを前記第１の方向に向かって弾性力により付勢するとともに前記複数のレンズのうち前記第２のレンズを含む残りのレンズを前記第２の方向に向かって弾性力により付勢してもよい。
前記第１の移動規制部は、前記第１のレンズに当接することにより前記第１のレンズが前記第１の方向に移動することを規制し、
前記複数のレンズは、前記筐体内で前記第１のレンズと前記第２の端部との間に配置される第２のレンズを含み、
前記測定ヘッドは、
前記筐体の内部における前記第１の部分と前記第２の端部との間に位置する第２の部分に設けられ、前記複数のレンズのうち前記第２のレンズに当接することにより前記第２のレンズが前記第２の方向に移動することを規制する第２の移動規制部をさらに備え、
前記付勢部材は、
前記筐体内で前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に設けられ、
前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接しかつ前記第２のレンズが前記第２の移動規制部に当接する状態で、前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部のレンズを前記第１の方向に向かって弾性力により付勢するとともに前記複数のレンズのうち前記第２のレンズを含む残りのレンズを前記第２の方向に向かって弾性力により付勢してもよい。
【0146】
この場合、測定ヘッドが高温環境下に配置されることにより測定ヘッドを構成する各構成要素の寸法が熱膨張により変化する場合でも、複数のレンズのうち第１のレンズを含む一部のレンズは、第１の方向への移動が規制される。また、複数のレンズのうち第２のレンズを含む残りのレンズは、第２の方向への移動が規制される。そのため、複数のレンズの全てが、筐体の内部における予め定められた部分に固定され、遊動状態にならない。したがって、測定ヘッドが高温環境下に配置されるごとに、全てのレンズの各々が意図しない姿勢で意図しない位置に大きくずれることが防止される。
【0147】
また、上記の構成では、第１のレンズを含む一部のレンズと第２のレンズを含む残りのレンズとの間に付勢部材が配置されるので、複数のレンズを付勢するために複数の付勢部材を個別に用意する必要がない。したがって、測定ヘッドの部品点数の増加および大型化が抑制される。
【0148】
（第４項）第１項～第３項のいずれか一項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、前記筐体内で前記第１の方向に光が進行するときに前記複数のレンズが合成された光学系に定義される主点よりも前記第１の端部に近い位置に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過してもよい。
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、前記筐体内で前記第１の方向に光が進行するときに前記複数のレンズが合成された光学系に定義される主点よりも前記第１の端部に近い位置に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過してもよい。
【0149】
筐体内部における主点よりも第１の端部に近い領域の少なくとも一部では、第１の端部から筐体の内部を進行する光の断面積が光ファイバのサイズから第１の方向に漸次拡大される。したがって、上記の構成によれば、筐体のサイズが制限される場合でも、筐体の内部で光の経路に干渉しないように付勢部材を配置することが容易である。また、付勢部材を第１の端部に近づけることができるので、筐体の軸心方向の大型化が低減される。
【0150】
（第５項）第１項～第４項のいずれか一項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、
前記複数のレンズの一部は、前記付勢部材の内径よりも大きい有効径を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の内部で前記複数のレンズの一部よりも前記第１の端部に近い位置に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過してもよい。
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、
前記複数のレンズの一部は、前記付勢部材の内径よりも大きい有効径を有し、
前記付勢部材は、前記筐体の内部で前記複数のレンズの一部よりも前記第１の端部に近い位置に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過してもよい。
【0151】
上記の構成によれば、筐体のサイズが制限される場合でも、筐体の内部で光の経路に干渉しないように付勢部材を配置することが容易である。また、付勢部材を第１の端部に近づけることができるので、筐体の軸心方向の大型化が低減される。
【0152】
（第６項）第３項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記複数のレンズは、前記筐体の内部の一部領域で前記第１の端部に導かれた光を当該光の断面積を拡大させつつ前記第１の方向に進行させるように配置され、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、前記筐体内の前記一部領域に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過してもよい。
前記筐体は、前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記複数のレンズは、前記筐体の内部の一部領域で前記第１の端部に導かれた光を当該光の断面積を拡大させつつ前記第１の方向に進行させるように配置され、
前記付勢部材は、前記筐体の前記軸心方向に一定距離延びる筒状に形成され、前記筐体内の前記一部領域に配置され、
前記筐体内を進行する光は、前記付勢部材の内側を通過してもよい。
【0153】
上記の構成によれば、筐体のサイズが制限される場合でも、筐体の内部で光の経路に干渉しないように付勢部材を配置することが容易である。また、筐体の内部の一部領域を第１の端部に近づけることにより筐体の軸心方向の大型化が低減される。
【0154】
（第７項）第１項～第６項のいずれか一項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記筐体の少なくとも一部は、前記軸心方向に延びかつ矩形断面を有する角筒状の外面を有してもよい。
前記筐体の少なくとも一部は、前記軸心方向に延びかつ矩形断面を有する角筒状の外面を有してもよい。
【0155】
この場合、筐体が円筒状の外周面を有する場合に比べて、測定ヘッドを所定の設置面上に設置しやすい。
【0156】
（第８項）第１項～第３項のいずれか一項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記筐体は、
前記第１の方向に順に並ぶ第１の筐体部および第２の筐体部を含み、
前記第１の筐体部から前記第２の筐体部にかけて前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記第１の筐体部における前記内周面の内径は、前記第２の筐体部における前記内周面の内径よりも小さく、
前記複数のレンズは、前記第２の筐体部内に収容され、
前記第１の筐体部の外面に、前記測定ヘッドを他の部材に取り付けるための取付部が形成されてもよい。
前記筐体は、
前記第１の方向に順に並ぶ第１の筐体部および第２の筐体部を含み、
前記第１の筐体部から前記第２の筐体部にかけて前記軸心方向に延びる円筒状の内周面を有し、
前記第１の筐体部における前記内周面の内径は、前記第２の筐体部における前記内周面の内径よりも小さく、
前記複数のレンズは、前記第２の筐体部内に収容され、
前記第１の筐体部の外面に、前記測定ヘッドを他の部材に取り付けるための取付部が形成されてもよい。
【0157】
この場合、第２の筐体部に取付部を設ける場合に比べて、測定ヘッドの大型化を抑制することができる。
【0158】
（第９項）第１項～第８項のいずれか一項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記測定ヘッドは、
前記第２の端部に着脱可能に構成され、前記第２の端部から出射される光を、前記軸心方向に対して交差する予め定められた方向に折り曲げる光屈曲ユニットをさらに備えてもよい。
前記測定ヘッドは、
前記第２の端部に着脱可能に構成され、前記第２の端部から出射される光を、前記軸心方向に対して交差する予め定められた方向に折り曲げる光屈曲ユニットをさらに備えてもよい。
【0159】
この場合、測定対象物の変位を測定する際の測定ヘッドの位置および姿勢の自由度が拡大される。
【0160】
（第１０項）第９項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記測定ヘッドは、
前記第２の端部と前記光屈曲ユニットとの間に着脱可能に構成され、前記測定ヘッドと前記光屈曲ユニットとの間の距離を調整するための１または複数の距離調整部材をさらに備えてもよい。
前記測定ヘッドは、
前記第２の端部と前記光屈曲ユニットとの間に着脱可能に構成され、前記測定ヘッドと前記光屈曲ユニットとの間の距離を調整するための１または複数の距離調整部材をさらに備えてもよい。
【0161】
この場合、測定対象物の変位を測定する際の測定ヘッドの位置および姿勢の自由度が拡大される。
【0162】
（第１１項）第１項～第１０項のいずれか一項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記筐体および前記付勢部材を構成する金属は、ステンレスであってもよい。
前記筐体および前記付勢部材を構成する金属は、ステンレスであってもよい。
【0163】
この場合、測定ヘッドが真空環境下に配置される場合でも、筐体および付勢部材からアウトガスがより発生しにくい。したがって、筐体および付勢部材に起因する真空度の低下が抑制される。
【0164】
（第１２項）第１項～第１１項のいずれか一項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記第１の移動規制部は、前記筐体とは別体の規制部材が前記筐体の内部における前記第１の部分に接続されることにより構成され、
前記筐体と前記規制部材との接続部には、無機材料からなる接着剤が用いられてもよい。
前記第１の移動規制部は、前記筐体とは別体の規制部材が前記筐体の内部における前記第１の部分に接続されることにより構成され、
前記筐体と前記規制部材との接続部には、無機材料からなる接着剤が用いられてもよい。
【0165】
この場合、測定ヘッドが真空環境下に配置される場合でも、接着剤に起因する真空度の低下が抑制される。
【0166】
（第１３項）第１項～第１２項のいずれか一項に記載の測定ヘッドにおいて、
前記測定ヘッドは、
前記光ファイバを前記筐体の前記第１の端部に接続するためのファイバ接続部材をさらに備え、
前記ファイバ接続部材は、前記筐体の前記第１の端部に、１または複数のねじを用いて接続され、
前記１または複数のねじの各々の締結部には、無機材料からなる接着剤が用いられてもよい。
前記測定ヘッドは、
前記光ファイバを前記筐体の前記第１の端部に接続するためのファイバ接続部材をさらに備え、
前記ファイバ接続部材は、前記筐体の前記第１の端部に、１または複数のねじを用いて接続され、
前記１または複数のねじの各々の締結部には、無機材料からなる接着剤が用いられてもよい。
【0167】
この場合、測定ヘッドが真空環境下に配置される場合でも、接着剤に起因する真空度の低下が抑制される。
【0168】
（第１４項）第１４項に係る測定ヘッドは、
白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドであって、
筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、
前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、
第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、
前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、
前記筐体の内部で前記第１の移動規制部から前記軸心方向に離間した位置に設けられるポリイミド製の熱膨張部材とを備え、
前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズは、前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記第１の移動規制部と前記熱膨張部材との間に保持される。
白色光源を有する共焦点変位計用の測定ヘッドであって、
筒状に形成され、第１の端部および第２の端部を有する金属製の筐体と、
前記筐体の前記第１の端部に接続され、前記白色光源から発生される光を前記筐体の前記第１の端部に導く光ファイバと、
第１のレンズを含み、前記筐体の軸心方向に並ぶようにかつ前記軸心方向に移動可能に前記筐体の内部に収容され、前記光ファイバにより前記第１の端部に導かれた光に光軸に沿った色収差を発生させつつ前記第２の端部を通して測定対象物に収束させるガラス製の複数のレンズと、
前記筐体の内部における予め定められた第１の部分に設けられ、前記第１のレンズが当接することにより前記第１のレンズが前記軸心方向のうち前記第１の端部から前記第２の端部に向く第１の方向およびその反対の第２の方向のうちいずれか一の方向に移動することを規制する第１の移動規制部と、
前記筐体の内部で前記第１の移動規制部から前記軸心方向に離間した位置に設けられるポリイミド製の熱膨張部材とを備え、
前記複数のレンズのうち前記第１のレンズを含む一部または全てのレンズは、前記第１のレンズが前記第１の移動規制部に当接する状態で、前記第１の移動規制部と前記熱膨張部材との間に保持される。
【0169】
ポリイミドの線膨張係数は、金属の線膨張係数よりも大きい。そのため、上記の測定ヘッドにおいては、測定ヘッドを構成する各構成要素の寸法が熱膨張により変化する場合、熱膨張部材は複数のレンズおよび筐体に比べてより大きく膨張する。これにより、測定ヘッドが常温環境下から高温環境下に配置されると、複数のレンズのうち第１のレンズを含む一部または全てのレンズは、熱膨張部材により一の方向へ付勢されつつ一の方向への移動が規制される。したがって、測定ヘッドが高温環境下に配置されるごとに、各レンズが意図しない姿勢で意図しない位置に大きくずれることが防止される。
【0170】
また、その測定ヘッドにおいては、筐体が金属で形成され、複数のレンズがガラスで形成されている。したがって、熱膨張部材に用いるポリイミドとして耐熱性の高いポリイミドを用いることにより、測定ヘッドの耐熱性が向上する。
【0171】
これらの結果、共焦点変位計の高温環境下における測定の信頼性の低下を抑制することが可能になる。
【0172】
（第１５項）第１５項に係る共焦点変位計は、
第１項～第１４項のいずれか一項に記載の測定ヘッドと、
前記測定ヘッドに導かれる光を発生する白色光源と、
前記測定ヘッドから測定対象物に照射され、前記測定対象物で反射された光に基づいて前記測定対象物の変位を算出する変位測定部とを備える。
第１項～第１４項のいずれか一項に記載の測定ヘッドと、
前記測定ヘッドに導かれる光を発生する白色光源と、
前記測定ヘッドから測定対象物に照射され、前記測定対象物で反射された光に基づいて前記測定対象物の変位を算出する変位測定部とを備える。
【0173】
その共焦点変位計は、上記の測定ヘッドを備える。それにより、高温環境下における測定の信頼性の低下が抑制される。
【符号の説明】
【0174】
１Ａ，１Ｂ…測定ヘッド，２…制御ユニット，３ａ…ＣＰＵ，３ｂ…メモリ，４ａ…主表示部，４ｂ…操作部，９…共焦点変位計，１０…ヘッド筐体，１０ａ…ヘッド軸心，１１…第１の筐体部，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…外面，１１ｉ…第１の内周面，１１ｊ…第２の内周面，１１ｘ，１１ｙ…切り欠き，１２…第２の筐体部，１２ｉ…第３の内周面，１２ｊ…雌ねじ部分，３０…ファイバレセプタクル，４１，４２，４４，４５…スペーサ，４１ａ…開口部，４１ｂ…貫通孔，４３…ばね部材，４３ａ…ベース部，４３ｂ…径小部，４３ｃ…フランジ部，４６…リングねじ，４９…熱膨張部材，５０…光屈曲ユニット，５１…後端面，５１ａ，５２ａ，５３ａ…開口部，５２…前端傾斜面，５３…出射面，５４…ミラー，５５…板ばね，５６…固定板，５６ａ…突起，５７，６１，ｈ１，ｈ４…貫通孔，６０…距離調整部材，６２，ｈ２，ｈ３…ねじ孔，１００Ａ，１００Ｂ…測定ユニット，１１０…ユニット筐体，１２０…投光部，１３０…分光部，１３１…回折格子，１３２，１３３，２２１，２２２，２２３，２２４…レンズ，１４０…受光部，１５０…測定制御部，１９０…副表示部，３００Ａ，３００Ｂ…導光部，３１１，３１２，３１９…光ファイバ，３１９ａ…コア，３１９ｂ…クラッド，３１９ｃ…被覆層，３１９ｄ…スパイラルチューブ，３２０…ファイバカプラ，３２１，３２２，３２３…ポート，３２４，ＭＢ…本体部，３３０…ファイバコネクタ，ＦＥ…前端部，ＲＥ…後端部，Ｓ…測定対象物，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３…ねじ，ＶＳ１，ＶＳ２…仮想面，ａｄ１，ａｄ２…矩形枠，ｃａ…軸心，ｐ１…第１の部分，ｐ２…第２の部分，ｐｐ…主点，ｒ１…第１のリング部材，ｒ２…第２のリング部材，ｓｔ１…第１の段差部，ｓｔ２…第２の段差部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】