(57)【要約】 【課題】  簡単な構成で被測定物体の二次元または三次元変位を測定することが可能な変位測定装置を提供する。【解決手段】  被測定物体１７の表面変位（光軸方向における変位）を測定するための構成として、コリメータレンズ１４と対物レンズ１６との間に、ＬＤ１１からの光を発散させ完全平行ではない近似平行光とする補助光学手段としての収束レンズ１５Ａ，１５Ｂを設けて、この補助光学手段を光軸に沿って移動（振動）させることにより、対物レンズ１６を透過した光の焦点位置Ｐ２を変位させる構成とした。これにより、変位測定装置自体ではなく、対物レンズ１６だけを上記光軸に対して垂直な平面に沿って水平移動させることが可能になった。【選択図】  図１
2005195338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する投光手段と、
この投光手段からの光を完全平行でない近似平行光にする補助光学手段と、
この補助光学手段からの光を被測定物体に集光状態で照射する対物レンズと、
この対物レンズによる集光を前記被測定物体を介して受光する受光手段と、
前記補助光学手段を移動するための駆動信号を出力する制御手段と、
この制御手段からの駆動信号に応じて前記補助光学手段を前記投光手段からの光の光軸に沿って移動させる可動手段と、
前記補助光学手段の位置を示す位置信号を出力する第１位置検出手段と、
前記受光手段での受光量が最大となる時点で前記第１位置検出手段から出力される位置信号を取得する取得手段と、
前記制御手段の駆動に応じて前記対物レンズを前記投光手段からの光の光軸に対して垂直な平面に沿って水平移動させる移動手段と、
前記対物レンズの位置を示す位置信号を出力する第２位置検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記移動手段によって対物レンズを水平移動させて前記被測定物体表面上における光の照射部位を順次移動させ、各照射部位について、前記第２位置検出手段からの位置信号と前記取得手段にて取得された位置信号とに基づき前記被測定物体の表面変位量を測定することを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
前記対物レンズを介して前記被測定物体上の前記照射部位に平行光を照射する照射手段と、
撮像手段と、
前記照射手段から照射され前記被測定物体で正反射し前記対物レンズを介して戻ってきた反射光を前記撮像手段の撮像面上に導く導光手段と、
前記対物レンズ及び前記撮像手段間の前記反射光の光路上に配されて、その反射光を前記収束させて前記撮像手段の撮像面上に集光させる収束レンズとを備え、
前記制御手段は、前記各照射部位について、その傾き角度に応じて変化する、前記撮像手段からの撮像信号に基づき前記被測定物体表面の傾斜角度を測定することを特徴とする請求項１記載の変位測定装置。
【請求項３】
前記補助光学手段は、入射した光を発散する発散レンズであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の変位測定装置。
【請求項４】
前記補助光学手段は、入射した光を収束する収束レンズであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の変位測定装置。
【請求項５】
前記投光手段からの光を平行光とした状態で前記補助光学手段に入射させるコリメータレンズを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の変位測定装置。
【請求項６】
前記各レンズのうち少なくとも１つは、複数のレンズからなる複合レンズであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の変位測定装置。
【請求項７】
前記補助光学手段の移動中心位置と前記対物レンズとの間隔を可変する間隔可変手段を備えたことを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の変位測定装置。
【請求項８】
前記第１位置検出手段は、前記補助光学手段の位置を検出する位置センサを備え、
前記位置センサの出力を前記位置信号として出力することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の変位測定装置。
【請求項９】
前記第１位置検出手段は、前記制御手段からの駆動信号を前記位置信号として出力することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の変位測定装置。
【請求項１０】
前記可動手段は、自由端の先端に前記補助光学手段が連結された音叉と、前記制御手段からの駆動信号に基づいて前記音叉を駆動するソレノイドとから構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の変位測定装置。
【請求項１１】
前記補助光学手段は、前記音叉の一方の自由端に連結された第１レンズと他方の自由端に連結された第２レンズとからなり、
前記第１レンズ及び第２レンズは、それらの光軸が一致するように設けられ、
前記音叉は、前記第１及び第２レンズが接続された状態で前記一方及び他方の自由端における固有振動数が等しく構成されていることを特徴とする請求項１０記載の変位測定装置。
【請求項１２】
前記第１レンズ及び第２レンズは主平面及び主曲面で規定され、
前記音叉の自由端の振動中心点を基点として前記投光手段の光軸に対して直角に交差する振動中心軸に前記第１レンズ及び第２レンズの前記主曲面の頂点が略位置していることを特徴とする請求項１１記載の変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物体の表面変位を測定する変位測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物体の変位量を測定するものとして、下記特許文献１に開示されたものがある。これは、投光部からの光を対物レンズにより被測定物体上に集光状態で照射し、この対物レンズを音叉を備えた加振部により光軸に沿って振動させることによって光の集光位置を振動させる。そして、この振動させたときの被測定物体からの反射光を受光部にて受光し、この受光部に受光された受光量の大きさと、そのときの対物レンズの位置とに基づいて被測定物体の変位量を測定するものである。
【特許文献１】特開平７−１１３６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、対物レンズを振動させる上記従来の変位センサを用いて、静止した被測定物体の表面変位を測定する場合には、変位センサ自体を別の駆動機構によって上記投光部からの光の光軸方向に垂直な面に沿って水平移動させる必要がある。つまり、変位センサ自体を水平移動させて、被測定物体表面上における対物レンズからの光の照射位置を順次移動させつつ、各照射部位での測定値（上記光軸方向の測定値）を取得し、被測定物体の表面変位を測定するのである。
しかしながら、変位センサ自体を、上記光軸方向の変位測定の精度を損なわないように水平移動させるのは極めて困難である。また。変位センサ自体が移動することで、上記加振部を構成する音叉の振動動作に影響を与えて光軸方向の変位の測定精度が低下するおそれもある。
【０００４】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡単な構成で被測定物体の二次元または三次元変位を測定することが可能な変位測定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】
【０００５】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、光を出射する投光手段と、この投光手段からの光を完全平行でない近似平行光にする補助光学手段と、この補助光学手段からの光を被測定物体に集光状態で照射する対物レンズと、この対物レンズによる集光を前記被測定物体を介して受光する受光手段と、前記補助光学手段を移動するための駆動信号を出力する制御手段と、この制御手段からの駆動信号に応じて前記補助光学手段を前記投光手段からの光の光軸に沿って移動させる可動手段と、前記補助光学手段の位置を示す位置信号を出力する第１位置検出手段と、前記受光手段での受光量が最大となる時点で前記第１位置検出手段から出力される位置信号を取得する取得手段と、前記制御手段の駆動に応じて前記対物レンズを前記投光手段からの光の光軸に対して垂直な平面に沿って水平移動させる移動手段と、前記対物レンズの位置を示す位置信号を出力する第２位置検出手段とを備え、前記制御手段は、前記移動手段によって対物レンズを水平移動させて前記被測定物体表面上における光の照射部位を順次移動させ、各照射部位について、前記第２位置検出手段からの位置信号と前記取得手段にて取得された位置信号とに基づき前記被測定物体の表面変位量を測定することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記対物レンズを介して前記被測定物体上の前記照射部位に平行光を照射する照射手段と、撮像手段と、前記照射手段から照射され前記被測定物体で正反射し前記対物レンズを介して戻ってきた反射光を前記撮像手段の撮像面上に導く導光手段と、前記対物レンズ及び前記撮像手段間の前記反射光の光路上に配されて、その反射光を前記収束させて前記撮像手段の撮像面上に集光させる収束レンズとを備え、前記制御手段は、前記各照射部位について、その傾き角度に応じて変化する、前記撮像手段からの撮像信号に基づき前記被測定物体表面の傾斜角度を測定することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記補助光学手段は、入射した光を発散する発散レンズであることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記補助光学手段は、入射した光を収束する収束レンズであることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記投光手段からの光を平行光とした状態で前記補助光学手段に入射させるコリメータレンズを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のものにおいて、前記各レンズのうち少なくとも１つは、複数のレンズからなる複合レンズであることを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項３ないし請求項６のいずれかに記載のものにおいて、前記補助光学手段の移動中心位置と前記対物レンズとの間隔を可変する間隔可変手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のものにおいて、前記第１位置検出手段は、前記補助光学手段の位置を検出する位置センサを備え、前記位置センサの出力を前記位置信号として出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のものにおいて、前記第１位置検出手段は、前記制御手段からの駆動信号を前記位置信号として出力することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のものにおいて、前記可動手段は、自由端の先端に前記補助光学手段が連結された音叉と、前記制御手段からの駆動信号に基づいて前記音叉を駆動するソレノイドとから構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１１の発明は、請求項１０記載のものにおいて、前記補助光学手段は、前記音叉の一方の自由端に連結された第１レンズと他方の自由端に連結された第２レンズとからなり、前記第１レンズ及び第２レンズは、それらの光軸が一致するように設けられ、前記音叉は、前記第１及び第２レンズが接続された状態で前記一方及び他方の自由端における固有振動数が等しく構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２の発明は、請求項１１記載のものにおいて、前記第１レンズ及び第２レンズは主平面及び主曲面で規定され、前記音叉の自由端の振動中心点を基点として前記投光手段の光軸に対して直角に交差する振動中心軸に前記第１レンズ及び第２レンズの前記主曲面の頂点が略位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
＜請求項１の発明＞
本構成によれば、被測定物体の表面変位（投光手段からの光の光軸方向における変位）を測定するための構成として、投光手段と対物レンズとの間に、投光手段からの光を発散させて完全平行ではない近似平行光にする補助光学手段を設けて、この補助光学手段を上記光の光軸に沿って移動（振動）させることにより、対物レンズを透過した光の焦点位置を変位させる構成とした。これにより、変位測定装置自体ではなく、対物レンズだけを上記光軸に対して垂直な平面に沿って水平移動させることが可能になった。
【００１８】
従って、対物レンズを水平移動させて被測定物体表面上の光の照射部位を順次移動させ、各照射部位について、受光手段での受光量が最大となる時点で第１位置検出手段から出力される位置信号を取得し、例えば、その位置信号を対物レンズの水平移動位置情報と関連付けて外部機器に出力、或いは、記憶手段に順次記憶させる。そして、外部機器に出力、或いは記憶手段に記憶された、各照射部位毎の、補助光学手段の位置に関する位置信号と、対物レンズの水平移動位置情報とに基づき被測定物体の表面変位を測定することができる。
なお、対物レンズを一次元的に水平移動させれば、被測定物体表面の二次元変位を測定することができ、対物レンズの二次元的に水平移動させれば、被測定物体表面の三次元変位を測定することができる。
【００１９】
また、対物レンズの縦倍率（光軸に沿った方向の倍率）は、対物レンズの焦点距離を対物レンズの焦点と補助光学手段の焦点との距離で除した値の２乗で示すことができる。従って、対物レンズの焦点距離を大きくすることにより対物レンズの縦倍率を大きくすることができると共に、対物レンズの焦点と補助光学手段の焦点との距離を大きくすることにより対物レンズの縦倍率を小さくすることができる。これにより、対物レンズの縦倍率を適切に設定することにより、対物レンズの集光位置の移動範囲を調整でき、測定範囲を拡大したり、測定精度を高めたりすることができる。
なお、補助光学手段は、結果として対物レンズに完全平行ではない近似平行光（略平行光）を照射させるよう機能するものであればよく、発散レンズで構成したもの（請求項３）であっても、収束レンズで構成したもの（請求項４）であっても、更に、発散レンズと収束レンズとを組み合わせたものであってもよい。
【００２０】
＜請求項２の発明＞
本構成によれば、被測定物体表面上の各照射部位について、光軸方向における表面変位量とともに、傾斜角度をも測定することができる。
【００２１】
＜請求項５の発明＞
本構成によれば、補助光学手段に入射する光芒の大きさを抑制することができるので、補助光学手段、ひいては全体の小型化を図ることができる。
【００２２】
＜請求項６の発明＞
本構成によれば、複数のレンズによりレンズ収差を抑制することができるので、投光手段から被測定物体に対する集光の位置精度を高めることができ、対物レンズが単一のレンズである場合と比較して、より高精度に受光手段の受光量に基づいた測定が可能となる。
【００２３】
＜請求項７の発明＞
本構成によれば、測定対象、測定範囲に応じて、発散レンズの移動中心位置と対物レンズとの間隔を可変することで、複雑な調整・設定を行うことなく、測定範囲を拡大したり、測定精度を高めたりすることができる。
【００２４】
＜請求項８の発明＞
本構成によれば、受光手段の受光量が最大となる時点における補助光学手段の位置をより正確に測定できるので、被測定物体の変位を高精度に測定することができる。
【００２５】
＜請求項９の発明＞
本構成によれば、補助光学手段の位置を検出するための位置センサが不要となるので、構成を簡単にしつつ、被測定物体の変位を測定することができる。
【００２６】
＜請求項１０の発明＞
本構成によれば、補助光学手段を移動させる際、制御手段から所定の信号を出力することにより、音叉が所定振幅幅で振動するので、発散レンズの位置を容易に制御することができる。
【００２７】
＜請求項１１の発明＞
本構成によれば、音叉の一方の自由端の振動に伴って当該自由端に連結された第１レンズに光軸ぶれ（ずれ）が生ずるにしても、他方の自由端の振動は、一方の自由端の振動と振動量が等しく且つ逆方向の振動となることから、他方の自由端に連結された第２レンズに第１レンズと反対方向の光軸ずれを生じるようになる。この結果、第１レンズの光軸のぶれが第２レンズのぶれにより打ち消されるようになるので、変位測定装置における焦点位置のぶれを抑制して合点させることができる。
【００２８】
＜請求項１２の発明＞
本構成によれば、音叉の自由端の振動に伴うレンズの変位は振動中心軸上に位置する部位が最も小さいことから、レンズの主曲面を振動中心軸に略位置させることにより自由端の振動による第１レンズ及び第２レンズの光軸ぶれ（ずれ）量を最小限に抑えることができ、より確実に変位測定装置における焦点位置のぶれを抑制して合点させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６によって説明する。
１．変位測定装置の構成
図１には、本実施形態に係る変位測定装置の全体構成が示されている。
投光手段であるレーザダイオード(以下、ＬＤと称する)１１はレーザ駆動制御回路１２で駆動された状態でレーザ光を出射し、そのレーザ光は、光分割手段であるビームスプリッタ１３を通過した後、コリメータレンズ１４で平行光に変換される。
【００３０】
コリメータレンズ１４で変換された平行光は、後述する補助光学手段としての２枚の収束レンズ１５Ａ，１５Ｂにより若干発散され完全平行ではなく近似平行光（略平行光）とされた状態で対物レンズ１６に入射することにより被測定物体１７に集光状態で投射される。これらのコリメータレンズ１４、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂ及び対物レンズ１６は複数のレンズからなる複合レンズから構成されている。
【００３１】
被測定物体１７からの反射光は、対物レンズ１６、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂ、コリメータレンズ１４を通過してビームスプリッタ１３で反射することにより、光絞り部１８のピンホール１８ａを通過して受光手段であるフォトダイオード(以下、ＰＤと称する)１９へ入射するようになっている。
ＰＤ１９で光電変換した信号は増幅器２０へ入力され、その出力信号は、制御手段であるＣＰＵ２１へ入力されるようになっている。
【００３２】
本実施の形態では、上述したＬＤ１１、ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂ、対物レンズ１６、光絞り部１８、ＰＤ１９、ＣＰＵ２１から、いわゆる合焦装置が構成されている。
【００３３】
ここで、ＬＤ１１の光軸に対して直交する方向を指向するようにレンズ可動手段としての音叉１が配設されており、その音叉１の両自由端２Ａ，２Ａの先端に収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの周縁部分がそれぞれ連結されている。これらの収束レンズ１５Ａ，１５Ｂは、コリメータレンズ１４からの平行光を若干発散させて完全平行ではなく近似平行光（略平行光）とした状態で対物レンズ１６へ入射させるもので、音叉１の微振動によりＬＤ１１からのレーザ光の光軸に沿って所定振幅で振動するようになっており、このような構成が本実施形態の特徴となっている。この場合、音叉１の振幅は極めて小さいことから、２毎の収束レンズ１５Ａ，１５Ｂは光軸に沿って振動しているとみなすことができる。
【００３４】
一方、音叉１の自由端２Ａの側方の近接した位置には、例えば渦電流式磁気センサ、或は光センサ、或は静電容量センサを利用した第１位置検出手段（位置センサ）たる音叉振幅検出器２３が配設されており、音叉１の振動位置、つまり収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの位置を検出するようになっている。音叉振幅検出器２３が検出した検出振幅信号は増幅器２４へ入力され、その出力信号はＣＰＵ２１へ入力される。
【００３５】
音叉１の自由端２Ａの側方には、当該音叉１を振動させるためのソレノイド２５が配設されている。このソレノイド２５は、制御手段としてのＣＰＵ２１からの駆動信号に基づいて音叉振幅制御回路２６から制御電流が供給されることに応じて駆動するようになっている。音叉振幅制御回路２６には増幅器２４の出力信号が与えられており、音叉１の振幅を一定にするようにフィードバック制御するようになっている。
【００３６】
このような構成において、音叉振幅制御回路２６からソレノイド２５に所定周波数のパルス電流または交流電流を供給すると、ソレノイド２５から磁界（交流磁界）が発生する。この磁界により音叉１が所定振幅で微振動し、収束レンズ１５Ａ，１５ＢをＬＤ１１の光軸に沿って振動させる。
【００３７】
そして、音叉振幅検出器２３は、音叉１の振幅、即ち収束レンズ１５Ｂの振幅を検出し、収束レンズ１５Ｂの振幅を示す正弦波状信号を出力する。この正弦波状信号を増幅器２４で増幅し、増幅器２４から出力される出力信号をＣＰＵ２１へ入力させることにより、ＣＰＵ２１は、収束レンズ１５Ｂの位置を検出可能となっている。
【００３８】
ここで、上記音叉１、ソレノイド２５、音叉振幅検出器２３は、図２に示すように一体で移動可能な間隔可変手段２７として構成されており、移動位置に応じて収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの焦点と対物レンズ１６の焦点との距離を調整することが可能となっている。このときの収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの位置も、図示しないが、別に設けてある測定手段によってＣＰＵ２１に入力され、処理手段によって被測定点の位置情報として出力される。
【００３９】
２．補助光学手段について
ところで、本実施形態では、図１にも示すように、音叉１の両自由端２Ａ，２Ａに連結された２枚の収束レンズ１５Ａ，１５Ｂで補助光学手段を構成したものとしている。具体的には、コリメータレンズ１４からの平行光は、収束レンズ１５Ａにて収束される。そして、その収束レンズ１５Ａの収束点Ｐ１（焦点位置）を超えて発散した光が収束レンズ１５Ｂで収束され、結果としてやや拡散した光が対物レンズ１６に向けて照射されるようになっている。
【００４０】
このようにＬＤ１１からの光を、一旦集光させて平行光にした後、補助光学手段によって若干発散させて再び近似平行光（略平行光）とした光を対物レンズ１６に照射する構成の方が、集光させずにそのまま上記近似平行光を照射させる場合に比べて対物レンズ１６等の光学系による収差の影響が少なく、正確な変位測定ができることが実験的に確かめられている。
【００４１】
３．補助光学手段（発散レンズを例に挙げて説明する）と対物レンズの焦点距離との関係
次に、発散レンズ１５と対物レンズ１６の焦点距離との関係について図３及び図４に基づいて説明する。
図３は、物点ｃからの光線が対物レンズ１６により屈折されて像点ｃ'で結像する際の光学系を示している。ここで、物点ｃの微小変位量xc1とその像点変位量xc2の比αを縦倍率といい、通常の横倍率に対して光軸に沿った方向の倍率であり、次の式で求めることができる。
【００４２】
【数１】
2005195338.tif 000003
【００４３】
ここで、対物レンズ１６の焦点距離をｆ、物体側焦点位置から物体までの距離をｘ、像側焦点位置から像までの距離をｘ’とすると、図中に示すように物点ｃを基点とする矢印が像点ｃ’を基点として結像したとすると、矢印の基点と先端のそれぞれに関して、ニュートンの公式に基づいて次に示す式を導き出すことができる。
【００４４】
【数２】
2005195338.tif 000004
上記（２）式の左辺ｘ’を右辺に移し、上記（２）式を用いて整理すると、
【００４５】
【数３】
2005195338.tif 000005
となる。従って、対物レンズ１６の縦倍率は、
【００４６】
【数４】
2005195338.tif 000006
により求めることができる。つまり、対物レンズ１６の縦倍率は、対物レンズ１６の焦点距離を物点ｃと対物レンズ１６の焦点Fとの距離で除した値の２乗で示すことができる。この式から、対物レンズ１６の縦倍率は、対物レンズ１６の焦点距離が大きくなるほど大きくなり、物点ｃと対物レンズ１６の焦点Ｆとの距離が大きくなるほど小さくなる関係であることが分る。
【００４７】
ところで、本実施形態では、コリメータレンズ１４からの平行光を発散レンズ１５により発散させた状態で対物レンズ１６に入射させていることから、発散レンズ１５の焦点位置を物点ｃに一致させるように配置した場合、発散レンズ１５に入射した平行光はあたかも物点ｃから放射されたように出射するようになる。また、発散レンズ１５が変位した場合は、その移動に応じてあたかも物点ｃが同様に変位したことになる。
【００４８】
さて、上記関係式に基づいて、物点ｃと像点ｃ’の微小変位量が互いに等しくなる物点位置ｘは、α＝１であり、
【００４９】
【数５】
2005195338.tif 000007
の関係になるときである。このような関係は、発散レンズ１５の変位量と対物レンズ１６の集光位置の変位量とが一致する場合であり、従来と同様な関係となる。
【００５０】
また、物点の微小変位量が像点の微小変位量の２倍になる物点位置ｘは、α＝１／２であり、
【００５１】
【数６】
2005195338.tif 000008
の関係になるときである。このような関係は、発散レンズ１５の変位量よりも対物レンズ１６の集光位置の変位量が小さくなる場合であり、被測定物体１７の測定精度を高めることができる。これは、被測定物体１７の測定範囲を小さく設定できる結果、検出可能な分解能を高められるからである。
【００５２】
また、物点の微小変位量が像点の微小変位量の１／２倍になる物点位置ｘは、α＝２であり、
【００５３】
【数７】
2005195338.tif 000009
の関係になるときである。このような関係は、発散レンズ１５の変位量よりも対物レンズ１６の集光位置の変位量が大きくなる場合であり、被測定物体１７の測定可能な変位量(測定レンジ)を拡大することができる。
【００５４】
なお、発散レンズ１５と対物レンズ１６の位置関係は、発散レンズ１５の焦点位置が対物レンズ１６の焦点Ｆに対して物点側となるように位置決めする必要がある。これは、発散レンズ１５に平行光が入射したときは、発散レンズ１５の焦点から投光されたように発散レンズ１５から出射することから、発散レンズ１５の焦点位置が対物レンズ１６の焦点位置に対して対物レンズ１６側に位置した状態では、対物レンズ１６からの出射光は集光しないからである。
【００５５】
このような位置関係を満足した場合は、上述した縦倍率αの関係から、発散レンズ１５の変位量と対物レンズ１６による集光位置の変位量とが異なるように設定することが可能となる。つまり、対物レンズ１６の焦点距離に対して発散レンズ１５の焦点位置と対物レンズ１６の焦点位置との距離が小さな場合は、発散レンズ１５の変位量に比べて対物レンズ１６による集光位置の変位量を大きく設定することができる。これに対して、対物レンズ１６の焦点距離に対して発散レンズ１５の焦点位置と対物レンズ１６の焦点位置とが大きな場合は、発散レンズ１５の変位量に比べて対物レンズ１６による集光位置の変位量を小さく設定することができる。
【００５６】
４．対物レンズの移動機構
さて、本実施形態では、対物レンズ１６をＣＰＵ２１による制御によって、ＬＤ１１からの光の光軸（以下、「光軸方向」）に垂直な面上に沿って水平移動させる移動手段２８が設けられている。具体的には、先端に対物レンズ１６の周縁部が連結され、スライド移動可能に設けられたアーム２８Ａを、駆動装置２８Ｂから電流が流されるムービングコイル（図示せず）によって生じる磁気力によって水平移動（図１で白抜き矢印方向）させるようになっている。このような構成により、図５に示すように、対物レンズ１６と被測定物体１７表面との距離Ｈを維持しつつ、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂから対物レンズ１６にて収束された光の集光点Ｐ２を、光軸方向に対して垂直な平面上に沿って水平移動させることができるのである。なお、上述したように、対物レンズ１６には、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂにより若干拡散され近似平行光とされた光が照射されるが、この光は、略平行光とみなせる範囲の光であり、対物レンズ１６を水平移動させても、上記集光点Ｐ２は略水平移動し、変位測定精度に実質的な影響はない。
【００５７】
そして、アーム２８Ａの先端部側方には、対物レンズ位置検出器２９（第２位置検出手段）が設けられている。対物レンズ位置検出器２９は、アーム２８Ａ、即ち対物レンズ１６の水平位置変位を検出し、その位置変位に応じた水平位置信号を出力する。この水平位置信号を増幅器３０で増幅し、増幅器３０から出力される出力信号をＣＰＵ２１へ入力させることにより、ＣＰＵ２１は、対物レンズ１６の水平位置を検出可能となっている。
【００５８】
５．変位測定動作について
被測定物体１７の表面変位を検出する際は、被測定物体１７を検出位置に位置させた状態で装置を駆動する。すると、ＣＰＵ２１は、音叉１を振動させた状態で、レーザ駆動制御回路１２からＬＤ１１に駆動電流を供給する。これにより、ＬＤ１１はレーザ光を出射し、この出射光は、ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂ及び対物レンズ１６を通過して被測定物体１７へ集光状態で投射される。被測定物体１７で反射した反射光は、対物レンズ１６、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂ及びコリメータレンズ１４を通過してビームスプリッタ１３でＰＤ１９側へ反射し、光絞り部１８のピンホール１８ａを通過した光のみがＰＤ１９へ入射する。この結果、被測定物体１７で生じた潜り光及びＬＤ１１で発生した迷光による反射光は、ピンホール１８ａを通過することができず、ＰＤ１９には、コリメータレンズ１４によりピンホール１８ａに集光された光、つまり被測定物体１７に集光状態で反射した光のみが入射することになる。そして、ＰＤ１９からの受光出力に応じた信号が増幅器２０へ出力されるので、増幅器２０からは増幅信号がデジタル化されてＣＰＵ２１へ出力される。
【００５９】
ここで、収束レンズ１５Ａは微振動していることから、収束レンズ１５Ｂと被測定物体１７との距離、つまり、対物レンズ１６により集光される光の位置が変化する。この場合、対物レンズ１６により集光される光の位置の変位量は、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの相対距離変位量に対して一定の関係をもった値になる。
そして、対物レンズ１６から被測定物体１７に投射した光の集光位置が被測定物体１７上となると、ＰＤ１９の受光出力は瞬時に最大となるので、ＰＤ１９からの受光出力は最大となる。
ＣＰＵ２１は、増幅器２４からの増幅信号を監視しており、増幅信号が最大となる時点における音叉振幅検出器２３からの検出信号に基づいて収束レンズ１５Ｂの位置を求める。収束レンズ１５Ａの位置については、収束レンズ１５Ｂの位置に基づいて推定的に算出される。この場合、被測定物体１７の表面の変位量は、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの相対距離変位量に一定の関係をもった値で求めることができる。なお、収束レンズ１５Ａの位置については、その収束レンズ１５Ａの位置を検出する位置センサとしての音叉振幅検出器を別途設けて、両収束レンズ１５Ａ，１５Ｂを独立的に検出する構成であってもよい。そして、検出された収束レンズ１５Ａ，１５Ｂそれぞれの位置の相対距離変位量に一定の関係をもった値で求めるようにするのである。このような構成であれば、音叉１の自由端２Ａ，２Ａ、即ち収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの相対距離変位量をより正確に検知することができる。
【００６０】
そして、次に、ＣＰＵ２１は、移動手段２８によって対物レンズ１６を水平移動させて、被測定物体上における光の照射部位を移動させ、再び上記と同様の動作を実行して、当該照射部位における表面変位量（光軸方向における被測定物体１７の表面位置、高さ）を測定する。このように対物レンズ１６を水平移動させつつ各照射部位における表面変位量を順次測定することで、被測定物体１７の二次元的な表面変位をサンプリングすることができる。
なお、これらのサンプリング結果は、例えば、図６に示すように、増幅器３０からの増幅信号に基づく対物レンズの水平位置情報（Ｘ，Ｙ）と、増幅器２４からの増幅信号に基づく収束レンズ１５Ｂの位置情報（Ｚ）として互いに対応付けられてメモリ２２（記憶手段）に順次記憶される。これにより、メモリ２２に記憶された各照射部位毎の対物レンズの水平位置情報（Ｘ，Ｙ）及び収束レンズ１５Ｂの位置情報（Ｚ）に基づいて被測定物体１７の表面変位を二次元的に把握することができる。
【００６１】
６．本実施形態の効果
（１）以上のように、本実施形態では、被測定物体１７の表面変位（光軸方向における変位）を測定するための構成として、コリメータレンズ１４と対物レンズ１６との間に、ＬＤ１１からの光を若干発散させて近似平行光（略平行光）とする補助光学手段（収束レンズ１５Ａ，１５Ｂ）を設けて、この補助光学手段を上記光の光軸に沿って移動（振動）させることにより、対物レンズ１６を透過した光の焦点位置Ｐ２を変位させる構成とした。これにより、変位測定装置自体ではなく、対物レンズ１６だけを上記光軸に対して垂直な平面に沿って水平移動させることが可能になった。変位測定装置自体を水平移動させる場合に比べて対物レンズ１６だけを水平移動させる方が、音叉１の振幅運動への影響が小さく、また、移動機構も小型化することができる。
【００６２】
従って、対物レンズ１６を移動手段２８によって水平移動させて被測定物体１７表面上の光の照射部位を順次移動させ、各照射部位について、対物レンズの水平位置情報（Ｘ，Ｙ）及び収束レンズ１５Ｂの位置情報（Ｚ）を順次取得し、被測定物体１７の表面変位を二次元的に正確に把握することができる。
【００６３】
（２）また、このような実施形態によれば、ＬＤ１１からの光を平行光に変換するコリメータレンズ１４と対物レンズ１６との問に収束レンズ１５Ａ，１５Ｂを介在させ、対物レンズ１６の焦点距離に対する収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの焦点位置と対物レンズ１６の焦点位置との距離の関係から、振動させる収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの変位量と被測定物体１７に対する集光位置の変位量との割合を任意に設定可能としたので、対物レンズを振動させることにより被測定物体の変位を測定する構成と違って、より高精度な測定や、より広い範囲の測定が可能となる。
【００６４】
（３）更に、コリメータレンズ１４からの平行光を収束レンズ１５Ａ，１５Ｂにより若干発散させて近似平行光（略平行光）にするようにしたので、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂを対物レンズ１６よりも小さくすることができる。従って、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂをより高速に振動させることが可能であり、高速測定が容易にできるという利点を生じると共に、コリメータレンズ１４からの平行光の光芒幅を抑制することができるので、装置の小型化を図ることができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
以下、実施形態２の変位測定装置について図７に基づいて説明する。ここで、例えば、上記実施形態１に対し、上記近似平行光とするために発散レンズを音叉の一方の自由端２Ａだけに連結した構成とすると、音叉の振動に伴う発散レンズの変位により当該発散レンズの光軸が対物レンズ１６の光軸に対して僅かに傾き、対物レンズ１６による集光位置がＬＤ１１の光軸からずれてしまうことから、この本実施形態では、この光軸ぶれを防止したことを特徴とする。なお、本実施形態の変位測定装置も、実施形態１と同様に、対物レンズ１６の移動手段２８が設けられており、被測定物体６８の二次元的な表面変位を測定できるようになっている。この構成は、実施形態１と同様なので説明を省略する。
【００６６】
図７は、変位測定装置における光学系の構成を概略的に示している。同図において、図示しないケース内には光学系が構成されており、投光手段であるＬＤ６２は、図示しないレーザ駆動制御回路で駆動された状態でレーザ光を出射し、そのレーザ光は、光分割手段であるハーフミラー６３（偏光ビームスプリッタまたはビームスプリッタでも可）を通過した後、コリメータレンズ６４で平行光に変換される。
【００６７】
コリメータレンズ６４で変換された平行光は、後述する補助光学手投としての第１レンズ６５及び第２レンズ６６により若干発散され完全平行でない近似平行光（略平行光）とした状態でケース６１に装着された対物レンズ６７に入射することにより被測定物体６８に集光状態で投射される。
【００６８】
ここで、第１レンズ６５は光を発散させるレンズであり、本実施形態においては発散レンズ（以下、発散レンズ６５と称する）を用いているが、これに限らず、収束レンズを用いてもよい。この場合、収束レンズで収束した光も収束点（焦点位置）を越えた領域では発散されることになるので、発散レンズと同様の作用を得ることができる。第２レンズ６６は光を収束させるレンズであり、本実施形態においては収束レンズ（以下、収束レンズ６６と称する）を用いている。
【００６９】
以上のコリメータレンズ６４、発散レンズ６５、収束レンズ６６及び対物レンズ６７は複数のレンズからなる複合レンズから構成されていてもよく、この場合、主平面及ぴ主曲面で規定することができ、一方の面が平面、他方の面が曲面で形成された単レンズとみなすことができる。
なお、レンズが平凸の単レンズで形成されている場合は、平凸レンズの平面が主平面に一致し、他面が主曲面に一致する。図７では、コリメータレンズ６４、発散レンズ６５、収束レンズ６６、対物レンズ６７は単レンズとして図示したが、主平面及び主曲面からなる複合レンズであってもよい。
【００７０】
被測定物体６８からの反射光は、対物レンズ６７、収束レンズ６６、発散レンズ６５、コリメータレンズ６４を通過してハーフミラー６３で反射することにより、ＬＤ６２に対して直交する方向に反射され、光絞り部６９のピンホールを通過して受光手段であるＰＤ７０へ入射するようになっている。
なお、図７には示していないが、光分割手段をハーフミラー６３に代えて偏光ビームスプリッタで構成した場合には、偏光ビームスプリンタを通過したレーザ光が被測定物体６８で反射して偏光ビームスプリンタに戻った際に光の振動方向を９０度回転させる振動方向変換手段としての１／４波長板が設けられており、これにより、偏光ビームスプリッタに戻ったレーザ光がＬＤ６２の光軸の直交方向に反射されるようになっている。
【００７１】
ＰＤ７０で光電変換した信号は、図示しない増幅器へ入力され、その出力信号は、制御手段であるＣＰＵ(図示しない)へ入力されるようになっている。本実施の形態では、上述しだＰＤ６２、ハーフミラー６３、コリメータレンズ６４、発散レンズ６５、収束レンズ６６、対物レンズ６７、光絞り部６９、ＰＤ７０、ＣＰＵから合焦装置が構成されている。
【００７２】
ここで、ＬＤ６２の光軸に対して直交する方向を指向するようにレンズ可動手段としてのＵ字形状の音叉１が配設されており、その音叉の一方の自由端２Ａの先端に発散レンズ６５の周縁部分が連結されていると共に、他方の自由端２Ａの先端に収束レンズ６６の周縁部分が連結されている。発散レンズ６５は、コリメータレンズ６４からの平行光を発散させた状態で収束レンズ６６に入射させ、収束レンズ６６は、発散レンズ６５で発散された光を若干収束させることにより対物レンズ６７に若干発散され完全平行ではなく近似平行光（略平行光）とされた状態で入射させる。これらの発散レンズ６５及び収束レンズ６６は、音叉１の微振動によりＬＤ６２からのレーザ光の光軸に沿って所定振幅で振動するようになっている。
【００７３】
また、本実施形態では、音叉１の一方の自由端２Ａの先端に発散レンズ６５を連結した上で、他方の自由端２Ａの先端に収束レンズ６６を連結するように構成した。つまり、音叉１が振動した際に、一方の自由端２Ａの振動による発散レンズ６５の微小な光軸ぶれを、他方の自由端２Ａの振動による収束レンズ６６の微小な反対方向への光軸ぶれにより相殺するのである。
【００７４】
ここで、発散レンズ６５の光軸中心（レンズ中心軸）と収束レンズ６６の光軸中心（レンズ中心軸）とが一致するように音叉１の自由端２Ａの先端に連結されている。また、発散レンズ６５及び収束レンズ６６が音叉１に連結された状態で、音叉１における一方の自由端２Ａと他方の自由端２Ａの固有振動数は等しく構成されている。この場合、音叉１の固有振動数は、音叉の材質、厚み、梁の長さ（振動する棒状部分）、重さ、音叉に連結するレンズ部の形状（大きさ、重さ、材質）により決定されるもので、これらを適宜組み合わせて、所望の振動を得るように設計されている。
【００７５】
さらに、本実施形態では、発散レンズ６５及び収束レンズ６６の主曲面の頂点が、音叉１における振動中心軸に略位置する構成となっている。具体的には、図７中に示すＡが音叉１の自由端２Ａの振動中心点であり、音叉１の自由端２Ａはこの振動中心点Ａを中心とする円弧状に振動している、この場合、振動中心点Ａを基点としてＬＤ６２の光軸に直交する線が振動中心軸（図中に一点鎖線で示す）であり、レンズは振動中心軸の変位に応じて変位する。本実施形態では、発散レンズ６５及び収束レンズ６６の主曲面の頂点が振動中心軸に略位置するように設定されている。つまり、主平面及び主曲面で規定されるレンズは、その主曲面が光の屈折に主に寄与することから、レンズの主曲面の頂点を振動中心軸に一致させることによりレンズの主曲面の変位を最小とすることができる。これにより、発散レンズ６５及び収束レンズ６６の光軸がＬＤ６２の光軸から大きくずれないようにすることができるので、音叉１の振動による光軸ぶれを極力抑制することができる。
【００７６】
ところで、音叉１の自由端２Ａの先端に発散レンズ６５及び収束レンズ６６を直接的に連結した構成において、自由端２Ａの指向方向と振動中心軸の指向方向とを一致させた場合(自由端２Ａの指向方向がＬＤ６２の光軸と直交している場合)、凹レンズで示される発散レンズ６５に関してはその主曲面の頂点を振動中心軸に一致させることができるものの、凸レンズで示される収束レンズ６６に関してはその主曲面の頂点を振動中心軸に一致させることができないことから、収束レンズ６６が連結された自由端２Ａを内側に折曲した形状とした。
【００７７】
一方、音叉１の自由端２Ａの側方の近接した位置には、例えば渦電流式磁気センサ、或は光センサ、或は静電容量センサを利用した位置検出手段(位置センサ)たる音叉振幅検出器７２が配設されており、音叉１の振動位置、つまり発散レンズ６５の位置を検出するようになっている。音叉振幅検出器７２が検出した検出振幅信号は増幅器へ入力され、その出力信号はＣＰＵへ入力される。
【００７８】
音叉１の自由端２Ａの側方には、当該音叉１を振動させるためのソレノイド７３が配設されている。このソレノイド７３は、ＣＰＵからの駆動信号に基づいて音叉振幅制御回路から制御電流が供給されることに応じて駆動するようになっており、圧電素子を用いるようにしてもよい。音叉振幅制御回路には増幅器の出力信号が与えられており、音叉の振幅を一定にするようにフィードバック制御するようになっている。
【００７９】
このような構成において、音叉振幅制御回路からソレノイド７３に所定周波数の交流電流を供給すると、ソレノイド７３から交流磁界が発生する。この交流磁界により音叉１が所定振幅で微振動し、発散レンズ６５がＬＤ６２の光軸に沿って振動する。そして、音叉振幅検出器７２は、音叉１の振幅、即ち発散レンズ６５の振幅を検出し、発散レンズ６５の振幅を示す正弦波信号を出力する。この正弦波信号を増幅器で増幅し、増幅器から出力される出力信号をＣＰＵへ入力させることにより、ＣＰＵは、発散レンズ６５の位置を検出可能となっている。
【００８０】
このような実施形態によれば、音叉１の自由端２Ａの一方に発散レンズ６５を連結した上で、他方の自由端２Ａに収束レンズ６６を連結するようにしたので、音叉の振動による発散レンズ６５の移動に伴う光軸ぶれを収束レンズ６６による反対方向への光軸ぶれにより抑制することができ、第２実施形態のものに比較して、検出精度を高めることができる。
【００８１】
また、本実施の形態では、発散レンズ６５と収束レンズ６６とは音叉１の振動に伴って光軸に沿って互いに反対方向に移動するようにアフォーカル系を構成していることから、例えば発散レンズ６５と収束レンズ６６とが接近するように移動する場合は、発散レンズ６５は対物レンズ６７に接近するように移動すると同時に、収束レンズ６６は対物レンズ６７から離間するように移動する。ここで、発散レンズ６５が対物レンズ６７に接近するように移動した場合は、対物レンズ６７による集光位置は対物レンズ６７から離間するように変位すると共に、収束レンズ６６が対物レンズ６７から離間するように移動した場合も、対物レンズ６７による集光位置は対物レンズ６７から離間するように変位する。この結果、対物レンズ６７による集光位置は、発散レンズ６５と収束レンズ６６との協調動作により、発散レンズ６５及び収束レンズ６６を単体で移動した場合に比較して、対物レンズ６７から離間する変位(発散レンズ６５と収束レンズ６６とが離間するように移動する場合は、対物レンズ６７による集光位置が対物レンズ６７に近接する変位)を増大することができる。このことは、第２実施形態で説明した縦倍率を大きくできることを意味しており、発散レンズを音叉の一方の自由端２Ａだけに連結した上述の構成のものよりも検出精度を高めながら、音叉１の振動による振幅を抑制することができ、結果として検出の高速化を図ることができる。
【００８２】
なお、発散レンズ６５及び収束レンズ６６の周縁部を音叉１の自由端２Ａの先端に直接連結する構造としては、図８に示すように収束レンズ６６と連結された自由端２Ａを外側に折曲した形状としてもよい。また、発散レンズ６５と収束レンズ６６との位置関係及び主平面と主曲面の向きについては図９ないし図１５に示すように種々の組合せが可能である。この場合、収束レンズ６６をホルダ７４により保持することにより音叉１の自由端２Ａの指向方向と振動中心軸の指向方向とを一致させることが可能となり、音叉１の両方の自由端２Ａを平行な形状とすることができる。
【００８３】
＜実施形態３＞
本実施形態について、図１６及び図１７を参照しつつ説明する。本実施形態に係る変位測定装置は、被測定物体８０の照射部位について光軸方向の変位量に加えて傾斜角度をも測定できるものである。なお、実施形態１と同じ構成については同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを別の符号を付して説明する。
【００８４】
１．光軸方向の変位測定のための構成
ＬＤ１１から出射された光は、まずコリメータレンズ１４によって平行光とされた後に、ビームスプリッタ１３で反射し、全反射ミラー８１によって下方に向きが変えられる。そして、その光Ｌ１は、やはり音叉１の両自由端２Ａ，２Ａに連結された収束レンズ１５Ａ，１５Ｂにやや拡散され、１／４波長板を介して対物レンズ１６に照射され、この対物レンズ１６を介して被測定物体８０表面上に集光される。そして、被測定物体８０表面上で反射した光は、再び対物レンズ１６、１／４波長板、収束レンズ１５Ｂ，１５Ａ、全反射ミラー８１を介してビームスプリッタ１３を透過し、受光レンズ８３によりＰＤ１９に集光される。なお、本実施形態も、実施形態１と同様に、ＰＤ１９の前方にピンホール１８ａが形成された光絞り部１８が配されている。
【００８５】
２．角度測定のための構成
第２の投光手段としてのレーザダイオード（以下、「ＬＤ８５」）からの光Ｌ２は、ビームスプリッタ８６で反射され、収束レンズ８７により収束光される。そして、光Ｌ２は、１／４波長板８８を通って、光軸方向の変位測定用として使用される上記光Ｌ１の光路途中に配置された全反射ミラー８９によって向きが変えられ光Ｌ１と光軸が一致された状態で対物レンズ１６に照射され、この対物レンズ１６によって平行光とされて被測定物体８０表面上に照射される。そして、その光Ｌ２の反射光は、対物レンズ１６によって収束光にされて、全反射ミラー８９、１／４波長板８８、収束レンズ８７を介し、ビームスプリッタ８６を透過し、ＣＣＤ９０（撮像素子）の撮像面上に集光される。このＣＣＤ９０の撮像面上での集光位置Ｐ３は、被測定物体８０表面上における光Ｌ２の照射部位の傾斜角度に応じて変位する。従って、ＣＰＵ２１は、ＣＣＤ駆動回路９１を駆動させて、ＣＣＤ９０からの撮像信号を取得し、この撮像信号に基づき被測定物体８０の照射部位の傾斜角度を測定することができる。
【００８６】
３．本実施形態の作用効果
本実施形態では、ＣＰＵ２１は、移動手段２８によって対物レンズ１６を水平移動させて、被測定物体８０上における光の照射部位を移動させ、増幅器２０からの増幅信号に基づき当該照射部位における表面変位量（光軸方向における被測定物体８０の表面位置、高さ）を測定する。それと同時に、ＣＣＤ９０からの撮像信号に基づき傾斜角度を測定する。そして、移動手段２８によって対物レンズ１６を移動させ、移動後の照射部位における表面変位量及び傾斜角度を再び測定する。このような動作を順次繰り返すことにより、被測定物体８０の二次元的な表面変位及び傾斜角度をサンプリングすることができる。
なお、これらのサンプリング結果は、例えば、図１７に示すように、増幅器３０からの増幅信号に基づく対物レンズの水平位置情報（Ｘ，Ｙ）と、増幅器２４からの増幅信号に基づく収束レンズ１５Ｂの位置情報（Ｚ）と、更に、ＣＣＤ９０からの撮像信号に基づく傾斜角度情報（θＸ，θＹ）として互いに対応付けられてメモリ２２（記憶手段）に順次記憶される。これにより、メモリ２２に記憶された各照射部位毎の対物レンズ１６の水平位置情報（Ｘ，Ｙ）、収束レンズ１５Ｂの位置情報（Ｚ）、及び、傾斜角度情報（θＸ、θＹ）に基づいて被測定物体１７の表面変位及び傾斜角度変位を二次元的に把握することができる。
【００８７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記各実施形態では、移動手段は、対物レンズを一次元的に移動させるだけであったが、これに限らず、光軸方向に垂直な平面に沿って二次元的に移動させて、三次元的、つまり立体的に、被測定物体の表面変位や傾斜角度変位を測定する構成であってもよい。
【００８８】
（２）上記各実施形態では、対物レンズ位置検出器２９を設けて対物レンズ２９の水平位置を検出する構成としたが、ＣＰＵ２１から予め各水平位置に対物レンズ１６を移動させるための制御信号を出力し、この制御信号に基づき対物レンズ１６を水平移動させる構成であれば、対物レンズ位置検出器２９を省略する構成とすることも可能である。
【００８９】
（３）被測定物体の変位量を、縦倍率を求める数式に基づいて演算するのに代えて、実施形態１における発散レンズ１５、収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの位置に基づいて求めるようにしてもよい。つまり、発散レンズ１５或は収束レンズ１５Ａ，１５Ｂと集光位置との対応関係をテーブルに記憶したり、或は関数で演算したりするようにし、受光量が最大となる時点における発散レンズ１５或は収束レンズ１５Ａ，１５Ｂの位置に基づいて被測定物体の変位量を求めるものである。
この場合、発散レンズ１５或は収束レンズ１５Ａ，１５Ｂと集光位置との対応関係は、理論値ではなく実際の実験結果から求めるようにしてもよい。
【００９０】
（４）また、サンプルモデルを使ってティーチングを行うようにしてもよい。つまり、例えば、所定高さ（具体的に、1.0mm）のサンプルにおいて、この高さ情報を記憶させると共に、このときの受光量最大点における位置信号を検出し記憶させる。次に、先ほどと高さの違うサンプル（具体的に、1,1mm）をおいて、この高さ情報を記憶させると共に、このときの受光量最大点における位置信号を検出して記憶させる。これによって、O.1mmの変位量に対する位置信号の変位量との関係が求められる。従って、この位置信号の変位量に対応する被測定物体の変位量をテーブルに記憶したり、数式として求めて記憶させたりしてもよい。
【００９１】
（５）実施形態１において、発散レンズ１５、収束レンズ１５Ｂの位置を検出する手段としては、音叉振幅制御回路２６からの駆動信号に基づいて検出するようにしてもよい。この場合、発散レンズ１５等の位置を検出する手段を省略することができる。発散レンズ１５等を振動させるのに代えて、単に直線的に移動させるようにしてもよい。また、光絞り部１８を省略するようにしてもよい。
対物レンズを取り外し可能に設け、集束率の異なる対物レンズを装着可能としてもよい。対物レンズとして、例えば液体が封入され表面の湾曲率を調整することにより集束率を可変可能な構造のものを用いるようにしてもよい。発散レンズ或は収束レンズを変位させると同時に対物レンズの収束率を変更するようにしてもよい。
【００９２】
（６）上記実施形態１のビームスプリッタ１３の代わりに偏光ビームスプリッタに代えた構成であってもよい。なお、偏光ビームスプリッタを使用する場合、その偏光ビームスプリッタを通過したレーザ光が被測定物体１７で反射して偏光ビームスプリッタ１３に戻った際に光の振動方向を９０°回転させる振動方向変換手段としての１／４波長板が設けて、これにより、偏光ビームスプリッタに戻ったレーザ光がＬＤ１１の光軸の直交方向に反射されるようにしてもよい。
【００９３】
（７）実施形態３のビームスプリッタ１３、８６を、偏光ビームスプリッタに代えた構成であってもよい。なお、ビームスプリッタ１３、８６をそのまま使用する場合には、１／４波長板８２，８８を省略した構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態１に係る変位測定装置の構成を示す概略図
【図２】間隔可変手段を示す概略図
【図３】対物レンズの光学系を示す模式図
【図４】発散レンズと対物レンズとを組合わせた光学系を示す模式図
【図５】対物レンズの水平移動と、照射部位との関係を示した模式図
【図６】メモリ内のデータ構造を示した模式図
【図７】実施形態２における光学系を概略的に示す側面図
【図８】音叉の異なる形状を示す側面図
【図９】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１０】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１１】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１２】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１３】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１４】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１５】音叉の異なる形状を示す側面図
【図１６】実施形態３に係る変位測定装置の構成を示す概略図
【図１７】メモリ内のデータ構造を示した模式図
【符号の説明】
【００９５】
１…音叉
１１…ＬＤ（投光手段）
１３，８６…ビームスプリッタ（導光手段）
１５Ａ，１５Ｂ…収束レンズ（補助光学手段）
１６，６７…対物レンズ
１７，６８，８０…被測定物体
１９，７０…ＰＤ（受光手段）
２１…ＣＰＵ（制御手段）
２２…メモリ（記憶手段）
２３，７２…音叉振幅検出器（第１位置検出手段）
２５，７３…ソレノイド（可動手段）
２６…音叉振幅制御回路（可動手段）
２７…間隔可変手段
２８…移動手段
２９…対物レンズ位置検出器（第２位置検出手段）
６２…ＬＤ（第２の投光手段）
６５…第１レンズ（補助光学手段）
６６…第２レンズ（補助光学手段）
９０…ＣＣＤ（撮像手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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