(57)【要約】【課題】作動距離や測定範囲を簡単に変更できるようにするとともに、変更後も計測精度を確保できるようにする。【解決手段】センサヘッド１では、コリメートレンズ６および音叉８の振動に応じて往復動する一対の集光レンズ７ａ，７ｂにより、平行光または近似平行光を生成し、光出入口１１より出射する。光出入口１１には、対物レンズ１２が支持されたレンズホルダ１２が着脱可能に取り付けられる。光出入口１１から出た光は、対物レンズ１２により所定位置で集光する計測ビームＢＭに加工される。【選択図】図１
2007121122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部と絞りを含む受光部とを含み、前記投光部の光出射位置と前記絞りとが共役の関係になるように調整された同軸光学系の光軸上に、当該光軸に沿って往復動可能なレンズを含むレンズ部が配備され、前記受光部の受光量信号が極大値をとるときの前記レンズの位置に基づき計測対象物の変位を計測する変位センサにおいて、
前記同軸光学系が収容される筐体には、前記レンズ部の最終段のレンズのレンズ面に対向する位置に光出入口が形成されるとともに、その光出入口に、対物レンズが支持されたレンズホルダが着脱可能に配備され、
前記レンズ部は、前記往復動可能なレンズが一往復する間の所定の時点に、前記投光部からの光を平行光に転換して前記光出入口に導くように設定されていることを特徴とする変位センサ。
【請求項２】
請求項１に記載された変位センサにおいて、
前記レンズホルダまたはこのホルダ内の対物レンズの光軸方向における位置が変更可能に設定されている変位センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載された変位センサにおいて、
前記レンズ部は、前記往復動可能なレンズが静止状態のときに位置すべき基準位置に到達したときに、前記投光部からの光を平行光に転換するように設定されている変位センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された変位センサにおいて、
前記レンズ部から前記平行光および平行光に近似する光が出る間に前記受光部が得た受光量信号を用いて前記計測対象物までの距離を計測する計測手段を、さらに具備する変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投光部と絞りを含む受光部とを含み、前記投光部の光出射位置と前記絞りとが共役の関係になるように調整された同軸光学系（同軸共焦点方式の光学系と呼ばれている。）の光軸上に、当該光軸に沿って往復動可能なレンズ部が配備され、受光部の受光量信号が極大値をとるときの前記レンズの位置に基づき計測対象物の変位を計測するように構成された変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の変位センサは、投光部からレンズ部を介して出射された光が所定位置で集光すると、その集光点で反射した光は投光路と逆の経路を進行した後に、光出射位置と共役の関係にある絞りの位置で集光する原理を利用する。具体的には、レンズ部内の所定のレンズを光軸に沿って往復動させつつ所定位置で集光する計測ビームを出射するとともに、そのビームに対する反射光を受光し、受光部の受光量信号が極大値をとるときのレンズの位置から、計測対象物（以下、「ワーク」という。）の変位を求める。
この光学系や計測処理の原理を開示した文献として、たとえば、下記の特許文献１が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１３６１７号  公報
【０００４】
図８は、上記の特許文献１に開示されている変位センサの光学系の構成を示す。この光学系は、レーザーダイオード２０１による投光部２００、フォトダイオード２０１およびピンホール２０２を含む受光部２０３、ビームスプリッタ２０４および一対のレンズ２０５，２０６などにより構成される。レンズのうち、投受光部に近い方のレンズ２０５はコリメートレンズであり、他方のレンズ２０６は対物レンズである。
【０００５】
対物レンズ２０６は、図示しない音叉の先端に取り付けられており、音叉の振動に応じて光軸に沿って往復動する。この状態下でレーザーダイオード２０１を発光させると、前記レンズ２０５，２０６を通過した計測ビームＢＭの集光位置も変化する。したがって、計測ビームＢＭの集光位置とワークＷの表面の位置とが一致したときには、ワークＷからの反射光がピンホール２０２に集光するため、フォトダイオード２０１の受光量信号は大きくなる。一方、その他のときには上記の現象は生じず、フォトダイオード２０１には殆ど光が入射しない状態となる。よって、受光量信号が極大値になったときの対物レンズ２０６の位置からその時点における計測ビームＢＭの集光位置を求め、これをワークＷの位置とすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の変位センサは、ガラス基板上の電極パターンなど、ワーク上の微小な変位を計測する用途で使用されるため、光軸方向における照射光の集光範囲がきわめて狭い範囲に限定されるように（言い換えれば、焦点深度が浅くなるように）、光学系を調整する必要がある。
【０００７】
一方、ワークの基準面の高さや変位の大きさは、ワークの種類によって変動するので、センサの作動距離（センサの光出射面から計測ビームの集光位置までの距離のうちの最小の距離）や測定範囲（光ビームの集光位置が動く範囲）を自由に変更できるようにしたいという要望が生じている。
【０００８】
このような要望に応える一方法として、前記対物レンズを取り替えることが考えられるが、レンズの重さや径を変更すると、共振周波数も変化するため、レンズの駆動系も設計し直さなければならない。したがって、単純にレンズを取り替えるだけでは対応できず、この方法を実施するのは困難である。
【０００９】
また、下記の引用文献２に記載されているように、対物レンズとコリメートレンズとの間に発散レンズを配備し、この発散レンズを往復動させることによって、集光位置を調整する方法もある。しかし、この方法によると、対物レンズに入る光が平行光ではなくなるため、集光位置を絞り込むのが困難になり、計測精度を確保できないという問題が生じる。また、発散レンズを往復動させるため、集光位置を調整するために発散レンズを取り替えようとすると、上記の対物レンズを取り替える場合と同様の問題が生じる。
【００１０】
【特許文献２】特開２００４−１０２２２８  公報
【００１１】
さらに、この種の変位センサは、工場などでインライン計測に使用されることが多く、その計測中にワークが変更されることも多々あるが、上記のように、センサ内部のレンズや駆動系を取り替える方法は、計測を長時間中止しなければ実行できず、現場のユーザーが実行するのも困難であるから、インライン計測を行う現場での採用は困難である。
【００１２】
これに対し、同軸共焦点方式の光学系に変換用のレンズを追加することにより、集光位置を変動させるようにすれば、センサ本体の設計を変更せずに済み、インライン計測にも対応できるように思われる。
【００１３】
図９，１０は、前記図８の光学系が組み込まれたセンサヘッド２１０に変換用のレンズが組み込まれたレンズホルダ２１１を取り付けて、作動距離や測定範囲を変更した例を示す。図９の例では、前記レンズホルダ２１１内にコリメートレンズ２１２および集光レンズ２１３を組み込み、センサヘッド２１０内の光学系で集光させた光を一旦平行光にしてから、再び集光させている。また図１０の例では、１枚の集光レンズ２１４によって、集光後に広がった光を再び集光させている。
なお、いずれの図でも、ａ，ｂは、元々の光学系による作動距離および測定範囲を示し、Ａ，Ｂは、変更後の作動距離および測定範囲を示す。
【００１４】
このように理論的には、レンズを追加することによって、作動距離や測定範囲を変更することが可能である。しかし、一度絞り込まれた光の方向を変更すると、レンズの収差の影響等を受けやすくなり、その結果、再度集光する際の集光の範囲を十分に絞りきれず、計測の精度を確保できなくなる。
【００１５】
また図９，１０の例では、元の光学系により集光した後に広がった光を補正用のレンズ２１２，２１３，２１４に入射させるので、この補正用のレンズ２１２，２１３，２１４の高さを変更すると、作動距離や測定範囲も変動してしまう。このような構成では、ワークＷの高さに応じてレンズホルダ２１１の位置を調整すると、計測の条件も変動してしまい、容易に調整を行えないという問題が生じる。
【００１６】
加えて、図１０の方法では、発散光を集光することから径の大きなレンズ２１４が必要となる上に、元の光学系による光の集光位置からレンズ２１４までの距離Ｄをレンズ２１４の焦点距離より大きくなるように設定する必要があり、レンズホルダ２１１が大型化するという問題もある。
【００１７】
この発明は上記の問題点に着目してなされたもので、簡易な構成のレンズホルダを追加することで作動距離や測定範囲を簡単に変更できるようにするとともに、変更後も計測の精度を確保できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明にかかる変位センサは、投光部と絞りを含む受光部とを含み、前記投光部の光出射位置と前記絞りとが共役の関係になるように調整された同軸光学系の光軸上に、当該光軸に沿って往復動可能なレンズを含むレンズ部が配備され、前記受光部の受光量信号が極大値をとるときの前記レンズの位置に基づき計測対象物の変位を計測するものである。前記同軸光学系が収容される筐体には、前記レンズ部の最終段のレンズのレンズ面に対向する位置に光出入口が形成されるとともに、その光出入口に、対物レンズが支持されたレンズホルダが着脱可能に配備される。また、前記レンズ部は、前記往復動可能なレンズが一往復する間の所定の時点に、前記投光部からの光を平行光に転換して前記光出入口に導くように設定される。
【００１９】
上記構成によれば、筐体の光出入口から出射された光は、外付けの対物レンズによって所定位置に集光する。ここで、光出入口から出射される光が平行光となる時点であれば、対物レンズ通過後の光を、限定された範囲に絞り込むことができる。また、往復動するレンズの振れ幅が微小であれば、上記平行光が得られる時点以外でも、平行光に近似する光（以下、「近似平行光」という。）が生成されると考えられるから、同様に、対物レンズからの光を限定された範囲に絞り込むことができる。よって、この絞り込まれた光を用いて精度の良い計測を行うことができる。
【００２０】
なお、レンズ部には、１枚または複数枚のレンズを含めて良く、またそのうちの任意の数のレンズを往復動可能に設定してもよい。また、レンズホルダは１つに限らず、対物レンズの焦点距離が異なる複数種のレンズホルダを製作し、目的に応じたレンズホルダを選択して光出入口に取り付けるようにしてもよい。
【００２１】
前記変位センサの好ましい実施態様では、前記レンズホルダまたはこのホルダ内の対物レンズの光軸方向における位置が変更可能に設定される。この態様によれば、ワークの高さに応じて対物レンズの位置を調整することができる。また、光出入口から平行光または近似平行光が出射されていれば、光出入口から対物レンズまでの距離が変わっても、対物レンズに入射する光の幅は殆ど変化しない。よって、対物レンズを基準とする作動距離や測定範囲も殆ど変化しないから、対物レンズまたはレンズホルダの位置を容易に定めることができ、利便性の高い変位センサを提供することができる。
【００２２】
前記変位センサの他の好ましい実施態様では、前記レンズ部は、前記往復動可能なレンズが静止状態のときに位置すべき基準位置に到達したときに、前記投光部からの光を平行光に転換するように設定される。この場合、レンズが基準位置に到達する時点およびその前後の所定期間であって、レンズホルダに近似平行光が入る期間の受光量信号を用いた計測処理を行うようにすれば、精度の高い計測処理を行うことができる。
【００２３】
前記変位センサのさらに好ましい実施態様では、前記レンズ部から前記平行光および平行光に近似する光が出る間に前記受光部が得た受光量信号を用いて前記計測対象物までの距離を計測する計測手段が設けられる。この計測手段は、前記同軸光学系が収容される筐体内に設けても良いが、この筐体とは別体の装置として構成してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、簡易な構成で、ワークの種類等に応じて光の集光位置を簡単に調整することが可能である上に、光を集光させる範囲をきわめて狭い範囲に限定して、計測精度を確保することができる。よって、性能が良く、使い勝手の面でもすぐれた変位センサを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、この発明が適用された変位センサのセンサヘッド１の構成例を示す。
このセンサヘッド１は、ワークＷの表面に計測ビームＢＭを走査しながら、毎時の計測ビームＢＭに対するワークＷからの反射光を受光して、ワークＷの表面の変位を計測するのに必要な受光量信号を生成する。生成された受光量信号は後記するコントローラ２に取り込まれ、ワークＷの変位を計測するための処理が実行される。
【００２６】
この実施例のセンサヘッド１には、レーザーダイオード３０を用いた投光部３、フォトダイオード４０およびピンホール４１を含む受光部４、ハーフミラー５ａ，５ｂ、３枚のレンズ６，７ａ，７ｂなどによる同軸共焦点光学系が設けられる。さらにこのセンサヘッド１には、前記光学系に対する光出入口１０が形成される。この光出入口１０には、内面にネジ部を有する筒状体１１が連続形成され、その筒状体１１に対物レンズ１２が収容されたレンズホルダ１３が着脱可能に取り付けられる。
【００２７】
投光部３のレーザーダイオード３０は、その光軸を前記光出入口１０に向かう方向（この図では鉛直方向）に向けて配備される。受光部４は、この投光部３に対し、ハーフミラー５ａを介して同軸の関係にあり、レーザーダイオード３０の光出射面とピンホール４１とが共役の関係になるように配備される。
【００２８】
３枚のレンズ６，７ａ，７ｂのうち、投受光部３，４に最も近いレンズ６はコリメートレンズであり、残りの２枚のレンズ７ａ，７ｂは、焦点距離が同一の集光レンズである。各集光レンズ７ａ，７ｂは、それぞれ音叉８の先端部に一体に取り付けられる。また、各集光レンズ７ａ，７ｂの焦点は、音叉の中心線に一致している。
音叉の近傍位置には駆動用のコイル９が配備される。このコイル９に電流を流す期間と電流の供給を停止する期間とを一定の周期で繰り返すことにより音叉８が振動する。各集光レンズ７ａ，７ｂは、前記音叉８の振動に応じて、互いに接近する方向および遠ざかる方向に移動する。
【００２９】
なお、前記センサヘッド１内には、上方側の集光レンズ７ａの位置を検出するために、ＬＥＤ１４およびＰＳＤ１５が設けられる。また、計測領域内の画像を生成する目的で、所定数の画素を有するＣＣＤ１６が設けらている。光出入口１０からの反射光は、ハーフミラー５ｂを介してＣＣＤ１６へと導かれ、明暗を表す画像が生成される。
【００３０】
上記において、レーザーダイオード３０からの光は、ハーフミラー５ａ，５ｂを介してコリメートレンズ６に導かれ、平行光に転換される。さらにこの平行光は、集光レンズ７ａにより一旦集光された後に、もう一方の集光レンズ７ｂにより再び平行にされ、光出入口１０より出射される。
【００３１】
レンズホルダ１３内の対物レンズ１２は、前記光出入口１０から出射された平行光を受けて、所定位置に集光する計測ビームＢＭを生成する。限定された範囲に光を集光させるには、平行光を入射させるのが理想的な条件となるから、この実施例の計測ビームＭは、光軸方向の広がりがきわめて狭い範囲に集光すると考えられる。また、対物レンズ１２に入射する光が平行光であれば、対物レンズ１２がどの位置にあっても、このレンズ１２を基準とする作動距離や測定範囲は変わらないから、対物レンズ１２の設置高さの自由度が大きくなり、集光位置の調整も容易になる。また、外付けのレンズホルダ１３のみで作動距離や測定範囲を調整できるから、センサヘッド１やコントローラ２の構成を変更する必要がなく、一般ユーザーでも容易に調整作業を行って、所望の計測条件を設定することが可能になる。
【００３２】
図２は、前記ＰＳＤ１５により検出された集光レンズ７ａの位置を表す信号（以下、「レンズ位置信号」という。）と、フォトダイオード４０により得られた受光量信号との関係を示す。
前記ＰＳＤ１５は、前記ＬＥＤ１４から集光レンズ７ａに照射された光に対する反射光を受けて、その入射位置を示す信号を出力する。この信号は、後記する信号処理回路１８に取り込まれて、三角測量の原理に基づき、集光レンズ７ａの位置が求められる。これを時系列に並べたものが、図２のレンズ位置信号となる。集光レンズ７ａは、音叉８の振動に応じて移動するため、レンズ位置信号は、音叉８の静止時の位置（以下、「基準位置」という。）を中心に正弦波状に変化する信号となる。
【００３３】
前記ワークＷの表面が計測ビームＢＭの集光位置に一致すると、ワークＷ上で反射した計測ビームＢＭは投光路と反対の経路を通って、レーザーダイオード３０およびピンホール４１の位置で集光する。このときの受光量信号に極大値（ピーク）が現れる。
図２の例では、前記集光レンズが所定の位置Ｐにあるときに、受光量信号にピークが現れている。これは、集光レンズが位置Ｐに置かれたときの計測ビームＢＭの集光点の位置にワークＷの表面が位置していることを意味する。よって、この実施例では、あらかじめ、対物レンズ１２から計測ビームＢＭの集光位置までの距離とレンズ位置信号との関係を表す変換テーブルを求めておき、この変換テーブルを用いて受光量信号にピークが現れたときの集光レンズ７ａの位置に対応する距離を求め、その距離を前記対物レンズ１２からワークＷの表面までの距離（以下、この距離を「検出距離」という。）として認識するようにしている。
【００３４】
図３は、前記センサヘッド１およびコントローラ２の電気構成を示すブロック図である。
前記センサヘッド１には、前記光学系のほかに、ＥＥＰＲＯＭ１７、信号処理回路１８、音叉駆動回路１９、前記レーザーダイオード３０の駆動回路（図示せず。）などが組み込まれる。コントローラ２には、センサヘッド１側のフォトダイオード４０およびＣＣＤ１６からの信号に対するＡ／Ｄ変換回路２９ａ，２９ｂ、ＣＰＵ２０、画像メモリ２２、入出力インターフェース２３、モニタインターフェース２４、およびＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）２１などが組み込まれる。
【００３５】
ＦＰＧＡ２１は、センサヘッド１の動作制御および信号処理を担当するもので、ピーク検出部２５、対応位置検出部２６、駆動パルス生成部２７、セレクタ２８などが含まれる。
駆動パルス生成部２７は、一定の周期を有する駆動パルスを生成して、これを前記センサヘッド１の音叉駆動回路１９に供給する。音叉駆動回路１９は、前記コイル９に電流を供給するもので、前記駆動パルスに応じた周期で電流をオン・オフすることにより、音叉８を一定の周期で振動させる。
【００３６】
前記センサヘッド１の信号処理回路１８は、一定のサンプリング時間毎にＰＳＤ１５からの信号をサンプリングして集光レンズ７ａの位置を計測し、その計測値を出力する。出力された計測値は、コントローラ２の対応位置検出部２６に与えられる。
【００３７】
フォトダイオード（図３では「ＰＤ」として示す。）４０の受光量信号は、コントローラ２に入力された後、Ａ／Ｄ変換回路２９ａでディジタル変換され、ピーク検出部２５に供給される。ピーク検出部２５は、微分処理などによって受光量信号の極大値を検出し、極大値が検出されたときには、その旨を示す検出信号を出力する。この検出信号は、対応位置検出部２６およびセレクタ２８に供給される。
【００３８】
対応位置検出部２６は、前記検出信号が入力されとき、その入力時点でのレンズ位置信号の値をサンプルホールドしてＣＰＵ２０に出力する。
前記センサヘッド１のＥＥＰＲＯＭ１７は、ＣＰＵ２０に接続されている。ＣＰＵ２０は、前記対応位置検出部２６からサンプルホールド値を受け付けると、その値によりＥＥＰＲＯＭ１７の変換テーブルを参照し、前記サンプルホールド値に対応する距離（この実施例では、mm単位で表すようにしている。）を検出距離として抽出する。さらに、ＣＰＵ２０は、抽出した検出距離と１段階前に抽出した検出距離との差を求め、その差が所定のしきい値より大きい場合には、ワークＷの表面に変位が生じていると判断し、さらに前記検出距離の差が変位の大きさであると判断する。この変位の有無や変位部分の大きさにかかる判断の結果は、入出力インターフェース２３を介して図示しない外部機器に出力される。
【００３９】
なお、ＣＣＤ１６からの画像信号は、Ａ／Ｄ変換回路２９ｂおよびモニタインターフェース２４に与えられる。さらにＡ／Ｄ変換後の画像信号はセレクタ２８に与えられる。セレクタ２８は、前記ピーク検出部２５からの検出信号が入力されてから一定の期間が経過するまでに受け付けた画像データを画像メモリ２２に出力する。これにより画像メモリ２２には、前記センサヘッド１からの計測用ビームがワークＷの表面に一致したときに生成された画像が保存される。このほか、前記モニタインターフェース２４にモニタを接続することにより、センサヘッド１の計測対象領域の画像を常に表示することが可能になる。
【００４０】
なお、前記センサヘッド１には、焦点距離の異なる複数の対物レンズ１２を組み合わせることができる。この場合には、ＥＥＰＲＯＭ１７には、対物レンズ１２毎に変換テーブルが設定され、ＣＰＵ２０は、これらの変換テーブルの中から使用されている対物レンズ１２に対応するテーブルを選択して、前記検出距離を求める処理を実行する。
【００４１】
ところで、前記図１に示した光学系では、音叉８の静止時に、各集光レンズ７ａ，７ｂの焦点が音叉８の中心軸に合うように設定しているので、各レンズ７ａ，７ｂが基準位置に到達した時点では、光出入口１０に向けて完全な平行光を出射することができる。しかし、各集光レンズ７ａ，７ｂが基準位置から離れて焦点がずれると、光出入口１０への光は、完全な平行光とはならない。
【００４２】
ただし、レンズ７ａ，７ｂの移動範囲はきわめて小さなものであるから、レンズ７ａ，７ｂ間の焦点のずれもさほど大きくはならず、ほぼ平行とみなして差し支えのない光（近似平行光）を生成できると考えられる。よって、上記のセンサヘッド１の光出入口１０からは、常に平行光または近似平行光が出射されるので、対物レンズ１２からは、限定された範囲に集光する計測ビームＢＭを出すことができ、ワークＷ上の微小な変位を精度良く抽出することが可能になる。
なお、より厳密な計測精度が要求される場合には、集光レンズ７ａ，７ｂが基準位置にある時点およびその前後の各レンズ７ａ，７ｂ間の焦点のずれ量が所定値以内にある期間でのみ計測を行うようにしてもよい。
【００４３】
つぎに、この種の変位センサがインライン計測に使用される場合には、原則として、センサヘッド１は所定の高さ位置に配備され、その計測領域内にワークＷが順に搬入され、移動中のワークＷに対する計測処理が行われる。また、ワークＷの種類によって基準の高さが変動するので、ワークＷの表面がセンサヘッド１の測定範囲に含まれるように、センサヘッド１の高さを調整しなければならない場合もある。
【００４４】
しかし、センサヘッド１の支持部は、安定化のために堅固に構成されているので、高さ調整は困難である。
一方、前記した図９，１０に示すように、外付けのレンズによって計測ビームＢＭの集光位置を延ばす方法も考えられるが、先に説明したように、これらの構成では光が集光する範囲が広がり、計測精度を確保できないという問題が生じる。
これに対し、前記図１に示した光学系の場合には、ワークＷの高さに応じて対物レンズ１２の位置を調整することによって、容易に対応することができる。
【００４５】
図４は、センサヘッド１に対する前記レンズホルダ１３の取り付け位置を微調整できるようにした例を示す。なお、この実施例およびつぎの図５の実施例では、主要な構成は図１と同様であるので、図１と同じ構成については、図中に同じ符号を付すことによって、説明を省略する。
【００４６】
この例では、前記センサヘッド１の光出入口１０に連通する筒状体１１にネジ穴１０１を設け、そのネジ穴１０１に挿入されたネジ１０２により、レンズホルダ１３を任意の高さ位置に固定できるようにしている。この構成によれば、ワークＷの表面がセンサヘッド１の測定範囲に含まれるように、筒状体１１に対するレンズホルダ１３の高さ位置を調整した後に、その調整された位置にレンズホルダ１３を固定することができるので、センサヘッド１の高さを変更することなく、ワークＷの高さに対応することができる。また、このようにレンズホルダ１３の位置を調整しても、対物レンズ１２に入射する光の幅は殆ど変わらないから、計測ビームＢＭが集光する範囲が広がるおそれもなく、計測の精度を安定させることができる。
さらに、対物レンズ１２を基準とする作動距離や測定範囲も殆ど変わらないと考えられるから、同一の対物レンズ１２が使用される限り、その設置の高さにかかわらず、同じ変換テーブルを用いて検出距離を求めることができる。よって、作動距離や測定範囲をワークＷに適合させることのみを考慮してレンズホルダ１３の位置を調整すればよいから、調整作業はきわめて容易になる。
【００４７】
なお、対物レンズ１２の高さを調整する構成は上記に限定されるものではない。たとえば、レンズホルダ１３の長さを可変設定できるように構成し、その長さの調整によって対物レンズ１２の高さを変更するようにしてもよい。
【００４８】
図５は、１つのワークＷを計測する間に、その表面の高さのばらつきに応じて対物レンズ１２の位置を調整できるようにした構成例を示す。
ワークＷの表面は、肉眼では平坦に見えても、完全に均一な面として形成されることはない。一方で、微小な変位を検出するために測定範囲は小さく設定される傾向がある。このため、計測中に測定範囲に対してワークＷが上下動し、検出したい変位の部分が測定範囲の外に出てしまうなど、計測エラーが生じる可能性がある。そこで、図５の実施例では、前記筒状体１１の内部にボイスコイル式の上下動機構１０３を設け、この機構１０３によりレンズホルダ１３を筒状体１１の内部で上下動可能に支持するようにしている。またワークＷの表面が常に測定範囲の中心付近に位置するように、毎時の計測値に基づいてレンズホルダ１３の高さを調整するようにしている。
【００４９】
図６は、前記上下動機構１０３の概略構成を示す。
この例の上下動機構１０３は、レンズホルダ１３の側面に設けられた４個のフォーカシングマグネット１０４と、各マグネット１０４毎に対向配備される４個のフォーカス駆動コイル１０５とにより構成される。このほか、センサヘッド１の本体内部には、各フォーカス駆動コイル１０５に対する電流供給回路が設けられる。
【００５０】
上記の構成において、前記対物レンズ１２を支持するレンズホルダ１３は、各フォーカス駆動コイル１０５とこれに対応するマグネット１０４との間に生じた磁界Ｍによって、所定の高さ位置に支持される。また、各フォーカス駆動コイル１０５に流す電流の向きおよび大きさを制御することにより、レンズホルダ１３を、光軸の方向（図６の紙面に直交する方向）に沿って往復動させることができる。
【００５１】
上記図５，６に示した構成のセンサヘッド１を使用する場合には、コントローラ２のＣＰＵ２０は、検出距離を求める都度、その検出距離について基準の検出距離に対する差を求め、その差の値に基づき前記フォーカス駆動コイル１０５に流す電流の方向や電流量を決定し、その決定に応じて前記電流供給回路を制御する。なお、基準の検出距離とは、測定範囲の中心点、すなわち前記集光レンズが基準位置にあるときの計測ビームＢＭの集光位置から対物レンズ１２までの距離に相当する。
上記の制御によれば、図７に示すように、ワークＷ上の測定対象位置が対物レンズ１２に近づくと、ワークＷから遠ざかるために対物レンズ１２は上方に移動し、測定対象位置が対物レンズ１２から遠ざかると、対物レンズ１２はワークＷに近づくために下方に移動するようになる。
【００５２】
上記の構成によれば、ワークＷの表面が常に測定範囲の中心部に位置するように調整して計測を行うことができるので、変位の部分が測定範囲から逸脱するのを防止して、精度の高い計測を行うことができる。ただし、この制御によると、検出すべき変位が現れた場合にも対物レンズ１２の位置調整が行われてしまうので、基準の位置に対する検出距離の差が前記変位の有無を判別するためのしきい値より小さい場合にのみ、位置調整を行うようにするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明が適用されたセンサヘッドの光学系を示す説明図である。
【図２】レンズ位置信号と受光量信号との関係を示す説明図である。
【図３】変位センサのブロック図である。
【図４】レンズホルダの位置を調整できるようにした例を示す説明図である。
【図５】レンズホルダを計測中に上下動できるようにした例を示す説明図である。
【図６】図５の上下動機構の構成を示す説明図である。
【図７】図５の構成の変位センサの調整処理による測定対象位置と対物レンズとの関係を示す説明図である。
【図８】従来の変位センサにおける同軸共焦点光学系の構成を示す説明図である。
【図９】図８の光学系によるセンサヘッドにレンズを追加した例を示す説明図である。
【図１０】図８の光学系によるセンサヘッドにレンズを追加した例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  センサヘッド
２  コントローラ
３  投光部
４  受光部
６  コリメートレンズ
７ａ，７ｂ  集光レンズ
８  音叉
９  コイル
１０  光出入口
１１  筒状体
１２  対物レンズ
１３  レンズホルダ
ＢＭ  計測ビーム
Ｗ    ワーク
【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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