(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に上下動し且つその長手方向に細長い振動子の先端に接着された対物レンズを有し、光源からの光を前記対物レンズを通して対象物の表面に当て、該対象物からの反射光を受光し、受光した光量に基づいて前記対象物の表面の変位を測定する変位計において、
前記振動子の長手方向軸線上の先端には、前記対物レンズを支持するための円形リングが形成され、
該円形リングの中心を通り、前記振動子の長手方向軸線と直交する鉛直線上及び／又はその近傍領域で前記対物レンズが前記円形リングに接着され、
前記円形リングの中心を通り、前記振動子の振動に伴う剥離力が作用する前記振動子の長手方向軸線を含むその近傍領域で前記対物レンズが前記円形リングに接着されていないことを特徴とする変位計。
【請求項２】
前記円形リングには、前記鉛直軸線上及び／又はその近傍領域に径方向内方に突出し且つ径方向に互いに対向する少なくとも一対の第１の円弧片が形成され、該第１の円弧片に前記対物レンズが接着されていることを特徴とする請求項１に記載の変位計。
【請求項３】
前記円形リングが、前記長手方向軸線上及び／又はその近傍領域に径方向内方に突出し且つ径方向に互いに対向する少なくとも一対の第２の円弧片が形成され、該第２の円弧片の内周が前記対物レンズの外周に隣接して位置していることを特徴とする請求項２に記載の変位計。
【請求項４】
前記第１又は前記第２の円弧片のうち少なくとも前記第１の円弧片の内周面が段付き断面を有し、該内周面の段付き断面によって、前記第１の円弧片の内周面に、前記前記対物レンズの外周縁が着座する座が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の変位計。
【請求項５】
音叉の上方の振動子の先端に接着されたコリメートレンズと、前記音叉の下方の振動子の先端に接着された対物レンズとを有し、光源からの光を前記コリメートレンズと前記対物レンズとを通して対象物の表面に当て、該対象物からの反射光を受光し、受光した光量に基づいて前記対象物の表面の変位を測定する変位計において、
前記上方の振動子及び前記下方の振動子の長手方向軸線上の先端には前記コリメートレンズ及び前記対物レンズを支持するための円形リングが形成され、
前記円形リングの中心を通り、前記上方の振動子及び前記下方の振動子の長手方向軸線と直交する円直線上及び／又はその近傍領域で前記コリメートレンズ及び前記対物レンズが前記円形リングに接着され、
前記円形リングの中心を通り、前記上方の振動子及び前記下方の振動子の振動に伴う剥離力が作用する前記上方の振動子及び前記下方の振動子の長手方向軸線を含むその近傍領域で前記コリメートレンズ及び前記対物レンズが前記円形リングに接着されていないことを特徴とする変位計。
【請求項６】
前記円形リングには、前記鉛直軸線上及び／又はその近傍領域に径方向内方に突出し且つ径方向に互いに対向する少なくとも一対の第１の円弧片が形成され、該第１の円弧片に前記コリメートレンズ及び前記対物レンズが接着されていることを特徴とする請求項５に記載の変位計。
【請求項７】
前記円形リングが、前記長手方向軸線上及び／又はその近傍領域に径方向内方に突出し且つ径方向に互いに対向する少なくとも一対の第２の円弧片が形成され、該第２の円弧片の内周が前記コリメートレンズ及び前記対物レンズの外周に隣接して位置していることを特徴とする請求項６に記載の変位計。
【請求項８】
前記第１又は前記第２の円弧片のうち少なくとも前記第１の円弧片の内周面が段付き断面を有し、該内周面の段付き断面によって、前記第１の円弧片の内周面に、前記前記対物レンズの外周縁が着座する座が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の変位計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、金属、樹脂、紙、セラミックなどの表面の性状を知るための非接触変位計に関し、より詳しくは、合焦点検出式の変位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
合焦点検出式非接触変位計の一つとして、特開平７−１１３６１７号公報に開示の変位計が知られている。すなわち、特開平７−１１３６１７号公報には、対物レンズを機械的に振動させ又は対物レンズとコリメートレンズとを機械的に振動させて、対象物に照射する光の焦点が対象物の凹凸表面と一致する対物レンズの位置を検出することが提案されている。
【０００３】
本件出願人は、上記先行技術に記載されている装置の実用化に際して、対物レンズなどを機械的に上下動させる震動源としての音叉を用いている。図１、図２は、その実用化された音叉１を示す。この従来の変位計にあっては、音叉１の先端に円形リング２を有し、この円形リング２の内周面に対し、対物レンズなどのレンズ３の外周縁を、その全周に亘って塗布された接着剤を用いて接合されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
音叉１は、その一対の互いに平行に延びる細長い振動子４が、加振源（図示せず）によって、図１に示すように互いに離反又は接近するように振動するが、この振動子４の振動に伴って、振動子４の先端に形成された円形リング５とレンズ３との間に部分的に剥離力が作用する。
【０００５】
図３は、円形リング５とレンズ３との間の剥離現象を説明するための図であり、振動子４の軸線に沿って断面した図である。振動子４の振動に伴う剥離力は、振動子４の長手方向軸線ｘの近傍で作用し、この長手方向軸線ｘを含む領域６、７（図１）では接着力が経時的に変化し、最終的にはレンズ３が剥離する傾向がある。
【０００６】
レンズ３の周縁の部分的な剥離は、振動子４の振動特性の変化を誘発し、剥離によってレンズ３の振幅が変化することにより変位計の検出精度が低下してしまうという問題を有していた。また、対物レンズとコリメートレンズとを音叉１に取り付けた変位計にあっては、レンズ３の周縁の部分的な剥離によって、対物レンズとコリメートレンズとの間の振動バランスが崩れ、この結果、異常発振を生じてしまうという問題を有していた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、対物レンズなどの振動に伴う剥離による検出精度の低下を防止するようにした変位計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる技術的課題は、本発明によれば、基本的には、
光軸方向に上下動し且つその長手方向に細長い振動子の先端に接着された対物レンズを有し、光源からの光を前記対物レンズを通して対象物の表面に当て、該対象物からの反射光を受光し、受光した光量に基づいて前記対象物の表面の変位を測定する変位計において、
前記振動子の長手方向軸線上の先端には、前記対物レンズを支持するための円形リングが形成され、
該円形リングの中心を通り、前記振動子の長手方向軸線と直交する鉛直線上及び／又はその近傍領域で前記対物レンズが前記円形リングに接着され、
前記円形リングの中心を通り、前記振動子の振動に伴う剥離力が作用する前記振動子の長手方向軸線を含むその近傍領域で前記対物レンズが前記円形リングに接着されていないことを特徴とする変位計を提供することにより達成される。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、剥離が発生する細長い振動子の長手方向軸線上及び／又はその近傍領域では、意図的に、レンズを振動子に接着しないようにしてある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面のうち図４以降の図面を参照して詳しく説明する。
【００１１】
図４は、本発明に従う変位計の基本的な構成を示す図である。本発明に従う変位計１０は、レーザパワー制御回路１２で駆動されるレーザダイオード１４を有し、レーザダイオード１４が発するレーザ光は、順次、ビームスプリッタ１６、コリメートレンズ１８、対物レンズ２０を通過して対象物つまり被計測物Ｗの表面に集光される。
【００１２】
対象物Ｗで反射した光は、入射光とは逆の経路つまり対物レンズ２０とコリメートレンズ１８とを通ってハーフミラー２２まで戻り、このハーフミラー２２で直角に反射し、この反射光はピンホール２４を通って受光素子又はフォトダイオード２６に達する。
【００１３】
フォトダイオード２６は増幅器２８を介して演算部３０に接続され、フォトダイオード２６で光電変換した信号は増幅器２８に入力され、増幅器２８からの出力信号Ｘが演算部３０に入力される。
【００１４】
対物レンズ２０は、音叉３２の細長い上下の一対の振動子３４ａ、３４ｂのうち、下方の振動子３４ａの先端の円形リング３６の中に収容されてこの円形リング３６に対して取り付けられている。円形リング３６に対する対物レンズ２０の具体的な取付構造については後に詳しく説明する。
【００１５】
音叉３２の上方の振動子３４ｂの近傍には、この上方振動子３４ｂに臨ませてソレノイド３８が配置され、ソレノイド３８には、音叉振幅制御回路４０から所定の周期で電流が供給される。これにより、音叉３２は一定の振幅で振動し、対物レンズ２０が光軸方向に上下に振動する。
【００１６】
また、音叉３２の下方の振動子３４ａの近傍には、これに臨ませて位置検出センサ４２が配置されている。振動子３４ａの振動に伴う対物レンズ２０の変位位置は位置検出センサ４２によって検出され、この検出信号は増幅器４２に入力される。そして、増幅器２８からの出力信号Ｙは演算部３０に入力される。
【００１７】
演算部３０では、対物レンズ２０がどの位置にあるときに反射光がピンホール２４を通過するか、つまり受光素子２６の受光量が最大となるかを検出して、その時の対物レンズ２０の振幅つまり対象物Ｗの表面で合焦点を生じる時の対物レンズ２０の位置を演算して変位信号Ｓを生成する。この変位信号Ｓは、距離変換部４６で、光学系の基準位置からの距離に変換され、これにより対象物Ｗの表面の変位が測定される。
【００１８】
以上が、変位計１０の基本的な構成及び動作原理である。変位計１０は、例えば図５に示すように、音叉３２の加振源として、音叉３２の両方の振動子３４ａ、３４ｂに夫々取り付けられた２つの圧電素子５０を有していてもよく、この一対の圧電素子５０に電圧を印可することにより、振動子３４ａ、３４ｂを同期して振動させることができる。
【００１９】
変位計１０は、また、図６に示すように、音叉３２の下方の振動子３２ａに対物レンズ２０を取り付け、また、上方の振動子３２ｂにコリメートレンズ１８を取り付けることにより、音叉３２の振動によって同一光軸上に配置した対物レンズ２０とコリメートレンズ１８とを共に振動させるようにしてもよい。
【００２０】
上述した変位計１０において、下方振動子３２ａの先端の円形リング３６ａに対する対物レンズ２０及び上方振動子３２ｂの先端の円形リング３６ｂに対するコリメートレンズ１８の様々な取付構造を図７〜図１２を参照して説明する。
【００２１】
図７、図８は第１の実施の形態を示す。この第１の実施の形態では、円形リング３６は、その内周が円形である。また、円形リング３６の内周面は、図８に示すように、円形リング３６の断面において、段差の無い平らな面で構成されており、円形リングの内径は、対物レンズ２０及びコリメートレンズ１８の外径と実質的に同一である。円形リング３６には、その中心を通り且つ振動子３４の長手方向軸線ｘに直交する鉛直軸線ｙ上の径方向に互いに対向する領域６２、６４で接着剤を介して対物レンズ２０又はコリメートレンズ１８と接合され、この領域６２、６４以外では、円形リング３６とレンズ２０又は１８とは接合されていない。すなわち、円形リング３６は、少なくとも、振動子３４の長手方向軸線ｘを含む隣接領域６８、７０では、レンズ２０又は１８と接合されていない。
【００２２】
したがって、この第１実施の形態によれば、長手方向軸線ｘを含むその近傍領域６８、７０でレンズ２０（１８）と接合されていないため、従来のようにレンズ２０（１８）の全周を接着剤で接合した場合で発生した、振動子３４の振動に伴って領域６８、７０での剥離の問題を発生させることはない。
【００２３】
図９は第２実施の形態を示す。この第２実施の形態では、円形リング３６の内周における領域６２、６４つまり振動子３４の鉛直軸線ｙ上で互いに対向する領域に、半径方向内方に突出する一対の円弧片７２、７４が形成され、この領域６２、６４以外の領域では、円形リング３６の円形内周は、その内周縁と、対物レンズ２０又はコリメートレンズ１８の外周縁との間にクリアランスが設けられている。すなわち、円形リング３６は、その円形内周の径が対物レンズ２０又はコリメートレンズ１８の外径よりも大きく、鉛直軸線ｙ及びその近傍で互いに対向する領域６２、６４には、円周方向に延びる第１の円弧片７２、７４が径方向内方に突出して設けられている。
【００２４】
この一対の第１の円弧片７２、７４の内方縁は、対物レンズ２０又はコリメートレンズ１８の外周縁に沿って延びる円弧状であり、この円弧状の内方縁の径は、対物レンズ２０又はコリメートレンズ１８の直径と実質的に同一である。対物レンズ２０又はコリメートレンズ１８は一対の第１の円弧片７２，７４に対して接着剤６６によって接合されている。
【００２５】
図１０は第２の実施の形態の変形例を示す。上記第２の実施の形態では、円形リング３６の鉛直軸線ｙ上に、互いに対向する一対の第１の円弧片７２、７４を設け、この対向する一対の円弧片７２、７４にレンズ２０（１８）を接合するようにしたが、円形リング３６の鉛直軸線ｙを含む領域に複数の第１の円弧片を設けるようにしてもよい。
【００２６】
第２の実施の形態の変形例を示す図１０は、円形リング３６の内周において、鉛直軸線ｙを含むその近傍の互いに対向する領域の各々に、鉛直軸線ｙを挟んで鉛直軸線ｙから時計方向及び反時計方向に等間隔に離間した一対の第１の円弧片７２ａ（７４ａ）、７２ｂ（７４ｂ）が設け、この合計二対の第１の円弧片７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂに接着剤でレンズ２０（１８）を接合する例を示しているが、他の変形例として、鉛直軸線ｙ上の第１の円弧片７２（７４）と、鉛直軸線ｙから離間した一対の第１の円弧片７２ａ、７２ｂとを設けるようにしてもよい。
【００２７】
図１１は第３の実施の形態を示す。この第３の実施の形態では、鉛直軸線ｙに沿って径方向に互いに対向した一対の第１の円弧片７２、７４に加えて、長手方向軸線ｘに沿って径方向に互いに対向した一対の第２の円弧片７６、７８を含む。
【００２８】
この一対の第２の円弧片７６、７８の内方縁は、第１の円弧片７２、７４と同様に、対物レンズ２０又はコリメートレンズ１８の外周縁に沿って延びる円弧状であり、この円弧状の内方縁の径は、対物レンズ２０又はコリメートレンズ１８の直径と実質的に同一である。
【００２９】
この第３の実施の形態にあっては、レンズ２０（１８）は、鉛直軸線ｙに沿った第１の円弧片７２、７４とは接着剤で接合されているが、長手方向軸線ｘに沿った第２の円弧片７６、７８とは接合されていない。したがって、従来のようにレンズ２０（１８）の全周を接着剤で接合した場合で発生した、振動子３４の振動に伴って長手方向軸線ｘの近傍領域での剥離の問題を発生させることはない。この第３の実施の形態の変形例として、先の第２の実施の形態の変形例を図１０を参照して説明した技術的事項を採用してもよく、また、長手方向軸線ｘを含むその近傍の互いに対向する領域の各々に、長手方向軸線ｘを挟んでこの長手方向軸線ｘから時計方向及び反時計方向に等間隔に離間した一対の第２の円弧片が設けるようにしてもよく、また、これら各領域の一対の第２の円弧片に加えて、上述した長手方向軸線ｘ上の第２の円弧片７６、７８を設けるようにしてもよい。
【００３０】
上記第３の実施の形態のように、鉛直軸線ｙ及び長手方向軸線ｘの双方に沿って第１、第２の円弧片７２、７４、７６、７８を設けることにより、レンズ２０（１８）を円形リング３６を取り付けるときにレンズ２０（１８）の位置決めが容易となるという利点がある。
【００３１】
図１２、図１３は第４の実施の形態を示す。この第４の実施の形態は、上記第３の実施の形態（図１１）を例に、鉛直軸線ｙ上の第２の円弧片７２、７４の内周面を段付き断面した例を示すものであり、図１３から理解できるように、段付き断面によってレンズ２０（１８）の外周部が着座する座８０が形成されている。長手方向軸線ｘ上の第２の円弧片７６、７８においても、段付き断面の内周面によってレンズ２０（１８）が着座する座を形成するようにしてもよい。このことは、第２実施の形態の変形を示す図１０で説明した鉛直軸線ｙから時計方向及び反時計方向に等間隔に離間した一対の第１の円弧片７２ａ（７４ａ）、７２ｂ（７４ｂ）などにおいても同様にその内周面を段付き断面にして、レンズ２０（１８）が着座する座を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の変位計に含まれる音叉の側面図である。
【図２】図１の音叉の振動子の先端部分を示す部分平面図である。
【図３】図２の振動子の先端部分を軸線に沿って切断した断面図である。
【図４】本発明が適用された変位計の基本構成図である。
【図５】本発明が適用可能な変形例のうち、音叉の両方の振動子に圧電素子を設けた例を示す説明図である。
【図６】本発明が適用可能な変形例のうち、音叉の上方の振動子にコリメートレンズを設け、下方の振動子に対物レンズを設けた例を示す説明図である。
【図７】振動子に対するレンズの接合に関する第１の実施の形態を示す振動子の先端の円形リング及びこれに取り付けられたレンズの部分平面図である。
【図８】図７のVIII−VIIIに沿った断面図である。
【図９】振動子に対するレンズの接合に関する第２の実施の形態を示す振動子の先端の円形リング及びこれに取り付けられたレンズの部分平面図である。
【図１０】図９の第２の実施の形態の変形例を示す図９と同様の部分平面図である。
【図１１】振動子に対するレンズの接合に関する第３の実施の形態を示す振動子の先端の円形リング及びこれに取り付けられたレンズの部分平面図である。
【図１２】振動子に対するレンズの接合に関する第４の実施の形態を示す振動子の先端の円形リング及びこれに取り付けられたレンズの部分平面図である。
【図１３】図１２のＸ13−Ｘ13に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０    変位計
１４    レーザダイオード（光源）
１８    コリメートレンズ
２０    対物レンズ
３２    音叉
３４ａ  音叉の下方の振動子
３４ｂ  音叉の上方の振動子
３６    円形リング
７２、７４  第１の円弧片
７６、７８  第２の円弧片
Ｗ    対象物
ｘ    長手方向軸線
ｙ    鉛直軸線
【図１】
0003920686.tif 000002
【図２】
0003920686.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003920686.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003920686.tif 000008
【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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