JP2018151164A - 共焦点計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】共焦点計測装置1Aは、白色LED光源21から出射された光に、色収差を生じさせる回折レンズ11と、回折レンズ11を通過した光の色収差を増加させる回折レンズ13bと、集光された光が光軸に沿った色収差を有するように、計測対象範囲に集光する対物レンズ12とを備える構成である。
【選択図】図1
Description
共焦点計測装置の計測対象範囲を拡大するためには、光軸に沿った色収差を大きくする必要がある。ただし、計測の精度(分解能)は対物レンズの開口数(NA:numerical aperture)に依存する。そのため、対物レンズの焦点距離を大きくすると、計測対象範囲は拡大されるが、計測の精度は低下する。一方、回折レンズの開口数を大きくすることで、色収差を大きくすることができる。しかしながら、回折レンズの開口数を大きくするためには回折溝のピッチを小さくする必要がある。回折溝のピッチを小さくするには製造限界があり、それゆえ、回折レンズの開口数には限界がある。
本実施の形態の共焦点計測装置は、共焦点光学系を利用して計測対象物までの距離を非接触にて計測するものである。本実施の形態の共焦点計測装置で計測する計測対象物には、例えば液晶表示パネルのセルギャップ等がある。ここで、共焦点光学系では、対物レンズの焦点位置と共役な位置(像位置)に開口の効果をもつピンホールを配置することによって、焦点の合った光のみを検出することが可能となる。また、共焦点光学系においては、点光源から出射した光は、対物レンズにより計測対象物上に光軸方向に色収差を持った状態で集光される。計測対象物の表面に集光して反射された光は同じ光路を戻り、ピンホール上に集光される。共焦点光学系では焦点以外からの反射光は、殆どピンホールでカットされ、焦点位置のみの情報が得られる。以上により、共焦点光学系では、光軸方向に分解能をもつこととなり、それにより光軸方向の計測が可能となる。
次に、前記構成の共焦点計測装置1Aにおける計測対象物Mまでの距離の測定動作について、図1に基づいて説明する。
次に、本実施の形態の共焦点計測装置1Aにおける色収差重畳発生部13について、以下に説明する。
本発明の他の実施の形態について図7に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
測定範囲R’=N×R
となる。このため、共焦点計測装置1Bの測定範囲R’が回折レンズ11のみの場合に比べてN倍となることが分かる。すなわち、回折レンズ群32の回折レンズ11と回折レンズ13bとの数をN個にすれば、色収差がN倍となり、同一の対物レンズ12と組み合わせると測定中心距離は同じまま測定範囲R’をN倍にすることができる。
2つの凹レンズ13a及び2つの回折レンズ13bの配置順は、図示の例に限らず、任意の配置順としてよい。例えば、回折レンズ11、回折レンズ13b、回折レンズ13b、凹レンズ13a、凹レンズ13a、対物レンズ12の配置順に並べてもよい。
本発明のさらに他の実施の形態について図8に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1及び実施の形態2と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1及び実施の形態2の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
(変形例)
共焦点計測装置1Cの共焦点光学系にさらに、実施の形態2の色収差重畳発生部13を追加してもよい。このように、焦点距離f1の回折レンズ13bと焦点距離f3の回折レンズ14bを配置してもよい。
2 光ファイバケーブル
10A・10B・10C センサヘッド
11 回折レンズ(第1回折レンズ)
12 対物レンズ
13a・14a 凹レンズ(第1発散光学部、第2発散光学部)
13・14 色収差重畳発生部
13b・14b 回折レンズ(第2回折レンズ、第3回折レンズ)
20 コントローラ
21 白色LED光源(光源)
22 分岐光ファイバ
23 分光器(測定部)
24 受光素子(測定部)
25 処理部
26 モニタ
31・32・33 回折レンズ群
Claims (9)
- 共焦点光学系を利用した共焦点計測装置であって、
複数の波長の光を出射する光源と、
前記光源から出射された光に、色収差を生じさせる第1回折レンズと、
前記第1回折レンズを通過した光の色収差を増加させる第2回折レンズと、
集光された光が光軸に沿った色収差を有するように、前記第2回折レンズを通過した光を前記光軸に沿った計測対象範囲に集光する対物レンズと、
前記対物レンズで集光された光のうち、計測対象物上に合焦した波長の光の強度を測定する測定部とを備えることを特徴とする共焦点計測装置。 - 前記対物レンズに入射する光はコリメートされていることを特徴とする請求項1に記載の共焦点計測装置。
- 前記対物レンズよりも前記光源側に、光を発散させる第1発散光学部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の共焦点計測装置。
- 前記第1発散光学部は、少なくとも1つの凹レンズを有することを特徴とする請求項3に記載の共焦点計測装置。
- 発散系の焦点距離を負値で表現した場合、前記第2回折レンズの焦点距離をf1とし、前記第1発散光学部の焦点距離をf2とし、かつ前記第2回折レンズと前記第1発散光学部との間の距離をdとすると、f1+f2=dを満たすことを特徴とする請求項3又は4に記載の共焦点計測装置。
- 前記第1発散光学部は、前記第1回折レンズと前記第2回折レンズとの間に配置されており、
前記第2回折レンズと前記対物レンズとの間において光はコリメートされていることを特徴とする請求項3から5のいずれか一項に記載の共焦点計測装置。 - 前記第1回折レンズの焦点距離と前記第2回折レンズの焦点距離とは同じであることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の共焦点計測装置。
- 前記第1回折レンズの焦点距離と前記第2回折レンズの焦点距離とは異なることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の共焦点計測装置。
- 前記第1回折レンズと前記対物レンズとの間に、光の色収差を増加させる第3回折レンズと、光を発散させる第2発散光学部とを備えることを特徴とする請求項3から6のいずれか一項に記載の共焦点計測装置。
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