光学计测装置制造方法
【专利摘要】在本发明的光学计测装置中，利用光对计测对象物(200)进行计测，具有头部(10)、控制部(20)、光纤(11)、存储部(40)。在本发明的光学计测装置中，光纤(11)连接头部(10)和控制部(20)。存储部(40)分别与所制造的头部(10)的各个体相关联，存储由控制部(20)进行运算所需的信息，来作为头部(10)的个体信息。控制部(20)，从相对于控制部(20)而在物理上独立存在的存储部(40、41)中读取个体信息，利用所读取的个体信息进行运算。
【专利说明】光学计测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用光来对计测对象物进行计测的光学计测装置，特别涉及包括使头部(光头)接受来自计测对象物的光的光学系统的光学计测装置。
【背景技术】
[0002]近年来，正在开发利用光来对计测对象物进行计测的光学计测装置。例如，作为以非接触方式对计测对象物的位移进行计测的光学计测装置，正在开发利用共焦点光学系统对计测对象物的位移进行计测的共焦点计测装置。共焦点计测装置，具体被美国专利第4585349号说明书(专利文献I)所公开。专利文献I所公开的共焦点计测装置具有色差透镜，该色差透镜使从用于出射多个波长的光的光源(例如白色光源)中出射的光，沿着光轴而产生色差。在专利文献I所公开的共焦点计测装置中，因计测对象物的位移不同而导致来自合焦的色差透镜的光的波长不同，因此通过了针孔(Pin hole)的光的波长发生变化，对通过了针孔的光的波长进行测定，来计测出计测对象物的位移。
[0003]另外，在美国专利第5785651号说明书(专利文献2)所公开的共焦点计测装置中，取代色差透镜而使用衍射透镜，使从光源出射的光沿光轴产生色差。此外，在专利文献2所公开的共焦点计测装置中，对从光源到准直透镜的光路以及从准直透镜到分光器的光路使用光纤。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:美国专利第4585349号说明书
[0007]专利文献2:美国专利第5785651号说明书
【发明内容】
[0008]发明要解决的问题
[0009]专利文献2那样的光学计测装置，用光纤来来连接头部和控制部(控制器)，该头部包括准直透镜等的光学系统，该控制部包括分光器等的光学单元，在这样的光学计测装置中，头部的光学系统的个体差异大，为了进行高精度计测，需要一对一地调整头部和控制部。因此，在头部破损时，在专利文献2那样的光学计测装置中，不仅是修头部，连控制部也要配套地邮寄到制造厂家返修，而且需要对修理后的头部和控制部进行一对一的调整。
[0010]进而，在专利文献2那样的光学计测装置中，由于需要对头部和控制部进行一对一的调整，因此在具有多个光学计测装置的情况下，也不能仅更换头部而改变装置的设计布局，而是需要使头部和控制部一体地进行移动。因此，在专利文献2那样的光学计测装置中存在如下问题:在改变装置的设计布局时，与仅更换头部的来改变装置的设计布局的情况相比，更加费工夫(费力费时)。
[0011]另外，正在开发这样的光学计测装置:将对头部和控制部进行了调整的信息(例如修正系数等)存储在头部的存储部中，在连接头部和控制部时，从存储部读取信息。在该光学计测装置中，预先存储了对头部进行了调整的信息，因此，不必使头部与控制部一对一对应，在头部破损时能够仅将头部邮寄至制造厂家返修，并且，也能够仅更换头部来改变装置的设计布局。
[0012]但是，在该光学计测装置中，需要在头部中设置包括存储部在内的电路部，因此会导致头部大型化。进而，由于需要从控制部读取存储在头部的存储部中的信息，因此在头部和控制部之间除了连接光纤以外还需要连接电线。
[0013]本发明正是鉴于此而做出的，目的在于提供一种光学计测装置，在不使头部大型化的前提下，能够具有相对于控制部来更换头部这样的互换性。
[0014]用于解决问题的手段
[0015]本发明的光学计测装置具有头部、控制部、光纤、存储部。头部包括接受来自计测对象物的光的光学系统。控制部包括光学单元，该光学单元将由头部接受的光转换为电信号，控制部对由光学单元转换来的电信号进行运算，输出计测结果。光纤连接头部和控制部，成为对头部的光学系统与控制部的光学单元进行连接的光路。存储部分别与所制造的头部的各个体相关联，存储由控制部进行运算所需的信息，来作为头部的个体信息。控制部从相对于控制部而在物理上独立存在的存储部中读取个体信息，利用所读取的个体信息进行运算。
[0016]另外，优选地，存储部具有以电性方式存储个体信息的存储介质，通过与控制部的输入端子相连接，能够从存储介质读取个体信息。
[0017]另外，优选地，存储部具有以磁性或光学方式存储个体信息的存储介质，利用控制部内置或所连接的读取部，从存储介质读取个体信息。
[0018]另外，优选地，存储部与头部系在一起，或者与头部所连接的光纤系在一起。
[0019]另外，优选地，存储部内置于与控制部连接的光纤的连接器部内，通过用于将连接器部连接至控制部的操作，能够将存储部连接至控制部的输入端子。
[0020]另外，优选地，控制部存储有特定信息，在无法从存储部读取个体信息的情况下，该特定信息能够作为运算所需的信息使用。
[0021]发明的效果
[0022]通过上述结构，本发明的光学计测装置，将存储了头部的个体信息的存储部，分别针对所制造的头部的各个体设置关联关系，控制部从存储部读取头部的个体信息，利用该个体信息进行运算，因此，即使更换头部也能够进行高精度计测。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示本发明的第一实施方式的光学计测装置的结构的示意图。
[0024]图2是表示在本发明的第一实施方式的共焦点计测装置中采用的头部的共焦点光学系统的结构的示意图。
[0025]图3是对在本发明的第一实施方式的共焦点计测装置中用于取得波长-距离修正系数的调整进行说明的示意图。
[0026]图4是对在本发明的第一实施方式的共焦点计测装置中使头部与存储部相关联的其它结构进行说明的示意图。
[0027]图5是表示本发明的第二实施方式的光学计测装置的结构的示意图。[0028]图6是表示本发明的第二实施方式的光学计测装置的其它结构的示意图。
[0029]图7是表示本发明的第三实施方式的光学计测装置的结构的示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
[0031](第一实施方式)
[0032]图1是表示本发明的第一实施方式的光学计测装置的结构的示意图。图1所示的光学计测装置，是利用共焦点光学系统对计测对象物200的位移(与计测对象物200之间的距离的变化)进行计测的共焦点计测装置100。在用共焦点计测装置100进行计测的计测对象物200中，例如有液晶显示面板的液晶层间隙(cell gap)等。
[0033]共焦点计测装置100具有:头部10，其具有共焦点的光学系统；控制部20，其经由光纤11而光学连接(各部)；监视部30，其显示从控制部20输出的信号；存储部40，其存储后述的头部10的个体信息。
[0034]头部10具有衍射透镜I和物镜(对物透镜)2，与衍射透镜I相比，物镜2配置在靠近计测对象物200 —侧。衍射透镜I的焦点距离(下面简称焦距)大于物镜焦距差，所述物镜焦距差是从衍射透镜到物镜的距离与物镜的焦距之间的差。
[0035]在此，衍射透镜I是这样的光学元件:使从后述的用于出射多个波长的光的光源(例如，白色光源)所出射的光，沿光轴方向产生色差。衍射透镜1，在透镜的表面，周期性的形成有例如位相衍射图(kinoform)形状或二维(binary)形状(层次形状、阶梯形状)等的细微的起伏形状，或者，形成有使光透过率周期性改变的振幅型的波带片(zone plate)。此外，衍射透镜I的结构并不仅限于上述记载的结构。
[0036]物镜2是这样的光学元件:其使通过衍射透镜I而产生了色差的光会聚到计测对象物200上。此外，在下面的说明中，共焦点计测装置100所采用的用于出射多个波长的光的光源是白色光源。
[0037]从白色光源出射的光，经由光纤11而被引导至头部10。为了能够使从光纤11出射的光在衍射透镜I中有效利用，需要使光纤11的数值孔径(NA numerical aperture)与衍射透镜I的数值孔径一致。因此，在光纤11与衍射透镜I之间设置聚光透镜3，将光纤11的数值孔径与衍射透镜I的数值孔径调整为一致。
[0038]光纤11是从头部10到控制部20的光路，并且也发挥针孔的功能。即，在由物镜2会聚的光中，在计测对象物200上合焦的光是在光纤11的开口部合焦的。因此，光纤11发挥这样的针孔的功能:对在计测对象物200上不会合焦的波长的光进行遮挡，使能够在计测对象物200上合焦的光通过。对于从头部10到控制部20的光路使用光纤11，因此不需要(另外设置)针孔。
[0039]在共焦点计测装置100中，对于从头部10到控制部20的光路使用了光纤11，因此，能够使头部10相对于控制部20而灵活地移动。
[0040]控制部20具有作为白色光源的白色LED (Light Emitting Diode:发光二极管)21、分支光纤22、分光器23、摄像元件24、控制电路部25。虽然使用白色LED21作为白色光源，但也可以使用其它光源，只要是能够出射白色光的光源即可。
[0041]分支光纤22，在与光纤11连接的一侧具有一条光纤22a，在其相反的一侧具有二条光纤22b、22c。此外，光纤22b连接至白色LED21，光纤22c连接至分光器23。因此，分支光纤22能够将从白色LED21出射的光引导至光纤11，并且，能够经由光纤11而将从头部10返回的光引导至分光器23。
[0042]分光器23具有:凹面镜23a，其对从头部10返回的光进行反射；衍射栅格23b，其入射由凹面镜23a反射来的光；聚光透镜23c,其对从衍射栅格23b出射的光进行会聚。分光器23只要能够按照每个波长来区分(分离)从头部10返回的光即可，可以使用单色式(Czerny-Turner type)、利特罗式(Littrow type)等中的任意型号的分光器。
[0043]摄像元件24是用于对从分光器23出射的光的强度进行测定的线性CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor:互补金属氧化物半导体)和 / 或CXD(Charge Coupled Device:电荷耦合器件)。在此，在共焦点计测装置100中，由分光器23以及摄像元件24构成测定部，该测定部按照每个波长来测定从头部10返回的光的强度。此外，测定部只要能够按照每个波长来测定从头部10返回的光的强度即可，可以由CCD等的摄像元件24的单体构成。另外，摄像元件24也可以是二维的CMOS和/或二维的(XD。
[0044]控制电路 部25具有:分光控制电路部25a，其控制白色LED21、摄像元件24等的动作；信号处理电路部25b，其对从摄像元件24输出的信号进行处理。进而，控制电路部25具有:输入接口 25c，其用于输入调整信号、后述的头部10的个体信息，该调整信号是用于对白色LED21、摄像元件24等的动作进行调整的信号；输出接口 25d，其与监视部30电连接，用于输出对摄像元件24的信号进行处理后的结果。
[0045]此外，在控制部20中，由分光器23、摄像元件24以及控制电路部25的分光控制电路部25a构成光学单元，该光学单元将由头部10接受的光转换为电信号。控制电路部25的信号处理电路部25b针对由光学单元转换来的电信号进行运算，输出计测结果。
[0046]监视部30显示由摄像元件24输出的信号。监视部30描画出从头部10返回的光的光谱波形，例如显出计测对象物200的距离为123.45 μ m。
[0047]在存储部40中，分别逐个与所制造的头部10的个体相对应关联地，存储用于在控制部20中进行运算所需的头部10的信息，来作为个体信息。在此，在用于对计测对象物200的位移进行计测的共焦点计测装置100的情况下，头部10的个体信息是后述的波长-距离修正系数。
[0048]接着，说明头部10的个体信息即波长-距离修正系数。图2是表示在本发明的第一实施方式的共焦点计测装置100中采用的头部10的共焦点光学系统的结构的示意图。图2所示的共焦点光学系统的结构，是与衍射透镜I相比，物镜2配置在计测对象物200 —侧的结构。即，在共焦点计测装置100中，通过衍射透镜I使从光纤11的端部出射的光沿光轴方向产生色差，通过物镜2使产生了色差的光会聚到计测对象物200上。
[0049]首先，在图2所示的共焦点计测装置100的光学系统中，将从光纤11的端部到衍射透镜I为止的距离设为a，将从衍射透镜I到物镜2为止的距离设为b，将从物镜2到被物镜2合焦的点为止的距离设为cO)。进而，就衍射透镜I而言,将光的波长为λ ^时的焦距设为fd(1，将有效径(有效直径)设为％。此外，使距离a与焦距fd(l相等。就物镜2而言，将焦距设为f。，将有效径(有效直径)设为(Pb (λ)。
[0050]并且，在图2所示的共焦点计测装置100的光学系统中，利用一般的透镜的公式，能够按照(式I)那样表现出从光纤11的端部到衍射透镜I为止的距离a、从衍射透镜I到被衍射透镜I将来自光纤11的出射光合焦的点为止的距离ag( λ )(未图示)衍射透镜I的焦距fd( λ )之间的关系，以及从衍射透镜I到物镜2为止的距离b、从物镜2到被物镜2合焦的点为止的距离c(X)、物镜2的焦距f。之间的关系。此外，物镜2的色差可以忽略。
[0051][数学式I]
【权利要求】
1.一种光学计测装置，利用光来对计测对象物进行计测，其特征在于， 具有: 头部(10)，其包括光学系统，该光学系统接受来自所述计测对象物的光， 控制部(20)，其包括光学单元，该光学单元将由所述头部(10)接受的光转换为电信号，所述控制部对由所述光学单元转换来的所述电信号进行运算，输出计测结果， 光纤(11)，其连接所述头部(10)和所述控制部(20)，成为对所述头部(10)的所述光学系统与所述控制部(20)的所述光学单元进行连接的光路， 存储部(40、41)，其分别与所制造的所述头部(10)的各个体相关联，存储由所述控制部(20)进行所述运算所需的信息，来作为所述头部(10)的个体信息； 所述控制部(20)，从相对于所述控制部(20)而在物理上独立存在的所述存储部(40、41)中读取所述个体信息，利用所读取的所述个体信息进行所述运算。
2.如权利要求1所述的光学计测装置，其特征在于， 所述存储部(40、41)，具有以电性方式存储所述个体信息的存储介质，通过与所述控制部(20)的输入端子(25c2)相连接，能够从所述存储介质读取所述个体信息。
3.如权利要求1所述的光学计测装置，其特征在于， 所述存储部(40、41)，具有以磁性或光学方式存储所述个体信息的存储介质，利用所述控制部(20)内置或所连接的读取部，从所述存储介质读取所述个体信息。
4.如权利要求2或3所述的光学计测装置，其特征在于， 所述存储部(40、41)，与所述头部(10)系在一起，或者与所述头部(10)所连接的所述光纤(11)系在一起。
5.如权利要求2所述的光学计测装置，其特征在于， 所述存储部(40、41)，内置于与所述控制部(20)连接的所述光纤(11)的连接器部内，通过用于将所述连接器部连接至所述控制部(20)的操作，能够将所述存储部连接至所述控制部(20)的所述输入端子(25c2)。
6.如权利要求1?3中任意一项所述的光学计测装置，其特征在于， 所述控制部(20)存储有特定信息， 在无法从所述存储部(40、41)读取所述个体信息的情况下，该特定信息能够作为所述运算所需的信息使用。
【文档编号】G01B11/00GK103988046SQ201280057337
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】山川慎介, 的场贤一, 松井优贵, 嶋田浩二 申请人:欧姆龙株式会社