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公開番号2024063972
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-14
出願番号2022172198
出願日2022-10-27
発明の名称測定装置
出願人株式会社東京精密
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01B 11/00 20060101AFI20240507BHJP(測定;試験)
要約【課題】光源から出力される多波長光を導光するときの漏れ量を抑制し、導光量を増加させることが可能な測定装置を提供する。
【解決手段】測定装置は、入射端側の受光面積が出射端側よりも大きいテーパ光ファイバを含み、光源から出力された多波長光を入射端側から取り込んで導光する導光路と、導光路を通じて導光される多波長光を光軸上の複数の位置で合焦させ、光軸上の測定対象物からの多波長光の反射光を受光するプローブと、反射光から、多波長光のうち測定対象物の表面で合焦して反射された成分を検出する分光器とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
入射端側の受光面積が出射端側よりも大きいテーパ光ファイバを含み、光源から出力された多波長光を前記入射端側から取り込んで導光する導光路と、
前記導光路を通じて導光される多波長光を光軸上の複数の位置で合焦させ、前記光軸上の測定対象物からの前記多波長光の反射光を受光するプローブと、
前記反射光から、前記多波長光のうち前記測定対象物の表面で合焦して反射された成分を検出する分光器と、
を備える測定装置。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記光源と前記導光路の前記入射端との間に配置された導光光学系を備える、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記導光光学系は、複数枚のレンズを含み、前記複数枚のレンズの開口数が前記光源側に配置されたレンズほど大きい、請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記導光路に設けられた光分岐器であって、前記光源からの前記多波長光を前記プローブ側に導光し、前記測定対象物からの前記反射光を前記プローブ側から前記分光器側に導光する光分岐器を備え、
前記テーパ光ファイバの前記入射端側の端部は、前記光分岐器の前記プローブ側のポートに接続され、
前記光源と前記光分岐器との間の光ファイバと、前記分光器と前記光分岐器との間の光ファイバの口径が、前記テーパ光ファイバの前記入射端側の端部の口径と略等しい、請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は測定装置に係り、特に色収差（軸上色収差）を利用して測定対象物の表面を測定する技術に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
色収差を利用して、測定対象物の表面高さを測定する技術が知られている。例えば、特許文献１には、測定対象物の表面に多波長光を照射し、表面で焦点を結ぶ波長の光を検出することにより、測定対象物の表面高さを測定する共焦点ポイントセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００９－１２２１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、色収差を利用した測定装置の例を示す構成図である。図８に示すように、測定対象物Ｗの平面を測定する場合、異なる複数の波長（色）の光を含む多波長光をコントローラ１０Ｐから出力し、光ファイバＦ及びプローブ５０Ｐを介して測定対象物Ｗに向けて照射する。プローブ５０Ｐから照射される多波長光は、色収差により光軸ＡＸ上の異なる位置で焦点（図中の○）を結ぶ。コントローラ１０Ｐの分光器２０Ｐは、測定対象物Ｗに照射した多波長光の反射光のうち、測定対象物Ｗの表面で合焦した波長の光を検出する。
【０００５】
ここで、多波長光としては、波長域が広い広帯域光（例えば、白色光）が使用されるが、広帯域光は、直進性が悪く、拡散しやすいという性質がある。測定対象物Ｗから戻ってくる反射光のうち、測定対象物Ｗの表面で合焦した波長の光を検出するためには、光ファイバＦのプローブ５０Ｐ側の開口ＡＰを小さくする必要がある。この場合、光ファイバＦが細くなり、光源１２Ｐから出力される多波長光の光ファイバＦの入力端Ｆｉｎへの導光効率が低下する。
【０００６】
入力端Ｆｉｎへの多波長光の導光量を確保するためには、光源１２Ｐの出力を上げることが考えられるが、光源１２Ｐの出力上昇による導光量の増加の効率は１％満たず、効率が悪い。
【０００７】
そして、光源１２Ｐから出力される多波長光のうち、光ファイバＦの入力端Ｆｉｎに導光されずに漏れた成分は、光源１２Ｐの周囲に配置された分光器２０Ｐ等に影響を与える場合がある。
【０００８】
例えば、光源１２Ｐとして２０２ｍＷの光源の光源を使用した場合、約２００ｍＷが光ファイバＦ内に導光されずに周囲に漏れてしまう。分光器２０Ｐの筐体が約２００ｍＷの漏れ光のうち約２分の１を１時間吸収した場合、外界との熱の出入がなく、分光器２０Ｐの筐体が鉄系の材料約２００ｇからなると仮定すると、その温度は筐体全体の平均で約５℃上昇する。実際には、分光器２０Ｐ内の各部品の材料特性、形状及び位置により温度ムラが発生するが、筐体の温度が平均で約５℃上昇した場合、一例で、温度変化が大きい箇所で約６℃、小さい箇所で約４℃上昇する。
【０００９】
図９～図１１は、温度ムラの影響を説明するための図である。図９に示すように、反射型の回折格子２２Ｐは、第１支持部材３０に支持されており、第２支持部材３２により回折格子２２Ｐの一部（縁部）が押さえられている。第１支持部材３０と第２支持部材３２は、ねじ３４により固定されている。回折格子２２Ｐは、第１支持部材３０を貫通するねじ３６により第１支持部材３０の載置面に対して傾いている。
【００１０】
第１支持部材３０、第２支持部材３２、ねじ３４及び３６が鉄系材料からなり、ねじ３６のみが周囲より温度が２℃低くなったと仮定すると、ねじ３６による回折格子２２Ｐの持ち上げ量Δ＝約２ｍｍが約０．０４μｍ小さくなる。このとき、回折格子２２Ｐのサイズ（Ｒ）を２５ｍｍとすると、回折格子２２Ｐがθ＝約１．６ｍｒａｄ傾いてしまう。
（【００１１】以降は省略されています）

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