共焦点変位センサ
【課題】より簡単かつ安価に振動部を作製することが可能な共焦点変位センサを得る。
【解決手段】共焦点変位センサにおける振動部４０は、固定体４６と、一端４１Ａ側の側面４１Ｓが固定体４６に固着され、他端４１Ｂ側に設けられた第１レンズ３１を光軸に沿うように往復移動させる第１振動子４１と、一端４２Ａ側の側面４２Ｓが固定体４６に固着される第２振動子４２と、を含み、固定体４６、第１振動子４１、および第２振動子４２は、平板状の部材からそれぞれ形成される。
【解決手段】共焦点変位センサにおける振動部４０は、固定体４６と、一端４１Ａ側の側面４１Ｓが固定体４６に固着され、他端４１Ｂ側に設けられた第１レンズ３１を光軸に沿うように往復移動させる第１振動子４１と、一端４２Ａ側の側面４２Ｓが固定体４６に固着される第２振動子４２と、を含み、固定体４６、第１振動子４１、および第２振動子４２は、平板状の部材からそれぞれ形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点変位センサに関し、特に、非接触で計測対象物の表面変位を計測する共焦点変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−７７４４３号公報（特許文献１）には、振動部およびレンズ部を備えた共焦点変位センサが開示される。この共焦点変位センサの振動部は、一枚の弾性板が折り曲げられることによって構成される。特許文献１は、当該構成によれば、簡単かつ安価に振動部を作製することができると述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７７４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、より簡単かつ安価に振動部を作製することが可能な共焦点変位センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に基づく共焦点変位センサは、振動部によって振動されるレンズ部を有し、投光部から出射された光が上記レンズ部を通過して計測対象物に照射され、上記計測対象物からの反射光が上記レンズ部を通過して受光部に受光される同軸共焦点光学系を備え、上記受光部における受光量が最大となる時点の上記レンズ部の位置から上記計測対象物の表面変位を計測する共焦点変位センサであって、上記レンズ部は、上記同軸共焦点光学系の光軸上に位置する第１レンズを含み、上記振動部は、固定体と、一端側の側面が上記固定体に固着され、他端側に設けられた上記第１レンズを上記光軸に沿うように往復移動させる第１振動子と、一端側の側面が上記固定体に固着される第２振動子と、を含み、上記固定体、上記第１振動子、および上記第２振動子は、平板状の部材からそれぞれ形成される。
【０００６】
好ましくは、上記レンズ部は、上記同軸共焦点光学系の上記光軸上に位置し、上記第１レンズに間隔を空けて対向配置される第２レンズをさらに含み、上記第２振動子は、上記第２振動子の他端側に設けられた上記第２レンズを上記光軸に沿うように往復移動させる。
【０００７】
好ましくは、上記第１振動子および上記第２振動子は、各々の一端側に比べて各々の他端側の方が幅狭に形成される。
【０００８】
好ましくは、上記第１振動子および上記第２振動子は、溶接またはろう付によって上記固定体に固着される。
【０００９】
好ましくは、上記固定体は、平板状の部材から形成される基台と、平板状の部材から形成され、上記基台と上記第１振動子の上記側面との間に設けられる第１スペーサ部材と、平板状の部材から形成され、上記基台と上記第２振動子の上記側面との間に設けられる第２スペーサ部材と、を有する。
【００１０】
好ましくは、上記第１スペーサ部材と上記基台とは、溶接またはろう付によって互いに固着され、上記第２スペーサ部材と上記基台とは、溶接またはろう付によって互いに固着される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、より簡単かつ安価に振動部を作製することが可能な共焦点変位センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態における共焦点変位センサの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態における共焦点変位センサに用いられる振動部を示す斜視図である。
【図３】実施の形態における共焦点変位センサに用いられる振動部を分解して示す斜視図である。
【図４】実施の形態における共焦点変位センサに用いられる第１振動子、第２振動子、および固定体を示す第１斜視図である。
【図５】実施の形態における共焦点変位センサに用いられる第１振動子、第２振動子、および固定体を示す第２斜視図である。
【図６】実施の形態の第１変形例における共焦点変位センサの全体構成を模式的に示す図である。
【図７】実施の形態の第２変形例における共焦点変位センサに用いられる固定体を示す斜視図である。
【図８】実施の形態の第３変形例における共焦点変位センサに用いられる第１振動子および第２振動子を示す斜視図である。
【図９】一端側の幅と他端側の幅とが同一に構成される振動子に作用する応力分布を示す図である。
【図１０】一端側の幅よりも他端側の幅が大きく構成される振動子に作用する応力分布を示す図（その１）である。
【図１１】一端側の幅よりも他端側の幅が大きく構成される振動子に作用する応力分布を示す図（その２）である。
【図１２】一端側の幅よりも他端側の幅が大きく構成される振動子に作用する応力分布を示す図（その３）である。
【図１３】実施の形態の第４変形例における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す図（その１）である。
【図１４】実施の形態の第４変形例における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す図（その２）である。
【図１５】実施の形態の第４変形例における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す図（その３）である。
【図１６】実施の形態の第４変形例における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す図（その４）である。
【図１７】比較例１における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す斜視図である。
【図１８】比較例２における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す斜視図である。
【図１９】比較例２における共焦点変位センサに用いられる振動子に作用する内部応力（非振動時）を示す斜視図である。
【図２０】比較例２における共焦点変位センサに用いられる振動子に作用する内部応力（振動時）を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に基づいた実施の形態および比較例について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態および比較例の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００１４】
（共焦点変位センサ１００の構成）
図１を参照して、実施の形態における共焦点変位センサ１００について説明する。計測対象物２４の表面変位を計測する共焦点変位センサ１００は、同軸共焦点光学系５０を備える。共焦点変位センサ１００における同軸共焦点光学系５０は、レーザダイオード１０（投光部）、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１４、集光レンズ１６、絞り板１８、レンズ部３０、振動部４０、対物レンズ２０，２２、結像レンズ２６、およびフォトダイオード２８（受光部）から構成される。
【００１５】
レーザダイオード１０は、その光軸が、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１４、集光レンズ１６、レンズ部３０、および対物レンズ２０，２２を挟んで計測対象物２４に向くように配置される。レーザダイオード１０、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１４、集光レンズ１６、絞り板１８、レンズ部３０、および対物レンズ２０，２２は、互いに同軸の関係となるように間隔を空けて配置される。
【００１６】
フォトダイオード２８は、偏光ビームスプリッタ１４を挟んでレーザダイオード１０と同軸の関係となるように配置される。集光レンズ１６とレンズ部３０との間に配置される絞り板１８には、ピンホール１９が設けられる。
【００１７】
レンズ部３０は、互いに間隔を空けて対向配置される第１レンズ３１および第２レンズ３２を含む。振動部４０は、第１レンズ３１を往復移動させる第１振動子４１、および第２レンズ３２を往復移動させる第２振動子４２を含む（詳細は後述する）。
【００１８】
第１振動子４１および第２振動子４２の間には、駆動用コイル４８が設けられる。駆動用コイル４８に電流を流す時間と電流の供給を停止する時間とが繰り返されるとによって、第１振動子４１および第２振動子４２、ならびに第１レンズ３１および第２レンズ３２は、互いに接近する方向（矢印ＤＲ１参照）および遠ざかる方向（矢印ＤＲ２参照）に振動する。
【００１９】
第１レンズ３１は、レーザダイオード１０からの光軸上において、この光軸に沿うように、矢印ＤＲ１，ＤＲ２方向に往復移動する。第２レンズ３２は、レーザダイオード１０からの光軸上において、この光軸に沿うように、矢印ＤＲ１，ＤＲ２方向に往復移動する。往復移動する第２レンズ３２の変位は、第２レンズ３２の近傍に設けられた位置検出センサ４０Ｎによって検出される。
【００２０】
（共焦点変位センサ１００の動作）
レーザダイオード１０から出射された光は、コリメートレンズ１２によって平行光に変化される。この平行光は、偏光ビームスプリッタ１４を通して集光レンズ１６に導かれる。集光レンズ１６は、この平行光をピンホール１９に向けて集光する。集光レンズ１６によって集光された光は、ピンホール１９を通過する。
【００２１】
ピンホール１９を通過した光は、第１振動子４１によって振動される第１レンズ３１に導かれ、次に、第２振動子４２によって振動される第２レンズ３２に導かれる。対物レンズ２０および対物レンズ２２は、第２レンズ３２から出射された光を受けて、計測対象物２４に向かって集光する計測ビームＬを生成する。対物レンズ２２からの計測ビームＬは、計測対象物２４の表面に照射される。
【００２２】
計測対象物２４に向けて照射された計測ビームＬは、計測対象物２４の表面に反射する。計測対象物２４からの反射光は、対物レンズ２２、対物レンズ２０、第２レンズ３２、第１レンズ３１、ピンホール１９、集光レンズ１６、偏光ビームスプリッタ１４、および結像レンズ２６を通して、フォトダイオード２８によって受光される。
【００２３】
ここで、計測ビームＬの集光位置は、光軸方向にレンズ部３０（第１レンズ３１および第２レンズ３２）が往復移動することによって変化する。対物レンズ２２によって集光される計測ビームＬの集光位置が、計測対象物２４の表面位置に一致したとする。計測対象物２４上で反射した光は、ピンホール１９から第１レンズ３１へ向かう光とは反対の経路を通って、ピンホール１９の位置で集光する。フォトダイオード２８によって受光される受光量の値は、最大（ピーク）となる。
【００２４】
対物レンズ２２と計測ビームＬの集光位置との間の距離、ならびに位置検出センサ４０Ｎによって検出される第２レンズ３２の位置信号は、予め変換テーブルに記録されている。当該変換テーブルを使用して、フォトダイオード２８における受光量が最大となる時点の第２レンズ３２の位置から、計測対象物２４の表面変位が計測される。共焦点変位センサ１００は、以上のようにして、計測対象物２４の表面変位を計測することができる。
【００２５】
（振動部４０）
図２〜図５を参照して、振動部４０の詳細について説明する。図２に主として示すように、振動部４０は、第１振動子４１、第２振動子４２、固定体４６、台座４７（図２，図３）、駆動用コイル４８（図２，図３）、および支持具４９（図２，図３）を備える。
【００２６】
第１振動子４１は、平板状の部材（平坦な金属製平板材料）から形成され、台形部４１Ｄおよび円環部４１Ｃを有する。第１振動子４１の台形部４１Ｄは、一端４１Ａ側に比べて他端４１Ｂ側の方が幅狭となるようにテーパー状に形成される。他端４１Ｂ側に、円環部４１Ｃが設けられる。円環部４１Ｃに設けられた開口に、第１レンズ３１が取り付けられる。詳細は後述されるが、第１振動子４１の一端４１Ａ側の側面４１Ｓが、固定体４６（第１スペーサ部材４３）に固着される（図３の矢印ＡＲ１参照）。
【００２７】
第２振動子４２は、平板状の部材（平坦な金属製平板材料）から第１振動子４１と同様に形成され、台形部４２Ｄおよび円環部４２Ｃを有する。第２振動子４２の台形部４２Ｄは、一端４２Ａ側に比べて他端４２Ｂ側の方が幅狭となるようにテーパー状に形成される。他端４２Ｂ側に、円環部４２Ｃが設けられる。円環部４２Ｃに設けられた開口に、第２レンズ３２が取り付けられる。詳細は後述されるが、第２振動子４２の一端４２Ａ側の側面４２Ｓが、固定体４６（第２スペーサ部材４４）に固着される（図３の矢印ＡＲ４参照）。
【００２８】
図３および図４に示すように、本実施の形態における固定体４６は、第１スペーサ部材４３、基台４５、および第２スペーサ部材４４を有する。第１スペーサ部材４３は、平板状の部材から長方形状に形成される。第２スペーサ部材４４は、第１スペーサ部材４３と同様に、平板状の部材から長方形状に形成される。
【００２９】
図３に示すように、基台４５は、平板状の部材からＬ字状に形成され、第１延在部４５Ａおよび第２延在部４５Ｃを有する。第１延在部４５Ａには、貫通孔４５Ｒが設けられる。第２延在部４５Ｃには、貫通孔４５Ｓ，４５Ｔが設けられる。
【００３０】
第１延在部４５Ａの一方の面に、第１スペーサ部材４３が固着される（矢印ＡＲ２参照）。第１延在部４５Ａの他方の面に、第２スペーサ部材４４が固着される（矢印ＡＲ３参照）。第１スペーサ部材４３および第２スペーサ部材４４は、第１延在部４５Ａに対して溶接またはろう付などによって固着されるとよい。
【００３１】
上述のとおり、第１振動子４１は、第１スペーサ部材４３の基台４５に固着された面とは反対側の面に固着される（矢印ＡＲ１参照）。第１振動子４１の一端４１Ａ側の側面４１Ｓは、第１スペーサ部材４３に対して溶接またはろう付などによって固着されるとよい。
【００３２】
上述のとおり、第２振動子４２は、第２スペーサ部材４４の基台４５に固着された面とは反対側の面に固着される（矢印ＡＲ４参照）。第２振動子４２の一端４２Ａ側の側面４２Ｓは、第２スペーサ部材４４に対して溶接またはろう付などによって固着されるとよい。
【００３３】
駆動用コイル４８は、ベース部４８Ｂおよびコイル部４８Ｃを有する。ベース部４８Ｂには、貫通孔４８Ｈが設けられる。支持具４９は、金属材料からＬ字状に形成される。支持具４９の一端４９Ａ側には、貫通孔４９Ｒが設けられる。支持具４９の中央近傍には、貫通孔４９Ｐ，４９Ｑが設けられる。支持具４９の一端４９Ａから、支持具４９に駆動用コイル４８が嵌め込まれる（矢印ＡＲ５および図２参照）。
【００３４】
台座４７は、固定部４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ、および収容部４７Ｊ，４７Ｋを有する。固定部４７Ａには、ネジ孔４７Ｒが設けられる。固定部４７Ｂには、ネジ孔４７Ｐ，４７Ｑが設けられる。固定部４７Ｃには、ネジ孔４７Ｓ，４７Ｔが設けられる。
【００３５】
振動部４０が組み立てられた状態では、基台４５の貫通孔４５Ｒおよび支持具４９の貫通孔４９Ｒを通して、ボルト（図示せず）が台座４７のネジ孔４７Ｒに螺合される。当該螺合によって、基台４５の第１延在部４５Ａおよび支持具４９の一端４９Ａは、台座４７の固定部４７Ａに締結固定される。
【００３６】
基台４５の貫通孔４５Ｓ，４５Ｔを通して、ボルト（図示せず）が台座４７のネジ孔４７Ｓ，４７Ｔに螺合される。当該螺合によって、基台４５の第２延在部４５Ｃは、台座４７の固定部４７Ｃに締結固定される。支持具４９の貫通孔４９Ｐ，４９Ｑを通して、ボルト（図示せず）が台座４７のネジ孔４７Ｐ，４７Ｑに螺合される。当該螺合によって、支持具４９の他端４９Ｂは、台座４７の固定部４７Ｂに締結固定される。
【００３７】
振動部４０が組み立てられた状態では、第２振動子４２の他端４２Ｂは、台座４７の収容部４７Ｋ内に配置される（矢印ＡＲ６参照）。駆動用コイル４８は、台座４７の収容部４７Ｊ内に配置される。
【００３８】
図５は、第１振動子４１、第２振動子４２、固定体４６、および支持具４９等を示す斜視図である。図５においては、図示上の便宜のため、第１振動子４１の一部が破断して示されており、第２レンズ３２（図４等参照）は図示されていない。図５に示すように、振動部４０が組み立てられた状態では、支持具４９の他端４９Ｂは、第１振動子４１の他端４１Ｂ側の側面４１Ｓと第２振動子４２の他端４２Ｂ側の側面４２Ｓとの間に位置する。
【００３９】
支持具４９の他端４９Ｂの一方の側面４９Ｂ１と第１振動子４１の側面４１Ｓとの間には間隔４１Ｍが設けられる。支持具４９の他端４９Ｂの他方の側面４９Ｂ２と第２振動子４２の側面４２Ｓとの間には間隔４２Ｍが設けられる。
【００４０】
駆動用コイル４８のコイル部４８Ｃに電流が流されると、コイル部４８Ｃに発生した磁界によって、支持具４９は電磁石に変化する。支持具４９の他端４９Ｂの磁性は、たとえばＮ極に変化する。この場合、支持具４９の一端４９Ａ（図３参照）の磁性はＳ極に変化する。
【００４１】
支持具４９の一端４９Ａに発生した磁性（Ｓ極）は、基台４５、第１スペーサ部材４３および第２スペーサ部材４４を通して、第１振動子４１および第２振動子４２の磁性も変化させる。第１振動子４１および第２振動子４２の磁性も、支持具４９の一端４９Ａに発生した磁性（Ｓ極）に併せて、Ｓ極に変化する。第１振動子４１および第２振動子４２は、支持具４９の他端４９Ｂ（Ｎ極）にそれぞれ引っ張られる（図１の矢印ＤＲ１参照）。
【００４２】
駆動用コイル４８のコイル部４８Ｃに流されていた電流を停止すると、コイル部４８Ｃに発生していた磁界は消滅する。第１振動子４１および第２振動子４２は、自身の弾性力（復元力）によって元の状態に戻る（図１における矢印ＤＲ２参照）。
【００４３】
駆動用コイル４８に電流を流す時間と電流の供給を停止する時間とが繰り返されることによって、第１振動子４１および第２振動子４２、ならびに第１レンズ３１および第２レンズ３２は、互いに接近する方向（図１の矢印ＤＲ１参照）および遠ざかる方向（図１における矢印ＤＲ２参照）に振動することができる。また、駆動用コイル４８に流す電流の周波数を第１振動子４１および第２振動子４２を含む振動系の固有振動数と一致させることによって、振動系の共振を得ることができる。
【００４４】
（作用・効果）
共焦点変位センサ１００に用いられる振動部４０は、固定体４６（第１スペーサ部材４３、第２スペーサ部材４４、および基台４５）、第１振動子４１、および第２振動子４２が、平板状の部材（平坦な金属製平板材料）からそれぞれ形成される。固定体４６（第１スペーサ部材４３、第２スペーサ部材４４、および基台４５）、第１振動子４１、および第２振動子４２を作製する上で、切削加工および湾曲変形加工を必要としていない。したがって、振動部４０を備える共焦点変位センサ１００は、簡単かつ安価に作製されることができる。
【００４５】
［第１変形例］
上述の実施の形態における共焦点変位センサ１００（図１参照）においては、レンズ部３０が、第１レンズ３１および第２レンズ３２を含む。第１振動子４１に第１レンズ３１が取り付けられ、第２振動子４２に第２レンズ３２が取り付けられる。レンズ部３０と計測対象物２４との間には、対物レンズ２０および対物レンズ２２が設けられる。
【００４６】
図６を参照して、第１変形例における共焦点変位センサ１００Ａは、レンズ部３０Ａを有する。レンズ部３０Ａは、第１レンズ３１を含み、上述の実施の形態における第２レンズ３２（図１参照）を含まない。第１振動子４１に第１レンズ３１が取り付けられるが、第２振動子４２にはレンズとしては特に何も取り付けられない（第２振動子４２は、図５に示すのような状態のままとなる）。レンズ部３０Ａと計測対象物２４との間には、対物レンズ２０が設けられ、上述の実施の形態における対物レンズ２２（図１参照）は設けられない。その他の構成は、上述の実施の形態と同様である。
【００４７】
共焦点変位センサ１００Ａのように、第１レンズ３１からレンズ部３０Ａが構成される場合であっても、その共焦点変位センサは、上述の実施の形態と同様に簡単かつ安価に作製されることができる。
【００４８】
［第２変形例］
上述の実施の形態における固定体４６（図４参照）は、第１スペーサ部材４３、基台４５、および第２スペーサ部材４４の３つの部材から構成される。
【００４９】
図７を参照して、第２変形例における共焦点変位センサにおいては、１つの部材から構成される固定体４６Ｘが用いられる。固定体４６Ｘも、平板状の部材からＬ字状に構成される。第１振動子４１および第２振動子４２は、固定体４６Ｘに対して溶接またはろう付などによって固着されるとよい。
【００５０】
共焦点変位センサにおける振動部が固定体４６Ｘから構成された場合であっても、その共焦点変位センサは、上述の実施の形態と同様に簡単かつ安価に作製されることができる。
【００５１】
［第３変形例］
上述の実施の形態における第１振動子４１および第２振動子４２は、一端４１Ａ，４２Ａ側に比べて他端４１Ｂ，４２Ｂ側の方が幅狭となるようにテーパー状に形成される。
【００５２】
図８を参照して、第３変形例における共焦点変位センサにおいては、第１振動子４１Ｘおよび第２振動子４２Ｘは、一端４１Ａ，４２Ａ側の幅と他端４１Ｂ，４２Ｂ側の幅とが同一に構成される。共焦点変位センサにおける振動部が第１振動子４１Ｘおよび第２振動子４２Ｘから構成される場合であっても、その共焦点変位センサは、上述の実施の形態と同様に簡単かつ安価に作製されることができる。
【００５３】
ここで、振動子の一端側の幅と他端側の幅とが同一の場合（第３変形例の場合に相当する）、および振動子の一端側の幅に比べて他端側の幅が幅狭の場合（上述の実施の形態の場合に相当する）のそれぞれにおいて、振動子が振動の際に受ける応力の違いについて、図９〜図１２を参照して説明する。
【００５４】
図９は、振動子４００が振動している際に、振動エネルギーによって振動子４００が受ける応力の分布を示す図である。振動子４００においては、一端側の幅Ｗ１が５ｍｍであり、他端側の幅Ｗ１０も５ｍｍである。シミュレーション結果によると、振動子４００においては、約８５ＭＰａの応力が領域Ｒ１０に作用する。
【００５５】
図１０は、振動子４１０が振動している際に、振動エネルギーによって振動子４１０が受ける応力の分布を示す図である。振動子４１０においては、一端側の幅Ｗ１が５ｍｍであり、他端側の幅Ｗ１１は６ｍｍである。シミュレーション結果によると、振動子４１０においては、約７５ＭＰａの応力が領域Ｒ１１に作用する。図９および図１０を対比すると、領域Ｒ１０（８５ＭＰａ：図９）よりも領域Ｒ１１（７５ＭＰａ：図１０）の方が面積が広い。振動子４１０の方が振動子４００に比べて応力が幅方向に分散されていることがわかる。
【００５６】
図１１は、振動子４２０が振動している際に、振動エネルギーによって振動子４２０が受ける応力の分布を示す図である。振動子４２０においては、一端側の幅Ｗ１が５ｍｍであり、他端側の幅Ｗ１２は７ｍｍである。シミュレーション結果によると、振動子４２０においては、約７３ＭＰａの応力が領域Ｒ１２に作用する。図１０および図１１を対比すると、領域Ｒ１１（７５ＭＰａ：図１０）よりも領域Ｒ１２（７３ＭＰａ：図１１）の方が面積が広い。振動子４２０の方が振動子４１０に比べて応力が幅方向に分散されていることがわかる。
【００５７】
図１２は、振動子４３０が振動している際に、振動エネルギーによって振動子４３０が受ける応力の分布を示す図である。振動子４３０においては、一端側の幅Ｗ１が５ｍｍであり、他端側の幅Ｗ１３は８ｍｍである。シミュレーション結果によると、振動子４３０においては、約７２ＭＰａの応力が領域Ｒ１３に作用する。図１１および図１２を対比すると、領域Ｒ１２（７３ＭＰａ：図１１）よりも領域Ｒ１３（７２ＭＰａ：図１２）の方が面積が広い。振動子４３０の方が振動子４２０に比べて応力が幅方向に分散されていることがわかる。
【００５８】
以上のことから、振動子の一端（レンズ部）側の幅よりも他端（固定端）側の幅を大きくすることによって、振動する際に振動子が受ける応力は幅方向に分散されることがわかる。振動子が受ける応力が幅方向に分散すると、振動子に作用する最大応力も低減されるため、振動子にはより大きな振幅を発生させることができる。振動子に設けられるレンズ部においてもより大きな振幅を得ることが可能となる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００５９】
共焦点変位センサの振動部を構成する第１振動子および第２振動子、レンズの重量、使用する駆動周波数、ならびに計測レンジなどの各種の仕様に基づいて、振動子の一端側の幅よりも他端側の幅を最適に大きくするとよい。
【００６０】
［第４変形例］
上述の実施の形態における各振動子４１，４２は、一端側に比べて他端側の幅の方が幅狭となるように、一端側から他端側に向かって直線状のテーパー状に形成される。
【００６１】
図１３を参照して、振動子４４０のように、一端側に比べて他端（レンズ部３０）側の幅の方が幅狭となる構成としては、一端側から他端側の途中までに向かって、その幅が指数関数的に狭くなる構成であってもよい。当該構成によっても、振動時における応力は振動の固定端側において分散されることができる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００６２】
図１４を参照して、振動子４５０のように、一端側に比べて他端（レンズ部３０）側の幅の方が幅狭となる構成としては、一端側から他端側の途中までに向かって、その幅が外方に広がる円弧状に徐々に狭くなる構成であってもよい。当該構成によっても、振動時における応力は振動の固定端側において分散されることができる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００６３】
図１５を参照して、振動子４６０のように、一端側に比べて他端（レンズ部３０）側の幅の方が幅狭となる構成としては、一端側から他端側の途中までに向かって、その幅が三角形状に狭くなる構成であってもよい。当該構成によっても、振動時における応力は振動の固定端側において分散されることができる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００６４】
図１６を参照して、振動子４７０のように、一端側に比べて他端（レンズ部３０）側の幅の方が幅狭となる構成としては、一端側および他端側がそれぞれ矩形状（直方体状）に形成され、一端側が他端側に比べて幅狭の（段差状となる）構成であってもよい。当該構成によっても、振動時における応力は振動の固定端側において分散されることができる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００６５】
［比較例１］
図１７に示す振動部４０Ｙにおいては、固定体４６Ｙが、上述の実施の形態とは異なり第１スペーサ部材４３（図４参照）および第２スペーサ部材４４（図４参照）を有していない。その代わりに、第１振動子４１Ｙに膨出部４３Ｙが形成され、第２振動子４２Ｙに膨出部４４Ｙが形成される。膨出部４３Ｙ，４４Ｙは、第１振動子４１Ｙおよび第２振動子４２Ｙ同士の間の間隔Ｓを確保するために設けられる。
【００６６】
ここで、膨出部４３Ｙは、切削加工によって第１振動子４１Ｙと一体的に作製される。膨出部４４Ｙは、切削加工によって第２振動子４２Ｙと一体的に作製される。切削加工は、平板状の部材を組み合わせる場合に比べて加工時間が長い。また、膨出部４３Ｙ，４４Ｙを切削によって一端形成した後は、膨出部４３Ｙ，４４Ｙの幅、長さ、または厚さ等を変えることも容易ではない。
【００６７】
一方、上述の実施の形態における振動部４０は、固定体４６（第１スペーサ部材４３、第２スペーサ部材４４、および基台４５）、第１振動子４１、および第２振動子４２のいずれもが、平板状の部材から構成される。したがって、上述の実施の形態における振動部４０は、比較例１における振動部４０Ｙに比べて簡単かつ安価に作製されることができる。また、第１スペーサ部材４３および第２スペーサ部材４４は、必要に応じて幅、長さ、または厚さが異なるものに交換されることができる。
【００６８】
［比較例２］
図１８に示す振動部４０Ｚにおいては、対向配置される第１振動子４１Ｚおよび第２振動子４２Ｚを得るために、湾曲変形加工が施される。振動部４０Ｚは、冒頭に説明した特開２００５−７７４４３号公報（特許文献１）に開示される振動部に相当する。
【００６９】
振動部４０Ｚにおける湾曲変形加工は、平板状の部材を組み合わせる場合に比べて高い精度を得るのが困難であり、その高い精度を得るために長い時間が必要となる。また、第１振動子４１Ｚおよび第２振動子４２Ｚは一体的に構成されており、分解して一部を異なる構成に交換することもできない。
【００７０】
図１９を参照して、また、湾曲変形加工された第１振動子４１Ｚには、中立軸４１Ｅの外側に引張応力が内部応力として残留し（矢印ＡＲ１０参照）、中立軸４１Ｅの内側には圧縮応力が内部応力として残留する（矢印ＡＲ１１参照）。これは、第２振動子４２Ｚにおいても同様である。曲げ半径４１Ｒを大きくしてこれらの内部応力を緩和することもできるが、共焦点変位センサの装置全体としての増大化を招く。
【００７１】
図２０を参照して、さらに、振動時においては、湾曲変形加工された第１振動子４１Ｚには、中立軸４１Ｅの外側に引張応力が上記の内部応力に対して重畳的に作用し（矢印ＡＲ１２参照）、中立軸４１Ｅの内側には圧縮応力が上記の圧縮応力に対して重畳的に作用する（矢印ＡＲ１３参照）。これは、第２振動子４２Ｚにおいても同様である。
【００７２】
一方、上述の実施の形態における振動部４０（図４参照）は、固定体４６（第１スペーサ部材４３、第２スペーサ部材４４、および基台４５）、第１振動子４１、および第２振動子４２のいずれもが、平板状の部材から構成される。したがって、上述の実施の形態における振動部４０は、比較例２における振動部４０Ｚに比べて簡単かつ安価に作製されることができる。さらに、上述の実施の形態における振動部４０は、組み立てられた状態においても内部応力はほとんど発生していない。上述の実施の形態における振動部４０は、比較例２における各振動子４１Ｚ，４２Ｚに比べて破壊し難い。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００７３】
以上、本発明に基づいた実施の形態、各変形例および各比較例について説明したが、今回開示された実施の形態、各変形例および各比較例はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１０ レーザダイオード（投光部）、１２ コリメートレンズ、１４ 偏光ビームスプリッタ、１６ 集光レンズ、１８ 絞り板、１９ ピンホール、２０，２２ 対物レンズ、２４ 計測対象物、２６ 結像レンズ、２８ フォトダイオード（受光部）、３０，３０Ａ レンズ部、３１ 第１レンズ、３２ 第２レンズ、４０，４０Ｙ，４０Ｚ 振動部、４０Ｎ 位置検出センサ、４１，４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚ 第１振動子、４００，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０，４７０ 振動子、４１Ａ，４２Ａ，４９Ａ 一端、４１Ｂ，４２Ｂ，４９Ｂ 他端、４１Ｃ，４２Ｃ 円環部、４１Ｄ，４２Ｄ 台形部、４１Ｅ 中立軸、４１Ｍ，４２Ｍ，Ｓ 間隔、４１Ｒ 半径、４１Ｓ，４２Ｓ，４９Ｂ１，４９Ｂ２ 側面、４２，４２Ｘ，４２Ｙ，４２Ｚ 第２振動子、４３ 第１スペーサ部材、４３Ｙ，４４Ｙ 膨出部、４４ 第２スペーサ部材、４５ 基台、４５Ａ 第１延在部、４５Ｃ 第２延在部、４５Ｒ，４５Ｓ，４５Ｔ，４８Ｈ，４９Ｐ，４９Ｑ，４９Ｒ 貫通孔、４６，４６Ｘ，４６Ｙ 固定体、４７ 台座、４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｃ 固定部、４７Ｊ，４７Ｋ 収容部、４７Ｐ，４７Ｑ，４７Ｒ，４７Ｓ，４７Ｔ ネジ孔、４８ 駆動用コイル、４８Ｂ ベース部、４８Ｃ コイル部、４９ 支持具、５０ 同軸共焦点光学系、１００，１００Ａ 共焦点変位センサ、ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４，ＡＲ５，ＡＲ６，ＡＲ１０，ＡＲ１１，ＡＲ１２，ＡＲ１３，ＤＲ１，ＤＲ２ 矢印、Ｌ 計測ビーム、Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３ 領域、Ｗ１，Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３ 幅。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点変位センサに関し、特に、非接触で計測対象物の表面変位を計測する共焦点変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−７７４４３号公報（特許文献１）には、振動部およびレンズ部を備えた共焦点変位センサが開示される。この共焦点変位センサの振動部は、一枚の弾性板が折り曲げられることによって構成される。特許文献１は、当該構成によれば、簡単かつ安価に振動部を作製することができると述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７７４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、より簡単かつ安価に振動部を作製することが可能な共焦点変位センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に基づく共焦点変位センサは、振動部によって振動されるレンズ部を有し、投光部から出射された光が上記レンズ部を通過して計測対象物に照射され、上記計測対象物からの反射光が上記レンズ部を通過して受光部に受光される同軸共焦点光学系を備え、上記受光部における受光量が最大となる時点の上記レンズ部の位置から上記計測対象物の表面変位を計測する共焦点変位センサであって、上記レンズ部は、上記同軸共焦点光学系の光軸上に位置する第１レンズを含み、上記振動部は、固定体と、一端側の側面が上記固定体に固着され、他端側に設けられた上記第１レンズを上記光軸に沿うように往復移動させる第１振動子と、一端側の側面が上記固定体に固着される第２振動子と、を含み、上記固定体、上記第１振動子、および上記第２振動子は、平板状の部材からそれぞれ形成される。
【０００６】
好ましくは、上記レンズ部は、上記同軸共焦点光学系の上記光軸上に位置し、上記第１レンズに間隔を空けて対向配置される第２レンズをさらに含み、上記第２振動子は、上記第２振動子の他端側に設けられた上記第２レンズを上記光軸に沿うように往復移動させる。
【０００７】
好ましくは、上記第１振動子および上記第２振動子は、各々の一端側に比べて各々の他端側の方が幅狭に形成される。
【０００８】
好ましくは、上記第１振動子および上記第２振動子は、溶接またはろう付によって上記固定体に固着される。
【０００９】
好ましくは、上記固定体は、平板状の部材から形成される基台と、平板状の部材から形成され、上記基台と上記第１振動子の上記側面との間に設けられる第１スペーサ部材と、平板状の部材から形成され、上記基台と上記第２振動子の上記側面との間に設けられる第２スペーサ部材と、を有する。
【００１０】
好ましくは、上記第１スペーサ部材と上記基台とは、溶接またはろう付によって互いに固着され、上記第２スペーサ部材と上記基台とは、溶接またはろう付によって互いに固着される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、より簡単かつ安価に振動部を作製することが可能な共焦点変位センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態における共焦点変位センサの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態における共焦点変位センサに用いられる振動部を示す斜視図である。
【図３】実施の形態における共焦点変位センサに用いられる振動部を分解して示す斜視図である。
【図４】実施の形態における共焦点変位センサに用いられる第１振動子、第２振動子、および固定体を示す第１斜視図である。
【図５】実施の形態における共焦点変位センサに用いられる第１振動子、第２振動子、および固定体を示す第２斜視図である。
【図６】実施の形態の第１変形例における共焦点変位センサの全体構成を模式的に示す図である。
【図７】実施の形態の第２変形例における共焦点変位センサに用いられる固定体を示す斜視図である。
【図８】実施の形態の第３変形例における共焦点変位センサに用いられる第１振動子および第２振動子を示す斜視図である。
【図９】一端側の幅と他端側の幅とが同一に構成される振動子に作用する応力分布を示す図である。
【図１０】一端側の幅よりも他端側の幅が大きく構成される振動子に作用する応力分布を示す図（その１）である。
【図１１】一端側の幅よりも他端側の幅が大きく構成される振動子に作用する応力分布を示す図（その２）である。
【図１２】一端側の幅よりも他端側の幅が大きく構成される振動子に作用する応力分布を示す図（その３）である。
【図１３】実施の形態の第４変形例における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す図（その１）である。
【図１４】実施の形態の第４変形例における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す図（その２）である。
【図１５】実施の形態の第４変形例における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す図（その３）である。
【図１６】実施の形態の第４変形例における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す図（その４）である。
【図１７】比較例１における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す斜視図である。
【図１８】比較例２における共焦点変位センサに用いられる振動子を示す斜視図である。
【図１９】比較例２における共焦点変位センサに用いられる振動子に作用する内部応力（非振動時）を示す斜視図である。
【図２０】比較例２における共焦点変位センサに用いられる振動子に作用する内部応力（振動時）を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に基づいた実施の形態および比較例について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態および比較例の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００１４】
（共焦点変位センサ１００の構成）
図１を参照して、実施の形態における共焦点変位センサ１００について説明する。計測対象物２４の表面変位を計測する共焦点変位センサ１００は、同軸共焦点光学系５０を備える。共焦点変位センサ１００における同軸共焦点光学系５０は、レーザダイオード１０（投光部）、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１４、集光レンズ１６、絞り板１８、レンズ部３０、振動部４０、対物レンズ２０，２２、結像レンズ２６、およびフォトダイオード２８（受光部）から構成される。
【００１５】
レーザダイオード１０は、その光軸が、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１４、集光レンズ１６、レンズ部３０、および対物レンズ２０，２２を挟んで計測対象物２４に向くように配置される。レーザダイオード１０、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１４、集光レンズ１６、絞り板１８、レンズ部３０、および対物レンズ２０，２２は、互いに同軸の関係となるように間隔を空けて配置される。
【００１６】
フォトダイオード２８は、偏光ビームスプリッタ１４を挟んでレーザダイオード１０と同軸の関係となるように配置される。集光レンズ１６とレンズ部３０との間に配置される絞り板１８には、ピンホール１９が設けられる。
【００１７】
レンズ部３０は、互いに間隔を空けて対向配置される第１レンズ３１および第２レンズ３２を含む。振動部４０は、第１レンズ３１を往復移動させる第１振動子４１、および第２レンズ３２を往復移動させる第２振動子４２を含む（詳細は後述する）。
【００１８】
第１振動子４１および第２振動子４２の間には、駆動用コイル４８が設けられる。駆動用コイル４８に電流を流す時間と電流の供給を停止する時間とが繰り返されるとによって、第１振動子４１および第２振動子４２、ならびに第１レンズ３１および第２レンズ３２は、互いに接近する方向（矢印ＤＲ１参照）および遠ざかる方向（矢印ＤＲ２参照）に振動する。
【００１９】
第１レンズ３１は、レーザダイオード１０からの光軸上において、この光軸に沿うように、矢印ＤＲ１，ＤＲ２方向に往復移動する。第２レンズ３２は、レーザダイオード１０からの光軸上において、この光軸に沿うように、矢印ＤＲ１，ＤＲ２方向に往復移動する。往復移動する第２レンズ３２の変位は、第２レンズ３２の近傍に設けられた位置検出センサ４０Ｎによって検出される。
【００２０】
（共焦点変位センサ１００の動作）
レーザダイオード１０から出射された光は、コリメートレンズ１２によって平行光に変化される。この平行光は、偏光ビームスプリッタ１４を通して集光レンズ１６に導かれる。集光レンズ１６は、この平行光をピンホール１９に向けて集光する。集光レンズ１６によって集光された光は、ピンホール１９を通過する。
【００２１】
ピンホール１９を通過した光は、第１振動子４１によって振動される第１レンズ３１に導かれ、次に、第２振動子４２によって振動される第２レンズ３２に導かれる。対物レンズ２０および対物レンズ２２は、第２レンズ３２から出射された光を受けて、計測対象物２４に向かって集光する計測ビームＬを生成する。対物レンズ２２からの計測ビームＬは、計測対象物２４の表面に照射される。
【００２２】
計測対象物２４に向けて照射された計測ビームＬは、計測対象物２４の表面に反射する。計測対象物２４からの反射光は、対物レンズ２２、対物レンズ２０、第２レンズ３２、第１レンズ３１、ピンホール１９、集光レンズ１６、偏光ビームスプリッタ１４、および結像レンズ２６を通して、フォトダイオード２８によって受光される。
【００２３】
ここで、計測ビームＬの集光位置は、光軸方向にレンズ部３０（第１レンズ３１および第２レンズ３２）が往復移動することによって変化する。対物レンズ２２によって集光される計測ビームＬの集光位置が、計測対象物２４の表面位置に一致したとする。計測対象物２４上で反射した光は、ピンホール１９から第１レンズ３１へ向かう光とは反対の経路を通って、ピンホール１９の位置で集光する。フォトダイオード２８によって受光される受光量の値は、最大（ピーク）となる。
【００２４】
対物レンズ２２と計測ビームＬの集光位置との間の距離、ならびに位置検出センサ４０Ｎによって検出される第２レンズ３２の位置信号は、予め変換テーブルに記録されている。当該変換テーブルを使用して、フォトダイオード２８における受光量が最大となる時点の第２レンズ３２の位置から、計測対象物２４の表面変位が計測される。共焦点変位センサ１００は、以上のようにして、計測対象物２４の表面変位を計測することができる。
【００２５】
（振動部４０）
図２〜図５を参照して、振動部４０の詳細について説明する。図２に主として示すように、振動部４０は、第１振動子４１、第２振動子４２、固定体４６、台座４７（図２，図３）、駆動用コイル４８（図２，図３）、および支持具４９（図２，図３）を備える。
【００２６】
第１振動子４１は、平板状の部材（平坦な金属製平板材料）から形成され、台形部４１Ｄおよび円環部４１Ｃを有する。第１振動子４１の台形部４１Ｄは、一端４１Ａ側に比べて他端４１Ｂ側の方が幅狭となるようにテーパー状に形成される。他端４１Ｂ側に、円環部４１Ｃが設けられる。円環部４１Ｃに設けられた開口に、第１レンズ３１が取り付けられる。詳細は後述されるが、第１振動子４１の一端４１Ａ側の側面４１Ｓが、固定体４６（第１スペーサ部材４３）に固着される（図３の矢印ＡＲ１参照）。
【００２７】
第２振動子４２は、平板状の部材（平坦な金属製平板材料）から第１振動子４１と同様に形成され、台形部４２Ｄおよび円環部４２Ｃを有する。第２振動子４２の台形部４２Ｄは、一端４２Ａ側に比べて他端４２Ｂ側の方が幅狭となるようにテーパー状に形成される。他端４２Ｂ側に、円環部４２Ｃが設けられる。円環部４２Ｃに設けられた開口に、第２レンズ３２が取り付けられる。詳細は後述されるが、第２振動子４２の一端４２Ａ側の側面４２Ｓが、固定体４６（第２スペーサ部材４４）に固着される（図３の矢印ＡＲ４参照）。
【００２８】
図３および図４に示すように、本実施の形態における固定体４６は、第１スペーサ部材４３、基台４５、および第２スペーサ部材４４を有する。第１スペーサ部材４３は、平板状の部材から長方形状に形成される。第２スペーサ部材４４は、第１スペーサ部材４３と同様に、平板状の部材から長方形状に形成される。
【００２９】
図３に示すように、基台４５は、平板状の部材からＬ字状に形成され、第１延在部４５Ａおよび第２延在部４５Ｃを有する。第１延在部４５Ａには、貫通孔４５Ｒが設けられる。第２延在部４５Ｃには、貫通孔４５Ｓ，４５Ｔが設けられる。
【００３０】
第１延在部４５Ａの一方の面に、第１スペーサ部材４３が固着される（矢印ＡＲ２参照）。第１延在部４５Ａの他方の面に、第２スペーサ部材４４が固着される（矢印ＡＲ３参照）。第１スペーサ部材４３および第２スペーサ部材４４は、第１延在部４５Ａに対して溶接またはろう付などによって固着されるとよい。
【００３１】
上述のとおり、第１振動子４１は、第１スペーサ部材４３の基台４５に固着された面とは反対側の面に固着される（矢印ＡＲ１参照）。第１振動子４１の一端４１Ａ側の側面４１Ｓは、第１スペーサ部材４３に対して溶接またはろう付などによって固着されるとよい。
【００３２】
上述のとおり、第２振動子４２は、第２スペーサ部材４４の基台４５に固着された面とは反対側の面に固着される（矢印ＡＲ４参照）。第２振動子４２の一端４２Ａ側の側面４２Ｓは、第２スペーサ部材４４に対して溶接またはろう付などによって固着されるとよい。
【００３３】
駆動用コイル４８は、ベース部４８Ｂおよびコイル部４８Ｃを有する。ベース部４８Ｂには、貫通孔４８Ｈが設けられる。支持具４９は、金属材料からＬ字状に形成される。支持具４９の一端４９Ａ側には、貫通孔４９Ｒが設けられる。支持具４９の中央近傍には、貫通孔４９Ｐ，４９Ｑが設けられる。支持具４９の一端４９Ａから、支持具４９に駆動用コイル４８が嵌め込まれる（矢印ＡＲ５および図２参照）。
【００３４】
台座４７は、固定部４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ、および収容部４７Ｊ，４７Ｋを有する。固定部４７Ａには、ネジ孔４７Ｒが設けられる。固定部４７Ｂには、ネジ孔４７Ｐ，４７Ｑが設けられる。固定部４７Ｃには、ネジ孔４７Ｓ，４７Ｔが設けられる。
【００３５】
振動部４０が組み立てられた状態では、基台４５の貫通孔４５Ｒおよび支持具４９の貫通孔４９Ｒを通して、ボルト（図示せず）が台座４７のネジ孔４７Ｒに螺合される。当該螺合によって、基台４５の第１延在部４５Ａおよび支持具４９の一端４９Ａは、台座４７の固定部４７Ａに締結固定される。
【００３６】
基台４５の貫通孔４５Ｓ，４５Ｔを通して、ボルト（図示せず）が台座４７のネジ孔４７Ｓ，４７Ｔに螺合される。当該螺合によって、基台４５の第２延在部４５Ｃは、台座４７の固定部４７Ｃに締結固定される。支持具４９の貫通孔４９Ｐ，４９Ｑを通して、ボルト（図示せず）が台座４７のネジ孔４７Ｐ，４７Ｑに螺合される。当該螺合によって、支持具４９の他端４９Ｂは、台座４７の固定部４７Ｂに締結固定される。
【００３７】
振動部４０が組み立てられた状態では、第２振動子４２の他端４２Ｂは、台座４７の収容部４７Ｋ内に配置される（矢印ＡＲ６参照）。駆動用コイル４８は、台座４７の収容部４７Ｊ内に配置される。
【００３８】
図５は、第１振動子４１、第２振動子４２、固定体４６、および支持具４９等を示す斜視図である。図５においては、図示上の便宜のため、第１振動子４１の一部が破断して示されており、第２レンズ３２（図４等参照）は図示されていない。図５に示すように、振動部４０が組み立てられた状態では、支持具４９の他端４９Ｂは、第１振動子４１の他端４１Ｂ側の側面４１Ｓと第２振動子４２の他端４２Ｂ側の側面４２Ｓとの間に位置する。
【００３９】
支持具４９の他端４９Ｂの一方の側面４９Ｂ１と第１振動子４１の側面４１Ｓとの間には間隔４１Ｍが設けられる。支持具４９の他端４９Ｂの他方の側面４９Ｂ２と第２振動子４２の側面４２Ｓとの間には間隔４２Ｍが設けられる。
【００４０】
駆動用コイル４８のコイル部４８Ｃに電流が流されると、コイル部４８Ｃに発生した磁界によって、支持具４９は電磁石に変化する。支持具４９の他端４９Ｂの磁性は、たとえばＮ極に変化する。この場合、支持具４９の一端４９Ａ（図３参照）の磁性はＳ極に変化する。
【００４１】
支持具４９の一端４９Ａに発生した磁性（Ｓ極）は、基台４５、第１スペーサ部材４３および第２スペーサ部材４４を通して、第１振動子４１および第２振動子４２の磁性も変化させる。第１振動子４１および第２振動子４２の磁性も、支持具４９の一端４９Ａに発生した磁性（Ｓ極）に併せて、Ｓ極に変化する。第１振動子４１および第２振動子４２は、支持具４９の他端４９Ｂ（Ｎ極）にそれぞれ引っ張られる（図１の矢印ＤＲ１参照）。
【００４２】
駆動用コイル４８のコイル部４８Ｃに流されていた電流を停止すると、コイル部４８Ｃに発生していた磁界は消滅する。第１振動子４１および第２振動子４２は、自身の弾性力（復元力）によって元の状態に戻る（図１における矢印ＤＲ２参照）。
【００４３】
駆動用コイル４８に電流を流す時間と電流の供給を停止する時間とが繰り返されることによって、第１振動子４１および第２振動子４２、ならびに第１レンズ３１および第２レンズ３２は、互いに接近する方向（図１の矢印ＤＲ１参照）および遠ざかる方向（図１における矢印ＤＲ２参照）に振動することができる。また、駆動用コイル４８に流す電流の周波数を第１振動子４１および第２振動子４２を含む振動系の固有振動数と一致させることによって、振動系の共振を得ることができる。
【００４４】
（作用・効果）
共焦点変位センサ１００に用いられる振動部４０は、固定体４６（第１スペーサ部材４３、第２スペーサ部材４４、および基台４５）、第１振動子４１、および第２振動子４２が、平板状の部材（平坦な金属製平板材料）からそれぞれ形成される。固定体４６（第１スペーサ部材４３、第２スペーサ部材４４、および基台４５）、第１振動子４１、および第２振動子４２を作製する上で、切削加工および湾曲変形加工を必要としていない。したがって、振動部４０を備える共焦点変位センサ１００は、簡単かつ安価に作製されることができる。
【００４５】
［第１変形例］
上述の実施の形態における共焦点変位センサ１００（図１参照）においては、レンズ部３０が、第１レンズ３１および第２レンズ３２を含む。第１振動子４１に第１レンズ３１が取り付けられ、第２振動子４２に第２レンズ３２が取り付けられる。レンズ部３０と計測対象物２４との間には、対物レンズ２０および対物レンズ２２が設けられる。
【００４６】
図６を参照して、第１変形例における共焦点変位センサ１００Ａは、レンズ部３０Ａを有する。レンズ部３０Ａは、第１レンズ３１を含み、上述の実施の形態における第２レンズ３２（図１参照）を含まない。第１振動子４１に第１レンズ３１が取り付けられるが、第２振動子４２にはレンズとしては特に何も取り付けられない（第２振動子４２は、図５に示すのような状態のままとなる）。レンズ部３０Ａと計測対象物２４との間には、対物レンズ２０が設けられ、上述の実施の形態における対物レンズ２２（図１参照）は設けられない。その他の構成は、上述の実施の形態と同様である。
【００４７】
共焦点変位センサ１００Ａのように、第１レンズ３１からレンズ部３０Ａが構成される場合であっても、その共焦点変位センサは、上述の実施の形態と同様に簡単かつ安価に作製されることができる。
【００４８】
［第２変形例］
上述の実施の形態における固定体４６（図４参照）は、第１スペーサ部材４３、基台４５、および第２スペーサ部材４４の３つの部材から構成される。
【００４９】
図７を参照して、第２変形例における共焦点変位センサにおいては、１つの部材から構成される固定体４６Ｘが用いられる。固定体４６Ｘも、平板状の部材からＬ字状に構成される。第１振動子４１および第２振動子４２は、固定体４６Ｘに対して溶接またはろう付などによって固着されるとよい。
【００５０】
共焦点変位センサにおける振動部が固定体４６Ｘから構成された場合であっても、その共焦点変位センサは、上述の実施の形態と同様に簡単かつ安価に作製されることができる。
【００５１】
［第３変形例］
上述の実施の形態における第１振動子４１および第２振動子４２は、一端４１Ａ，４２Ａ側に比べて他端４１Ｂ，４２Ｂ側の方が幅狭となるようにテーパー状に形成される。
【００５２】
図８を参照して、第３変形例における共焦点変位センサにおいては、第１振動子４１Ｘおよび第２振動子４２Ｘは、一端４１Ａ，４２Ａ側の幅と他端４１Ｂ，４２Ｂ側の幅とが同一に構成される。共焦点変位センサにおける振動部が第１振動子４１Ｘおよび第２振動子４２Ｘから構成される場合であっても、その共焦点変位センサは、上述の実施の形態と同様に簡単かつ安価に作製されることができる。
【００５３】
ここで、振動子の一端側の幅と他端側の幅とが同一の場合（第３変形例の場合に相当する）、および振動子の一端側の幅に比べて他端側の幅が幅狭の場合（上述の実施の形態の場合に相当する）のそれぞれにおいて、振動子が振動の際に受ける応力の違いについて、図９〜図１２を参照して説明する。
【００５４】
図９は、振動子４００が振動している際に、振動エネルギーによって振動子４００が受ける応力の分布を示す図である。振動子４００においては、一端側の幅Ｗ１が５ｍｍであり、他端側の幅Ｗ１０も５ｍｍである。シミュレーション結果によると、振動子４００においては、約８５ＭＰａの応力が領域Ｒ１０に作用する。
【００５５】
図１０は、振動子４１０が振動している際に、振動エネルギーによって振動子４１０が受ける応力の分布を示す図である。振動子４１０においては、一端側の幅Ｗ１が５ｍｍであり、他端側の幅Ｗ１１は６ｍｍである。シミュレーション結果によると、振動子４１０においては、約７５ＭＰａの応力が領域Ｒ１１に作用する。図９および図１０を対比すると、領域Ｒ１０（８５ＭＰａ：図９）よりも領域Ｒ１１（７５ＭＰａ：図１０）の方が面積が広い。振動子４１０の方が振動子４００に比べて応力が幅方向に分散されていることがわかる。
【００５６】
図１１は、振動子４２０が振動している際に、振動エネルギーによって振動子４２０が受ける応力の分布を示す図である。振動子４２０においては、一端側の幅Ｗ１が５ｍｍであり、他端側の幅Ｗ１２は７ｍｍである。シミュレーション結果によると、振動子４２０においては、約７３ＭＰａの応力が領域Ｒ１２に作用する。図１０および図１１を対比すると、領域Ｒ１１（７５ＭＰａ：図１０）よりも領域Ｒ１２（７３ＭＰａ：図１１）の方が面積が広い。振動子４２０の方が振動子４１０に比べて応力が幅方向に分散されていることがわかる。
【００５７】
図１２は、振動子４３０が振動している際に、振動エネルギーによって振動子４３０が受ける応力の分布を示す図である。振動子４３０においては、一端側の幅Ｗ１が５ｍｍであり、他端側の幅Ｗ１３は８ｍｍである。シミュレーション結果によると、振動子４３０においては、約７２ＭＰａの応力が領域Ｒ１３に作用する。図１１および図１２を対比すると、領域Ｒ１２（７３ＭＰａ：図１１）よりも領域Ｒ１３（７２ＭＰａ：図１２）の方が面積が広い。振動子４３０の方が振動子４２０に比べて応力が幅方向に分散されていることがわかる。
【００５８】
以上のことから、振動子の一端（レンズ部）側の幅よりも他端（固定端）側の幅を大きくすることによって、振動する際に振動子が受ける応力は幅方向に分散されることがわかる。振動子が受ける応力が幅方向に分散すると、振動子に作用する最大応力も低減されるため、振動子にはより大きな振幅を発生させることができる。振動子に設けられるレンズ部においてもより大きな振幅を得ることが可能となる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００５９】
共焦点変位センサの振動部を構成する第１振動子および第２振動子、レンズの重量、使用する駆動周波数、ならびに計測レンジなどの各種の仕様に基づいて、振動子の一端側の幅よりも他端側の幅を最適に大きくするとよい。
【００６０】
［第４変形例］
上述の実施の形態における各振動子４１，４２は、一端側に比べて他端側の幅の方が幅狭となるように、一端側から他端側に向かって直線状のテーパー状に形成される。
【００６１】
図１３を参照して、振動子４４０のように、一端側に比べて他端（レンズ部３０）側の幅の方が幅狭となる構成としては、一端側から他端側の途中までに向かって、その幅が指数関数的に狭くなる構成であってもよい。当該構成によっても、振動時における応力は振動の固定端側において分散されることができる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００６２】
図１４を参照して、振動子４５０のように、一端側に比べて他端（レンズ部３０）側の幅の方が幅狭となる構成としては、一端側から他端側の途中までに向かって、その幅が外方に広がる円弧状に徐々に狭くなる構成であってもよい。当該構成によっても、振動時における応力は振動の固定端側において分散されることができる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００６３】
図１５を参照して、振動子４６０のように、一端側に比べて他端（レンズ部３０）側の幅の方が幅狭となる構成としては、一端側から他端側の途中までに向かって、その幅が三角形状に狭くなる構成であってもよい。当該構成によっても、振動時における応力は振動の固定端側において分散されることができる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００６４】
図１６を参照して、振動子４７０のように、一端側に比べて他端（レンズ部３０）側の幅の方が幅狭となる構成としては、一端側および他端側がそれぞれ矩形状（直方体状）に形成され、一端側が他端側に比べて幅狭の（段差状となる）構成であってもよい。当該構成によっても、振動時における応力は振動の固定端側において分散されることができる。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００６５】
［比較例１］
図１７に示す振動部４０Ｙにおいては、固定体４６Ｙが、上述の実施の形態とは異なり第１スペーサ部材４３（図４参照）および第２スペーサ部材４４（図４参照）を有していない。その代わりに、第１振動子４１Ｙに膨出部４３Ｙが形成され、第２振動子４２Ｙに膨出部４４Ｙが形成される。膨出部４３Ｙ，４４Ｙは、第１振動子４１Ｙおよび第２振動子４２Ｙ同士の間の間隔Ｓを確保するために設けられる。
【００６６】
ここで、膨出部４３Ｙは、切削加工によって第１振動子４１Ｙと一体的に作製される。膨出部４４Ｙは、切削加工によって第２振動子４２Ｙと一体的に作製される。切削加工は、平板状の部材を組み合わせる場合に比べて加工時間が長い。また、膨出部４３Ｙ，４４Ｙを切削によって一端形成した後は、膨出部４３Ｙ，４４Ｙの幅、長さ、または厚さ等を変えることも容易ではない。
【００６７】
一方、上述の実施の形態における振動部４０は、固定体４６（第１スペーサ部材４３、第２スペーサ部材４４、および基台４５）、第１振動子４１、および第２振動子４２のいずれもが、平板状の部材から構成される。したがって、上述の実施の形態における振動部４０は、比較例１における振動部４０Ｙに比べて簡単かつ安価に作製されることができる。また、第１スペーサ部材４３および第２スペーサ部材４４は、必要に応じて幅、長さ、または厚さが異なるものに交換されることができる。
【００６８】
［比較例２］
図１８に示す振動部４０Ｚにおいては、対向配置される第１振動子４１Ｚおよび第２振動子４２Ｚを得るために、湾曲変形加工が施される。振動部４０Ｚは、冒頭に説明した特開２００５−７７４４３号公報（特許文献１）に開示される振動部に相当する。
【００６９】
振動部４０Ｚにおける湾曲変形加工は、平板状の部材を組み合わせる場合に比べて高い精度を得るのが困難であり、その高い精度を得るために長い時間が必要となる。また、第１振動子４１Ｚおよび第２振動子４２Ｚは一体的に構成されており、分解して一部を異なる構成に交換することもできない。
【００７０】
図１９を参照して、また、湾曲変形加工された第１振動子４１Ｚには、中立軸４１Ｅの外側に引張応力が内部応力として残留し（矢印ＡＲ１０参照）、中立軸４１Ｅの内側には圧縮応力が内部応力として残留する（矢印ＡＲ１１参照）。これは、第２振動子４２Ｚにおいても同様である。曲げ半径４１Ｒを大きくしてこれらの内部応力を緩和することもできるが、共焦点変位センサの装置全体としての増大化を招く。
【００７１】
図２０を参照して、さらに、振動時においては、湾曲変形加工された第１振動子４１Ｚには、中立軸４１Ｅの外側に引張応力が上記の内部応力に対して重畳的に作用し（矢印ＡＲ１２参照）、中立軸４１Ｅの内側には圧縮応力が上記の圧縮応力に対して重畳的に作用する（矢印ＡＲ１３参照）。これは、第２振動子４２Ｚにおいても同様である。
【００７２】
一方、上述の実施の形態における振動部４０（図４参照）は、固定体４６（第１スペーサ部材４３、第２スペーサ部材４４、および基台４５）、第１振動子４１、および第２振動子４２のいずれもが、平板状の部材から構成される。したがって、上述の実施の形態における振動部４０は、比較例２における振動部４０Ｚに比べて簡単かつ安価に作製されることができる。さらに、上述の実施の形態における振動部４０は、組み立てられた状態においても内部応力はほとんど発生していない。上述の実施の形態における振動部４０は、比較例２における各振動子４１Ｚ，４２Ｚに比べて破壊し難い。結果として、共焦点変位センサの計測レンジの増加が図れる。
【００７３】
以上、本発明に基づいた実施の形態、各変形例および各比較例について説明したが、今回開示された実施の形態、各変形例および各比較例はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１０ レーザダイオード（投光部）、１２ コリメートレンズ、１４ 偏光ビームスプリッタ、１６ 集光レンズ、１８ 絞り板、１９ ピンホール、２０，２２ 対物レンズ、２４ 計測対象物、２６ 結像レンズ、２８ フォトダイオード（受光部）、３０，３０Ａ レンズ部、３１ 第１レンズ、３２ 第２レンズ、４０，４０Ｙ，４０Ｚ 振動部、４０Ｎ 位置検出センサ、４１，４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚ 第１振動子、４００，４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０，４７０ 振動子、４１Ａ，４２Ａ，４９Ａ 一端、４１Ｂ，４２Ｂ，４９Ｂ 他端、４１Ｃ，４２Ｃ 円環部、４１Ｄ，４２Ｄ 台形部、４１Ｅ 中立軸、４１Ｍ，４２Ｍ，Ｓ 間隔、４１Ｒ 半径、４１Ｓ，４２Ｓ，４９Ｂ１，４９Ｂ２ 側面、４２，４２Ｘ，４２Ｙ，４２Ｚ 第２振動子、４３ 第１スペーサ部材、４３Ｙ，４４Ｙ 膨出部、４４ 第２スペーサ部材、４５ 基台、４５Ａ 第１延在部、４５Ｃ 第２延在部、４５Ｒ，４５Ｓ，４５Ｔ，４８Ｈ，４９Ｐ，４９Ｑ，４９Ｒ 貫通孔、４６，４６Ｘ，４６Ｙ 固定体、４７ 台座、４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｃ 固定部、４７Ｊ，４７Ｋ 収容部、４７Ｐ，４７Ｑ，４７Ｒ，４７Ｓ，４７Ｔ ネジ孔、４８ 駆動用コイル、４８Ｂ ベース部、４８Ｃ コイル部、４９ 支持具、５０ 同軸共焦点光学系、１００，１００Ａ 共焦点変位センサ、ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４，ＡＲ５，ＡＲ６，ＡＲ１０，ＡＲ１１，ＡＲ１２，ＡＲ１３，ＤＲ１，ＤＲ２ 矢印、Ｌ 計測ビーム、Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３ 領域、Ｗ１，Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３ 幅。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部によって振動されるレンズ部を有し、投光部から出射された光が前記レンズ部を通過して計測対象物に照射され、前記計測対象物からの反射光が前記レンズ部を通過して受光部に受光される同軸共焦点光学系を備え、前記受光部における受光量が最大となる時点の前記レンズ部の位置から前記計測対象物の表面変位を計測する共焦点変位センサであって、
前記レンズ部は、前記同軸共焦点光学系の光軸上に位置する第１レンズを含み、
前記振動部は、
固定体と、
一端側の側面が前記固定体に固着され、他端側に設けられた前記第１レンズを前記光軸に沿うように往復移動させる第１振動子と、
一端側の側面が前記固定体に固着される第２振動子と、を含み、
前記固定体、前記第１振動子、および前記第２振動子は、平板状の部材からそれぞれ形成される、
共焦点変位センサ。
【請求項２】
前記レンズ部は、前記同軸共焦点光学系の前記光軸上に位置し、前記第１レンズに間隔を空けて対向配置される第２レンズをさらに含み、
前記第２振動子は、前記第２振動子の他端側に設けられた前記第２レンズを前記光軸に沿うように往復移動させる、
請求項１に記載の共焦点変位センサ。
【請求項３】
前記第１振動子および前記第２振動子は、各々の一端側に比べて各々の他端側の方が幅狭に形成される、
請求項１または２に記載の共焦点変位センサ。
【請求項４】
前記第１振動子および前記第２振動子は、溶接またはろう付によって前記固定体に固着される、
請求項１または２に記載の共焦点変位センサ。
【請求項５】
前記固定体は、
平板状の部材から形成される基台と、
平板状の部材から形成され、前記基台と前記第１振動子の前記側面との間に設けられる第１スペーサ部材と、
平板状の部材から形成され、前記基台と前記第２振動子の前記側面との間に設けられる第２スペーサ部材と、を有する、
請求項１または２に記載の共焦点変位センサ。
【請求項６】
前記第１スペーサ部材と前記基台とは、溶接またはろう付によって互いに固着され、
前記第２スペーサ部材と前記基台とは、溶接またはろう付によって互いに固着される、
請求項５に記載の共焦点変位センサ。
【請求項１】
振動部によって振動されるレンズ部を有し、投光部から出射された光が前記レンズ部を通過して計測対象物に照射され、前記計測対象物からの反射光が前記レンズ部を通過して受光部に受光される同軸共焦点光学系を備え、前記受光部における受光量が最大となる時点の前記レンズ部の位置から前記計測対象物の表面変位を計測する共焦点変位センサであって、
前記レンズ部は、前記同軸共焦点光学系の光軸上に位置する第１レンズを含み、
前記振動部は、
固定体と、
一端側の側面が前記固定体に固着され、他端側に設けられた前記第１レンズを前記光軸に沿うように往復移動させる第１振動子と、
一端側の側面が前記固定体に固着される第２振動子と、を含み、
前記固定体、前記第１振動子、および前記第２振動子は、平板状の部材からそれぞれ形成される、
共焦点変位センサ。
【請求項２】
前記レンズ部は、前記同軸共焦点光学系の前記光軸上に位置し、前記第１レンズに間隔を空けて対向配置される第２レンズをさらに含み、
前記第２振動子は、前記第２振動子の他端側に設けられた前記第２レンズを前記光軸に沿うように往復移動させる、
請求項１に記載の共焦点変位センサ。
【請求項３】
前記第１振動子および前記第２振動子は、各々の一端側に比べて各々の他端側の方が幅狭に形成される、
請求項１または２に記載の共焦点変位センサ。
【請求項４】
前記第１振動子および前記第２振動子は、溶接またはろう付によって前記固定体に固着される、
請求項１または２に記載の共焦点変位センサ。
【請求項５】
前記固定体は、
平板状の部材から形成される基台と、
平板状の部材から形成され、前記基台と前記第１振動子の前記側面との間に設けられる第１スペーサ部材と、
平板状の部材から形成され、前記基台と前記第２振動子の前記側面との間に設けられる第２スペーサ部材と、を有する、
請求項１または２に記載の共焦点変位センサ。
【請求項６】
前記第１スペーサ部材と前記基台とは、溶接またはろう付によって互いに固着され、
前記第２スペーサ部材と前記基台とは、溶接またはろう付によって互いに固着される、
請求項５に記載の共焦点変位センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９３９７０（Ｐ２０１２−１９３９７０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６２３２（Ｐ２０１１−５６２３２）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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