変位センサ

【課題】より高い分解能を得ることが可能な変位センサを提供する。
【解決手段】センサヘッド１００は、レンズ１０（対物レンズ）と、レンズ１０を変位させるための振動子８と、フォトダイオード２（受光部）と、反射光の光路上に位置するピンホール７ａが形成された絞り板７と、レンズ９（コリメートレンズ）とを備える。光軸Ｘは、レンズ９，１０の光軸であるとともに、ピンホール７ａの中心軸に対応する。遮光部材１３は、ピンホール７ａの中心軸に対して反射光の光路が傾いた状態で、反射光にピンホール７ａを通過させる。遮光部材１３を省略し、レーザダイオード１の光軸をピンホール７ａの中心軸に対して傾けてもよい。これにより、フォトダイオード２からの受光信号に対する電気的ノイズあるいはスペックルの影響を小さくすることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で計測対象物の変位を計測する変位センサに関し、特に、共焦点光学系を用いた計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する計測装置が提案されている。たとえば特開平７−１１３６１７号公報（特許文献１）に開示された変位計は、音叉に取り付けられたレンズを光軸方向に振動させることで計測対象物体へ向けて照射する光の集光位置を変化させ、その集光位置が計測対象物の表面と一致するときに、ピンホールを通って受光部で受光される反射光の受光量が最大となることに基づいて変位量を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１３６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の構成を有する変位センサの場合、計測の分解能は、受光部から出力される信号の強度がピークとなる位置の安定性に依存する。ここでの「位置」は、音叉に取り付けられたレンズの位置に対応する。
【０００５】
受光部からの受光信号におけるピーク位置がぶれることによって分解能が低下する。ピーク位置がぶれる原因としては、たとえば受光部から出力される電気信号に含まれるノイズ成分の影響がある。あるいは分解能は、音叉の振幅の安定性にも依存する。また、光を拡散させる拡散面を有する計測対象物の場合には、スペックルの影響によってピーク位置がぶれやすい。
【０００６】
しかしながら、特開平７−１１３６１７号公報（特許文献１）に開示された変位センサの構成では、このようなピーク位置のぶれによって分解能が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、より高い分解能を得ることが可能な変位センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある局面に係る変位センサは、計測対象物に光を照射するための投光部と、投光部から計測対象物に照射される光を集めるための対物レンズと、計測対象物に光が照射されることによって生じた反射光を受ける受光部と、反射光の光路上に開口が形成された第１の遮光部材と、対物レンズと共通の光軸に配置され、投光部から照射された光が計測対象物の表面で焦点を結んだときに、反射光が開口の位置において焦点を結ぶように反射光を集光するコリメートレンズと、投光部から計測対象物に照射された光が計測対象物の表面で焦点を結ぶように対物レンズあるいはコリメートレンズを変位させるための振動子とを備える。変位センサは、開口の中心軸に対して反射光の光路を傾かせるように構成される。
【０００９】
好ましくは、変位センサは、光を遮断あるいは弱めるための第２の遮光部材を含む。第２の遮光部材は、対物レンズおよびコリメートレンズの光軸および開口の中心軸の少なくとも一方に配置される。
【００１０】
好ましくは、第２の遮光部材は、円形の形状を有する。
好ましくは、第２の遮光部材は、円形に形成された第１の部材と、第１の部材と同心上に配置された、輪環状の第２の部材とを有する。
【００１１】
好ましくは、投光部の光軸が、対物レンズおよびコリメートレンズの光軸に対して傾いた方向に向けられている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、より高い分解能を得ることが可能な変位センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る変位センサの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示した変位センサの測定原理を説明するための模式図である。
【図３】図１に示した遮光部材１３を省略した場合に得られる分解能の一例を説明した図である。
【図４】遮光部材が配置されていない場合にピンホールを通過する光を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る構成による効果を説明する図である。
【図６】図４に示した従来構成によって得られる受光信号と、図５に示した本発明の実施の形態１に係る構成によって得られる受光信号とを比較した波形図である。
【図７】遮光部材の配置の例を示した図である。
【図８】遮光部材の形状の一例を示した図である。
【図９】遮光部材の形状の他の例を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る変位センサの全体構成を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る構成による効果を説明する図である。
【図１２】実施の形態１に係る変位センサの他の構成例を示した図である。
【図１３】実施の形態２に係る変位センサの他の構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る変位センサの全体構成を模式的に示す図である。図１を参照して、実施の形態１に係る変位センサは、センサヘッド１００と、当該センサヘッド１００を制御するコントローラ２００とを備える。
【００１６】
センサヘッド１００は、レーザダイオード１と、フォトダイオード２と、ビームスプリッタ３と、ピンホール７ａが形成された絞り板７と、レンズ９（コリメートレンズ）と、遮光部材１３と、音叉状の振動子８と、振動子８のアームに取り付けられたレンズ１０（対物レンズ）と、振動子８を振動させるための駆動部１１と、振動子８のアームの位置を検出するための位置検出部１２とを備える。
【００１７】
レーザダイオード１はコントローラ２００から電流が供給されることによって一定の強度の光を発生させる。レーザダイオード１から発せられた光はビームスプリッタ３を透過してレンズ９に入射する。レーザダイオード１からの光はレンズ９によってコリメートされてレンズ１０に入射する。レンズ１０は、レンズ９からの光を計測対象物９０の表面に集光させる。
【００１８】
レンズ１０は、振動子８のアームに支持される。振動子８の近傍には、振動子８を駆動するための駆動部１１が設けられる。図１に示していないが、駆動部１１はコイルおよびそのコイルに通電するための駆動回路を有する。コイルへの電流の供給とコイルへの電流の供給の停止とが一定の周期で繰返される。これにより振動子８のアームが振動する。
【００１９】
レンズ１０は、振動子８の振動により、計測対象物９０に接近する方向および遠ざかる方向に移動する。位置検出部１２は、光軸Ｘの方向に沿ったレンズ１０の位置を検出する。この実施の形態では、光軸Ｘは、レーザダイオード１から発せられる光ビームの光軸であり、レンズ９，１０の光軸でもある。
【００２０】
レーザダイオード１から計測対象物９０へ向けて照射された光は、当該計測対象物９０によって反射される。計測対象物９０からの反射光は、レンズ１０、レンズ９、ビームスプリッタ３を介してフォトダイオード２に導かれる。
【００２１】
ビームスプリッタ３は、計測対象物９０からの反射光の光路をレーザダイオード１から発せられる光の光路から分離する。なおビームスプリッタに代えてハーフミラーを用いてもよい。反射光の光線が光軸Ｘ上を通る場合、その光線はビームスプリッタ３で反射して、ピンホール７ａの中心軸を通る。
【００２２】
絞り板７は、ビームスプリッタ３とフォトダイオード２との間に配置される。絞り板７にはピンホール７ａが形成される。ビームスプリッタ３によってフォトダイオード２に導かれた反射光はピンホール７ａを通過してフォトダイオード２に入射する。
【００２３】
遮光部材１３は、光軸Ｘと交差するように配置されて、光軸Ｘ付近の光を遮断する。遮光部材１３は、ピンホール７ａの中心軸に対して反射光の光軸が傾いた状態で、反射光にピンホール７ａを通過させるための光軸調整部を実現する。このように反射光がピンホール７ａを通過することによって、フォトダイオード２から出力される受光信号の線幅（半値全幅とする）を狭めることができる。したがって実施の形態１によれば、計測対象物の変位を高い精度で計測することができる。遮光部材１３は、光を遮断するものに限定されず、光を弱めるもの（一例を示すと減光フィルター）であってもよい。
【００２４】
コントローラ２００は、駆動部１１に信号を送り、駆動部１１の動作を制御する。さらに、コントローラ２００は、位置検出部１２からの信号およびフォトダイオード２からの受光信号に基づいて、レンズ１０の変位量と受光信号の強度とを対応付ける。これにより、コントローラ２００は、受光信号の強度がピークに達したときのレンズ１０の変位量を検出する。この変位量に基づいて、コントローラ２００は、計測対象物９０の表面の変位を測定する。
【００２５】
なお、この明細書では「変位」とはレーザダイオード１の照射光の光軸方向における位置の変化を意味する。したがって、「変位」とは高さ方向の変化に限定されるものではない。たとえばレーザダイオード１の光軸方向が水平方向となるように光学系が構成されている場合には、「変位」とは水平方向の変化に対応する。
【００２６】
図２は、図１に示した変位センサの測定原理を説明するための模式図である。図２を参照して、測定原理を分かりやすく説明するため、レーザダイオード１、フォトダイオード２およびビームスプリッタ３の図示を省略している。
【００２７】
図示しないレーザダイオードから投射された光は、絞り板７のピンホール７ａを通り、レンズ９およびレンズ１０によって集められ、計測対象物９０の表面に照射される。計測対象物９０の表面で反射した光は、レンズ１０およびレンズ９によって集められ、絞り板７の位置に到達する。ピンホール７ａを通過する反射光の光量は、レンズ１０の変位量に依存する。なお、上述のように、レンズ１０を固定してレンズ９を変位させてもよい。
【００２８】
図２（ａ）は、レーザダイオードから投射された光が、計測対象物９０の手前で焦点を結ぶ場合を示している。この場合には、計測対象物９０の表面で反射した光が、レンズ９，１０によって集められるが、ピンホール７ａの手前で焦点を結ぶ。このため、ピンホール７ａの位置ではピンホール７ａの径よりも光スポットの径が大きくなり、ピンホール７ａを通過する光の量が小さくなる。したがって受光信号の強度が小さくなる。
【００２９】
図２（ｂ）は、レーザダイオードから投射された光が、計測対象物９０の表面で焦点を結ぶ場合を示している。この場合には、計測対象物９０の表面で反射した光は、レンズ９，１０によって集められ、ピンホール７ａの位置で焦点を結ぶ。このため、ピンホール７ａを通過する光の量が最大となるので、受光信号の強度も最大となる。なお、この場合にはレーザダイオードから投射された光の光路と計測対象物９０の表面で反射した光の光路とは一致する。ただし図２では、計測対象物９０に照射される光と計測対象物９０で反射した光とを分かりやすく示すために、これらの光路をわずかにずらして示している。
【００３０】
図２（ｃ）は、レーザダイオードから投射された光が、計測対象物９０の表面よりも内部の位置で焦点を結ぶ場合を示している。この場合にも、計測対象物９０の表面からの反射光がピンホール７ａの位置で形成するスポットは、ピンホール７ａより大きくなる。したがってピンホール７ａを通過する光の量が小さくなる。
【００３１】
図２（ａ）〜図２（ｃ）より、受光信号の強度は、レーザダイオードから投射された光の焦点位置が計測対象物９０の表面に一致するときに最大となり、焦点位置が計測対象物９０の表面と異なる場合には、最大値に比べて著しく小さくなることが分かる。図２の上半分に示したレンズ９の変位と受光信号の強度との関係は、上記の関係を表わしている。レンズ１０の変位と計測対象物の変位との関係は予め求められている。したがって、受光信号の強度が最大になるときのレンズ１０の変位から、計測対象物９０の変位を求めることができる。
【００３２】
焦点位置の計測対象物９０の表面からのずれに対して受光信号の強度が大きく変化するほど、計測対象物９０の変位を精度よく求めることができる。すなわち、図２の上半分に示した変位と受光信号の強度との関係において、受光信号波形の幅が細いほど変位の計測の分解能が高い。実施の形態１では、遮光部材１３を設けることによって、高い分解能を得ることができる。
【００３３】
図３は、図１に示した遮光部材１３を省略した場合に得られる分解能の一例を説明した図である。
【００３４】
図３（ａ）は、フォトダイオード２からの受光信号に電気的ノイズが重畳していることを示している。このような場合には、計測対象物が静止したままであっても、受光信号のピーク位置が測定ごとに異なりうる。すなわちピーク位置のぶれが生じる。このピーク位置のぶれの大きさが分解能に相当する。
【００３５】
一方、拡散面を有する計測対象物の変位を測定する場合には、スペックルにより、図３（ｂ）に示されるようにピーク位置がぶれる。このピーク位置のぶれの大きさが分解能に相当する。
【００３６】
このように、分解能は電気的ノイズあるいはスペックルによるピーク位置のぶれによって低下する。このような問題を解決するためには、受光信号の線幅を狭くすることが有効である。受光信号の線幅を狭くする方法としては、たとえば、レンズ９および／またはレンズ１０のＮＡ（開口数）を大きくする方法あるいはピンホール７ａの径を小さくする方法が考えられる。
【００３７】
しかしながらレンズのＮＡを大きくするためには、たとえばレンズの外径を大きくする必要がある。このため、センサヘッドの大型化、あるいは部品コストの増加といった課題が生じ得る。一方、ピンホールの径を小さくした場合には、たとえば絞り板７のアラインメントが難しくなる。すなわちセンサヘッドの組み立て精度を確保することが難しくなる。また、ピンホールの径をより小さく設計するほど、ピンホールの形成が難しくなる。
【００３８】
一方、実施の形態１によれば、遮光部材を配置することによって、受光信号の線幅を細くすることができる。また、後で詳細に説明するが、遮光部材の配置の自由度が高い。したがって、実施の形態１によれば上述の課題を生じさせることなく、分解能を改善できる。この点について、以下に詳細に説明する。
【００３９】
図４は、遮光部材が配置されていない場合にピンホールを通過する光を説明する図である。図４（ａ）は共焦点状態を説明する図であり、図４（ｂ）は、共焦点からずれた状態を説明する図である。図４を参照して、共焦点状態では、レーザダイオード（図示せず）からの光は、計測対象物９０の表面において焦点を結び、計測対象物９０の表面からの反射光はピンホール７ａの位置において焦点を結ぶ。これにより、計測対象物９０で反射されてピンホール７ａを通過する反射光の光量が最大となる。これに対して、図４（ｂ）では、レーザダイオード（図示せず）からの光は計測対象物９０の手前の位置で焦点を結び、計測対象物９０の表面からの反射光はピンホール７ａの手前の位置において焦点を結ぶ。このため、ピンホール７ａを通過する反射光の光量が減少する。焦点のずれに対して反射光の光量の減少が大きいほど受光信号の線幅が細くなる。
【００４０】
しかしながら、焦点がずれた状態であっても、光軸Ｘの近傍の反射光ビーム２０はピンホール７ａを通過しやすい。一方、反射光ビームのうち、レンズ１０およびレンズ９の端部の側を通過する光線は、ピンホール７ａでけられる。すなわち、その光線は絞り板７によって遮られる。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態１に係る構成による効果を説明する図である。図５（ａ）は共焦点状態を説明する図であり、図５（ｂ）は、共焦点からずれた状態を説明する図である。図５を参照して、実施の形態１に係る構成では、遮光部材１３が光軸Ｘと交わるように配置される。したがって、光軸Ｘの近傍の反射光ビーム２０は遮光部材１３によって遮られる。この結果、ピンホール７ａを通過する反射光の光路が、ピンホール７ａの中心軸に対して傾けられている。
【００４２】
なお、図５に示した構成によれば、レーザダイオード（図示せず）からの光ビームの一部、すなわち光軸Ｘ近傍の光ビームが遮光部材１３によって遮られる。このため光軸Ｘ付近の反射光ビーム（反射光ビーム２０）は実質的に生じない。このため、上記のように、光軸Ｘの近傍の反射光ビーム２０が遮光部材１３によって遮られると説明する。
【００４３】
反射光ビームのうち、レンズ１０およびレンズ９の端部の側を通過する光線は、共焦点状態（図５（ａ））ではピンホール７ａを通過できるのに対し、共焦点からずれた状態（図５（ｂ））ではピンホール７ａにけられる。このため、共焦点状態からの変化に応じて、ピンホール７ａを通過する反射光の光量が大きく変化する。この結果、実施の形態１に係る構成によれば受光信号の線幅を狭くすることができる。
【００４４】
図６は、図４に示した従来構成によって得られる受光信号と、図５に示した本発明の実施の形態１に係る構成によって得られる受光信号とを比較した波形図である。図６を参照して、共焦点状態における受光信号の強度が等しくなるように、各構成における受光信号の強度が調整されている。なお図６において「中央遮蔽」とは、実施の形態１に係る構成を意味する。レンズの位置が共焦点状態での位置から変化すると受光信号の強度もピーク強度から低下する。レンズの変位量が同じである場合、受光信号の強度の低下量は、本発明の実施の形態１に係る構成のほうが従来構成より大きい。したがって、本発明の実施の形態１に係る構成によれば受光信号の線幅が狭くなる。
【００４５】
なお図１等では、遮光部材１３は、レンズ９とレンズ１０との間に配置されているが、遮光部材１３の位置は特に限定されるものでない。レンズ９，１０の光軸Ｘとピンホール７ａの中心軸とが重なる（一致する）場合には、その光軸上の任意の個所に遮光部材１３を配置できる。また、図１に示した構成では、レンズ９，１０の光軸Ｘを通る反射光の光線はビームスプリッタ３によってピンホール７ａの中心軸を通る。このような場合には、レンズ９，１０の光軸Ｘおよびピンホール７ａの中心軸の少なくとも一方に遮光部材１３を配置すればよい。
【００４６】
図７は、遮光部材の配置の例を示した図である。図７を参照して、遮光部材１３は、たとえば、レンズ９とビームスプリッタ３との間の位置（位置Ａ）、レンズ１０と計測対象物９０との間の位置（位置Ｂ）、ビームスプリッタ３とピンホール７ａ（絞り板７）との間の位置（位置Ｃ）、あるいはピンホール７ａ（絞り板７）とフォトダイオード２との間の位置（位置Ｄ）に配置される。いずれの場合においても、遮光部材１３は、光軸Ｘ上あるいはピンホール７ａの中心軸上に配置される。
【００４７】
なお、遮光部材１３の数は１つに限定されない。複数の遮光部材１３を光軸Ｘ上あるいはピンホール７ａの中心軸上に配置してもよい。
【００４８】
図８は、遮光部材の形状の一例を示した図である。図８を参照して、遮光部材１３は円形に形成される。遮光部材１３は矩形であってもよいが、遮光部材の角の部分における光の回折により、計測対象物９０の表面に照射される光スポットの径は大きくなる。一方、遮光部材１３を円形にした場合には、遮光部材１３の周囲における光の回折により、計測対象物９０の表面に照射される光スポットの径は小さくなる。したがって、受光信号の線幅を狭くする効果がより一層高められる。
【００４９】
また、遮光部材１３は、たとえばレンズ１０の表面に取り付けられる。なお、レンズ９の表面に遮光部材１３が取り付けられてもよい。
【００５０】
図９は、遮光部材の形状の他の例を示した図である。遮光部材１３を参照して、遮光部材１３Ａは、中央遮蔽部１３１と、周囲遮蔽部１３２とを有する。中央遮蔽部１３１と周囲遮蔽部１３２との間に輪帯開口１３３が形成される。図８に示された構成と同様に、たとえば遮光部材１３Ａはレンズ１０（レンズ９でもよい）に取り付けられる。遮光部材１３に示されるように輪帯開口が形成されることによって、計測対象物９０の表面に形成される光スポットの径を小さくすることができる。さらに、中央遮蔽部１３１によって光軸Ｘ付近の反射光ビームが遮蔽される。したがって、受光信号の線幅を細くする効果がより一層高められる。
【００５１】
以上のように実施の形態１によれば、対物レンズ（レンズ１０）およびコリメートレンズ（レンズ９）の光軸およびピンホール７ａの中心軸のうちの少なくとも一方に遮光部材１３を配置する。これによって受光信号の線幅を細くすることが可能になる。したがって、計測対象物の変位の計測において、電気的ノイズあるいはスペックルなどの影響を小さくすることが可能になるため、変位を計測する際の分解能を高めることができる。
【００５２】
［実施の形態２］
図１０は、本発明の実施の形態２に係る変位センサの全体構成を模式的に示す図である。図１０を参照して、実施の形態２に係る変位センサは、レーザダイオード１の光軸（Ｘ１で示す）が光軸Ｘに対して傾けられている点において実施の形態１に係る変位センサと異なる。実施の形態１と同じく、光軸Ｘはレンズ９，１０の光軸に対応する。
【００５３】
さらに、実施の形態２に係る変位センサは、遮光部材１３が存在しない点において実施の形態１に係る変位センサと異なる。実施の形態２に係る変位センサの他の部分の構成は実施の形態１に係る変位センサの対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。
【００５４】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る構成による効果を説明する図である。図１１（ａ）は共焦点状態を説明する図であり、図１１（ｂ）は、共焦点からずれた状態を説明する図である。
【００５５】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）を参照して、実施の形態２に係る構成では、レーザダイオード１の光軸Ｘ１がレンズ９，１０の光軸Ｘに対して傾いている。このため計測対象物９０表面で反射した光がレンズ９、１０を通り、さらに、ピンホール７ａを抜けるときに、当該反射光の光軸Ｘ２も光軸Ｘに対して傾いている。したがって、ピンホール７ａの中心軸に対して反射光の光路が傾いている。なお、光軸Ｘ２の光軸Ｘに対する傾きの角度は、光軸Ｘ１の光軸Ｘに対する傾きの角度に等しい。
【００５６】
実施の形態２に係る構成においても、レンズ９，１０の中央を通過する反射光の成分が存在しない。これにより実施の形態１の構成による効果と同様の効果が得られる。したがって、実施の形態２によれば共焦点状態から焦点がずれた状態においてピンホール７ａを通過する反射光の光量を減らすことができる。この結果、受光信号の線幅を狭くすることができる。
【００５７】
なお、上記の各実施の形態では、コリメートレンズが固定されて、対物レンズが振動子によって変位している。ただしコリメートレンズを振動子によって変位させて、対物レンズを固定してもよい。
【００５８】
また、本発明は、共焦点光学系を用いた変位センサに対して適用可能である。共焦点光学系の構成は上記の実施の形態に示された構成に限定されるものではない。たとえば、センサヘッドは以下のような光学系によって構成されてもよい。
【００５９】
図１２は、実施の形態１に係る変位センサの他の構成例を示した図である。図１２を参照して、レーザダイオード１から計測対象物９０に投射される光と、計測対象物９０により反射された光とが共通のピンホール（７ａ）を通過する。すなわちピンホール７ａは、実質的な光源となり、また、計測対象物９０での反射光に対する絞りとなっている。これにより、光源と絞りとが同一のもので構成されるため、両者の位置ずれに起因する計測誤差の発生を抑制することができる。
【００６０】
図１２に示した構成では、レーザダイオード１の発光点１ａから発せられた光はレンズ４によってコリメートされる。ビームスプリッタ３は、レンズ４によってコリメートされた光を透過させる。ビームスプリッタ３を透過した光はレンズ５によって、絞り板７に設けられたピンホール７ａに向けて集光され、ピンホール７ａを通過する。
【００６１】
レーザダイオード１から計測対象物９０へ向けて照射された光は、当該計測対象物９０によって反射される。計測対象物９０からの反射光は、レンズ９，１０によって絞り板７に設けられたピンホール７ａに向けて集光される。ピンホール７ａを通過した光は、レンズ５によってコリメートされてビームスプリッタ３に入射する。
【００６２】
ビームスプリッタ３は、レンズ５からの光の光路を、レーザダイオード１から発せられる光の光路から分離する。ビームスプリッタ３によって反射した光はレンズ６によって集光されてフォトダイオード２の受光面２ａに入射する。
【００６３】
この構成では、光軸Ｘは、レーザダイオード１の光軸でもあり、ピンホール７ａの中心軸でもあり、レンズ９，１０の光軸でもある。遮光部材１３は、たとえばレンズ９とレンズ１０との間に設けられる。ただし、遮光部材１３は、レンズ９とピンホール７ａ（絞り板７）との間の位置、レンズ１０と計測対象物９０との間の位置、レンズ５とピンホール７ａ（絞り板７）との間の位置、ビームスプリッタ３とレンズ６との間の位置、あるいはレンズ６とフォトダイオード２との間の位置に配置されてもよい。
【００６４】
図１３は、実施の形態２に係る変位センサの他の構成例を示した図である。図１３を参照して、レーザダイオード１の光軸Ｘ１は、レンズ９，１０の光軸Ｘに対して傾けられている。光軸Ｘは、ピンホール７ａの中心軸でもある。レーザダイオード１から発せられた光ビームは、ピンホール７ａに対して傾斜した状態でピンホール７ａを通過する。一方、計測対象物９０からの反射光ビームがピンホール７ａを通過する際にも、反射光ビームの光軸Ｘ２は光軸Ｘに対して傾いている。
【００６５】
図１２および図１３に示された構成によれば、レーザダイオード１から計測対象物９０に投射される光と、計測対象物９０により反射された光とが共通のピンホール（ピンホール７ａ）を通過する。すなわちピンホール７ａは、実質的な光源となり、また、計測対象物９０での反射光に対する絞りとなっている。
【００６６】
さらに本発明は共焦点光学系であれば反射型の光学系に限定されず、透過型の光学系に対して適用可能である。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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】
【００６８】
１レーザダイオード、１ａ発光点、２フォトダイオード、２ａ受光面、３ビームスプリッタ、４〜６，９，１０レンズ、７絞り板、７ａピンホール、８振動子、１１駆動部、１２位置検出部、１３，１３Ａ遮光部材、２０反射光ビーム、９０計測対象物、１００センサヘッド、１３１中央遮蔽部、１３２周囲遮蔽部、１３３輪帯開口、２００コントローラ、Ｘ，Ｘ１，Ｘ２光軸。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に光を照射するための投光部と、
前記投光部から前記計測対象物に照射される光を集めるための対物レンズと、
前記計測対象物に光が照射されることによって生じた反射光を受ける受光部と、
前記反射光の光路上に開口が形成された第１の遮光部材と、
前記対物レンズと共通の光軸に配置され、前記投光部から照射された光が前記計測対象物の表面で焦点を結んだときに、前記反射光が前記開口の位置において焦点を結ぶように前記反射光を集光するコリメートレンズと、
前記投光部から前記計測対象物に照射された光が前記計測対象物の表面で焦点を結ぶように前記対物レンズあるいは前記コリメートレンズを変位させるための振動子とを備え、
前記開口の中心軸に対して前記反射光の光路を傾かせるように構成された、変位センサ。
【請求項２】
前記変位センサは、
光を遮断あるいは弱めるための第２の遮光部材をさらに備え、
前記第２の遮光部材は、前記対物レンズおよび前記コリメートレンズの光軸および前記開口の前記中心軸の少なくとも一方に配置される、請求項１に記載の変位センサ。
【請求項３】
前記第２の遮光部材は、円形の形状を有する、請求項２に記載の変位センサ。
【請求項４】
前記第２の遮光部材は、
円形に形成された第１の部材と、
前記第１の部材と同心上に配置された、輪環状の第２の部材とを有する、請求項２に記載の変位センサ。
【請求項５】
前記投光部の光軸が、前記対物レンズおよび前記コリメートレンズの光軸に対して傾いた方向に向けられている、請求項１に記載の変位センサ。

【図１】