阅读说明：本技术 共焦位移传感器 (Confocal displacement sensor ) 是由 藤本祐考 武井英人 桝口阳平 久我翔马 于 2019-05-24 设计创作，主要内容包括：提供一种共焦位移传感器,其能够容易且准确地调整测量头单元的姿势,使得可以以高精度进行测量对象的测量。将测量头(200A、200B)的透镜单元(220)的光轴调整成彼此平行。透镜单元(220)包括衍射透镜(222)。在调整光轴时,在测量头(200A、200B)以夹持基准构件的方式彼此面对的状态下,从测量头(200A、200B)向基准构件的一个面和另一面分别发射具有多个波长的光。将具有一个波长的一级光的强度作为表示测量头(200A、200B)的光轴相对于基准构件的一个面和另一面的垂直度的信息显示在主显示单元(610)上,该一级光被基准构件的一个面和另一面分别反射并且经由具有其它波长的多级光的路径入射到测量头(200A、200B)上。(A kind of confocal displacement sensor is provided, the posture of measurement head unit can be easily and securely adjusted, allow to measure the measurement of object with high precision.The optical axis of the lens unit (220) of measuring head (200A, 200B) is adjusted to parallel to each other.Lens unit (220) includes diffraction lens (222).When adjusting optical axis, in the state that measuring head (200A, 200B) is facing with each other in a manner of clamping reference feature, a face from measuring head (200A, 200B) to reference feature and another side from emit the light with multiple wavelength respectively.It is shown in the intensity of the level-one light with a wavelength as the optical axis for indicating measuring head (200A, 200B) on main display unit (610) relative to the information in a face of reference feature and the verticality of another side, which is reflected respectively and be incident on measuring head (200A, 200B) via the path of the multi-stage light with other wavelength by a face of reference feature and another side.)

共焦位移传感器

技术领域

本发明涉及能够测量测量对象的厚度的共焦位移传感器。

背景技术

作为用于通过非接触方法测量测量对象的表面的位移的设备，存在共焦位移传感器。在共焦位移传感器中，经由光学构件向测量对象发射具有宽波长带的光，并且基于已由测量对象的表面聚焦并反射的光的受光信号来测量测量对象的表面的位移。

已知有如下的方法：共焦位移传感器的两个光学构件被布置成彼此面对，并且测量布置在这两个光学构件之间的测量对象的厚度。在该方法中，为了以高精度测量测量对象的厚度，需要精确地使共焦位移传感器的一个光学构件的光轴和该共焦位移传感器的另一光学构件的光轴一致。

日本特开2015-169546(专利文献1)描述了使两个共焦测量设备的两个传感器头的光轴彼此一致以便如上所述测量测量对象的厚度的光轴调整方法。在该光轴调整方法中，操作者将两个传感器头配置成彼此面对，并且粗略地调整传感器头的姿势(取向)和位置。

之后，从一个传感器头生成检测光，测量入射在另一传感器头上的检测光的强度，并且在彼此垂直的三个方向上调整两个传感器头至少之一的位置，使得通过测量所获取到的检测光的波形具有一个峰值。

发明内容

在专利文献1所述的方法中，操作者调整两个传感器头的姿势，使得两个传感器头的光轴彼此平行。然而，在实践中，不容易准确地调整两个传感器头的姿势以使得两个传感器头的光轴彼此平行。如果一个传感器头的光轴相对于另一传感器头的光轴倾斜，则即使调整两个传感器头之间的位置关系，两个传感器头的光轴也不能彼此一致。因此，测量对象的厚度的测量精度下降。

不限于上述示例，即使在使用一个传感器头进行测量对象的测量的情况下，也期望容易且准确地调整传感器头的姿势，以便更准确地进行测量。

本发明的目的是提供能够容易且准确地调整测量头单元的姿势、使得可以高精度地进行测量对象的测量的共焦位移传感器。

(1)根据本发明的第一方面，提供一种共焦位移传感器，包括：光投射单元，用于发射具有多个波长的光；第一头单元，其包括第一共焦光学系统，所述第一共焦光学系统具有第一衍射透镜，在所述光投射单元所发射的光中产生沿着光轴方向的色像差，并且使该光会聚在测量对象的第一面上；第一分光器，用于针对各波长对被所述第一面反射且穿过了所述第一共焦光学系统的第一光进行分光；第一受光单元，用于针对各波长接收分光后的第一光，并且获取针对各波长的光的强度；以及控制装置，其被配置为能够使用具有所述第一面的基准构件来调整所述第一头单元的光轴，其中，所述第一头单元被配置成使得：在所述第一头单元的光轴与所述第一面垂直的情况下，经由所述第一头单元发射至所述第一面的具有一个波长的第一一级光被所述第一面反射，并且经由具有所述一个波长的第一多级光的路径穿过所述第一共焦光学系统，以及所述控制装置包括强度信息显示控制单元，所述强度信息显示控制单元用于在调整所述光轴时，在所述第一头单元的光发射侧布置有所述基准构件的状态下，使显示单元显示与所述第一受光单元所接收到的光的强度中的第一判断光的强度有关的信息作为第一强度信息，其中所述第一判断光是从所述第一一级光被所述第一面反射且经由所述第一多级光的路径穿过了所述第一共焦光学系统所获取到的。

在该共焦位移传感器中，在调整第一头单元的光轴时，在第一头单元的光发射侧布置有基准构件的状态下，将与第一判断光的强度有关的信息作为第一强度信息显示在显示单元上。第一判断光的强度随着第一头单元的光轴相对于第一面的垂直度变高而变高，以及随着第一头单元的光轴相对于第一面的垂直度变低而变低。因此，使用者可以在从视觉上识别第一强度信息的同时，容易且准确地调整第一头单元的姿势，使得第一头单元的光轴与基准构件的第一面垂直。

结果，使用者可以容易且准确地调整第一头单元相对于测量对象的测量面的姿势，以便以高精度进行测量。

(2)根据本发明的第二方面，提供一种共焦位移传感器，其能够测量在相对侧具有第一面和第二面的测量对象的厚度，所述共焦位移传感器包括：光投射单元，用于发射具有多个波长的光；第一头单元，其包括第一共焦光学系统，所述第一共焦光学系统具有第一衍射透镜，在所述光投射单元所发射的光中产生沿着光轴方向的色像差，并且使该光会聚在所述测量对象的所述第一面上；第二头单元，其包括第二共焦光学系统，所述第二共焦光学系统具有第二衍射透镜，在所述光投射单元所发射的光中产生沿着光轴方向的色像差，并且使该光会聚在所述测量对象的所述第二面上；第一分光器，用于针对各波长对被所述第一面反射且穿过了所述第一共焦光学系统的第一光进行分光；第一受光单元，用于针对各波长接收分光后的第一光，并且获取针对各波长的光的强度；以及控制装置，其被配置为能够使用具有彼此平行的所述第一面和所述第二面的基准构件代替所述测量对象来调整所述第一头单元的光轴，其中，所述第一头单元被配置成使得：在所述第一头单元的光轴与所述第一面垂直的情况下，经由所述第一头单元发射至所述第一面的具有一个波长的第一一级光被所述第一面反射，并且经由具有所述一个波长的第一多级光的路径穿过所述第一共焦光学系统，所述第二头单元被配置成使得：在所述第二头单元的光轴与所述第二面垂直的情况下，经由所述第二头单元发射至所述第二面的具有一个波长的第二一级光被所述第二面反射，并且经由具有所述一个波长的第二多级光的路径穿过所述第二共焦光学系统，以及所述控制装置包括强度信息显示控制单元，所述强度信息显示控制单元用于在调整所述第一头单元的光轴时，在所述第一头单元和所述第二头单元之间布置有所述基准构件的状态下，使显示单元显示与所述第一受光单元所接收到的光的强度中的第一判断光的强度有关的信息作为第一强度信息，其中所述第一判断光是从所述第一一级光被所述第一面反射且经由所述第一多级光的路径穿过了所述第一共焦光学系统所获取到的。

在该共焦位移传感器中，在调整第一头单元的光轴时，在第一头单元和第二头单元之间布置有基准构件的状态下，将与第一判断光的强度有关的信息作为第一强度信息显示在显示单元上。第一判断光的强度随着第一头单元的光轴相对于第一面的垂直度变高而变高，以及随着第一头单元的光轴相对于第一面的垂直度变低而变低。因此，使用者可以在从视觉上识别第一强度信息的同时，容易且准确地调整第一头单元的姿势，使得第一头单元的光轴与基准构件的第一面垂直。

如上所述，使用者可以通过调整第一头单元的姿势并且调整第一头单元和第二头单元之间的相对位置关系，来使第一头单元和第二头单元的光轴一致。

结果，使用者可以在调整第一头单元和第二头单元的光轴之后，以高精度测量测量对象的厚度。

(3)所述共焦位移传感器还可以包括：第二分光器，用于针对各波长对被所述第二面反射且穿过了所述第二共焦光学系统的第二光进行分光；以及第二受光单元，用于针对各波长接收分光后的第二光，并且获取针对各波长的光的强度，其中，所述控制装置可以被配置为能够使用所述基准构件来进一步调整所述第二头单元的光轴，以及所述强度信息显示控制单元可以在调整所述第二头单元的光轴时，在所述第一头单元和所述第二头单元之间布置有所述基准构件的状态下，使所述显示单元还显示与所述第二受光单元所接收到的光的强度中的第二判断光的强度有关的信息作为第二强度信息，其中所述第二判断光是从所述第二一级光被所述第二面反射且经由所述第二多级光的路径穿过了所述第二共焦光学系统所获取到的。

在这种情况下，在调整第二头单元的光轴时，在第一头单元和第二头单元之间布置有基准构件的状态下，将与第二判断光的强度有关的信息作为第二强度信息显示在显示单元上。第二判断光的强度随着第二头单元的光轴相对于第二面的垂直度变高而变高，以及随着第二头单元的光轴相对于第二面的垂直度变低而变低。因此，使用者可以在从视觉上识别第二强度信息的同时，容易且准确地调整第二头单元的姿势，使得第二头单元的光轴与基准构件的第二面垂直。

如上所述，使用者可以通过调整第二头单元的姿势并且调整第一头单元和第二头单元之间的相对位置关系，来使第一头单元和第二头单元的光轴一致。

结果，使用者可以在调整第一头单元和第二头单元的光轴之后，以高精度测量测量对象的厚度。

(4)所述第一强度信息可以表示所述第一判断光的强度的时间变化，以及所述第二强度信息可以表示所述第二判断光的强度的时间变化。

在这种情况下，使用者可以通过从视觉上识别第一强度信息和第二强度信息来更容易且准确地调整第一头单元和第二头单元的姿势。

(5)所述控制装置还可以包括最大强度显示控制单元，所述最大强度显示控制单元用于使所述显示单元显示第一最大强度信息，并且使所述显示单元显示第二最大强度信息，其中所述第一最大强度信息表示所述第一判断光的强度的时间变化中的到当前时间点为止的最大强度，以及所述第二最大强度信息表示所述第二判断光的强度的时间变化中的到当前时间点为止的最大强度。

在这种情况下，使用者可以通过从视觉上识别第一最大强度信息和第二最大强度信息来甚至更容易且准确地调整第一头单元和第二头单元的姿势。

(6)所述第一判断光的峰波长可以根据所述第一面和所述第一头单元之间的距离而改变，并且所述第二判断光的峰波长根据所述第二面和所述第二头单元之间的距离而改变，以及所述控制装置还可以包括范围显示控制单元，所述范围显示控制单元用于控制所述显示单元以使得：将所述第一判断光的波形显示在波长轴上，根据所述第一面和所述第一头单元之间的距离的变化来改变所述波长轴上的所述第一判断光的波形的位置，并在所述第一面和所述第一头单元之间的距离在预先确定的第一距离范围内的情况下将所述第一判断光的波长的范围作为第一波长范围显示在所述波长轴上，并且所述范围显示控制单元控制所述显示单元以使得：将所述第二判断光的波形显示在波长轴上，根据所述第二面和所述第二头单元之间的距离的变化来改变所述波长轴上的所述第二判断光的波形的位置，并在所述第二面和所述第二头单元之间的距离在预先确定的第二距离范围内的情况下将所述第二判断光的波长的范围作为第二波长范围显示在所述波长轴上。

在这种情况下，使用者调整第一面和第一头单元之间的距离，使得显示单元上所显示的第一判断光的波形在第一波长范围内。由此，第一面和第一头单元之间的距离在第一距离范围内。另外，使用者调整第二面和第二头单元之间的距离，使得显示单元上所显示的第二判断光的波形在第二波长范围内。由此，第二面和第二头单元之间的距离在第二距离范围内。结果，可以容易且适当地调整与基准构件的第一面和第二面垂直的方向上的第一头单元和第二头单元之间的距离。

(7)所述第一受光单元和所述第二受光单元可以在所述基准构件未存在于所述第一头单元和所述第二头单元之间的状态下，获取从所述第一头单元的所述第一共焦光学系统发射且入射在所述第二头单元的所述第二共焦光学系统上的光的强度以及从所述第二头单元的所述第二共焦光学系统发射且入射在所述第一头单元的所述第一共焦光学系统上的光的强度中的至少一个强度，以及所述控制装置还可以包括一致度显示控制单元，所述一致度显示控制单元用于使所述显示单元基于所述第一受光单元和所述第二受光单元所获取到的所述至少一个强度来显示表示所述第一头单元的光轴和所述第二头单元的光轴的一致度的一致度信息。

在这种情况下，使用者可以通过从视觉上识别一致度信息来容易地使第一头单元的光轴和第二头单元的光轴一致。

(8)所述控制装置还可以包括：距离调整图像显示控制单元，用于在调整所述第一头单元的光轴和所述第二头单元的光轴时，使所述显示单元显示第一距离调整图像和第二距离调整图像，其中所述第一距离调整图像提示用于调整所述第一头单元和所述基准构件之间的距离的操作，以及所述第二距离调整图像提示用于调整所述第二头单元和所述基准构件之间的距离的操作；姿势调整图像显示控制单元，用于在调整所述第一头单元的光轴和所述第二头单元的光轴时，在所述显示单元显示所述第一距离调整图像和所述第二距离调整图像之后，使所述显示单元显示第一姿势调整图像和第二姿势调整图像，其中所述第一姿势调整图像提示用于调整所述第一头单元相对于所述基准构件的姿势的操作，以及所述第二姿势调整图像提示用于调整所述第二头单元相对于所述基准构件的姿势的操作；以及轴调整图像显示控制单元，用于在调整所述第一头单元的光轴和所述第二头单元的光轴时，在所述显示单元显示所述第一姿势调整图像和所述第二姿势调整图像之后，使所述显示单元显示轴调整图像，所述轴调整图像提示用于通过使所述第一头单元和所述第二头单元至少之一移动来使所述第一头单元的光轴和所述第二头单元的光轴一致的操作。

在这种情况下，在将第一距离调整图像和第二距离调整图像显示在显示单元上之后，显示第一姿势调整图像和第二姿势调整图像。在将第一姿势调整图像和第二姿势调整图像显示在显示单元上之后，显示轴调整图像。由此，使用者可以根据显示单元上所显示的图像来按适当顺序调整第一头单元和第二头单元的位置和姿势。结果，使用者可以高效地调整第一光学构件和第二光学构件的光轴。

(9)所述共焦位移传感器还可以包括：第一操作单元，其由使用者操作，以指示所述第一距离调整图像和所述第二距离调整图像的显示；第二操作单元，其由使用者操作，以在所述范围显示控制单元显示所述第一波长范围和所述第二波长范围之后，指示所述第一姿势调整图像和所述第二姿势调整图像的显示；以及第三操作单元，其由使用者操作，以在所述强度信息显示控制单元显示所述第一强度信息和所述第二强度信息之后，指示所述轴调整图像的显示。

在这种情况下，使用者可以通过顺次操作第一操作单元、第二操作单元和第三操作单元来按适当顺序调整第一头单元和第二头单元的位置和姿势。

(10)所述光投射单元包括：第一光投射单元，用于向所述第一共焦光学系统发射光；以及第二光投射单元，用于向所述第二共焦光学系统发射光，以及所述控制装置还可以包括：光控制单元，用于在所述一致度显示控制单元显示所述一致度信息的情况下，进行第一控制和第二控制至少之一，其中所述第一控制用于基于从所述第二受光单元输出的受光信号来控制所述第一光投射单元中的光的发射，以及所述第二控制用于基于从所述第一受光单元输出的受光信号来控制所述第二光投射单元中的光的发射。

在这种情况下，根据第一控制来控制第一光投射单元中的光的发射，使得在第二受光单元中接收到具有适当强度的光。根据第二控制来控制第二光投射单元中的光的发射，使得在第一受光单元中接收到具有适当强度的光。结果，将一致度信息适当地显示在显示单元上。

(11)所述强度信息显示控制单元可以将所述第一强度信息和所述第二强度信息同时显示在所述显示单元的单个画面上。

在这种情况下，将第一强度信息和第二强度信息同时显示在显示单元的单个画面上。因此，使用者可以在比较第一强度信息和第二强度信息的同时，调整第一头单元和第二头单元的姿势。

(12)所述共焦位移传感器可以在所述第一头单元和所述第二头单元被布置成彼此面对的情况下，使用从所述第一头单元和所述第二头单元中的一个头单元入射到另一头单元的光来调整所述另一头单元的光轴。

在这种情况下，可以基于来自第一头单元和第二头单元中的一个头单元的光来准确地调整另一头单元的姿势。

(13)根据本发明的第三方面，提供一种共焦位移传感器，其能够测量在相对侧具有第一面和第二面的测量对象的厚度，所述共焦位移传感器包括：光投射单元，用于发射具有多个波长的多个光；第一头单元和第二头单元；第一光学构件，其设置在所述第一头单元中，具有用于在所述光投射单元所发射的多个光中产生沿着光轴方向的色像差的衍射透镜，并且使具有色像差的多个光会聚以将所述多个光中的各个光发射至所述测量对象的所述第一面；第一针孔构件，其设置在所述第一头单元中并且具有多个第一针孔，其中由所述第一光学构件发射至所述第一面的多个光中的由所述第一面聚焦并反射的多个光作为多个第一光穿过所述多个第一针孔；第二光学构件，其设置在所述第二头单元中，具有用于在所述光投射单元所发射的多个光中产生沿着光轴方向的色像差的衍射透镜，并且使具有色像差的多个光会聚以将所述多个光中的各个光发射至所述测量对象的所述第二面；第二针孔构件，其设置在所述第二头单元中并且具有多个第二针孔，其中由所述第二光学构件发射至所述第二面的多个光中的由所述第二面聚焦并反射的多个光作为多个第二光穿过所述多个第二针孔；获取单元，用于获取穿过了所述多个第一针孔的所述多个第一光的针对各波长的强度，并且获取穿过了所述多个第二针孔的所述多个第二光的针对各波长的强度；厚度计算单元，用于基于所述获取单元所获取到的所述多个第一光的针对各波长的强度和所述多个第二光的针对各波长的强度，来计算所述测量对象的所述第一面和所述第二面之间的厚度；以及控制装置，其被配置为能够使用具有彼此平行的第一面和第二面的基准构件代替所述测量对象来调整所述第一光学构件的光轴和所述第二光学构件的光轴，其中，所述第一头单元被配置成使得：在所述第一光学构件的光轴与所述第一面垂直的情况下，经由所述第一光学构件发射至所述第一面的具有一个波长的第一一级光被所述第一面反射并且经由具有所述一个波长的第一多级光的路径穿过所述第一针孔，所述第二头单元被配置成使得：在所述第二光学构件的光轴与所述第二面垂直的情况下，经由所述第二光学构件发射至所述第二面的具有一个波长的第二一级光被所述第二面反射并且经由具有所述一个波长的第二多级光的路径穿过所述第二针孔，以及所述控制装置包括强度信息显示控制单元，所述强度信息显示控制单元用于在调整所述第一头单元的光轴和所述第二头单元的光轴时，在所述第一头单元和所述第二头单元之间布置有所述基准构件的状态下，使显示单元显示与所述获取单元所获取到的多个光的强度中的第一判断光的强度有关的信息作为第一强度信息，并且显示与所述获取单元所获取到的多个光的强度中的第二判断光的强度有关的信息作为第二强度信息，其中所述第一判断光是从所述第一一级光被所述第一面反射且经由所述第一多级光的路径穿过了所述第一针孔所获取到的，以及所述第二判断光是从所述第二一级光被所述第二面反射且经由所述第二多级光的路径穿过了所述第二针孔所获取到的。

在该共焦位移传感器中，在调整第一光学构件和第二光学构件的光轴时，在第一头单元和第二头单元之间布置有基准构件的状态下，将第一强度信息显示在显示单元上。因此，使用者可以在从视觉上识别第一强度信息的同时，容易且准确地调整第一头单元的姿势，使得第一光学构件的光轴与基准构件的第一面垂直。

另外，在第一头单元和第二头单元之间布置有基准构件的状态下，将第二强度信息显示在显示单元上。因此，使用者可以在从视觉上识别第二强度信息的同时，容易且准确地调整第二头单元的姿势，使得第二光学构件的光轴与基准构件的第二面垂直。

如上所述，使用者可以通过调整第一头单元和第二头单元的姿势并且调整第一头单元和第二头单元之间的相对位置关系，来使第一光学构件和第二光学构件的光轴一致。

结果，使用者可以在调整第一光学构件和第二光学构件的光轴之后，以高精度测量测量对象的厚度。

(14)所述第一强度信息是基于与所述第一头单元相对应的多个第一判断光的多个强度中的最大强度值和最小强度值之间的差的值，以及所述第二强度信息是基于与所述第二头单元相对应的多个第二判断光的多个强度中的最大强度值和最小强度值之间的差的值。

在这种情况下，可以基于多个第一判断光的多个强度中的最大强度值和最小强度值之间的差来调整第一头单元的姿势。此外，可以基于多个第二判断光的多个强度中的最大强度值和最小强度值之间的差来调整第二头单元的姿势。

(15)所述共焦位移传感器可以具有用于测量所述测量对象的测量模式和用于调整所述第一头单元的光轴的光轴调整模式。

在这种情况下，通过使共焦位移传感器以测量模式操作来进行测量对象的测量。通过使共焦位移传感器以光轴调整模式操作来调整头单元的光轴。

根据本发明，可以提供能够容易且准确地调整测量头单元的姿势、使得可以以高精度进行测量对象的测量的共焦位移传感器。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的共焦位移传感器的结构的示意图。

图2是示出在测量测量对象的厚度时、测量头的光轴彼此不一致的情况的示例的示意图。

图3是示出在测量测量对象的厚度时、测量头的光轴彼此不一致的情况的其它示例的示意图。

图4是用于说明使用图1的测量头的共焦位移传感器的操作原理的图。

图5A是示出在测量头的光轴与测量对象的表面垂直时的具有多个波长的光的行进路径的示例的图，以及图5B是示出在测量头和测量对象处于图5A的位置关系时获取到的受光信号的波形的示例的图。

图6A是示出在测量头的光轴与测量对象的表面不垂直时的具有多个波长的光的行进路径的示例的图，以及图6B是示出在测量头和测量对象处于图6A的位置关系时获取到的受光信号的波形的示例的图。

图7是示出能够保持测量头的保持装置的示例的图。

图8是示出在调整测量头的光轴时、图1的主显示单元上顺次显示的引导画面的示例的图。

图9是示出在调整测量头的光轴时、图1的主显示单元上顺次显示的引导画面的示例的图。

图10是示出在调整测量头的光轴时、图1的主显示单元上顺次显示的引导画面的示例的图。

图11是示出在调整测量头的光轴时、图1的主显示单元上顺次显示的引导画面的示例的图。

图12是示出在调整测量头的光轴时、图1的主显示单元上顺次显示的引导画面的示例的图。

图13是示出在调整测量头的光轴时、图1的主显示单元上顺次显示的引导画面的示例的图。

图14是示出在调整测量头的光轴时、图1的主显示单元上顺次显示的引导画面的示例的图。

图15是示出在调整测量头的光轴时、图1的主显示单元上顺次显示的引导画面的示例的图。

图16是示出图1的共焦位移传感器的功能结构的框图。

图17是示出在PC中进行的光轴调整处理的流程图。

图18是示出在PC中进行的光轴调整处理的流程图。

图19是示出根据第二实施例的共焦位移传感器的结构的示意图。

图20是示出在根据第二实施例的光轴调整的第四步骤中在主显示单元上显示的引导画面的示例的图。

图21是示出在根据第二实施例的光轴调整的第四步骤中在主显示单元上显示的引导画面的示例的图。

具体实施方式

以下将参考附图来说明根据本发明实施例的共焦位移传感器。

[1]第一实施例

(1)共焦位移传感器的基本结构

图1是示出根据第一实施例的共焦位移传感器的结构的示意图。如图1所示，共焦位移传感器500包括测量单元100A和100B、测量头200A和200B、导光单元300A和300B、控制单元400和个人计算机(PC)600。导光单元300A包括多个光纤，并且使测量单元100A和测量头200A光学地连接。

测量单元100A包括壳体110、光投射单元120、分光单元130、受光单元140、测量控制单元150和副显示单元190。壳体110容纳光投射单元120、分光单元130、受光单元140和测量控制单元150。副显示单元190包括诸如七段显示器或点矩阵显示器等的显示器，并且附接至壳体110。光投射单元120被配置为能够发射具有宽波长带(例如，500nm～700nm)的光、即具有多个波长的光。光投射单元120所发射的光被输入至以下所述的导光单元300A的光纤311。

分光单元130包括衍射光栅131以及多个(在本实施例中为两个)透镜132和133。如后面将说明的，光投射单元120所发射的并被测量对象S的表面反射的光的一部分是从导光单元300A的后面将说明的光纤312输出的。从光纤312输出的光通过穿过透镜132而基本上平行化，并且入射在衍射光栅131上。在本实施例中，衍射光栅131是反射型衍射光栅。入射在衍射光栅131上的光以针对各波长按不同角度反射的方式发生分光，并且通过穿过透镜133而聚焦于针对各波长而不同的一维中的位置。

受光单元140包括多个像素以一维方式排列的摄像元件(一维线传感器)。摄像元件可以是多分割光电二极管(PD)、电荷耦合器件(CCD)照相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，或者可以是其它器件。受光单元140被配置成：摄像元件的多个像素分别在由穿过分光单元130的透镜133的光形成的针对各波长而不同的多个聚焦位置处接收光。从受光单元140的各像素输出与受光量相对应的模拟电气信号(以下称为受光信号)。受光信号表示各像素所接收到的光的强度。

测量控制单元150包括中央处理单元(CPU)、存储器或微计算机。测量控制单元150存储控制程序和诸如用于位移测量的测量条件等的各种数据。这些数据是从后面将说明的控制单元400提供的。测量控制单元150基于所存储的控制程序和数据来控制光投射单元120和受光单元140，并且基于从受光单元140输出的受光信号来计算测量对象S的表面的位移。测量控制单元150将位移的计算结果显示在副显示单元190上。

测量控制单元150连接至控制单元400，并且控制单元400进一步连接至PC 600。测量控制单元150将位移的计算结果和从受光单元140输出的受光信号提供至控制单元400。后面将说明控制单元400和PC 600的结构和操作。

测量头200包括具有轴对称形状(在本实施例中为圆筒形状)的壳体210、光纤314和透镜单元220。壳体210容纳光纤314和透镜单元220。

导光单元300A的(后面要说明的)光纤连接器330附接至壳体210的一端。光纤314在壳体210内连接至光纤连接器330。光从测量单元100A经由导光单元300A被引导至光纤314。被引导至光纤314的光在壳体210内从光纤314输出并被引导至透镜单元220。

透镜单元220包括折射透镜221、衍射透镜222和物镜223。被引导至透镜单元220的光顺次穿过折射透镜221和衍射透镜222。结果，沿着光轴方向在光中产生色像差。物镜223被布置成：存在色像差的光可以聚焦在测量对象S的表面附近的位置。

导光单元300A包括多个(在本实施例中为三个)光纤311、312和319、光纤耦合器320以及光纤连接器330。在图1的示例中，光纤耦合器320设置在测量单元100A的壳体110中。光纤连接器330附接至测量头200的壳体210。

光纤耦合器320具有所谓的1×2型结构，并且包括三个端口321～323和主体324。端口321和322以及端口323以夹持主体324彼此面对的方式连接至主体324。输入至端口321和322至少之一的光从端口323输出。输入至端口323的光从端口321和322中的各端口输出。

光纤311和312分别连接至光纤耦合器320的端口321和322。光纤耦合器320的端口323和光纤连接器330通过光纤319连接。

根据该结构，测量单元100A的光投射单元120发射的光经由光纤311被输入至光纤耦合器320的端口321。输入至端口321的光从端口323被输出，并且经由光纤319被输入至光纤连接器330。输入至光纤连接器330的光穿过光纤314和透镜单元220，以被发射至测量对象S。

测量对象S的表面所反射的光的一部分经由透镜单元220和光纤314被输入至光纤连接器330。输入至光纤连接器330的光经由光纤319被输入至光纤耦合器320的端口323。输入至端口323的光从端口321和322被输出。从端口322输出的光经由光纤312被引导至分光单元130。因而，基于从测量单元100A发射至测量对象S的光来计算测量对象S的位移。

测量单元100A和测量单元100B具有相同的结构，测量头200A和测量头200B具有相同的结构，并且导光单元300A和导光单元300B具有相同的结构。与上述的测量单元100A和测量头200A的示例相同，测量单元100B和测量头200B通过导光单元300B光学地连接。测量单元100B的测量控制单元150(未示出)连接至控制单元400。

从测量单元100B的光投射单元120(未示出)发射的光经由测量头200B被发射至测量对象S。被测量对象S的表面反射的光的一部分经由测量头200B返回到测量单元100B。由此，基于从测量单元100B发射至测量对象S的光来计算测量对象S的位移。在这种情况下，测量单元100B中所设置的测量控制单元150(未示出)将位移的计算结果和从受光单元140输出的受光信号提供至控制单元400。

控制单元400包括CPU和存储器或微计算机。将例如测量单元100A和100B中的位移的测量条件从PC 600输入至控制单元400。测量条件包括例如光投射单元120中的光发射量、光投射单元120中的光发射定时和受光单元140中的曝光量。控制单元400将所输入的测量条件提供至测量单元100A和100B各自的测量控制单元150。由此，在测量单元100A和100B各自中，基于所提供的测量条件来进行测量操作。

PC 600包括CPU 601和存储器602。存储器602存储厚度测量程序和用于厚度测量的各种数据。在CPU 601执行存储器602中所存储的厚度测量程序时，PC 600以测量模式和光轴调整模式操作。将从测量单元100A和100B各自提供至控制单元400的位移的计算结果和受光信号从控制单元400提供至PC 600。

主显示单元610和操作单元620连接至PC 600。主显示单元610例如包括诸如有机电致发光(EL)面板或液晶显示面板等的显示装置。操作单元620包括键盘和指点装置。指点装置包括鼠标或操纵杆等。使用者可以通过对操作单元620进行操作来使PC 600的操作模式在测量模式和光轴调整模式之间切换。

在根据本实施例的共焦位移传感器500中，如图1所示，测量头200A和200B被布置成以夹持测量对象S的方式彼此面对。测量对象S具有彼此相对的一个面和另一面。在这种状态下，如果已知测量头200A和200B之间的距离(以下称为头间距离)，则可以基于测量单元100A和100B所测量的测量对象S的一个面和另一面的位移以及头间距离来计算测量对象S的厚度。

在测量模式中，测量布置在测量单元100A和100B之间的测量对象S的厚度。在测量模式中，CPU 601接收通过使用者对操作单元620进行操作所输入的头间距离。另外，CPU601经由控制单元400命令测量单元100A和100B测量位移。然后，CPU 601基于所接收到的头间距离以及从测量头200A和200B提供的位移的计算结果来计算测量对象S的厚度，并且将所计算出的厚度作为测量结果显示在主显示单元610上。

如上所述，在测量测量对象S的厚度的情况下，需要使测量头200A的透镜单元220的光轴与测量头200B的透镜单元220的光轴一致。在以下说明中，将测量头200A的透镜单元220的光轴称为测量头200A的光轴，并且将测量头200B的透镜单元220的光轴称为测量头200B的光轴。

图2是示出在测量测量对象S的厚度时、测量头200A和200B的光轴彼此不一致的情况的示例的示意图。在图2的情况下，测量头200B的轴oa2相对于测量头200A的光轴oa1倾斜，并且光轴oa1和oa2彼此不一致。在这种情况下，在相对于测量对象S的厚度方向倾斜的方向上测量测量对象S的厚度。因此，测量对象S的厚度的测量精度下降。

图3是示出在测量测量对象S的厚度时、测量头200A和200B的光轴彼此不一致的另一示例的示意图。在图3的实施例中，测量头200A的光轴oa1和测量头200B的透镜单元220的光轴oa2彼此平行，但彼此分离。在这种情况下，利用测量头200A和200B的位移的测量位置在与测量对象S的一个面和另一面平行的方向上发生偏移。因此，测量对象S的厚度的测量精度下降。

在光轴调整模式中，在以测量模式测量测量对象S的厚度之前，调整彼此面对的测量头200A和200B的光轴oa1和oa2。后面将说明测量头200A和200B的光轴调整的详情。

(2)操作原理

这里，将说明使用图1的测量头200A和200B的共焦位移传感器500的操作原理。将说明测量头200A的示例作为其代表。图4是用于说明使用图1的测量头200A的共焦位移传感器500的操作原理的图。如图4所示，光纤314包括芯310a和包层310b。芯310a被包层310b包覆。输入至芯310a的一端的光是从芯310a的另一端输出的。

从光纤314输出的光穿过折射透镜221和衍射透镜222。结果，在该光中产生色像差。存在色像差的光通过穿过物镜223聚焦于针对各波长而不同的位置。例如，具有短波长的光聚焦于靠近物镜223的位置，并且具有长波长的光聚焦于远离物镜223的位置。离物镜223最近的聚焦位置F1和离物镜223最远的聚焦位置F2之间的范围是测量范围MR。

在测量对象S的表面存在于测量范围MR中的情况下，穿过了物镜223的光被发射至测量对象S的表面上，然后被该表面在宽范围内反射。这里，在本实施例中，光纤314的末端部分用作具有微小针孔的空间滤波器。

聚焦于测量对象S的表面的位置的具有特定波长的光通过被表面反射而穿过透镜单元220，并且被输入至光纤314的芯310a的前端部分。输入至光纤314的光的波长表示测量距离。这里，测量距离是从预定基准位置RP起直到测量对象S的表面的位置为止的距离。在该示例中，基准位置RP是壳体210的离测量对象S最近的端部的位置。

输入至光纤314的光被引导至图1的测量单元100A，被衍射光栅131分光，并且由透镜133聚焦于针对各波长而不同的位置。受光单元140的多个像素分别配置在具有不同波长的多个光聚焦的位置。因此，受光单元140的各像素接收具有与该像素相对应的波长的光，并且输出受光信号。

在图1的测量控制单元150中，预先存储受光单元140的像素的位置、受光信号的波形中的峰的波长和测量距离的转换公式。测量控制单元150指定输出表示峰值的受光信号的光输出单元140的像素的位置，并且基于所指定的像素的位置和预先存储的转换公式来计算测量距离。另外，测量控制单元150基于所计算出的测量距离来计算测量对象S的表面的位移。

(3)由衍射透镜222形成的光的路径

在测量头200A和200B中所使用的图4的透镜单元220中，由衍射透镜222形成了各自针对穿过衍射透镜222的光的各波长具有不同的衍射级的衍射光的路径。

图5A是示出在测量头200A的光轴oa1与测量对象S的表面垂直时的具有多个波长的光的行进路径的示例的图，以及图5B是示出在测量头200A和测量对象S处于图5A的位置关系时获取到的受光信号的波形的示例的图。

测量头200A将具有多个波长的光发射至测量对象S的表面上。对于具有各波长的光，存在一级光和多个多级光(诸如二级光和三级光等)。在图5A的示例中，如利用粗实线所示，在发射至测量对象S的表面的具有多个波长的光中，在聚焦于测量对象S的表面的一级光L1被测量对象S的表面反射的情况下，所反射的一级光L1被输入至图4的光纤314。具有与一级光L1的波长不同的波长的大部分一级光未被输入至图4的光纤314。

如在图5A中利用双点划线所示，具有与一级光L1的波长不同的波长的一级光L2未聚焦在测量对象S的表面上，而是聚焦于比测量对象S的表面低的位置。如在图5A中利用粗虚线所示，具有与一级光L2相同的波长的多级光L3未聚焦在测量对象S的表面上，而是聚焦于测量对象S的表面上方的位置F0。在这种情况下，假定多级光L3在位置F0处被反射，则反射光被输入至光纤314。因此，在被测量对象S的表面反射的一级光L2穿过多级光L3的路径的情况下，一级光L2被输入至光纤314。

结果，如图5B所示，在从测量对象S输入至光纤314的光的受光信号的波形中出现由一级光L1引起的峰P1和由一级光L2引起的峰P2。峰P2的强度低于峰P1的强度。

在本实施例中，测量头200A的透镜单元220被配置成：在测量对象S的表面位于测量范围MR内、并且测量头200A的光轴oa1与测量对象S的表面垂直时，在受光信号的波形中出现由经由多级光L3的路径输入至光纤314的一级光L2引起的峰P2。

在例如测量头200A的光轴oa1相对于测量对象S的表面的角度在90°±0.2°内时，经由多级光L3的路径输入至光纤314的一级光L2的峰P2作为受光信号的波形而出现。

图6A是示出在测量头200A的光轴oa1与测量对象S的表面不垂直时的具有多个波长的光的行进路径的示例的图，以及图6B是示出在测量头200A和测量对象S处于图6A的位置关系时获取到的受光信号的波形的示例的图。

在该示例中，与图5A的示例一样，在发射至测量对象S的表面的具有多个波长的光中，在聚焦于测量对象S的表面的一级光L1被测量对象S的表面反射时，所反射的一级光L1被输入至图4的光纤314。

然而，如在图6A中利用双点划线所示，不同于图5A的示例，一级光L2未穿过多级光L3的路径。因此，一级光L2未被输入至图4的光纤314。

结果，如图6B所示，在从测量对象S输入至光纤314的光的受光信号的波形中出现仅由一级光L1引起的峰P1，并且由一级光L2引起的峰P2未出现。

如上所述，在测量头200A的光轴oa1与测量对象S的表面垂直的情况下，获取到包括经由多级光L3的路径输入至光纤314的一级光L2的峰P2的受光信号的波形。峰P2的峰值(强度)在透镜单元220的光轴oa1与测量对象S的表面垂直时最高，并且随着透镜单元220的光轴oa1相对于测量对象S的表面的垂直度的降低而减小。因此，在本实施例中，使用经由多级光L3的路径输入至光纤314的一级光L2作为表示透镜单元220的光轴oa1相对于测量对象S的正面的垂直度的判断光。

(4)测量头200A和200B的光轴调整

在本实施例中，使用基准构件来调整测量头200A和200B的光轴。基准构件具有平板形状，并且具有彼此平行且彼此相对的第一面和第二面。在本实施例中，将基准构件的厚度、即第一面和第二面之间的距离设置成等于或大致等于测量头200A和200B的测量范围MR(图4)。

基准构件布置在测量头200A和200B之间，使得测量头200A的光发射单元面向第一面，并且测量头200B的光发射单元面向第二面。在这种状态下，基于通过从测量头200A和200B分别向基准构件的第一面和第二面发射光所获取到的判断光的受光信号来调整测量头200A和200B的光轴。

在本实施例中，使用用于保持测量头200A和200B的保持装置来调整测量头200A和200B的光轴。图7A和7B是示出能够保持测量头200A和200B的保持装置的示例的图。图7A是如从前方和从上方倾斜地观看到的用于保持测量头200A的保持装置900的外观立体图。图7B是如从后方和从上方倾斜地观看到的用于保持测量头200A的保持装置900的外观立体图。

如图7A和7B所示，在本示例的保持装置900中，在底座910上设置有在保持装置900的前后方向上可移动的第一支撑构件920。在第一支撑构件920的前部，以相对于第一支撑构件920绕沿水平方向延伸的水平轴可摆动且绕垂直轴可摆动的方式设置第二支撑构件930。

在第二支撑构件930的中央，以相对于第二支撑构件930沿垂直方向和水平方向可移动的方式设置第三支撑构件940。第三支撑构件940具有圆筒形状并且沿前后方向延伸。在第三支撑构件940的前部，以绕第三支撑构件940的中心轴可转动的方式设置保持构件950。测量头200A由保持构件950保持。

底座910设置有用于使第一支撑构件920相对于底座910沿前后方向移动的前后位置旋钮911。使用者如在图7A中利用粗箭头a1所示操作前后位置旋钮911。结果，测量头200A沿前后方向移动。

第一支撑构件920设置有用于使第二支撑构件930相对于第一支撑构件920沿垂直方向摆动的垂直角度旋钮921。使用者如在图7B中利用粗箭头a2所示操作垂直角度旋钮921。结果，如在图7B中利用空心箭头b2所示，测量头200A的姿势(取向)沿垂直方向改变。

第一支撑构件920设置有用于使第二支撑构件930相对于第一支撑构件920沿水平方向摆动的水平角度旋钮922。使用者如在图7B中利用粗箭头a3所示操作水平角度旋钮922。结果，如在图7B中利用空心箭头b3所示，测量头200A的姿势(取向)沿水平方向改变。

第二支撑构件930设置有用于使第三支撑构件940相对于第二支撑构件930沿垂直方向移动的垂直位置旋钮931。使用者如在图7A中利用粗箭头a4所示操作垂直位置旋钮931。结果，测量头200A沿垂直方向移动。

第二支撑构件930设置有用于使第三支撑构件940相对于第二支撑构件930沿水平方向移动的水平位置旋钮932。使用者如在图7A中利用粗箭头a5所示操作水平位置旋钮932。结果，测量头200A沿水平方向移动。

第三支撑构件940设置有用于使保持构件950相对于第三支撑构件940绕第三支撑构件940的中心轴转动的轴转动拨盘941。使用者如在图7A中利用粗箭头a6所示操作轴转动拨盘941。结果，测量头200A绕其光轴oa1转动。

在准备基准构件和保持装置900之后，使用者操作图1的操作单元620以在光轴调整模式下操作图1的PC 600。结果，在图1的主显示单元610中，响应于使用者对操作单元620的操作而顺次显示多个引导画面，这些引导画面包括表示为了光轴调整所要进行的操作的内容的图像和表示光轴的调整程度的信息。

图8～图15是示出在调整测量头200A和200B的光轴时在图1的主显示单元610上顺次显示的引导画面的示例的图。

如图8所示，主显示单元610上最初显示的引导画面691包括初始状态图像im1、第一消息tx1和下一步按钮611。初始状态图像im1显示在引导画面691的中央，并且表示最初要设置的测量头200A和200B与基准构件之间的位置关系。第一消息tx1显示在初始状态图像im1的下方，并且包括用于将测量头200A和200B配置成以夹持基准构件的方式彼此面对的操作指示。下一步按钮611显示在引导画面691的右下角。

这里，如图8和后面要说明的图9～图15所示，在光轴调整模式中在主显示单元610上顺次显示的引导画面691～698的最上部，显示表示光轴调整在当前时间点的进度的图像。在本实施例中，光轴调整基本上按第一步骤、第二步骤、第三步骤和第四步骤这四个步骤进行。因此，在引导画面691～698各自的最上部，以彼此可区分的方式显示表示与引导画面相对应的步骤的指标和表示与其它引导图像相对应的步骤的指标。例如，在引导画面691～698各自中，仅突出显示表示与引导画面相对应的步骤的指标。

在第一步骤中，测量头200A和200B被配置成以夹持基准构件的方式彼此面对，并且调整基准构件的第一面和测量头200A之间的距离以及基准构件的第二面和测量头200B之间的距离。在第二步骤中，调整测量头200A和200B的姿势，使得测量头200A的光轴oa1与基准构件的第一面垂直，并且测量头200B的光轴oa2与基准构件的第二面垂直。

在第三步骤中，粗略地调整测量头200A和200B之间的相对位置关系，使得测量头200A的光轴oa1和测量头200B的光轴oa2彼此一致或基本上一致。在第四步骤中，精细地调整测量头200A和200B之间的相对位置关系，使得测量头200A的光轴oa1和测量头200B的光轴oa2彼此精确地一致。

在第一步骤中，使用者在从视觉上识别图8所示的引导画面691的同时设置测量头200A和200B与基准构件之间的位置关系，然后使用图1所示的操作单元620来操作图8所示的下一步按钮611。结果，在主显示单元610上显示图9的引导画面692。

如图9所示，引导画面692包括距离调整图像im2、保持装置图像im3、第二消息tx2、下一步按钮611和返回按钮612。距离调整图像im2相对于引导画面692的中央显示在引导画面692的左侧，并且保持装置图像im3相对于引导画面692的中央显示在引导画面692的右侧。第二消息tx2显示在距离调整图像im2和保持装置图像im3的下方。下一步按钮611和返回按钮612显示在引导画面692的右下角。

距离调整图像im2是使使用者调整测量头200A和200B与基准构件之间的距离的图像，并且表示测量头200A和200B在以夹持基准构件的方式彼此面对的同时沿前后方向移动的状态。第二消息tx2包括用于调整测量头200A和基准构件的第一面之间的距离以及测量头200B和基准构件的第二面之间的距离的操作指示。在保持装置图像im3中，示出在调整期间要操作的保持装置900(图7)的前后位置旋钮911(图7)的位置。

使用者通过从视觉上识别图9的引导画面692来识别使用者所要进行的操作的内容和保持装置900(图7)的操作对象。然后，使用者使用图1的操作单元620来操作图9的下一步按钮611。结果，在主显示单元610上显示图10的引导画面693。此时，测量头200A和200B分别向着基准构件发射光。通过使用图1的操作单元620来操作图9的返回按钮612，使用者可以使主显示单元610显示紧前的图8的引导画面691。

如图10所示，引导画面693包括波形显示区域da1、波形显示区域da2、第三消息tx3、下一步按钮611和返回按钮612。

波形显示区域da1相对于引导画面693的中央显示在引导画面693的左侧，并且波形显示区域da2相对于引导画面693的中央显示在引导画面693的右侧。第三消息tx3显示在波形显示区域da1和da2的下方。下一步按钮611和返回按钮612显示在引导画面693的右下角。

在波形显示区域da1上，显示表示受光信号的强度的纵轴和表示波长的横轴(波长轴)，并且显示基于从测量头200A发射至基准构件的第一面的光所获取到的受光信号的波形。在波形显示区域da2上，显示表示受光信号的强度的纵轴和表示波长的横轴(波长轴)，并且显示基于从测量头200B发射至基准构件的第二面的光所获取到的受光信号的波形。

在波形显示区域da1中，在测量头200A的光轴oa1与第一面基本垂直时，同时显示聚焦于基准构件的第一面的一级光的峰波形和判断光的峰波形。因此，使用者调整保持测量头200A的保持装置900(图7)的姿势和位置，使得这两个峰波形显示在波形显示区域da1中。

在波形显示区域da1中，在显示两个峰波形的状态下，在改变测量头200A和基准构件的第一面之间的距离时，在波形轴上，一级光的峰波形和判断光的峰波形的位置改变。

在本实施例中，将在调整光轴时要调整的测量头200A和基准构件之间的距离的范围预先确定为第一距离范围。第一距离范围被确定为包括例如从测量头200A的前端起直到测量头200A的测量范围MR内的预定位置为止的距离。在波形显示区域da1中，在测量头200A和基准构件的第一面之间的距离的范围在第一距离范围内的情况下，判断光的峰波长的范围在波长轴上显示为第一波长范围wr1。

在波形显示区域da2中，在测量头200B的光轴oa2与第二面基本垂直时，同时显示聚焦于基准构件的第二面的一级光的峰波形和判断光的峰波形。因此，使用者调整保持测量头200B的保持装置900(图7)的姿势和位置，使得这两个峰波形显示在波形显示区域da2中。

在波形显示区域da2中，在显示两个峰波形的状态下改变测量头200B和基准构件的第二面之间的距离时，在波形轴上，一级光的峰波形和判断光的峰波形的位置改变。

在本实施例中，将在调整光轴时要调整的测量头200B和基准构件之间的距离的范围预先确定为第二距离范围。第二距离范围被确定为包括例如从测量头200B的前端起直到测量头200B的测量范围MR内的预定位置为止的距离。在波形显示区域da2中，在测量头200B和基准构件的第二面之间的距离的范围在第二距离范围内的情况下，判断光的峰波长的范围在波长轴上显示为第二波长范围wr2。

第三消息tx3包括如下的操作指示，该操作指示用于调整测量头200A和200B在前后方向上的位置，使得两个峰中的较小峰位于表示第一波长范围wr1和第二波长范围wr2的虚线的框内。

因此，使用者在从视觉上识别波形显示区域da1和da2中所显示的受光信号的波形的同时，操作分别保持测量头200A和200B的保持装置900(图7)的前后位置旋钮911(图7)。由此，使用者调整测量头200A和基准构件的第一面之间的距离。使用者还调整测量头200B和基准构件的第二面之间的距离。

这里，在图10的引导画面693中，在波形显示区域da1和da2的上方分别显示判断框mk1和mk2。在判断框mk1中，在经由测量头200A所获取到的判断光的峰波长位于第一波长范围wr1内且判断光的峰值超过预定阈值的情况下，显示“OK”，以及在其它情况下显示“NG”。在判断框mk2中，在经由测量头200B所获取到的判断光的峰波长位于第二波长范围wr2内且判断光的峰值超过预定阈值的情况下，显示“OK”，以及在其它情况下显示“NG”。因此，使用者可以基于判断框mk1和mk2中所显示的信息来判断是否继续进行调整光轴的操作。

在调整测量头200A和基准构件的第一面之间的距离以及测量头200B和基准构件的第二面之间的距离之后(在完成第一步骤之后)，使用者使用图1的操作单元620来操作图10的下一步按钮611。结果，在主显示单元610上显示图11的引导画面694，并且开始第二步骤。

如图11所示，引导画面694包括姿势调整图像im4、第四消息tx4、下一步按钮611和返回按钮612。姿势调整图像im4显示在引导画面694的中央，并且第四消息tx4显示在姿势调整图像im4的下方。下一步按钮611和返回按钮612显示在引导画面694的右下角。

姿势调整图像im4是使使用者调整面向基准构件的测量头200A和200B的姿势的图像，并且表示调整面向基准构件的测量头200A的姿势的状态。在本实施例的姿势调整图像im4中，示出在该调整期间要操作的保持装置900(图7)的垂直角度旋钮921(图7)和水平角度旋钮922(图7)的位置。第四消息tx4包括如下的操作指示，该操作指示用于调整测量头200A和200B的姿势，使得测量头200A和200B的光轴oa1和oa2与基准构件的第一面和第二面垂直。

使用者通过从视觉识别图11所示的姿势调整图像im4和第四消息tx4来识别使用者所要进行的操作的内容和保持装置900(图7)的操作对象。然后，使用者使用图1的操作单元620来操作图11的下一步按钮611。结果，在主显示单元610上显示图12的引导画面695。

如图12所示，引导画面695包括变化显示区域da3和da4、第五消息tx5、下一步按钮611和返回按钮612。变化显示区域da3相对于引导画面695的中央显示在引导画面695的左侧，并且变化显示区域da4相对于引导画面695的中央显示在引导画面695的右侧。第五消息tx5显示在变化显示区域da3和da4的下方。下一步按钮611和返回按钮612显示在引导画面695的右下角。

在变化显示区域da3中，显示表示受光信号的强度的纵轴和表示时间的横轴(时间轴)，并且滚动显示与测量头200A相对应的判断光的强度的到当前时间点为止的时间变化。此外，在变化显示区域da3中，通过点划线显示表示经由测量头200A所获取到的判断光的强度的时间变化中的到当前时间点为止的最大值的历史最大强度值。此外，在变化显示区域da3的上部，以数值的方式显示与测量头200A相对应的当前时间的判断光的强度值和历史最大强度值。

在变化显示区域da4中，与变化显示区域da3的情况一样，显示表示受光信号的强度的纵轴和表示时间的横轴(时间轴)，并且滚动显示与测量头200B相对应的判断光的强度的到当前时间点为止的时间变化。此外，在变化显示区域da4中，通过点划线显示表示经由测量头200B所获取到的判断光的强度的时间变化中的到当前时间点为止的最大值的历史最大强度值。此外，在变化显示区域da4的上部，以数值的方式显示与测量头200B相对应的当前时间的判断光的强度值和历史最大强度值。

在变化显示区域da3和da4各自中，根据判断光的强度的值来自动调整与该强度相对应的纵轴的显示范围，使得使用者可以容易地掌握判断光的强度的时间变化。在变化显示区域da3和da4各自的下方显示重置按钮rb。重置按钮rb用于将变化显示区域da3和da4中的纵轴和横轴的显示范围重置为预先设置的初始值、并且重置历史最大强度值。

第五消息tx5包括如下的操作指示，该操作指示用于调整测量头200A和200B的姿势，使得测量头200A和200B的受光信号的强度增大。

使用者在从视觉上识别变化显示区域da3和da4中所显示的判断光的强度的时间变化的同时，操作保持装置900(图7)的垂直角度旋钮921(图7)和水平角度旋钮922(图7)。以这种方式，使用者调整测量头200A的姿势，使得测量头200A的光轴oa1与基准构件的第一面垂直。另外，使用者调整测量头200B的姿势，使得测量头200B的光轴oa2与基准构件的第二面垂直。结果，测量头200A和200B的光轴oa1和oa2变得彼此平行。

在本实施例中，在主显示单元610的单个画面上同时显示变化显示区域da3和da4。由此，使用者可以在将经由测量头200A所获取到的判断光的强度与经由测量头200B所获取到的判断光的强度进行比较的同时，调整测量头200A和200B的姿势。

在使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2与基准构件的第一面和第二面垂直之后(在完成第二步骤之后)，使用者使用图1的操作单元620来操作图12的下一步按钮611。结果，在主显示单元610上显示图13的引导画面696，并且开始第三步骤。

如图13所示，引导画面696包括轴调整图像im5、第六消息tx6、下一步按钮611和返回按钮612。轴调整图像im5显示在引导画面696的中央，并且第六消息tx6显示在轴调整图像im5的下方。下一步按钮611和返回按钮612显示在引导画面696的右下角。

轴调整图像im5是使使用者进行用于使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2彼此一致的粗略调整的图像，并且表示在测量头200A和200B之间代替基准构件而是布置薄片的状态。在本实施例的轴调整图像im5中，示出使用者所要操作的保持装置900(图7)的垂直位置旋钮931(图7)和水平位置旋钮932(图7)的位置。

第六消息tx6包括如下的操作指示，该操作指示用于移除基准构件，将薄片放置在测量头200A、200B之间，并且调整测量头200A、200B的位置关系以使投影在薄片上的两个光斑重叠。

使用者通过从视觉上识别图13所示的轴调整图像im5和第六消息tx6来识别使用者所要进行的操作的内容和保持装置900(图7)的操作对象。在粗略地调整测量头200A和200B之间的相对位置关系之后(在完成第三步骤之后)，使用者使用图1的操作单元620来操作图13的下一步按钮611。结果，在主显示单元610上显示图14的引导画面697，并且开始第四步骤。

在第四步骤开始时，测量头200A和200B转变为如下的状态：从测量头200A和200B中的任一个测量头(在该示例中为测量头200A)发射光，并且从另一个测量头(在该示例中为测量头200B)不发射光。这里，在测量头200A和200B的光轴oa1和oa2彼此一致或彼此基本一致的情况下，从测量头200A发射的光入射到测量头200B。结果，测量头200A和200B的光轴oa1和oa2的一致度越高，经由测量头200B所获取到的受光信号的强度越大。

如图14所示，引导画面697包括轴调整图像im6、第七消息tx7、下一步按钮611和返回按钮612。轴调整图像im6显示在引导画面697的中央，并且第七消息tx7显示在轴调整图像im6的下方。下一步按钮611和返回按钮612显示在引导画面697的右下角。

轴调整图像im6是使使用者进行用于使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2一致的精细调整的图像，并且表示如下的情况：测量头200A和200B彼此相对布置，并且在测量头200A和200B之间不存在其它构件。在本实施例的轴调整图像im6中，示出使用者所要操作的保持装置900(图7)的垂直位置旋钮931(图7)和水平位置旋钮932(图7)的位置。第七消息tx7包括如下的操作指示，该操作指示用于移除测量头200A和200B之间的薄片，并且使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2精确地一致。

使用者通过从视觉上识别图14所示的轴调整图像im6和第七消息tx7来识别使用者所要进行的操作的内容和保持装置900(图7)的操作对象。然后，使用者使用图1的操作单元620来操作图14的下一步按钮611。结果，在主显示单元610上显示图15的引导画面698。

如图15所示，引导画面698包括变化显示区域da5、第八消息tx8、返回按钮612和结束按钮613。变化显示区域da5显示在引导画面698的中央，并且第八消息tx8显示在变化显示区域da5的下方。返回按钮612和结束按钮613显示在引导画面698的右下角。

在变化显示区域da5中，显示表示受光信号的强度的纵轴和表示时间的横轴(时间轴)，并且滚动显示从测量头200A发射且入射到测量头200B中的光的强度的到当前时间点为止的时间变化。此外，在变化显示区域da5中，通过点划线显示表示入射到测量头200B的光的强度的时间变化中的到当前时间点为止的最大值的历史最大强度值。此外，在变化显示区域da5的上方以数值的方式显示入射到测量头200B的光的当前强度值和历史最大强度值。

在变化显示区域da5中，根据入射到测量头200B的光的强度来自动调整与该光的强度相对应的纵轴的显示范围，使得使用者可以容易地掌握该光的强度的时间变化。在变化显示区域da5的旁边显示重置按钮rb。重置按钮rb用于将变化显示区域da5中的纵轴和横轴的显示范围重置为预先设置的初始值、并且重置历史最大强度值。

第八消息tx8包括如下的操作指示，该操作指示用于调整测量头200A和200B之间的位置关系，使得增大受光信号的强度。使用者在从视觉上识别变化显示区域da5中所显示的光的强度的时间变化的同时，操作保持装置900(图7)的垂直位置旋钮931(图7)和水平位置旋钮932(图7)。由此，调整测量头200A和200B的位置关系，使得测量头200A和200B的光轴oa1和oa2彼此精确地一致。

在使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2精确地一致之后(在完成第四步骤之后)，使用者使用图1的操作单元620来操作图15的结束按钮613。由此，完成了测量头200A和200B的光轴调整，并且图1所示的PC 600的操作模式从光轴调整模式切换到测量模式。

(5)共焦位移传感器500的功能结构和操作

图16是示出图1的共焦位移传感器500的功能结构的框图。如图16所示，图1的PC600包括光控制单元651、命令接收单元652、受光信号获取单元653、判断光提取单元654、强度获取单元655、最大强度保持单元656、一致度显示控制单元657、范围显示控制单元658、时间变化显示控制单元659、最大强度显示控制单元660、距离调整图像显示控制单元661、姿势调整图像显示控制单元662和轴调整图像显示控制单元663作为功能结构。这些元件的功能通过构成PC 600的图1的CPU 601执行存储器602中所存储的厚度测量程序来实现。上述元件中的一些或全部可以由诸如电子电路等的硬件配置成。另外，上述元件的一部分或全部可以由控制单元400通过将厚度测量程序的一部分或全部存储在控制单元400中来实现。

命令接收单元652接收基于使用者对操作单元620的操作的命令，并且将所接收到的命令提供至光控制单元651、受光信号获取单元653、距离调整图像显示控制单元661、姿势调整图像显示控制单元662和轴调整图像显示控制单元663。

光控制单元651向控制单元400给出命令，使得测量头200A和200B各自发射光，直到光轴调整的第一步骤～第三步骤的调整完成为止。在这种情况下，控制单元400响应于来自光控制单元651的命令，使测量头200A和200B分别发射光。

另外，光控制单元651向控制单元400给出命令，使得在光轴调整的第四步骤中仅测量头200A发射光。此时，光控制单元651还经由后面将说明的受光信号获取单元653接收从测量单元100B输出的受光信号。然后，光控制单元651基于所接收到的受光信号来命令控制单元400控制从测量头200A发射的光的量。也就是说，光控制单元651控制测量单元100A的光投射单元120的操作，使得适当量的光入射到测量单元100B的受光单元140。

光控制单元651可以向控制单元400给出命令，使得仅测量头200B发射光，并且可以接收从测量单元100A输出的受光信号。可选地，光控制单元651可以向控制单元400给出命令以从测量头200A和200B交替地发射光，并且可以接受从测量单元100A和100B交替地输出的受光信号。在这种情况下，光控制单元651可以基于所接收到的受光信号来命令控制单元400控制从测量头200A和200B其中之一发射的光。

受光信号获取单元653获取从测量头200A和200B输出的受光信号，并且将所获取到的受光信号提供至光控制单元651、判断光提取单元654和一致度显示控制单元657。

一致度显示控制单元657使得主显示单元610将在调整光轴的第四步骤中从测量头200B输出的受光信号的强度的时间变化显示为表示测量头200A和200B的光轴oa1和oa2的一致度的信息。在上述的光轴调整的示例中，在图15的变化显示区域da5中示出的信息对应于表示一致度的信息。

判断光提取单元654在光轴调整的第一步骤和第二步骤中在从测量单元100A和100B输出的受光信号中提取包括判断光的波形，并且将所提取的包括判断光的波形提供至强度获取单元655和范围显示控制单元658。

在光轴调整的第一步骤中，范围显示控制单元658将所提取的判断光的波形显示在波长轴上。此时，范围显示控制单元658控制主显示单元610，使得波长轴上的判断光的波形的位置根据基准构件与测量头200A和200B各自之间的距离的变化而改变。另外，范围显示控制单元658将与在测量头200A和基准构件的第一面之间要调整的预定的第一范围相对应的第一波长范围wr1(图10)显示在与测量头200A相对应的波长轴上。此外，范围显示控制单元658将与在测量头200B和基准构件的第二面之间要调整的预定的第二范围相对应的第二波长范围wr2(图10)显示在与测量头200B相对应的波长轴上。

在光轴调整的第二步骤中，强度获取单元655获取分别与测量头200A和200B相对应的所提取的判断光的强度，并且将所获取到的强度提供至最大强度保持单元656和时间变化显示控制单元659。

在光轴调整的第二步骤中，时间变化显示控制单元659使主显示单元610显示所获取到的与测量头200A相对应的判断光的强度的时间变化。在上述的光轴调整的示例中，在图12的变化显示区域da3中示出的信息对应于所获取到的与测量头200A相对应的判断光的强度的时间变化。在光轴调整的第二步骤中，时间变化显示控制单元659使主显示单元610显示所获取到的与测量头200B相对应的判断光的强度的时间变化。在上述的光轴调整的示例中，在图12的变化显示区域da4中示出的信息对应于关于测量头200B所获取到的判断光的强度的时间变化。

在光轴调整的第二步骤中，最大强度保持单元656更新并保持与所获取到的测量头200A相对应的判断光的强度的时间变化中的直到当前时间点为止的最大强度，并且将所保持的强度提供至最大强度显示控制单元660。在光轴调整的第二步骤中，最大强度保持单元656更新并保持所获取到的与测量头200B相对应的判断光的强度的时间变化中的直到当前时间点为止的最大强度，并且将所保持的强度提供至最大强度显示控制单元660。

在光轴调整的第二步骤中，最大强度显示控制单元660使主显示单元610将最大强度保持单元656所保持的与测量头200A相对应的判断光的强度显示为历史最大强度值。在光轴调整的第二步骤中，最大强度显示控制单元660使主显示单元610将最大强度保持单元656所保持的与测量头200B相对应的判断光的强度显示为历史最大强度值。

在光轴调整的第一步骤中，距离调整图像显示控制单元661使主显示单元610显示用于提示如下操作的距离调整图像im2和第二消息tx2，该操作用于调整测量头200A和基准构件的第一面之间的距离以及测量头200B和基准构件的第二面之间的距离。

在光轴调整的第二步骤中，姿势调整图像显示控制单元662使主显示单元610显示用于提示如下操作的姿势调整图像im4和第四消息tx4，该操作用于调整测量头200A和200B的姿势，使得光轴oa1和oa2与基准构件的第一面和第二面垂直。

在光轴调整的第三步骤和第四步骤中，轴调整图像显示控制单元663使主显示单元610显示用于提示用于使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2一致的操作的轴调整图像im5和im6、第六消息tx6和第七消息tx7。

(6)光轴调整测量处理

图17和图18是示出在PC 600中进行的光轴调整处理的流程图。在图1的CPU 601执行存储器602中所存储的厚度测量程序、并且PC 600响应于使用者对图1的操作单元620的操作而以光轴调整模式操作的情况下，进行图17和图18的光轴调整处理。

在光轴调整处理开始时，距离调整图像显示控制单元661使主显示单元610显示初始状态图像im1，该初始状态图像im1表示最初设置的测量头200A和200B与基准构件之间的位置关系(步骤S10)。

接着，距离调整图像显示控制单元661响应于使用者对操作单元620的操作，使主显示单元610显示距离调整图像im2，以使使用者调整测量头200A和200B与基准构件之间的距离(步骤S11)。

接着，光控制单元651命令控制单元400使得两个测量头200A和200B发射光(步骤S12)。结果，在控制单元400的控制下从测量头200A和200B各自发射光。

接着，范围显示控制单元658响应于使用者对操作单元620的操作，使主显示单元610显示从测量头200A和200B发射的光的受光信号的波形以及波长轴(步骤S13)。范围显示控制单元658将判断光的位置彼此一致的第一波长区域wr1和第二波长区域wr2显示在与测量头200A和200B相对应的两个波长轴上(步骤S14)。

接着，姿势调整图像显示控制单元662响应于使用者对操作单元620的操作，使主显示单元610显示姿势调整图像im4，以使使用者调整面向基准构件的测量头200A和200B的姿势(步骤S15)。

接着，时间变化显示控制单元659响应于使用者对操作单元620的操作，使主显示单元610显示与测量头200A和200B各自相对应的判断光的强度的时间变化(步骤S16)。最大强度显示控制单元660使主显示单元610显示经由测量头200A和200B所获取到的判断光的强度的历史最大强度值(步骤S17)。

接着，轴调整图像显示控制单元663响应于使用者对操作单元620的操作，使主显示单元610显示轴调整图像im5，以使使用者进行用于使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2一致的粗略调整(步骤S18)。

接着，轴调整图像显示控制单元663响应于使用者对操作单元620的操作，使主显示单元610显示轴调整图像im6，以使使用者进行用于使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2一致的精确调整(步骤S19)。

此时，光控制单元651命令控制单元400使得测量头200A和200B中的仅一个测量头发射光(步骤S20)。结果，在控制单元400的控制下，从测量头200A和200B中的仅一个测量头发射光。

光控制单元651命令控制单元400，以基于入射在测量头200A和200B中的一个测量头上的光的受光信号来控制来自测量头200A和200B中的另一测量头的光的发射(步骤S21)。

之后，一致度显示控制单元657使主显示单元610将从测量头200A和200B中的一个测量头入射到另一测量头的光的强度的时间变化以及历史最大强度值显示为表示光轴oa1和oa2的一致度的信息(步骤S22)。

最后，命令接收单元652响应于使用者对操作单元620的操作而终止光轴调整处理。

(7)效果

在上述的共焦位移传感器500中，在调整测量头200A和200B的光轴时的第二步骤中，在测量头200A和200B之间布置有基准构件的状态下，将测量头200A和200B所获取到的判断光的强度的时间变化连同历史最大强度值一起显示在主显示单元610上。随着测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于基准构件的第一面或第二面的垂直度增加，各个判断光的强度增加。此外，随着测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于第一面或第二面的垂直度变低，各个判断光的强度变低。因此，使用者可以在从视觉上识别各个判断光的强度的时间变化的同时，容易且准确地调整测量头200A和200B的姿势，使得测量头200A和200B的光轴oa1和oa2与基准构件的第一面和第二面垂直。

之后，使用者可以通过调整测量头200A和200B的相对位置关系来使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2精确地一致。结果，通过在调整测量头200A和200B的光轴之后使PC600以测量模式操作，来以高精度测量测量对象S的厚度。

在测量头200A和200B的光轴调整中，响应于使用者对操作单元620的操作，将表示使用者所要进行的操作的内容的多个引导画面696～698按预定顺序显示在主显示单元610上。因此，使用者可以按适当顺序进行光轴调整。

[2]第二实施例

将关于与根据第一实施例的共焦位移传感器500不同的点来说明根据第二实施例的共焦位移传感器。图19是示出根据第二实施例的共焦位移传感器的结构的示意图。如图19所示，在根据本实施例的测量单元100A中设置四个光纤314。本实施例的四个光纤314被布置成位于与透镜单元220的光轴oa1垂直的面中的以光轴oa1为中心的正方形的四个角处，并且被布置成彼此靠近。

在测量头200A和测量单元100A之间设置有与四个光纤314相对应的四个导光单元300A。在这样的结构中，测量单元100A的光投射单元120将光输入至四个导光单元300A的光纤311(图1)。在这种情况下，输入至各导光单元300A的光纤311的光穿过测量单元100A中的相应的光纤314和透镜单元220，并且被发射至测量对象S的表面。

经由四个光纤314从测量头200A发射至测量对象S的四个光的行进方向与测量头200A的光轴oa1平行。因此，在测量头200A的光轴oa1与测量对象S的表面垂直的情况下，测量对象S的表面上的四个光发射位置位于以光轴oa1为中心的正方形的四个角处。

从各光纤314发射至测量对象S并被测量对象S的表面反射的光被输入至光纤314。输入至光纤314的光经由与光纤314相对应的导光单元300A的光纤312(图1)被引导至分光单元130。

在本实施例中，分光单元130的受光单元140包括多个像素以二维形式排列的摄像元件(二维线传感器)。受光单元140具有与测量头200A的四个光纤314相对应的具有矩形形状的四个受光区域。各受光区域用作一维线传感器。

从四个光纤314引导至分光单元130的四个光分别在分光单元130中分离，并且聚焦于四个受光区域中的针对各波长而不同的一维中的位置。从各受光区域中的各像素，将与受光量相对应的受光信号输出至测量控制单元150。在这种情况下，测量控制单元150获取与四个受光区域相对应的四个受光信号的波形，并且对所获取到的四个波形进行平均化处理。该示例中的平均化处理意味着生成平均分布信号的处理，该平均分布信号对应于穿过了四个光纤314(针孔)的四个光的针对各波长的强度的平均值。平均化处理例如是积分处理。另外，测量控制单元150基于通过平均化处理所获取到的接收到的受光信号的波形来计算测量对象S的表面的位移。

测量单元100A和测量单元100B具有相同的结构，测量头200A和测量头200B具有相同的结构，并且四个导光单元300A和四个导光单元300B具有相同的结构。因此，测量单元100B的测量控制单元150基于从测量头200B发射至测量对象S并被反射的四个光的受光信号的波形来计算测量对象S的表面的位移。

在CPU 601执行存储器602中所存储的厚度测量程序时，PC 600以测量模式和光轴调整模式操作。在测量模式中，测量布置在测量单元100A和100B之间的测量对象S的厚度。在光轴调整模式中，在测量模式中测量测量对象S的厚度之前，调整彼此面对的测量头200A和200B的光轴。

在根据本实施例的测量单元100A和200B各自中，获取四个受光信号的波形。因此，在根据本实施例的光轴调整中，在第一步骤中使用四个受光信号中的仅一个受光信号。即，在第一步骤中，将测量头200A和200B各自所获取到的四个受光信号其中之一(以下称为代表光)的波形和强度显示在主显示单元610上(参见图10)。由此，使用者可以在从视觉上识别代表光的受光信号的波形和强度的同时，容易且准确地调整测量头200A和200B之间的距离。

在第二步骤中，分别从测量头200A和200B所获取到的四个光中提取判断光。对于测量头200A和200B各自，提取四个判断光中的具有最大强度的判断光作为最大判断光。此外，提取四个判断光中的具有最小强度的判断光作为最小判断光。

对于各个测量头200A和200B，最大判断光的强度和最小判断光的强度之间的差绝对值随着测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于基准构件的第一面和第二面的垂直度的增加而减小。另一方面，最大判断光的强度和最小判断光的强度之间的差值绝对值随着测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于基准构件的第一面和第二面的垂直度的降低而增大。

因此，在本实施例中，使用最大判断光的强度和最小判断光的强度之间的差绝对值的倒数作为表示测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于基准构件的第一面和第二面的垂直度的垂直度评价值。在这种情况下，垂直度评价值越大，测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于基准构件的第一面和第二面的垂直度越高。另一方面，垂直度评价值越小，测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于基准构件的第一面和第二面的垂直度越低。

因此，在根据第二实施例的光轴调整中，在第二步骤中，在图12的变化显示区域da3和da4中显示与测量头200A和200B相对应的垂直度估计值的时间变化。因而，使用者可以在从视觉上识别垂直度评价值的时间变化的同时，容易且准确地调整测量头200A和200B的姿势。

作为垂直度评价值，可以使用最大判断光的强度与最小判断光的强度之间的简单的差绝对值。在这种情况下，垂直度评价值越小，测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于基准构件的第一面和第二面的垂直度越高。此外，垂直度评价值越大，测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于基准构件的第一面和第二面的垂直度越低。

在第二步骤中，代替垂直度评价值，可以在图12的变化显示区域da3和da4中显示与测量头200A和200B相对应的所有四个判断光的强度的时间变化。在这种情况下，使用者可以通过调整测量头200A和200B的姿势使得四个判断光的强度彼此一致，来增加测量头200A和200B的光轴oa1和oa2相对于第一面和第二面的垂直度。

这里，如上所述，经由四个光纤314从测量头200A发射至测量对象S的四个光的行进方向与测量头200A的光轴oa1平行，但没有与测量头200A的光轴oa1一致。因此，在测量头200A的四个光纤314没有面向测量头200B的四个光纤314的情况下，光轴oa1和oa2彼此不一致。

因此，在根据本实施例的测量头200A和200B的光轴调整中，在第四步骤中在主显示单元610上显示的引导画面包括用于调整测量头200A和200B绕光轴oa1和oa2的转动角度的操作命令。在第四步骤中，在主显示单元610上所显示的引导画面上，滚动显示从测量头200A发射并且入射在测量头200B上的四个光的强度的到当前时间点为止的时间变化。

图20和图21是示出在根据第二实施例的光轴调整的第四步骤中在主显示单元610上显示的引导画面的示例的图。如图20所示，在本实施例中，在开始光轴调整的第四步骤时在主显示单元610上显示的引导画面681包括轴调整图像im7、第九消息tx9、下一步按钮611和返回按钮612。轴调整图像im7显示在引导画面681的中央，并且第九消息tx9显示在轴调整图像im7的下方。下一步按钮611和返回按钮612显示在引导画面681的右下角。

与第一实施例相同，轴调整图像im7是使使用者进行用于使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2一致的精确调整的图像，并且表示测量头200A和200B被布置成彼此相对且在测量头200A和200B之间不存在其它构件的情况。在本实施例的轴调整图像im7中，示出使用者所要操作的保持装置900(图7)的垂直位置旋钮931(图7)、水平位置旋钮932(图7)和轴转动拨盘941(图7)的位置。第九消息tx9包括如下的操作指示，该操作指示用于移除测量头200A和200B之间的薄片，并且使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2精确地一致。

第九消息tx9包括如下的操作指示，该操作指示用于通过操作垂直位置旋钮931和水平位置旋钮932来调整测量头200A和200B的位置，以便使光轴oa1和oa2精确地一致。此外，第九消息tx9还包括如下的操作指示，该操作指示用于通过操作轴转动拨盘941来调整测量头200A和200B绕光轴oa1和oa2的转动角度。

使用者通过从视觉上识别图20所示的轴调整图像im7和第九消息tx9来识别使用者所要进行的操作的内容和保持装置900(图7)的操作对象。然后，使用者使用图1所示的操作单元620来操作下一步按钮611。结果，在主显示单元610上显示图21的引导画面682。

如图21所示，引导画面682包括变化显示区域da6、第十消息tx10、返回按钮612和结束按钮613。变化显示区域da6显示在引导画面682的中央，并且

第十消息tx10显示在变化显示区域da6的下方。返回按钮612和结束按钮613显示在引导画面682的右下角。

在本实施例中，在变化显示区域da6中，以彼此可区分的方式滚动显示从测量头200A发射并且入射到测量头200B的四个光的强度的到当前时间点为止的预定时间内的时间变化。

在测量头200A的四个光纤314和测量头200B的四个光纤314彼此面对的情况下，从测量头200A的四个光纤314发射的光的大部分准确地入射在测量头200B的四个光纤314上。因此，四个光的强度最大化。因此，使用者在从视觉上识别变化显示区域da6中所显示的四个光的强度的时间变化的同时，操作保持装置900(图7)的垂直位置旋钮931(图7)、水平位置旋钮932(图7)和轴转动拨盘941(图7)。结果，使用者调整测量头200A和200B的位置关系和转动角度，使得测量头200A和200B的光轴oa1和oa2彼此精确地一致。

在本实施例的变化显示区域da6中，通过点划线显示表示入射到测量头200B的四个光中的代表光的强度的时间变化中的到当前时间点为止的最大值的历史最大强度值。此外，在变化显示区域da6的上方以数值的方式显示入射到测量头200B的代表光的当前强度值和历史最大强度值。在变化显示区域da6的旁边显示重置按钮rb。重置按钮rb用于将变化显示区域da6中的纵轴和横轴的显示范围重置为预先设置的初始值、并且重置历史最大强度值。

与第九消息tx9相同，第十消息tx10包括用于调整测量头200A和200B的位置的操作指示以及用于调整测量头200A和200B的转动角度的操作指示。

在使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2精确地一致之后(在完成第四步骤之后)，使用者使用图1所示的操作单元620来操作结束按钮613。由此，完成了测量头200A和200B的光轴调整，并且图1所示的PC 600的操作模式从光轴调整模式切换到测量模式。

在根据本实施例的共焦位移传感器500中，与第一实施例一样，通过光轴调整，可以容易且准确地使测量头200A和200B的光轴oa1和oa2彼此一致。

在根据本实施例的测量单元100A和100B中，基于从测量头200A和200B发射至测量对象S的四个光来获取四个受光信号。基于通过四个受光信号的平均化处理所获取到的受光信号来计算测量对象S的表面的位移。在这种情况下，针对各波长对平均化后的受光信号中的穿过了多个针孔的多个光的强度求平均。结果，抵消了由于漫反射而产生随机测量误差的光的成分。因此，在测量单元100A和100B各自中测量到的测量对象S的表面的位移误差减小。结果，测量对象S的厚度的测量误差减小。

[3]其它实施例

(1)在上述实施例中，在测量头200A和基准构件的第一面之间的距离的范围在第一距离范围内的情况下，在光轴调整的第二步骤中将判断光的峰波长的范围作为第一波长范围wr1显示在主显示单元610上，但本发明不限于此。

在第二步骤中，在测量头200A和基准构件的第一面之间的距离的范围在第一距离范围内的情况下，可以将由第一面聚焦并反射的一级光的峰波长的范围作为第一波长范围显示在主显示单元610上。在这种情况下，使用者调整测量头200A和基准构件的第一面之间的距离，使得一级光的峰波形位于第一波长范围内。由此，将测量头200A和基准构件的第一面之间的距离的范围调整到第一距离范围。

在上述实施例中，在测量头200B和基准构件的第二面之间的距离的范围在第二距离范围内的情况下，在光轴调整的第二步骤中将判断光的峰波长的范围作为第二波长范围wr2显示在主显示单元610上，但本发明不限于此。

在第二步骤中，在测量头200B和基准构件的第二面之间的距离的范围在第二距离范围内的情况下，可以将由第二面聚焦并反射的一级光的峰波长的范围作为第二波长范围显示在主显示单元610上。在这种情况下，使用者调整测量头200B和基准构件的第二面之间的距离，使得一级光的峰波形位于第二波长范围内。由此，测量头200B和基准构件的第二面之间的距离的范围调整到第二距离范围。

(2)如第一实施例和第二实施例所示，使用发射位移测量所用的仅一个光的类型和发射位移测量所用的多个光的类型作为测量头200A和200B。因此，测量单元100A和100B的类型对应于所连接的测量头200A和200B的类型。

控制单元400可被配置为能够识别连接至控制单元400的测量单元的类型。在这种情况下，在PC 600的CPU 601中，在控制单元400所识别出的两个测量单元100A和100B的类型彼此不同的情况下，可以将表示不能进行厚度测量和光轴调整的消息显示在主显示单元610上。

(3)在根据第二实施例的共焦位移传感器500中，通过从测量头200A和200B向测量对象S发射四个光，基于这四个光的受光信号来测量测量对象S的表面的位移，但本发明不限于此。测量头200A和200B各自可以用两个光、三个光或五个以上的多个光照射测量对象S。在这种情况下，可以基于与发射光的数量相对应的受光信号的数量来测量测量对象S的表面的位移。

(4)在上述实施例中，已经说明了调整被布置成彼此面对的测量头200A和200B的姿势以便获取测量对象S的厚度的示例，但本发明不限于此。

例如，在使用测量头200A和200B其中之一来测量测量对象S的表面的位移的情况下，期望测量头的光轴与测量对象S的表面垂直以便以高精度进行测量。在这种情况下，上述方法可用于调整测量头200A和200B其中之一的姿势。

也就是说，基准构件布置在测量对象S的表面要布置的位置处。之后，如上述实施例的示例那样，可以以相同方式进行测量头200A和200B其中之一的姿势调整，使得光轴与基准构件的第一面或第二面垂直。

可以调整测量头200A和200B的姿势，使得测量头200A和200B的光轴彼此平行。例如，如上述实施例的示例那样，可以以相同方式进行测量头200A和200B这两者的姿势调整，使得光轴与单个基准构件的第一面或第二面垂直。在这种情况下，可以基于分别与测量头200A和200B相对应地获取到的两个位移来测量测量对象S的表面上形成的台阶的高度等。

[4]权利要求书的要素和实施例的单元之间的对应关系

以下将说明权利要求书的各构成要素和实施例的各单元之间的对应关系的示例，但本发明不限于以下示例。

在上述实施例中，测量头200A的透镜单元220和测量头200A的光纤314是第一共焦光学系统的示例，测量头200B的透镜单元220和测量头200B的光纤314是第二共焦光学系统的示例，测量单元100A的分光单元130是第一分光单元的示例，并且测量单元100B的分光单元130是第二分光单元的示例。

共焦位移传感器500是共焦位移传感器的示例，测量单元100A和100B的光投射单元120是光投射单元的示例，测量头200A是第一头单元的示例，测量头200B是第二头单元的示例，测量头200A的透镜单元220是第一光学构件的示例，测量头200A的光纤314是第一针孔构件的示例，测量头200B的透镜单元220是第二光学构件的示例，并且测量头200B的光纤314是第二针孔构件的示例。

测量单元100A和100B的分光单元130、受光单元140和测量控制单元150是获取单元的示例，PC 600的CPU 601是厚度计算单元的示例，PC 600是控制装置的示例，时间变化显示控制单元659是强度信息显示控制单元的示例，并且最大强度显示控制单元660是最大强度显示控制单元的示例。

第一波长范围wr1是第一波长范围的示例，第二波长范围wr2是第二波长范围的示例，范围显示控制单元658是范围显示控制单元的示例，一致度显示控制单元657是一致度显示控制单元的示例，距离调整图像im2、保持装置图像im3和第二消息tx2是第一距离调整图像和第二距离调整图像的示例，并且距离调整图像显示控制单元661是距离调整图像显示控制单元的示例。

姿势调整图像im4和第四消息tx4是第一姿势调整图像和第二姿势调整图像的示例，姿势调整图像显示控制单元662是姿势调整图像显示控制单元的示例，轴调整图像im5、im6和im7、第六消息tx6、第七消息tx7和第九消息tx9是轴调整图像的示例，轴调整图像显示控制单元663是轴调整图像显示控制单元的示例，并且主显示单元610上所显示的下一步按钮611和操作单元620是第一操作单元～第三操作单元的示例。

测量单元100A的光投射单元120是第一光投射单元的示例，测量单元100B的光投射单元120是第二光投射单元的示例，测量单元100A的受光单元140是第一受光单元的示例，测量单元100B的受光单元140是第二受光单元的示例，光控制单元651是光控制部的示例，并且主显示单元610是显示单元的示例。

可以使用具有权利要求书中所述的特征或功能的各种其它要素作为权利要求书的各个要素。