レーザ変位計（1次元）
1次元レーザ変位計は、レーザー光を同軸で投光と受光する「共焦点方式」と、投光した反射光を受光する光路が三角形を描く「三角測距方式」に大別できます。用途やワークの材質（透明度や光沢など）、設置距離などに応じて、最適なレーザ変位計を選択することができ、高さ・厚み・幅などが測定可能です。
レーザ変位計（1次元）の商品一覧
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マルチカラーレーザ同軸変位計 CL-3000シリーズは、対象物の材質や形状を選ばず高精度測定を可能とする超小型な新方式の1次元レーザ変位計です。レーザー光源などの部品はすべて光学ユニットに搭載し、ヘッド内部の部品をレンズのみにしたことで、発熱や電気ノイズなどの影響を受けず、高精度な測定を実現。最小ø8mmの小型・軽量なヘッドは設置の自由度が高く、ロボットに装備したり、従来は困難だった装置の狭いスペースにも取り付けたりすることが可能です。また、曲面・凹み・高低差などさまざまな形状、さらには、透明・鏡面・金属粗面・セラミック・接着剤などのほか、光が多重反射したり・沈み込んだりする対象物であっても高い精度で測定します。
超小型・同軸ヘッドで狭い場所にも悩まず設置可能
CL-3000シリーズは、φ8mmの超小型ヘッドをラインナップ。
これまで諦めていた箇所への取り付け、並列設置などの制約はありません。
発熱・電気ノイズによる影響ゼロ
ヘッド内部は電子部品がなく、レンズのみで構成。
発熱・ノイズによるひずみ・光軸ずれなど、誤差要因の影響はありません。
通電から10分後のセンサヘッド（イメージ図）
従来のレーザ変位計（イメージ図） -
超高速・高精度レーザ変位計 LK-G5000シリーズは、392kHzの高速サンプリングと繰り返し精度0.005μmの高い精度を実現し、あらゆるシーンへの高い対応力と信頼性を持つ1次元レーザ変位計です。従来比2倍の画素幅・画素数を持つ新設計のRS-CMOSを搭載し、高速・高分解能な受光が可能。また、受光素子上にスポットを結ぶHDEレンズを新開発。さらにデルタカットテクノロジーにより、反射光の受光素子への対称性を維持し、0.02％of Ｆ.Ｓ.の直線性を実現しました。色や材質、そして透明・鏡面・粗面などの表面状態に対応するヘッドバリエーションをラインナップし、あらゆる対象物の高精度かつ安定測定を実現します。
世界最高の速度・安定性
素材問わず、高速故に各種フィルタ処理にも対応。抜群の安定性。
あらゆる対象物で安定測定を実現
最先端のセンサテクノロジーとセンサラインナップが、さまざまな用途で安定測定を実現します。
超音波溶着器の振幅測定
スイッチの復帰スピード検査
ロボットハンドの位置・残留振動測定
金属シャフトの振れ・ビビり測定
タイヤの振れ測定
バルブのストローク測定
ワークの幅・厚み同時測定
タッチパネルのギャップ測定
はんだ・めっき液面高さ -
高速・高精度CCDレーザ変位計 LK-G3000シリーズは、受光素子に画素境界部の誤差を解消し従来比2倍の高精度を実現したLi-CCD、受光レンズユニットに歪みや収差による誤差を低減する高精度エルノスターレンズを採用しました。また、表面状態をセンシングしてレーザー光量とCCDをリアルタイム制御する高性能CPU"ABLE"をヘッド内部に搭載。新開発アルゴリズムと組み合わせることによって、透明体や半透明体、多重反射体などあらゆるワークの安定的かつ高精度な測定を実現します。最長1000mmの測定距離に対応する超ロングレンジタイプもラインナップし、あらゆるワーク、あらゆる設置条件に対応することができます。
エルノスターレンズが実現する、”全素材高精度測定”
独自開発の測定器用“Li-CCD”と“高精度エルノスターレンズ”の組み合わせが、素材に左右されない高精度測定を可能にしました。
あらゆる対象物で安定測定を実現
最先端のセンサテクノロジーとセンサラインナップが、さまざまな用途で安定測定を実現します。
組み付け後高さ検査
チップ部品の重なり検出
板材の反り測定
ブランク材の2枚送り検出
ガラス基板の厚み・高さ
パイプの傾き測定
砥石・工具の位置決め
工具の振れ量測定
ステージの挙動測定 -
マイクロヘッド型 分光干渉レーザ変位計 SI-Fシリーズは、世界ではじめてø2mmのマイクロヘッドをラインナップし、クラス最高の分解能1nm（0.001μm）を実現した高精度なレーザ変位計です。安全なSLD（近赤外光）を採用した分光ユニットはヘッドと分離させ、内部に電気回路を持たない小型・軽量なヘッドと偏波保持ファイバで接続します。それにより、電気/磁気ノイズの影響や発熱による誤差発生をゼロにしました。また、増設コントローラを接続することで、メインコントローラ1台につき最大6ヘッドまで同時に測定することが可能です。複数のヘッドとマルチ演算機能を使用して対象物の段差や平面度（平坦度）なども高精度かつ安定して測定できます。
超高分解能&3種のヘッドバリエーション
ファイバ構造が実現する3大メリット
測定ヘッドを“ファイバ＋レンズ”のみで構成し、電子部品を全て排除しました。
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分光干渉変位タイプ 多層膜厚測定器 SI-T1000シリーズは、単層から多層までインラインでの安定したフィルム膜厚測定が可能です。安全なSLD（近赤外）光源を搭載した分離型の分光ユニットで、誤差の原因となる電気/磁気ノイズや発熱をゼロにしました。最小ø8mm・重量約70gの小型・軽量なヘッドは設置性に優れ、偏波保持ファイバの採用により、高速なトラバース（TD）測定でファイバが動いても測定値がバラつきません。また、サンプリングごとに受光データを指定回数分積算する光量積算機能で、粘着層のような粗い表面の膜厚も安定測定が可能です。さらに、SLDの発光パルス幅を自動制御し、反射率が安定しないフィルムも誤差なく測定できます。
今まで見れなかった”厚みムラ”を見える化
β線やX線のような透過型の測定器はスポット径が数mmと大きく、細かな厚みムラが見れませんでした。
形状測定能力の高いSI-Tシリーズは、「ø30μmの小スポットと1msの高速サンプリング」により、細かな厚みプロファイルを提供します。多層フィルム各層の厚み測定を実現
センサヘッドから、それぞれの反射面までの距離が測定できるため、内部演算を行なうことで各層の厚みが測定できます。
材質による吸収率や閾値設定のような煩わしい設定も不要です。 -
Siをはじめ、GaAs・SiC・InP・a-Si などの半導体を透過する近赤外SLD光源を採用した、分光干渉式ウェハ厚み計 SI-F80Rシリーズは、ウェハ厚み測定に最適な変位計です。BG（バックグラインド）テープ付きのウェハ厚みも1ヘッドで正確に測定することができます。最小25μmの小さなスポット径は、スポット内の表面段差を減らし、ウェハ表面のパターンによる測定値のバラつきや測定アラームを最小限に抑えることが可能です。分光ユニットと分離させた、最小ø12mmのヘッドは設置性に優れ、電気/磁気ノイズ、発熱はゼロ。分解能1nm・サンプリング速度5kHz・設置距離80mmの高い精度と対応力、そして安定性を実現しました。
ウェハの厚みが正確に測れる
Siをはじめ、GaAs、SIC、InP、a-Siなどの半導体を透過できる近赤外SLDを採用。
BG（バックグラインド）テープが付いたままでも、ウェハのみの厚みを正確に測定できます。パターンの影響を受けにくい
スポット径を小さくし、スポット内での表面段差を少なくすることで、ウェハ表面のパターンによるばらつき、測定アラームを最小限に抑え込むことができました。
パターン付き Si ウェハの厚みプロファイルデータ
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ダブルスキャン高精度レーザ測定器 LT-9000シリーズは、音叉ユニットと揺動ユニットを組み合わせた高精度ダブルスキャン方式を採用。音叉ユニットによる共焦点方式でＺ軸スキャン、揺動ユニットによるワイドスキャン方式でＸ軸スキャンを行います。これにより、対象物の粗さ・色・傾きなどの影響を受けず、分解能0.01μmの超高精度な測定を実現。測定範囲全域においてø2μmの極小スポットを実現し、微細ワークを正確に測定できるほか、搖動ユニットでスポットを最大1100μmまで水平移動できるため、形状・角度・面積を安定して測定できます。また、鮮明な画像を捉える内蔵の小型CCDカメラを用いて、測定ポイント合わせを簡単に行うことができます。
ø2μmの極小スポットを実現
共焦点方式による同軸光学系を採用。対象物上で焦点の合った位置を測定する原理のため、「焦点の合った位置=最小スポット位置」となります。全測定範囲でø2μmの極小スポットを実現。微細ワークを正確に測定できます。また測定部に小型CCDカメラを内蔵したことで、極小スポットを簡単に測定ポイントに合わせることができます。
ワイヤーの高さ測定
狭ピッチボンディングのワイヤの高さが確実に測定できます
鮮明マイクロスコープ機能アプリケーションと安定性を追求するＸ軸スキャン
搖動ユニットによってø2μmのスポットを最大1100μmまで水平移動できるため、形状・角度・面積が測定できます。またアプリケーションの広がりだけでなく、スキャンデータの中で信頼性の高いデータを採用する光量積算機能を搭載し、安定測定を実現しました。
X軸スキャン
光量積算機能
生産終了品
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光沢面・色柄ワークに強い、汎用CCDレーザ変位計
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超高速サンプリングと高精度測定を実現
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レーザ変位計（1次元）とは
1次元レーザー変位計は、レーザー光を同軸で投光と受光する「共焦点方式」と、投光し反射光を受光する光路が三角形を描く「三角測距方式」に大別できます。同軸の中でも「マルチカラー共焦点方式」では、波長ごとに集光位置が異なる光を照射し、受光スペクトルから最大光量の波長位置を検出するため、対象物の材質・色・傾きの影響を受けず測定できます。なお、最小分解能1nm～測定が可能な「分光干渉方式」では、SLD光源から出た広波長帯域の光がヘッド内部の参照面で一部反射し、透過した光は対象物で正反射してヘッド内に返ります。互いに干渉する2つの反射光を波長ごとに分光し、光強度分布を波形解析して対象物との距離を算出します。
以下は1次元レーザー変位計の種類とそれぞれの構造と測定原理について解説。また、各方式を用いたキーエンスの1次元変位計についても説明します。
マルチカラー共焦点方式の構造と原理
一般的な、共焦点（コンフォーカル）方式では、投光と受光が同軸になるように配置し、対象物に焦点が合った光のみがピンホールで1点に集光されるよう設計されています。マルチカラー共焦点方式では、複数の色（波長）で同時発光する光源を用い、広い波長帯域で安定した高輝度発光することで、広い測定レンジのどの位置でも光量を確保し、高精度測定が可能です。
キーエンスのマルチカラーレーザ同軸変位計 CL-3000シリーズは、マルチカラー光源ユニットや分光器をヘッドと分離させ、センサヘッド内部はレンズだけで構成することで、センサヘッドの小型・軽量化による高い設置性を実現。また発熱や電気ノイズによる誤差が生じることなく、高精度に測定することができます。
三角測距方式の構造と原理
一般にセンサヘッドに投光素子と受光素子の両方を持ち、対象物に投光したとき三角形の光路で受光することから三角測距法または三角測定法と呼ばれます。レーザー光を照射し、対象物から反射した光は、受光レンズで集光され受光素子上に結像します。対象物までの距離が変動すると、集光される反射光の角度が変わり、それに伴って受光素子（CMOSやCCD）上に結像する位置が変化します。この受光素子上の結像位置の変化は、対象物の移動量と比例するため、結像位置の変化量を読み取り、対象物の移動量として測定することができます。
キーエンスの超高速・高精度レーザ変位計 LK-G5000シリーズは、新設計のRS-CMOSを受光素子に採用し、高速性と高分解能を実現しています。
分光干渉方式の構造と原理
光源から広波長帯域の光を投光し、ヘッド内部の参照面で光の一部を反射させます。一方、透過した光は対象物で正反射してからヘッド内に返ります。これら2つの反射光は互いに干渉し、各波長の干渉光強度は参照面と対象物間の距離によって定まります。これらの干渉光を分光器で波長ごとに分光することにより、波長の光強度分布が得られます。それを波形解析し、対象物までの距離を算出して測定します。
キーエンスのマイクロヘッド型 分光干渉レーザ変位計 SI-Fシリーズは、安全なSLD（近赤外光）を採用した分光ユニットをヘッドと分離し、内部に電気回路を持たない最小ø2mmの小型・軽量なヘッドは、発熱、電気/磁気ノイズによる誤差が生じることなく、1nm（0.001μm）の高い分解能と安定性を実現します。
共焦点方式（ダブルスキャン）の構造と原理
共焦点と音叉を利用した方式で、レーザー光は音叉により高速に上下する対物レンズを通り、対象物上で焦点を結びます。ピンホールの位置で1点に集光された反射光は受光素子に入光します。入光した瞬間の対物レンズの位置をセンサで測定することにより、対象物までの距離を材質・色・傾きの影響を受けることなく正確に測定することができます。
この原理を活用したキーエンスのダブルスキャン高精度レーザ測定器 LT-9000シリーズは、音叉ユニットによる共焦点方式でＺ軸スキャン、揺動ユニットによるワイドスキャン方式でＸ軸スキャンします。ø2μmの極小スポットによる正確な形状測定や薄膜の厚み測定が可能です。
レーザ変位計（1次元）のメリット
レーザ変位計（1次元）のメリット1：さまざまな材質・特性のワークを非接触で測定
測定対象物のさまざまな材質や特性に対応することができます。その大きな理由の1つが非接触で高精度に測定可能であることが挙げられます。用途やワークの材質（透明度や光沢など）に最適なレーザ変位計を選択することが可能です。
対象物が金属などのように硬く、また表面にキズがつきにくい場合は、対象物に直接接触するノギスやマイクロメータ、またインラインではLVDTなどの接触式変位センサを使用することができます。しかし、やわらかい対象物の場合、測定圧によって誤差が生じてしまうことがあります。ウェハや薄いフィルムはもちろん、金属であっても繊細なヘアラインなど接触によって品質に影響を及ぼす可能性があるデリケートなワークの場合も、非接触のレーザ変位計であれば誤差やワークにダメージを与える心配がありません。さらに、透明体や光沢面でも非接触で安定して測定できるレーザ変位計を選択することで、幅広い用途に活用することが可能です。
レーザ変位計（1次元）のメリット2：小型・軽量なヘッドで装置制御に活用可能
塗布や溶接、部品のマウントといった工程の自動化では、正確な装置位置の制御が求められます。小型・軽量なヘッドを実現したマルチカラー共焦点方式のレーザ変位計であれば、装置への設置性が高く、動作に負担をかけずにワークとの正確な距離を把握して、高精度な位置制御が可能です。
分光ユニットを分離し、ヘッド内部の主要部品をレンズのみにすることで、ヘッドの小型・軽量化を実現したマルチカラーレーザ同軸変位計 CL-3000であれば、装置への設置性が高く、同軸の光路で測定するため、ワークの狭い隙間の高さも死角なく測定することができます。また、ヘッドは発熱や電気/磁気ノイズの影響による誤差が発生しないため、安定した測定が可能です。レーザ変位計を装置制御に活用することにより、たとえば段差のあるワークや、搬送時にワークが少し傾いたとしてもワークの高さを高速測定して装置にフィードバックすることで、装置位置を適切な高さに制御することができます。これにより自動工程での品質維持が可能となります。
レーザ変位計（1次元）のメリット3：多層フィルムの膜厚や厚みムラを測定可能
分光干渉方式の変位計を使用することで、センサヘッドから複数の反射面までの距離が測定できるため、内部演算によって多層フィルム各層の膜厚測定が可能です。β線やX線に比べて小さなスポット径でTD測定することで、細かな厚みムラを捉えることができます。
分光干渉変位タイプ 多層膜厚測定器 SI-Tシリーズは、分光干渉の原理により、多層フィルム各層の厚み測定が可能です。センサヘッドから、それぞれの反射面までの光路長の違いを内部演算して多層フィルム各層の厚みを測定することができます。光量積算機能というキーエンス独自技術により、フィルム各層の材質による吸収率やしきい値設定は不要です。また、ø30μmの小さなスポット径と1msの高速サンプリングにより、TD測定では細かな厚みプロファイルを取得することができるため、薄膜の厚みムラも把握することができます。
レーザ変位計（1次元）のメリット4：ウェハの厚みを1ヘッドで測定可能
ウェハのプロセスにおいて、半導体を透過できる近赤外SLDと分光干渉の原理を用いることで、BG（バックグラインド）付きウェハの厚みを小型なヘッド1つで測定可能です。極小のスポット径でウェハ上のパターンの影響を抑えることができます。
近赤外SLDを採用した分光干渉式ウェハ厚み計 SI-F80Rシリーズであれば、SiやGaAs、SiC、InP、a-Siなどの半導体を透過してBG付きウェハの厚みを1ヘッドで測定することが可能です。最小スポット径25μｍを実現しているため、スポット内での表面段差を減らし、パターンによるウェハの表面のバラつきを最小限に抑えることができます。また、分光ユニットとヘッドを分離し、ヘッド内部は主にレンズだけで構成することにより小型化を実現。設置性が高いことはもちろん、発熱や電気/電磁ノイズによる誤差が発生しません。
レーザ変位計（1次元）の導入事例
ガラスの厚み測定（片面パターン付ガラス）
一般的なレーザ変位計では、ガラス面とパターン面での反射率に差があるため、表側と裏側の両方からレーザ変位計で挟んで厚みを測定する場合、パターン面で値飛びが発生していました。マルチカラーレーザ同軸変位計 CL-3000であれば、照射した光のピントが合った位置を測定するマルチカラー共焦点方式の採用により、対象物の反射光量差の影響を受けず、安定して高精度測定が可能です。値飛びの影響を限りなく小さくすることができるため、検査タクトを改善することができます。
ディスペンサノズルの高さ測定・制御
高度な自動塗布を高い精度で実行するには、高性能なディスペンサロボットはもちろん、そのノズルと並走して「ディスペンサの目」となる高性能な変位計が必要となります。マルチカラーレーザ同軸変位計 CL-3000シリーズをディスペンサノズルと並走させることで、ワークの高さをリアルタイムに測定・フィードバックし、ノズルの高さ制御が可能です。コンパクトかつ軽量なヘッドは、ディスペンサノズルに併設しやすく、動作停止時の残留振動を軽減します。また、同軸のマルチカラー共焦点の採用により測定範囲が広く、ワークの透明・鏡面・光沢面といった材質や、へこみ・段差・斜面・曲面といった形状の影響を受けず、安定した高さ測定・フィードバック制御が可能です。
貼り合わせウェハの接着剤・ガラス厚み測定
ガラス基板などにウェハを貼り合わせ、研削（薄化）してさらに複数枚貼り合わせる、WOW（Wafer on Wafer）方式は、チップ単位での貼り合わせに比べ、積層工程の時間短縮が可能です。しかし、貼り合わせ時に塗布した接着剤の厚みが均一ではない場合、貼り合わせたウェハが傾き、研削（薄化）が適切に行うことができず、不良発生の原因となります。分光干渉変位タイプ多層膜厚測定器 SI-Tシリーズのコンパクトなセンサヘッドを1台設置することにより、ウェハ表面の接着剤厚み測定はもちろん、接着剤とガラスなど、複数の透明体をそれぞれ個別に厚み測定することも可能です。
光学フィルムの多層膜厚の同時測定
従来の非接触式膜厚測定器は、β線・X線・赤外線などの光が吸収された量から厚みを測定します。しかし、対象物の材質や厚みによって光の吸収量が異なるため、多層フィルム各層の厚み測定は困難でした。また、従来の分光干渉タイプでも、たとえば同じ厚みの層が2つある場合、それぞれの膜厚を測定することは不可能でした。分光干渉変位タイプ 多層膜厚測定器 SI-Tシリーズは、センサヘッド内部に参照面を設けているため、センサヘッドから各反射面（フィルム各層）までの距離をそれぞれ同時に測定することができます。また、同じ厚さの層があったとしても、それぞれの膜厚を独立して同時に測定することができます。
レーザ変位計（1次元）に関するよくあるご質問
- マルチカラーレーザ同軸変位計 CL-3000シリーズなら、透明なガラスはもちろん、対象物の材質や形状を選ばず、安定して高精度に測定することができます。もちろん、非接触で測定できるためガラスにキズをつける心配はありません。CL-3000シリーズは、1つのコントローラにつき6ヘッドまで同時接続が可能です。たとえば、ガラスの4辺と中央の1点を測定する場合、コントローラ1台と5ヘッドの構成でガラスの平坦さ確認、または4～6ヘッドで端6点を測定することにより、平面度を安定して測定することができます。
- 一般に、レーザ変位計で基板を測定する場合、レーザー光が基板の内部まで沈み込むことで乱反射が発生します。それにより、測定値が安定しないことがあります。キーエンスのマルチカラーレーザ同軸変位計 CL-3000シリーズであれば、複数の波長のレーザー光を投光し、対象物の表面でピントがあった光の波長帯域のみを算出して測定することができます。それにより、基板のような光が沈み込みやすいワークにおいても安定した測定値を高い精度で取得することができます。
- X線式の膜厚計は、測定スポットが大きいため、膜厚の細かなバラつきを測定し、管理が難しいことがあります。キーエンスの分光干渉変位タイプ 多層膜厚測定器 SI-Tシリーズなら、ø30μmの小スポットと1msの高速サンプリングを実現しているため、インラインで透明な多層フィルムの膜厚の細かなバラつきを捉えることができます。高速測定が可能なため、吐出流量や圧力、送り速度の制御に活用できるほか、エッジ部まで正確に測定することができるため、巻き姿不良の検出やバンド現象の未然防止にも活用することができます。
- SiやGaAs、SiC、InP、a-Si などの半導体を透過できる近赤外SLDを採用した、キーエンスの分光干渉式ウェハ厚み計 SI-F80Rシリーズは、最小25μmのスポット径でウェハ表面のパターンの影響を受けず、BGテープ付きのウェハでも厚みを正確かつ高速に測定できます。このSI-F80Rシリーズは、専用ステージを使用することで、ウェハ全体の厚み分布測定が可能です。また、測定データを用いた3D表示でウェハの厚み分布をカラーマップで表示したり、指定した箇所の断面のプロファイルを表示してうねりのP-P計測や波形比較など細かな解析をしたりといったことが可能です。これにより、試作ウェハ評価などにかかる時間を短縮することができます。
レーザ変位計（1次元）をもっと知る
「測り隊.com」は、測定の基礎や選び方、用途別アプリケーション紹介、レーザー変位計・測定の種類や原理、導入による課題解決事例を詳しく解説するサイトです。
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CL-3000 シリーズ マルチカラーレーザ同軸変位計 自動車・金属部品業界 アプリケーション集
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レーザ変位計はスペック通りの精度が出ないことがあります。そうした測定誤差の要因と対策について、一般的な三角測距法のレーザ変位計を例に解説。測定の不安定さを解消するために着目すべきポイントがわかる1冊です。
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マルチカラー光源のレーザ同軸変位計 CL-3000シリーズや、三角測距方式を採用したLK-G5000/3000シリーズといった高性能な1次元レーザ変位計をわかりやすく比較。目的に合った変位計の選定に役立つ1冊です。
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「できない」を「できる!」に変えた 分光干渉式レーザ変位計 成功事例集
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