共焦测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术实现能够以紧凑的装置结构来扩大测定范围的共焦测量装置。共焦测量装置(1A)的结构包括：衍射透镜(11)，使从白色LED光源(21)出射的光产生色差；衍射透镜(13b)，使通过衍射透镜(11)的光的色差增加；以及接物透镜(12)，聚光于测量对象范围，以使经聚光的光具有沿着光轴的色差。

【技术实现步骤摘要】
共焦测量装置
本专利技术涉及一种利用共焦光学系统的共焦测量装置。
技术介绍
非接触地对测量对象物的位移进行测定的测量装置已作为以往技术而为人所知。其中，对于使用共焦光学系统来测定位移的测量装置，揭示有各种技术。例如在专利文献1中揭示了一种共焦测量装置，其通过将接物透镜与衍射透镜加以组合，从而抑制因光的波长引起的、对测量对象物的位移进行测量的精度变动。在专利文献2中揭示了一种彩色共焦点传感器(chromaticconfocalpointsensor)光学笔，其为了实现宽的测量对象范围而具备多个轴向分散合焦要素。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2012-208102号公报专利文献2：日本专利特开2012-173294号公报
技术实现思路
[专利技术所要解决的问题]此外，在共焦测量装置中，优选的是可获得宽的测量对象范围。例如，在专利文献1的技术中，为了扩大测量对象范围而考虑加大接物透镜的焦距。然而，若简单地加大接物透镜的焦距，则测定中心距离会发生变化，并且性能会大幅变化。而且，专利文献2的技术中，为了在多个轴向分散合焦要素之间的区域使光合焦，多个轴向分散合焦要素之间的距离变大。因此导致彩色共焦点传感器光学笔的尺寸变大。本专利技术的一实施方式的目的在于实现一种能够以紧凑的装置结构来扩大测量对象范围的共焦测量装置。[解决问题的技术手段]本专利技术的一实施方式的共焦测量装置是利用共焦光学系统的共焦测量装置，其结构包括：光源，出射具有多个波长的光；第1衍射透镜，使从所述光源出射的光产生色差；第2衍射透镜，使通过所述第1衍射透镜的光的色差增加；接物透镜，将通过所述第2衍射透镜的光沿着光轴聚光于测量对象范围，以使经聚光的光具有沿着所述光轴的色差；以及测定部，对经所述接物透镜聚光的光中合焦至测量对象物上的波长的光的强度进行测定。根据所述结构，使通过第1衍射透镜而在光中产生的色差借助第2衍射透镜而进一步增加。经接物透镜聚光的光具有沿着光轴的大的色差。因此，能够根据波长来使合焦的位置大不相同，因此能够加大测量对象范围。而且，由于使用第2衍射透镜，因此能够抑制装置尺寸的增加。所述共焦测量装置中，优选的是设为下述结构：入射至所述接物透镜的光经准直(collimate)，入射至所述接物透镜的光的有效直径不变。根据所述结构，接物透镜的数值孔径大致不变。因此，测定中心距离不会发生变化，测定中心距离的性能也不会发生变化。所述共焦测量装置也可设为下述结构：在所述接物透镜的光源侧，还包括使光发散的第1发散光学部。若在接物透镜的光源侧追加第2衍射透镜，则会加上多余的折射力，接物透镜的数值孔径(NumericalAperture，NA)会变化。接物透镜的数值孔径会影响到测量的性能。根据所述结构，在第2衍射透镜之前或之后，可借助第1发散光学部来消除(cancel)因第2衍射透镜所产生的光的会聚的至少一部分。因此，能够加大接物透镜的数值孔径。所述共焦测量装置中，也可设为所述第1发散光学部具有至少一个凹透镜的结构。所述共焦测量装置中，优选的是，当以负值来表达发散系统的焦距时，若设所述第2衍射透镜的焦距为f1、所述第1发散光学部的焦距为f2、且所述第2衍射透镜与所述第1发散光学部之间的距离为d，则满足f1+f2＝d。根据所述结构，在根据合成焦距的公式来对第1衍射透镜后的光进行了准直的情况下，当满足f1+f2＝d时，入射至接物透镜的光也变得准直。而且，在第2衍射透镜之前或之后，可借助第1发散光学部来消除因第2衍射透镜所产生的光的会聚。因此，不会改变测定中心距离，而可追加第2衍射透镜来扩大测定范围。所述共焦测量装置中，也可设为下述结构：所述第1发散光学部是配置于所述第1衍射透镜与所述第2衍射透镜之间，光在所述第2衍射透镜与所述接物透镜之间经准直。根据所述结构，通过第1发散光学部来使光发散，由此，能够如同光从第2衍射透镜的焦点位置入射至第2衍射透镜般地，构成光学系统。由此，不会改变测定中心距离而能有效地使色差产生。所述共焦测量装置也可设为下述结构：所述第1衍射透镜的焦距与所述第2衍射透镜的焦距相同。根据所述结构，例如可使用相同设计的衍射透镜来作为第1衍射透镜及第2衍射透镜。因此，共焦测量装置的制造变得容易。所述共焦测量装置中，也可设为下述结构：所述第1衍射透镜的焦距与所述第2衍射透镜的焦距不同。所述共焦测量装置也可设为下述结构：在所述第1衍射透镜与所述接物透镜之间，具备使光的色差增加的第3衍射透镜、及使光发散的第2发散光学部。根据所述结构，通过增加衍射透镜与发散光学部的套组(set)数，能够使色差进一步增加。因此，能够加大测量对象范围。[专利技术的效果]根据本专利技术的一实施方式，能够以紧凑(compact)的装置结构来扩大测定范围。附图说明图1是表示本专利技术的一实施方式中的共焦测量装置，是表示共焦测量装置的结构的示意图。图2是表示所述共焦测量装置中的控制器的内部结构的示意图。图3中的(a)是表示所述共焦测量装置中的包含色差重叠产生部的传感器头的结构的剖面图，图3中的(b)是表示除了所述色差重叠产生部以外的传感器头的结构的剖面图。图4(a)是表示所述共焦测量装置中的传感器头的光路的图，图4(b)是表示测量对象物附近的多个波长的合焦位置的图。图5(a)是表示通过所述共焦测量装置中的传感器头的衍射透镜的光路的图，图5(b)是表示通过所述传感器头的衍射透镜及凹透镜的光路的图，图5(c)是表示通过所述传感器头的衍射透镜及色差重叠产生部的光路的图。图6是表示从所述共焦测量装置的传感器头中拆除色差重叠产生部后的结构的参考图。图7是表示本专利技术的另一实施方式中的共焦测量装置，是表示共焦测量装置中的传感器头的结构的剖面图。图8是表示本专利技术的又一实施方式中的共焦测量装置，是表示共焦测量装置中的传感器头的结构的剖面图。[符号的说明]1A、1B、1C：共焦测量装置2：光缆10A、10B、10C：传感器头11：衍射透镜(第1衍射透镜)12：接物透镜13、14：色差重叠产生部13a、14a：凹透镜(第1发散光学部、第2发散光学部)13b、14b：衍射透镜(第2衍射透镜、第3衍射透镜)20：控制器21：自色LED光源(光源)22：分支光纤22a、22b、22c：光纤23：分光器(测定部)23a：准直透镜23b：衍射光栅23c：聚光透镜24：受光元件(测定部)25：处理部26：监视器31、32、33：衍射透镜群M：测量对象物NA1、NA2：数值孔径R、R′：测定范围N：正整数A：大于1的实数具体实施方式〔实施方式1〕为了扩大共焦测量装置的测量对象范围，必须加大沿着光轴的色差。但是，测量的精度(分辨率)依存于接物透镜的数值孔径(NumericalAperture，NA)。因此，若加大接物透镜的焦距，则测量对象范围虽会扩大，但测量精度将下降。另一方面，通过加大衍射透镜的数值孔径，能够加大色差。但是，为了加大衍射透镜的数值孔径，必须减小衍射槽的间距。衍射槽间距的减小存在制造极限，因此，衍射透镜的数值孔径存在极限。基于图1至图6来说明本专利技术的一实施方式如下。(共焦测量装置的基本结构)本实施方式的共焦测量装置是利用共焦光学系统来非接触地测量直至测量对象物为止的距离。利用本实施方式的共焦测量装置来测量的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共焦测量装置，其利用共焦光学系统，所述共焦测量装置的特征在于包括：光源，出射具有多个波长的光；第1衍射透镜，使从所述光源出射的光产生色差；第2衍射透镜，使通过所述第1衍射透镜的光的色差增加；接物透镜，将通过所述第2衍射透镜的光沿着光轴聚光于测量对象范围，以使经聚光的光具有沿着所述光轴的色差；以及测定部，对经所述接物透镜聚光的光中合焦至测量对象物上的波长的光的强度进行测定。

【技术特征摘要】
2017.03.09 JP 2017-0452721.一种共焦测量装置，其利用共焦光学系统，所述共焦测量装置的特征在于包括：光源，出射具有多个波长的光；第1衍射透镜，使从所述光源出射的光产生色差；第2衍射透镜，使通过所述第1衍射透镜的光的色差增加；接物透镜，将通过所述第2衍射透镜的光沿着光轴聚光于测量对象范围，以使经聚光的光具有沿着所述光轴的色差；以及测定部，对经所述接物透镜聚光的光中合焦至测量对象物上的波长的光的强度进行测定。2.根据权利要求1所述的共焦测量装置，其特征在于，入射至所述接物透镜的光经准直。3.根据权利要求1或2所述的共焦测量装置，其特征在于还包括，使光发散的第1发散光学部，在所述接物透镜的光源侧。4.根据权利要求3所述的共焦测量装置，其特征在于，所述第1发散光学部具有至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：丸川真理子，早川雅之，奥田贵启，森野久康，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP