彩色共焦点传感器和测量方法技术

本发明专利技术涉及一种彩色共焦点传感器和测量方法。所述彩色共焦点传感器包括：光源部，用于发射波长不同的多个光束；光学头，其包括用于使所述多个光束收敛于不同的聚焦位置的物镜，并且用于选择所述多个光束中的被所述聚焦位置处的被测物体反射的光作为测量光；分光器，其包括用于将所选择的测量光分割成多个衍射光束的衍射光栅、和用于接收所述多个衍射光束中的两个或更多个衍射光束的传感器；以及信号处理控制部，用于基于所述传感器所接收到的所述两个或更多个衍射光束的受光位置之间的差来计算所述被测物体的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及彩色共焦点传感器和使用该彩色共焦点传感器的测量方法。
技术介绍
传统上，已使用彩色共焦点技术来测量被测物体的高度等。例如，日本特开2011-39026(以下称为专利文献1)公开了如图1所示的彩色共焦点位移计(以下称为彩色传感器)。在该彩色传感器中，将聚焦于工件的颜色与工件的高度(位移)相应地一对一地改变。通过提取将聚焦于工件的颜色的光并且指定该颜色(光波长)，来测量与该颜色处于一对一关系的工件的高度(专利文献1的说明书中的第[0002]段、第[0003]段等)。在专利文献1所公开的彩色传感器中，使用在通过由双折射晶体等构成的波板的相互垂直的偏光成分之间产生与光波长相对应的相位差(光路差)这一事实来进行光波长的指定。因此，可以实现同时满足长工作距离、精细测量光斑、由于倾斜所引起的小误差、高分辨率和高速应答性的测量(专利文献1的说明书中的第[0030]段、第[0035]段等)。
技术实现思路
如上所述，在彩色传感器中，要求基于已聚焦于被测物体并且被被测物体反射的测量光的波长来以高精度测量被测物体的位置。因此，需要以高精度检测测量光的波长或与该波长相对应的参数。有鉴于如上所述的情形，本专利技术的目的在于提供能够基于聚焦位置处的被测物体所反射的测量光的波长来高度精确地计算被测物体的位置的彩色共焦点传感器、以及使用该彩色共焦点传感器的测量方法。为了实现上述目的，根据本专利技术的实施例，提供一种彩色共焦点传感器，其包括光源部、光学头、分光器和信号处理控制部。所述光源部发射波长不同的多个光束。所述光学头包括用于使所述多个光束收敛于不同的聚焦位置的物镜，并且用于选择所述多个光束中的被所述聚焦位置处的被测物体反射的光作为测量光。所述分光器包括用于将所选择的测量光分割成多个衍射光束的衍射光栅、和用于接收所述多个衍射光束中的两个或更多个衍射光束的传感器。所述信号处理控制部基于所述传感器接收到的所述两个或更多个衍射光束的受光位置之间的差来计算所述被测物体的位置。在该彩色共焦点传感器中，将聚焦位置处的被测物体所反射的测量光分割成多个衍射光束。此外，基于该传感器所接收到的两个或更多个衍射光束的受光位置之间的差来计算被测物体的位置。因此，例如，即使在衍射光栅的位置或传感器的位置发生偏移的情况下，也可以通过使用两个或更多个衍射光束的受光位置之间的差来吸收该位置偏移。结果，可以高度精确地计算出被测物体的位置。所述两个或更多个衍射光束可以包括+1阶衍射光束、0阶衍射光束和-1阶衍射光束中的至少两个衍射光束。通过使用+1阶衍射光束、0阶衍射光束和-1阶衍射光束，可以精确地计算出被测物体的位置。所述信号处理控制部可以基于所述+1阶衍射光束和所述-1阶衍射光束的受光位置之间的差来计算所述被测物体的位置。通过使用±1阶衍射光束的受光位置之间的差，可以精确地计算出被测物体的位置。所述信号处理控制部可以基于所述+1阶衍射光束和所述-1阶衍射光束
中的任一个衍射光束的受光位置与所述0阶衍射光束的受光位置之间的差来计算所述被测物体的位置。通过使用±1阶衍射光束中的任一个和0阶衍射光束，可以使该设备紧凑化。所述信号处理控制部可以基于所述+1阶衍射光束和所述0阶衍射光束的受光位置之间的差与所述-1阶衍射光束和所述0阶衍射光束的受光位置之间的差的和，来计算所述被测物体的位置。通过使用这三个衍射光束，可以提高测量精度。所述光源部可以发射包括所述多个光束的白色光。因此，可以提高测量精度。根据本专利技术的实施例，提供一种测量方法，其包括发射波长不同的多个光束。使所述多个光束收敛于不同的聚焦位置。选择所述多个光束中的被所述聚焦位置处的被测物体反射的光作为测量光。将所选择的测量光分割成多个衍射光束，并且利用传感器接收所述多个衍射光束中的两个或更多个衍射光束。基于所述传感器接收到的所述两个或更多个衍射光束的受光位置之间的差来计算所述被测物体的位置。如上所述，根据本专利技术，可以基于聚焦位置处的被测物体所反射的测量光的波长来高度精确地计算被测物体的位置。应当注意，这里所述的效果未必受到限制，并且可以获得本公开所述的任何效果。附图说明图1是示出根据第一实施例的彩色共焦点传感器的结构示例的示意图；图2是图1所示的光学头的放大图；图3是图1所示的分光器的放大图；图4是示出控制部所计算的被测物体的位置的计算示例的流程图；图5A和5B是用于说明作为比较例的彩色传感器的分光器的结构和使用该彩色传感器的测量方法的图；图6A和6B是用于说明根据第二实施例的彩色传感器的分光器的结构和使用该彩色传感器的测量方法的图；以及图7A和7B是用于说明根据第三实施例的彩色传感器的分光器的结构和使用该彩色传感器的测量方法的图。具体实施方式以下将参考附图来说明本专利技术的实施例。第一实施例图1是示出根据本专利技术的第一实施例的彩色共焦点传感器的结构示例的示意图。在以下的说明中，将该彩色共焦点传感器简称为彩色传感器。彩色传感器100包括光学头10、控制器20和光纤部30。控制器20包括光源部40、分光器50和信号处理控制部(以下简称为控制部)60。光纤部30包括光纤分离器31。光纤分离器31对从光纤32a导入的光进行分离，并且将该光导出至光纤32b和32c各自。另一方面，从光纤32b和32c各自导入的光被导出至光纤32a。如图1所示，光学头10连接至光纤32a，并且光源部40和分光器50分别连接至光纤32b和32c。应当注意，代替光纤分离器31，可以使用光纤耦合器。图2是图1所示的光学头10的放大图。光学头10包括笔状壳体部11和该壳体部11的内部所设置的物镜12，该壳体部11将其长边方向作为光轴A1。在壳体部11的后端部11b的大致中央连接有光纤32a。从光纤32a出射的光经由物
镜12从壳体部11的前端部11a向着被测物体O照射。如图2所示，物镜12是色像差大的透镜，并且使从光纤32a出射的光收敛于光轴A1上的与波长λ相对应的聚焦位置P。在本实施例中，从光纤32a向着物镜12照射包括具有蓝波长范围到红波长范围内的不同波长的多个可见光束的白色光W。物镜12使白色光W中所包括的多个可见光束收敛于与波长λ相对应的不同焦点位置P。图2示出从物镜12向着前方侧(图中的下方侧)的被物镜12分离后的多个可见光束。这里，代表性地示出RGB这三个颜色的光束。应当注意，在本实施例中，多个可见光束与波长不同的多个光束相对应。波长λ1和聚焦位置P1表示多个可见光束中的波长最短的可见光的波长和聚焦位置，并且在本实施例中与蓝色光B相对应。波长λn和聚焦位置Pn表示多个可见光束中的波长最长的可见光的波长和聚焦位置，并且在本实施例中与红色光R相对应。波长λk和聚焦位置Pk表示多个可见光束中的任意可见光的波长和聚焦位置，并且在图2中与绿色光G相对应(k＝1～n)。此外，物镜12使被聚焦位置Pk处的被测物体O反射的可见光收敛于光纤32a。因此，使与壳体部11的后端部11b相连接的光纤32a连接在物镜12使聚焦于被测物体O并且被被测物体O反射的可见光收敛的共焦点位置处。因此，可以选择多个可见光束中的被聚焦位置Pk处的被测物体O反射的可见光作为测量光M。在图2中，在物镜12和光纤32之间示出被测物体O所反射的RGB这三个颜色本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色共焦点传感器，包括：光源部，用于发射波长不同的多个光束；光学头，其包括用于使所述多个光束收敛于不同的聚焦位置的物镜，并且所述光学头用于选择所述多个光束中的被所述聚焦位置处的被测物体反射的光作为测量光；分光器，其包括用于将所选择的测量光分割成多个衍射光束的衍射光栅和用于接收所述多个衍射光束中的两个或更多个衍射光束的传感器；以及信号处理控制部，用于基于所述传感器所接收到的所述两个或更多个衍射光束的受光位置之间的差来计算所述被测物体的位置。

【技术特征摘要】
2015.03.02 JP 2015-039996;2016.02.26 JP 2016-035121.一种彩色共焦点传感器，包括：光源部，用于发射波长不同的多个光束；光学头，其包括用于使所述多个光束收敛于不同的聚焦位置的物镜，并且所述光学头用于选择所述多个光束中的被所述聚焦位置处的被测物体反射的光作为测量光；分光器，其包括用于将所选择的测量光分割成多个衍射光束的衍射光栅和用于接收所述多个衍射光束中的两个或更多个衍射光束的传感器；以及信号处理控制部，用于基于所述传感器所接收到的所述两个或更多个衍射光束的受光位置之间的差来计算所述被测物体的位置。2.根据权利要求1所述的彩色共焦点传感器，其中，所述两个或更多个衍射光束包括+1阶衍射光束、0阶衍射光束和-1阶衍射光束中的至少两个衍射光束。3.根据权利要求2所述的彩色共焦点传感器，其中，所述信号处理控制部基于所述+1阶衍射光束和所述-1阶衍射光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：久保光司，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP