共焦位移计制造技术

本发明专利技术提供一种能够减小测量误差的共焦位移计。其中，由光投射部(120)发射具有多个波长的光。透镜单元(220)用于使由光投射部(120)发射的光产生沿着光轴方向的色像差。此外，由透镜单元(220)使具有色像差的光会聚，并利用该光照射测量对象(S)。经由透镜单元(220)照射测量对象(S)所利用的光中的在聚焦的同时被测量对象(S)的表面反射的波长的光穿过多个针孔。利用运算处理部(150)，基于与穿过多个针孔的多个光的各波长的平均强度相对应的平均信号的各波长的信号强度，来计算测量对象(S)的位移。位移。位移。

【技术实现步骤摘要】
共焦位移计
[0001]本申请是申请日为2016年12月21日、申请号为201680076178.1(PCT/JP2016/088008)、专利技术名称为“共焦位移计”的申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及使用宽波长带的光的共焦位移计。

技术介绍

[0003]作为以非接触方式测量测量对象的表面的位移的装置，已知有共焦位移计。例如，日本特开2013
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130581(专利文献1)描述了用于测量从预定基准位置到测量对象的距离作为测量对象的表面的位移的色差点传感器(CPS)系统。专利文献1所描述的CPS包括两个共焦系统的光路。向这些光路输入具有多个波长的光。穿过了任意光路的光被选择性地输出至测量对象。
[0004]第一光路被配置成使得具有不同波长的光聚焦于光轴方向上的测量对象的表面位置附近的不同距离。穿过了第一光路的光在测量对象的表面上反射。在反射光中，仅使聚焦于作为空间滤波器而布置在第一路径中的开口部的位置的光穿过该开口部以引导至波长检测器。波长检测器所检测到的光的光谱轮廓(第一输出光谱轮廓)包括表示测量距离的分量(距离依赖的轮廓分量)并且包括距离独立的轮廓分量。
[0005]第二光路被配置成使得具有不同波长的光聚焦于测量对象的表面位置附近的大致相同的距离。穿过了第二光路的光在测量对象的表面上反射。在反射光中，仅使聚焦于作为空间滤波器而布置在第二路径中的开口部的位置的光穿过该开口部以引导至波长检测器。波长检测器所检测到的光的光谱轮廓(第二输出光谱轮廓)不包括距离依赖的轮廓分量而是仅包括距离独立的轮廓分量。使用第二输出光谱轮廓对第一输出光谱轮廓进行针对与距离独立的轮廓分量有关的潜在测量误差的校正。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2013
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130581

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的问题
[0010]在专利文献1所描述的CPS系统中，由于针对第一输出光谱轮廓进行校正，因此可靠性得以提高。具体地，由于作为距离独立的轮廓分量的测量对象的材料分量、与光源相关联的光源的光谱轮廓分量或者与波长检测器相关联的分量而产生的测量误差减小。然而，在共焦位移计中，由于测量对象的表面上的不规则反射的影响，因而发生比表面的粗糙度大的程度的测量误差。在专利文献1所描述的CPS系统中，不能减小这种测量误差。
[0011]本专利技术的目的是提供能够减小测量误差的共焦位移计。
[0012]用于解决问题的方案
[0013](1)根据本专利技术的共焦位移计是一种共焦位移计，用于使用共焦光学系统来测量测量对象的位移，所述共焦位移计包括：光投射部，其配置为发射具有多个波长的光；光学构件，其被配置为使所述光投射部发射的光产生沿着光轴方向的色像差，使具有该色像差的光会聚，并且使该光照射在所述测量对象上；针孔构件，其包括多个针孔，所述多个针孔使得所述光学构件照射在所述测量对象上的光中的具有在聚焦于所述测量对象的表面的同时被反射的波长的光能够穿过；以及位移测量部，其被配置为基于如下的平均信号的各波长的信号强度来计算所述测量对象的位移，其中所述平均信号对应于与穿过所述多个针孔的多个光有关的各波长的强度的平均值。
[0014]在该共焦位移计中，具有多个波长的光由光投射部发射。沿着光轴方向的色像差是光学构件使光投射部发射的光产生的。具有色像差的光由光学构件会聚并照射在测量对象上。在光学构件照射在测量对象上的光中，具有在聚焦于测量对象的表面的同时被反射的波长的光穿过针孔构件的多个针孔。位移测量部基于如下的平均信号的各波长的信号强度来计算测量对象的位移，其中该平均信号对应于与穿过多个针孔的多个光有关的各波长的强度的平均值。
[0015]由于测量对象的表面上的不规则反射，因此聚焦于与测量对象的表面的位置不同的位置的光有时穿过任一个针孔。即使在这种情况下，利用上述的结构，在平均信号中对与穿过多个针孔的多个光有关的各波长的强度进行平均。因此，由于不规则反射而产生随机测量误差的光的分量被抵消。结果，可以减小共焦位移计所测量的测量对象的位移的误差。
[0016](2)所述共焦位移计可以包括第一光纤。所述第一光纤的端部可以是所述针孔。所述第一光纤可以是所述针孔构件。在这种情况下，不必将针孔与第一光纤分开布置。结果，可以使共焦位移计的结构紧凑。可以利用第一光纤更高效地将穿过多个针孔的光引导至位移测量部。此外，提高了用于将穿过针孔的光引导至位移测量部的光路的结构的自由度。
[0017](3)所述光投射部可以包括：第二光纤，其包括一个端部和另一端部；激光光源；以及荧光体，其布置在所述第二光纤的所述一个端部，并且被配置为吸收所述激光光源发射的光，并且释放具有与所述激光光源发射的光的波长不同的波长的光，其中，所述第二光纤从所述一个端部接收所述荧光体释放的光，并且将所接收到的光从所述另一端部引导至所述第一光纤。
[0018]在这种情况下，可以利用激光光源和荧光体容易地生成具有多个波长的光。可以经由第二光纤和第一光纤高效地发射所生成的光。
[0019](4)可以提供多个所述第一光纤。多个所述第一光纤的端部可以分别是所述多个针孔。在这种情况下，不必将多个针孔与多个第一光纤分开布置。结果，可以使共焦位移计的结构紧凑。可以将穿过多个针孔的光分别经由多个第一光纤高效地引导至位移测量部。此外，提高了用于将穿过多个针孔的光引导至位移测量部的光路的结构的自由度。
[0020](5)所述位移测量部可以包括：合成部，其被配置为合成穿过所述多个针孔的多个光，由此生成一个合成光；分光部，其被配置为对所述合成部合成得到的合成光进行分光；受光部，其被配置为接收所述分光部进行分光后的光，并且输出表示与所述合成部合成得到的光有关的各波长的受光量的电气受光信号作为平均信号；以及计算部，其被配置为基于从所述受光部输出的平均信号来计算所述测量对象的位移。
[0021]在这种情况下，穿过多个针孔的多个光在被受光部接收之前由合成部合成，由此
生成一个组合光。因此，从受光部输出的表示各波长的受光量的电气受光信号是通过对与多个光有关的各波长的强度进行积分所获得的平均信号。利用该结构，不必进行用于生成平均信号的算术运算。结果，可以高速高效地计算测量对象的位移。
[0022](6)所述合成部可以包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、多个所述第一光纤、所述第二光纤、第三光纤和第四光纤，所述第二光纤连接至所述第一光纤耦合器，以将所述光投射部发射的光引导至所述第一光纤耦合器，所述第四光纤连接至所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器，使得在所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器之间传输光，多个所述第一光纤中的各第一光纤连接至所述第二光纤耦合器，以将由所述第二光纤和所述第四光纤引导至所述第二光纤耦合器的光引导至所述光学构件，并且将在聚焦于所述测量对象的表面的同时被反射的光引导至所述第二光纤耦合器，以及所述第三光纤连接至所述第一光纤耦合器，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共焦位移计，用于使用共焦光学系统来测量位于测量范围的测量对象的位移，所述共焦位移计包括：头部，其具有第一壳体、光学构件以及多个针孔，所述多个针孔设置于所述第一壳体内，并且与所述共焦光学系统对应，所述光学构件设置于所述第一壳体内，具有使产生沿着轴方向的色像差的透镜，并且使穿过所述多个针孔的各个光根据光的波长而聚焦于沿着测量范围的光轴的不同的位置；光纤单元，其具有多个光纤，所述多个光纤具有与所述头部的所述多个针孔对应的一端；以及处理部，其经由所述光纤单元来与所述头部机械地以及光学地耦合，其中，所述处理部具有：第二壳体；光投射部，其设置于所述第二壳体内，并且发射具有多个波长的光，所述光投射部以如下方式发射光：使发射的该光通过所述光纤单元被引导至位于所述头部的所述多个针孔，并从所述多个针孔照射至位于测量范围的测量对象；分光部，其设置于所述第二壳体内，经由所述多个针孔和所述光纤单元接收从测量对象反射的光的输入，并且对来自所述光纤单元的光按各波长进行分光；受光部，其设置于所述第二壳体内，接收所述分光部进行分光后的光的输入，并且将该光的输入以电气信号输出；计算部，其设置于所述第二壳体内，接收电气信号的输入，并且基于如下的平均信号的各波长的信号强度来计算测量对象的位移，其中所述平均信号对应于与穿过各光纤的光有关的各波长的强度的平均值。2.根据权利要求1所述的共焦位移计，其中，所述光投射部包括：激光光源；以及荧光体，其吸收所述激光光源发射的光，并且释放具有与所述激光光源发射的光的波长不同的波长的光，其中，所述荧光体释放的光被引导至所述多个光纤。3.根据权利要求1所述的共焦位移计，其中，所述处理部在所述第二壳体内具有光耦合器，所述光耦合器对穿过所述多个光纤的多个光进行耦合，所述分光部对所述光耦合器进行耦合后的光进行分光，所述受光部接收所述分光部进行分光后的光，并且输出表示与所述光耦合器进行耦合后的光有关的各波长的受...

【专利技术属性】
技术研发人员：久我翔马，
申请(专利权)人：株式会社基恩士，
类型：发明
国别省市：