[发明专利]共焦位移传感器

说明书

提供共焦位移传感器，其具有改善的对低反射率测量对象的测量精度。其包括：从第一出射端输出光的第一光纤，投光用的光输入到其第一入射端；从第二出射端出射经由第二入射端输入的光的第二光纤，第二入射端与第一出射端相对；在经由第二出射端出射的检测光上引起轴向色像差并使检测光向测量对象会聚的光学构件；分光器，用于在经由光学构件照射于测量对象的检测光中使通过在聚焦于测量对象时反射而穿过第二出射端的检测光光谱分散；计算测量对象的位移用的测量控制部；使第二入射端可拆地连接到第一出射端用的光纤连接部；第一出射端与第二入射端间的折射率匹配材料。第二入射端和第一出射端以小于第二出射端的第一倾角的第二倾角倾斜。

技术领域

本发明涉及共焦位移传感器(confocal displacement sensor)，更详细地，涉及对使用共焦光学系统测量测量对象的位移的共焦位移传感器的改善。

背景技术

共焦位移传感器是利用共焦原理(confocal principle)和轴向色像差现象(phenomenon of an axial chromatic aberration)对测量对象的位移进行测量的光学测量装置，其中，共焦原理是指将从形成光源的像的成像面上接收到的光以缩小光圈(stopdown)的方式形成为反射光，轴向色像差现象是在光源的像中发生光轴方向上的颜色漂移(color drift)的现象。

共焦位移传感器由作为点光源的使从投光用光源出射的光出射的销孔、在经由销孔出射的检测光中引起轴向色像差并朝向测量对象会聚该检测光的光学构件、以及使来自测量对象的反射光光谱分散(spectrally disperse)并产生受光信号的分光器构成。作为检测光，使用具有多个波长的光(例如，白光)。在经由光学构件照射在测量对象上的检测光中，销孔允许具有在聚焦于测量对象的同时被反射的波长的检测光穿过。

根据轴向色像差，各波长的成像面的位置不同。因此，通过使穿过销孔的检测光的波长特定来计算测量对象的位移。位移是在光轴方向上从预定的基准位置到测量对象的距离。通过计算位移能够测量表面上的凹凸的深度或高度、透明体的厚度等。

在一些共焦位移传感器中，包括共焦光学系统的头单元以及包括投光用光源和分光器的控制单元由独立的壳体构造。投光用光源的光经由光纤传送到头单元。在该类型的位移计中，光纤连接部通常设置于控制单元，其中，从头单元延伸的光纤安装到该光纤连接部并且从该光纤连接部拆卸。

在以上说明的传统共焦位移传感器中，当在头单元中的光纤或光纤连接部的端面上反射的光被作为返回光接收时，与信号成分相对的背景成分增加。因此，测量精度降低。特别地，当为了测量表面反射率低的测量对象增加投光用光源的光量时，由于返回光造成的背景成分也增加。当获取受光信号的曝光时间和增益增加时，受光量饱和。因此，难以适当地去除背景成分。

发明内容

鉴于该情况作出了本发明，本发明的目的是提供能够改善测量精度的共焦位移传感器。特别地，本发明的目的是提供能够改善针对反射率低的测量对象的测量精度的共焦位移传感器。