[發明專利]共焦位移傳感器

有效

• 申請號: 201810607417.2
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN109084684B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 武井英人;坂口富一
• 申請（專利權）人: 株式會社基恩士
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京格羅巴爾知識產權代理事務所(普通合伙) 11406
• 代理人: 孫德崇

提供共焦位移傳感器，其具有改善的對低反射率測量對象的測量精度。其包括：從第一出射端輸出光的第一光纖，投光用的光輸入到其第一入射端；從第二出射端出射經由第二入射端輸入的光的第二光纖，第二入射端與第一出射端相對；在經由第二出射端出射的檢測光上引起軸向色像差并使檢測光向測量對象會聚的光學構件；分光器，用于在經由光學構件照射于測量對象的檢測光中使通過在聚焦于測量對象時反射而穿過第二出射端的檢測光光譜分散；計算測量對象的位移用的測量控制部；使第二入射端可拆地連接到第一出射端用的光纖連接部；第一出射端與第二入射端間的折射率匹配材料。第二入射端和第一出射端以小于第二出射端的第一傾角的第二傾角傾斜。

技術領域

本發明涉及共焦位移傳感器(confocal displacement sensor)，更詳細地，涉及對使用共焦光學系統測量測量對象的位移的共焦位移傳感器的改善。

背景技術

共焦位移傳感器是利用共焦原理(confocal principle)和軸向色像差現象(phenomenon of an axial chromatic aberration)對測量對象的位移進行測量的光學測量裝置，其中，共焦原理是指將從形成光源的像的成像面上接收到的光以縮小光圈(stopdown)的方式形成為反射光，軸向色像差現象是在光源的像中發生光軸方向上的顏色漂移(color drift)的現象。

共焦位移傳感器由作為點光源的使從投光用光源出射的光出射的銷孔、在經由銷孔出射的檢測光中引起軸向色像差并朝向測量對象會聚該檢測光的光學構件、以及使來自測量對象的反射光光譜分散(spectrally disperse)并產生受光信號的分光器構成。作為檢測光，使用具有多個波長的光(例如，白光)。在經由光學構件照射在測量對象上的檢測光中，銷孔允許具有在聚焦于測量對象的同時被反射的波長的檢測光穿過。

根據軸向色像差，各波長的成像面的位置不同。因此，通過使穿過銷孔的檢測光的波長特定來計算測量對象的位移。位移是在光軸方向上從預定的基準位置到測量對象的距離。通過計算位移能夠測量表面上的凹凸的深度或高度、透明體的厚度等。

在一些共焦位移傳感器中，包括共焦光學系統的頭單元以及包括投光用光源和分光器的控制單元由獨立的殼體構造。投光用光源的光經由光纖傳送到頭單元。在該類型的位移計中，光纖連接部通常設置于控制單元，其中，從頭單元延伸的光纖安裝到該光纖連接部并且從該光纖連接部拆卸。

在以上說明的傳統共焦位移傳感器中，當在頭單元中的光纖或光纖連接部的端面上反射的光被作為返回光接收時，與信號成分相對的背景成分增加。因此，測量精度降低。特別地，當為了測量表面反射率低的測量對象增加投光用光源的光量時，由于返回光造成的背景成分也增加。當獲取受光信號的曝光時間和增益增加時，受光量飽和。因此，難以適當地去除背景成分。

發明內容

鑒于該情況作出了本發明，本發明的目的是提供能夠改善測量精度的共焦位移傳感器。特別地，本發明的目的是提供能夠改善針對反射率低的測量對象的測量精度的共焦位移傳感器。