JP2017116509A - Confocal displacement meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共焦点変位計に係り、さらに詳しくは、共焦点光学系による軸上色収差を利用して検出対象物までの距離を計測する共焦点変位計の改良に関する。 The present invention relates to a confocal displacement meter, and more particularly, to an improvement of a confocal displacement meter that measures a distance to a detection target using longitudinal chromatic aberration by a confocal optical system.
共焦点変位計は、投光用光源の像が結像する結像面からの反射光に受光する光を絞り込むという共焦点原理と、投光用光源の像に光軸方向の色ずれが生じるという軸上色収差の現象とを利用してワークまでの距離を計測する光学式の距離計測装置である(例えば、特許文献1〜3)。例えば、共焦点変位計は、投光用光源、共焦点光学系、分光器及びイメージセンサを備える。 The confocal displacement meter has a confocal principle in which the light received by the reflected light from the imaging surface on which the image of the light source for projection is focused, and a color shift in the optical axis direction occurs in the image of the light source for projection. This is an optical distance measuring device that measures the distance to the workpiece using the phenomenon of axial chromatic aberration (for example, Patent Documents 1 to 3). For example, the confocal displacement meter includes a light source for projection, a confocal optical system, a spectroscope, and an image sensor.
投光用光源は、複数の波長を有する光からなる検出光を生成する。共焦点光学系は、検出光をワークに向けて出射する対物レンズを有し、検出光による投光用光源の像に軸上色収差を生じさせる。分光器は、ワークによって反射された後、共焦点光学系を通過した反射光を分光する。イメージセンサは、分光された反射光を受光して受光信号を生成する複数の受光素子と、受光信号に基づいて、受光量に応じた電荷を蓄積する複数の容量素子とにより構成される。各受光素子は、直線状に配列される。 The light source for projection generates detection light composed of light having a plurality of wavelengths. The confocal optical system includes an objective lens that emits detection light toward the workpiece, and causes axial chromatic aberration in an image of the light source for projection by the detection light. The spectroscope splits the reflected light that has been reflected by the workpiece and then passed through the confocal optical system. The image sensor includes a plurality of light receiving elements that receive the reflected reflected light to generate a light reception signal, and a plurality of capacitance elements that accumulate charges according to the amount of light received based on the light reception signal. Each light receiving element is arranged in a straight line.
結像面の位置は、軸上色収差により波長ごとに異なる。このため、イメージセンサにより受光される反射光は、ワーク上に結像して反射された波長成分に絞り込まれる。ワークまでの距離は、受光信号に基づいて、距離に関する受光強度の分布からなる受光波形を取得し、ピーク位置を特定することによって計測される。この距離計測により、ワークの移動量やワークの高さ等を検知することができる。また、1つの受光波形を取得するだけで、透明体の厚さ等を検知することもできる。この様な共焦点変位計によれば、距離計測の際に、ワークの材質、色、傾きによる影響を受け難い。 The position of the image plane varies depending on the wavelength due to axial chromatic aberration. For this reason, the reflected light received by the image sensor is narrowed down to the wavelength component reflected and imaged on the workpiece. The distance to the workpiece is measured by acquiring a received light waveform including a distribution of received light intensity with respect to the distance based on the received light signal, and specifying the peak position. By this distance measurement, it is possible to detect the amount of movement of the workpiece, the height of the workpiece, and the like. Moreover, the thickness of a transparent body etc. can also be detected only by acquiring one light reception waveform. According to such a confocal displacement meter, it is difficult to be affected by the material, color, and tilt of the workpiece during distance measurement.
従来の共焦点変位計は、投光用光源の光量が少なく、測定可能なワークが制限されるという問題があった。例えば、表面の反射率が小さいワークや、表面が鏡面状のワークを斜め方向から検出する場合、投光量が少なければ、十分な受光強度が得られず、信号波形がノイズに埋もれてしまうことから、ピーク位置の特定が困難になる。 The conventional confocal displacement meter has a problem that the light quantity of the light source for projection is small and the work that can be measured is limited. For example, when a workpiece with a low surface reflectance or a workpiece with a mirror surface is detected from an oblique direction, if the amount of light emitted is small, sufficient light reception intensity cannot be obtained, and the signal waveform is buried in noise. It becomes difficult to specify the peak position.
上述した通り、従来の共焦点変位計は、投光用光源の光量が少なかった。そこで、投光用光源を高出力化することにより、様々なワークに対応させることが考えられる。しかしながら、投光用光源を高出力化すれば、投光用光源の温度上昇が分光器とイメージセンサとの位置関係にずれを生じさせるという問題がある。特に、分光器及びイメージセンサが共通の筐体内に配置される共焦点変位計では、投光用光源からの伝導熱による筐体の膨張により、分光器及びイメージセンサの相対的な位置関係にずれが生じ易く、距離の測定精度を低下させてしまう虞がある。 As described above, the conventional confocal displacement meter has a small amount of light from the light source for projection. In view of this, it is conceivable to increase the output of the light source for projection so as to cope with various works. However, if the output of the light source for projection is increased, there is a problem that the temperature rise of the light source for projection causes a shift in the positional relationship between the spectroscope and the image sensor. In particular, in a confocal displacement meter in which the spectroscope and the image sensor are arranged in a common housing, the relative positional relationship between the spectroscope and the image sensor is shifted due to expansion of the housing due to conduction heat from the light source for projection. May occur, and the measurement accuracy of the distance may be reduced.
この様な投光用光源の高出力化に起因する精度低下を抑制するには、例えば、投光用光源や分光器の周辺に温度センサを配置するとともに、周辺温度と位置ずれとの対応関係を示す温度補正テーブルを予め作成し、温度センサにより計測された周辺温度に応じて測定値を補正することが考えられる。しかし、筐体が設置される場所周辺の環境の影響により、分光器及びイメージセンサ間の実際の位置ずれが温度補正テーブルに規定された値とは大きく異なってしまうという問題があった。 In order to suppress the decrease in accuracy due to such high output of the light source for projection, for example, a temperature sensor is arranged around the light source for projection and the spectroscope, and the correspondence between the ambient temperature and the positional deviation It is conceivable that a temperature correction table indicating the above is created in advance and the measured value is corrected according to the ambient temperature measured by the temperature sensor. However, there is a problem that the actual positional deviation between the spectroscope and the image sensor greatly differs from the value specified in the temperature correction table due to the influence of the environment around the place where the housing is installed.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、様々な検出対象物に対応可能でありながら、測定精度の低下を抑制することができる共焦点変位計を提供することを目的とする。特に、周辺環境の影響を受け難く、投光用光源の温度上昇に起因する測定精度の低下を抑制することができる共焦点変位計を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a confocal displacement meter that can cope with various detection objects and can suppress a decrease in measurement accuracy. In particular, it is an object of the present invention to provide a confocal displacement meter that is hardly affected by the surrounding environment and can suppress a decrease in measurement accuracy caused by a temperature rise of a light source for light projection.
本発明の第1の態様による共焦点変位計は、複数の波長を有する光からなる検出光を生成する投光用光源と、上記検出光を検出対象物に向けて出射する対物レンズを有し、上記検出光に軸上色収差を生じさせる共焦点光学系と、上記検出対象物によって反射された後、上記共焦点光学系を通過した反射光を分光する分光器と、2以上の受光素子を有し、分光された上記反射光を受光して受光信号を生成するイメージセンサと、上記受光信号に基づいて、距離に関する受光強度の分布からなる受光波形を取得する受光波形取得手段と、上記受光波形に基づいて、特徴部分のピーク位置を特定する特徴部分位置取得手段と、予め取得された受光波形から得られた特徴部分のピーク位置を基準位置として保持する基準位置記憶手段と、特定された上記ピーク位置を上記基準位置と比較し、補正量を求める補正量算出手段と、上記受光波形及び上記補正量に基づいて、上記検出対象物までの距離を求める距離算出手段とを備える。 A confocal displacement meter according to a first aspect of the present invention has a light source for projection that generates detection light composed of light having a plurality of wavelengths, and an objective lens that emits the detection light toward a detection target. A confocal optical system that causes axial chromatic aberration in the detection light, a spectroscope that separates the reflected light that has been reflected by the detection object and then passed through the confocal optical system, and two or more light receiving elements An image sensor that receives the reflected reflected light and generates a light reception signal, a light reception waveform acquisition unit that acquires a light reception waveform including a distribution of light reception intensity with respect to a distance based on the light reception signal, and the light reception Based on the waveform, the characteristic portion position acquisition means for specifying the peak position of the characteristic portion, the reference position storage means for holding the peak position of the characteristic portion obtained from the light reception waveform acquired in advance as the reference position, and the specified Up The peak position is compared with the reference position, comprising a correction amount calculating means for calculating a correction amount, based on the receiver frequency and the correction amount, and a distance calculation means for calculating a distance to the detection object.
この様な構成によれば、特徴部分のピーク位置を予め取得された受光波形から得られた基準位置と比較して補正量を定めるため、周辺環境の影響を受け難く、投光用光源の温度上昇に起因する測定精度の低下を抑制することができる。 According to such a configuration, since the correction amount is determined by comparing the peak position of the characteristic portion with the reference position obtained from the received light waveform obtained in advance, the temperature of the light source for light projection is hardly affected by the surrounding environment. A decrease in measurement accuracy due to an increase can be suppressed.
本発明の第2の態様による共焦点変位計は、上記構成に加え、上記投光用光源が、励起光を生成する励起光生成手段と、上記励起光によって励起され、上記励起光とは異なる波長の蛍光を放射する蛍光体とを有し、上記検出光が上記蛍光体を透過した上記励起光と上記蛍光体から放射された上記蛍光との混合光であり、上記特徴部分位置取得手段が、上記励起光に対応する波形領域を特徴部分としてピーク位置を特定し、上記距離算出手段が、上記蛍光に対応する波形領域のピーク位置に基づいて、上記検出対象物までの距離を求めるように構成される。この様な構成によれば、励起光に対応する波形領域は、距離計測に用いる蛍光の波形領域から離間して形成されるため、ピーク位置の特定が容易である。 In the confocal displacement meter according to the second aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the light source for projection is excited by the excitation light generating means for generating excitation light and the excitation light, and is different from the excitation light. A phosphor that emits fluorescence of a wavelength, and the detection light is a mixed light of the excitation light transmitted through the phosphor and the fluorescence emitted from the phosphor; The peak position is specified using the waveform region corresponding to the excitation light as a characteristic part, and the distance calculation means obtains the distance to the detection object based on the peak position of the waveform region corresponding to the fluorescence. Composed. According to such a configuration, since the waveform region corresponding to the excitation light is formed apart from the fluorescence waveform region used for distance measurement, it is easy to specify the peak position.
本発明の第3の態様による共焦点変位計は、上記構成に加え、上記励起光生成手段が、レーザ光を上記励起光として生成するレーザ光源であるように構成される。この様な構成によれば、レーザ光は、単色光であり、鋭い受光波形を形成するため、励起光に対応する波形領域のピーク位置の特定が容易である。 The confocal displacement meter according to the third aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above configuration, the excitation light generation means is a laser light source that generates laser light as the excitation light. According to such a configuration, since the laser light is monochromatic light and forms a sharp light receiving waveform, it is easy to specify the peak position of the waveform region corresponding to the excitation light.
本発明の第4の態様による共焦点変位計は、上記構成に加え、上記分光器が、回折格子を用いており、上記イメージセンサが、上記回折格子による0次の回折光及び1次の回折光を同時に受光して上記受光信号を生成し、上記特徴部分位置取得手段が、上記0次の回折光に対応する波形領域を特徴部分としてピーク位置を特定し、上記距離算出手段が、上記1次の回折光に対応する波形領域のピーク位置に基づいて、上記検出対象物までの距離を求めるように構成される。 In the confocal displacement meter according to the fourth aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the spectroscope uses a diffraction grating, and the image sensor uses zero-order diffraction light and first-order diffraction by the diffraction grating. The light receiving signal is simultaneously received to generate the light reception signal, the characteristic part position acquisition unit specifies a peak position with the waveform region corresponding to the 0th-order diffracted light as a characteristic part, and the distance calculation unit includes the 1 Based on the peak position of the waveform region corresponding to the next diffracted light, the distance to the detection target is obtained.
この様な構成によれば、0次の回折光に対応する波形領域は、距離計測に用いる1次の回折光の波形領域から離間して形成されるため、ピーク位置の特定が容易である。また、0次の回折光は他の次数の回折光に比べて光量が多いため、ノイズに影響されることなく、ピーク位置を特定することができる。 According to such a configuration, since the waveform region corresponding to the 0th-order diffracted light is formed apart from the waveform region of the 1st-order diffracted light used for distance measurement, it is easy to specify the peak position. Further, since the 0th-order diffracted light has a larger amount of light than other orders of diffracted light, the peak position can be specified without being affected by noise.
本発明の第5の態様による共焦点変位計は、上記構成に加え、上記分光器が、回折格子を用いており、上記イメージセンサが、上記回折格子による1次の回折光及び2次以上の回折光を同時に受光して上記受光信号を生成し、上記特徴部分位置取得手段が、上記1次の回折光及び上記2次以上の回折光に対応する波形領域を特徴部分としてピーク位置を特定し、上記距離算出手段が、上記1次の回折光に対応する波形領域のピーク位置に基づいて、上記検出対象物までの距離を求めるように構成される。 In the confocal displacement meter according to the fifth aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the spectroscope uses a diffraction grating, and the image sensor includes first-order diffracted light and second-order or higher-order light by the diffraction grating. The diffracted light is simultaneously received to generate the received light signal, and the feature portion position acquisition unit specifies a peak position using the waveform regions corresponding to the first-order diffracted light and the second-order or higher-order diffracted light as feature portions. The distance calculating means is configured to determine the distance to the detection object based on the peak position of the waveform region corresponding to the first-order diffracted light.
本発明の第6の態様による共焦点変位計は、上記構成に加え、上記受光波形が、それぞれが上記イメージセンサ上のピクセル位置に関連づけられた2以上の受光強度データからなり、上記補正量算出手段が、上記1次の回折光のうちの上記励起光に対応する波形領域のピーク位置及び上記0次の回折光に対応する波形領域のピーク位置もしくは2次以上の回折光に対応する波形領域のピーク位置をそれぞれ対応する基準位置と比較することにより、上記イメージセンサ上のピクセル位置を上記検出対象物までの距離に変換する際に用いる1次関数のオフセット又はスパンの補正量を求めるように構成される。 A confocal displacement meter according to a sixth aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the received light waveform includes two or more received light intensity data each associated with a pixel position on the image sensor, and calculates the correction amount. Of the first-order diffracted light, the means is a peak position of the waveform region corresponding to the excitation light and a peak position of the waveform region corresponding to the zero-order diffracted light or a waveform region corresponding to second-order or higher-order diffracted light. By comparing each peak position with a corresponding reference position, an offset or span correction amount of a linear function used when converting the pixel position on the image sensor into the distance to the detection target is obtained. Composed.
分光器及びイメージセンサが相対的に光軸方向にずれれば、イメージセンサ上のピクセル位置を上記検出対象物までの距離に変換する際に用いる1次関数のスパンやオフセットが変化する。また、分光器及びイメージセンサが相対的に光軸と交差する方向にずれれば、1次関数のオフセットが変化する。この様な位置関係のずれに起因する測定精度の低下を抑制することができる。 When the spectroscope and the image sensor are relatively displaced in the optical axis direction, the span and offset of the linear function used when converting the pixel position on the image sensor into the distance to the detection target changes. Further, if the spectroscope and the image sensor are relatively displaced in a direction crossing the optical axis, the offset of the linear function changes. It is possible to suppress a decrease in measurement accuracy due to such a positional relationship shift.
本発明の第7の態様による共焦点変位計は、上記構成に加え、上記反射光の一部を受光してモニタ信号を生成するモニタ用受光素子と、上記モニタ信号に基づいて、上記イメージセンサの受光量を制御する受光量制御手段とを備えて構成される。この様な構成によれば、投光用光源を高出力化した場合であっても、受光量の自動調整によってイメージセンサにおける受光量の飽和を抑制することができる。 A confocal displacement meter according to a seventh aspect of the present invention includes, in addition to the above configuration, a monitor light receiving element that receives a part of the reflected light and generates a monitor signal, and the image sensor based on the monitor signal. And a received light amount control means for controlling the received light amount. According to such a configuration, even when the light source for projecting light has a high output, saturation of the received light amount in the image sensor can be suppressed by automatically adjusting the received light amount.
本発明の第8の態様による共焦点変位計は、上記構成に加え、上記共焦点光学系が配置されるヘッド筐体と、上記投光用光源、上記分光器及び上記イメージセンサを収容するコントローラ筐体と、上記ヘッド筐体及び上記コントローラ筐体間で上記検出光及び上記反射光を伝送する光ファイバケーブルとを備えて構成される。この様な構成によれば、投光用光源からの伝導熱によるコントローラ筐体の膨張により、分光器及びイメージセンサの相対的な位置関係にずれが生じた場合であっても、測定精度の低下を抑制することができる。 A confocal displacement meter according to an eighth aspect of the present invention includes a head housing in which the confocal optical system is arranged, a light source for projection, the spectroscope, and the image sensor in addition to the above configuration. A housing and an optical fiber cable that transmits the detection light and the reflected light between the head housing and the controller housing are configured. According to such a configuration, even if the relative positional relationship between the spectroscope and the image sensor is shifted due to the expansion of the controller housing due to the conduction heat from the light source for light projection, the measurement accuracy decreases. Can be suppressed.
本発明の第9の態様による共焦点変位計は、上記構成に加え、上記特徴部分位置取得手段が、受光強度が最大のピクセル位置又は受光波形の重心位置を上記ピーク位置として特定するように構成される。 A confocal displacement meter according to a ninth aspect of the present invention is configured such that, in addition to the above configuration, the characteristic portion position acquisition unit specifies the pixel position having the maximum received light intensity or the barycentric position of the received light waveform as the peak position. Is done.
本発明によれば、様々な検出対象物に対応可能でありながら、測定精度の低下を抑制することが可能な共焦点変位計を提供することができる。特に、特徴部分のピーク位置を予め取得された基準位置と比較して補正量を定めるため、周辺環境の影響を受け難く、投光用光源の温度上昇に起因する測定精度の低下を抑制することが可能な共焦点変位計を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the confocal displacement meter which can respond to various detection target objects and can suppress the fall of a measurement precision can be provided. In particular, since the correction amount is determined by comparing the peak position of the characteristic part with the reference position acquired in advance, it is difficult to be affected by the surrounding environment and suppresses the decrease in measurement accuracy caused by the temperature rise of the light source for projection Can provide a confocal displacement meter.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本明細書では、便宜上、検出光DLの光軸の方向を上下方向として説明するが、本発明による共焦点変位計1やヘッドユニット10の使用時における姿勢を限定するものではない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, for the sake of convenience, the direction of the optical axis of the detection light DL is described as the vertical direction, but the posture of the confocal displacement meter 1 and the
<共焦点変位計1>
図1は、本発明の実施の形態による共焦点変位計1の一構成例を示したシステム図である。この共焦点変位計1は、光ファイバケーブル2、ヘッドユニット10及びコントローラ20により構成され、ヘッドユニット10から検出光DLを出射した際のワークWからの反射光を受光してワークWまでの距離を計測する光学式の距離計測装置である。
<Confocal displacement meter 1>
FIG. 1 is a system diagram showing a configuration example of a confocal displacement meter 1 according to an embodiment of the present invention. The confocal displacement meter 1 includes an
ワークWは、検出対象物である。このワークWは、反射率の高い高反射率領域HAと反射率の低い低反射率領域LAとが交互に繰り返し形成されたシート状部材であり、搬送装置により、左方向を搬送方向CDとして移動する。例えば、ワークWには、ガラス板を基材として、ガラス板の表面にクロムなどの金属膜がスリット状に形成されている。 The workpiece W is a detection target. The workpiece W is a sheet-like member in which a high reflectance area HA having a high reflectance and a low reflectance area LA having a low reflectance are alternately and repeatedly formed. To do. For example, the workpiece W has a glass plate as a base material, and a metal film such as chromium is formed in a slit shape on the surface of the glass plate.
ヘッドユニット10及びコントローラ20は、検出光DLを伝送する光ファイバケーブル2を介して接続されている。コントローラ20には、PC(パーソナルコンピュータ)3が接続されている。PC3は、コントローラ20に対して測定条件等の設定を行い、コントローラ20から計測結果等を取得して画面表示する。
The
ヘッドユニット10は、白色光からなる検出光DLをワークWに向けて出射し、ワークWからの反射光が入射する投受光部ユニットである。光ファイバケーブル2は、検出光DLを伝送する伝送媒体であり、長尺方向に延びる細線状のコアと、コアを取り囲むクラッドとにより構成される。コントローラ20は、投受光を制御し、ワークWからの反射光に基づいて、ワークWまでの距離を算出する制御ユニットである。
The
光ファイバケーブル2を介して検出光DL及び反射光をコントローラ20及びヘッドユニット10間で伝送させるため、ヘッドユニット10を小型化することができる。また、ヘッドユニット10は、コントローラ20から離れた場所であっても、容易に設置することができる。
Since the detection light DL and the reflected light are transmitted between the
<ヘッドユニット10>
図2は、図1のヘッドユニット10の構成例を模式的に示した断面図であり、検出光DLの光軸を含む鉛直面によりヘッドユニット10を切断した場合の切断面が示されている。このヘッドユニット10は、ファイバ端2a、コリメートレンズ13及び対物レンズ14により構成される共焦点光学系11と、共焦点光学系11が配置されるヘッド筐体12とを備える。ヘッド筐体12は、有蓋円筒形状の鏡筒である。
<
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the
ファイバ端2aは、光ファイバケーブル2のヘッドユニット側の端部であり、共焦点光学系11のピンホールとして機能する。具体的には、光ファイバケーブル2のクラッドが光ファイバケーブル2への戻り光を遮光する遮光部材として作用し、コアの端面がピンホールの開口として作用する。戻り光を遮光することにより、共焦点効果が得られる。なお、微小な開口(貫通孔)をピンホールとして有する遮光板をファイバ端2aとコリメートレンズ13との間に配置するような構成であっても良い。
The
このファイバ端2aは、ヘッド筐体12の天蓋部から下方に突出させて配置されている。コリメートレンズ13は、ファイバ端2aから出射された検出光DLを平行光に集光する集光レンズである。このコリメートレンズ13は、ファイバ端2aの端面に対向するとともに、ファイバ端2aと光軸が一致するように配置されている。
The
対物レンズ14は、検出光DLをワークWに向けて出射する集光レンズである。この対物レンズ14は、コリメートレンズ13に対向するとともに、コリメートレンズ13と光軸が一致するように配置されている。コリメートレンズ13及び対物レンズ14は、検出光DLに軸上色収差を生じさせる。軸上色収差は、分散による光軸方向の像の色ずれである。
The
ヘッドユニット10内の光学系は、図2に示した構成に限られず、図10に示すような構成であっても良い。また、コリメートレンズ13に代えて回折レンズを用いる構成、或いは、回折レンズを対物レンズ14として用いる構成であっても良い。つまり、ヘッドユニット10内の光学系は、ファイバ端2aから出射された多波長成分を有する白色光に対し、ヘッドユニット10内において軸上色収差が与えられ、ヘッドユニット10からワークWに向けて軸上色収差を有する光が放出されるようなものであれば良い。
The optical system in the
共焦点光学系11は、共焦点原理を利用して受光する光を絞り込むとともに、検出光DLに軸上色収差を生じさせる。ファイバ端2aから出射し、コリメートレンズ13及び対物レンズ14を透過した検出光DLは、波長に応じて上下方向の異なる位置に結像する。検出光DLに含まれる波長成分のうち、ワークW上に結像した特定の波長成分は、ワークWにより反射され、その反射光が対物レンズ14及びコリメートレンズ13を透過してファイバ端2aの端面上に結像する。一方、特定の波長成分以外の波長成分に対応する反射光は、ファイバ端2aの端面上に結像せず、ファイバ端2aによって遮断される。
The confocal
例えば、ファイバ端2aのコアの直径は、200μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。また、対物レンズ14からワークWまでの距離は、20mm〜70mm程度であり、測定レンジMRは、±1mm〜±20mm程度である。
For example, the diameter of the core of the
<コントローラ20>
図3は、図1のコントローラ20の構成例を示したブロック図である。このコントローラ20は、コントローラ筐体20a、投光用光源ユニット21、スプリッタ22、凹面鏡23、分光器24、結像レンズ25、イメージセンサ26、測定制御部27、表示部28、モニタ用受光素子29及びビームスプリッタ30により構成される。
<
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the
ファイバ端2b、凹面鏡23、分光器24、結像レンズ25及びイメージセンサ26は、反射型の分光光学系を構成する。光ファイバケーブル2は、ヘッド筐体12及びコントローラ筐体20a間で検出光DLと、ワークWによって反射された後、共焦点光学系11を通過した反射光とを伝送する。
The
コントローラ筐体20aは、投光用光源ユニット21、凹面鏡23、分光器24、結像レンズ25、イメージセンサ26、測定制御部27、モニタ用受光素子29及びビームスプリッタ30を収容する。ファイバ端2b、投光用光源ユニット21、スプリッタ22、凹面鏡23、分光器24、結像レンズ25、イメージセンサ26、モニタ用受光素子29及びビームスプリッタ30は、コントローラ筐体20aに対し、直接又は間接的に固定されている。
The
投光用光源ユニット21は、2以上の波長成分を含む白色光からなる検出光DLを生成する。スプリッタ22は、投光用光源ユニット21から光ファイバケーブル2を介して入射される検出光DLをヘッドユニット10に向けて伝達する一方、ヘッドユニット10から光ファイバケーブル2を介して入射される反射光を分光光学系に向けて伝達する光学部材である。例えば、スプリッタ22は、光信号を分岐又は分波するファイバカプラである。
The light projecting
ファイバ端2bは、光ファイバケーブル2の分光光学系側の端部である。凹面鏡23は、ファイバ端2bから出射された光を分光器24に向けて反射するミラーであり、反射面が凹面により形成される。この凹面鏡23は、ファイバ端2bから出射された光を略平行光に集光する。
The
分光器24は、ワークWによって反射された後、共焦点光学系11を通過した反射光を分光する光学部材である。この分光器24は、反射角度に応じて異なる波長成分に入射光を分光する反射型の分光器であり、平板状の回折格子からなる。回折格子は、光の回折現象を利用して入射光を分光する光学部材であり、ワークWからの反射光の入射面又は出射面に微細な格子パターンが形成されている。結像レンズ25は、分光された反射光をイメージセンサ26上に結像させる集光レンズである。
The
イメージセンサ26は、分光器24により分光され、結像レンズ25を透過した光を受光する撮像素子であり、受光強度に応じた受光信号を生成する2以上の受光素子と、受光信号に基づいて、受光量に応じた電荷を蓄積する2以上の容量素子とを有する。例えば、イメージセンサ26は、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)リニアイメージセンサであり、各受光素子が直線状に配列される。なお、イメージセンサ26には、CCD(電荷結合素子)イメージセンサを用いても良い。
The
測定制御部27は、イメージセンサ26から蓄積電荷を読み出して受光波形を取得し、ワークWまでの距離を算出して表示部28に測定結果として表示する。また、測定制御部27は、波形データをPC3へ出力する。表示部28は、コントローラ20の筐体20aに設けられた7セグメント表示器からなり、距離の計測値や判定用閾値などを表示する。
The
モニタ用受光素子29は、ワークWによって反射された後、共焦点光学系11を通過した反射光の一部を受光してモニタ信号を生成し、測定制御部27へ出力する。例えば、モニタ用受光素子29は、受光強度に応じたモニタ信号を生成する1又は2以上のPD(フォトダイオード)により構成される。測定制御部27は、モニタ用受光素子29からのモニタ信号に基づいて、イメージセンサ26の受光量を制御する。
The monitor
回折格子は、入射光を0次の回折光、±1次の回折光、±2次の回折光、・・・に分割する。0次の回折光は、回折の次数が0の回折光であり、波長に応じた出射方向のずれを生じることなく、干渉によって強め合う光からなる。0次の回折光は、白色光であり、入射光に含まれる全ての波長成分からなるため、単位面積当たりの光量が他の次数の回折光に比べて多い。回折の次数をm=±1,±2,・・・として、m次の回折光は、干渉によって強め合う光の出射方向が波長に応じて異なる。 The diffraction grating divides incident light into zero-order diffracted light, ± first-order diffracted light, ± second-order diffracted light,. The 0th-order diffracted light is diffracted light having a diffraction order of 0, and is composed of light that reinforces by interference without causing a shift in the emission direction according to the wavelength. The 0th-order diffracted light is white light and is composed of all the wavelength components included in the incident light, so that the amount of light per unit area is larger than other orders of diffracted light. Assuming that the order of diffraction is m = ± 1, ± 2,..., The m-th order diffracted light has different emission directions depending on the wavelength.
このコントローラ20では、イメージセンサ26が回折格子(分光器24)による0次の回折光及び1次の回折光を同時に受光して受光信号を生成する。つまり、イメージセンサ26は、回折格子(分光器24)による0次の回折光及び1次の回折光を受光可能な位置に配置される。分光器24からの0次の回折光及び1次の回折光は、イメージセンサ26において共通の配線基板上に設けられた受光素子によって受光される。結像レンズ25は、回折格子(分光器24)による0次の回折光及び1次の回折光をイメージセンサ26に結像可能なサイズからなる。なお、イメージセンサ26は、回折格子からの1次回折光及び2次回折光を同時に受光するような構成であっても良い。
In the
モニタ用受光素子29は、凹面鏡23と分光器24との間に配置されたビームスプリッタ30により反射された光を受光してモニタ信号を生成する。ビームスプリッタ30は、凹面鏡23により反射された後、分光器24に入射する光の一部をモニタ用受光素子29に向けて反射する一方、当該光の他の一部を透過させる平板状の光学部材である。この様な構成によれば、分光前の光を受光することにより、モニタ用受光素子29を大型化することなく、イメージセンサ26の受光量をモニタリングすることができる。
The monitor
コントローラ20の分光光学系に反射型の光学素子、すなわち、凹面鏡23及び分光器24を用いることにより、透過型の光学素子を用いる場合に比べ、コントローラ20を小型化することができる。
By using a reflective optical element, that is, the
<投光用光源ユニット21>
図4は、図3の投光用光源ユニット21の構成例を示した図であり、図中の(a)には、投光用光源ユニット21の側面が示され、(b)には、投光用光源ユニット21をA−A線により切断した場合の切断面が示されている。この投光用光源ユニット21は、発光素子211、配線基板212、素子ホルダ213、集光レンズ214、レンズホルダ215、フェルール216、フェルール押え217、蛍光体220、枠体221及び反射型フィルタ222により構成される。
<
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the
発光素子211は、単一波長のレーザ光を生成する蛍光体励起用のレーザ光源である。この発光素子211は、発光部を水平方向の前方に向けた状態で配線基板212に配設されている。例えば、発光素子211は、波長が450nm以下の青色光又は紫外光を生成する。素子ホルダ213は、配線基板212を保持する部材であり、レンズホルダ215に背面側から挿入されている。
The
集光レンズ214は、発光素子211から出射されたレーザ光を光ファイバケーブル2の投光用光源ユニット側のファイバ端に集光させる光学部材であり、発光素子211に対向させて配置されている。レンズホルダ215は、集光レンズ214を保持する鏡筒であり、集光レンズ214の前方において縮径している。フェルール216は、光ファイバケーブル2の投光用光源ユニット側のファイバ端が組み込まれ、前後方向に延びる円筒状の接続部材である。フェルール押え217は、レンズホルダ215の縮径部に前面側から挿入されたフェルール216を固定するための有底円筒形状の部材であり、円筒部を上記縮径部の外周面に被せた状態でレンズホルダ215に取り付けられている。
The condensing
蛍光体220は、発光素子211からのレーザ光によって励起され、レーザ光とは異なる波長の蛍光を放射する発光体である。この蛍光体220は、その外周面が枠体221によって保持され、光ファイバケーブル2のファイバ端の端面に接触させた状態でレンズホルダ215内に配置されている。例えば、蛍光体220は、青色のレーザ光の照射によって黄色の蛍光を放射する。なお、蛍光体220は、2以上の種類の蛍光材料から形成されるものであっても良い。例えば、蛍光体220は、青色のレーザ光の照射により、緑色の蛍光を放射する蛍光材料と、赤色の蛍光を放射する蛍光材料とにより形成される。
The
反射型フィルタ222は、発光素子211からのレーザ光を透過し、蛍光体220からの光を反射する光学部材であり、枠体221の発光素子側の面を覆うように配置されている。光ファイバケーブル2のファイバ端には、蛍光体220を通過したレーザ光と、蛍光体220から放射された蛍光とが混合した複数の波長を有する混合光が検出光DLとして入射される。
The
投光用光源ユニット21は、光ファイバケーブル2のファイバ端に、発光素子211からのレーザ光と蛍光体220からの蛍光とが混合した光を直接に入射させる構成である。この様なファイバ型光源を用いることにより、ヘッドユニット10及びコントローラ20間の光ファイバケーブル2との接続を簡素化することができる。
The light projecting
<イメージセンサ26>
図5は、図3のイメージセンサ26の構成例を示した図であり、CMOSリニアイメージセンサが示されている。このイメージセンサ26は、多数のピクセルユニットPU0,PU1,・・・と、これらのピクセルユニットPU0,PU1,・・・に共通の直流電源Vcc及び出力バッファBF2とにより構成される。CMOSリニアイメージセンサは、受光素子を含む2以上の画素が1列に配列された1次元のイメージセンサである。
<
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the
ピクセルユニットPU0,PU1,・・・は、それぞれ画素を構成する画素構成部である。ピクセルユニットPU0は、フォトダイオードPD0、コンデンサC0、トランジスタTR10〜TR30及びバッファBF10により構成される。 Each of the pixel units PU 0 , PU 1 ,... Is a pixel configuration unit that constitutes a pixel. The pixel unit PU 0 includes a photodiode PD 0 , a capacitor C 0 , transistors TR 10 to TR 30, and a buffer BF 10 .
フォトダイオードPD0は、受光強度に応じた受光信号を生成する受光素子である。コンデンサC0は、フォトダイオードPD0からの受光信号に基づいて、受光量に応じた電荷を蓄積する容量素子である。トランジスタTR10は、リセット信号によりスイッチングし、オン状態において、PD0に直流電源Vccによる逆バイアスを付加するための制御素子である。 Photodiode PD 0 is a light receiving element for generating a light receiving signal corresponding to the received light intensity. The capacitor C 0 is a capacitive element that accumulates electric charges according to the amount of light received based on the light reception signal from the photodiode PD 0 . Transistor TR 10 is switched by the reset signal, in the on state, a control device for adding a reverse bias due to the DC power source Vcc to the PD 0.
トランジスタTR20は、GS(グローバルシャッタ)信号によりスイッチングし、オン状態において、PD0からの受光信号によってコンデンサC0に電荷を蓄積させる制御素子である。リセット信号及びGS信号は、イメージセンサ26の露光時間を調整するための露光制御信号であり、測定制御部27により生成される。
The transistor TR 20 is a control element that is switched by a GS (global shutter) signal and accumulates electric charge in the capacitor C 0 by a light receiving signal from the PD 0 in the on state. The reset signal and the GS signal are exposure control signals for adjusting the exposure time of the
トランジスタTR30は、アドレス0の読出信号によりスイッチングし、オン状態において、コンデンサC0の蓄積電荷に対応する信号を出力するための制御素子である。読出信号は、イメージセンサ26から蓄積電荷を読み出すための制御信号であり、測定制御部27により生成される。コンデンサC0の蓄積電荷を示す信号は、バッファBF10及びTR30を介して出力バッファBF2に入力される。
The transistor TR 30 is a control element for switching in response to the read signal at
ピクセルユニットPU1は、フォトダイオードPD1、コンデンサC1、トランジスタTR11〜TR31及びバッファBF11により構成され、これらのデバイスは、ピクセルユニットPU0の各デバイスと同様に機能する。他のピクセルユニットPU2,PU3,・・・についても、PU0及びPU1と同様に構成される。 The pixel unit PU 1 includes a photodiode PD 1 , a capacitor C 1 , transistors TR 11 to TR 31, and a buffer BF 11 , and these devices function in the same manner as each device of the pixel unit PU 0 . The other pixel units PU 2 , PU 3 ,... Are configured in the same manner as PU 0 and PU 1 .
このイメージセンサ26の距離計測時の動作は、以下の通りである。まず、初期化ステップでは、全てのアドレス0,1,・・・について、読出信号がHレベルに切り替えられ、TR30,TR31,・・・は、いずれもオフ状態になる。また、リセット信号及びGS信号が、いずれもLレベルに切り替えられ、TR10,TR11,・・・は、同時にオフ状態になり、TR20,TR21,・・・は、同時にオン状態になる。このとき、コンデンサC0,C1,・・・には、Vccの電源電圧に応じた電荷が蓄積される。
The operation of the
次に、露光ステップでは、リセット信号がHレベルに切り替えられ、TR10,TR11,・・・が同時にオン状態に移行すれば、露光を開始し、PD0,PD1,・・・は、受光強度に応じた受光信号を生成し、コンデンサC0,C1,・・・は、受光量に応じた電荷蓄積を開始する。次に、GS信号がHレベルに切り替えられ、TR20,TR21,・・・が同時にオフ状態に移行すれば、露光を終了し、コンデンサC0,C1,・・・に対する電荷蓄積が停止する。 Next, in the exposure step, when the reset signal is switched to the H level and TR 10 , TR 11 ,... Are simultaneously turned on, exposure is started, and PD 0 , PD 1 ,. A light reception signal corresponding to the light reception intensity is generated, and the capacitors C 0 , C 1 ,... Start charge accumulation corresponding to the light reception amount. Next, when the GS signal is switched to the H level and TR 20 , TR 21 ,... Are simultaneously turned off, the exposure is terminated and charge accumulation for the capacitors C 0 , C 1 ,. To do.
次に、読出ステップでは、アドレス0,1,・・・について、読出信号を順次にLレベルに切り替えることにより、コンデンサC0,C1,・・・から蓄積電荷が時系列に読み出される。コンデンサC0,C1,・・・の蓄積電荷は、電圧信号Voutとして測定制御部27へ出力される。距離計測時には、この様な初期化ステップ、露光ステップ及び読出ステップが露光周期ごとに繰り返される。
Next, in the readout step, the stored charge is read out from the capacitors C 0 , C 1 ,... In time series by sequentially switching the readout signal to the L level for the
図6は、図3の測定制御部27の動作の一例を示した図であり、受光波形4及び5が示されている。この図には、横軸をピクセル位置xとし、縦軸を受光強度として、受光波形4及び5が描画されている。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the operation of the
受光波形4は、イメージセンサ26上のピクセル位置と受光強度との関係を表す特性曲線であり、イメージセンサ26から読み出した蓄積電荷に基づいて作成される。受光波形4には、短波長側と長波長側とに鋭いピークが形成され、これらのピーク間には、受光強度が緩やかに変化する1つのピークが形成されている。
The received light waveform 4 is a characteristic curve representing the relationship between the pixel position on the
短波長側のピーク波形は、蛍光体励起用のレーザ光に対応する波形領域WA1に形成される受光波形である。短波長側のピーク位置x1は、レーザ光の波長に対応する。一方、長波長側のピーク波形と緩やかに変化するピーク波形とは、蛍光に対応する波形領域WA2に形成される受光波形である。波形領域WA1及びWA2は、分光器24による1次の回折光に対応する波形領域である。
Peak waveform of the short wavelength side, which is a light receiving waveform corrugated region WA 1 corresponding to the laser light for the phosphor excitation. Peak position x 1 of the short wavelength side, corresponding to the wavelength of the laser beam. On the other hand, the peak waveform that changes gradually and peak waveform of the long-wavelength side, which is a light receiving waveform corrugated region WA 2 corresponding to the fluorescence. The waveform areas WA 1 and WA 2 are waveform areas corresponding to the first-order diffracted light by the
長波長側のピーク波形は、ワークWからの反射光に対応する信号波形であり、そのピーク位置x2は、ワークWからの反射光の波長に対応する。ピーク位置x2を特定することにより、ワークWまでの距離が求められる。これに対し、短波長側のピーク波形と緩やかに変化するピーク波形とは、ワークW以外の部材からの反射光に対応する受光波形である。 Peak waveform of the long-wavelength side is a signal waveform corresponding to the reflected light from the work W, the peak position x 2 corresponds to the wavelength of the reflected light from the work W. By identifying the peak position x 2, the distance to the workpiece W is obtained. On the other hand, the peak waveform on the short wavelength side and the slowly changing peak waveform are light reception waveforms corresponding to reflected light from members other than the workpiece W.
受光波形5は、分光器24による0次の回折光に対応する波形領域WA3に形成される受光波形もしくは2次以上の高次の回折光のレーザ光の波長に対応する受光波形である。この受光波形5には、1つの鋭いピークが形成されている。ピーク位置x1と受光波形5のピーク位置x3とは、コントローラ20に固有のパラメータである。
Receiving waveform 5 is a receiver frequency corresponding to the wavelength of the laser light receiving waveform or second- or higher-order diffracted light are formed in the waveform area WA 3 corresponding to the zero-order diffracted light by the
投光用光源にレーザ光源を用い、レーザ光によって励起された蛍光体220が発する蛍光と蛍光体220を透過したレーザ光との混合光を検出光DLとして使用することにより、検出光DLの光量を極めて大きくすることができる。このため、表面の反射率が低い低反射率領域LAを計測する場合であっても、十分な受光強度が得られるため、信号波形がノイズに埋もれることはなく、ピーク位置x2を正確に特定することができる。
By using a laser light source as a light source for projection and using mixed light of fluorescence emitted from the
本実施の形態による共焦点変位計1では、受光波形4及び5の特徴部分について、ピーク位置を基準位置と比較することにより、温度環境の変化に起因する分光器24及びイメージセンサ26間の相対的な位置ずれを検知し、波形データや測定値を補正する温度補正処理が行われる。
In the confocal displacement meter 1 according to the present embodiment, the relative positions between the
<測定制御部27>
図7は、図3の測定制御部27の構成例を示したブロック図である。この測定制御部27は、受光波形取得部101、基底波形推定部102、信号波形算出部103、距離算出部104、換算式記憶部105、参照範囲受付部106、受光量制御部107、特徴部分位置取得部108、基準位置記憶部109及び補正量算出部110により構成される。
<
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the
受光波形取得部101は、イメージセンサ26から蓄積電荷を順次に読み出すことにより、距離に関する受光強度の分布からなる受光波形4及び5を取得し、基底波形推定部102、信号波形算出部103及び特徴部分位置取得部108へ出力する。
The received light
イメージセンサ26には、多数の受光素子が直線状に配列されていることから、受光素子ごとの受光量を示す受光強度データが配列方向の位置に関連づけて管理される。受光波形4及び5は、受光素子の配列方向の位置をピクセル位置と呼ぶことにすれば、それぞれがイメージセンサ26上のピクセル位置に関連づけられた多数の受光強度データからなる。
Since a large number of light receiving elements are linearly arranged in the
基底波形推定部102は、受光波形取得部101により取得された受光波形4の形状に基づいて、その基底波形を推定する。基底波形は、ノイズ成分を示す受光波形であり、ヘッドユニット10の対物レンズ14から出射されなかった検出光DLに対応する。
The base
例えば、基底波形推定部102は、代表点列生成手段、強度差分算出手段、重み係数算出手段及び代表点列更新手段により構成される。代表点列生成手段は、受光波形4を構成する2以上のデータ点DPからなるデータ点列に対し、参照範囲RRを一定距離だけ移動させるごとに、参照範囲RR内のデータ点列にフィッティングする回帰曲線を求めて代表点RPを定めることにより、2以上の代表点RPからなる代表点列を生成する。強度差分算出手段は、データ点DP及び代表点RP間における受光強度の差分を求める。重み係数算出手段は、上記差分に基づいて、重み係数wを求める。代表点列更新手段は、データ点列に重み係数wを割り当て、参照範囲RRを一定距離だけ移動させるごとに、参照範囲RR内のデータ点列に重み付きでフィッティングする回帰曲線を求めて代表点RPを新たに定めることにより、代表点列を更新する。基底波形は、更新後の代表点列により構成される。
For example, the base
信号波形算出部103は、受光波形4及び基底波形に基づいて、信号波形を求め、距離算出部104へ出力する。信号波形は、対物レンズ14から出射され、ワークWによって反射された検出光DLに対応する受光波形であり、受光波形4及び基底波形の差分から求められる。
The signal
距離算出部104は、信号波形算出部103により求められた信号波形に基づいて、ワークWまでの距離WDを求め、表示部28へ出力する。受光波形上のピクセル位置は、イメージセンサ26上の該当する位置に結像する光の波長に対応し、波長は距離WDに対応することから、距離WDは、信号波形のピーク位置x2を特定することによって求められる。
The
例えば、信号波形を構成するデータ点列に対し、受光強度が判定閾値以上のデータ点列が存在すれば、ワークWからの反射光成分に対応すると判断し、当該データ点列において受光強度が最大のデータ点のピクセル位置がピーク位置x2として特定される。或いは、受光強度が判定閾値以上のデータ点列にフィッティングする曲線を求め、その曲線の最大点のピクセル位置をピーク位置x2としても良い。或いは、受光強度が判定閾値以上のデータ点列に対し、その重心の位置をピーク位置x2としても良い。 For example, if there is a data point sequence whose received light intensity is greater than or equal to the determination threshold for the data point sequence constituting the signal waveform, it is determined that the reflected light component from the workpiece W corresponds, and the received light intensity is maximum in the data point sequence. pixel position of the data points is specified as the peak position x 2. Alternatively, it obtains a curve received light intensity is fit to the data point sequence over determination threshold may be a pixel position of the maximum point of the curve as the peak position x 2. Alternatively, the received light intensity is on the data point sequence over determination threshold may be the position of the center of gravity as the peak position x 2.
また、距離算出部104は、算出した距離WDを基準値と比較することにより、変位量を求め、表示部28へ出力する。換算式記憶部105には、ピクセル位置、波長及び距離WDを互いに対応づけるための換算式又はテーブルが保持される。
The
また、距離算出部104は、信号波形算出部103により求められた信号波形を画面表示するための波形データをPC3へ出力する。参照範囲受付部106は、PC3から参照範囲RRを受け付ける。参照範囲RRは、受光波形4を構成するデータ点列を解析する際の処理単位であり、参照範囲RRに基づいて基底波形が推定される。
In addition, the
受光量制御部107は、モニタ用受光素子29からのモニタ信号に基づいて、イメージセンサ26の受光量を制御する。この受光量制御は、イメージセンサ26内の受光素子による露光時間を調整することによって行われる。
The received light
例えば、受光量制御部107は、モニタ用受光素子29の受光量を判定閾値DTと比較し、受光量が判定閾値DT以上になった場合に、イメージセンサ26内の容量素子への電荷蓄積を停止させることにより、露光時間を短縮する。一方、イメージセンサ26の露光中に受光量が判定閾値DTを上回らなければ、予め定められた露光時間が経過するまで、容量素子への電荷蓄積が継続される。
For example, the received light
この様にイメージセンサ26の受光量を制御することにより、イメージセンサ26の飽和を抑制することができる。特に、イメージセンサ26から全受光素子分の蓄積電荷を読み出さなくても良いため、受光量制御の追従性が向上し、露光周期ごとに反射率が大きく変化するようなワークWを測定する場合であっても、イメージセンサ26の飽和を抑制することができる。
By controlling the amount of light received by the
特徴部分位置取得部108は、受光波形取得部101により取得された受光波形4及び5に基づいて、特徴部分のピーク位置を特定する。例えば、特徴部分位置取得部108は、1次の回折光のうちの励起光に対応する波形領域WA1を特徴部分としてピーク位置x1を特定する。また、特徴部分位置取得部108は、0次の回折光に対応する波形領域WA3を特徴部分としてピーク位置x3を特定する。
The characteristic part
励起光に対応する波形領域WA1は、距離計測に用いる蛍光の波形領域WA2から離間して形成されるため、ピーク位置x1の特定が容易である。また、0次の回折光に対応する波形領域WA3は、距離計測に用いる1次の回折光の波形領域WA1及びWA2から離間して形成されるため、ピーク位置x3の特定が容易である。特に、0次の回折光は他の次数の回折光に比べて光量が多いため、ノイズに影響されることなく、ピーク位置x3を特定することができる。 Since the waveform area WA 1 corresponding to the excitation light is formed apart from the fluorescence waveform area WA 2 used for distance measurement, the peak position x 1 can be easily identified. Further, since the waveform area WA 3 corresponding to the 0th-order diffracted light is formed apart from the waveform areas WA 1 and WA 2 of the 1st-order diffracted light used for distance measurement, the peak position x 3 can be easily identified. It is. In particular, zero order diffracted light for the light amount is larger than the other order diffracted light, without being affected by noise, it is possible to identify the peak position x 3.
例えば、受光波形を構成するデータ点列に対し、受光強度が判定閾値以上のデータ点列が存在すれば、当該データ点列において受光強度が最大のデータ点のピクセル位置がピーク位置x1,x3として特定される。或いは、受光強度が判定閾値以上のデータ点列にフィッティングする曲線を求め、その曲線の最大点のピクセル位置をピーク位置x1,x3としても良い。或いは、受光強度が判定閾値以上のデータ点列に対し、その重心の位置をピーク位置x1,x3としても良い。 For example, if there is a data point sequence whose received light intensity is equal to or greater than the determination threshold for the data point sequence constituting the received light waveform, the pixel position of the data point having the maximum received light intensity in the data point sequence is the peak position x 1 , x Specified as 3 . Alternatively, a curve that fits a data point sequence whose received light intensity is greater than or equal to the determination threshold may be obtained, and the pixel position of the maximum point of the curve may be set as the peak positions x 1 and x 3 . Alternatively, the position of the center of gravity may be set as the peak positions x 1 and x 3 for a data point sequence whose received light intensity is greater than or equal to the determination threshold.
基準位置記憶部109には、予め取得された受光波形から得られた特徴部分のピーク位置が基準位置として保持される。例えば、基準位置は、共焦点変位計1の製造時に取得される。或いは、基準位置は、ユーザが任意に指示したタイミングで取得される。
In the reference
補正量算出部110は、特徴部分位置取得部108により特定されたピーク位置x1及びx3をそれぞれ対応する基準位置と比較することにより、分光器24及びイメージセンサ26間の位置ずれに対応する測定値の誤差を補正するための補正量を求める。
The correction
例えば、補正量算出部110は、イメージセンサ26上のピクセル位置xをワークWまでの距離zWDに変換する際に用いる1次関数(換算式)のオフセットbOS又はスパンaSPの補正量を求める。波形領域WA2内における1画素目のピクセル位置をxfとすれば、換算式は、zWD=aSP(x−xf)+bOSにより表される。
For example, the correction
オフセットbOSは、波形領域WA2内の1画素目のピクセル位置xfに対応づける距離zWDである。スパンaSpは、画素の配列ピッチに対応づける距離zWDの変化率である。aSP,bOS及びxfは、既知のパラメータである。また、ピーク位置x1及びx3の基準位置にそれぞれ対応づける距離zWDも既知である。 The offset b OS is a distance z WD associated with the pixel position x f of the first pixel in the waveform area WA 2 . The span a Sp is a rate of change of the distance z WD associated with the pixel arrangement pitch. a SP , b OS and x f are known parameters. The distance z WD associating with the reference position of the peak position x 1 and x 3 are also known.
オフセットbOSの補正量をΔbとし、スパンaSPの補正量をΔaとすれば、分光器24及びイメージセンサ26間の位置ずれを考慮した換算式は、zWD=(aSP+Δa)(x−xf)+(bOS+Δb)・・・(1)により表される。
Assuming that the correction amount of the offset b OS is Δb and the correction amount of the span a SP is Δa, the conversion formula considering the positional deviation between the
補正量算出部110は、ピーク位置x1及びx3が取得されれば、これらのピーク位置x1及びx3に対応づける距離zWDが基準位置の場合と同一であるものとして、上式(1)により補正量Δa及びΔbを算出する。
If the peak positions x 1 and x 3 are acquired, the correction
距離算出部104は、受光波形4及び補正量Δa及びΔbに基づいて、距離WDを求める。すなわち、距離算出部104は、1次の回折光のうちの蛍光に対応する波形領域WA2について、ピーク位置x2を特定し、上式(1)を用いて距離zWDを算出する。この様な構成によれば、投光用光源ユニット21からの伝導熱によるコントローラ筐体20aの膨張により、分光器24及びイメージセンサ26の相対的な位置関係にずれが生じた場合であっても、測定精度の低下を抑制することができる。
The
図8は、分光器24及びイメージセンサ26の相対的な位置ずれΔyによって換算式のスパンaSP及びオフセットbOSが変化することを模式的に示した説明図である。図中の(a)には、イメージセンサ26が光軸方向にΔyだけずれた場合に、1番目の画素に対応づける波長と、画素の配列ピッチΔxに対応づける波長の増分Δλとが変化する様子が示されている。
FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing that the span a SP and the offset b OS in the conversion formula are changed by the relative positional deviation Δy between the
分光器24による1次の回折光は、反射角度が波長成分に応じて連続的に変化する。このため、分光器24に対して相対的にイメージセンサ26が光軸方向にΔyだけ移動すれば、1番目の画素(ピクセル位置xf)に対応づける波長、すなわち、オフセットbOSが変化する。また、画素の配列ピッチΔxに対応づける波長の増分Δλ、すなわち、スパンaSPも変化する。
The reflection angle of the first-order diffracted light by the
図中の(b)には、横軸をピクセル位置xとし、縦軸を距離zWDとして、1次の換算式を表すグラフ6が示されている。グラフ6は、上式(1)により表される直線であり、その傾きがスパンaSPである。この様に分光器24及びイメージセンサ26の相対的な位置ずれΔyによってオフセットbOS及びスパンaSPが変化することから、補正量Δa及びΔbを求めて換算式を校正することにより、位置ずれに起因する距離WDの測定誤差を低減させることができる。
(B) in the figure shows a graph 6 representing a first-order conversion formula with the horizontal axis as the pixel position x and the vertical axis as the distance zWD . The graph 6 is a straight line represented by the above formula (1), and its slope is the span a SP . Since the offset b OS and the span a SP change due to the relative positional deviation Δy between the
本実施の形態によれば、特徴部分のピーク位置x1及びx3を予め取得された基準位置と比較して補正量を定めるため、周辺環境の影響を受け難く、投光用光源ユニット21の温度上昇に起因する測定精度の低下を抑制することができる。特に、分光器24及びイメージセンサ26が相対的に光軸方向にずれれば、イメージセンサ26上のピクセル位置xをワークWまでの距離zWDに変換する際に用いる1次関数のスパンaSPやオフセットbOSが変化する。また、分光器24及びイメージセンサ26が相対的に光軸と交差するx軸方向にずれれば、1次関数のオフセットbOSが変化する。この様な位置関係のずれに起因する測定精度の低下を抑制することができる。
According to this embodiment, for determining the correction amount as compared to the previously acquired reference position peak positions x 1 and x 3 of the characteristic part, hardly influenced by the surrounding environment, the Light source unit 21 A decrease in measurement accuracy due to a temperature rise can be suppressed. In particular, if the
なお、本実施の形態では、1次の回折光のうちの励起光に対応する波形領域WA1と0次の回折光に対応する波形領域WA3とを特徴部分としてピーク位置が特定される場合の例について説明したが、本発明は特徴部分の選択をこれに限定するものではない。例えば、波形領域WA1及びWA3のいずれか一方のみを特徴部分としてピーク位置を特定するような構成であっても良い。或いは、1次の回折光のうちの蛍光に対応する波形領域WA2について、基底波形を推定し、基底波形を特徴部分としてその形状から位置を特定するような構成であっても良い。或いは、より高次の回折光に対応する波形領域を特徴部分として用いるような構成であっても良い。 In this embodiment, if the peak position is specified and a waveform area WA 3 corresponding to the waveform area WA 1 corresponding to the excitation light of first-order diffracted light and 0-order diffracted light as the characteristic part However, the present invention does not limit the selection of the feature portion. For example, the configuration may be such that the peak position is specified using only one of the waveform areas WA 1 and WA 3 as a characteristic part. Alternatively, the waveform area WA 2 corresponding to the fluorescence of the first-order diffracted light, the base waveform is estimated, may be configured to identify a location from its shape the base waveform as the feature portion. Or the structure which uses the waveform area | region corresponding to a higher order diffracted light as a characteristic part may be sufficient.
また、本実施の形態では、スパン及びオフセットの両方の補正量を求めて換算式が校正される場合の例について説明したが、本発明は分光光学系の温度特性を補正する補正方法をこれに限定するものではない。例えば、スパン及びオフセットのいずれか一方についてのみ、補正量を求めて換算式を校正するような構成であっても良い。或いは、受光波形や信号波形を構成するデータ点列に対し、ピクセル位置を補正するような構成であっても良い。 In this embodiment, an example in which the conversion equation is calibrated by obtaining both span and offset correction amounts has been described, but the present invention provides a correction method for correcting the temperature characteristics of the spectroscopic optical system. It is not limited. For example, the configuration may be such that only one of the span and the offset is obtained and the conversion formula is calibrated. Alternatively, the pixel position may be corrected with respect to the data point sequence constituting the light reception waveform or the signal waveform.
また、本実施の形態では、励起光及び蛍光の混合光が検出光DLとして用いられる場合の例について説明したが、本発明は投光用光源の構成をこれに限定するものではない。例えば、白色光を生成する白色光源と、特徴的な受光波形を形成するための特定波長の単色光を生成する単色光源とを投光用光源とし、白色光及び単色光の混合光を検出光DLとして用いるような構成であっても良い。 In the present embodiment, an example in which mixed light of excitation light and fluorescence is used as the detection light DL has been described. However, the present invention does not limit the configuration of the light source for projection. For example, a white light source that generates white light and a monochromatic light source that generates monochromatic light of a specific wavelength for forming a characteristic light-receiving waveform is used as a light source for projection, and mixed light of white light and monochromatic light is detected light. The structure used as DL may be sufficient.
また、本実施の形態では、発光素子211と光ファイバケーブル2のファイバ端とが同軸に配置される場合の例について説明したが、本発明は、投光用光源ユニット21の構成をこれに限定するものではない。例えば、投光用光源ユニット21は、発光素子211から出射されたレーザ光を光ファイバケーブル2のファイバ端に向けて反射する反射鏡を備える。
In the present embodiment, an example in which the
図9は、投光用光源ユニット21の他の構成例を模式的に示した断面図である。この投光用光源ユニット21は、発光素子211、集光レンズ214、フェルール216、蛍光体220、反射鏡231及び集光レンズ232により構成される。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the
発光素子211から出射されたレーザ光は、集光レンズ214を介して反射鏡231に集光される。蛍光体220は、反射鏡231の反射面に配置され、発光素子211からのレーザ光によって励起され、蛍光を発生する。反射鏡231により反射されたレーザ光と、蛍光体220からの蛍光とが混合した光は、集光レンズ232を介してフェルール216内の光ファイバケーブル2のファイバ端に集光され、光ファイバケーブル2に検出光DLとして入射される。
The laser light emitted from the
また、本実施の形態では、ヘッドユニット10の共焦点光学系11が、ファイバ端2a、コリメートレンズ13及び対物レンズ14により構成される場合の例について説明したが、本発明は、共焦点光学系11の構成をこれに限定するものではない。
Further, in the present embodiment, an example in which the confocal
図10は、ヘッドユニット10の他の構成例を示した断面図である。図中の(a)には、筐体12内に回折レンズ15及び対物レンズ14を備えたヘッドユニット10が示されている。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another configuration example of the
この回折レンズ15は、レリーフ型の回折レンズであり、光の回折現象を利用して入射光を集光又は拡散させる光学部材であり、検出光DLの入射面又は出射面に微細なレリーフ(起伏)が形成されている。レリーフは、光軸方向の深さが光の波長程度であり、光軸を中心とする複数の円環状のパターンが同軸に配置される。
The
ヘッドユニット10の共焦点光学系11に回折レンズ15を使用する場合、光学特性をヘッドユニット10とコントローラ20との間で一致させることができるため、分光器24には回折格子を用いることが望ましい。
When the
図中の(b)には、ダブレットレンズ16及び対物レンズ14を備えたヘッドユニット10が示されている。ダブレットレンズ16は、凹レンズと凸レンズとを組み合わせた光学部材である。
FIG. 2B shows the
ヘッドユニット10の共焦点光学系11にダブレットレンズ16を使用する場合、光学特性をヘッドユニット10とコントローラ20との間で一致させることができるため、分光器24にはプリズムを用いることが望ましい。
When the
図中の(c)には、集光レンズ17及び対物レンズ14を備えたヘッドユニット10が示されている。集光レンズ17は、ファイバ端2aから出射された検出光DLを対物レンズ14に向けて集光する光学部材である。このヘッドユニット10では、ダブレットレンズが対物レンズ14として用いられている。
FIG. 2C shows the
図中の(d)には、集光レンズ17及び対物レンズ14を備えたヘッドユニット10が示されている。このヘッドユニット10では、回折レンズが対物レンズ14として用いられている。この様な光学部材の組み合わせによっても、共焦点光学系11として検出光DLに軸上色収差を生じさせることができる。例えば、プリズム、径方向に屈折率分布を有する円筒状のレンズを共焦点光学系11として用いることができる。
(D) in the figure shows the
また、本実施の形態では、分光器24が反射型の回折格子である場合の例について説明したが、本発明は、分光器24の構成をこれに限定するものではない。例えば、透過角度に応じて異なる波長成分に入射光を分光する透過型の回折格子を分光器24として用いても良い。
In the present embodiment, an example in which the
図11は、コントローラ20の他の構成例を示した図であり、透過型の分光光学系が示されている。この分光光学系は、図3の分光光学系と比較すれば、分光器24が透過型の回折格子である点で異なる。
FIG. 11 is a diagram showing another configuration example of the
光ファイバケーブル2のファイバ端2bから出射され、分光器用レンズ41を介して分光器24に入射された光は、透過角度に応じて異なる波長成分に分光される。分光器用レンズ41は、ファイバ端2bから出射された光を集光する集光レンズであり、ファイバ端2bの端面に対向するとともに、ファイバ端2bと光軸が一致するように配置されている。例えば、分光器用レンズ41は、ファイバ端2bから出射された光を平行光に集光するコリメートレンズである。結像レンズ25は、分光された透過光をイメージセンサ26上に結像させる。
Light emitted from the
イメージセンサ26は、結像レンズ25を介し、分光器24による0次の回折光及び1次の回折光を同時に受光する。この様な構成によれば、イメージセンサ26が分光器24を透過した回折光を受光するので、回折格子によって反射された回折光を受光させる場合に比べ、回折格子の位置ずれが受光波形に与える影響を抑制することができる。
The
また、本実施の形態では、ヘッドユニット10及びコントローラ20が光ファイバケーブル2を介して接続された共焦点変位計1の例について説明したが、本発明は、共焦点変位計1の構成をこれに限定するものではない。例えば、共焦点変位計1は、光ファイバケーブルを用いることなく、投光用光源から出射された検出光DLを共焦点光学系に誘導し、また、ワークWによって反射され、共焦点光学系を通過した光を直接に分光光学系に誘導するような構成であっても良い。
Further, in the present embodiment, the example of the confocal displacement meter 1 in which the
図12は、共焦点変位計1のその他の構成例を示した図である。この共焦点変位計1は、光ファイバケーブルを備えず、投光用光源31、集光レンズ32,34、ピンホール板33,37、対物レンズ35、ビームスプリッタ36、凹面鏡23、分光器24、結像レンズ25、イメージセンサ26、モニタ用受光素子29及びビームスプリッタ30により構成される。ピンホール板37、凹面鏡23、分光器24、結像レンズ25及びイメージセンサ26は、反射型の分光光学系であり、図3に示した分光光学系と同様に構成される。
FIG. 12 is a diagram illustrating another configuration example of the confocal displacement meter 1. The confocal displacement meter 1 does not include an optical fiber cable, and includes a
投光用光源31は、検出光DLを生成する。集光レンズ32は、投光用光源31から出射された検出光DLをピンホール板33の開口部に集光させる光学部材であり、投光用光源31の発光面に対向させて配置されている。ピンホール板33は、微小な開口を有する平板状の遮光部材である。
The
集光レンズ34は、ピンホール板33の開口から出射された検出光DLを対物レンズ35に向けて集光する。対物レンズ35は、検出光DLをワークWに向けて出射する。集光レンズ32,34、ピンホール板33及び対物レンズ35は、同軸に配置されている。
The condensing
ビームスプリッタ36は、ピンホール板33からの光を透過する一方、ワークWによって反射され、対物レンズ35及び集光レンズ34を透過した光をピンホール板37に向けて反射する光学部材である。ピンホール板33,37、集光レンズ34、対物レンズ35及びビームスプリッタ36は、共焦点光学系である。
The
凹面鏡23は、ピンホール板37の開口から出射された光を分光器24に向けて反射する。分光器24は、ワークWによって反射され、共焦点光学系11を通過した光を分光する反射型の回折格子であり、反射角度に応じて異なる波長成分に入射光を分光する。
The
また、本実施の形態では、受光素子による露光時間を調整することによってイメージセンサ26の受光量が制御される場合の例について説明したが、本発明は、受光量制御の方法をこれに限定するものではない。例えば、モニタ用受光素子29からのモニタ信号に基づいて、検出光DLの光量を調整することにより、イメージセンサ26の受光量を制御するような構成であっても良い。
In this embodiment, an example in which the amount of light received by the
また、本実施の形態では、レーザ光を発生するレーザ光源が投光用光源として用いられる場合の例について説明した。投光用光源には、LED(発光ダイオード)を用いても良い。また、レーザ光源には、SC(スーパーコンティニューム)光を発生するSC光源を用いても良い。SC光源は、パルスレーザによる非線形光学効果により、連続かつ広帯域なレーザ光を生成する。 In the present embodiment, an example in which a laser light source that generates laser light is used as a light source for projection has been described. You may use LED (light emitting diode) for the light source for light projection. Further, an SC light source that generates SC (super continuum) light may be used as the laser light source. The SC light source generates continuous and broadband laser light by the nonlinear optical effect by the pulse laser.
また、特定されたピーク位置を基準位置と比較して補正量を求める補正量算出処理は、共焦点変位計1の動作中に常に行っている必要はない。例えば、共焦点変位計1の起動時(電源投入時)に補正量算出処理を行うか、或いは、共焦点変位計1の起動時間(電源投入からの経過時間)がある閾値を超えたことをトリガーとして補正量算出処理を行うような構成であっても良い。また、共焦点変位計1の測定をある回数行った後に、その測定回数が閾値を超えたことをトリガーとして補正量算出処理を行っても良い。 Further, the correction amount calculation processing for obtaining the correction amount by comparing the specified peak position with the reference position does not always have to be performed during the operation of the confocal displacement meter 1. For example, correction amount calculation processing is performed when the confocal displacement meter 1 is activated (when the power is turned on), or the activation time of the confocal displacement meter 1 (elapsed time since the power is turned on) exceeds a certain threshold. The correction amount calculation process may be performed as a trigger. Further, after the confocal displacement meter 1 is measured a certain number of times, the correction amount calculation process may be performed by using the measurement count exceeding a threshold value as a trigger.
また、共焦点変位計1の起動時、共焦点変位計1の起動時間がある閾値を超えたことをトリガーとし、或いは、共焦点変位計1の測定をある回数行った後に、その測定回数が閾値を超えたことをトリガーとして補正量を求める際に、受光信号のゲイン、受光強度を上げて補正量を求めるような構成であっても良い。受光強度を上げて補正量を算出し易いように測定条件を変えても良い。 Further, when the confocal displacement meter 1 is activated, the activation time of the confocal displacement meter 1 exceeds a certain threshold value, or the confocal displacement meter 1 is measured a certain number of times and then the number of measurements is determined. The configuration may be such that, when the correction amount is obtained by using a trigger exceeding the threshold, the correction amount is obtained by increasing the gain of the light reception signal and the light reception intensity. The measurement conditions may be changed so that the correction amount can be easily calculated by increasing the received light intensity.
1 共焦点変位計
10 ヘッドユニット
11 共焦点光学系
12 ヘッド筐体
13 コリメートレンズ
14 対物レンズ
15 回折レンズ
16 ダブレットレンズ
20 コントローラ
20a コントローラ筐体
21 投光用光源ユニット
22 スプリッタ
23 凹面鏡
24 分光器
25 結像レンズ
26 イメージセンサ
27 測定制御部
28 表示部
29 モニタ用受光素子
30 ビームスプリッタ
31 投光用光源
32,34 集光レンズ
33,37 ピンホール板
35 対物レンズ
36 ビームスプリッタ
41 分光器用レンズ
101 受光波形取得部
102 基底波形推定部
103 信号波形算出部
104 距離算出部
105 換算式記憶部
106 参照範囲受付部
107 受光量制御部
108 特徴部分位置取得部
109 基準位置記憶部
110 補正量算出部
211 発光素子
220 蛍光体
2 光ファイバケーブル
2a,2b ファイバ端
3 PC
4,5 受光波形
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
4,5 Light reception waveform
Claims (9)
上記検出光を検出対象物に向けて出射する対物レンズを有し、上記検出光に軸上色収差を生じさせる共焦点光学系と、
上記検出対象物によって反射された後、上記共焦点光学系を通過した反射光を分光する分光器と、
2以上の受光素子を有し、分光された上記反射光を受光して受光信号を生成するイメージセンサと、
上記受光信号に基づいて、距離に関する受光強度の分布からなる受光波形を取得する受光波形取得手段と、
上記受光波形に基づいて、特徴部分のピーク位置を特定する特徴部分位置取得手段と、
予め取得された受光波形から得られた特徴部分のピーク位置を基準位置として保持する基準位置記憶手段と、
特定された上記ピーク位置を上記基準位置と比較し、補正量を求める補正量算出手段と、
上記受光波形及び上記補正量に基づいて、上記検出対象物までの距離を求める距離算出手段とを備えたことを特徴とする共焦点変位計。 A light source for projection that generates detection light composed of light having a plurality of wavelengths;
A confocal optical system having an objective lens that emits the detection light toward a detection target, and causing axial chromatic aberration in the detection light;
A spectroscope for spectroscopically reflecting the reflected light that has passed through the confocal optical system after being reflected by the detection object;
An image sensor having two or more light receiving elements and receiving the reflected reflected light to generate a light receiving signal;
Based on the received light signal, received light waveform acquisition means for acquiring a received light waveform consisting of a distribution of received light intensity with respect to distance,
Based on the received light waveform, feature part position acquisition means for specifying the peak position of the feature part;
Reference position storage means for holding the peak position of the characteristic portion obtained from the previously received light-receiving waveform as a reference position;
A correction amount calculating means for comparing the identified peak position with the reference position and obtaining a correction amount;
A confocal displacement meter comprising: distance calculation means for obtaining a distance to the detection object based on the light reception waveform and the correction amount.
上記特徴部分位置取得手段は、上記励起光に対応する波形領域を特徴部分としてピーク位置を特定し、
上記距離算出手段は、上記蛍光に対応する波形領域のピーク位置に基づいて、上記検出対象物までの距離を求めることを特徴とする請求項1に記載の共焦点変位計。 The light source for projection includes excitation light generation means for generating excitation light, and a phosphor that is excited by the excitation light and emits fluorescence having a wavelength different from that of the excitation light, and the detection light is the fluorescence. Mixed light of the excitation light transmitted through the body and the fluorescence emitted from the phosphor,
The feature portion position acquisition means specifies a peak position with a waveform region corresponding to the excitation light as a feature portion,
The confocal displacement meter according to claim 1, wherein the distance calculation unit obtains a distance to the detection target based on a peak position of a waveform region corresponding to the fluorescence.
上記イメージセンサは、上記回折格子による0次の回折光及び1次の回折光を同時に受光して上記受光信号を生成し、
上記特徴部分位置取得手段は、上記0次の回折光に対応する波形領域を特徴部分としてピーク位置を特定し、
上記距離算出手段は、上記1次の回折光に対応する波形領域のピーク位置に基づいて、上記検出対象物までの距離を求めることを特徴とする請求項2に記載の共焦点変位計。 The spectroscope uses a diffraction grating,
The image sensor simultaneously receives the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light from the diffraction grating, and generates the received light signal.
The feature portion position acquisition means specifies a peak position using the waveform region corresponding to the 0th-order diffracted light as a feature portion,
The confocal displacement meter according to claim 2, wherein the distance calculation unit obtains a distance to the detection target based on a peak position of a waveform region corresponding to the first-order diffracted light.
上記イメージセンサは、上記回折格子による1次の回折光及び2次以上の回折光を同時に受光して上記受光信号を生成し、
上記特徴部分位置取得手段は、上記1次の回折光及び上記2次以上の回折光に対応する波形領域を特徴部分としてピーク位置を特定し、
上記距離算出手段は、上記1次の回折光に対応する波形領域のピーク位置に基づいて、上記検出対象物までの距離を求めることを特徴とする請求項2に記載の共焦点変位計。 The spectroscope uses a diffraction grating,
The image sensor simultaneously receives a first-order diffracted light and a second-order or higher-order diffracted light from the diffraction grating, and generates the light reception signal.
The characteristic part position acquisition means specifies a peak position using a waveform region corresponding to the first-order diffracted light and the second-order or higher-order diffracted light as a characteristic part,
The confocal displacement meter according to claim 2, wherein the distance calculation unit obtains a distance to the detection target based on a peak position of a waveform region corresponding to the first-order diffracted light.
上記補正量算出手段は、上記1次の回折光のうちの上記励起光に対応する波形領域のピーク位置及び上記0次の回折光に対応する波形領域のピーク位置もしくは2次以上の回折光に対応する波形領域のピーク位置をそれぞれ対応する基準位置と比較することにより、上記イメージセンサ上のピクセル位置を上記検出対象物までの距離に変換する際に用いる1次関数のオフセット又はスパンの補正量を求めることを特徴とする請求項4又は5に記載の共焦点変位計。 The received light waveform is composed of two or more received light intensity data each associated with a pixel position on the image sensor,
The correction amount calculating means applies the peak position of the waveform region corresponding to the excitation light and the peak position of the waveform region corresponding to the 0th order diffracted light or the second or higher order diffracted light of the first order diffracted light. Compensation amount of offset or span of a linear function used when converting the pixel position on the image sensor into the distance to the detection target by comparing the peak position of the corresponding waveform region with the corresponding reference position. The confocal displacement meter according to claim 4 or 5, wherein:
上記モニタ信号に基づいて、上記イメージセンサの受光量を制御する受光量制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の共焦点変位計。 A light receiving element for monitoring that receives a part of the reflected light and generates a monitor signal;
The confocal displacement meter according to claim 1, further comprising a received light amount control unit that controls a received light amount of the image sensor based on the monitor signal.
上記投光用光源、上記分光器及び上記イメージセンサを収容するコントローラ筐体と、
上記ヘッド筐体及び上記コントローラ筐体間で上記検出光及び上記反射光を伝送する光ファイバケーブルとを備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の共焦点変位計。 A head housing in which the confocal optical system is disposed;
A controller housing that houses the light source for projection, the spectroscope, and the image sensor;
The confocal displacement meter according to claim 1, further comprising an optical fiber cable that transmits the detection light and the reflected light between the head housing and the controller housing.
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