[发明专利]光学式位移计及光学式位移运算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学式位移计及光学式位移运算方法，详细地说，涉及实现小型化、低成本化、高速响应化的光学式位移计及光学式位移运算方法。

背景技术

图6是作为现有技术的第1光学式位移计200a的结构图。具体地说，图6是日本特开平10－9827中记载的光学式位移计200a的结构图。

在图6中，从Xe灯等白色光源201发出的、包含多个波长成分的光通过针孔206a后，通过分光器203由物镜204聚焦，照射在样品205上。

在样品205上反射的光由分光器203反射，通过针孔206b入射至光检测器207中。光检测器207具有滤色器208a、208b和受光传感器209R、209G、209B。滤色器208a、208b是将入射光分解为三原色的分色镜。受光传感器209R、209G、209B是接收三原色的光的传感器。

一般地，透镜的焦点距离f由下式（1）近似地表示。

（1/f）=（n－1）×｛（1/r1）－（1/r2）｝…（1）

在式（1）中，n是构成透镜的玻璃材质的折射率，r1、r2是透镜的曲率半径。

如上述式（1）所示，焦距f依赖于透镜的折射率n。透镜的折射率n依赖于通过的光的波长λ。由此，光的合焦位置与波长λ相对应，在光轴方向上不相同。

在图6的说明中，对波长的长度为λ1＜λ2＜λ3的情况进行说明。

如图6所示，如果波长λ2的光在样品205的顶部合焦，则波长λ1的光，由于其焦距较短，因此在样品205的前方（图6的纸面上方）合焦。另外，波长λ3的光，由于其焦距较长，因此在样品205的后方（图6的纸面下方）合焦。

例如，在波长λ1的光是B（蓝色）、波长λ2的光是G（绿色）、波长λ3的光是R（红色）的情况下，在样品205的顶部合焦的波长λ2的光最多地经由滤色器208a、208b入射至受光传感器209G中。处理部210a根据各受光传感器209B、209G、209R接收的各光量，检测出受光传感器209G的受光量最多，将从基准面R0起的样品205的高度确定为绿色光的合焦位置。

图7是作为现有技术的第2光学式位移计200b的结构图。在图7中，在光检测器207中设置有线传感器214。

在图7中，通过针孔206a后入射至光检测器207中的光，利用透镜211成为平行光。该平行光由作为光谱分光器的三棱镜212分光为各波长成分的光。分光后的光由透镜213聚焦。然后，会聚的光入射至由CCD（电荷结合元件）等构成的线传感器214中。

在这种结构中，在样品205的顶部反射的光是波长λ2绿色光的情况下，在线传感器214上的与波长λ2相对应的位置上照射最多的光。

因此，只要预先求出样品205的高度与线传感器214的受光位置的关系，处理部210b就可以从线传感器214的受光位置求出样品205的高度。

图8是作为现有技术的第3光学式位移计200c的结构图。具体地说，图8是在日本特开2011－39026中记载的光学式位移计200c的结构图。在图8中，在光轴上，对于色差较大的物镜204，焦距随着光波长（色）而不同。也就是说，蓝色光B0在距离物镜204较近的位置合焦，红色光R0在距离物镜204较远的位置合焦。绿色光G0在蓝色光B0的合焦位置与红色光R0的合焦位置之间的位置合焦。光学式位移计200c在测定范围M0中测定样品205。在日本特开2011－39026中，相对于物镜204，作为测定对象的样品205和相反侧的共焦点，不论颜色如何均视为相同。如果配置白色或者宽带域的点光源，则与样品205的高度相对应，在样品205上合焦的颜色以一一对应的关系变化。因此，如果在来自样品205的反射光返回时的共焦点位置上设置针孔等空间过滤器，并使反射光通过，则可以将在样品205上合焦的颜色的光提取出。在日本特开2011－39026中利用了该原理。

并且，在日本特开2011－39026中，通过使用处理部210c内的衍射格栅等分光器226而指定颜色（光波长），从而测定与颜色成为一一对应的关系的样品205的高度（位移）。

一般地，使用光纤230将白色光（宽带域光）引导至传感器头部215的共焦点处，将光纤端面230a的纤芯看作为针孔并作为共焦点，向校准透镜216施加发散光。