CN107966098A - 光谱共焦传感器 - Google Patents

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冈部宪嗣
久保光司
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Mitutoyo Corp
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Abstract

一种光谱共焦传感器，包括：光源部，用于射出具有不同波长的多个光束；物镜，用于使所述多个光束会聚于不同的聚焦位置处；射出口，其中所述多个光束中的在所述聚焦位置处被待测物体反射的测量光从所述射出口射出；位置计算部，用于基于所射出的测量光来计算所述待测物体的位置；观察部，其包括图像传感器和用于射出观察光的观察光源；以及分束器，用于使穿过所述物镜的所述测量光的至少一部分射出到所述射出口，并且使穿过所述物镜并被所述待测物体反射的所述观察光的至少一部分射出到所述图像传感器。

Description

光谱共焦传感器
技术领域
本发明涉及光谱共焦传感器。
背景技术
过去，已经使用了光谱共焦传感器的技术来测量待测物体的高度等。例如，美国专利申请公开2006/0109483(以下称为专利文献1)公开了显微镜和光谱共焦传感器一体化的结构。如专利文献1的图5所示，在显微镜的物镜7之前配置分束器6。将包括无焦色散透镜5等的共焦光学系统与作为起点的分束器6进行组合。
发明内容
为了实现使用光谱共焦传感器的高精度的测量，传感器的定位和测量部位的确认等变得重要。
有鉴于如上所述的情形，本发明的目的是提供能够高精度地对测量待测物体的光谱共焦传感器。
为了实现上述目的，根据本发明的实施例的光谱共焦传感器包括光源部、物镜、射出口、位置计算部、观察部和分束器。
所述光源部射出具有不同波长的多个光束。
所述物镜使所述多个光束各自会聚于不同的聚焦位置处。
所述多个光束中的在所述聚焦位置处被待测物体反射的测量光从所述射出口射出。
所述位置计算部基于所射出的测量光来计算所述待测物体的位置。
所述观察部包括图像传感器和用于射出观察光的观察光源。
所述分束器使穿过所述物镜的所述测量光的至少一部分射出到所述射出口，并且使穿过所述物镜并被所述待测物体反射的所述观察光的至少一部分射出到所述图像传感器。
在该光谱共焦传感器中，包括观察光源和图像传感器的观察部与分束器分开。利用分束器，使被待测物体反射并且穿过物镜的测量光和观察光分别向着射出口和图像传感器射出。利用基于图像传感器的输出的图像等，可以提高定位精度，并且可以容易地确认测量部位。结果，可以高精度地测量待测物体。
所述分束器可以配置在所述物镜和所述射出口之间，并且可以使从所述光源部射出的所述多个光束和从所述观察光源射出的所述观察光沿着相同光轴向着所述物镜射出。
利用该结构，使得能够进行使用物镜的同轴观察，并且可以提高测量精度。
所述光源部可以射出预定波长带中所包括的多个波长的光。在这种情况下，所述观察光源可以射出所述预定波长带中没有包括的波长的光。此外，所述分束器可以是分色镜，其中所述分色镜用于将从所述光源部射出的所述多个波长的光和从所述观察光源射出的波长的光分离。
利用该结构，可以抑制测量光和观察光各自的光量的损失，从而使得能够进行高精度的测量和观察。
所述观察部可以是作为单元而配置成的。在这种情况下，所述光谱共焦传感器还可以包括：连接部，其是在使用所述分束器的位置作为基准的状态下所设置的，其中所述观察部能够从所述连接部拆卸。
利用该结构，可以利用其它类型的观察部或其它单元来容易地替换观察部，并且可以实现用于不同目的的观察和引导光照射等。
所述光谱共焦传感器还可以包括引导光照射部，其能够与所述连接部相连接，并且被配置为包括用于射出引导光的激光光源的单元。在这种情况下，所述分束器可以使从与所述连接部相连接的所述引导光照射部的所述激光光源射出的所述引导光向着所述物镜射出。
可以利用引导光来从视觉上确认测量部位并且可以提高定位精度。结果，可以高精度地测量待测物体。
要照射到所述待测物体上的所述引导光的光斑形状可以是环形。
利用该结构，可以在测量点的周围照射环形的引导光，并且可以实现高的测量精度。
所述观察光可以是可见光。
利用该结构，可以使用观察光作为引导光，并且可以高精度地测量待测物体。
所述光源部可以射出白色光。在这种情况下，所述观察光源可以射出红外光。
利用该结构，可以高精度地测量待测物体。
所述引导光可以是可见光。
利用该结构，可以高精度地测量待测物体。
所述观察光源可以射出与所述光源部的光相同的光。在这种情况下，所述分束器可以是半透半反镜。
利用该结构，可以使用相同光来执行测量和观察并且可以提高测量精度。
所述光源部和所述观察光源可以射出白色光。
利用该结构，可以生成测量部位的全色图像并且可以提高测量精度。
所述观察部可以包括校正透镜，所述校正透镜用于校正被所述待测物体反射的所述观察光的像差，其中所述像差是由所述物镜引起的。
利用该结构，可以以高精度进行观察。
如上所述，根据本发明，可以高精度地测量待测物体。应当注意，不必局限于这里所述的效果，并且可以获得本说明书所述的任何效果。
附图说明
图1是示出根据实施例的光谱共焦传感器的结构示例的示意图；
图2是示出控制部计算待测物体的位置的示例的图；
图3是示出光学头的具体结构示例的外观图；
图4是示出光学头的内部结构示例的示意图；
图5是示出在连接有引导光单元的情况下的结构示例的示意图；
图6是示出要照射到待测物体上的引导光的照射光斑的示意图；
图7是示出引导光单元的另一结构示例的示意图；
图8是示出要照射到待测物体上的引导光的照射光斑的示意图；以及
图9是示出根据另一实施例的光学头的内部结构示例的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图来说明本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的实施例的光谱共焦传感器的结构示例的示意图。光谱共焦传感器还被称为光谱点传感器(CPS：光谱共焦位置传感器)。在以下的说明中，光谱共焦传感器将被称为光谱传感器。
光谱传感器100包括光学头10、控制器20和光纤部30。控制器20包括光源部40、分光器50和信号处理/控制部(以下简称为控制部)60。
应当注意，图1所示的光学头10是为了说明光谱传感器100的测量原理而示意性示出的，并且后面将说明具体结构。
在光源部40中，设置白色LED 41作为测量光源。因此，从光源部40射出包括具有从蓝色波长范围到红色波长范围的不同波长的多个可见光束的白色光W。在本实施例中，射出包括约450nm～约660nm的波长带中所包括的多个波长的光的白色光W，但特定波长带不受限制。应当注意，代替诸如LED等的固体光源，可以使用水银灯等。
光纤部30包括多个光纤31和光纤分束器32。多个光纤31包括连接至光学头10的光纤31a、连接至光源部40的光纤31b和连接至分光器50的光纤31c。光纤31a～31c连接至光纤分束器32。
光纤分束器32使从光纤31a导入的光分束，并且将该光导出至光纤31c。光纤分束器32还使从光纤31b导入的光分束，并且将该光导出至光纤31a。
因此，从光源部40射出的白色光W经由光纤部30被引导至光学头10。此外，从光学头10射出的测量光M(后面将说明其详情)经由光纤部30被引导至分光器50。应当注意，代替光纤分束器32，可以使用光纤耦合器。
光学头10包括具有长度方向作为光轴A的笔状的壳体部11和设置在壳体部11内的物镜12。光纤31a连接至壳体部11的后端的大致中央处所设置的连接口13，使得白色光W被射出到壳体部11的内部。从光纤31a射出的白色光W穿过物镜12并且从壳体部11的前端处所设置的照射面14向着待测物体O照射。
物镜12是针对光谱传感器所设计的透镜并且产生轴向色像差。具体地，物镜12使入射到光学头10的光会聚于光轴A上的各自与波长λ相对应的聚焦位置P处。因此，在本实施例中，白色光W中所包括的多个可见光束由物镜12会聚于与波长λ相对应的相互不同的聚焦位置P处。
如图1所示，白色光W中所包括的多个可见光束彼此分离，并且从壳体部11的照射面14向着待测物体O射出。应当注意，在图1中，RGB这三个颜色的光表示由物镜12分离的多个可见光束。当然，还射出了其它颜色(其它波长)的光。
图1所示的波长λ1和聚焦位置P1表示多个可见光束中的具有最短波长的可见光的波长和聚焦位置，并且例如与蓝色光B相对应。波长λn和聚焦位置Pn表示多个可见光数中的具有最长波长的可见光的波长和聚焦位置，并且例如与红色光R相对应。波长λk和聚焦位置Pk表示多个可见光束中的任意可见光的波长和聚焦位置，并且在图1中例示出绿色光G(k＝1～n)。
此外，物镜12使在聚焦位置Pk处被待测物体O反射的可见光会聚到光纤31a处。具体地，壳体部11的后端的连接口13设置在聚焦于待测物体O上且被待测物体O反射的可见光由物镜12会聚的共焦位置处。通过使光纤31a连接至连接口13，可以选择性地射出多个可见光束中的在聚焦位置Pk处被待测物体O反射的可见光作为测量光M。
在图1中，在物镜12和连接口13之间示出被待测物体O反射的RGB这三个颜色的光。在图1所示的示例中，在聚焦位置Pk(在该图中为绿色光G的聚焦位置)处存在待测物体O。因此，使被待测物体O反射的绿色光G会聚到光纤31a处。结果，绿色光G的反射光作为测量光M经由光纤31a射出。这样射出的测量光M的波长和光轴A上的待测物体O的位置处于一对一关系。
应当注意，在本实施例中，连接有光纤31a的连接口13与用于射出测量光M的射出口相对应。可以使用销孔或孔径等来选择性地射出测量光M。此外，壳体部11中的共焦光学系统的结构不受限制，并且可以适当地设计。
分光器50是用于检测从光学头10经由光纤31a射出的测量光M的波长的块。测量光M经由光纤31a、光纤分束器32和光纤31c照射到分光器50内。
在分光器50中，按照从测量光M入射的一侧起的顺序配置准直透镜51、衍射光栅52、成像透镜53和线性传感器55。准直透镜51使从光纤31c射出的测量光M大致均匀地照射到衍射光栅52上。
衍射光栅52使大致均匀地照射的测量光M发生衍射。成像透镜53使由衍射光栅52衍射的衍射光L呈光斑状在线性传感器55上成像。通常，使+1阶衍射光L在线性传感器55上成像，但作为替代，可以对诸如-1阶衍射光等的其它衍射光进行成像。应当注意，没有限制衍射光栅52的具体结构。
线性传感器55包括沿一个方向排列的多个像素(受光元件)56。各像素56输出与所接收到的光的强度相对应的信号。没有限制线性传感器55的具体结构，并且例如使用CMOS线传感器或CCD线传感器等。
应当注意，成像透镜53是色像差小的透镜，并且能够与测量光M的波长无关地使衍射光L呈光斑状在线性传感器55上成像。另一方面，从衍射光栅52射出的衍射光L的射出角度取决于测量光M的波长。因此，线性传感器55上的光斑位置成为依赖于测量光M的波长的参数。
将从线性传感器55输出的信号经由信号线缆57发送至控制部60。应当注意，可以设置遮光机构等，使得除成为光斑位置检测对象的衍射光L以外的衍射光不会入射到线性传感器55。此外，可以适当调整衍射光栅52和线性传感器55的配置角度等。
控制部60在本实施例中用作位置计算部，并且基于从线性传感器55接收到的信号来计算待测物体O的位置。例如，使光学头10保持在预定的基准位置，并且向待测物体O射出白色光W。然后，在使用该基准位置作为基准的情况下，基于来自线性传感器55的信号来计算待测物体O的位置。
可选地，可以计算光学头10和待测物体O之间的距离作为待测物体O的位置。此外，即使在待测物体O移动的情况下，也可以基于根据该移动而输出的来自线性传感器55的信号来计算待测物体O的移动量(参见图1的箭头Y)。
在待测物体O的上方使用光学头10的情况下，计算待测物体O的高度作为待测物体O的位置。当然，本发明不限于此，并且还可以在任意方向上使用光学头10，并且可以计算在该方向上的位置。
通过这种位置计算，例如，诸如mm级的轮廓/形状的测量、μm级的微细形状的测量和工件表面特性的测量等的各种测量变得可能。
控制部60例如可以由微计算机来实现，其中在该微计算机中，CPU、存储器(RAM、ROM)和I/O(输入/输出)等容纳在一个芯片中。微计算机要执行的各种处理可以通过芯片中的CPU根据存储器中所存储的预定程序进行工作来执行。在不限于此的情况下，可以适当使用其它IC(集成电路)等来实现控制部60。
图2是示出控制部60计算待测物体O的位置的示例的图。首先，基于从线性传感器55输出的信号来检测输出信号强度峰值的像素56的位置(峰像素位置)。峰像素位置与传感器所接收到的衍射光L的受光位置相对应，并且在本实施例中利用像素编号来表示。
基于所检测到的像素编号，计算待测物体O的位置(这里称为距离Dist)。如图2所示，使用校正表来计算距离Dist。该校正表例如是通过在调整距离Dist的同时操作光谱传感器100而预先创建的，并且存储在控制部60的存储器等中。没有限制校正表的创建方法和创建定时等。
距离Dist的计算不限于使用校正表的方法。例如，可以将预定的计算表达式存储在存储器等中，使得使用该计算表达式来根据像素编号计算距离Dist。可选地，可以根据像素编号计算测量光M的波长。然后，可以使用校正表或计算等来根据波长计算距离Dist。
图3是示出光学头10的具体结构示例的外观图。图4是示出光学头10的内部结构示例的示意图。如参考图1所述，光学头10包括壳体部11、具有色像差的物镜12和连接有光纤31a的连接口13。光学头10还包括使在光轴A上发生分离的多个可见光束向着待测物体O照射的照射面14。
此外，光学头10还包括设置在壳体部11内的分色镜15、观察单元70和用于使观察单元70连接至壳体部11的连接部17。
分色镜15配置在物镜12和连接口13之间的光轴A上。分色镜15具有波长选择性，并且使从光纤31a射出的白色光W透过。换句话说，在本实施例中，分色镜15使约450nm～约660nm的波长带中所包括的光透过。
另一方面，分色镜15反射从观察单元70内所设置的观察光源71射出的观察光N(约680nm的单波长)。分色镜15的具体结构不受限制，并且可以适当地设计。
被待测物体O反射的测量光M穿过物镜12并且入射到分色镜15。分色镜15使测量光M向着连接口13透过。换句话说，分色镜15使穿过物镜12的测量光M向着连接口13射出。
观察单元70包括观察光源71、照明透镜72、半透半反镜73、成像透镜74、图像传感器75和容纳这些组件的壳体部76。观察单元70被配置为一个单元，并且例如可以通过保持壳体部76来一体地操纵。应当注意，尽管壳体部76的外形在图3和图4之间不同，但壳体部76的外形不受限制，并且可以适当地设计。
观察光源71是射出波长为约680nm的观察光N的LED。观察光N的波长不受限制，并且可以采用白色光W的波长带中没有包括的任意波长的光。例如，可以使用具有在短波长侧发生偏离的约430nm的单波长的光。此外，可以使用其它固体光源和灯等作为观察光源。
如图4所示，照明透镜72和半透半反镜73沿着观察光源71的光轴B1配置。照明透镜72和半透半反镜73的具体结构不受限制，并且可以适当地设计。
穿过照明透镜72的观察光N的约50％被半透半反镜73在大致垂直方向上反射。所反射的观察光N从射出口(未示出)向外射出。在半透半反镜73的背侧，成像透镜74和图像传感器75沿着所射出的观察光N的光轴(被半透半反镜反射的观察光N的光轴)B2配置。半透半反镜73的背侧是指观察光N射出的一侧的相对侧。
因此，在观察光N沿着光轴B1入射到半透半反镜73的情况下，透过半透半反镜73的约50％的观察光N经由成像透镜74入射到图像传感器75。成像透镜74的具体结构不受限制，并且可以适当地设计。例如，使用CMOS区域传感器或CCD区域传感器等作为图像传感器75。
在本实施例中，观察单元70与包括观察光源和图像传感器的观察单元相对应。观察单元70中的观察光学系统的结构不限于上述结构，并且可以任意地设计。
连接部17是以在使用壳体部11内所配置的分色镜15的位置作为基准的状态下可以拆卸观察单元70的方式设置的。如图4所示，观察单元70连接至壳体部11，使得从观察单元70射出的观察光N由分色镜15沿着光轴A向物镜12反射。连接部17是为了实现这种连接而配置的。
例如，根据分色镜15的位置在壳体部11上形成开口(未示出)。观察单元70的射出口位于该开口并且固定于该开口。例如，在该开口附近形成接合孔或接合槽，并且观察单元70的形成有射出口的前端部分装配在该接合孔等中。然后，这些构件利用螺杆等彼此固定。可选地，可以采用用于连接不同构件的任意结构，并且这些任意结构包括在根据本技术的连接部中。
在驱动观察光源71时，观察光N从观察单元70沿着光轴B2向分色镜15射出。分色镜15使观察光N沿着光轴A向着物镜12反射。换句话说，分色镜15使白色光W和观察光N沿着相同光轴向着物镜12射出。
向着物镜12反射的观察光N经由物镜12照射到待测物体O上。在图4所示的示例中，观察光N和测量光M(白色光W)由相同的光通量来例示，但不限于此。例如，存在如下情况：由于物镜12的像差特性，因而照射到待测物体O上的观察光N的照射光斑的直径与聚焦时相比变得略大。即使在这种情况下，也可以通过例如适当地设置观察光N的波长等来发挥足够的观察精度。
被待测物体O反射的观察光N穿过物镜12并且入射到分色镜15。分色镜15使观察光N沿着光轴B2向观察单元70反射。沿着光轴B2反射的观察光N经由半透半反镜73和成像透镜74入射到图像传感器75。因此，分色镜15能够使被待测物体O反射的观察光N向着图像传感器75射出。在本实施例中，分色镜15与分束器相对应。
观察光源71和图像传感器75的驱动例如由控制器20的控制部60来控制。控制部60、观察光源71和图像传感器75以有线方式或无线方式等相连接。然后，利用控制部60，输出包括观察光源71的发光量或发光定时的控制信号，并且驱动观察光源71。
此外，来自图像传感器75的输出信号被发送至控制部60，并且生成测量部位的图像等并将该图像输出至外部监视器等。在本实施例中，基于作为单波长光的观察光N来生成用灰度表现的图像。当然，观察光源71和图像传感器75的控制以及图像生成等可以由不同于控制部60的块等来执行。
应当注意，即使在使用诸如近红外光和红外光等的不可见光作为观察光N的情况下，也可以基于图像传感器75的输出来生成测量部位的图像。在任意情况下，通过使用位置测量所要使用的光的波长带中没有包括的波长的光(以下称为测量光)，可以使用分色镜15作为分束器。因此，可以抑制测量光M和观察光N各自的光量的损失，以使得能够进行高精度的测量和观察。
在以上说明中，在本实施例的光谱传感器100中，分色镜15配置在壳体部11内的共焦光学系统中，并且根据该位置而连接观察单元70。因此，使用CPS所用的物镜12来进行的同轴观察变得可能，并且可以实现测量部位的监视功能。
例如，利用基于图像传感器75的输出的图像，可以提高光学头10的定位精度并且容易地确认测量部位。因此，可以高精度地测量待测物体O。此外，通过如本实施例那样使用可见光作为观察光N，可以使用观察光N作为引导光。因此，可以提高位置测量的操作性和测量精度。
通过同时驱动控制器20的光源部40和观察单元70的观察光源71，可以在监视器上确认测量部位的图像的同时执行测量操作和编程。此外，还可以利用监视器上的视频来实时地确认根据部件程序进行工作的光谱传感器100的测量状态。结果，可以立即执行程序校正等并且容易地实现极高的测量精度。
应当注意，本发明不限于同时照射白色光W和观察光N的情况，并且可以适当地控制各光的照射定时。例如，在照射观察光N并且进行测量部位的观察之后，可以代替观察光N而照射白色光W，以测量待测物体O。
此外，在本实施例中，由于能够以可拆卸的方式进行单元连接的连接部17是在使用分色镜15的位置作为基准的状态下配置成的，因此可以容易地利用其它类型的观察单元或其它单元来替换该单元。因此，可以实现用于不同目的的观察和引导光照射等。
图5是示出在代替观察单元70而连接引导光单元的情况下的结构示例的示意图。图6是示出要照射到待测物体上的引导光的照射光斑的示意图。引导光单元80与本实施例中的引导光照射部相对应。
要连接至连接部17的单元的改变可以手动地执行、或者可以在控制部60等的控制下自动地执行。在自动改变该单元的情况下，例如配置包括用于保持该单元并且执行拆卸/安装的保持臂等的安装机构。该安装机构可以配置在光谱传感器100内、或者可以配置在外部。
引导光单元80包括用于射出引导光(激光)L的激光光源81和用于中继所射出的引导光L的透镜82。使用可见激光作为引导光L，以使得能够从视觉上确认该引导光L。没有限制引导光L的具体波长，并且在本实施例中使用具有位置测量所用的白色光W的波长带(约450nm～约660nm的波长带)中没有包括的波长的激光。例如，使用具有约680nm或约430nm的波长的激光。
在引导光单元80连接至连接部17时，沿着光轴C射出的引导光L入射到分色镜15。分色镜15使引导光L沿着光轴A向着物镜12反射。因此，引导光L沿着与白色光W相同的光轴射出到待测物体O。因此，如图6所示，引导光L照射到待测物体O的测量部位上，使得照射光斑S变得可看见。
通过这样安装引导光单元80，可以实现引导功能并且容易地查看测量部位。结果，可以高精度地测量待测物体O。此外，可以大幅提高测量操作和编程的可操作性。应当注意，通常，同时驱动光源部40和激光光源81，并且在照射引导光L的同时执行测量。当然，本发明不限于此，并且可以适当地控制白色光W和引导光L的照射定时。
图7是示出引导光单元的另一结构示例的示意图。图8是示出照射到待测物体上的引导光的照射光斑的示意图。
该引导光单元90包括用于对要照射到待测物体O上的引导光L的光斑形状进行整形的整形机构。具体地，引导光单元90包括配置在从激光光源91输出的引导光L的光轴D上的锥镜92和配置在锥镜92周围的反射镜93。
如图7所示，引导光L的截面形状由整形机构整形成环形。因此，要照射到待测物体O上的引导光L的光斑形状成为环形。引导光L的照射光斑S的内部区域95成为多个可见光束照射至的测量区域。
通过安装引导光单元90并且将引导光L的投影图案整形成环形，可以实现激光瞄准功能。换句话说，可以将引导光L照射到测量点(测量部位)的周围，以使得能够在不会影响位置测量的情况下进行定位和测量部位的确认。结果，可以实现高的测量精度。应当注意，这并不一定意味着在将引导光L照射到测量点上的情况下位置测量将受到影响，而是意味着可以充分排除这种可能性。
可以采用任意形状作为要整形的照射光斑S的形状。此外，对照射光斑S的形状进行整形的整形机构的结构也不受限制，并且可以任意地设计。
可以使用积极地利用由共焦光学系统引起的色像差的波长共焦型非接触位移计来进行各种测量，诸如mm级的轮廓/形状的测量、μm级的微细形状的测量和工件表面特性的测量。另一方面，难以基于该测量原理来进行测量工件的同轴观察。
由于不能观察工件，因此特别是对于μm级的工件的测量需要时间来进行定位和测量部位的确认。此外，由于使用光的色散作为标度来测量距离/位移这一原理，因此使用具有轴向色像差的物镜的同轴观察极其困难，并且在工件是陡峭斜面等的情况下，难以进行非同轴观察。
在本实施例中，通过添加图4所例示的观察单元70，实现了监视功能，并且使得能够进行测量工件的同轴观察。因此，便于进行定位和测量部位的确认，可以高速进行测量，并且可以提高测量精度。通过将观察光N的波长设置为可见光，还可以使用观察光N作为引导光。因此，可以通过视觉接触来进行粗略定位，并且可以以更高的速度进行测量。此外，由于可以观察测量工件的状态，因此在检测到异常数据等时可以将灰尘、划痕和污迹等彼此区分开，因而可以提高用户友好性和可靠性。
此外，通过安装图5和7所例示的引导光单元80和90，可以实现引导光功能和激光瞄准功能。结果，可以充分提高测量操作的可操作性和测量精度。
此外，在本实施例中，在共焦光学系统内的具有色像差的物镜12和连接口13之间配置分色镜15。在使用分色镜15作为基准的状态下安装观察单元70或者引导光单元80或90。因此，可以在使波长共焦型的测量精度维持高的同时组合其它的观察光学系统或激光光学系统，并且还便于进行这些系统的设计。此外，由于不必在物镜12和待测物体O之间添加光学构件等，因此可以充分确保工作距离(物镜12和待测物体O之间的距离)，并且可以发挥高的可操作性。
例如，在以上的专利文献1中所公开的显微镜和光谱共焦传感器一体化的结构中，共通地使用显微镜的物镜。在这种情况下，因无焦色散透镜的色像差而在轴上发生分离的多个光束各自的光路可能受到物镜的波长依赖性等干扰。结果，高度测量精度将显著下降的可能性高。作为对比，由于在根据本技术的光谱传感器中在使用共焦光学系统作为基准的状态下添加其它光学系统，因此可以发挥高的测量精度。
<其它实施例>
本发明不限于上述实施例，并且还可以实现各种其它实施例。
在以上说明中，使用具有位置测量所用的光(在以上说明中为白色光W)的波长带中没有包括的波长的光作为观察光和引导光，但本发明不限于此。例如，可以使用具有与位置测量所用的光相同的波长带的光作为观察光等。
例如，参考图4所例示的光学头10，可以使用白色LED作为观察光源71。在这种情况下，代替分色镜15，使用半透半反镜作为分束器。因此，可以基于图像传感器75的输出来生成测量部位的彩色图像。结果，充分提高了测量部位的观察精度，并且发挥了高的测量精度。应当注意，在这种情况下，适当地控制利用光源部40和观察光源71的白色光的发光定时。
应当注意，在使用白色LED作为观察光源71的情况下，可以配置校正透镜，其中该校正透镜用于对在待测物体O所反射的观察光(白色光)穿过物镜12时所发生的色像差进行校正。例如，图4所示的成像透镜74可被设置成包括校正功能。例如，配置具有与物镜12的像差特性相反的像差特性的成像透镜74。因此，可以校正观察光的色像差并且生成观察部位的高精度图像。
应当注意，在壳体部11中配置半透半反镜并且省略观察单元70的观察光源这一结构也是可以的。在这种情况下，通过从待测物体O反射的白色光(多个可见光束)中排除测量光M所获得的光入射到图像传感器75。可以使用相应地生成的图像来观察测量部位，但待测物体O上的可观察区域不那么大。
另外，还可以使用具有与位置测量所用的光的波长带重叠的波长带的观察光。通过适当地设计并配置用于分割这些光束的分束器，使得能够进行待测物体O的位置测量和观察部位的观察。同样对于引导光，可以使用位置测量所用的光的波长带中所包括的可见光。例如，通过使用半透半反镜，可以将引导光照射到待测物体O上。
图9是示出根据另一实施例的光学头的内部结构示例的示意图。在该光学头210中，在物镜212和连接口213之间配置准直透镜218和中继透镜219。准直透镜218配置在连接口213的附近，并且使射到壳体部211内的白色光W平行。中继透镜219配置在物镜212的附近，并且使平行后的白色光W向着物镜212会聚。
在准直透镜218和中继透镜219之间配置用于使测量光M透过并且反射观察光N的分色镜215。因此，可以在光束(光通量)变得平行于光轴A的位置处分离光，并且可以充分防止光轴偏离等的发生。此外，可以抑制分色镜215的角度依赖性。结果，可以抑制分色镜215的添加对波长共焦型测量产生的影响。应当注意，这并不意味着在不使用准直透镜218和中继透镜219等的结构中始终存在分色镜215的添加的影响。
在图4所示的示例中，使用被配置为一个单元的观察单元70。本发明不限于此，并且观察光源71和图像传感器75可以彼此独立地配置。例如，容纳图像传感器75和成像透镜74的摄像单元连接至壳体部11的连接部17。然后，在壳体部11的照射面14的附近配置观察光源71。同样利用这种结构，可以生成测量部位的图像。
此外，观察单元70的配置有观察光源71的部分还可以包括可拆卸的单元结构，并且可以将配备有激光的光源单元安装至该部分。因此，可以容易地切换观察光和引导光。
图4所示的观察单元70可以与壳体部11一体化。换句话说，不必实现可拆卸的连接结构。由于在这种情况下也发挥了上述的监视功能，因此可以高精度地测量待测物体。同样，引导光单元也可以与壳体部一体化。
此外，在以上说明中，使用白色光作为位置测量所用的包括多个可见光束的光。本发明不限于此，并且还可适用于使用其它宽带光的情况。具体地，可以射出作为不可见光的紫外线和红外线等作为具有不同波长的多个光束。例如，可以使用射出紫外线的LED等作为根据本发明的光源单元。
可以组合上述的根据本发明的特征部分中的至少两个特征部分。此外，上述的各种效果仅是示例且不应局限于此，并且还可以发挥其它效果。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年10月20日提交的日本专利申请2016-205754的优先权，在此通过引用包含其全部内容。

Claims (12)

1.一种光谱共焦传感器，包括：
光源部，用于射出具有不同波长的多个光束；
物镜，用于使所述多个光束各自会聚于不同的聚焦位置处；
射出口，其中所述多个光束中的在所述聚焦位置处被待测物体反射的测量光从所述射出口射出；
位置计算部，用于基于所射出的测量光来计算所述待测物体的位置；
观察部，其包括图像传感器和用于射出观察光的观察光源；以及
分束器，用于使穿过所述物镜的所述测量光的至少一部分射出到所述射出口，并且使穿过所述物镜并被所述待测物体反射的所述观察光的至少一部分射出到所述图像传感器。
2.根据权利要求1所述的光谱共焦传感器，其中，
所述分束器配置在所述物镜和所述射出口之间，并且使从所述光源部射出的所述多个光束和从所述观察光源射出的所述观察光沿着相同光轴向着所述物镜射出。
3.根据权利要求1或2所述的光谱共焦传感器，其中，
所述光源部射出预定波长带中所包括的多个波长的光，
所述观察光源射出所述预定波长带中没有包括的波长的光，以及
所述分束器是分色镜，其中所述分色镜用于将从所述光源部射出的所述多个波长的光和从所述观察光源射出的波长的光分离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光谱共焦传感器，其中，
所述观察部是作为单元而配置成的，以及
所述光谱共焦传感器还包括：
连接部，其是在使用所述分束器的位置作为基准的状态下所设置的，其中所述观察部能够从所述连接部拆卸。
5.根据权利要求4所述的光谱共焦传感器，其中，还包括：
引导光照射部，其能够与所述连接部相连接，并且被配置为包括用于射出引导光的激光光源的单元，
其中，所述分束器使从与所述连接部相连接的所述引导光照射部的所述激光光源射出的所述引导光向着所述物镜射出。
6.根据权利要求5所述的光谱共焦传感器，其中，
要照射到所述待测物体上的所述引导光的光斑形状是环形。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光谱共焦传感器，其中，
所述观察光是可见光。
8.根据权利要求3所述的光谱共焦传感器，其中，
所述光源部射出白色光，以及
所述观察光源射出红外光。
9.根据权利要求5或6所述的光谱共焦传感器，其中，
所述引导光是可见光。
10.根据权利要求1或2所述的光谱共焦传感器，其中，
所述观察光源射出与所述光源部的光相同的光，以及
所述分束器是半透半反镜。
11.根据权利要求10所述的光谱共焦传感器，其中，
所述光源部和所述观察光源射出白色光。
12.根据权利要求10或11所述的光谱共焦传感器，其中，
所述观察部包括校正透镜，所述校正透镜用于校正被所述待测物体反射的所述观察光的像差，其中所述像差是由所述物镜引起的。
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