CN107976145A - 光谱共焦传感器和测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光谱共焦传感器和测量方法。该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；多个光学头，用于将从所述光源部射出的所述多个光束会聚于不同的聚焦位置处，并且射出在所述聚焦位置处被测量点反射的测量光；分光器，其包括：线传感器，以及光学系统，其包括用于使从所述多个光学头射出的多个测量光束发生衍射的衍射光栅，并且向所述线传感器的不同的多个受光区域射出通过所述衍射光栅所衍射的所述多个测量光束；以及位置计算部，用于基于所述线传感器的所述多个受光区域各自的受光位置来计算作为所述多个光学头的测量对象的多个测量点的位置。

Description

光谱共焦传感器和测量方法
技术领域
本发明涉及光谱共焦传感器和使用该光谱共焦传感器的测量方法。
背景技术
过去，针对测量待测物体的高度等，已经使用了光谱共焦传感器的技术。例如，日本的国际公开2014/141535(以下称为专利文献1)公开了使用如其图1所示的多个头部的共焦光学系统来进行对测量对象的位移的多点测量的共焦测量设备。
在该共焦测量设备中，在各头部中设置有光学滤波器，并且设置要用于测量的波长带，以使得这些头部彼此不同。例如，在专利文献1的图1所示的示例中，在第一头部10a中使用具有约400nm～600nm的波长的光，并且在第二头部10b中使用具有约600nm～800nm的波长的光(专利文献1的说明书中的段落[0028]、[0031]等)。
通过以这种方式使要在这些头部中使用的光的波长带彼此不同，可以将分光器内部所布置的摄像装置分割成要由各头部使用的多个区域(通道)。结果，可以针对多个光学头仅使用一个分光器(摄像装置)来进行测量对象的多点测量(专利文献1的说明书中的段落[0045]～[0049]等)。
发明内容
在能够以这种方式执行多点测量的光谱共焦传感器中，需要能够减少必要组件的数量的技术。
有鉴于如上所述的情形，本发明旨在提供能够利用少量的组件来执行多点测量的光谱共焦传感器以及使用该光谱共焦传感器的测量方法。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的光谱共焦传感器包括光源部、多个光学头、分光器和位置计算部。
所述光源部射出具有不同波长的多个光束。
所述多个光学头将从所述光源部射出的所述多个光束会聚于不同的聚焦位置处，并且射出在所述聚焦位置处被测量点反射的测量光。
所述分光器包括线传感器和光学系统。光学系统包括用于使从所述多个光学头射出的多个测量光束发生衍射的衍射光栅，并且所述光学系统向所述线传感器的不同的多个受光区域射出通过所述衍射光栅所衍射的所述多个测量光束中的各个测量光束。
所述位置计算部基于所述线传感器的所述多个受光区域各自的受光位置来计算作为所述多个光学头的测量对象的多个测量点各自的位置。
该光谱共焦传感器包括用于使用从光源部射出的光进行测量的多个光学头。从光学头各自射出的测量光由于衍射光栅而发生衍射，并且分别向线传感器的多个受光区域射出。因此，可以基于线传感器的多个受光区域的各受光位置来计算多个测量点各自的位置。结果，可以在不增加衍射光栅和线传感器的数量的情况下，利用少量的组件来执行多点测量。
所述线传感器可以是在使用预定基准轴作为基准的情况下布置的。在这种情况下，所述光学系统可以是在使用所述预定基准轴作为基准的情况下配置的，并且所述光学系统可以包括所述多个测量光束入射的多个光入射口，其中所述多个光入射口在使用所述预定基准轴作为基准的情况下设置在不同位置处。
通过以这种方式在使用预定基准轴作为基准的情况下在布置线传感器的同时配置光学系统，可以向线传感器的不同受光区域射出相应的测量光。特别地，通过使用该基准轴作为基准来在不同位置处设置多个光入射口，可以容易将各测量光射出至多个受光区域。
所述预定基准轴可以与在使所述测量光从所述分光器的虚拟光入射口入射至所述光学系统的情况下的光轴相对应。
通过在使用测量光从虚拟光入射口入射的情况下的光轴作为基准的情况下在布置线传感器的同时配置光学系统，可以将从多个光入射口入射的测量光分别射出至线传感器的多个受光区域。
所述多个光入射口可以被设置成从所述多个光入射口入射的所述多个测量光束各自的光轴变得与所述预定基准轴大致平行。
因此，可以容易地将各测量光束射出至多个受光区域。
所述多个光入射口可以设置在相对于所述预定基准轴相互对称的位置处。
因此，可以容易地设计分光器。
所述多个光入射口可以设置在相对于所述虚拟光入射口相互对称的位置处。
通过将多个光入射口设置在相对于作为基准轴的起点的虚拟光入射口相互对称的位置处，可以容易地设计分光器。
所述多个光入射口可以沿着与所述线传感器的线方向相对应的预定方向设置。
因此，可以容易地设计分光器。
所述分光器可以包括设置有所述多个光入射口的光入射面。在这种情况下，所述多个光入射口可以设置在包括所述线方向和所述预定基准轴的方向的平面与所述光入射面相交的直线上。
因此，可以容易地设计分光器。
在针对所述多个光学头中的各光学头将如下区域假定为测量对象区域的情况下，所述多个受光区域可以与分别对应于所述多个光学头的多个测量对象区域相对应，其中，该区域是所述线传感器的从在射出所述多个光束中的具有最短波长的光作为所述测量光的情况下的受光位置到在射出具有最长波长的光作为所述测量光的情况下的受光位置为止的区域。
通过配置线传感器和光学系统等以使得测量对象区域变成彼此不同的区域，可以高精度地执行多点测量。
所述多个光学头可以是2个光学头或者3个光学头。
利用本技术，可以使用少量的组件来执行2个或3个点的同时测量。
根据本发明的实施例的测量方法包括射出具有不同波长的多个光束。
通过多个光学头中的各光学头，将所射出的所述多个光束会聚于不同的聚焦位置处，并且射出在所述聚焦位置处被测量点反射的测量光。
使从所述多个光学头射出的多个测量光束发生衍射，并且向线传感器的不同的多个受光区域射出衍射光束。
基于所述线传感器的所述多个受光区域各自的受光位置来计算作为所述多个光学头的测量对象的多个测量点各自的位置。
如上所述，根据本发明，可以利用少量的组件来执行多点测量。应当注意，不必局限于这里所述的效果，并且可以获得说明书中所述的任何效果。
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是示出根据实施例的光谱共焦传感器的结构示例的示意图；
图3是示出分光器的结构示例的示意图；
图4是用于说明基准轴设置示例的示意图；
图5是用于说明第一光入射口和第二光入射口之间的距离的设置示例的示意图；
图6是示出利用控制部来计算两个测量点各自的位置的示例的图；以及
图7是示出分光器的另一结构示例的示意图。
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和2是各自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包括多个光学头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)70。
如图1所示，设置两个光学头10(即，第一光学头10a和第二光学头10b)作为多个光学头10。第一光学头10a和第二光学头10b包括大致相同的结构，并且经由光纤31a和31b连接至控制器20。
利用光纤31a和31b，将从控制器20射出的测量光引导至第一光学头10a和第二光学头10b。在本实施例中，作为测量光，使用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。白色光W的具体波长带不受限制，并且可以适当地设计。
在将第一光学头10a和第二光学头10b称为光学头10的情况下，将统一说明第一光学头10a和第二光学头10b的共通元件。
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(光纤31b)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(光纤31b)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上的测量点Q1(Q2)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向着待测物体O的测量点Q1(Q2)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2中例示出绿色光G(k＝1～n)。
此外，物镜12使在聚焦位置Pk处被测量点Q1(Q2)所反射的可见光会聚到光纤31a(光纤31b)处。具体地，壳体部11的后端的连接口13设置在聚焦于测量点Q1(Q2)上且被测量点Q1(Q2)反射的可见光由物镜12会聚至的共焦位置处。通过使光纤31a(光纤31b)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处被测量点Q1(Q2)反射的可见光作为测量光M1(M2)。
在图1中，在物镜12和连接口13之间示出了被待测物体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)处存在测量点Q1(Q2)。因此，使被测量点Q1(Q2)反射的绿色光G会聚到光纤31a(光纤31b)处。结果，绿色光G的反射光作为测量光M1(M2)经由光纤31a(光纤31b)射出。这样射出的测量光M1(M2)的波长和光轴A上的测量点Q的位置处于一对一关系。
光学头10内部的结构不受限制，并且可以适当地设计。例如，可以使用诸如针孔和准直透镜等的其它透镜。
在本实施例中，可以通过第一光学头10a和第二光学头10b来测量待测物体O上的两个测量点Q1和Q2的位置。换句话说，可以同时对作为第一光学头10a和第二光学头10b的测量对象的两个测量点Q1和Q2进行多点测量。当然，本发明不限于在同一待测物体O上进行多点测量的情况，并且可以同时测量两个不同的待测物体O。
将从第一光学头10a和第二光学头10b射出的测量光M1和M2经由光纤31a和31b引导至控制器20。在图1所示的示例中，射出绿色光G作为测量光M1和M2。当然，本发明不限于射出同一波长光的情况，并且可以射出分别与测量点Q1和Q2的位置相对应的波长光。
如图2所示，在光源部40中，设置白色LED 41作为测量光源。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包括针对第一光学头10a设置的光纤31a、32a和33a以及将这些光纤连接的光纤分束器34a。光纤部30还包括针对第二光学头10b设置的光纤31b、32b和33b以及将这些光纤连接的光纤分束器34b。
如图2所示，将光纤32a和光纤32b连接至白色LED 41。具体地，光纤32a和32b被布置成使得它们的端部在白色LED 41的发光区域中彼此充分地接近。因此，可以从单个白色LED 41向光纤32a和32b射出白色光W。应当注意，可以适当地设计发光区域的面积和光纤的芯直径等，并且还可以配置用于将白色光W向两个光纤射出的光学系统等。
光纤分束器34a将从光纤32a导入的白色光W导出至与第一光学头10a相连接的光纤31a。此外，光纤分束器34a将从光纤31a导入的测量光M1进行分支，并且将其导出至与分光器50相连接的光纤33a。因此，使从第一光学头10a射出的测量光M1从光纤33a射出到分光器50的内部。
光纤分束器34b将从光纤32b导入的白色光W导出至与第二光学头10b相连接的光纤31b。此外，光纤分束器34b将从光纤31b导入的测量光M2进行分支，并且将其导出至与分光器50相连接的光纤33b。因此，使从第二光学头10b射出的测量光M2从光纤33b射出到分光器50的内部。
图3是示出分光器50的结构示例的示意图。分光器50是用于检测从第一光学头10a经由光纤31a射出的测量光M1和从第二光学头10b经由光纤31b射出的测量光M2各自的波长的块。
分光器50包括线传感器51和分光光学系统52。分光光学系统52包括设置有多个光入射口53a和53b的光入射面54、准直透镜55、衍射光栅56以及成像透镜57。利用分光光学系统52，使第一测量光M1和第二测量光M2发生衍射，并且射出至线传感器51的两个不同的受光区域58a和58b。
准直透镜55将分别从光纤33a和33b射出的测量光M1和M2各自照射到衍射光栅56上。
衍射光栅56使所照射的测量光M1和M2发生衍射。成像透镜57使由衍射光栅56衍射的测量光M1和M2(以下称为衍射光L1和L2)呈光斑状在线传感器51上成像。在本实施例中，使+1阶衍射光L1和L2在线传感器51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，衍射光栅56的具体结构不受限制。
线传感器51包括沿一个方向布置的多个像素(受光元件)59。各像素59输出与所接收到的光的强度相对应的信号。线传感器51的具体结构不受限制，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57是色像差小的透镜，并且能够与测量光M1和M2的波长无关地使衍射光L1和L2呈光斑状在线传感器51上成像。另一方面，从衍射光栅56射出的衍射光L1和L2的射出角度取决于测量光M1和M2的波长。因此，线传感器51上的光斑位置成为依赖于测量光M1和M2的波长的参数。
将从线传感器51输出的信号经由信号线缆60发送至控制部70。在本实施例中，发送两个信号、即由第一受光区域58a接收到的衍射光L1的信号和由第二受光区域58b接收到的衍射光L2的信号。应当注意，可以设置遮光机构等，使得除作为光斑位置检测对象的衍射光L1和L2以外的衍射光不会入射到线传感器51。此外，可以适当调整衍射光栅56和线传感器51的布置角度等。
线传感器51和分光光学系统52使用基准轴D作为基准来进行配置。在本实施例中，设置如下的基准轴D，其中，该基准轴D沿与光入射面54大致垂直的方向延伸并且在中间点E沿预定方向改变角度的状态下延伸。准直透镜55布置在基准轴D上。准直透镜55被布置成使得基准轴D通过透镜的中央，即准直透镜55的光轴与基准轴D大致彼此一致。
衍射光栅56布置在基准轴D的方向发生改变的该中间点E处，并且同时面向与改变了角度的基准轴D的方向大致正交的方向。衍射光栅56被布置成使得基准轴D大致通过衍射光栅56的中央。
成像透镜57布置在角度改变之后延伸的基准轴D上。成像透镜57被布置成使得基准轴D通过透镜的中央，即成像透镜57的光轴和基准轴D大致彼此一致。
线传感器51被布置成使得大致中央处的像素59t位于基准轴D上，并且同时面向与基准轴D大致正交的方向上。此外，线传感器51被布置成使得衍射光栅56的衍射方向和作为线传感器51的延伸方向的传感器方向大致彼此一致。应当注意，位于大致中央处的像素59t是第一受光区域58a和第二受光区域58b之间的边界。
图4是用于说明基准轴D的设置示例的示意图。如图4所示，假定光入射面54与基准轴D大致垂直地相交的点是分光器50的虚拟光入射口90。以在测量光M从虚拟光入射口90入射的情况下、该入射光M的一阶衍射光L入射至位于线传感器51的大致中央处的像素59t的方式来配置分光光学系统52并布置线传感器51。应当注意，假定的测量光M的波长不受限制，但是通常假定位于白色光W的波长带的大致中央处的波长的光(例如，绿色光G)。
因此，图3等所示的基准轴D与从虚拟光入射口90入射至分光光学系统52的测量光M的光轴(通过光束的中央的轴)F相对应。以在具有预定波长的测量光M从虚拟光入射口90入射至分光光学系统52的情况下、该入射光的衍射光L入射至线传感器51的预定像素59的方式来布置线传感器51并配置分光光学系统52。这包括在使用基准轴D作为基准布置线传感器51的情况下的分光光学系统52的结构中，当然不限于此。
如图3所示，在以基准轴D作为基准的状态下，在光入射面54的不同位置处形成第一光入射口53a和第二光入射口53b。将引导第一测量光M1的光纤33a连接至第一光入射口53a。将引导第二测量光M2的光纤33b连接至第二光入射口53b。因此，第一测量光M1从第一光入射口53a射出，并且第二测量光M2从第二光入射口53b射出。
第一测量光M1和第二测量光M2射出至分光器50的内部，以使得它们的光轴F1和F2变得与基准轴D平行。具体地，将光纤33a和33b分别连接至第一光入射口53a和第二光入射口53b，以使得它们的光轴F1和F2变得与图4所示的测量光M的光轴F大致平行。
此外，在相对于基准轴D相互对称的位置处设置第一光入射口53a和第二光入射口53b。具体地，第一光入射口53a和第二光入射口53b被设置成使得第一光入射口53a和第二光入射口53b相对于作为基准轴D和光入射面54的交点的虚拟光入射口90的距离变得相同。
此外，在沿与线传感器51的线方向相对应的预定方向的直线上设置第一光入射口53a和第二光入射口53b。具体地，在包括线方向和基准轴D的方向的平面(与图中的纸面平行的面)与光入射面54相交的直线上设置第一光入射口53a和第二光入射口53b。换句话说，在相对于基准轴D在大致垂直的方向上发生偏离的位置处设置第一光入射口53a和第二光入射口53b。
通过以这种方式配置分光光学系统52并布置线传感器51，可以分别将第一测量光M1和第二测量光M2的衍射光L1和L2射出至线传感器51的不同的第一光接收区域58a和第二光接收区域58b。
图5是用于说明第一光入射口53a和第二光入射口53b之间的距离的设置示例的示意图。例如，假定如下区域作为第一测量对象区域S1：从在射出具有最短波长的光λ1min作为第一测量光M1的情况下的线传感器51上的受光位置(像素)59m1到在射出具有最长波长的光λ1max的情况下的受光位置(像素)59M1为止的区域。
此外，例如，假定如下区域作为第二测量对象区域S2：从在射出具有最短波长的光λ2min作为第二测量光M2的情况下的线传感器51上的受光位置(像素)59m2到在射出具有最长波长的光λ2max的情况下的受光位置(像素)59M2为止的区域。
例如，适当设置第一光入射口53a和第二光入射口53b之间的距离，以使得在第一测量对象区域S1和第二测量对象区域S2彼此不重叠的情况下在线传感器51上设置第一测量对象区域S1和第二测量对象区域S2。因此，可以在线传感器51上明确且分开设置第一测量光M1和第二测量光M2(衍射光L1和L2)的受光区域。结果，可以基于受光位置来高精度地测量测量点Q1和Q2的位置。
应当注意，在本实施例中，图5所示的第一测量对象区域S1和第二测量对象区域S2分别与图3所示的第一受光区域58a和第二受光区域58b原样相对应。本发明不限于此，并且还可以配置分光光学系统52，以使得在线传感器51上设置第一受光区域58a和第二受光区域58b，并且第一测量对象区域S1和第二测量对象区域S2包括在这些区域中。
控制部70用作本实施例中的位置计算单元，并且基于从线传感器51接收到的信号来计算测量点Q1和Q2的位置。例如，将光学头10a和10b保持在预定基准位置，并且使白色光W向测量点Q1和Q2射出。然后，基于来自线传感器51的信号来计算使用该基准位置作为基准的测量点Q1和Q2的位置。
此外，可以分别计算光学头10a和测量点Q1之间的距离以及光学头10b和测量点Q2之间的距离作为测量点Q1的位置和测量点Q2的位置。此外，即使在测量点Q1和Q2移动的情况下，也可以基于来自线传感器51的根据该移动而输出的信号来计算测量点Q1和Q2的移动量(参见图1中的箭头Y)。
在测量点Q1和Q2的上方使用光学头10a和10b的情况下，可以计算测量点Q1和Q2的高度作为测量点Q1和Q2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10a和10b，并且计算该方向上的位置。
利用这种位置计算，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70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70。
图6是示出控制部70计算测量点Q1和Q2各自的位置的示例的图。首先，基于从线传感器51输出的信号来检测输出信号强度峰值的像素59的位置(峰像素位置)。峰像素位置与传感器所接收到的第一衍射光L1和第二衍射光L2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。
在本实施例中，将像素编号1～N/2设置为第一受光区域58a，并且将像素编号N/2～N设置为第二受光区域58b。因此，检测到像素编号1～N/2的范围内的峰像素位置处的第一像素编号PixN1以及像素编号N/2～N的范围内的峰像素位置处的第二像素编号PixN2。
基于所检测到的像素数，计算测量点Q1和Q2的位置(这里称为距离Dist)。如图6所示，参考第一光学头10a所用的校正表，根据第一像素编号PixN1来计算第一测量点Q1的距离Dist。此外，参考第二光学头10b所用的校正表，根据第二像素编号PixN2来计算第二测量点Q2的距离Dist。
第一光学头10a和第二光学头10b各自的校正表例如是通过使用定义了高度等的校正用工具执行校正(校准)而预先创建的，并且存储在控制部70的存储器等中。创建校正表的方法和创建定时等不受限制。
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第一像素编号PixN1和第二像素编号PixN2计算距离Dist。可选地，可以根据第一像素编号PixN1和第二像素编号PixN2来计算测量光M1和M2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。
在上述说明中，本实施例的光谱传感器100包括用于使用从光源部40射出的光进行测量的多个光学头10。从光学头10分别射出的测量光M1和M2由于衍射光栅56而发生衍射，并且分别向线传感器51的多个受光区域58a和58b射出。因此，可以分别基于线传感器51的多个受光区域58a和58b中的受光位置来计算多个测量点Q1和Q2的位置。结果，可以在无需增加衍射光栅56和线传感器51的数量的情况下，利用少量的组件来执行多点测量。
例如，通过根据光学头10的数量准备多个分光器50，可以基于各分光器50中的线传感器51的受光位置来执行同时测量多个测量点的多点测量。然而，在使用与光学头10的数量相同数量的分光器50的情况下，由于组件的数量的增加而导致的设备的增大和设备成本的增加等成为大问题。
在根据本技术的光谱共焦传感器100中，可以分别向单个线传感器51的不同的受光区域58a和58b射出多个测量光束M1和M2。换句话说，可以设置与各光学头10相对应的受光区域。因此，可以使用单个分光器50来实现多点测量，并且通过必要设备的削减、设备的小型化、设备的低成本化以及设置面积的减小来实现用户友好性的提高等。
作为分光器50，通过使用基准轴D作为基准来布置线传感器51并配置分光光学系统52，可以向线传感器51的不同的受光区域58a和58b射出测量光M1和M2。特别地，通过使用基准轴D作为基准在不同位置处设置多个光入射口53a和53b，可以容易地向多个受光区域58a和58b射出测量光M1和M2。
此外，通过在分光器50的光入射面54上设置虚拟光入射口90并且将从虚拟光入射口90入射的测量光M的光轴F设置为基准轴D，可以容易地配置分光器50。例如，针对被设计成仅一个测量光束M入射的分光器50，使用原始的光入射口作为基准来形成多个光入射口53a和53b。例如，多个光入射口53a和53b是在如上所述与原始入射光的光轴大致垂直的方向上发生偏离的状态下形成的。然后，使多个测量光束M1和M2以与原始入射光的光轴大致平行的方式入射。因此，可以更容易地配置根据本技术的多点测量所用的分光器50。
应当注意，在相对于基准轴D(虚拟光入射口90)相互对称的位置处设置多个光入射口53a和53b。具体地，沿着线传感器51的传感器方向(衍射光栅56的衍射方向)以相对于基准轴D变得对称的方式形成多个光入射口53a和53b。因此，可以容易地设计分光器50。例如，如图5所示，可以在第一光学头10a用的第一测量对象区域S1和第二光学头10b用的第二测量对象区域S2没有彼此重叠的情况下在传感器51上设置第一测量对象区域S1和第二测量对象区域S2。
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。
在上述说明中，说明了设置两个光学头的情况。根据本技术的光谱共焦传感器中所包括的光学头的数量不受限制，并且可以设置任意数量的光学头。例如，通过适当设计线传感器的配置和分光光学系统的结构等并且使从各光学头输出的测量光向线传感器上的不同受光区域射出，可以使用单个分光器来执行多点测量。
例如，可以通过2点测量来测量待测物体的倾斜。此外，可以通过3点测量来测量待测物体的表面方向。通过使用如上所述的本技术，可以执行各种多点测量。
图7是示出分光器的另一结构示例的示意图。经由光纤233a～233c将3个光学头连接至如图7所示的分光器250。光纤233a～233c分别连接至3个光入射口253a～253c，并且测量光M1～M3经由这些光入射口射出至分光器250的内部。
沿着与线传感器251的线方向相对应的方向设置光入射口253a～253c。在图7所示的示例中，在图4所示的虚拟光入射口90处形成测量光M2入射的光入射口253b。从光入射口253b入射的测量光M2的光轴F2变为预定的基准轴D。可以以这种方式使用一个测量光M2的光轴F2作为基准轴D来布置线传感器251并配置分光光学系统252。因此，可以容易地设计分光器250，当然这不限于此。
在上述说明中，已经说明了使用基准轴和来自虚拟光入射口的入射光的光轴等作为基准来布置线传感器并配置分光光学系统的示例。然而，布置方法和配置方法不限于这些方法，并且可以采用其它方法。可以采用任意方法，只要可以在线传感器的不同区域中设置各光学头所用的受光区域即可。
通过缩窄测量光的波长带，可以使各光学头所用的受光区域(测量对象区域)的大小变小。因此，受光区域的设置变得容易，并且可以增加光学头的数量、即作为测量对象的测量点的数量。
应当注意，在本技术中，还包括了在充分减少分光器的数量的同时使用多个光源的结构。例如，可以准备与光学头的数量相同的数量的LED等。可选地，还可以向预定数量的光学头分配一个LED等。同样在这种情况下，可以发挥以上所例示的各种效果。
在上述说明中，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21日提交的日本专利申请2016-206565的优先权，在此通过引用包含其全部内容。

Claims (11)

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；
多个光学头，用于将从所述光源部射出的所述多个光束会聚于不同的聚焦位置处，并且射出在所述聚焦位置处被测量点反射的测量光；
分光器，其包括：
线传感器，以及
光学系统，其包括用于使从所述多个光学头射出的多个测量光束发生衍射的衍射光栅，并且向所述线传感器的不同的多个受光区域射出通过所述衍射光栅所衍射的所述多个测量光束中的各个测量光束；以及
位置计算部，用于基于所述线传感器的所述多个受光区域各自的受光位置来计算作为所述多个光学头的测量对象的多个测量点各自的位置。
2.根据权利要求1所述的光谱共焦传感器，其中，
所述线传感器是在使用预定基准轴作为基准的情况下布置的，以及
所述光学系统是在使用所述预定基准轴作为基准的情况下配置的，并且所述光学系统包括所述多个测量光束入射的多个光入射口，其中所述多个光入射口在使用所述预定基准轴作为基准的情况下设置在不同位置处。
3.根据权利要求2所述的光谱共焦传感器，其中，
所述预定基准轴与在使所述测量光从所述分光器的虚拟光入射口入射至所述光学系统的情况下的光轴相对应。
4.根据权利要求2或3所述的光谱共焦传感器，其中，
所述多个光入射口被设置成从所述多个光入射口入射的所述多个测量光束各自的光轴变得与所述预定基准轴大致平行。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的光谱共焦传感器，其中，
所述多个光入射口设置在相对于所述预定基准轴相互对称的位置处。
6.根据权利要求3所述的光谱共焦传感器，其中，
所述多个光入射口设置在相对于所述虚拟光入射口相互对称的位置处。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的光谱共焦传感器，其中，
所述多个光入射口沿着与所述线传感器的线方向相对应的预定方向设置。
8.根据权利要求7所述的光谱共焦传感器，其中，
所述分光器包括设置有所述多个光入射口的光入射面，以及
所述多个光入射口设置在包括所述线方向和所述预定基准轴的方向的平面与所述光入射面相交的直线上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光谱共焦传感器，其中，
在针对所述多个光学头中的各光学头将如下区域假定为测量对象区域的情况下，所述多个受光区域与分别对应于所述多个光学头的多个测量对象区域相对应，其中，该区域是所述线传感器的从在射出所述多个光束中的具有最短波长的光作为所述测量光的情况下的受光位置到在射出具有最长波长的光作为所述测量光的情况下的受光位置为止的区域。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光谱共焦传感器，其中，
所述多个光学头是2个光学头或者3个光学头。
11.一种测量方法，包括以下步骤：
射出具有不同波长的多个光束；
通过多个光学头中的各光学头将所射出的所述多个光束会聚于不同的聚焦位置处，并且射出在所述聚焦位置处被测量点反射的测量光；
使从所述多个光学头射出的多个测量光束发生衍射，并且向线传感器的不同的多个受光区域射出衍射光束；以及
基于所述线传感器的所述多个受光区域各自的受光位置来计算作为所述多个光学头的测量对象的多个测量点各自的位置。
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