CN109084686A - 共焦位移传感器 - Google Patents

Abstract

提供一种共焦位移传感器，其能够防止由于光学构件的球面像差造成的测量精度的降低。共焦位移传感器包括：投光用光源，其被构造为产生具有多个波长的光；销孔，其被构造为通过允许从投光用光源出射的光穿过而出射检测光；光学构件，其被构造为在经由销孔出射的检测光中产生轴向色像差并且使检测光朝向测量对象会聚；测量控制部，其被构造为基于在经由光学构件照射到测量对象的检测光中的在聚焦于测量对象的同时被反射穿过销孔的检测光来计算测量对象的位移；头壳体，其被构造为收纳销孔和光学构件。光学构件包括被构造为使检测光衍射的第一衍射透镜和被构造为使检测光折射的第一折射透镜。第一衍射透镜被布置为使非衍射面从头壳体暴露。

Description

共焦位移传感器

技术领域

本发明涉及共焦位移传感器(confocal displacement sensor)，更详细地，涉及对使用共焦光学系统测量测量对象的位移的共焦位移传感器的改善。

背景技术

共焦位移传感器是利用共焦原理(confocal principle)和轴向色像差现象(phenomenon of an axial chromatic aberration)对测量对象的位移进行测量的光学测量装置，其中，共焦原理是指将从形成光源的像的成像面上接收到的光以缩小光圈(stopdown)的方式形成为反射光，轴向色像差现象是在光源的像中发生光轴方向上的颜色漂移(color drift)的现象。

共焦位移传感器由作为点光源的使从光源发出的光射出的销孔、在经由销孔发出的检测光中引起轴向色像差并朝向测量对象会聚该检测光的光学构件、以及基于来自测量对象的反射光计算测量对象的位移的测量控制部构成。作为检测光，使用具有多个波长的光(例如，白光)。在经由光学构件照射在测量对象上的检测光中，销孔允许具有在聚焦于测量对象的同时被反射的波长的检测光穿过。

根据轴向色像差，各波长的成像面的位置不同。因此，通过使穿过销孔的检测光的波长特定来计算测量对象的位移。位移是在光轴方向上从预定的基准位置到测量对象的距离。通过计算位移能够测量表面上的凹凸的深度或高度、透明体的厚度等。

在以上说明的传统共焦位移传感器中，由于构成光学构件的光学透镜的球面像差(spherical aberration)根据检测光的波长成分而极为不同，所以球面像差仅能够相对于特定的波长成分最小化。因此，成像面上的像根据波长成分而模糊，并且测量精度降低。

发明内容

鉴于该情况作出了本发明，本发明的目的是提供能够防止由于光学构件的球面像差造成的测量精度的降低。特别地，本发明的目的是提供能够防止遍及宽波长带域的球面像差的共焦位移传感器。

根据本发明的第一方面的共焦位移传感器是使用共焦光学系统对测量对象的位移进行测量的共焦位移传感器。所述共焦位移传感器包括：投光用光源，其被构造为产生具有多个波长的光；销孔，其被构造为通过允许从所述投光用光源出射的光穿过而出射检测光；光学构件，其被构造为在经由所述销孔出射的所述检测光中产生轴向色像差并且使所述检测光朝向所述测量对象会聚；测量控制部，其被构造为基于在经由所述光学构件照射到所述测量对象上的所述检测光中的通过在聚焦于所述测量对象的同时被反射而穿过所述销孔的检测光来计算所述测量对象的位移；以及头壳体，其被构造为收纳所述销孔和所述光学构件。所述光学构件包括被构造为衍射所述检测光的第一衍射透镜和被构造为折射所述检测光的第一折射透镜。所述第一衍射透镜被布置为使非衍射面从所述头壳体暴露。

在该共焦位移传感器中，利用透镜中的球面像差的极性不同的事实来消除第一衍射透镜的球面像差和第一折射透镜的球面像差。因此，能够防止遍及宽波长带域的球面像差。

在本发明的第二方面中，除了以上说明的构造之外，在共焦位移传感器中，所述第一折射透镜可以由透镜面为非球面的非球面透镜构成。利用这样的构造，由于防止了第一折射透镜的球面像差，所以能够有助于包括第一衍射透镜的光学构件的光学设计。

在本发明的第三方面中，除了以上说明的构造之外，在共焦位移传感器中，所述光学构件可以包括与所述第一折射透镜基本上同轴地布置并且布置得比所述第一折射透镜靠近所述销孔侧的第二衍射透镜和/或第二折射透镜。

利用这样的构造，能够调整第一折射透镜以及第二衍射透镜或第二折射透镜中的球面像差。因此，能够进一步有助于包括第一衍射透镜的光学构件的光学设计。

在本发明的第四方面中，除了以上说明的构造之外，共焦位移传感器中可以进一步包括光纤线缆，所述光纤线缆包括用于将从所述投光用光源出射的光传送到所述头壳体的光纤，所述光纤的端面用作所述销孔。利用这样的构造，能够使头壳体设置为与投光用光源和测量控制部分离。

在本发明的第五方面中，除了以上说明的构造之外，在共焦位移传感器中，所述头壳体可以包括包围所述第一衍射透镜并且向所述测量对象侧突出得比所述非衍射面远的开口框架部。利用这样的构造，由于第一衍射透镜的非衍射面被开口框架部保护，所以能够例如在设置头壳体时防止第一衍射透镜的非衍射面被划伤或污染。

在本发明的第六方面中，除了以上说明的构造之外，在共焦位移传感器中，所述第一衍射透镜的所述非衍射面可以由玻璃材料形成，并且所述第一衍射透镜的具有起伏的衍射面由树脂材料形成。利用这样的构造，能够在防止第一衍射透镜的非衍射面损坏的同时有助于衍射面的形成。

根据本发明，利用透镜中球面像差的极性不同的事实来消除第一衍射透镜的球面像差和第一折射透镜的球面像差。因此，能够防止遍及宽波长带域的球面像差。因此，能够防止由于光学构件的球面像差造成的测量精度的降低。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施方式的共焦位移传感器的构造示例的系统图；

图2是示意性地示出图1中示出的头单元的构造示例的截面图；

图3是示出图2中示出的衍射透镜的构造示例的截面图；

图4A和图4B是示出图1中示出的投光用光源的构造示例的图；

图5是示意性地示出图1中示出的分光器的构造示例的说明图；

图6是示意性地示出瞳高与透镜的球面像差之间的关系的说明图；

图7A和图7B是示出涉及入射光的三个不同波长的瞳高与球面像差之间的关系的图；

图8是示意性地示出共焦位移传感器的另一构造示例的说明图；以及

图9是示意性地示出共焦位移传感器的另一构造示例并且示出透射型分光器的说明图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。在本说明书中，为了方便，将头单元的光轴方向说明为上下方向。然而，头单元的使用期间的姿势和方向不受限制。

共焦位移传感器1

图1是示出根据本发明的实施方式的共焦位移传感器1的构造示例的系统图。共焦位移传感器1是由头单元2、光纤线缆3和控制装置4构成的光学测量装置。该光学测量装置在检测光DL从头单元2发出时接收来自测量对象W的反射光并且对测量对象W的位移进行测量。

头单元2和控制装置4经由光纤线缆3彼此连接。光纤线缆3包括传送投光用的光的光纤31。在光纤线缆31的一端设置有连接器32。连接器32可拆卸地连接到控制装置4。

头单元2是朝向测量对象W出射检测光DL的光学单元。来自测量对象W的反射光入射到该光学单元。头单元2包括光学构件21，该光学构件21包括折射透镜211和衍射透镜212。光学构件21在经由光纤31的端面出射的检测光DL中引起轴向色像差并且使检测光DL朝向测量对象W会聚。轴向色像差是由于分散造成的、像在光轴方向上的颜色漂移。

在共焦位移传感器1中，经由光纤31将投光用的光传送到头单元2。通过从头单元2发出的检测光DL，在测量对象W上形成照射点。光纤31的出射端面具有允许从投光用光源41发出的光穿过以成为发出检测光DL的点光源的销孔的功能。光纤31的出射端面还具有如下的销孔的功能：该销孔允许检测光DL中的具有在聚焦于测量对象W的同时被反射的波长的检测光经由光学构件21照射在测量对象W上。

控制装置4是控制投光和受光并且基于与照射点对应的反射光计算测量对象W的位移的处理单元。控制装置4由投光用光源41、耦合器42、分光器43、测量控制部44和存储器45构成。投光用光源41是产生具有多个波长的光(例如，白光)作为投光用的光的光源装置。

耦合器42是朝向头单元2输出从投光用光源41输入的光、另一方面朝向分光器43输出从头单元2输入的检测光DL的定向耦合器。耦合器42是Y耦合器，两根光纤421和422从耦合器42的一端延伸并且光纤423从耦合器42的另一端延伸。

从投光用光源41出射的光被输入到光纤421的入射端并且经由光纤423和连接器32输出到光纤31。另一方面，由测量对象W反射的检测光DL经由光纤31和连接器32输入到光纤423，并且从光纤422的出射端朝向分光器43出射。

分光器43使穿过光纤31的出射端面的检测光DL光谱分散并且产生受光信号。测量控制部44基于分光器43的受光信号控制投光用光源41并且调节投光用的光的强度、接收反射光的曝光时间和放大受光信号的增益。

测量控制部44基于分光器43产生的受光信号计算测量对象W的位移并且将测量对象W的位移作为测量值输出到未示出的显示装置和未示出的外部装置。具体地，测量控制部44从分光器43获取代表各波长的受光强度的受光波形并且指定受光波形的峰位置、从而计算测量对象W的位移。峰位置是受光强度最大的像素位置。峰位置与特定波长对应。在存储器45中保留测量条件和各种修正信息。

注意，X耦合器可以被用作耦合器42。与Y耦合器相比，在X耦合器中容易防止端面的反射。这样的光纤耦合器是供多个光纤熔合的熔合型耦合器。然而，光纤耦合器可以是使用分束器(beam splitter)分光的类型的耦合器。

头单元2

图2是示意性地示出图1中示出的头单元2的构造示例的截面图。示出了沿着包括光轴J的平面切断的头单元2的切断面。头单元2由头壳体20、光学构件21和光纤箍22构成。

头壳体20是收纳光学构件21和光纤箍22的镜筒构件。头壳体20被形成为例如以光轴J为中心轴线的有盖圆筒状。头壳体20的直径沿着光轴J改变。头壳体20的前端侧是大直径部20a并且头壳体20的根侧是直径小于大直径部20a的直径的小直径部20b。小直径部20b是供支撑头单元2的夹具的金属配件安装的金属配件安装部。小直径部20b与光纤线缆3的前端之间的部分是连接部20c。

光学构件21由折射透镜211、衍射透镜212以及折射透镜213和214构成。折射透镜213、214和211以及衍射透镜212依次排列。

折射透镜211、213和214是利用光折射现象使入射光集中或扩散的光学透镜。折射透镜211、213和214使经由光纤31的出射端面发出的检测光DL折射。

折射透镜211是非球面透镜，与中心轴线交叉的两个透镜表面中的至少一个透镜表面由非球面的曲面形成。非球面透镜是与球面透镜相比球面像差小的光学元件。折射透镜211布置成处于中心轴线与光轴J一致的状态。上侧的透镜面具有凸面形状，下侧的透镜面具有平坦面形状。

衍射透镜212是利用光衍射现象使入射光集中或扩散的光学元件。衍射透镜212使经由光纤31的出射端面出射的检测光DL衍射。衍射透镜212是浮凸型(relief-type)衍射透镜。供检测光DL入射的上侧的透镜面是衍射面KS。衍射面KS上形成有微细的浮凸(起伏)。浮凸的光轴方向上的深度接近光的波长。在浮凸中布置有以光轴J为中心的多个圆环状图案。衍射透镜212的下侧的透镜面是平坦的非衍射面FS。注意，可以使用通过改变光在以光轴为中心的径向上的透射率而形成的振幅型衍射透镜作为衍射透镜212。

在光学构件21中，衍射透镜212被布置为与折射透镜211基本上同轴并且被布置于距光纤31的出射端最远的位置。衍射透镜212被布置为使非衍射面FS经由头壳体20的投光用开口20d暴露。投光用开口20d是大直径部20a的下端开口。衍射面KS与折射透镜211的平坦透镜面相对。

通过以非衍射面FS从头壳体20暴露且衍射面KS指向头壳体20的内部的方式布置衍射透镜212，能够防止诸如灰尘的异物粘附到衍射面KS并且防止衍射面KS被划伤。因此，不需要在测量对象侧布置比衍射透镜212远的保护用的透镜和盖玻璃。因此，能够获得令人满意的光学特性。

在头壳体20的大直径部20a，设置有包围衍射透镜212且比衍射透镜212的非衍射面FS向测量对象W侧突出得远的开口框架部20e。开口框架部20e被形成为这样的形状：头壳体20的包围衍射透镜212的部分沿着光轴J延伸并且沿着衍射透镜212的非衍射面FS延伸到径向上的内侧。

通过设置这样的开口框架部20e，衍射透镜212的非衍射面FS被开口框架部20e保护。因此，当设置头壳体20时，能够防止衍射透镜212的非衍射面FS被划伤和污染。

折射透镜213和214与折射透镜211基本上同轴地布置并且布置得比折射透镜211靠光纤31的出射端侧。折射透镜213是与光纤31的出射端相对的光学透镜。在光学构件21中，折射透镜213被布置于距光纤31的出射端最近的位置。折射透镜213以中心轴线与光轴J一致的状态被布置于小直径部20b。上侧的透镜面具有平坦面形状。下侧的透镜面具有凹面形状。

折射透镜214是与折射透镜213相对的光学透镜并且与折射透镜213基本上同轴地布置。上侧的透镜面具有平坦面形状。下侧的透镜面具有凸面形状。

折射透镜214和211以及衍射透镜212被布置于大直径部20a。注意，所有的折射透镜211、213和214均为单透镜。然而，折射透镜211、213和214可以均为通过组合多个光学透镜获得的双合透镜或镜头组。用于保护的盖玻璃、附件或透明膜可以布置得比衍射透镜212靠测量对象侧。

光纤箍22是保持构成光纤线缆3的光纤31的保持构件。通过树脂构件保持光纤31的出射端。光纤箍22被布置为从头壳体20的顶盖部向下侧突出。

光纤31由芯和包层构成。芯的端面具有销孔的功能。即，与布置有光纤31的出射端的空间相比，光纤31的芯的端面具有足够小的直径。光纤31的芯的端面能够选择性地允许经由光学构件21入射的光穿过。折射透镜211、213和214布置于光纤箍22与衍射透镜212之间。光纤31的出射端面和光学构件21构成共焦光学系统。

共焦光学系统利用共焦原理使所接收的光经受缩小光圈处理并且在检测光DL中引起轴向色像差。因此，从光纤31的出射端面射出并透过光学构件21传送的检测光DL根据波长聚焦在上下方向上的不同位置处。在检测光DL中所包括的波长成分中，聚焦于测量对象W的特定波长成分被测量对象W反射。该特定波长成分的反射光透过光学构件21传送并且聚焦于光纤31的出射端面。另一方面，对应于除特定波长成分之外的波长成分的反射光被遮挡而不聚焦于光纤31的出射端面。

在共焦位移传感器1中，为了防止测量精度因受在光纤31的出射端面上反射的光的影响而降低，光纤箍22的出射端面22a被倾斜地加工。即，出射端面22a被形成为相对于与光纤箍22的中心轴线垂直的平面倾斜的倾斜面。通过例如研磨形成出射端面22的倾斜。考虑到在检测光DL穿过光纤31的出射端面时所发生的折射，光纤箍22被布置为其中心轴线相对于光轴J倾斜。

从头单元2到测量对象W的距离为例如大约10mm至70mm。测量范围MR为大约1mm至20mm。测量范围MR对应于检测光DL的带域宽度(band width)。为了确保宽的测量范围MR，使用宽带域的检测光DL。检测光DL包括例如500nm至700nm的波长成分。

衍射透镜212

图3是示出图2中示出的衍射透镜212的构造示例并且示出沿着包括光轴J的平面切断的衍射透镜212的切断面的截面图。衍射透镜212通过平板形成，通过在由玻璃材料形成的玻璃基板GL上形成由树脂材料形成的树脂层RJ来获得该平板。玻璃基板GL的下表面为非衍射面FS。通过在树脂层RJ的上表面以同心圆状加工起伏来形成衍射面KS。

由于与树脂面相比，玻璃面具有高硬度，所以能够防止损坏非衍射面FS。另一方面，与玻璃面相比，树脂面容易加工。因此，能够在防止损坏衍射透镜212的非衍射面FS的同时有助于衍射面KS的形成。

投光用光源41

图4A和图4B是示出图1中示出的投光用光源41的构造示例的图。在图4A中，示出了投光用光源41的侧面。在图4B中，示出了沿着A-A切断线切断的投光用光源41的切断面。投光用光源41是使激光照射于荧光体并引起荧光体产生白光的光源装置。投光用光源41由发光元件411、配线基板412、元件保持件413、集光透镜414、透镜保持件415、箍416、箍夹持件417、荧光体50、框体51以及滤波器元件52构成。

发光元件411是诸如激光二极管(LD)的半导体发光元件。发光元件411产生具有单波长的激光。发光元件411以发光部在水平方向上向前指向的状态布置于配线基板412。例如，发光元件411产生波长为450nm以下的蓝光或紫外光。元件保持件413是保持配线基板412的构件。元件保持件413从背面侧插入透镜保持件415。

集光透镜414是使从发光元件411发射到光纤421的入射端的激光集中的光学构件。集光透镜414被布置为与发光元件411相对。透镜保持件415是保持集光透镜414的镜筒。透镜保持件415在集光透镜414前方直径减小。箍416是供光纤421的入射端嵌入的圆筒状连接构件。该圆筒状连接构件在前后方向上延伸。箍夹持件417是用于固定从前面侧插入透镜保持件415的缩径部的箍416的有底圆筒状构件。箍夹持件417以圆筒部被置于缩径部的外周面的状态安装到透镜保持件415。

荧光体50是由从发光元件411射出的激光激发以产生具有与激光不同的波长的荧光的发光体。荧光体50以荧光体50的外周面被框体51保持并且荧光体50被设置为与光纤421的入射端面接触的状态布置于透镜保持件415。例如，荧光体50在蓝色激光的照射下产生黄色荧光。注意，荧光体50可以由两种以上荧光材料形成。例如，荧光体50由在蓝色激光的照射下产生绿色荧光的荧光材料和在蓝色激光的照射下产生红色荧光的荧光材料形成。

滤波器元件52是使从发光元件411发出的激光透过并且使从荧光体50发出的荧光反射的光学构件。滤波器元件52被布置为覆盖框体51的发光元件侧的表面。通过混合从发光元件411发出的激光和从荧光体50发出的荧光而获得的具有多个波长的光被入射到光纤421的入射端。

投光用光源41被构造为使通过混合从发光元件411发出的激光和从荧光体50发出的荧光混合而获得的光直接入射到光纤421的入射端。通过使用这样的光纤型光源，能够简化到头单元2与控制装置4之间的光纤线缆3的连接。

注意，可以使用在宽的带域中产生光的光源作为投光用光源41，例如，卤素灯、产生超连续(SC)光的SC光源或者超发光二极管(SLD)。投光用光源41可以是普通白色LED。SC光源通过利用脉冲激光的非线性光学效应在连续且宽的带域中产生激光。

分光器43

图5是示意性地示出图1中示出的分光器43的构造示例的说明图。示出了反射型的分光器43。分光器43由准直透镜431、衍射光栅432、成像透镜433和图像传感器434构成。分光器43使从耦合器42的光纤422的出射端出射的检测光DL光谱分散。

光纤422的出射端、衍射光栅432和图像传感器434被布置为指向例如水平方向。准直透镜431是用于获得平行光的光学透镜。准直透镜431被布置为与光纤422的出射端面相对。

衍射光栅432是根据波长以不同的角度反射检测光DL的反射型颜色分散元件。衍射光栅432被形成为平坦形状。成像透镜433将通过衍射光栅432光谱分散的检测光DL聚焦在图像传感器434上。注意，准直透镜431和成像透镜433都是单透镜。然而，准直透镜431和成像透镜433均可以是通过将多个光学透镜组合而获得的双合透镜。

图像传感器434是例如在水平方向上延伸的一维行图像传感器。在图像传感器434上线性地排列有大量光接收元件。通过光接收元件的受光信号形成受光波形。注意，二维地排列有大量光接收元件的成像元件可以被用作图像传感器434。

为了防止入射到图像传感器434的光在受光面正反射(regularly reflected)、被衍射光栅432反射并且被再次接收，衍射光栅432被布置为从衍射光栅432正对图像传感器434的受光面的状态稍微倾斜。注意，可以使用棱镜使检测光DL光谱分散。

图6是示意性地示出透镜的球面像差x与瞳高之间的关系的说明图。因为沿着光轴入射的光被透镜面折射并且聚焦于取决于瞳高的不同位置，所以使透镜的球面像差x在光轴上偏离。瞳高是入射光的入射高度并且对应于距透镜的光轴(中心轴线)的距离。当聚焦位置相对于光轴上的基准点出现在远离透镜的那侧时，修正过量。球面像差x具有正极性。另一方面，当聚焦位置相对于光轴上的基准点出现在靠近透镜的那侧时，修正不足。球面像差x具有负极性。

例如，在凸透镜的情况下，大瞳高(瞳高“b”)处入射光的聚焦位置在透镜侧形成得比小瞳高(瞳高“a”)处入射光的聚焦位置远。球面像差x小于0(<0)。取决于入射光的波长，球面像差x不同。

图7A和图7B是示出涉及入射光的三个不同波长的球面相差x与瞳高之间的关系的图。以纵向像差显示形式示出了针对各瞳高的球面像差x。在纵向像差显示形式中，横轴代表球面像差x并且纵轴代表瞳高。

在图7A中，示出了在衍射透镜212的情况下的关系。在衍射透镜212的情况下，球面像差x具有正极性并且随着瞳高的增加而增加。入射光的波长越大，球面像差x越小。各波长处球面像差x的最大值x1至x3处于x1<x2<x3的关系。

在图7B中，示出了在折射透镜211、213和214的情况下的关系。在折射透镜211、213和214的情况下，球面像差x具有负极性并且随着瞳高增加而增加。入射光的波长越大，球面像差x越小。各波长处球面像差x的绝对值的最大值(-x4)至(-x6)处于(-x4)<(-x5)<(-x6)的关系。

如果与测量范围MR对应的波长带域被称为使用波长域，则衍射透镜212对波长在使用波长域之外的入射光来说最优。即，衍射透镜212在光学上被设计为使得球面像差x相对于波长大于使用波长域的入射光尽可能小到接近0。

当使用这样的衍射透镜212时，球面像差x的极性在衍射透镜212以及折射透镜211、213和214中不同，并且在各波长处的球面像差x的绝对值为相同的程度。因此，能够遍及使用波长域消除折射透镜211、213和214的球面像差x。

利用透镜的光学设计，难以完全去除折射透镜211、213和214的球面像差x。因此，期望的是使折射透镜211、213和214与在使用波长域外最优的衍射透镜212组合。

根据该实施方式，利用在透镜中球面像差x的极性不同的事实消除衍射透镜212以及折射透镜211、213和214的球面像差x。因此，能够防止遍及宽波长带域的球面像差x。

由于防止了折射透镜211的球面像差x，所以能够有助于包括衍射透镜212的光学构件21的光学设计。特别地，由于能够根据折射透镜211、213和214调节球面像差x，所以能够进一步有助于光学构件21的光学设计。

注意，在该实施方式中，说明了光学构件21由衍射透镜212以及折射透镜211、213和214构成的示例。然而，本发明不将光学构件21的构造限制于此。例如，光学构件21可以由两个以上衍射透镜和一个以上折射透镜构成。

图8是示意性地示出共焦位移传感器1的另一构造示例的说明图。示出了包括两个衍射透镜212和216以及两个折射透镜215和217的头单元2。头单元2中的光学构件21由衍射透镜212和216以及折射透镜215和217构成。

衍射透镜212、折射透镜215、衍射透镜216和折射透镜217依次排列。折射透镜215和217是折射检测光的光学透镜。

衍射透镜212与折射透镜215基本上同轴地布置并且在光学构件21中被布置于最远离光纤31的出射端的位置。衍射透镜216是与图2中示出的衍射透镜212相同的光学元件。衍射透镜216在中心轴线与光轴J一致的状态下被布置为比折射透镜215靠近光纤31的出射端侧。折射透镜217是与光纤31的出射端相对的光学透镜并且在光学构件21中被布置于距光纤31的出射端最近的位置。

以衍射透镜212和216的球面像差在遍及使用波长域中被消除的方式使衍射透镜212和216最优化。以轴向色像差和球面像差减小的方式设计折射透镜215和217。期望的是衍射透镜212和216在使用波长域的中心波长处被最优化，以减少消除程度。

在该实施方式中，说明了反射型分光器43的示例。然而，本发明不将分光器的构造限制于此。例如，可以使用根据透射角度使入射光光谱分散为不同的波长成分的透射型分光器。

图9是示意性地示出共焦位移传感器1的另一构造示例并且示出透射型的分光器43a的说明图。分光器43a与图5中示出的分光器43不同之处在于衍射光栅435是透射型的。衍射光栅435是根据透射角度使入射光光谱分散为不同的波长成分的颜色分散元件。

从光纤422的出射端出射的检测光DL经由准直透镜431入射到衍射光栅435。透过衍射光栅435的检测光DL经由成像透镜433入射到图像传感器434。

在该实施方式中，说明了使得用于将投光用光源41的光传送到头单元2的光纤31的端面具有共焦光学系统的销孔的功能。然而，本发明还能够应用到在不使用光纤的情况下将投光用光源的光引导到销孔并且将被测量对象W反射且穿过销孔的检测光引导到分光器43的共焦位移传感器。

Claims (9)

1.一种共焦位移传感器，其使用共焦光学系统对测量对象的位移进行测量，所述共焦位移传感器包括：

投光用光源，其被构造为产生具有多个波长的光；

销孔，其被构造为通过允许从所述投光用光源出射的光穿过而出射检测光；

光学构件，其被构造为在经由所述销孔出射的所述检测光中产生轴向色像差并且使所述检测光朝向所述测量对象会聚；

测量控制部，其被构造为基于在经由所述光学构件照射到所述测量对象上的所述检测光中的通过在聚焦于所述测量对象的同时被反射而穿过所述销孔的检测光来计算所述测量对象的位移；以及

头壳体，其被构造为收纳所述销孔和所述光学构件，其中，

所述光学构件包括被构造为衍射所述检测光的第一衍射透镜和被构造为折射所述检测光的第一折射透镜，并且

所述第一衍射透镜被布置为使非衍射面从所述头壳体暴露。

2.根据权利要求1所述的共焦位移传感器，其特征在于，所述第一折射透镜由透镜面为非球面的非球面透镜构成。

3.根据权利要求1所述的共焦位移传感器，其特征在于，所述光学构件包括与所述第一折射透镜基本上同轴地布置并且布置得比所述第一折射透镜靠近所述销孔侧的第二衍射透镜和/或第二折射透镜。

4.根据权利要求1所述的共焦位移传感器，其特征在于，所述共焦位移传感器还包括光纤线缆，所述光纤线缆包括用于将从所述投光用光源出射的光传送到所述头壳体的光纤，所述光纤的端面用作所述销孔。

5.根据权利要求1所述的共焦位移传感器，其特征在于，所述头壳体包括包围所述第一衍射透镜并且向所述测量对象侧突出得比所述非衍射面远的开口框架部。

6.根据权利要求1所述的共焦位移传感器，其特征在于，所述第一衍射透镜的所述非衍射面由玻璃材料形成，并且所述第一衍射透镜的具有起伏的衍射面由树脂材料形成。

7.根据权利要求4所述的共焦位移传感器，其特征在于，所述头壳体包括包围所述第一衍射透镜并且向所述测量对象侧突出得比所述非衍射面远的开口框架部。

8.根据权利要求4所述的共焦位移传感器，其特征在于，所述第一衍射透镜的所述非衍射面由玻璃材料形成并且所述第一衍射透镜的具有起伏的衍射面由树脂材料形成。

9.根据权利要求5所述的共焦位移传感器，其特征在于，所述第一衍射透镜的所述非衍射面由玻璃材料形成并且所述第一衍射透镜的具有起伏的衍射面由树脂材料形成。