CN109506570B

CN109506570B - 位移传感器

Info

Publication number: CN109506570B
Application number: CN201811056644.7A
Authority: CN
Inventors: 千田直道; 节田和纪; 西田和史; 胜山纯
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: CN109506570A; JP2019052934A; US10634489B2; US20190078875A1; JP6743788B2; EP3460386A1; EP3460386B1

Abstract

位移传感器具有将线状的光线射出的线状光源、光束分离器、线传感器和成像透镜。所述线状光源相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而配置。所述成像透镜在与所述线状光源共轭的位置使所述线状光源的像相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而形成。所述光束分离器配置于所述线状光源和所述成像透镜之间。所述线传感器经由所述成像透镜和所述光束分离器，在与通过所述成像透镜形成的像共轭的位置，配置为所述成像透镜的光轴相对于由所述光束分离器反射出的光轴的垂线具有所述规定角度的倾斜度。

Description

位移传感器

技术领域

本发明涉及位移传感器。

本申请针对2017年9月14日申请的日本专利申请第2017－177107号而要求优先权，在这里引用其内容。

背景技术

提出了利用物镜的轴上色像差的共焦位移计。如上所述的共焦位移计将从白色光源射出的光经由光纤、光纤耦合器而引导至传感头。从光纤端向空间辐射出的光通过准直透镜变换为平行光，平行光通过色像差大的物镜而聚光至测定对象的工件的附近。射入至色像差大的物镜的光由于色像差，针对每个波长而结焦的位置不同。在工件上结焦的波长的光，在入射路径逆行而通过物镜成为平行光，通过准直透镜成像于光纤端。在此时的波长下，工件的位置和光纤端处于共焦的关系。另一方面，在与工件不同的位置结焦的波长的反射光，在射入至物镜后不成为平行光，因此没有通过准直透镜而成像于光纤端。在工件反射出的波长的光线在光纤端成像，在经过光纤通过光纤耦合器分支后，射入至光束分离器，对反射出的光的波长进行判定。波长结焦的距离进行预先测定，由此如果可知由工件反射而来的波长，则能够对工件和物镜的距离进行测定(例如，参照日本特开2011－39026号公报)。

此外，共焦(Confocal)是指将来自工件的表面的反射光通过检测器进行受光的光学系统，是设计为从光源照射出的照明光在工件的表面结焦时，其反射光也在检测器上合焦的光学系统。

在如上所述的共焦位移计中使用的光束分离器具有入射狭缝、衍射光栅及受光元件排成一列的线传感器。例如，从光纤导入的光从光束分离器的入射狭缝射入而通过衍射光栅向针对每个波长不同的方向衍射。通过衍射光栅衍射出的光分别在线传感器上在各自的位置成像。通过将线传感器上的元件的位置和波长的关系预先测定，从而能够基于线传感器的输出，知道反射而来的光的波长。

但是，在日本特开2011－39026号公报记载的技术中，共焦位移计具有色像差大的物镜和光束分离器。色像差大的物镜优选色像差相对于波长而线性地变化。如上所述的物镜设计难，因此在与一般性的成像透镜相比较的情况下，设计成本为高价，构造与一般性的成像透镜不同，因此制造成本也为高价。

另外，光束分离器需要确保入射狭缝、衍射光栅及线传感器的安装精度、尺寸、位置相对于温度、湿度的稳定性等，衍射光栅等光学元件不仅为高价，组装、调整等的制造成本也为高价。

如上所述，在日本特开2011－39026号公报记载的技术中的共焦位移计，由于色像差大的物镜、光束分离器而成本上升。另外，在日本特开2011－39026号公报记载的技术中，光源、色像差大的物镜、对波长进行检测的光束分离器各自独立，因此还存在位移计的小型化难以实现的课题。

发明内容

一种位移传感器，其对测定对象物的位移进行检测，具有：将线状的光线射出的线状光源、光束分离器、线传感器和成像透镜，所述线状光源相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而配置，所述成像透镜在与所述线状光源共轭的位置使所述线状光源的像相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而形成，所述光束分离器配置于所述线状光源和所述成像透镜之间，所述线传感器经由所述成像透镜和所述光束分离器，在与通过所述成像透镜形成的像共轭的位置，配置为所述成像透镜的光轴相对于由所述光束分离器反射出的光轴的垂线具有所述规定角度的倾斜度。

本发明的更多的特征及方式，通过参照附图，根据以下所述的实施方式的详细说明而明确可知。

附图说明

图1是表示第1实施方式所涉及的位移传感器的结构例的图，是从z轴的+侧观察的图。

图2是表示第1实施方式所涉及的位移传感器的结构例的图，是从y轴的+侧观察的图。

图3是第1实施方式所涉及的第1柱面透镜、第2柱面透镜及狭缝的结构例的斜视图。

图4是表示图1中的反射光的图。

图5是用于对相对于本实施方式所涉及的测定对象物为成像透镜的光轴即x轴不垂直的情况进行说明的图。

图6是对发生了潜入的情况下的反射光的光路例进行说明的图。

图7是表示发生了潜入的情况下的光量的例子的图。

图8是表示第1实施方式的第2变形例所涉及的位移传感器的结构例的图，是从z轴的+侧观察的图。

图9是表示第2实施方式所涉及的位移传感器的结构例的图，是从z轴的+侧观察的图。

图10是表示第2实施方式所涉及的狭缝轮的结构例的图。

具体实施方式

参照优选的实施方式对本发明的实施方式进行说明。本领域技术人员能够使用本发明的示教而实现本实施方式的很多替代方法，本发明并不限定于在这里说明的优选的本实施方式。

本发明的一个方式提供高精度、比以往低价、容易实现小型化的位移传感器。

下面，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。此外，在下面的说明所使用的附图中，为了将各部件设为能够识别的大小，将各部件的比例尺进行了适当变更。

[第1实施方式]

图1是表示本实施方式所涉及的位移传感器10的结构例的图，是从z轴的+侧观察的图。此外，在图1中，将反射光省略表示。图2是表示本实施方式所涉及的位移传感器的结构例的图，是从y轴的－侧观察的图。

如图1、图2所示，位移传感器10具有光源1、第1柱面透镜2、第2柱面透镜3、狭缝4、光束分离器5、线传感器6、成像透镜7及检测电路20。另外，线传感器6具有线传感器元件61。标号9是测定对象物(工件)。

此外，在本实施方式中，将光源1、第1柱面透镜2、第2柱面透镜3及狭缝4称为线状光源100。另外，在图1中，将成像透镜7的光轴方向设为x轴方向，将与x轴方向垂直的方向设为y轴方向。另外，将与xy平面垂直的方向设为z轴方向。此外，测定对象物9是与位移传感器10的光轴、成像透镜7的光轴即x轴垂直设置的。

光源1是例如将1个波长的平行的光束射出的激光源。光源1可以是将半导体激光通过准直透镜设为平行光的光源，也可以是HeNe(氦氖气)等气体激光等。另外，光源1的光轴和x轴所成的角为0度。在下面的说明中，对光源1是具有450nm的波长的蓝色半导体激光的例子进行说明。

第1柱面透镜2是在xy剖面具有曲率，zx剖面为平面的透镜。第1柱面透镜2将光源1射出的光聚光于z轴方向的直线上。另外，第1柱面透镜2的光轴和x轴所成的角为0度。

第2柱面透镜3是在zx剖面具有曲率，xy剖面为平面的透镜。第2柱面透镜3将透过第1柱面透镜2后的光聚光于y轴方向的直线上。另外，第2柱面透镜3的光轴和x轴所成的角为例如14度。即，如图1所示，第2柱面透镜3是在xy平面上相对于成像透镜7的光轴即x轴的垂线具有规定角度的倾斜度而设置的。该倾斜角度是基于线传感器元件61的长度、进行检测的位移的值。

狭缝4例如是在矩形的板由使光透过的狭缝区域41在y轴方向形成的。狭缝区域41的大小是例如y轴方向为16mm，z轴方向为0.02mm的矩形开口。狭缝4是例如在玻璃蒸镀金属而成的、或在不锈钢等金属的薄板通过蚀刻形成狭缝区域41而成的。向狭缝4射入透过第2柱面透镜3并聚光后的光，透过狭缝区域41的光射入至光束分离器5。另外，将第1柱面透镜2、第2柱面透镜3和狭缝区域41透过的光，如使用图3在后面所述，成为线状的光。另外，狭缝4也与第2柱面透镜3平行地设置，相对于x轴具有规定角度的倾斜度而设置。与x轴所成的角为例如14度。

由光源1、第1柱面透镜2、第2柱面透镜3及狭缝4构成的线状光源100如上所述，将线状的光射出。而且，向成像透镜7射入由线状光源100射出的线状的光。

光束分离器5在光源1侧形成有防反射膜，在成像透镜7侧形成有半透半反镜膜。光束分离器5使射入的光中的50％透过。即，图1、图2所示的光束分离器5是反射光和透过光之比为1：1的半透半反镜。光束分离器5在xy平面上相对于成像透镜7的光轴即x轴具有45度的倾斜度而设置。

线传感器6的线传感器元件61是例如2048个8×8μm的矩形的光检测元件在线上排列。另外，线传感器6设置有对线传感器元件61进行保护的保护玻璃。另外，线传感器元件61设置为，形成于线传感器6的像如后面所述与由狭缝4的狭缝区域41形成的像8在整个区域范围处于共焦的关系。另外，线传感器6配置为，成像透镜7的光轴相对于由光束分离器5反射出的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度。

成像透镜7例如是开口数NA大、倍率为1倍的两侧远心透镜。

标号8是由狭缝区域41形成的像，是成像透镜7进行成像的位置处的像。狭缝4相对于成像透镜7的光轴而倾斜地设置，因此像8也相对于成像透镜7的光轴即x轴而倾斜地形成。另外，点8a、8b、8c分别是像8中的焦点(成像)位置的例子。

检测电路20基于由线传感器6检测出的结果，对测定对象物9的位移进行检测。

图3是本实施方式所涉及的第1柱面透镜2、第2柱面透镜3及狭缝4的结构例的斜视图。

在图3中，标号1a是光源1射出的平行光的激光。激光1a通过第1柱面透镜2，如标号2a所示在z轴方向聚光于线上。而且，位置2a的光通过第2柱面透镜3，在y轴方向聚光于线上而聚光于狭缝区域41。

如图3所示，从光源1射出的激光1a射入至第1柱面透镜2。在这里，设为光源1的波长为450nm，激光1a的直径为2mm。第1柱面透镜2在xy平面具有曲率，因此在xy平面上聚光。通过第1柱面透镜2聚光的光的焦点的位置为位置2a。第1柱面透镜2在zx平面没有曲率，因此z轴方向的宽度仍为2mm，光束的宽度没有变化。

在该情况下，关于通过第1柱面透镜2聚光的位置2a处的光，y轴方向的宽度为几10μm，z轴方向的宽度为2mm。y轴方向的宽度是由来自光源1的平行光的平行度、第1柱面透镜2的曲率等决定的值。

从焦点的位置2a扩展的光束射入至第2柱面透镜3。在这里，第2柱面透镜3和狭缝4各自的相对于x轴的倾斜度为14度。该倾斜角度是使得能够由长度6mm、位移4mm(±2mm)的线传感器元件61进行检测的角度，相当于14.036度(＝tan-1(4/16))。

第2柱面透镜3在zx平面具有曲率，因此在zx方向聚光，维持第1柱面透镜2的焦点的位置2a处的扩展。

狭缝4配置于第2柱面透镜3的焦点位置。在这里，关于狭缝区域41的大小，是y轴方向为16mm，z轴方向为0.02mm的矩形开口。因此，从第2柱面透镜3射入至狭缝4的光线能够大致透过狭缝区域41。

如上所述，形成相对于成像透镜7的光轴即x轴倾斜14度的16mm×0.02mm的矩形的狭缝光。

此外，上述的各尺寸是一个例子，并不限定于此。

参照图1、图2，对透过狭缝4的光所涉及的光学系统的动作进行说明。

透过狭缝4的光，一半透过光束分离器5，一半进行反射。

在光束分离器5的光源侧形成有与光源1的波长相匹配的防反射膜，因此能够忽略光束分离器5的光源侧的面的反射。此外，反射光未图示，但优选在反射光行进的位置设置有未图示的反射防止机构、反射防止涂装，以使得向其他部件反射而不射入至线传感器6，。

将光束分离器5透过的光射入至成像透镜7。在这里，成像透镜7使狭缝区域41的像8在测定对象物9的附近以等倍率进行成像。此外，狭缝4的中心在成像透镜7的物侧焦点配置为，像8的中心成为成像透镜7的像侧焦点。在这里，如果使处于与成像透镜7的光轴即x轴垂直的面(物面)的物体在与x轴垂直的面成像，则能够使用通常的透镜(非远心透镜)而构成。但是，在本实施方式的情况下，狭缝4相对于x轴而倾斜，因此光轴方向的距离根据像高而不同。其结果，在本实施方式的光学系统中，需要在成像的横倍率的基础上考虑纵倍率。在通常的透镜(非远心透镜)中横倍率恒定，纵倍率与横倍率的平方成正比。因此，在成像透镜7使用通常的透镜的情况下，根据透镜的距离而倍率发生变化，因此通过狭缝4形成的像8不成为直线状。因此，在本实施方式中，在成像透镜7使用根据透镜的距离而成像的横倍率不变化的两侧远心透镜。另外，在本实施方式中，将成像透镜7的成像倍率设为等倍(1倍)。

如上所述成像的通过狭缝区域41形成的像8，与狭缝区域41一致。而且，在测定对象物9处于位移传感器10的测定范围的情况下，在像8的任意的场所(在图1中，例如点8a、8b、8c)相交叉。此外，在本实施例中像8的x轴方向的距离为±2mm。

如上所述，在本实施方式中，成像透镜7在与线状光源共轭的位置使线状光源的像相对于成像透镜7的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而形成。在这里，共轭是指形成像的对象和通过透镜成像的像的成像关系。

接下来，关于通过测定对象物9成像而反射的光，使用图4进行说明。

图4是表示图1中的反射光的图。在图4所示的例子中，测定对象物9和像8的交点为点8a。

在点8a处，狭缝区域41和测定对象物9是处于共焦的关系的位置，因此发生强的反射。另一方面，在其他位置(例如点8b、8c)处，像8的焦点和测定对象物9不一致，因此反射光变弱。

如图4所示，通过测定对象物9反射出的反射光透过成像透镜7，通过光束分离器5反射而射入至线传感器6。在该情况下，像8和线传感器元件61处于共焦的关系，像8中的点8a和线传感器元件61中的点6a处于共焦的关系。因此，在像8中的点8a的位置成像的光，成像于线传感器元件61的点6a的位置。在像8中在点8a以外的位置处焦点偏离，因此反射光弱，因此射入至线传感器元件61的光量与点6a相比较变弱。

如上所述，在本实施方式中，线传感器6经由成像透镜7和光束分离器5，在与通过成像透镜7形成的像共轭的位置，配置为成像透镜7的光轴相对于由光束分离器5反射出的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度。

检测电路20对线传感器元件61的各元件的受光光量进行检测。在本实施方式中，通过2048个元件对±2mm的位移进行检测，因此1个元件的位移相当于约2μm。由于是共焦的关系，因此共焦周围和与共焦点不共焦的位置处的光量差大，但光向周围稍微扩展。因此，检测电路20通过求出光量的重心、峰值，从而能够以1个元件(像素)的分解度(1/10个元件左右)求出反射光的位置。此外，检测电路20也可以在针对反射光的光量进行群集处理后求出重心、峰值。另外，检测电路20也可以使用受光强度和位置，例如将受光强度和位置之积的总和除以受光强度的总和而求出重心。

在这里，在成像透镜7不是完全的两侧远心透镜的情况下，狭缝区域41的像8有时不成为完全的直线。在如上所述的情况下，可以在测定对象物9的位置将校正用的板与x轴垂直地设置，一边使与成像透镜7的距离以所需的距离步进地移动，一边将线传感器元件61和距离的关联关系作为检测线而预先求出，存储于检测电路20。检测电路20基于所存储的线传感器元件61和距离的关联关系，能够对检测出的值进行校正而进行误差少的测定。

由此，根据本实施方式，通过将测定对象物9置于与成像透镜7的光轴垂直的平面，从而不如现有这样使用高价的色像差透镜、光束分离器，能够通过简单的光学系统实现能够得到与色像差式的位移传感器同等的分解度、精度的共焦位移计。

此外，共焦(Confocal)是指将来自测定对象物9的表面的反射光由作为检测器的线传感器6进行受光的光学系统，是设计为从光源照射出的照明光在测定对象物9的表面结焦时，其反射光也在检测器上合焦的光学系统。

＜第1实施方式的第1变形例＞

接下来，关于测定对象物9相对于成像透镜7的光轴即x轴不垂直的情况，使用图5进行说明。

图5是用于对本实施方式所涉及的测定对象物9相对于成像透镜7的光轴即x轴不垂直的情况进行说明的图。在图5所示的例子中，是测定对象物9a相对于y轴而角度倾斜θ的例子。在图5中，角度φ表示像8相对于y轴的倾斜度，与狭缝4的倾斜度是同样的，在这里设为14度。

在测定对象物9与x轴垂直地放置的情况下，在点8a处像8和测定对象物9相交叉。在该情况下，经过光轴和像8的交点的基准位置Sp和测定对象物9的位移为h₀。

另一方面，如图5所示，测定对象物9a相对于垂直于x轴的y轴，以与光轴的交点为中心而角度倾斜θ，因此像8和测定对象物9a的交点成为点8b的位置。在该情况下，被测定的基准位置Sp和测定对象物9a的位移为h。

倾斜度θ、位移h₀、h的关系如下式(1)进行表示。

【式1】

在这里，通过倾斜传感器21，对测定对象物9和位移传感器10的光轴之间的倾斜度的角度θ进行测定，由此能够基于式(1)而求出正确的位移h₀。在如上所述的情况下，检测电路20对式(1)进行存储。而且，检测电路20使用由倾斜传感器21测定出的测定值，对测定出的位移h进行校正而求出正确的位移h₀。

＜第1实施方式的第2变形例＞

接下来，在测定对象物9的表面为纸等纤维状的情况下，有时发生被称为潜入的现象而测定结果产生误差。关于如上所述的情况，使用图6和图7进行说明。图6是对发生了潜入的情况下的反射光的光路例进行说明的图。此外，图6示意地表示三角测量型位移传感器的光学系统，该三角测量型位移传感器的光学系统将光线向测定对象物照射，通过线传感器对来自测定对象物的反射光的角度进行测定而对测定对象物和位移传感器的距离进行测定。另外，图7是表示发生了潜入的情况下的光量的例子的图。在图7中，横轴表示线传感器6内的位置，纵轴表示受光强度。

在图6中，标号11是将光源辐射出的光线通过未图示的准直透镜设为平行光后的光线。标号12是测定对象物，例如是纸。标号13是通过潜入而产生的光(下面，称为潜入光)。标号14是聚光透镜。标号15是线传感器。标号16是在测定对象物12的表面将来自光源的光线11反射出的情况下的反射光。标号17是通过在测定对象物12的内部反射出的潜入光产生的反射光。

如果光线11照射至测定对象物12，则在测定对象物12的表面反射出的反射光经由聚光透镜14而在线传感器15的点15a的位置成像。测定对象物12为纸，因此光线11的一部分是在表面进行扩散，并且从纤维的间隙进入至纸的内部而扩散的光，即成为潜入光。该潜入光的一部分的反射光17经由聚光透镜14在与线传感器15的点15a不同的点15b的位置成像。

其结果，如图7所示，产生在测定对象物12的表面反射出的反射光16所涉及的受光强度p1的第1极大值和通过潜入光反射出的反射光17所涉及的受光强度p2的第2极大值。通过该潜入光反射出的反射光17所涉及的受光强度p2，根据构成纸的纤维的种类、状态、水分率、灰分率、涂层的有无等而不同，因此有时难以与表面的反射光16分离而成为测定误差的要因。

为了防止由如上所述的潜入光造成的影响，存在将光源1的光束直径相对于纸的纤维而充分地变大的方法，但在本实施方式的第2变形例中，通过将由狭缝区域41形成的像8增大，从而防止由潜入光造成的影响。

图8是表示第1实施方式的第2变形例所涉及的位移传感器10A的结构例的图，是从z轴的+侧观察的图。

第2变形例的位移传感器10A的基本结构与图1的位移传感器10相同，但如图8所示，在线传感器6近前还具有第3柱面透镜62。另外，狭缝4A的狭缝区域41A的形状是y方向的宽度为16mm，z方向的高度为0.5mm左右的矩形。而且，配置于使狭缝4A的配置远离第2柱面透镜3的焦点位置，光束的大小与狭缝区域41A的大小相比稍大的位置。

此外，在图8的变形例中，将光源1、第1柱面透镜2、第2柱面透镜3及狭缝4A称为线状光源100A。在图8的变形例中，也是线状光源100A将线状的光射出。而且，向成像透镜7射入由线状光源100A射出的线状的光。另外，在图8的变形例中，也是成像透镜7在与线状光源共轭的位置相对于成像透镜7的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而形成有线状光源的像。另外，在图8的变形例中，也是线传感器6经由成像透镜7和光束分离器5，在与通过成像透镜7形成的像共轭的位置，成像透镜7的光轴相对于由光束分离器5反射出的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而进行配置。

以使通过该狭缝区域41A形成的像8进行成像的方式对成像透镜7进行配置。在第2变形例中，像8A的大小成为与狭缝区域41A相同大小的16mm×0.5mm。

通过测定对象物9形成的反射路径与图4相同。在这里，在没有第3柱面透镜62的情况下，向线传感器元件61返回来的反射光的像的大小为16mm×0.5mm，比线传感器元件61的检测范围大。在这里，线传感器元件61的检测范围设为16mm×0.008mm。

因此，在第2变形例中，在线传感器6近前与线传感器6平行地设置第3柱面透镜62。而且，以第3柱面透镜62的焦点与线传感器元件61的检测范围一致的方式对第3柱面透镜62进行配置。由此，通过将反射光的高度为0.5mm的光束进行聚光而射入至0.008mm，从而能够使用高度方向的检测范围为0.008mm的线传感器元件61进行测定。

即，在第2变形例中，为了防止由潜入光造成的影响，通过将狭缝区域41A增大而将通过狭缝区域41A形成的像8A的大小与位移传感器10相比变大。并且在第2变形例中，在线传感器6的近前设置第3柱面透镜62。由此，根据第2变形例，即使测定对象物为纸等，也能够防止由潜入光造成的影响，高精度地进行测定。

此外，在本实施方式中，对在光源1使用激光源的例子进行了说明，但并不限定于此。光源1也可以是例如高压水银灯、白炽灯，发光二极管等。

在将这些用于光源1的情况下，并不限定于第1柱面透镜2、第2柱面透镜3，只要使用与光源1的种类相匹配的光学系统即可。在该情况下，是将狭缝区域41A的亮度尽可能地设为均一的亮度的光源和光学系统即可。

另外，对光源1为点光源的例子进行了说明，但并不限定于此。光源1也可以辐射区域为线状，例如面发光二极管、半导体激光器。在该情况下，2个柱面透镜、狭缝4只要是与光源相匹配地的光学系统即可。

另外，在实施方式中，对在照明光和反射光的分离使用半透半反镜即光束分离器5的例子进行了说明，但并不限定于此。也可以取代半透半反镜而将偏振光光束分离器用于光束分离器5。在该情况下，从光源1侧通过P偏振射入，在从偏振光光束分离器至测定对象物9之间，优选将四分之一波长板从偏振光光束分离器以相对于透过光的偏振方向呈45度的角度进行配置。通过如上所述构成，从而来自光源1的光束大致全部照射至测定对象物9，因此能够减少通过偏振光光束分离器反射的光量，杂散光的处理变得简单。其结果，来自测定对象物9的反射光，大致聚光于线传感器6，因此能够提高光的利用效率，能够使S/N提高。此外，在测定对象物9是对偏振赋予影响的部件的情况下，优选不将偏振光光束分离器，而是将半透半反镜用于光束分离器5。

另外，在实施方式中，作为成像透镜7，以两侧远心的等倍透镜为例进行了说明，但并不限定于此。作为成像透镜7，也能够使用非远心的透镜、非等倍的透镜等。在该情况下，测定对象物9附近的狭缝像不成为直线而弯曲，因此线传感器6的位置和位移的关系不成为直线。

因此，可以在检测电路20预先存储线传感器和位移的关系，对由检测电路20测定出的位移进行校正。

另外，在实施方式中，对作为对位移进行检测的检测器而使用线传感器6的例子进行了说明，但并不限定于此。也可以取代线传感器6，例如是CCD(Charge Coupled Device；电荷耦合元件)图像传感器、C－MOS(Complementary MOS)图像传感器。在使用CCD图像传感器、C－MOS图像传感器的情况下，针对小于或等于10μm的宽度的线传感器6，位置调整制度被放宽，能够得到调整行程变得简单的效果。

[第2实施方式]

在本实施方式中，对使线传感器6的对比度相对于位移传感器10进一步提高的例子进行说明。

图9是表示本实施方式所涉及的位移传感器10B的结构例的图，是从z轴的+侧观察的图。如图9所示，位移传感器10B具有光源1、第1柱面透镜2、第2柱面透镜3、狭缝4、光束分离器5、线传感器6、成像透镜7、检测电路20、狭缝轮30、电动机31及电动机驱动部22。另外，线传感器6具有线传感器元件61。此外，在具有与第1实施方式的位移传感器10相同功能的功能部，使用相同标号而省略说明。

如图9所示，在位移传感器10B中，在狭缝4和光束分离器5之间，具有与狭缝4平行的狭缝轮30。

狭缝轮30具有多个螺旋状狭缝，通过电动机31进行旋转。狭缝轮30例如在光学玻璃蒸镀有不使光透过的金属等，通过蚀刻等具有使光透过的多个螺旋状的狭缝。狭缝轮30安装于电动机31的旋转轴。狭缝轮30和x轴所成的角例如为14度。此外，关于狭缝轮30的构造例，使用图10在后面记述。

此外，在本实施方式中，将光源1、第1柱面透镜2、第2柱面透镜3及狭缝4称为线状光源100。此外，线状光源100也可以具有狭缝轮30。在本实施方式中，线状光源100也将线状的光射出。而且，向成像透镜7射入由线状光源100射出的线状的光。另外，在本实施方式中，成像透镜7也在与线状光源共轭的位置使线状光源的像相对于成像透镜7的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而形成。另外，在本实施方式中，线传感器6也经由成像透镜7和光束分离器5，在与由成像透镜7形成的像共轭的位置，配置为成像透镜7的光轴相对于由光束分离器5反射出的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度。

电动机驱动部22在位移的测定时，使电动机31以规定的旋转速度旋转。

电动机31通过电动机驱动部22进行旋转。

此外，电动机31可以设为具有对电动机31的旋转进行检测的编码器。在该情况下，检测电路20可以基于由编码器检测出的检测结果，创建相当于1/4旋转的脉冲，基于其脉冲，进行线传感器6的曝光。

接下来，对狭缝轮30的结构例进行说明。

图10是表示本实施方式所涉及的狭缝轮30的结构例的图。图10所示的例子的狭缝轮30形成有使光透过的4根螺旋状狭缝30a、30b、30c、30d的部分。

螺旋状狭缝30a、30b、30c、30d的狭缝宽度，是与狭缝4的狭缝区域41的开口的宽度大致同等的宽度。螺旋状狭缝30a、30b、30c、30d的间隔，例如设定为狭缝区域41的开口的长度的1/10。

在狭缝轮30向逆时针方向进行1/4旋转(90度)的情况下，螺旋以狭缝区域41的开口的长度的1/10，在狭缝区域41的开口的长度方向，从右向左移动而形成。

另外，4根螺旋状狭缝30a、30b、30c、30d成为4次对象，因此每进行90度旋转，形成为30a叠加于30b所存在的位置，30b叠加于30c所存在的位置，30c叠加于30d所存在的位置，30d叠加于30a所存在的位置。另外，4根螺旋状狭缝30a、30b、30c、30d形成为在2.5周旋转中从最内周到达至最外周。

在图10中，通过虚线形成的长方形表示位移传感器10B中的狭缝区域41。如上所述，在与狭缝区域41相对应的位置，沿狭缝区域41的开口的长度方向以等间隔存在10处。

在这里，在从图9的箭头A的方向观察的情况下，狭缝区域41的开口和螺旋状狭缝30a、30b、30c、30d的开口的叠加的部分成为大致正方形的微小开口。如果通过电动机驱动部22使电动机31以恒定速度进行旋转，则可看到沿狭缝区域41的开口的长度方向以等间隔存在10处的微小开口从右向左保持间隔不变而连续地移动。

该存在10处的微小开口对狭缝区域41的开口的1/10的长度进行扫描所花费的时间，等于狭缝轮30进行1/4旋转的时间。因此，线传感器6的曝光时间优选设为该时间的整数倍。由此，微小开口无论在哪，曝光时间都变得相同，能够防止根据场所的不同而亮度变化的发生。其结果，根据本实施方式，能够抑制合焦点以外的横行程，因此与第1实施方式的位移传感器10相比能够以大的对比度进行测定。

由此，与第1实施方式的位移传感器10同样地，根据本实施方式，通过将测定对象物9置于与成像透镜7的光轴垂直的平面，从而不像现有这样使用高价的色像差透镜、光束分离器，能够得到通过简单的光学系统实现与色像差式的位移传感器同等的分解度、精度的共焦位移计。

此外，在图9中，示出在图1的结构具有狭缝轮30、电动机31及电动机驱动部22的结构例，并不限定于此。在第1实施方式的变形例1、第1实施方式的变形例2(图8)的结构中，也可以具有狭缝轮30、电动机31及电动机驱动部22。

此外，在本实施例中示出通过固定的狭缝4和狭缝轮30的旋转对多个微小开口进行扫描的方法，但并不限定于此。例如，也可以将LED、O-LED(有机LED)等的芯片设为多个，搭载于狭缝4的狭缝区域41的开口部，对LED的点灯定时进行扫描。在该情况下，例如检测电路20可以对LED的点灯定时进行控制。

此外，在第2实施方式中，位移传感器10B的光源1也与第1实施方式同样地，可以是激光源、高压水银灯、白炽灯、发光二极管等。在将高压水银灯、白炽灯、发光二极管等用作光源1的情况下，并不限定于第1柱面透镜2、第2柱面透镜3，使用与光源1的种类相匹配的光学系统即可。在该情况下，是将狭缝区域41的亮度设为尽可能均一的亮度的光源和光学系统即可。另外，光源1可以是辐射区域为线状的例如面发光二极管、半导体激光器。在该情况下，2个柱面透镜、狭缝4是与光源相匹配的光学系统即可。

另外，在第2实施方式中，也可以取代半透半反镜而将偏振光光束分离器用于光束分离器5。在该情况下，从光源1侧通过P偏振射入，在从偏振光光束分离器至测定对象物9之间，优选将四分之一波长板从偏振光光束分离器相对于透过光的偏振方向呈45度的角度进行配置。

另外，在第2实施方式中，也作为成像透镜7，能够使用非远心的透镜、非等倍的透镜等。

另外，在第2实施方式中，也可以作为对位移进行检测的检测器而取代线传感器6，例如是CCD图像传感器、C－MOS图像传感器。

此外，将用于实现本发明中的检测电路20的功能的全部或者一部分的程序记录于计算机可读取的记录介质，使计算机系统读入在该记录介质中记录的程序，通过执行而进行由检测电路20进行的处理的全部或者一部分。此外，在这里所谓的“计算机系统”也可以是包含OS、周边仪器等硬件的结构。另外，“计算机系统”包含具有主页提供环境(或者显示环境)的WWW系统。

另外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、光磁盘、ROM、CD－ROM等可移动介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。并且，“计算机可读取的记录介质”是指如成为经由互联网等网络、电话线路等通信线路而发送出程序的情况下的服务器、客户端的计算机系统内部的易失性存储器(RAM)这样，包含以一定时间保存有程序的介质。

另外，上述程序也可以从将该程序储存于存储装置等的计算机系统，经由传送介质或者通过传送介质中的传送波，传送至其他计算机系统。在这里，对程序进行传送的“传送介质”是指，如互联网等网络(通信网)、电话线路等通信线路(通信线)这样，具有对信息进行传送的功能的介质。另外，上述程序也可以是用于实现前述的功能的一部分的程序。并且，也可以通过与将前述的功能已经记录于计算机系统的程序的组合而实现，可以是所谓的差分文件(差分程序)。

在本说明书中“前、后、上、下、右、左、垂直、水平、下、横、行以及列”等表示方向的词语提及的是在本发明的装置中的上述方向。因此，在本发明的说明书中的这些词语在本发明的装置中应相对性地进行解释。

“构成”这个词语为了执行本发明的功能而被构成、或者为了表示装置的结构、要素、部分而使用。

并且，在权利要求书中，作为“方法加功能”而表达表现的词语，是指应该包含为了执行本发明所包含的功能而能够利用的、应该包含所有构造在内的词语。

“单元”这个词被用于表示结构要素、单元、硬件、或表示为了执行希望的功能而编程的软件的一部分。硬件的典型例是设备、电路，但不限于此。

以上，对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明不限定于这些实施例。在不脱离于本发明的宗旨的范围内，能够进行结构的添加、省略、置换、以及其他变更。本发明不被所述的说明所限定，只被添附的权利要求书所限定。

Claims

1.一种位移传感器，其对测定对象物的位移进行检测，

该位移传感器具有将线状的光线射出的线状光源、光束分离器、线传感器和成像透镜，

所述线状光源相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而配置，

所述成像透镜在与所述线状光源共轭的位置使所述线状光源的像相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有规定角度的倾斜度而形成，

所述光束分离器配置于所述线状光源和所述成像透镜之间，

所述线传感器经由所述成像透镜和所述光束分离器，在与通过所述成像透镜形成的像共轭的位置，配置为使所述成像透镜的光轴相对于由所述光束分离器反射出的光轴的垂线具有所述规定角度的倾斜度，

所述位移传感器还具有：

倾斜传感器，其对所述测定对象物和该位移传感器的光轴即所述成像透镜的光轴之间的倾斜度进行检测；以及

检测电路，其基于由所述倾斜传感器检测出的倾斜度，对由该位移传感器测定出的位移进行校正。

2.根据权利要求1所述的位移传感器，其中，

所述线状光源还具有：

激光器；第1柱面透镜，其在所述激光器和所述光束分离器之间，与所述成像透镜的光轴垂直地配置；第2柱面透镜，其在所述第1柱面透镜和所述光束分离器之间，相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有所述规定角度的倾斜度而配置；以及狭缝，其在所述第2柱面透镜和所述光束分离器之间，与所述光束分离器平行且相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有所述规定角度的倾斜度而配置，

从所述激光器射出的光线通过所述第1柱面透镜和所述第2柱面透镜而形成平行光，透过所述狭缝从而形成所述线状的光。

3.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，

在所述光束分离器和所述线传感器之间还具有第3柱面透镜，

所述第3柱面透镜与所述线传感器平行且配置于前表面。

4.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，

还具有：

狭缝轮，其在紧挨着所述线状光源的之后设置多个狭缝，相对于所述成像透镜的光轴的垂线具有所述规定角度的倾斜度而配置；以及

电动机，其使所述狭缝轮进行旋转，

所述线传感器基于通过所述狭缝轮的旋转产生的反射光而对所述测定对象物的位移进行测定。

5.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，

所述成像透镜是倍率为1倍的两侧远心透镜。

6.根据权利要求2所述的位移传感器，其中，

如果将所述成像透镜的光轴方向设为x轴方向，将与所述x轴方向垂直的方向设为y轴方向，将与xy平面垂直的方向设为z轴方向，

则所述第1柱面透镜是在xy剖面具有曲率，zx剖面为平面的透镜。

7.根据权利要求6所述的位移传感器，其中，

所述第1柱面透镜将所述激光器射出的光聚光于所述z轴方向的直线上。

8.根据权利要求6或7所述的位移传感器，其中，

所述第1柱面透镜的光轴和所述x轴所成的角为0度。

9.根据权利要求2所述的位移传感器，其中，

则所述第2柱面透镜是在zx剖面具有曲率，xy剖面为平面的透镜。

10.根据权利要求9所述的位移传感器，其中，

所述第2柱面透镜将透过所述第1柱面透镜的光聚光于所述y轴方向的直线上。

11.根据权利要求9或10所述的位移传感器，其中，

所述第2柱面透镜在xy平面上相对于所述成像透镜的光轴即所述x轴的垂线具有规定角度的倾斜度而设置。

12.根据权利要求6或9所述的位移传感器，其中，

所述狭缝与所述第2柱面透镜平行地设置，相对于所述x轴具有规定角度的倾斜度而设置。

13.根据权利要求2所述的位移传感器，其中，

所述光束分离器在所述激光器侧形成有防反射膜，在所述成像透镜侧形成有半透半反镜膜。

14.根据权利要求2所述的位移传感器，其中，

所述光束分离器是偏振光光束分离器。

15.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，

所述成像透镜是非远心的透镜或者非等倍的透镜。

16.根据权利要求4所述的位移传感器，其中，

在所述狭缝轮形成的所述多个狭缝是螺旋状狭缝。

17.根据权利要求16所述的位移传感器，其中，

所述螺旋状狭缝的狭缝宽度是与所述狭缝的狭缝区域的开口同等的宽度。

18.根据权利要求17所述的位移传感器，其中，

所述狭缝区域的开口和所述螺旋状狭缝的开口的叠加的部分是大致正方形。

19.一种位移传感器，其对测定对象物的位移进行检测，

所述光束分离器配置于所述线状光源和所述成像透镜之间，

所述线状光源还具有：

从所述激光器射出的光线通过所述第1柱面透镜和所述第2柱面透镜而形成平行光，透过所述狭缝从而形成所述线状的光，

配置为所述狭缝的中心成为所述成像透镜的物侧焦点，所述像的中心成为所述成像透镜的像侧焦点。