CN111684244A - 波长检测装置及共焦点测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在利用了使用光学滤波片的分光方式的波长检测装置中，能够在将作为测定对象的波长范围维持得宽的同时提高波长检测精度的技术。波长检测装置(10)包括：多个光学滤波片(12a、12b)；分割部件(11)，将光分割后使其通过多个光学滤波片(12a、12b)；多个受光元件(13a、13b)，对多个光学滤波片中的各者中通过的光的强度进行检测；运算部(16)，根据多个受光元件的输出，导出与多个光学滤波片的透过率相关的物理量，并且基于多个光学滤波片的与透过率相关的物理量跟光的波长的关系即透过率特性，导出通过多个光学滤波片的光的波长，所述波长检测装置(10)中，多个光学滤波片中的各者的透过率特性在作为测定对象的波长范围中的不同波长范围内具有倾斜部分。

Description

波长检测装置及共焦点测量装置

技术领域

本发明涉及一种对光的波长进行检测的波长检测装置、及具备波长检测装置的共焦点测量装置。

背景技术

专利文献1中公开了一种以非接触方式对测量对象物的位移进行测量的测量装置中，利用共焦点光学系统来对测量对象物的位移进行测量的共焦点测量装置。专利文献1中所公开的共焦点测量装置包括：白色发光二极管(Light Emitting Diode，LED)21；衍射透镜1，使从白色LED 21出射的光沿着光轴方向产生色差；物镜2，比衍射透镜1更靠测量对象物200侧配置，将通过衍射透镜1而产生色差的光聚光至测量对象物200；针孔，使由物镜2聚光的光中在测量对象物200中聚焦的光通过；以及波长测定部，测定通过针孔的光的波长，衍射透镜1的焦距设定得比从衍射透镜1至物镜2的距离与物镜2的焦距之差大。

而且，在专利文献2中公开的光波长监视装置中，将光信号的入射光100通过光分配器101分配为多个光，根据入射波长，使经分配的所述多个光的一部分从透过的比例不同的光学滤波片103中透过，并由各受光器105、107接收所述透过光与不透过光学滤波片103的非透过光并将其转换为电压信号。继而，由比较运算器109，以这些电压信号为基础来计算出透过光与非透过光的各自的光强度之比，并以此强度比为基础计算出入射光100的波长。

在专利文献1中记载的共焦点测量装置中，记载有使用衍射光栅与线互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)来进行分光，并测量位移的方面。然而，在使用了线CMOS的情况下，存在CMOS的信息的读出需要时间，测量时间变长的不良状况。就这方面来说，也可以说采用使用光学滤波片的分光方式是有利的。

另一方面，专利文献2中记载的光波长监视装置的基本原理可像图9所示那样来说明。即，在光波长监视器中，利用光学滤波片等光分配器101将入射光分割为多个光。然后，使一部分光通过光的波长与透过率的关系已知的光学滤波片103，并由受光器107来检测强度。将另一部分光在不通过光学滤波片的情况下，由受光器105来检测强度。然后，例如通过将受光器107的输出除以受光器105的输出，而导出光的透过率T。根据所导出的光的透过率T与像图9(b)所示那样的已知的光的波长与透过率的关系而导出入射光的波长。

然而，在这种技术中，波长检测精度σ可像以下的(1)式那样来表示。

[数1]

此处，SN是没有光学滤波片的光受光器的SN比，T是透过率，λ是波长。即，波长检测的精度与光学滤波片103中的透过率T的变化相对于波长λ的变化的斜率(dT/dλ)成反比例。因此，存在当为了提高波长检测的精度而加大(dT/dλ)时，波长的可测定范围变窄的关系，从而存在难以兼顾波长的可测定范围的课题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-208102号公报

专利文献2：日本专利特开2002-71459号公报

专利文献3：日本专利特开平06-58817号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是鉴于上述那样的问题而成，目的在于提供一种在利用了使用光学滤波片的分光方式的波长检测装置中，能够在将作为测定对象的波长范围维持得宽的同时提高波长检测精度的技术。

解决问题的技术手段

用于解决所述课题的本发明是一种波长检测装置，其包括：

多个光学滤波片；

分割部件，将光分割后使其通过所述多个光学滤波片；

多个受光元件，检测所述多个光学滤波片中的各者中通过或者由所述多个光学滤波片中的各者反射的光的强度；以及

运算部，根据所述多个受光元件的输出，导出与所述多个光学滤波片的透过率相关的物理量，并且基于所述多个光学滤波片的与透过率相关的物理量跟光的波长的关系即透过率特性，导出通过所述多个光学滤波片的光的波长，

所述波长检测装置的特征在于，

所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性在作为测定对象的波长范围中的不同波长范围内具有倾斜部分。

如上所述，本发明的波长检测装置将光分割后使其通过多个光学滤波片或者由多个光学滤波片来反射。然后，由多个受光元件对多个光学滤波片中的各者中通过或由多个光学滤波片反射的光的强度进行检测。然后，由运算部根据多个受光元件的输出，导出与多个光学滤波片的透过率相关的物理量，并且基于多个光学滤波片的已知的透过率特性，导出通过多个光学滤波片的光的波长。

此处，在本发明中，各光学滤波片的透过率特性在作为测定对象的波长范围中的不同波长范围内具有倾斜部分。即，作为多个光学滤波片整体，在作为测定对象的波长范围中的不同波长范围内具有与光学滤波片的数量相应的倾斜部分。

据此，作为装置，能够使用透过率特性中的设置于不同波长范围的多个倾斜部分来检测光的波长。如此，与使用对于作为测定对象的波长范围具有单一的倾斜部分的透过率特性来检测波长的情况相比，可在将作为测定对象的波长范围维持得广的同时，使倾斜部分的倾斜角更陡峭。并且，通过使用透过率特性中的更陡峭的倾斜部分来进行波长的检测，可更明确地确定波长的值。其结果，能够进一步提高波长检测的精度。

另外，本发明中与透过率相关的物理量可以是透过率也可以是反射率。并且，可以是将透过光学滤波片后的光量或光强度除以透过光学滤波片前的光量或光强度而得到的值，也可以是通过分别对透过光学滤波片前的光量或光强度与透过光学滤波片后的光量或光强度进行对数转换，取差分而得到的值。或者，可以是将由光学滤波片反射后的光量或光强度除以由光学滤波片反射前的光量或光强度而得到的值，也可以是通过分别对由光学滤波片反射前的光量或光强度与由光学滤波片反射后的光量或光强度进行对数转换，取差分而得到的值。而且，也可以是对上述各个运算中得到的结果加入规定的运算而得的值。而且，只要是具有同等技术意义的值，则也可以是通过其他运算/方法导出的值。进而，也可以用通过其他方法而得到的同等的值，例如透过透明板后的光量或光强度等来代替透过光学滤波片或由光学滤波片反射前的光量或光强度。

而且，在本发明中，可以是：所述与透过率相关的物理量是透过率，在所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性中，各个所述光学滤波片的透过率在所述倾斜部分在大致0与大致1之间变化。如此，可使更陡峭的倾斜部分更切实地分布于透过率的0至1的范围内，从而对于作为测定对象的波长范围中的任何波长的光，都能够使用更陡峭的倾斜部分来更切实地检测波长。

而且，在本发明中，可以是：所述与透过率相关的物理量是透过率，所述倾斜部分中的至少一个斜率的绝对值为0.0033(1/nm)以上。这是因为，根据使用了所述(1)式的研究可知，由此可获得充分的波长的检测精度。而且，在本发明中，如果所述倾斜部分中的至少一个斜率的绝对值为0.0053(1/nm)以上则更理想。

而且，在本发明中，可以是：所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性中的倾斜部分以无间隙地覆盖所述作为测定对象的波长范围的方式配置。据此，无论入射作为测定对象的波长范围中任何波长的光，都可更切实地利用所述任一倾斜部分。由此，能够更切实地提高波长的检测精度。

而且，在本发明中，可以是：所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性中的两个以上包括在所述作为测定对象的波长范围内周期性变化的曲线，各个透过率特性的曲线具有不同的相位。据此，首先，能够对作为测定对象的波长范围同样地分布倾斜部分，从而无论入射作为测定对象的波长范围中哪一波长的光都能够进行波长的检测。而且，在周期性变化的曲线中，一定会在顶部或底部的部分产生倾斜变缓或水平的部分，所以在这种情况下，通过使用相位不同的其他光学滤波片的透过率特性的倾斜部分来检测波长，能够高精度地检测光的波长。

而且，在本发明中，可以是：所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性还包含包括在所述作为测定对象的波长范围内单调增加或单调减少的直线或曲线的透过率特性。即，在使用在作为测定对象的波长范围内周期性变化的曲线作为透过率特性的情况下，对作为测定对象的波长范围中的哪一波长都能够进行波长的检测，但在得到特定的与透过率相关的物理量时，有时难以判别是由哪一周期的倾斜部分得到的与透过率相关的物理量。在这种情况下，通过辅助性地使用包括在作为测定对象的波长范围内单调增加或单调减少的直线或曲线的透过率特性，能够更切实地判别是由哪一周期的倾斜部分得到的与透过率相关的物理量，从而能够更切实地检测入射光的波长。

而且，在本发明中，可以是：所述多个光学滤波片通过将一枚滤波板分割为具有不同的透过率特性的多个区域而构成，所述具有不同的透过率特性的多个区域中的至少一个由透明板形成。在此情况下，通过直接向被分割为多个区域的滤波板照射入射光，而能够兼具分割入射光的分割部件的功能。而且，能够将多个光学滤波片形成于一枚滤波板。其结果，能够减少零件个数，使装置构成变得容易。

而且，在本发明中，可以是：所述多个受光元件被配置在同一基板上，能够分别接收透过所述多个区域的光。据此，能够与所述形成于滤波板上的多个光学滤波片组合，而更切实地减少零件个数，使装置构成变得容易。

而且，在本发明中，可以构成为：入射至所述多个光学滤波片及所述透明板的光的强度不均匀。此处，可知：通过使入射至多个光学滤波片及所述透明板的光的强度不均匀，即使在各受光元件的输出中包含噪声的情况下，有时也可降低所得到的与透过率相关的物理量的偏差。即，在本发明中，通过使入射至各光学滤波片及所述透明板的光的强度不均匀，可降低噪声的影响。这也使得能够更高精度地检测波长。

而且，本发明也可以是一种共焦点测量装置，包括：

光源，出射多个波长的光；

色差赋予部件，使从所述光源出射的光沿着光轴方向产生色差；

物镜，将通过所述色差赋予部件而产生色差的光聚光至测量对象物；

针孔，使由所述物镜聚光的光中在所述测量对象物上聚焦的光通过；以及

根据技术方案1至9中任一项所述的波长检测装置，

所述共焦点测量装置根据通过所述针孔的光的波长，对所述测量对象物的位移进行测量。

由此，能够更高精度地检测入射光的波长，所以结果，能够提供一种能够更高精度地对测量对象物的位移进行测量的共焦点测量装置。而且，因为不需要在入射光的波长的检测中使用衍射光栅，所以能够实现装置的小型化、低成本化。

发明的效果

根据本发明，在利用了使用光学滤波片的分光方式的波长检测装置中，可在将作为测定对象的波长范围维持得宽的同时提高波长检测精度。

附图说明

[图1]是表示本发明的应用例的波长检测装置的概略构成及各滤波片的透过率特性的图。

[图2]是表示本发明的应用例的共焦点测量装置的概略构成的图。

[图3]是表示本发明的实施例1的波长检测装置的概略构成及各滤波片的透过率特性的图。

[图4]是表示本发明的实施例1的各滤波片的透过率特性的另一例的图。

[图5]是表示本发明的实施例2的各滤波片的透过率特性及光源在各波长下的强度分布的图。

[图6]是表示本发明的实施例3的各滤波片的透过率特性的图。

[图7]是表示本发明的实施例3中的透过率特性与光源中的波长分布的关系的图。

[图8]是表示本发明的实施例4中光向滤波板的入射的方式、及不均匀地向滤波板入射了光的情况下的透过率与波长检测精度的关系的图。

[图9]是用于说明以往的使用光学滤波片的光波长监视装置的基本原理的图。

具体实施方式

〔应用例〕

以下，针对本发明的应用例，参照附图来进行说明。在本实施例的波长检测装置10中，像图1所示那样，入射至入射光纤14的光由作为分割部件的分支耦合器(branchingcoupler)11分支于第一分支光纤14a、第二分支光纤14b、第三分支光纤14c。然后，从第一分支光纤14a、第二分支光纤14b、第三分支光纤14c中的各者出射的光由第一聚光透镜15a、第二聚光透镜15b、第三聚光透镜15c分别形成为平行光。

通过第一聚光透镜15a的光通过第一滤波片12a后，由第一受光元件13a接收，其强度被转换为电信号。同样地，通过第二聚光透镜15b的光通过第二滤波片12b后，由第二受光元件13b接收，其强度被转换为电信号。通过第三聚光透镜15c的光直接由第三受光元件13c作为参考光而接收，其强度被转换为电信号。

然后，在作为运算部的运算装置16中，将由第一受光元件13a接收的光的强度除以由第三受光元件13c接收的光的强度，由此运算/导出第一滤波片12a的透过率。而且，通过将由第二受光元件13b接收的光的强度除以由第三受光元件13c接收的光的强度，而运算/导出第二滤波片12b的透过率。

在图1(b)中示出第一滤波片12a与第二滤波片12b的透过率跟波长的关系(以下也称为透过率特性)。像图1(b)中所示的那样，第一滤波片12a具有在波长500nm～575nm的波长范围内，透过率从1急剧地变化为0的特性，并具有在比波长500nm短的波长侧使所有的光透过(透过率1)，在波长比575nm长的波长侧不使光透过(透过率0)的特性。另一方面，第二滤波片12b具有在波长575nm～650nm的波长范围内，透过率从1急剧地变化为0的特性，并具有在比波长575nm短的波长侧使所有的光透过(透过率1)，在波长比650nm长的波长侧不使光透过(透过率0)的特性。

然后，在波长检测装置10中，运算装置16根据通过第一滤波片12a的光的透过率与通过第二滤波片12b的光的透过率来检测入射光的波长。在图1(b)的例子中，通过第一滤波片12a的光的透过率是0，通过第二滤波片12b的光的透过率是0.5。然后，导出通过第二滤波片12b的光的透过率成为0.5的波长λ。更具体来说，在运算装置16中具有相当于图1(b)的图表的保存有波长λ、第一滤波片12a的透过率与第二滤波片12b的透过率的关系的表，根据此表、通过第一滤波片12a的光的透过率、及通过第二滤波片12b的光的透过率的值来导出入射的光的波长λ。

在此应用例中，使用具有在500nm～575nm、575nm～650nm的不同波长范围内，对波长的变化具有陡峭的倾斜的透过率特性的两个滤波片，来检测入射光的波长。由此，可利用陡峭的透过率特性对500nm～650nm的宽波长范围检测波长。另外，在所述应用例中，通过分支耦合器11将入射光分支成三个光。并且，使用两种滤波片的透过率特性对作为测定对象的波长范围进行了测定，但滤波片的数量不限于两个。滤波片的数量可以是三种以上。

而且，在所述应用例中，斜率的绝对值为0.0133(1/nm)，成为足够陡峭的倾斜。而且，因为第一滤波片12a的透过率特性与第二滤波片12b的透过率特性相对于波长没有间隙地配置，所以对于具有作为测定对象的波长范围(500nm～650nm)中的任一波长的光都能够进行波长检测。进而，因为第一滤波片12a的透过率特性与第二滤波片12b的透过率特性相对于透过率从0至1进行分布，所以能够容易地实现更陡峭的透过率特性。

接着，对具备本发明的波长检测装置10的共焦点测量装置50进行说明。

图2是表示具备波长检测装置10的共焦点测量装置50的构成的示意图。图2中所示的共焦点测量装置50是利用共焦点光学系统来对测量对象物ob的位移进行测量的测量装置。共焦点测量装置50包括具有共焦点的光学系统的头部60、经由光纤61而光学性连接的控制器部70、显示从控制器部70输出的信号的监视器部80。头部60具有作为色差赋予部件的衍射透镜62，使从后述的出射多个波长的光的光源71(例如白色光源)出射的光沿着光轴方向产生色差。然后，利用物镜64将通过衍射透镜而产生色差的光聚光至测量对象物ob。

从设置于控制器部70内的光源71出射的光经由光纤61而被引导至头部60。光纤61是从头部60至控制器部70的光路，并且还作为针孔63来发挥功能。即，由头部60聚光的光中，在测量对象物ob上聚焦的光在光纤61的开口部聚焦。因此，光纤61作为遮挡不在测量对象物ob上聚焦的波长的光，并使在测量对象物ob上聚焦的光通过的针孔63而发挥功能。通过对从头部60至控制器部70的光路使用光纤61，而不需要另外设置针孔。

共焦点测量装置50也可以为不对从头部60至控制器部70的光路使用光纤61而另外设置针孔的构成。控制器部70具备作为白色光源的光源71及波长检测装置10。作为光源71的例子，可例示白色LED，但只要是可出射白色光的光源，则也可以是其他光源。

即，在共焦点测量装置50中，从光源71出射的包含多个波长的光在头部60的衍射透镜62中被赋予色差，并在测量对象物ob上成像。只有在测量对象物ob上正确成像的波长的光通过兼作针孔63的光纤61的开口，并经由光纤61而到达控制器部70。然后，由波长检测装置10检测波长。并且，在控制器部70中具备具有来自测量对象物ob的反射光的波长与测量对象物ob的位移的关系的表的位移计算部73，根据由波长检测装置10测定的波长，计算出测量对象物ob的位移，并在监视器部80中显示结果。

在本实施例中的共焦点测量装置50中，具备本发明的波长检测装置10，所以能够更高精度地对在测量对象物ob上成像并反射的光的波长进行测量。其结果，能够更高精度地对测量对象物ob的位移进行测量。另外，共焦点测量装置50中所使用的波长检测装置不限于本应用例中所说明的波长检测装置，也可以采用在以下的实施例中所说明的波长检测装置。

＜实施例1＞

接着，对本发明的实施例1进行说明。在本实施例中，对如下例子进行说明：在一枚滤波板上形成具有不同的透过率特性的多个滤波片，对于受光元件，也使用将多个受光元件配置在一枚基板上的分割受光元件，由此进一步简化结构并且增加了作为测定对象的波长范围中的倾斜部分的数量。

在图3中示出本实施例中的波长检测装置20的构成。在本实施例中，入射光被未图示的准直透镜(collimator lens)平行光化。然后，在不使用分支耦合器的情况下，入射至四分割滤波片22。在所述四分割滤波片22中，滤波片的入射面被分割成四部分，而形成具有三种不同的透过率特性的滤波片22a～滤波片22c、及使作为测定对象的波长范围的全波长的光通过的透明板22d。然后，经平行光化的光以均等地入射至滤波片22a～滤波片22c与透明板22d的方式入射至四分割滤波片22并透过。然后，在配置于其后侧的四分割受光元件23的各受光元件23a～23d中，分别测定透过滤波片22a～滤波片22c与透明板22d的光的强度。

然后，在作为运算部的运算装置26中，将由受光元件23a～受光元件23c接收的光的强度除以由受光元件23d接收的光的强度，由此运算/导出通过滤波片22a～滤波片22c的光的透过率。进而，在运算装置26中，根据通过滤波片22a～滤波片22c的光的透过率与滤波片22a～滤波片22c的已知的透过率特性，检测入射光的波长。另外，滤波片22a～滤波片22c可以通过蒸镀等形成在透明基板上，也可以由彩色玻璃滤波片(color glass filter)或多层膜滤波片形成。另外，在本实施例中，滤波片22a～滤波片22c及透明板22d相当于多个区域。而且，经平行光化的光以均等地入射至滤波片22a～滤波片22c与透明板22d的方式入射至四分割滤波片22的构成相当于分割部件。

此处，在图3(b)中示出滤波片22a～滤波片22c的透过率特性。在四分割滤波片22中，滤波片22a的透过率特性相对于500nm～550nm的波长范围具有陡峭的倾斜部分。滤波片22b的透过率特性相对于550nm～600nm的波长范围具有陡峭的倾斜部分。滤波片22c的透过率特性相对于600nm～650nm的波长范围具有陡峭的倾斜部分。并且，在各个波长范围中，滤波片22a～滤波片22c的透过率从0变化为1。如此，在本实施例的四分割滤波片22中，3个滤波片22a～22c的透过率特性分别在不同的波长范围内具有倾斜部分。而且，各个倾斜部分的斜率的绝对值充分地大至0.02(1/nm)，从而能够高精度地检测光的波长。

或者，如果使各个滤波片22a～22c的透过率特性更缓和，则能够对更宽的波长范围的光进行波长的检测。

接着，在图4中示出应该用于波长检测装置20的滤波片22a～滤波片22c的透过率特性的另一例。在本实施例中，在四分割滤波片22的滤波片22a～滤波片22c中的各者的透过率特性中，设置有透过率从0增加到1时的倾斜部分与透过率从1减少到0时的倾斜部分这两个倾斜部分。据此，关于作为测定对象的波长范围，可将倾斜部分设置为滤波片的数量的两倍的数量。如此，像图4中所示那样，可在作为测定对象的波长范围内分布更多的倾斜部分，能够进一步提高此波长范围下的测定精度。

另外，像图4中所示那样，此情况下的各滤波片22a～22c的透过率特性在峰部或底部具有平坦部。例如，在滤波片22a的透过率特性中，在525nm～575nm中产生透过率与波长的变化无关而不发生变化的部分。在此种部分，不能根据滤波片22a的透过率来检测光的波长。对于此，本实施例中，对于525nm～550nm的波长范围，通过滤波片22b的透过率特性的倾斜部分，能够检测光的波长，在550nm～575nm的波长范围中，通过滤波片22c的透过率特性的倾斜部分，能够检测光的波长。如此，在此例中，在作为测定对象的波长范围中，使三个滤波片22a～22c的透过率特性中的至少一个具有倾斜部分。因此，针对哪一波长都能够高精度地进行检测。

另外，本实施例中的滤波片22a～滤波片22d可以设置于四分割受光元件23的表面，也可以通过直接蒸镀等方法形成于四分割受光元件23的表面。而且，在本实施例中，滤波片的数量加上透明板为四枚，但滤波片的数量不限定于此。例如，也可以是三枚、或者五枚以上。

＜实施例2＞

接着，针对本发明的实施例2进行说明。在本实施例中，与实施例1同样地，对使用四分割滤波片、且根据光源在各波长下的强度分布来选择各滤波片的透过率特性的例子进行说明。

本实施例中的硬件构成与实施例1中的波长检测装置20中的硬件构成相同，所以使用相同的符号，并省略各自的说明。并且，在本实施例中，四分割滤波片22的各滤波片22a～22c的透过率特性像图5(a)中所示的那样。在本实施例中，滤波片22a在波长范围500nm～535nm中具有相对陡峭的倾斜部分。而且，滤波片22b在波长范围535nm～620nm中具有相对缓和的倾斜部分。进而，滤波片22c在波长范围620nm～650nm中具有相对陡峭的倾斜部分。

在图5(b)中示出波长检测装置20中光源在各波长下的强度分布。在此强度分布中，在波长为520nm以下的范围及波长为620nm以上的范围内，光强度尤其弱。如此，在此波长范围内，存在受光元件23中的SN比变低的危险性。

对于此，在本实施例中，通过使各滤波片的透过率特性为像图5(a)中所示那样的透过率特性，使得在535nm以下的波长范围与620nm以上的波长范围中，具有特别陡峭的倾斜部分，从而抑制了此部分中的波长检测的测定精度的下降。

像以上所说明的那样，在本实施例中，根据光源在各波长下的强度分布，决定并组合四分割滤波片22的各滤波片22a～22c的透过率特性的倾斜，由此能够与光源的强度分布无关地进行精度高且精度的变动少的波长检测。

＜实施例3＞

接着，针对本发明的实施例3进行说明。在本实施例中，也与实施例2同样地，硬件构成与实施例1中所说明的波长检测装置20相同。在本实施例中，针对滤波片具有在作为测定对象的波长范围中周期性变化的透过率特性的例子进行说明。

在图6中示出本实施例中的滤波片22的滤波片22a～滤波片22c的透过率特性。在本实施例中，滤波片22a及滤波片22b具有对于波长的变化进行彼此相位不同的周期性变化的透过率特性。由此，能够在作为测定对象的波长范围内设置多个非常陡峭的倾斜部，从而能够更高精度地进行波长的检测。而且，滤波片22a及滤波片22b中的透过率特性的变化中，彼此相位不同，所以在滤波片22a或滤波片22b的其中一者的透过率特性在峰部或底部，斜率小或者成为水平的波长范围中，滤波片22a或滤波片22b中的另一者具有陡峭的倾斜部分，从而能够使用滤波片22a或滤波片22b中的任一者的透过率特性来进行高精度的波长检测。

而且，在本实施例中，滤波片22c的透过率特性具有在作为测定对象的波长范围内平缓地线性增加的特性。即，由于滤波片22a及滤波片22b的透过率特性进行周期性的变化，因此难以判别是基于第几个周期中的倾斜部分的透过率，但通过与滤波片22c的透过率组合来进行测定，能够判别是基于第几个周期中的倾斜部分来测定了透过率。

像以上所说明的那样，在本实施例中，首先，在两个滤波片中采用了具有呈周期性且陡峭的倾斜部的透过率特性，所以能够在作为测定对象的波长范围内分布更多的倾斜部分，从而能够提高波长的检测精度。而且，对两个滤波片的周期性透过率特性设置相位差，使得在其中一个滤波片的透过率特性在峰部或底部，斜率小或者变得平坦的波长范围内，另一个滤波片的透过率特性具有倾斜部分。进而，通过与具有在作为测定对象的波长范围内平缓地单调减少或单调增加的透过率特性的滤波片组合，能够判别是基于哪一周期中的倾斜部分来测定了透过率。以上使得能够在更宽的波长范围内更高精度地进行波长检测。

在图6(b)中示出实际的滤波片22a及滤波片22b的透过率特性的模拟结果。如此，可知：作为实际的滤波片的透过率特性，能够充分地实现周期性变化的特性。这种滤波片可通过利用包括法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot interferometer)的原理的标准具(Etalon)等来实现。

而且，本实施例中的滤波片的透过率特性的峰部分的半宽度理想的是像图7所示的那样，大于光源的波长分布的半宽度。这是因为如若不然，则光源的波长分布牵扯到受滤波片的透过率特性中的相邻的周期，从而难以进行正确的测定。通过满足此条件，即使光源具有一定程度的波长分布，也能够进行更高精度的波长测定。

另外，本实施例中的周期性变化的透过率特性除了正弦式变化以外，也可以是梯形式变化。而且，也可以是三角波式变化。另外，即使在采用三角波式变化作为透过率特性的情况下，也存在在顶部或底部的顶点部分未必可实现锐角式变化的情况，所以，在此情况下，应该使两个滤波片的透过率特性的周期性变化的相位不同。而且，在本实施例中，针对两个滤波片的透过率特性，可以改变波形，也可以改变周期。

＜实施例4＞

接着，针对本发明的实施例4进行说明。在本实施例中也同样地，硬件构成与实施例1中所说明的波长检测装置20相同。在本实施例中，对使用四分割滤波片22、且使入射光的入射量在四个滤波片22a～22d中不均匀的例子进行说明。

此处，在通过波长检测装置20来进行波长检测的情况下，在从四分割滤波片22的中心向透明板22d的方向或者相反方向偏移来入射光的情况下，波长检测的精度可像以下的(2)式那样来表示。

[数2]

此处，σ_λ表示波长检测精度，σ_T表示透过率的偏差。而且，α是像图8(a)中所示那样，四分割滤波片22上的光的入射位置向透明板22d的方向或者相反方向(滤波片22a的方向)偏移的情况下，照射至滤波片22a与透明板22d的光量之比即光量分割比(向滤波片22a的光量/向透明板22d的光量)。而且，dT/dλ表示滤波片的透过率特性中的斜率，T表示透过率，SN表示接收透过透明板22d的光的受光元件23d中的接收信号的SN比。

如此，波长精度受到光量分割比α的影响。图8(b)是将光量分割比α作为参数来表示透过率与波长检测精度之间的关系的图。在图8(b)中，横轴为透过率T，纵轴为波长检测精度σλ，此波长检测精度σλ是数值越小精度越高的数值。像图8(b)中所示那样，与光量分割比α为1、即将光均等地入射至滤波片22a与透明板22d的情况相比，加大了α的情况下，能够在透过率低的区域中提高波长检测精度。而且，通过减小α，能够减小由透过率引起的波长检测精度的变化。如此，通过有意地对包括透明板的四个滤波片22a～22d不均匀地照射光，能够适当地控制波长检测精度。

另外，在所述实施例中，对与透过率相关的物理量是透过率，并由受光元件接收透过滤波片12a、滤波片12b、滤波片22a～滤波片22d的光的例子进行了说明，但在所述实施例中，也可以由受光元件接收在滤波片12a、滤波片12b、滤波片22a～滤波片22d中反射的光，并根据反射光的强度来检测与透过率相关的物理量。此情况下，可以将与透过率相关的物理量设为反射率，也可以例如从1中减去反射率，而求出透过率。

另外，以下为了能够对比本发明的构成要件与实施例的构成，而利用附图的符号标记来记载本发明的构成要件。

＜发明1＞

一种波长检测装置(10)，包括：

多个光学滤波片(12a、12b)；

分割部件(11)，将光分割后使其通过所述多个光学滤波片(12a、12b)；

多个受光元件(13a、13b)，检测所述多个光学滤波片(12a、12b)中的各者中通过或者由所述多个光学滤波片(12a、12b)中的各者反射的光的强度；以及

运算部，根据所述多个受光元件(13a、13b)的输出，导出与所述多个光学滤波片(12a、12b)的透过率相关的物理量，并且基于所述多个光学滤波片(12a、12b)的与透过率相关的物理量跟光的波长的关系即透过率特性，导出通过所述多个光学滤波片(12a、12b)的光的波长，

所述波长检测装置(10)的特征在于，

所述多个光学滤波片(12a、12b)中的各者的透过率特性在作为测定对象的波长范围中的不同波长范围内具有倾斜部分。

＜发明2＞

根据权利要求1所述的波长检测装置，其特征在于，

所述与透过率相关的物理量是透过率，

在所述多个光学滤波片(12a、12b)中的各者的透过率特性中，各个所述光学滤波片(12a、12b)的透过率在所述倾斜部分在大致0与大致1之间变化。

＜发明3＞

根据权利要求1或2所述的波长检测装置，其特征在于，

所述与透过率相关的物理量是透过率，

所述倾斜部分中的至少一个斜率的绝对值为0.0033(1/nm)以上。

＜发明4＞

根据权利要求1至3中任一项所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个光学滤波片(12a、12b)中的各者的透过率特性中的倾斜部分以无间隙地覆盖所述作为测定对象的波长范围的方式配置。

＜发明5＞

根据权利要求1至4中任一项所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个光学滤波片(12a、12b)中的各者的透过率特性中的两个以上包括在所述作为测定对象的波长范围内周期性变化的曲线，各个透过率特性的曲线具有不同的相位。

＜发明6＞

根据权利要求5所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个光学滤波片(12a、12b)中的各者的透过率特性还包含包括在所述作为测定对象的波长范围内单调增加或单调减少的直线或曲线的透过率特性。

＜发明7＞

根据权利要求1至6中任一项所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个光学滤波片通过将一枚滤波板(22)分割为具有不同的透过率特性的多个区域(22a～22d)而构成，所述具有不同的透过率特性的多个区域(22a～22d)中的至少一个由透明板(22d)形成。

＜发明8＞

根据权利要求7所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个受光元件(23a～23d)被配置在同一基板(23)上，能够分别接收透过所述多个区域的光。

＜发明9＞

根据权利要求7或8所述的波长检测装置，其特征在于，构成为入射至所述多个光学滤波片(23a～23c)及所述透明板(22d)的光的强度不均匀。

＜发明10＞

一种共焦点测量装置(50)，包括：

光源(71)，出射多个波长的光；

色差赋予部件(62)，使从所述光源(71)出射的光沿着光轴方向产生色差；

物镜(64)，将通过所述色差赋予部件(62)而产生色差的光聚光至测量对象物；

针孔(63)，使由所述物镜(64)聚光的光中在所述测量对象物上聚焦的光通过；以及

根据权利要求1至9中任一项所述的波长检测装置(10)，

所述共焦点测量装置(50)根据通过所述针孔(63)的光的波长，对所述测量对象物的位移进行测量。

符号的说明

10、20：波长检测装置

11：分支耦合器

12a、12b：第一、第二滤波片

13a～13c：第一～第三受光元件

14a～14c：第一～第三分支光纤

15a～15c：第一～第三聚光透镜

16：运算装置

22：四分割滤波片

22a～22c：滤波片

22d：透明板

23：四分割受光元件

50：共焦点测量装置

60：头部

70：控制器部

80：监视器部

Claims (10)

1.一种波长检测装置，包括：

多个光学滤波片；

分割部件，将光分割后使其通过所述多个光学滤波片；

多个受光元件，检测所述多个光学滤波片中的各者中通过或者由所述多个光学滤波片中的各者反射的光的强度；以及

运算部，根据所述多个受光元件的输出，导出与所述多个光学滤波片的透过率相关的物理量，并且基于所述多个光学滤波片的与透过率相关的物理量跟光的波长的关系即透过率特性，导出通过所述多个光学滤波片的光的波长，

所述波长检测装置的特征在于，

所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性在作为测定对象的波长范围中的不同波长范围内具有倾斜部分。

2.根据权利要求1所述的波长检测装置，其特征在于，

所述与透过率相关的物理量是透过率，

在所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性中，各个所述光学滤波片的透过率在所述倾斜部分在大致0与大致1之间变化。

3.根据权利要求1或2所述的波长检测装置，其特征在于，

所述与透过率相关的物理量是透过率，

所述倾斜部分中的至少一个斜率的绝对值为0.0033(1/nm)以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性中的倾斜部分以无间隙地覆盖所述作为测定对象的波长范围的方式配置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性中的两个以上包括在所述作为测定对象的波长范围内周期性变化的曲线，各个透过率特性的曲线具有不同的相位。

6.根据权利要求5所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个光学滤波片中的各者的透过率特性还包含包括在所述作为测定对象的波长范围内单调增加或单调减少的直线或曲线的透过率特性。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个光学滤波片通过将一枚滤波板分割为具有不同的透过率特性的多个区域而构成，所述具有不同的透过率特性的多个区域中的至少一个由透明板形成。

8.根据权利要求7所述的波长检测装置，其特征在于，所述多个受光元件被配置在同一基板上，能够分别接收透过所述多个区域的光。

9.根据权利要求7或8所述的波长检测装置，其特征在于，构成为入射至所述多个光学滤波片及所述透明板的光的强度不均匀。

10.一种共焦点测量装置，包括：

光源，出射多个波长的光；

色差赋予部件，使从所述光源出射的光沿着光轴方向产生色差；

物镜，将通过所述色差赋予部件而产生色差的光聚光至测量对象物；

针孔，使由所述物镜聚光的光中在所述测量对象物上聚焦的光通过；以及

如权利要求1至9中任一项所述的波长检测装置，

所述共焦点测量装置根据通过所述针孔的光的波长，对所述测量对象物的位移进行测量。

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