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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Anmeldung basiert auf der
japanischen
Patentveröffentlichung mit der Nr. 2009-061740 ,
die am 13. März 2009 beim Japanischen Patentamt eingereicht
wurde, deren gesamter Inhalt mit einbezogen ist.
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Versetzungssensor mit
einem konfokalen optischen System, der eine Versetzung eines Objektes kontaktlos
misst.
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2. Stand der Technik
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Bei
dem Versetzungssensor mit dem konfokalen optischen System wird eine
Oberfläche eines Messobjektes mit einem Laserstrahl beleuchtet,
das an der Oberfläche reflektierte Licht empfangen und die
Versetzung der Oberfläche des Messobjektes beruhend auf
dem Niveau der empfangenen Lichtmenge gemessen. Hierbei wird die
Oberfläche des Messobjektes mit einem Laserstrahl beleuchtet,
dessen Kohärenz auf einem hohen Niveau gehalten wird, selbst
wenn der Laserstrahl durch das optische System hindurch läuft.
Daher wird ein Messfehler durch den Oberflächenzustand
des Messobjektes erzeugt. Genauer werden, wenn die Oberfläche
des Messobjektes mit dem Laserstrahl beleuchtet wird, Lichtanteile
mit unterschiedlichen Phasen von der Oberfläche des Messobjektes
reflektiert. Die Anteile des reflektierten Lichtes interferieren
miteinander konstruktiv oder destruktiv, was die empfangene Lichtmenge beeinflusst.
Ein dem Oberflächenzustand (Grad der Unregelmäßigkeit)
des Messobjektes entsprechendes geflecktes Muster wird „Speckle” genannt.
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Das
konfokale optische System wird bei dem Versetzungssensor verwendet,
bei dem der Laserstrahl eingesetzt wird. Bei dem konfokalen optischen System
ist wegen der kleinen Lichtpunktgröße des Laserstrahls,
mit dem der Oberflächenzustand des Messobjektes beleuchtet
wird, der Speckle hohen Kontrastes und großer Größe
in dem von der Oberfläche des Messobjektes reflektierten
Licht enthalten. Folglich stellt die Specklekomponente, die in dem Lichtempfangssignal
enthalten ist, einen Rauschanteil dar, der den Messfehler erhöht.
Um den Messfehler zu eliminieren, offenbart beispielsweise die
japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung mit der Nr. 2004-286598 ein
Versetzungsmessgerät mit einem konfokalen optischen System,
bei dem Versetzungen an mehreren Stellen kontinuierlich gemessen
werden, während die Position der Laserstrahlbeleuchtung
sich auf der Messobjektoberfläche ändert, wodurch
der Einfluss des Speckles gemittelt wird.
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Bei
dem Versetzungsmessgerät aus der
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
mit der Nr. 2004-286598 ist es, obwohl der Messfehler, der
durch den Einfluss des Speckles verursacht wird, vermindert werden
kann, notwendig, dass die Versetzungsgrößen an
mehreren Stellen kontinuierlich gemessen werden, während
sich der Messpunkt (Position des Laserstrahllichtpunktes auf der
Messobjektoberfläche) ändert. Daher erfordert
es viel Zeit, die Messung durchzuführen.
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Um
dieses Problem zu lösen, offenbart beispielsweise die
japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung mit der Nr. 2003-83723 ein
optisches Messsystem dreidimensionaler Form, bei dem ein konfokales
optisches System eingesetzt wird. Bei dem optischen Messsystem dreidi mensionaler
Form aus der
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung mit der Nr. 2003-83723 ,
wird das Messobjekt mit einem linienförmigen Lichtstrahl
beleuchtet, während sich eine Linsenposition des optischen
Objektivsystems ändert, anstatt dass die Lichtpunktposition des
Laserlichtstrahles wie bei dem Versetzungsmessgerät aus
der
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung mit der Nummer 2004-286598 geändert
wird. Das von der Messobjektoberfläche reflektierte Licht
wird durch einen Liniensensor empfangen und die Messung dreidimensionaler
Form wird beruhend auf dem Niveau des empfangenen Lichtes durchgeführt.
Bei dem optischen System zur Messung dreidimensionaler Form aus
der
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung mit der Nr. 2003-83723 ist
es nicht notwendig, die Lichtpunktposition des Laserlichtstrahles
auf der Messobjektoberfläche zu ändern. Daher
beseitigt das optische System zur Messung dreidimensionaler Form
das Problem aus der
japanischen
ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nr.
2004-286598 , dass viel Zeit benötigt wird, die
Messung durchzuführen.
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Jedoch
kann auch bei dem optischen System zur Messung dreidimensionaler
Form aus der
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung mit der Nr. 2003-83723 die
Versetzung kaum mit hoher Genauigkeit gemessen werden, weil die
Komponente des reflektierten Lichtes den Speckle in Abhängigkeit
von dem Oberflächenzustand des Messobjektes beinhaltet.
Das heißt, auf der Seite einer kurzen Achse des im Wesentlichen
rechteckigen Linienlichtstrahles, mit dem die Messobjektoberfläche
beleuchtet wird, wird der Speckle in dem reflektierten Licht wie
bei einer Brennweite des Lichtpunktes aus der
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
mit der Nr. 2004-286598 erzeugt. Weil der Liniensensor das
Licht der Seite der langen Achse empfängt, wird eine Schwankung
der Lichtempfangsmenge in jedem Pixel durch den Speckle erzeugt.
Folglich wird bei dem optischen System zur Messung dreidimensionaler
Form aus der
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung mit der Nr. 2003-83723 ein
relativ weiter Bereich auf der Messobjektoberfläche mit
dem im Wesentlichen rechteckigen Linienbündel beleuchtet. Jedoch
wird, weil die Komponente des reflektierten Lichtes, die auf die
jeweiligen Pixel fällt, das Specklerauschen enthält,
ein tatsächlicher Nachweiswert kaum erhalten, selbst wenn
die Versetzungsmesswerte, die den Pixel des Liniensensors entsprechen, gemittelt
werden.
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Zusätzlich
ist es beim Auslesen eines Signals von dem Liniensensor notwendig,
die Linsenposition des optischen Objektivssystems konstant zu halten,
um den Lichtstrahl auf die Messobjektoberfläche auszustrahlen.
Daher wird eine Hochgeschwindigkeitsantwort kaum erhalten.
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Bei
dem optischen System zur Messung dreidimensionaler Form aus der
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung mit der Nr. 2003-83723 ist
es notwendig, dass ein zur Erzeugung eines Linienbündels
verwendeter Schlitz und der Liniensensor konjugiert angeordnet sind,
um eine konfokale Wirkung zu erhalten. Folglich kann, weil eine
genaue Positionierung benötigt wird, das optische System
zur Messung dreidimensionaler Form aus der
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
mit der Nr. 2003-83723 kaum zusammengesetzt und eingestellt
werden.
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Überblick
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Die
vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben beschriebenen
Probleme zu lösen und es ist Aufgabe der Erfindung, einen
Versetzungssensor zu schaffen, der die Versetzung zu einem Messobjekt
mit verschiedenen Oberflächenzuständen mit hoher
Geschwindigkeit genau messen kann.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Versetzungssensor
eine Lichtquelle, die Licht emittiert; eine Lichtprojektionseinheit,
die das von der Lichtquelle in Richtung des Messobjektes emittierte
Licht aussendet, um das Messobjekt mit dem Licht zu beleuchten,
während eine Lichtsammelposition entlang einer Richtung
einer optischen Achse des zu sammelnden Lichtes kontinuierlich geändert
wird; eine Lichtsammeleinheit, die reflektiertes Licht des Lichtes,
mit dem das Messobjekt beleuchtet wird, in einer entgegengesetzten
Richtung zu einem optischen Pfad des Beleuchtungslichtes der Lichtprojektionseinheit
leitet; ein Trennelement zur Trennung eines optischen Pfades, das
einen optischen Pfad des reflektierten Lichtes in der Lichtsammeleinheit
aus dem optischen Pfad der Lichtprojektionseinheit heraustrennt;
einen ersten Öffnungsabschnitt, der ein erstes lichtabschirmendes
Element, das eine erste Öffnung festlegt, aufweist, wobei
das erste lichtabschirmende Element wenigstens einen Teil des reflektierten
Lichtes, das aus dem optischen Pfad der Lichtprojektionseinheit durch
das Trennelement zur Trennung eines optischen Pfades herausgetrennt
wurde, abschirmt, während die erste Öffnung andere
Teile des reflektierten Lichtes durchlässt; eine Lichtempfangseinheit, die
das reflektierte Licht, das durch den ersten Öffnungsabschnitt
hindurchgelaufen ist, empfängt und ein Lichtempfangssignal
gemäß einer empfangenen Lichtmenge liefert; und
eine Verarbeitungseinheit, die Informationen über eine
Entfernung zu dem Messobjekt beruhend auf dem Lichtempfangssignal
gewinnt.
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Bei
dem Versetzungssensor beinhaltet die Lichtsammeleinheit eine Lichtpunktdurchmesseränderungseinheit,
die das Licht auf das Messobjekt ausgibt, während sie einen
Durchmesser eines Lichtpunktes in der Lichtsammelposition auf dem
Messobjekt in einer Richtung, in der sich eine erste Achse orthogonal
zu der optischen Achse erstreckt, kürzer als ein Durchmesser
in einer Richtung, in der sich eine zweite zu der opti schen Achse
orthogonale Achse erstreckt, macht, wobei der Lichtpunkt auf dem
Messobjekt in der Richtung, in der sich die erste Achse erstreckt,
fokussiert wird, die erste Öffnung, die eine im Wesentlichen
rechteckige Form aufweist, in einer zu der Lichtquelle in der Richtung,
in der sich die erste Achse erstreckt, konjugierten Position angeordnet
ist und eine Seite der im Wesentlichen rechteckigen Form in der
Richtung, in der sich die erste Achse erstreckt, kürzer
ist als eine Seite in der Richtung, in der sich die zweite Achse
erstreckt.
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Bei
dem Versetzungssensor gemäß dem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird die Messobjektoberfläche mit dem im Wesentlichen
rechteckigen Lichtpunkt beleuchtet, der Lichtpunkt in der Richtung, in
der sich die erste Achse erstreckt, fokussiert und das von dem Lichtpunkt
reflektierte Licht durch die Lichtempfangseinheit durch die erste Öffnung
hindurch empfangen. Die erste Öffnung hat die im Wesentlichen
rechteckige Form und die erste Öffnung ist an einer zu
der Richtung, in der sich die erste Achse erstreckt, konjugierten
Position angeordnet. Bei der ersten Öffnung ist die Seite
der im Wesentlichen rechteckigen Form in der Richtung, in der sich
die erste Achse erstreckt, kürzer als die Seite in der
Richtung, in der sich die zweite Achse erstreckt. Folglich kann
der fokussierte Zustand in der Richtung, in der sich die erste Achse
erstreckt, erfasst werden, während der Einfluss des Speckles,
der in dem reflektierten Licht in Abhängigkeit von dem
Oberflächenzustand des Messobjektes erzeugt wird, in der
Richtung, in der sich die zweite Achse erstreckt, gemittelt wird,
und die Versetzung kann beruhend auf dem Lichtempfangssignal im
fokussierten Zustand genau gemessen werden.
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„Die
Lichtprojektionseinheit ändert kontinuierlich die Lichtsammelposition” bedeutet,
dass sich die Lichtsammelposition gemäß einer
im Voraus bestimmten Art und Weise ändert, und „die
Lichtprojektionseinheit ändert kontinuierlich die Lichtsammelposition” beinhaltet
den Fall, in dem sich die Lichtsammelposition mit vorbestimmten
unter schiedlichen Geschwindigkeiten ändert, zusätzlich
zu dem Fall, in dem sich die Lichtsammelposition mit einer konstanten
Geschwindigkeit ändert. Weil die optische Komponente, die
das Licht sammelt, mit einer konstanten Geschwindigkeit oder in
einer konstanten Schwingungsperiode verstellt wird, beinhaltet der
Ausdruck „die Lichtprojektionseinheit ändert kontinuierlich
die Lichtsammelposition” den Fall, in dem sich die Lichtsammelposition
mit vorbestimmten unterschiedlichen Geschwindigkeiten ändert.
Die Änderung beinhaltet den Fall, in dem sich die Lichtsammelposition
in einer Richtung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ändert,
den Fall, in dem sich die Lichtsammelposition in einer hin und her
bewegenden Art und Weise ändert, den Fall, in dem sich
die Lichtsammelposition einzeln ändert, und den Fall, in
dem die Änderung der Lichtsammelposition periodisch wiederholt
wird.
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Die
Lichtsammeleinheit kann eine Gruppe optischer Komponenten, wie zum
Beispiel mehrere Linsen und mehrere Spiegel umfassen, bei der die gesamte
oder ein Teil der Gruppe optischer Komponenten verstellt wird, und
die Lichtsammeleinheit kann eine einzige sich bewegende Linse und
einen einzigen sich bewegenden Spiegel umfassen.
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Das
Trennelement zur Trennung eines optischen Pfades umfasst einen Halbspiegel
und einen Polarisationsstrahlenteiler. Bevorzugt umfasst die Lichtpunktdurchmesseränderungseinheit
eine optische Linse, deren Hauptachse mit der optischen Achse übereinstimmt,
und bei der optischen Linse unterscheidet sich eine Brennweite in
der Richtung, in der sich die erste Achse erstreckt, von einer Brennweite in
der Richtung, in der sich die zweite Achse erstreckt.
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Vorzugsweise
ist die optische Linse entlang der Richtung, in der sich die optische
Achse erstreckt, verstellbar. Daher wird die optische Linse gemäß dem
Oberflächenzustand des Messobjektes verstellt und wird
die im Wesentlichen rechteckige Form des Lichtpunktes, der auf der
Oberfläche gesammelt wird, variabel, so dass die Messung
mit ho her Genauigkeit schnell durchgeführt werden kann, während
die notwendige Auflösung in der Ebene beibehalten wird.
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Vorzugsweise
ist die optische Linse eine zylindrische Linse. Vorzugsweise ist
die optische Linse eine torische Linse.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Lichtpunktdurchmesseränderungseinheit ein
zweites lichtabschirmendes Element, das eine zweite Öffnung
festlegt, wobei das zweite lichtabschirmende Element wenigstens
einen Teil des Beleuchtungslichtes abschirmt, die zweite Öffnung
einen zweiten Öffnungsabschnitt beinhaltet, der die anderen
Anteile des Beleuchtungslichtes durchlässt, die zweite Öffnung
eine rechteckige Form aufweist und eine Seite des Rechteckes in
der Richtung, in der sich die erste Achse erstreckt, kürzer
ist als eine Seite in der Richtung, in der sich die zweite Achse
erstreckt.
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Die
erste und zweite Öffnung sind Bereiche in einem Raum, der
das Licht hindurchlässt und die erste und zweite Öffnung
beinhalten eine Lochblende und einen Schlitz. „Die Öffnung
ist gebildet” bedeutet, dass der Bereich in dem Raum, der
das Licht durchlässt, begrenzt ist, indem das erste und
zweite lichtabschirmende Element angeordnet wird.
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Vorzugsweise
ist eine Länge einer Seite in einer Richtung, in der sich
die zweite Achse der zweiten Öffnung erstreckt, variabel.
Daher wird die im Wesentlichen rechteckige Form des auf der Oberfläche gesammelten
Lichtpunktes variabel, indem die Länge der Seite in der
Richtung, in der sich die zweite Achse der zweiten Öffnung
erstreckt, gemäß dem Oberflächenzustandes
des Messobjektes geändert wird, so dass die Messung mit
hoher Genauigkeit schnell durchgeführt werden kann, während
die notwendige Auflösung in der Ebene in der ersten Achsenrichtung
beibehalten wird.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann der fokussierte Zustand in der Richtung,
in der sich die erste Achse erstreckt, festgestellt wer den, während der
Einfluss des Speckles, der in dem von der Messobjektoberfläche
reflektierten Licht in Abhängigkeit von dem Oberflächenzustand
erzeugt wird, in der Richtung, in der sich die zweite Achse erstreckt,
gemittelt wird, und die Versetzung kann beruhend auf dem Lichtempfangssignal
des fokussierten Zustandes genau gemessen werden. Zusätzlich
kann die Versetzung genau als durchschnittlicher Höhenwert eines
Messobjektes, das eine unregelmäßige Oberfläche
aufweist, gemessen werden.
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Weiterhin
ist die im Wesentlichen rechteckige Form des auf der Oberfläche
gesammelten Lichtpunktes in Abhängigkeit von dem Oberflächenzustand
des Messobjektes variabel, so dass die Messung mit hoher Genauigkeit
schnell durchgeführt werden kann, während die
notwendige Auflösung in der Ebene beibehalten wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch einen Gesamtaufbau eines Versetzungssensors gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2A–2C zeigen
einen Lichtsammelzustand aus 1;
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3A–3C zeigt
den Lichtsammelzustand aus 1, wenn
die Oberfläche eines Messobjektes eine Spiegeloberfläche
ist;
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4A–4C zeigen
den Lichtsammelzustand aus 1, wenn
die Oberfläche des Messobjektes eine streuende Oberfläche
ist;
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5 zeigt
schematisch einen Gesamtaufbau eines Versetzungssensors gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt
einen Schlitz der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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7 zeigt
schematisch einen Gesamtaufbau eines Versetzungs sensors gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt
einen Versetzungssensor gemäß einer Veränderung
der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt
schematisch einen Gesamtaufbau eines Versetzungssensors gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10A–10C zeigen
einen Lichtsammelzustand aus 9;
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11A und 11B zeigen
den Lichtsammelzustand, wenn eine zylindrische Linse in 9 vertikal
verstellt wird;
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12A und 12B zeigen
den Mechanismus, der die zylindrische Linse aus 9 vertikal verstellt;
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13 zeigt
schematisch einen Gesamtaufbau eines Versetzungssensors gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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14A und 14B zeigen
einen Schlitz aus 13 und einen Lichtsammelzustand,
wenn der Schlitz verwendet wird;
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15A und 15B zeigen
eine Vergrößerung der Schlitzbreite aus 13;
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16A und 16B zeigen
eine Verminderung der Schlitzbreite aus 13; und
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17A und 17B zeigen
einen Mechanismus, der die Schlitzbreite aus 13 vergrößert/vermindert.
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Detaillierte Beschreibung
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Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen
werden gleiche Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet
und eine sich überschneidende Be schreibung wird weggelassen.
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Ein
Versetzungssensor jeder Ausführungsform umfasst ein konfokales
optisches System. Es wird angenommen, dass die Z-Achse die optische Achse
des konfokalen optischen Systems bildet, und es wird angenommen,
dass die X- und Y-Achse zu der Z-Achse orthogonal sind. Eine Richtung,
in der sich die X-Achse erstreckt, wird als „X-Richtung” und eine
Richtung, in der sich die Y-Achse erstreckt, wird als „Y-Richtung” bezeichnet.
Das konfokale optische System jeder Ausführungsform ist
derart aufgebaut, dass es nur in der Y-Richtung konfokal ist.
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Eine
Laserdiode 1, die eine Lichtquelle darstellt, und eine Öffnung
(Öffnung 5a), durch die das Licht zu einer Lichtempfangseinheit
(Fotodiode 2) geleitet wird, sind in dem konfokalen optischen
System jeder Ausführungsform konjugiert angeordnet. „Die Laserdiode 1 und
die Öffnung sind konjugiert angeordnet” soll bedeutet,
dass, wenn von der Lichtquelle emittiertes Ausstrahlungslicht auf
der Oberfläche des Messobjektes 90 fokussiert
wird, die Lichtquelle, die Öffnung und die Lichtempfangseinheit
so aufgebaut sind, dass sie derart angeordnet sind, dass das von der
Oberfläche des Messobjektes 90 reflektierte Licht gleichzeitig
auf der Lichtempfangseinheit fokussiert wird.
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(Erste Ausführungsform)
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Unter
Bezug auf 1 umfasst ein Versetzungssensor
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, der ein konfokales optisches System aufweist,
einen Sensorkopf 71 und eine Steuerung 50, die
den Sensorkopf 71 steuert.
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In
dem Sensorkopf 71 emittiert die Laserdiode 1,
die die Lichtquelle darstellt, Licht konstanter Intensität
in einer Richtung, in der sich eine optische Achse aus einer abwechselnd
lang und kurz gestrichelten Linie erstreckt. Das Licht wird zu einer
Objektivlinse 6 durch eine zylind rische Linse 4 hindurch
geleitet, die ein Teil einer Lichtsammeleinheit, die das Licht in
Richtung des Messobjektes 90 sammelt, bildet. Anschließend
wird das Licht auf der Oberfläche des Messobjektes 90 durch
die Objektivlinse 6 hindurch gesammelt. Die Objektivlinse 6 wird
von einem Oszillator 7 gehaltert. Eine Antriebsspule 7A ist
in der Nähe des Oszillators 7 angeordnet, um den
Oszillator 7 anzusteuern. Eine Ansteuerschaltung 7B ist
in dem Sensorkopf 71 vorgesehen, um der Antriebsspule 7A elektrische
Energie zuzuführen. Ein Intervall, in dem ein Stromfluss
durch die Antriebsspule 7A erzeugt wird, und ein Intervall,
in dem die Stromzufuhr unterbrochen ist, werden in einer konstanten
Periode abwechselnd wiederholt, wodurch der Oszillator 7 in
einer Pfeilrichtung aus 1 periodisch in Schwingung versetzt
wird. Die Objektivlinse 6 wird in Richtungen, in denen
sie sich dem Messobjekt 90 annähert und von diesem
entfernt, in Verbindung mit der Schwingung des Oszillators 7 verstellt.
Eine Ansteuersignalausgabeeinheit 30 steuert eine Verbindung
der Ansteuerschaltung 7B mit der Antriebsspule 7A.
In der ersten Ausführungsform bilden die Objektivlinse 6 und
der Oszillator 7, die Antriebsspule 7A und die
Ansteuerschaltung 7B, die die Objektivlinse 6 verstellen,
einen Teil der Lichtsammeleinheit. Der Sensorkopf 71 beinhaltet
ebenfalls eine Positionserfassungseinheit 62, um die Position
der Objektivlinse 6 zu erfassen. Die Positionserfassungseinheit 62 übergibt
der zentralen Verarbeitungseinheit 51 ein Nachweissignal.
Das heißt, die Positionserfassungseinheit 62 liefert
eine Ausgabe an die zentrale Verarbeitungseinheit 51 als
ein Linsenpositionssignal, das die Linsenposition der Objektivlinse 6 angibt.
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Der
in Richtung des Messobjektes 90 emittierte Laserstrahl
wird an der Oberfläche des Messobjektes 90 reflektiert.
Das reflektierte Licht wird in Richtung einer Öffnung (Blendenöffnung) 5a,
die in einer Blendenplatte 5 vorher hergestellt wurde,
durch die Objektivlinse 6 hindurch, durch die zylindrische Linse 4 hindurch
und über einen Halbspie gel 3 gesammelt, und das
durch die Öffnung (Blendenöffnung) 5a hindurchlaufende
Licht wird durch die Fotodiode 2 empfangen. In der ersten
Ausführungsform kann der Halbspiegel 3 durch einen
Polarisationsstrahlenteiler ersetzt werden. Der Halbspiegel 3 oder der
Polarisationsstrahlenteiler bildet ein Trennelement zur Trennung
eines optischen Pfades und die Fotodiode 2 bildet die Lichtempfangseinheit.
Die Fotodiode 2 übergibt ein Lichtempfangssignal
der Steuerung 50.
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In
der Steuerung 50 wandelt, nachdem eine Verstärkerschaltung 12 das
Lichtempfangssignal verstärkt, eine A/D-(Analog/Digital)Umwandlungsschaltung 13 das
Lichtempfangssignal in ein digitales Signal um, und eine Signalverarbeitungseinheit 14 führt eine
geeignete Verarbeitung durch, um das digitale Signal einer zentralen
Verarbeitungseinheit 51 zu übergeben. Die zentrale
Verarbeitungseinheit 51 steuert die gesamte Funktion der
Steuerung 50, während sie eine Verarbeitung durchführt.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 51 erfasst einen von
außen über eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 53 zugeführten Einstellungswert,
speichert den Einstellungswert in einer Speichereinheit 52 und
zeigt das Verarbeitungsergebnis auf der Eingabe-/Ausgabeeinheit 53 an
oder gibt das Verarbeitungsergebnis nach außen aus. In
der ersten Ausführungsform bildet die zentrale Verarbeitungseinheit 51 eine
Verarbeitungseinheit.
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Die
zentrale Verarbeitungseinheit 51 misst eine Versetzung
unter Verwendung des Lichtempfangssignals und des Positionssignals
von der Positionserfassungseinheit 62. Genauer wird bei
dem konfokalen optischen System, wenn die Oberfläche des
Messobjektes 90 mit der Position, in der das Licht durch
die Objektivlinse 6 gesammelt wird, übereinstimmt,
das von dem Messobjekt reflektierte Licht an der Position der Öffnung 5 durch
das optische System hindurch gesammelt. An diesem Punkt tritt periodisch
ein Maximum (peak) in dem Lichtempfangssignal in Abhängigkeit
von der Position der Objektivlinse 6 auf. In der ersten Ausführungsform
wird beispielsweise eine Umwandlungstabelle, die eine Beziehung
zwischen dem Linsenpositionssignal und einer Entfernung von einem
Endabschnitt des Sensorkopfes 71 zu der Position, in der
das Licht in Richtung des Messobjektes 90 gesammelt wird,
angibt, im Voraus erzeugt und in der Speichereinheit 52 gespeichert.
Während des Betriebes durchsucht die zentrale Verarbeitungseinheit 51 die
Umwandlungstabelle, wenn der peak in dem Lichtempfangssignal auftritt,
um die entsprechende Entfernung beruhend auf der Position der Objektivlinse 6 auszulesen,
wodurch die Entfernung zu dem Messobjekt 90, das an der
Lichtsammelposition vorliegt, festzustellen.
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In 1 ist
es ein Merkmal der zylindrischen Linse 4, dass sich die
X-Richtung von der Y-Richtung in der Brennweite unterscheidet. Zusätzlich,
wie oben beschrieben, ist das konfokale optische System aus 1 derart
aufgebaut, dass es nur in der Y-Richtung konfokal ist. Unter Berücksichtigung
dieser Merkmale wird ein Lichtsammelzustand, der an den Positionen
(1) bis (5) der virtuellen Ebenen 63a bis 63d in
dem optischen System aus 1 beobachtet wird, unter Bezug
auf die 2–4 beschrieben werden.
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In 1 ist
an der Position (1) der virtuellen Ebene 63a in einer Abwärtsrichtung
(Richtung, in der die Oberfläche des Messobjektes 90 angeordnet
ist), wenn das Licht beobachtet wird, bevor das von der Laserdiode 1 emittierte
Licht auf die zylindrische Linse 4 fällt, ein
Lichtpunktdurchmesser des Lichtes in der X-Richtung im Wesentlichen
zu dem in der Y-Richtung gleich, wie es in 2A dargestellt
ist.
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An
der Position (2) in der virtuellen Ebene 63b, die zwischen
der zylindrischen Linse 4 und der Objektivlinse 6 aus 1 liegt,
ist, wenn das Licht, unmittelbar nachdem das von der Laserdiode 1 emittierte
Licht durch die zylindrische Linse 4 hindurchgelaufen ist,
beobachtet wird, der Lichtpunktdurchmesser des Lichtes nur in der
X-Richtung vermindert, während er nur in der Y-Richtung
aufgrund der Eigenschaft der zylindrischen Linse 4 verlängert
ist, wie es in 2B dargestellt ist. Im Ergebnis
hat die Lichtpunktform des Lichtes eine elliptische Form.
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An
der Position (3) in der Abwärtsrichtung der virtuellen
Ebene 63d, die an der Oberfläche des Messobjektes 90 in 1 angeordnet
ist, nimmt, wenn das von der Laserdiode 1 in Richtung der
Oberfläche des Messobjektes 90 emittierte Licht
beobachtet wird, das Licht die Form an, wie es in 2C dargestellt
ist. Unter Bezug auf 2C wird der Lichtpunkt des Lichtes,
mit dem die Oberfläche des Messobjektes 90 beleuchtet
wird, nachdem die Objektivlinse 6 das von der zylindrischen
Linse 4 kommende Licht gesammelt hat, ein im Wesentlichen
rechteckiger Lichtstrahl 63 (hiernach als Schlitzlichtstrahl
bezeichnet), der in der Y-Richtung kurz ist, während hingegen
er in der X-Richtung lang ist.
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Die
Sammelzustände des von der Oberfläche des Messobjektes 90 reflektierten
Lichtes werden für eine Spiegeloberfläche (3A–3C) und
eine Streuoberfläche (4A–4C)
beschrieben werden. An der Position (4) der virtuellen Ebene 63c ist,
wenn das reflektierte Licht, unmittelbar bevor es auf die Objektivlinse 6 fällt,
der Schlitzlichtstrahl 63 aus 2C in
der Sammelform des reflektierten Lichtes verbreitert, wie es in
den 3A und 4A dargestellt
ist. An der Position (5) der virtuellen Ebene 63a hat,
wenn das verbreiterte reflektierte Licht, unmittelbar nachdem es
durch die Objektivlinse 6 und die zylindrische Linse 4 gelaufen
ist, beobachtet wird, der Lichtpunkt aufgrund des Durchlaufens des
Lichtes durch die zylindrische Linse 4 eine Schlitzform,
die in der Y-Richtung kurz ist, während sie in der X-Richtung
lang ist, wie es in 3B und 4B dargestellt
ist. Anschließend sammelt der Halbspiegel 3 das
reflektierte Licht, das diese Schlitzform aufweist, derart, dass
das reflektierte Licht auf der Blendenplatte 5 die Öffnung 5a einschließt
(siehe 3C und 4C).
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Die
die Öffnung 5a bildende Blendenplatte 5 ist
ein Lichtabschir mungselement. Die Blendenplatte 5 schirmt
wenigstens einen Teil des von der Oberfläche des Messobjektes 90 reflektierten
Lichtes ab. Das von der Oberfläche des Messobjektes 90 reflektierte
Licht wird durch den Halbspiegel 3 aus dem optischen Pfad
des von der Laserdiode 1 emittierten Lichtes herausgetrennt.
Die Öffnung 5a lässt andere Anteile des
reflektierten Lichtes zur Fotodiode 2 hindurch. Wie oben
beschrieben, hat, weil das konfokale optische System aus 1 derart
aufgebaut ist, dass es nur in der Y-Richtung fokussiert ist, die Öffnung 5a eine
rechteckige Schlitzform, bei der eine Seite in der Y-Richtung kürzer
ist als eine Seite in der X-Richtung, wie es in den 3C und 4C dargestellt
ist, um den konfokalen Zustand in der Y-Richtung festzustellen.
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Wie
oben beschrieben wurde, entspricht die zylindrische Linse 4 der
Lichtpunktdurchmesseränderungseinheit, die den Lichtpunktdurchmesser
des Lichtstrahles, mit dem die Oberfläche des Messobjektes
beleuchtet wird, oder den Lichtpunktdurchmesser des Laserstrahles,
der von der Oberfläche reflektiert wird, ändert.
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Unter
Bezug auf 4A–4C beinhaltet das
von der Oberfläche des Messobjektes 90 (streuende
Oberfläche) reflektierte Licht die Speckles (nicht beobachtet
in dem an der Spiegeloberfläche reflektierten Licht), die
durch schräge Linien gezeigt sind. An diesem Punkt kann
in Richtung der langen Achse, die der X-Richtung entspricht, weil
die Lichtpunktgröße vergrößert
ist, die Specklegröße reduziert werden. Die Lichtpunktgröße
wird in der konfokalen Richtung, die der Y-Richtung entspricht,
reduziert, während der Einfluss des Speckles vermindert wird,
das heißt, dass die Messgenauigkeit beibehalten werden
kann während die Auflösung in der Ebene der Messobjektoberfläche
verbessert werden kann.
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Selbst
wenn der Oberflächenzustand des Messobjektes 90 die
streuende Oberfläche ist, die eine Unregelmäßigkeit
in der Größenordnung der Wellenlänge
der Laserdiode 1 aufweist, wird der Einfluss des Speckles
derart gemittelt, dass das genaue Messen der Versetzung möglich
ist. Der durchschnittliche Höhenwert kann an der Messobjektoberfläche
genau gemessen werden, indem der Schlitzlichtstrahl 63 verwendet
wird, selbst wenn die Oberfläche des Messobjektes 90 eine
Unregelmäßigkeit in der Größenordnung
aufweist, die die Messauflösung übersteigt. Es
ist nicht notwendig, die Lichtpunktposition auf der Oberfläche
des Messobjektes 90 kontinuierlich zu verstellen. Es wird
nicht der Liniensensor, der benötigt wird, um auf den Signalauslesezeitpunkt
zu warten, sondern eine Fotodiode verwendet, um das Lichtempfangssignal
auszulesen, so dass die Versetzung mit hoher Geschwindigkeit gemessen
werden kann.
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In
der ersten Ausführungsform wird die zylindrische Linse
als die Lichtpunktdurchmesseränderungseinheit verwendet.
Alternativ können andere Linsen, beispielsweise eine torische
Linse, verwendet werden, so lange die Brennweite in der X-Richtung
sich von der in der Y-Richtung unterscheidet.
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(Zweite Ausführungsform)
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5 zeigt
den schematischen Aufbau eines Versetzungssensors gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der
Versetzungssensor aus 5 beinhaltet einen Sensorkopf 72 anstatt
des Sensorkopfes 71 des Versetzungssensors aus 1.
Der Aufbau der Steuerung 50 ist mit der aus 1 identisch.
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In 5 beinhaltet
der Sensorkopf 72 eine Schlitzplatte 8 anstatt
der zylindrischen Linse 4 des Sensorkopfes 71 aus 1 und
die Schlitzplatte 8 bildet einen Teil der Lichtsammeleinheit.
Ein Schlitz 8a, der den Öffnungsabschnitt darstellt,
wird im Voraus in der Schlitzplatte 8 gebildet. Die Schlitzplatte 8 wird
auf einem optischen Lichtprojektionspfad zwischen der Laserdiode 1 und
dem Halbspiegel 3 derart angeordnet, dass die optische
Achse durch die Öffnung des Schlitzes 8a läuft und
der Laserlichtstrahl von der Laserdiode 1 durch die Schlitzplatte 8 hindurchläuft.
Die Schlitzplatte 8 ist ein Lichtabschirmungselement, in
dem der Schlitz 8a gebildet ist. Das Lichtabschirmungselement
schirmt wenigstens einen Teil des von der Laserdiode 1 emittierten
Lichtes ab und der Schlitz 8a lässt andere Teile
des emittierten Lichtes hindurch laufen. Andere Aufbauelemente des
Sensorkopfes 72 sind mit denen des Sensorkopfes 71 aus 1 identisch
und deren Beschreibung wird weggelassen. Die Wirkung, ähnlich zu
der der ersten Ausführungsform, wird ebenfalls in der zweiten
Ausführungsform erhalten.
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Unter
Bezug auf 6 hat der Öffnungsabschnitt
des Schlitzes 8a der Schlitzplatte 8 die im Wesentlichen
rechteckige Form, bei der der Öffnungsabschnitt in der
X-Richtung lang ist, während er in der Y-Richtung kurz
ist. Der Laserlichtstrahl wird von der Laserdiode 1 derart
emittiert, dass er den Schlitz 8a auf der Schlitzplatte 8 einschließt.
Ein Teil des emittierten Lichtes wird zu der Objektivlinse 6 durch
den Schlitz 8a hindurch geleitet.
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In
der zweiten Ausführungsform wird die Schlitzplatte 8,
in der der Schlitz 8a gebildet ist, anstatt der zylindrischen
Linse 4 als die Lichtpunktdurchmesseränderungseinheit
verwendet, und die Lichtpunktdurchmesseränderungseinheit
formt den Schlitzlichtstrahl 63, der von der Laserdiode 1 emittiert
wurde, an der Lichtsammelposition auf der Oberfläche des
Messobjektes 90 derart, dass der Schlitzlichtstrahl 63 in
der X-Richtung lang ist, während er in der Y-Richtung kurz
ist. Der Schlitz 8a, der in der Schlitzplatte 8 gebildet
ist, ist nicht auf die rechteckige Form aus 6 beschränkt,
sondern jegliche Form, die in der X-Richtung lang ist, während
sie in der Y-Richtung kurz ist, kann als Form des Schlitzes 8a verwendet
werden. Beispielsweise kann der Schlitz 8a eine elliptische
Form aufweisen.
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(Dritte Ausführungsform)
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7 zeigt
einen schematischen Aufbau eines Versetzungssensors gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der
Aufbau des Versetzungssensors aus 7 unterscheidet sich
von dem aus 1 in der Weise, dass der Versetzungssensor
aus 7 einen Sensorkopf 73 anstatt des Sensorkopfes 71 beinhaltet.
Der Aufbau und die Funktion der Steuerung 50 aus 7 sind
mit jenen aus 1 identisch und deren Beschreibung wird
weggelassen. Die Wirkung ähnlich zu jener der ersten Ausführungsform
wird ebenfalls mit der dritten Ausführungsform erhalten.
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In
dem Sensorkopf 73 wird, nachdem eine Kollimatorlinse 9,
die Teil der Lichtsammeleinheit bildet, das von der Laserdiode 1 emittierte
Licht in im Wesentlichen paralleles Licht umgewandelt hat, das parallele
Licht in Richtung der Oberfläche des Messobjektes 90 durch
die zylindrische Linse 4 hindurch, die Teil der Lichtsammeleinheit
bildet, gesammelt. Folglich nimmt der auf der Oberfläche
des Messobjektes 1 festgestellte Schlitzlichtstrahl 63 die
im Wesentlichen rechteckige Form an, die in der X-Richtung lang
ist, während sie in der Y-Richtung kurz ist.
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An
diesem Punkt, wie mit der Objektivlinse 6, hat die zylindrische
Linse 4 die Funktion, das Licht auf die Oberfläche
des Messobjektes 90 zu sammeln. Folglich, wie mit der Objektivlinse 6 aus 1, wird
die zylindrische Linse 4 von dem Oszillator 7 gehaltert,
und die zylindrische Linse 4 wird in der Pfeilrichtung
(vertikale Richtung) aus 7 durch die Abtriebsspule 7a in
Schwingung versetzt. Die Positionserfassungseinheit 62 erfasst
das Linsenpositionssignal zur Angabe der Schwingungsposition der
zylindrischen Linse 4 und die Positionserfassungseinheit 62 übergibt
das Linsenpositionssignal der zentralen Verarbeitungseinheit 51.
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Das
von der Lichtsammelposition auf der Oberfläche des Messobjektes 90 reflektierte
Licht wird durch die Fotodiode 2 durch die zylindrische
Linse 4 hindurch, die Kollimatorlinse 9 hindurch, über den
Halbspiegel 3 und die Öffnung 5a der
Blendenplatte 5 empfangen.
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In 7 wird,
weil der Schlitzlichtstrahl 63 in der X-Richtung lang ist,
eine reflektierte Lichtmenge, das heißt eine Lichtmenge,
die von der Fotodiode 2 empfangen wird, kleiner als die
der ersten und zweiten Ausführungsformen. Um die reflektierte
Lichtmenge zu erhöhen, kann, wie es in 8 dargestellt ist,
die zylindrische Linse 4 aus 7 durch
eine torische Linse 4A ersetzt werden. Bei der zylindrischen Linse 4 aus 7 wird
das Licht nur in der Y-Richtung gesammelt (schmäler gemacht).
Jedoch kann bei der torischen Linse 4a das Licht nicht
nur in der Y-Richtung, sondern auch in der X-Richtung gesammelt
werden. Folglich wird, wenn die torische Linse 4A anstatt
der zylindrischen Linse 4 verwendet wird, der Schlitzlichtstrahl 63 aus 8 in
der X-Richtung verkürzt, verglichen mit der zylindrischen
Linse 4 aus 7, und die reflektierte Lichtmenge,
das heißt die Lichtmenge, die von der Fotodiode 2 empfangen wird,
kann erhöht werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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9 zeigt
einen Aufbau eines Versetzungssensors gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der
Aufbau des Versetzungssensors aus 9 unterscheidet
sich von dem des Versetzungssensors aus 1 in der
Weise, dass der Versetzungssensor 9 einen Sensorkopf 74 anstatt
des Sensorkopfes 71 aus 1 beinhaltet. Der
Aufbau und die Funktion der Steuerung 50 aus 9 sind
mit jenen aus 1 identisch und deren Beschreibung
wird deshalb weggelassen. Die Wirkung ähnlich zu der aus
der ersten Ausführungsform wird ebenfalls in der vierten
Ausführungsform erreicht.
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Der
Sensorkopf 74 unterscheidet sich von dem Sensorkopf 71 aus 1 in
der Weise, dass eine Positionsanpassungseinheit 41 zusätzlich
vorgesehen ist, um die zylindrische Linse 4 in der Richtung,
in der sich die optische Achse erstreckt, zu verstellen (vertikal
verstellen). Andere Teile des Sensorkopfes 74 sind mit
denen des Sensorkopfes 71 aus 1 ähnlich
und deren Beschreibung wird weggelassen. Die Wirkung ähnlich
zu der aus der ersten Ausführungsform wird ebenfalls in
der vierten Ausführungsform erhalten.
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Der
Sensorkopf 74 aus 9 beinhaltet
die Positionsanpassungseinheit 41 und die Positionsanpassungseinheit 41 hat
eine Funktion zur Anpassung der Position (vertikale Position) der
zylindrischen Linse 4 entlang der Richtung der optischen
Achse in Abhängigkeit der Oberflächenrauhigkeit
(Unregelmäßigkeitszustand) des Messobjektes 90 oder
der notwendigen Auflösung in der Ebene. Weil die zylindrische
Linse 4 das Licht nur in der Y-Richtung sammeln kann, wird
der Lichtsammelzustand eine im Wesentlichen kreisförmige
Form, wie es in 10A dargestellt ist, wenn das
Licht an der Position (5) der virtuellen Ebene 63a in 9,
unmittelbar bevor das von der Laserdiode 1 emittierte Licht
auf die zylindrische Linse 4 einfällt, beobachtet
wird.
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An
der Position (2) der virtuellen Ebene 63b in 9 wird,
wenn das Licht, unmittelbar bevor das von der Laserdiode 1 emittierte
Licht auf die Objektivlinse 6 durch die zylindrische Linse 4 hindurch
einfällt, beobachtet wird, der Lichtsammelzustand aus 10B beobachtet. In 10B ist
die Lichtpunktgröße in der Y-Richtung vergrößert,
weil das Licht durch die zylindrische Linse 4 hindurch
läuft.
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Wenn
der Sammelzustand des Lichtes, mit dem die Oberfläche des
Messobjektes 90 beleuchtet wird, an der Position (3) der
virtuellen Ebene 63 aus 9 beobachtet
wird, wird der im Wesentlichen rechteckige Laserlichtpunkt 63,
der in der X-Richtung lang ist, während er in der Y-Richtung
kurz ist (verschmälert nur in der Y-Richtung), wie es in 10C dargestellt ist, beobachtet.
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Wenn
die Position der zylindrischen Linse 4, die den Lichtsammelzustand
aus 10C angibt, in Richtung der
Laserdiode 1 durch die Positionsanpassungseinheit 41 angehoben
wird, wird der Durchmesser des Schlitzlichtstrahles 63,
der an der Position (3) beobachtet wird, in eine Form geändert,
in der sich der Durchmesser in der X-Richtung erstreckt, während
er nicht in der Y-Richtung geändert wird, wie es in 11A gezeigt ist. Andererseits wird, wenn die Position
der zylindrischen Linse 4 in Richtung des Messobjektes 90 herabgesenkt
wird, der Durchmesser des Schlitzlichtstrahles 63, der
an der Position (3) beobachtet wird, in die Form geändert,
in der der Durchmesser in der X-Richtung verkürzt wird,
während er in der Y-Richtung nicht geändert wird,
wie es in 11B gezeigt ist.
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Folglich,
wenn die Messgenauigkeit weiter erhöht wird, während
der Einfluss des Speckles, der durch die Oberflächenrauhigkeit
des Messobjektes 90 verursacht wird, gemittelt wird, ist
es notwendig, dass die gegenwärtige Position der zylindrischen
Linse 4 durch die Positionsanpassungseinheit 41 angehoben
wird. Wenn die Auflösung in der Ebene weiter erhöht
wird, ist es notwendig, dass die gegenwärtige Position
der zylindrischen Linse 4 durch die Positionsanpassungseinheit 41 herabgesenkt
wird, wie es in 11B gezeigt ist.
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Ein
Aufbau der Positionsanpassungseinheit 41 wird unter Bezug
auf 12A und 12B beschrieben
werden. 12A zeigt einen Aufbau der Positionsanpassungseinheit 41,
wenn die Positionsanpassungseinheit 41 aus der Y-Richtung
aus 9 betrachtet wird, und 12B zeigt
eine Schnittansicht entlang einer Linie XIIB-XIIB aus 12A. Die Positionsanpassungseinheit 41 wird
durch ein Halterungselement 413 gehaltert, um die zylindrische
Linse 4 entlang der optischen Achse vertikal zu verstellen.
Eine Führung 412 durchsetzt das Halterungselement 413,
und die Führung 412 führt das Halterungselement 413,
das die zylindrische Linse 4 hält, um das Halterungselement 413 entlang
der optischen Achse vertikal zu verstellen. Ein konvexer-konkaver Abschnitt 414 ist
integral an dem Halterungselement 413 befestigt, und ein
spirales konvexes-konkaves Element 417 ist integral an
einer drehbar gelagerten Welle 411 befestigt. Der konvexe-konkave
Abschnitt 414 und das konvexe-konkave Element 417 greifen ineinander.
Wenn die Welle 411 sich in einer Richtung eines Pfeils 415 aus 12A dreht, dreht sich das konvexe-konkave Element 417,
das integral an der Welle 411 vorgesehen ist, auf einer
spiralen Trajektorie und der konvexe-konkave Abschnitt 414,
der mit dem konvexen-konkaven Element 417 ineinandergreift,
wird in einer Richtung eines Pfeils 416 aus 12A in Verbindung mit der Drehung des konvexen-konkaven
Elementes 417 verstellt. Im Ergebnis wird die zylindrische
Linse 4, die durch das Halterungselement 413 aufgenommen
wird, in der Richtung des Pfeils 416 aus 12A angehoben. Andererseits, wenn sich die Welle 411 in
entgegengesetzter Richtung zu dem Pfeil 415 dreht, wird
das Halterungselement 413 in der entgegengesetzten Richtung
zu dem Pfeil 416, das heißt in der Richtung des Messobjektes 90,
in Verbindung mit der Drehung der Welle 411 abgesenkt,
wobei die zylindrische Linse 4, die durch das Halterungselement 413 gehalten
wird, abgesenkt wird.
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Die
vertikal verstellte optische Linse ist nicht auf die zylindrische
Linse 4 beschränkt, sondern die optische Linse
kann eine torische Linse sein.
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(Fünfte Ausführungsform)
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In 5 ist
die Größe des Öffnungsabschnittes des
Schlitzes 8a, der im Voraus in der Schlitzplatte 8 gebildet
wurde, fest. Jedoch kann die Größe des Öffnungsabschnittes
des Schlitzes 8a in der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung variabel sein.
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13 zeigt
einen schematischen Aufbau eines Versetzungssensors der fünften
Ausführungsform. Der Aufbau des Versetzungssensors aus 13 unterscheidet
sich von dem des Versetzungssensors aus 5 in der
Weise, dass der Versetzungssensor aus 13 einen
Sensorkopf 75 anstatt des Sensorkopfes 72 beinhaltet.
Der Aufbau und die Funktion der Steuerung 50 aus 13 sind
identisch mit jenen aus 1 und deren Beschreibung wird
weggelassen. Die Wirkung ähnlich zu der in der ersten Ausführungsform
wird ebenfalls in der fünften Ausführungsform
erhalten.
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Der
Sensorkopf 75 unterscheidet sich von dem Sensorkopf 72 aus 5 in
der Weise, dass eine Schlitzbreitenänderungseinheit 82 zusätzlich vorgesehen
ist, um die Größe des Öffnungsabschnittes
des Schlitzes 8a ändern zu können. Andere
Teile des Sensorkopfes 75 sind ähnlich zu jenen
des Sensorkopfes 72 aus 5 und die
Beschreibung wird weggelassen werden.
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Es
wird angenommen, dass der Schlitzlichtstrahl 63 eine Form
aus 14B aufweist, wenn der Schlitz 81a,
dessen Schlitzbreite variabel ist, eine Größe
aus 14A aufweist. Wenn die Breite
in der X-Richtung des Schlitzes 81a durch die Schlitzbreitenänderungseinheit 82,
wie es in 15A gezeigt ist, vergrößert
wird, wird der Durchmesser des Schlitzlichtstrahles 63 in
der X-Richtung, wie es in 15B gezeigt
ist, verlängert. Andererseits, wenn die Breite, wie es
in 16A gezeigt ist, reduziert wird, wird der Durchmesser
des Schlitzlichtstrahles 63 in der X-Richtung, wie es in 16B dargestellt ist, verkürzt.
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Ein
Aufbau der Schlitzbreitenänderungseinheit 82 wird
unter Bezug auf die 17A und 18B beschrieben werden. 17A zeigt
einen Aufbau der Schlitzbreitenänderungseinheit 82,
wenn die Schlitzbreitenänderungseinheit 82 von
der Objektivlinsenseite aus 13 betrachtet
wird und 17B zeigt einen Schnitt entlang
einer Linie XVIIB-XVIIB aus 17A. Bei
der Schlitzbreitenänderungseinheit 82 werden zwei
Platten 824, die in der X-Richtung verstellt werden können,
durch Halterungselemente 822 derart gehaltert, dass ein
Teil des Schlitzes 81a mit den Platten 824 abgedeckt
wird. Die Halterungselemente 822 wirken als eine Führung,
die die zwei Platten 824 derart führen, dass die
Platten 824 in der X-Richtung gleiten. Konvexe-konkave
Abschnitte 823 sind integral an den zwei Platten 824 entsprechend
befestigt. Spirale konve xe-konkave Elemente 827a und 827b sind
integral an drehbar gehalterten Wellen 824 entsprechend
befestigt. Die konvexen-konkaven Abschnitte 823 und die
konvexen-konkaven Elemente 827a und 827b greifen
ineinander. Wenn die Welle 821 sich in einer Richtung eines Pfeils 825 aus 17A dreht, drehen sich die konvexen-konkaven
Elemente 827a und 827b, die integral an der Welle 821 vorgesehen
sind, in zueinander entgegengesetzten Richtungen auf spiralen Trajektorien,
und die konvexen-konkaven Abschnitte 823, die mit den konvexen-konkaven
Elementen 827a und 827b ineinandergreifen, werden
in Richtungen der Pfeile 826 aus 17A in
Verbindung mit den Drehungen der konvexen-konkaven Elemente 827a und 827b verstellt.
Im Ergebnis werden die zwei Platten 824, die durch das
Halterungselement 822 aufgenommen werden, in Richtungen
der Pfeile 826 aus 17A verstellt,
um die Breite des Schlitzes 81a in der X-Richtung zu vermindern.
Andererseits, wenn die Welle 821 sich in entgegengesetzter
Richtung zum Pfeil 825 dreht, werden die zwei Platten 824 in entgegengesetzter
Richtung zu dem Pfeil 826 in Verbindung mit der Drehung
des Welle 821 verstellt, wodurch die Breite des Schlitzes 81a in
der X-Richtung vergrößert wird.
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Folglich
ist es, wenn die Messgenauigkeit weiter verbessert wird, während
der Einfluss des Speckles, der durch die Oberflächenrauhigkeit
des Messobjektes 90 verursacht wird, gemittelt wird, notwendig,
dass die Breite in der X-Richtung des Schlitzes 81a durch
die Schlitzbreitenänderungseinheit 82 vergrößert
wird. Wenn die Auflösung in der Ebene weiter erhöht
wird, ist es notwendig, dass die Breite des Schlitzes 81a in
der X-Richtung durch die Positionsanpassungseinheit 41 reduziert
wird, so dass die reflektierte Lichtmenge (Lichtmenge, die durch
die Fotodiode 2 empfangen wird) ausreichend wird.
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Die
offenbarten Ausführungsformen sind nur im Wege eines Beispieles
beschrieben worden und es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf die Ausführungsformen beschränkt ist. Der Umfang
der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die Beschreibung, sondern
die Ansprüche der vorliegenden Erfindung ausgedrückt
und der Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet Bedeutungen,
die äquivalent zu den Ansprüchen sind, und alle
Modifikationen innerhalb des Bereiches der Ansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2009-061740 [0001]
- - JP 2004-286598 [0004, 0005, 0006, 0006, 0007]
- - JP 2003-83723 [0006, 0006, 0006, 0007, 0007, 0009, 0009]