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Diese Patentanmeldung beansprucht den Vorteil der japanischen Prioritätspatentanmeldung
JP 2016-205754 , eingereicht am 20. Oktober 2016, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme einbezogen ist.
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Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen chromatischen Konfokalsensor.
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In der Vergangenheit wurde eine Technologie eines chromatischen Konfokalsensors zum Messen einer Höhe eines zu messenden Gegenstands und dergleichen verwendet. Beispielsweise offenbart US-Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2006/0109483 (nachstehend als Patentliteratur 1 bezeichnet) einen Aufbau, in den ein Mikroskop und ein chromatischer Konfokalsensor integriert sind. Wie in 5 von Patentliteratur 1 gezeigt, ist vor einer Objektivlinse 7 des Mikroskops ein Strahlteiler 6 angeordnet. Ein konfokales optisches System, das eine afokale Streulinse 5 und dergleichen umfasst, wird mit dem Strahlteiler 6 kombiniert, der einen Ausgangspunkt darstellt.
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Kurzdarstellung
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Zum Verwirklichen einer Messung mit hoher Genauigkeit anhand des chromatischen Konfokalsensors wurden die Sensorpositionierung, das Prüfen eines Messteils und dergleichen wichtig.
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In Anbetracht der oben beschriebenen Umstände zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen chromatischen Konfokalsensor vorzusehen, der einen zu messenden Gegenstand mit hoher Genauigkeit messen kann.
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen, umfasst ein chromatischer Konfokalsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Lichtquellenabschnitt, eine Objektivlinse, einen Ausgabeanschluss, einen Positionsberechnungsabschnitt, einen Beobachtungsabschnitt und einen Strahlteiler.
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Der Lichtquellenabschnitt gibt mehrere Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ab.
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Die Objektivlinse konvergiert jeden der mehreren Lichtstrahlen an unterschiedlichen Fokuslagen.
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Vom Ausgabeanschluss wird Messlicht abgegeben, das von einem zu messenden Gegenstand an den Fokuslagen aus den mehreren Lichtstrahlen reflektiert wird.
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Der Positionsberechnungsabschnitt berechnet eine Position des zu messenden Gegenstands aufgrund des abgegebenen Messlichts.
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Der Beobachtungsabschnitt umfasst eine Beobachtungslichtquelle, die Beobachtungslicht abgibt, und einen Bildsensor.
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Der Strahlteiler gibt zumindest einen Teil des Messlichts, das durch die Objektivlinse tritt, an den Ausgabeanschluss ab, und gibt zumindest einen Teil des Beobachtungslichts, das durch die Objektivlinse tritt und von dem zu messenden Gegenstand reflektiert wird, an den Bildsensor ab.
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In diesem chromatischen Konfokalsensor sind der Beobachtungsabschnitt, der die Beobachtungslichtquelle und den Bildsensor umfasst, und der Strahlteiler getrennt. Vom Strahlteiler werden das Messlicht und das Beobachtungslicht, die vom zu messenden Gegenstand reflektiert werden und durch die Objektivlinse treten, in Richtung des Ausgabeanschlusses bzw. des Bildsensors abgegeben. Durch ein Bild, das auf einer Ausgabe des Bildsensors beruht und dergleichen, kann die Positionierungsgenauigkeit verbessert und ein Messabschnitt leicht geprüft werden. Infolgedessen kann der zu messende Gegenstand mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
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Der Strahlteiler kann zwischen der Objektivlinse und dem Ausgabeanschluss angeordnet sein und kann die mehreren Lichtstrahlen, die vom Lichtquellenabschnitt abgegeben werden, und das Beobachtungslicht abgeben, das von der Beobachtungslichtquelle in Richtung der Objektivlinse entlang der gleichen optischen Achse abgegeben wird.
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Mit dieser Konfiguration wird eine koaxiale Beobachtung möglich, bei der die Objektivlinse verwendet wird, und die Messgenauigkeit kann verbessert werden.
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Der Lichtquellenabschnitt kann Licht von mehreren Wellenlängen abgeben, die in einem vorgegebenen Wellenlängenband enthalten sind. In diesem Fall kann die Beobachtungslichtquelle Licht von einer Wellenlänge abgeben, die nicht in dem vorgegebenen Wellenlängenband enthalten ist. Ferner kann der Strahlteiler ein dichroitischer Spiegel sein, der das Licht der mehreren Wellenlängen, das vom Lichtquellenabschnitt abgegeben wird, und das Licht der Wellenlänge trennt, das von der Beobachtungslichtquelle abgegeben wird.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, einen Verlust einer Lichtmenge von jedem aus dem Messlicht und dem Beobachtungslicht zu unterdrücken, um das Durchführen von Messung und Beobachtung mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.
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Der Beobachtungsabschnitt kann als eine Einheit konfiguriert werden. In diesem Fall kann der chromatische Konfokalsensor ferner einen Verbindungsabschnitt umfassen, der vorgesehen ist, während eine Position des Strahlteilers als Bezug verwendet wird, und von dem der Beobachtungsabschnitt gelöst werden kann.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, den Beobachtungsabschnitt leicht mit anderen Arten von Beobachtungsabschnitten oder anderen Einheiten zu ersetzen und Beobachtungen, Führungslichtbestrahlungen und dergleichen für verschiedene Zwecke umzusetzen.
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Der chromatische Konfokalsensor kann ferner einen Führungslichtbestrahlungsabschnitt umfassen, der mit Verbindungsabschnitt verbindbar ist und als Einheit konfiguriert ist, die eine Laserlichtquelle umfasst, die Führungslicht abgibt. In diesem Fall kann der Strahlteiler das Führungslicht, das von der Laserlichtquelle des Führungslichtbestrahlungsabschnitts abgegeben wird, der mit dem Verbindungsabschnitt verbunden ist, in Richtung der Objektivlinse abgegeben werden.
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Es wird möglich den Messteil durch das Führungslicht visuell zu prüfen und die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern. Infolgedessen kann der zu messende Gegenstand mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
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Eine Punktform des Führungslichts, das auf den zu messenden Gegenstand zu strahlen ist, kann eine Ringform sein.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, das Führungslicht in einer Ringform um einen Messpunkt zu strahlen und eine hohe Messgenauigkeit zu erzielen.
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Das Beobachtungslicht kann sichtbares Licht sein.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, das Beobachtungslicht als das Führungslicht zu benutzen und den zu messenden Gegenstand mit hoher Genauigkeit zu messen.
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Der Lichtquellenabschnitt kann weißes Licht abgeben. In diesem Fall kann die Beobachtungslichtquelle Infrarotlicht abgeben.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, den zu messenden Gegenstand mit hoher Genauigkeit zu messen.
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Das Führungslicht kann sichtbares Licht sein.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, den zu messenden Gegenstand mit hoher Genauigkeit zu messen.
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Die Beobachtungslichtquelle kann Licht abgeben, das das gleiche wie das Licht vom Lichtquellenabschnitt ist. In diesem Fall kann der Strahlteiler ein halbdurchlässiger Spiegel sein.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, die Messung und Beobachtung anhand des gleichen Lichts vorzunehmen und die Messgenauigkeit zu verbessern.
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Der Lichtquellenabschnitt und die Beobachtungslichtquelle können weißes Licht abgeben.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, ein Vollfarbenbild des Messteils zu erzeugen und die Messgenauigkeit zu verbessern.
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Der Beobachtungsabschnitt kann eine Korrekturlinse umfassen, die eine Aberration des Beobachtungslichts korrigiert, das von dem zu messenden Gegenstand reflektiert wird, wobei die Aberration von der Objektivlinse verursacht wird.
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Mit dieser Konfiguration wird es möglich, Beobachtungen mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
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Wie oben beschrieben wird es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den zu messenden Gegenstand mit hoher Genauigkeit zu messen. Es ist anzumerken, dass die hierin beschriebenen Auswirkungen nicht unbedingt begrenzt sind, und beliebige in der Patentschrift beschriebene Auswirkungen erzielt werden können.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 ein schematisches Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines chromatischen Konfokalsensors gemäß einer Ausführungsform zeigt;
- 2 ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem eine Position eines zu messenden Gegenstands von einem Steuerungsabschnitt berechnet wird;
- 3 eine Außenansicht, die ein bestimmtes Konfigurationsbeispiel eines Optikkopfs zeigt;
- 4 ein schematisches Diagramm, das ein inneres Konfigurationsbeispiel des Optikkopfs zeigt;
- 5 ein schematisches Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel in einem Fall zeigt, in dem eine Führungslichteinheit verbunden ist;
- 6 ein schematisches Diagramm, das einen Bestrahlungspunkt des Führungslichts zeigt, das auf den zu messenden Gegenstand zu strahlen ist;
- 7 ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Konfigurationsbeispiel für die Führungslichteinheit zeigt;
- 8 ein schematisches Diagramm, das einen Bestrahlungspunkt von Führungslicht zeigt, das auf den zu messenden Gegenstand zu strahlen ist; und
- 9 ein schematisches Diagramm, das ein inneres Konfigurationsbeispiel eines Optikkopfs gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines chromatischen Konfokalsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Der chromatische Konfokalsensor wird auch chromatischer Punktsensor (CPS: chromatischer Konfokalpositionssensor) genannt. In den Beschreibungen unten wird der chromatische Konfokalsensor als chromatischer Sensor bezeichnet.
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Ein chromatischer Sensor 100 umfasst einen Optikkopf 10, eine Steuereinheit 20 und einen Optikfaserabschnitt 30. Die Steuereinheit 20 umfasst einen Lichtquellenabschnitt 40, ein Spektrometer 50 und einen Signalverarbeitungs-/- steuerungsabschnitt (nachstehend einfach als Steuerungsabschnitt bezeichnet) 60.
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Es ist anzumerken, dass der in 1 gezeigte Optikkopf 10 schematisch gezeigt ist, um ein Messprinzip des chromatischen Sensors 100 zu erläutern, und eine bestimmte Konfiguration später beschrieben wird.
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Eine weiße LED 41 ist im Lichtquellenabschnitt 40 als Messlichtquelle vorgesehen. Daher wird vom Lichtquellenabschnitt 40 weißes Licht W abgegeben, das mehrere Strahlen sichtbaren Lichts umfasst, die verschiedene Wellenlängen von einem blauen Wellenlängenbereich bis zu einem roten Wellenlängenbereich aufweisen. In dieser Ausführungsform wird weißes Licht W abgegeben, das Licht mit mehreren Wellenlängen umfasst, die in einem Wellenlängenband von ungefähr 450 nm bis ungefähr 660 nm enthalten ist, ein bestimmtes Wellenlängenband unterliegt jedoch keiner Einschränkung. Es ist anzumerken, dass eine Quecksilberlampe or dergleichen anstelle einer Festkörperlichtquelle wie einer LED verwendet werden kann.
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Der Optikfaserabschnitt 30 umfasst mehrere optische Fasern 31 und einen Faserteiler 32. Die mehreren optischen Fasern 31 umfassen eine optische Faser 31a, die mit dem Optikkopf 10 verbunden ist, eine optische Faser 31b, die mit dem Lichtquellenabschnitt 40 verbunden ist und an optische Faser 31c, die mit dem Spektrometer 50 verbunden ist. Die optische Faser 31a bis 31c sind mit dem Faserteiler 32 verbunden.
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Der Faserteiler 32 trennt Licht, das von der optischen Faser 31a eingeführt wird, und leitet es an die optische Faser 31c. Der Faserteiler 32 trennt auch Licht, das von der optischen Faser 31b eingeführt wird, und leitet es an die optische Faser 31a.
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Daher wird das vom Lichtquellenabschnitt 40 abgegebene weiße Licht W über den Optikfaserabschnitt 30 zum Optikkopf 10 geleitet. Ferner wird Messlicht M (Einzelheiten dazu werden später bereitgestellt), das vom Optikkopf 10 abgegeben wird, über den Optikfaserabschnitt 30 an das Spektrometer 50 geleitet. Es ist anzumerken, dass ein Optikfaserkoppler anstelle des Faserteilers 32 verwendet werden kann.
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Der Optikkopf 10 umfasst einen stiftartigen Gehäuseabschnitt 11, der eine langgestreckte Richtung als optische Achse A und eine Objektivlinse 12 aufweist, die innerhalb des Gehäuseabschnitts 11 vorgesehen ist. Die optische Faser 31a ist mit einem Verbindungsanschluss 13 verbunden, der im Wesentlichen in einer Mitte eines hinteren Endes des Gehäuseabschnitts 11 vorgesehen ist, sodass im Inneren des Gehäuseabschnitts 11 weißes Licht W abgegeben wird. Das weiße Licht W, das von der optischen Faser 31a abgegeben wird, tritt durch die Objektivlinse 12 und wird von einer Bestrahlungsfläche 14 gestrahlt, die am vorderen Ende des Gehäuseabschnitts 11 in Richtung des zu messenden Gegenstands O vorgesehen ist.
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Die Objektivlinse 12 ist eine Linse, die für einen chromatischen Sensor gestaltet ist und eine axiale chromatische Aberration verursacht. Insbesondere konvergiert die Objektivlinse 12 Licht, das in den Optikkopf 10 eingetreten ist, an Fokuslagen P, die jeweils einer Wellenlänge A auf der optischen Achse A entsprechen. Daher werden in dieser Ausführungsform die mehreren Strahlen sichtbaren Lichts, die im weißen Licht W enthalten sind, von der Objektivlinse 12 an voneinander verschiedenen Fokuslagen P konvergiert, die der Wellenlänge A entsprechen.
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Wie in 1 gezeigt, werden die mehreren Strahlen sichtbaren Lichts, die im weißen Licht W enthalten sind, voneinander getrennt und von der Bestrahlungsfläche 14 des Gehäuseabschnitts 11 in Richtung des zu messenden Gegenstands O abgegeben. Es ist anzumerken, dass in 1 Licht von 3 Farben (RGB) die mehreren Strahlen sichtbaren Lichts darstellt, die von der Objektivlinse 12 getrennt werden. Selbstverständlich wird auch Licht von anderen Farben (anderen Wellenlängen) abgegeben.
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Eine Wellenlänge λ1 und Fokuslage P1, die in 1 gezeigt sind, stellen eine Wellenlänge und Fokuslage von sichtbarem Licht dar, die eine kürzeste Wellenlänge aus den mehreren Strahlen sichtbaren Lichts aufweisen und beispielsweise blauem Licht B entsprechen. Eine Wellenlänge An und Fokuslage Pn stellen eine Wellenlänge und Fokuslage von sichtbarem Licht dar, die eine längste Wellenlänge aus den mehreren Strahlen sichtbaren Lichts aufweisen und beispielsweise rotem Licht R entsprechen. Eine Wellenlänge λk und Fokuslage Pk stellen eine Wellenlänge und Fokuslage von willkürlichem sichtbarem Licht aus den mehreren Strahlen sichtbaren Lichts dar, und in 1 wird grünes Licht G beispielhaft erläutert (k = 1 bis n).
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Ferner konvergiert die Objektivlinse 12 sichtbares Licht, das vom zu messenden Gegenstand O an der Fokuslage Pk reflektiert wird, zur optischen Faser 31a. Insbesondere ist der Verbindungsanschluss 13 an hinteren Ende des Gehäuseabschnitts 11 an einer Konfokalposition vorgesehen, an der sichtbares Licht, das auf den zu messenden Gegenstand O fokussiert und von diesem reflektiert wird, von der Objektivlinse 12 konvergiert. Durch Verbinden der optischen Faser 31a mit dem Verbindungsanschluss 13 kann sichtbares Licht, das vom zu messenden Gegenstand O an der Fokallage Pk aus den mehreren Strahlen sichtbaren Lichts reflektiert wird, selektiv als Messlicht M abgegeben werden.
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In 1 wird Licht der 3 Farben RGB, das vom zu messenden Gegenstand O reflektiert wird, zwischen der Objektivlinse 12 und dem Verbindungsanschluss 13 dargestellt. Im in 1 gezeigten Beispiel liegt der zu messende Gegenstand O an der Fokuslage Pk (in der Figur Fokuslage von grünem Licht G) vor. Daher wird das grüne Licht G, das vom zu messenden Gegenstand O reflektiert wird, an der optischen Faser 31a konvergiert. Infolgedessen wird reflektiertes Licht des grünen Lichts G über die optische Faser 31a als das Messlicht M abgegeben. Die Wellenlänge des Messlichts M, die auf diese Weise abgegeben wird, und die Position des zu messenden Gegenstands O auf der optischen Achse A stehen zueinander in einer Beziehung von eins zu eins.
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Es ist anzumerken, dass der Verbindungsanschluss 13, mit dem die optische Faser 31a verbunden ist, einem Ausgabeanschluss entspricht, der in dieser Ausführungsform das Messlicht M abgibt. Eine Lochblende, eine Öffnung oder dergleichen können dazu verwendet werden, das Messlicht M selektiv abzugeben. Darüber hinaus unterliegt eine Konfiguration des konfokalen optischen Systems im Gehäuseabschnitt 11 keiner Einschränkung und kann auf geeignete Weise gestaltet werden.
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Das Spektrometer 50 ist ein Block zum Feststellen einer Wellenlänge des Messlichts M, das vom Optikkopf 10 über die optische Faser 31a abgegeben wird. Das Messlicht M wird im Spektrometer 50 über die optische Faser 31a, den Faserteiler 32 und die optische Faser 31c gestrahlt.
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Im Spektrometer 50 sind eine Kollimatorlinse 51, ein Beugungsgitter 52, eine Abbildungslinse 53 und ein Linearsensor 55 angeordnet, um eine Seite auszubilden, in die das Messlicht M eintritt. Die Kollimatorlinse 51 strahlt das Messlicht M, das von der optischen Fasern 31c abgegeben wird, im Wesentlichen einheitlich auf das Beugungsgitter 52.
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Das Beugungsgitter 52 beugt das Messlicht M, das im Wesentlichen einheitlich gestrahlt wurde. Die Abbildungslinse 53 bildet das gebeugte Licht L, das vom Beugungsgitter 52 gebeugt wird, auf dem Linearsensor 55 an einem Punkt ab. Gewöhnlich wird gebeugtes Licht L der +1. Ordnung auf dem Linearsensor 55 abgebildet, es kann jedoch stattdessen anderes gebeugtes Licht, etwa gebeugtes Licht der -1. Ordnung abgebildet werden. Es ist anzumerken, dass eine bestimmte Konfiguration des Beugungsgitters 52 keiner Einschränkung unterliegt.
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Der Linearsensor 55 umfasst mehrere Pixel (Licht empfangende Elemente) 56, die in einer Richtung angeordnet sind. Jedes der Pixel 56 gibt ein Signal aus, das einer Intensität empfangenen Lichts entspricht. Eine bestimmte Konfiguration des Linearsensor 55 unterliegt keiner Einschränkung, und es wird beispielsweise ein CMOS-Zeilensensor, ein CCD-Zeilensensor oder dergleichen verwendet.
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Es ist anzumerken, dass die Abbildungslinse 53 eine Linse ist, die eine geringe chromatische Aberration aufweist, und dazu in der Lage ist, das gebeugte Licht L auf dem Linearsensor 55 unabhängig von den Wellenlängen des Messlichts M an einem Punkt abzubilden. Andererseits hängt ein Ausgabewinkel des gebeugten Lichts L, das vom Beugungsgitter 52 abgegeben wird, von der Wellenlänge des Messlichts M ab. Daher wird die Punktposition auf dem Linearsensor 55 ein Parameter, der von der Wellenlänge des Messlichts M abhängt.
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Signale, die vom Linearsensor 55 ausgegeben werden, werden über ein Signalkabel 57 an den Steuerungsabschnitt 60 gesendet. Es ist anzumerken, dass ein Lichtschutzmechanismus oder dergleichen vorgesehen werden kann, sodass gebeugtes Licht, mit Ausnahme des gebeugten Lichts L, das ein Ziel der Punktpositionsfeststellung werden soll, nicht in den Linearsensor 55 tritt. Darüber hinaus kann ein Anordnungswinkel oder dergleichen des Beugungsgitters 52 und des Linearsensors 55 auf geeignete Weise eingestellt werden.
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Der Steuerungsabschnitt 60 dient in dieser Ausführungsform als Positionsberechnungsabschnitt und berechnet eine Positionen des zu messenden Gegenstands O aufgrund von vom Linearsensor 55 empfangenen Signalen. Beispielsweise wird der Optikkopf 10 in einer vorgegebenen Bezugsposition gehalten, und weißes Licht W wird an den zu messenden Gegenstand O abgegeben. Dann wird die Position des zu messenden Gegenstands O aufgrund der Signale vom Linearsensor 55 berechnet, während die Bezugsposition als Bezug verwendet wird.
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Alternativ kann ein Abstand zwischen dem Optikkopf 10 und dem zu messenden Gegenstand O als die Position des zu messenden Gegenstands O berechnet werden. Ferner kann selbst in einem Fall, in dem sich der zu messende Gegenstand O bewegt, ein Bewegungsbetrag des zu messenden Gegenstands O aufgrund der Signale vom Linearsensor 55 berechnet werden, die gemäß der Bewegung ausgegeben werden (siehe Pfeil Y in 1).
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In einem Fall, in dem ein Optikkopf 10 über dem zu messenden Gegenstand O verwendet wird, kann eine Höhe des zu messenden Gegenstands O als die Position des zu messenden Gegenstands O berechnet werden. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt, und es ist auch möglich, den Optikkopf 10 in einer willkürlichen Richtung zu benutzen und die Position in dieser Richtung zu berechnen.
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Durch eine solche Positionsberechnung werden verschiedene Messungen möglich, wie beispielsweise eine Messung eines Umrisses/einer Form im mm-Bereich, eine Messung einer winzigen Form im µm-Bereich und eine Messung einer Arbeitsflächeneigenschaft.
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Der Steuerungsabschnitt 60 kann mittels eines Mikrocomputers umgesetzt werden, in dem beispielsweise eine CPU, ein Speicher (RAM, ROM), I/O (Input/Output) und dergleichen in einem Chip untergebracht sind. Verschiedene Verarbeitungstypen, die vom Mikrocomputer durchzuführen sind, können von der CPU im Chip ausgeführt werden, der gemäß einem vorgegebenen im Speicher gespeicherten Programm arbeitet. Ohne darauf begrenzt zu sein, können andere integrierte Schaltkreise und dergleichen auf geeignete Weise zum Umsetzen des Steuerungsabschnitts 60 verwendet werden.
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2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem die Position des zu messenden Gegenstands O von einem Steuerungsabschnitt 60 berechnet wird. Zuerst wird eine Position des Pixels 56, das einen Peak-Wert der Signalintensität (Peak-Pixelposition) ausgibt, aufgrund der Signalausgabe vom Linearsensor 55 festgestellt. Die Peak-Pixelposition entspricht einer Licht empfangenden Position des gebeugten Lichts L, das vom Sensor empfangen wird, und wird in dieser Ausführungsform durch eine Pixelzahl ausgedrückt.
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Aufgrund der festgestellten Pixelzahl wird die Position des zu messenden Gegenstands 0 (hierin als Abstand Abst. bezeichnet) berechnet. Wie in 2 gezeigt wird der Abstand Abst. anhand einer Korrekturtabelle berechnet. Die Korrekturtabelle wird zuvor erstellt, indem der chromatische Sensor 100 betrieben wird, während beispielsweise der Abstand Abst. eingestellt wird, und wird im Speicher des Steuerungsabschnitts 60 oder dergleichen gespeichert. Ein Verfahren des Erstellens der Korrekturtabelle, ein Zeitablauf des Erstellens und dergleichen unterliegt keiner Einschränkung.
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Die Berechnung des Abstands Abst. ist nicht auf das Verfahren beschränkt, das die Korrekturtabelle verwendet. Beispielsweise kann ein vorgegebener Berechnungsausdruck im Speicher oder dergleichen gespeichert werden, sodass der Abstand Abst. anhand des Berechnungsausdrucks aus der Pixelzahlberechnet wird. Alternativ kann die Wellenlänge des Messlichts M aus der Pixelzahl berechnet werden. Dann kann der Abstand Abst. anhand der Korrekturtabelle, der Berechnung oder dergleichen aus der Wellenlänge berechnet werden.
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3 ist eine Außenansicht, die ein bestimmtes Konfigurationsbeispiel eines Optikkopfs 10 zeigt. 4 ist ein schematisches Diagramm, das ein inneres Konfigurationsbeispiel des Optikkopfs 10 zeigt. Wie mit Bezug auf 1 beschrieben, umfasst der Optikkopf 10 den Gehäuseabschnitt 11, die Objektivlinse 12, die eine chromatische Aberration umfasst, und den Verbindungsanschluss 13, mit dem die optische Faser 31a verbunden ist. Der Optikkopf 10 umfasst auch die Bestrahlungsfläche 14, von der die mehreren Strahlen sichtbaren Lichts, die auf der optischen Achse A getrennt werden, in Richtung des zu messenden Gegenstands O gestrahlt werden.
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Ferner umfasst der Optikkopf 10 einen dichroitischen Spiegel 15, der im Gehäuseabschnitt 11 vorgesehen ist, eine Beobachtungseinheit 70 und einen Verbindungsabschnitt 17 zum Verbinden der Beobachtungseinheit 70 mit dem Gehäuseabschnitt 11.
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Der dichroitische Spiegel 15 ist auf der optischen Achse A zwischen den Objektivlinsen 12 und dem Verbindungsanschluss 13 angeordnet. Der dichroitische Spiegel 15 umfasst eine Wellenlänge, die selektiv weißes Licht W aussendet, das von der optischen Faser 31a abgegeben wird. Mit anderen Worten sendet in dieser Ausführungsform der dichroitische Spiegel 15 Licht aus, das in einem Wellenlängenband von ungefähr 450 nm bis ungefähr 660 nm enthalten ist.
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Mittlerweile reflektiert der dichroitische Spiegel 15 Beobachtungslicht N (einzelne Wellenlänge von ungefähr 680 nm), das von einer Beobachtungslichtquelle 71 abgegeben wird, die in der Beobachtungseinheit 70 vorgesehen ist. Eine bestimmte Konfiguration des dichroitischen Spiegels 15 unterliegt keiner Einschränkung und kann auf geeignete Weise gestaltet werden.
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Das Messlicht M, das von dem zu messenden Gegenstand O reflektiert wird, tritt durch die Objektivlinse 12 und in den dichroitischen Spiegel 15. Der dichroitische Spiegel 15 sendet das Messlicht M in Richtung des Verbindungsanschluss 13 aus. Mit anderen Worten gibt der dichroitische Spiegel 15 das Messlicht M, das durch die Objektivlinse 12 tritt, in Richtung des Verbindungsanschluss 13 ab.
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Die Beobachtungseinheit 70 umfasst die Beobachtungslichtquelle 71, eine Beleuchtungslinse 72, einen halbdurchlässigen Spiegel 73, eine Abbildungslinse 74, einen Bildsensor 75 und einen Gehäuseabschnitt 76, die diese aufnimmt. Die Beobachtungseinheit 70 ist als eine einzelne Einheit konfiguriert und kann and integral gehandhabt werden, indem sie beispielsweise den Gehäuseabschnitt 76 hält. Es ist anzumerken, dass, obwohl eine äußere Form des Gehäuseabschnitts 76 in 3 und 4 unterschiedlich ist, die äußere Form des Gehäuseabschnitts 76 keiner Einschränkung unterliegt und auf geeignete Weise gestaltet werden kann.
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Die Beobachtungslichtquelle 71 ist eine LED, die Beobachtungslicht N abgibt, das eine Wellenlänge von ungefähr 680 nm aufweist. Die Wellenlänge des Beobachtungslichts N unterliegt keiner Einschränkung, und es kann Licht einer willkürlichen Wellenlänge, die nicht im Wellenlängenband des weißen Lichts W enthalten ist, übernommen werden. Beispielsweise kann Licht mit einer einzigen Wellenlänge von ungefähr 430 nm verwendet werden, die auf einer kurzen Wellenlängenseite abweicht. Darüber hinaus können andere Festkörperlichtquellen, Lampen und dergleichen als Beobachtungslichtquelle verwendet werden.
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Wie in 4 gezeigt, sind die Beleuchtungslinse 72 und der halbdurchlässige Spiegel 73 entlang einer optischen Achse B1 der Beobachtungslichtquelle 71 angeordnet. Bestimmte Konfigurationen der Beleuchtungslinse 72 und des halbdurchlässigen Spiegels 73 unterliegen keiner Einschränkung und können auf geeignete Weise gestaltet werden.
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Ungefähr 50 % des Beobachtungslichts N, das durch die Beleuchtungslinse 72 tritt, wird vom halbdurchlässigen Spiegel 73 in einer im Wesentlichen orthogonalen Richtung reflektiert. Da reflektierte Beobachtungslicht N wird von einem Ausgabeanschluss (nicht gezeigt) nach außen abgegeben. Auf einer hinteren Seite des halbdurchlässigen Spiegels 73 sind die Abbildungslinse 74 und der Bildsensor 75 entlang einer optischen Achse (optischen Achse von Beobachtungslicht N, das vom halbdurchlässigen Spiegel reflektiert wird) B2 von diesem abgegebenen Beobachtungslicht N angeordnet. Die hintere Seite des halbdurchlässigen Spiegels 73 betrifft die andere Seite von der Seite, von der das Beobachtungslicht N abgegeben wird.
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Daher tritt in einem Fall, in dem das Beobachtungslicht N in den halbdurchlässigen Spiegel 73 entlang der optischen Achse B2 tritt, ungefähr 50 % des Beobachtungslichts N, das durch den halbdurchlässigen Spiegel 73 sendet, über die Abbildungslinse 74 in den Bildsensor 75 ein. Eine bestimmte Konfiguration der Abbildungslinse 74 unterliegt keiner Einschränkung und kann auf geeignete Weise gestaltet werden. Beispielsweise kann ein CMOS-Bereichssensor, ein CCD-Bereichssensor oder dergleichen als Bildsensor 75 verwendet werden.
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In dieser Ausführungsform entspricht die Beobachtungseinheit 70 einer Beobachtungseinheit, die eine Beobachtungslichtquelle und einen Bildsensor umfasst. Eine Konfiguration des optischen Beobachtungssystems in der Beobachtungseinheit 70 ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt und kann willkürlich gestaltet werden.
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Der Verbindungsabschnitt 17 ist so vorgesehen, dass die Beobachtungseinheit 70 gelöst werden kann, während die Position des dichroitischen Spiegels 15 verwendet wird, die im Inneren des Gehäuseabschnitts 11 als Bezug angeordnet ist. Wie in 4 gezeigt ist die Beobachtungseinheit 70 mit dem Gehäuseabschnitt 11 so verbunden, dass das Beobachtungslicht N, das von der Beobachtungseinheit 70 abgegeben wird, vom dichroitischen Spiegel 15 in Richtung der Objektivlinse 12 entlang der optischen Achse A reflektiert wird. Der Verbindungsabschnitt 17 ist zum Umsetzen einer solchen Verbindung konfiguriert.
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Beispielsweise wird eine Öffnung (nicht gezeigt) auf dem Gehäuseabschnitt 11 gemäß der Position des dichroitischen Spiegels 15 ausgebildet. Der Ausgabeanschluss der Beobachtungseinheit 70 ist an der Öffnung positioniert und befestigt. Beispielsweise ist ein Eingriffloch oder eine Eingriffrille nahe der Öffnung ausgebildet, und ein Spitzenendabschnitt der Beobachtungseinheit 70, wo der Ausgabeanschluss ausgebildet ist, wird in die Eingriffbefestigung oder dergleichen eingepasst. Dann werden beide Elemente mit einer Schraube oder dergleichen aneinander befestigt. Alternativ können willkürliche Konfigurationen zum Verbinden der verschiedenen Elemente übernommen werden und diese willkürlichen Konfigurationen sind im Verbindungsabschnitt gemäß der vorliegenden Technologie enthalten.
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Wenn die Beobachtungslichtquelle 71 betrieben wird, wird das Beobachtungslicht N von der Beobachtungseinheit 70 in Richtung des dichroitischen Spiegels 15 entlang der optischen Achse B2 abgegeben. Der dichroitische Spiegel 15 reflektiert das Beobachtungslicht N in Richtung der Objektivlinse 12 entlang der optischen Achse A. Mit anderen Worten gibt der dichroitische Spiegel 15 das weiße Licht W und das Beobachtungslicht N in Richtung der Objektivlinse 12 entlang der gleichen Achse ab.
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Das Beobachtungslicht N, das in Richtung der Objektivlinse 12 reflektiert wird, wird über die Objektivlinse 12 auf den zu messenden Gegenstand O gestrahlt.
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Im in 4 gezeigten Beispiel werden das Beobachtungslicht N und das Messlicht M (weißes Licht W) durch den gleichen Lichtfluss dargestellt, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise gibt es Fälle, in denen ein Durchmesser eines Bestrahlungspunkts des Beobachtungslichts N, der auf den zu messenden Gegenstand O gestrahlt werden soll, aufgrund einer Aberrationseigenschaft der Objektivlinse 12 etwas größer als der ist, wenn fokussiert wird. Selbst in diesem Fall kann ausreichend Beobachtungsgenauigkeit ausgeübt werden, indem beispielsweise die Wellenlänge des Beobachtungslicht N und dergleichen auf geeignete Weise eingestellt wird.
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Das Beobachtungslicht N, das vom zu messenden Gegenstand O reflektiert wird, tritt durch die Objektivlinse 12 und in den dichroitischen Spiegel 15. Der dichroitische Spiegel 15 reflektiert das Beobachtungslicht N in Richtung der Beobachtungseinheit 70 entlang der optischen Achse B2. Das Beobachtungslicht N, das entlang der optischen Achse B2 reflektiert wird, tritt über den halbdurchlässigen Spiegel 73 und die Abbildungslinse 74 in den Bildsensor 75 ein. Daher kann der dichroitische Spiegel 15 das Beobachtungslicht N, das vom zu messenden Gegenstand O reflektiert wird, in Richtung des Bildsensors 75 abgeben. In dieser Ausführungsform entspricht der dichroitische Spiegel 15 einem Strahlteiler.
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Das Betreiben der Beobachtungslichtquelle 71 und des Bildsensors 75 wird beispielsweise vom Steuerungsabschnitt 60 der Steuereinheit 20 gesteuert. Der Steuerungsabschnitt 60, die Beobachtungslichtquelle 71 und der Bildsensors 75 sind über Drähte, drahtlos oder dergleichen verbunden. Dann wird vom Steuerungsabschnitt 60 ein Steuersignal ausgegeben, das einen lichtabgebenden Betrag oder eine lichtabgebende Zeitsteuerung der Beobachtungslichtquelle 71 umfasst, und die Beobachtungslichtquelle 71 wird betrieben.
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Ferner wird ein Ausgabesignal vom Bildsensor 75 an den Steuerungsabschnitt 60 gesendet, und es wird ein Bild eines Messteils oder dergleichen erzeugt und an einen externen Bildschirm oder dergleichen ausgegeben. In dieser Ausführungsform wird ein Bild erzeugt, das aufgrund des Beobachtungslichts N als Einzelwellenlängenlicht grau ausgedrückt wird. Selbstverständlich kann die Steuerung der Beobachtungslichtquelle 71 und des Bildsensors 75, die Bilderzeugung und dergleichen von einem Block ausgeführt werden, der sich vom Steuerungsabschnitt 60 oder dergleichen unterscheidet.
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Es ist anzumerken, dass selbst in einem Fall, in dem unsichtbares Licht, etwa nahes Infrarotlicht als das Beobachtungslicht N verwendet wird, ein aufgrund der Ausgabe des Bildsensors 75 Bild eines Messteils erzeugt werden kann. In jedem Fall kann der dichroitische Spiegel 15 als der Strahlteiler verwendet werden, indem Licht einer Wellenlänge verwendet wird, die nicht in einem Wellenlängenband von Licht enthalten ist, das für die Positionsmessung (nachstehend als Messlicht bezeichnet) verwendet wird. Dementsprechend wird es möglich, einen Verlust einer Lichtmenge von jedem aus dem Messlicht M und dem Beobachtungslicht N zu unterdrücken, um das Durchführen von Messung und Beobachtung mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.
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In der Beschreibung oben ist im chromatischen Sensor 100 dieser Ausführungsform der dichroitische Spiegel 15 im konfokalen optischen System innerhalb des Gehäuseabschnitts 11 angeordnet, und die Beobachtungseinheit 70 ist entsprechend dieser Position verbunden. Dementsprechend wird eine koaxiale Beobachtung möglich, bei der die Objektivlinse 12 für CPS verwendet wird, und eine Überwachungsfunktion eines Messteils kann umgesetzt werden.
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Beispielsweise wird es mit einem Bild, das auf der Ausgabe des Bildsensors 75 beruht, möglich die Positionierungsgenauigkeit des Optikkopfs 10 zu verbessern und den Messteil leicht zu prüfen. Dementsprechend wird es möglich, den zu messenden Gegenstand O mit hoher Genauigkeit zu messen. Ferner kann durch Verwenden von sichtbarem Licht als Beobachtungslicht N, wie in dieser Ausführungsform, das Beobachtungslicht N als Führungslicht verwendet werden. Dementsprechend wird es möglich, die Bedienbarkeit und Messgenauigkeit in der Positionsmessung zu verbessern.
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Durch gleichzeitiges Betreiben des Lichtquellenabschnitts 40 der Steuereinheit 20 und der Beobachtungslichtquelle 71 der Beobachtungseinheit 70 können die Messbetriebe und das Programmieren ausgeführt werden, während ein Bild eines Messteils auf einem Bildschirm geprüft wird. Ferner ist es auch möglich einen Messzustand des chromatischen Sensors 100 zu prüfen, der gemäß einem Teilprogramm in Echtzeit durch ein Video auf einem Bildschirm betrieben wird. Infolgedessen wird es möglich, sofort eine Programmkorrektur und dergleichen auszuführen und leicht extrem hohe Messgenauigkeit zu verwirklichen.
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Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf den Fall begrenzt ist, in dem das weiße Licht W und das Beobachtungslicht N gleichzeitig gestrahlt werden, und eine Bestrahlungszeitsteuerung von jedem Licht auf geeignete Weise gesteuert werden kann. Beispielsweise kann, nachdem das Beobachtungslicht N ausgestrahlt und eine Beobachtung des Messteils durchgeführt wurde, das weiße Licht W anstelle des Beobachtungslichts N ausgestrahlt werden, um den zu messenden Gegenstand O zu messen.
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Ferner wird es möglich, die Einheit leicht durch andere Arten von Beobachtungseinheiten oder andere Einheiten zu ersetzen, da der Verbindungsabschnitt 17, der die Einheit lösbar verbinden kann, in dieser Ausführungsform konfiguriert ist, während die Position des dichroitischen Spiegels 15 als Bezug verwendet wird. Daher wird es möglich, für verschiedene Zwecke Beobachtungen, Führungslichtbestrahlungen und dergleichen umzusetzen.
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5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel in einem Fall zeigt, in dem anstelle der Beobachtungseinheit 70 eine Führungslichteinheit verbunden ist. 6 ist ein schematisches Diagramm, das einen Bestrahlungspunkt des Führungslichts zeigt, das auf den zu messenden Gegenstand zu strahlen ist. Eine Führungslichteinheit 80 entspricht in dieser Ausführungsform einem Führungslichtbestrahlungsabschnitt.
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Das Ändern der mit dem Verbindungsabschnitt 17 zu verbindenden Einheit kann manuell ausgeführt werden, oder kann unter Steuerung des Steuerungsabschnitts 60 und dergleichen automatisch ausgeführt werden. Im Fall eines automatischen Austauschens der Einheit ist beispielsweise ein Anbringungsmechanismus konfiguriert, der einen Haltearm umfasst, der die Einheit hält und das Anbringen/Lösen ausführt. Der Anbringungsmechanismus kann im chromatischen Sensor 100 konfiguriert sein oder kann extern konfiguriert sein.
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Die Führungslichteinheit 80 umfasst eine Laserlichtquelle 81, die Führungslicht (Laserlicht) L abgibt, und eine Linse 82, die das abgegebene Führungslicht L weitergibt. Als Führungslicht L wird sichtbares Laserlicht verwendet, um zu ermöglichen, dass es visuell geprüft wird. Eine bestimmte Wellenlänge des Führungslichts L unterliegt keiner Einschränkung, und in dieser Ausführungsform wird Laserlicht verwendet, das eine Wellenlänge aufweist, die nicht im Wellenlängenband von weißem Licht W für eine Positionsmessung (Wellenlängenband von ungefähr 450 nm bis ungefähr 660Wellenlängenm) enthalten ist. Beispielsweise wird Laserlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 680 nm oder ungefähr 430 nm verwendet.
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Da die Führungslichteinheit 80 mit dem Verbindungsabschnitt 17 verbunden ist, tritt Führungslicht L, das entlang einer optischen Achse C abgegeben wird, in den dichroitischen Spiegel 15 ein. Der dichroitische Spiegel 15 reflektiert das Führungslicht L entlang der optischen Achse A in Richtung der Objektivlinse 12. Daher wird das Führungslicht L entlang der gleichen optischen Achse an den zu messenden Gegenstand O abgegeben, wie das weiße Licht W. Dementsprechend wird, wie in 6 gezeigt, das Führungslicht auf einen Messteil des zu messenden Gegenstands O gestrahlt, sodass ein Bestrahlungspunkt S sichtbar wird.
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Durch Anbringen der Führungslichteinheit 80 auf diese Weise wird es möglich, eine Führungsfunktion umzusetzen und den Messteil leicht zu sehen. Infolgedessen kann der zu messende Gegenstand O mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Ferner können die Verarbeitbarkeit der Messvorgänge und das Programmieren maßgeblich verbessert werden. Es ist anzumerken, dass der Lichtquellenabschnitt 40 und die Laserlichtquelle 81 gewöhnlich gleichzeitig betrieben werden und eine Messung ausgeführt wird, während das Führungslicht L ausgestrahlt wird. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt, und Bestrahlungszeitsteuerungen des weißen Licht W und des Führungslichts L können auf geeignete Weise gesteuert werden.
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7 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Konfigurationsbeispiel der Führungslichteinheit zeigt. 8 ist ein schematisches Diagramm, das einen Bestrahlungspunkt des Führungslichts zeigt, das auf den zu messenden Gegenstand gestrahlt wird.
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Diese Führungslichteinheit 90 umfasst einen Formungsmechanismus, der eine Punktform des Führungslichts L formt, das auf den zu messenden Gegenstand O zu strahlen ist. Insbesondere umfasst die Führungslichteinheit 90 einen Konusspiegel 92, der auf einer optischen Achse D des Führungslichts L angeordnet ist, das von einer Laserlichtquelle 91 ausgegeben wird, und Reflexionsspiegel 93, die um den Konusspiegel 92 angeordnet sind.
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Wie in 7 gezeigt, wird eine Querschnittsform des Führungslichts L vom Formungsmechanismus in eine Ringform ausgebildet. Dementsprechend wird die Punktform des Führungslichts L, das auf den zu messenden Gegenstand O zu strahlen ist, eine Ringform. Ein Innenbereich 95 des Bestrahlungspunkts S des Führungslichts L wird ein Messbereich, auf den mehrere Strahlen sichtbaren Lichts gestrahlt werden.
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Durch Anbringen der Führungslichteinheit 90 und Formen eines Projektionsmusters des Führungslichts L in Ringform kann eine Lasersichtfunktion umgesetzt werden. Mit anderen Worten wird es möglich, das Führungslicht L in eine Peripherie eines Messpunkts (Messteils) zu strahlen, um das Positionieren zu ermöglichen, und ein Prüfen eines Messteils durchzuführen, ohne die Positionsmessung zu beeinflussen. Infolgedessen kann eine hohe Messgenauigkeit umgesetzt werden. Es ist anzumerken, dass dies nicht unbedingt bedeutet, dass die Positionsmessung in einem Fall beeinflusst wird, in dem das Führungslicht L auf den Messpunkt gestrahlt wird, und dass es bedeutet, dass eine solche Möglichkeit ausreichend ausgeschlossen werden kann.
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Als Form des zu formenden Bestrahlungspunkts S kann eine willkürliche Form übernommen werden. Ferner unterliegt auch eine Konfiguration des Formungsmechanismus, der die Form des Bestrahlungspunkts S formt, keinen Einschränkungen und kann willkürlich gestaltet werden.
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Ein kontaktloser Längenesser des Wellenlägen-Konfokal-Typs, der proaktiv eine chromatische Aberration verwendet, die vom konfokalen optischen System verursacht wird, kann zum Durchführen verschiedener Messungen verwendet werden, wie beispielsweise eine Messung eines Umrisses/einer Form im mm-Bereich, eine Messung einer winzigen Form im µm-Bereich und eine Messung einer Arbeitsflächeneigenschaft. Indessen war das Durchführen einer koaxialen Beobachtung einer Messarbeit aufgrund dieses Messprinzips schwierig.
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Da eine Arbeit nicht beobachtet werden kann, erforderte insbesondere eine Messung einer Arbeit im µm-Bereich Zeit zum Positionieren und Prüfen eines Messteils. Darüber hinaus war aufgrund des Prinzips des Messens einer Entfernung/Verschiebung anhand einer chromatischen Streuung von Licht als Maßstab eine koaxiale Beobachtung anhand einer Objektivlinse, die eine chromatische Aberration aufweist, äußerst schwierig, und eine nicht koaxiale Beobachtung war in einem Fall schwierig, in dem die Arbeit eine steile Neigung und dergleichen ist.
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Durch Hinzufügen der Beobachtungseinheit 70, die in 4 in dieser Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist, wird die Überwachungsfunktion umgesetzt und eine koaxiale Beobachtung einer Messarbeit wird möglich. Dementsprechend werden das Positionieren und Prüfen eines Messteils erleichtert, Messungen können mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden, und die Messgenauigkeit kann verbessert werden. Durch Einstellen der Wellenlänge des Beobachtungslichts N als sichtbares Licht kann das Beobachtungslicht N auch als Führungslicht verwendet werden. Dementsprechend kann ein grobes Positionieren durch visuellen Kontakt durchgeführt werden und Messungen können mit höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden. Da ein Zustand einer Messarbeit beobachtet werden können darüber hinaus Staub, Kratzer, Schmutz und dergleichen zu einem Zeitpunkt, zu dem anormale Daten und dergleichen festgestellt werden, voneinander unterschieden werden, und dadurch wird es möglich, die Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit zu verbessern.
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Ferner wird es durch Anbringen der Führungslichteinheiten 80 und 90, die in 5 und 7 beispielhaft beschrieben wurden, möglich, die Führungslichtfunktion und Lasersichtfunktion umzusetzen. Infolgedessen können die Verarbeitbarkeit der Messvorgänge und die Messgenauigkeit ausreichend verbessert werden.
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Außerdem ist der dichroitische Spiegel 15 in dieser Ausführungsform zwischen der Objektivlinse 12, die eine chromatische Aberration innerhalb des konfokalen optischen Systems umfasst, und dem Verbindungsanschluss 13 angeordnet. Die Beobachtungseinheit 70 oder die Führungslichteinheit 80 oder 90 wird befestigt, während der dichroitische Spiegel 15 als Bezug verwendet wird. Dementsprechend wird es möglich, andere optische Beobachtungssysteme oder optische Lasersysteme zu kombinieren, während die Messgenauigkeit des Wellenlängen-Konfokal-Typs hoch gehalten wird, und die Gestaltung derselben wird ebenfalls erleichtert. Da keine Notwendigkeit besteht, ein optisches Element oder dergleichen zwischen der Objektivlinse 12 und dem zu messenden Gegenstand O hinzuzufügen, kann ferner ein Betriebsabstand (Abstand zwischen der Objektivlinse 12 und dem zu messenden Gegenstand O) ausreichend gesichert werden, und eine hohe Verarbeitbarkeit kann ausgeübt werden.
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Beispielsweise wird in dem in Patentliteratur 1 oben offenbarten Aufbau, in dem ein Mikroskop und ein chromatischer Konfokalsensor integriert sind, eine Objektivlinse des Mikroskops gemeinsam verwendet. In diesem Fall kann ein Strahlengang von jedem der mehreren Lichtstrahlen, die auf einer Achse durch chromatische Aberration einer afokalen Streulinse getrennt werden, durch Wellenlängenabhängigkeit der Objektivlinse und dergleichen gestört werden. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Höhenmessgenauigkeit maßgeblich gesenkt wird. Im Gegensatz dazu kann eine hohe Messgenauigkeit ausgeübt werden, da andere optische Systeme hinzugefügt werden, während gemäß der vorliegenden Technologie das konfokale optische System als Bezug im chromatischen Sensor verwendet wird.
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<Andere Ausführungsformen>
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es können auch viele andere Ausführungsformen umgesetzt werden.
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In den Beschreibungen oben wird Licht, das eine Wellenlänge aufweist, die nicht im Wellenlängenband von Licht für eine Positionsmessung enthalten ist (weißes Licht W in den Beschreibungen oben) als das Beobachtungslicht und Führungslicht verwendet, die vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann Licht, das das gleiche Wellenlängenband wie das Licht für eine Positionsmessung aufweist, als Beobachtungslicht und dergleichen verwendet werden.
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Bezugnehmend auf den Optikkopf 10, der in 4 beispielhaft dargestellt wird, kann beispielsweise eine weiße LED als Beobachtungslichtquelle 71 verwendet werden. In diesem Fall wird anstelle des dichroitischen Spiegels 15 ein halbdurchlässiger Spiegel als Strahlteiler verwendet. Dementsprechend kann aufgrund der Ausgabe eines Bildsensors 75 ein Farbbild eines Messteils erzeugt werden. Infolgedessen wird die Beobachtungsgenauigkeit eines Messteils ausreichend verbessert, und eine hohe Messgenauigkeit wird ausgeübt. Es ist anzumerken in diesem Fall, eine lichtabgebende Zeiteinstellung von weißem Licht mittels des Lichtquellenabschnitts 40 und der Beobachtungslichtquelle 71 auf geeignete Weise gesteuert wird.
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Es ist anzumerken, dass in einem Fall, in dem eine weiße LED als Beobachtungslichtquelle 71 verwendet wird, eine Korrekturlinse angeordnet werden kann, die eine chromatische Aberration korrigiert, die verursacht wird, wenn das Beobachtungslicht (weiße Licht), das vom zu messenden Gegenstand 0 reflektiert wird, durch die Objektivlinse 12 tritt. Beispielsweise kann die in 4 gezeigte Abbildungslinse 74 so eingestellt werden, dass sie die Korrekturfunktion umfasst. Beispielsweise wird die Abbildungslinse 74, die eine Aberrationseigenschaft umfasst, gegenüber derjenigen der Objektivlinse 12 angeordnet. Dementsprechend wird es möglich, eine chromatische Aberration des Beobachtungslichts zu korrigieren und ein Bild eines Beobachtungsteils mit hoher Genauigkeit zu erzeugen.
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Es ist anzumerken, dass auch eine Konfiguration möglich ist, in der ein halbdurchlässiger Spiegel im Gehäuseabschnitt 11 angeordnet ist und auf die Beobachtungslichtquelle der Beobachtungseinheit 70 verzichtet wird. In diesem Fall tritt Licht, das durch Ausschließen des Messlichts M aus dem weißen Licht (mehrere Strahlen sichtbaren Lichts) erhalten und vom zu messenden Gegenstand O reflektiert wird, durch den Bildsensor 75. Der Messteil kann anhand eines Bilds beobachtet werden, das entsprechend erzeugt wird, jedoch ist ein beobachtbarer Bereich auf dem zu messenden Gegenstands O nicht sehr groß.
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Außerdem kann auch Beobachtungslicht verwendet werden, das ein Wellenlängenband umfasst, das mit dem Wellenlängenband von Licht für eine Positionsmessung überlappt. Durch Gestalten und Anordnen eines Strahlteilers, der diese Lichtstrahlen auf geeignete Weise teilt, wird eine Positionsmessung des zu messenden Gegenstands O und eine Beobachtung eines Beobachtungsteils möglich. Außerdem kann für das Führungslicht sichtbares Licht verwendet werden, das im Wellenlängenband von Licht für eine Positionsmessung enthalten ist. Beispielsweise kann das Führungslicht anhand eines halbdurchlässigen Spiegels auf den zu messenden Gegenstand O gestrahlt werden.
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9 ist ein schematisches Diagramm, das ein inneres Konfigurationsbeispiel eines Optikkopfs gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt. In diesem Optikkopf 210 sind eine Kollimatorlinse 218 und eine Relaislinse 219 zwischen einer Objektivlinse 212 und einem Verbindungsanschluss 213 angeordnet. Die Kollimatorlinse 218 ist in der Umgebung des Verbindungsanschluss 213 angeordnet und parallelisiert weißes Licht W, das im Inneren eines Gehäuseabschnitts 211 abgegeben wird. Die Relaislinse 219 ist in der Umgebung der Objektivlinse 212 angeordnet und konvergiert das parallelisierte weiße Licht W in Richtung der Objektivlinse 212.
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Ein dichroitischer Spiegel 215, der das Messlicht M aussendet und das Beobachtungslicht N reflektiert, ist zwischen der Kollimatorlinse 218 und der Relaislinse 219 angeordnet. Dementsprechend wird es möglich, Licht an einer Position zu trennen, an der Lichtstrahlen (Lichtfluss) parallel zur optischen Achse A werden, und das Auftreten einer Abweichung der optischen Achse und dergleichen ausreichend zu verhindern. Darüber hinaus kann eine Winkelabhängigkeit des dichroitischen Spiegels 215 unterdrückt werden. Infolgedessen wird es möglich, einen Einfluss zu unterdrücken, der durch Hinzufügens des dichroitischen Spiegels 215 auf eine Messung des Wellenlängen-Konfokal-Typs verursacht wird. Es ist anzumerken, dass dies nicht bedeutet, dass es in einer Konfiguration, in der keine Kollimatorlinse 218, Relaislinse 219 und dergleichen verwendet werden, immer eine Beeinflussung durch das Hinzufügen des dichroitischen Spiegels 215 vorliegt.
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Im in 4 gezeigten Beispiel wird die Beobachtungseinheit 70 verwendet, die als einzelne Einheit konfiguriert ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Beobachtungslichtquelle 71 und der Bildsensor 75 können unabhängig voneinander angeordnet werden. Beispielsweise ist eine Bildaufnahmeeinheit, die den Bildsensor 75 und die Abbildungslinse 74 umfasst, mit dem Verbindungsabschnitt 17 des Gehäuseabschnitts 11 verbunden. Dann wird die Beobachtungslichtquelle 71 in der Umgebung der Bestrahlungsoberfläche 14 des Gehäuseabschnitts 11 angeordnet. Mit einer solchen Konfiguration kann auch ein Bild eines Messteils erzeugt werden.
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Ferner kann ein Abschnitt der Beobachtungseinheit 70, an dem die Beobachtungslichtquelle 71 angeordnet ist, ferner eine Konfiguration mit abnehmbarer Einheit umfassen, und eine Lichtquelleneinheit, die mit Laserlicht ausgestattet ist, kann an diesem Abschnitt angebracht werden. Demgemäß können das Beobachtungslicht und das Führungslicht leicht getauscht werden.
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Die In 4 gezeigte Beobachtungseinheit 70 kann mit dem Gehäuseabschnitt 11 integriert werden. Mit anderen Worten ist es nicht notwendig, eine abnehmbare Verbindungskonfiguration umzusetzen. Da die oben beschriebene Überwachungsfunktion auch in diesem Fall ausgeübt wird, kann der zu messende Gegenstand mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Ähnlich kann auch die Führungslichteinheit mit dem Gehäuseabschnitt integriert werden.
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Außerdem wird in der Beschreibung oben für eine Positionsmessung weißes Licht als Licht verwendet, das mehrere Strahlen sichtbaren Lichts umfasst. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und trifft auch auf einen Fall zu, in dem anderes Breitbandlicht verwendet wird. Insbesondere können Ultraviolettstrahlen, Infrarotstrahlen und dergleichen als unsichtbares Licht als die mehreren Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen abgegeben werden. Beispielsweise kann eine LED, die ultraviolette Strahlen oder dergleichen abgibt, als Lichtquelleneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Mindestens zwei der Merkmalsabschnitte gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung können kombiniert werden. Darüber hinaus sind die verschiedenen oben beschriebenen Auswirkungen bloße Beispiele und dürfen nicht darauf beschränkt werden, und andere Auswirkungen können ebenfalls ausgeübt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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