DE112015003040T5

DE112015003040T5 - Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät, konfokales Messgerät, Interferenz-Messgerät und Farbmessgerät

Info

Publication number: DE112015003040T5
Application number: DE112015003040.9T
Authority: DE
Inventors: Shoma Kuga
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-03-23
Also published as: CN110196020A; CN106471332A; US11060917B2; US20190094074A1; CN106471332B; JP7270807B2; JP7284114B2; US20170122808A1; JP2020079807A; JP2022095987A; US10180355B2; CN110196020B; JPWO2015199054A1; WO2015199054A1; JP7010589B2

Abstract

Es werden ein fotoelektrisches Multi-Wellenlänge-Messgerät, ein konfokales Messgerät, ein Interferenz-Messgerät und ein optisches Farbmessgerät bereitgestellt, die in der Lage sind, eine charakteristische Größe eines Messobjekts wie beispielsweise Dicke, Abstand, Verschiebung oder Farbe unter Verwendung von Multi-Wellenlängen-Licht, wie beispielsweise weißes Licht, mit hoher Genauigkeit zu messen. Das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät schließt ein: eine Laserlichtquelle, ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln von Licht von der Laserlichtquelle, einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde, eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt, und ein optisches Kopfstück, das Licht sammelt, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit zu einem Messobjekt emittiert wurde.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft fotoelektrische Multi-Wellenlänge-Messgeräte, wie beispielsweise ein konfokaler Verschiebungsmesszähler, ein Interferenz-Verschiebungsmesszähler und ein optischer Farbsensor, die in der Lage sind, charakteristische Größen eines Messobjekts wie beispielsweise Dicke, Abstand, Verschiebung oder Farbe unter Verwendung von Multi-Wellenlängen-Licht, wie beispielsweise weißes Licht, zu messen.
HINTERGRUND
Ein fotoelektrisches Messgerät emittiert sichtbares Licht oder Infrarot-Licht von einer lichtemittierenden Einheit und erfasst mit einer Lichtempfangseinheit reflektiertes Licht, das durch die Oberfläche eines Messobjekts reflektiert wurde oder erfasst durch Licht, das durch ein Messobjekt hindurchgegangen ist. Eine Messeinheit misst die charakteristische Größe eines Messobjekts, wie beispielsweise die Dicke, den Abstand, die Verschiebung oder die Farbe gemäß einer Lichtintensitätsverteilung jeder Wellenlänge in der Lichtempfängereinheit (siehe z. B. Patentdokumente 1 bis 4).
In konventionellen fotoelektrischen Multi-Wellenlängen-Messgeräten werden eine Weiß-Lichtquelle, wie beispielsweise eine Halogenlampe oder eine Xenonlampe, eine weiße LED oder eine Superlumineszenzdiode (SLD) als Lichtemissionsquelle verwendet.
STAND DER TECHNIK DOKUMENT
PATENTDOKUMENT

Patent Dokument 1: US 4,585,349
Patent Dokument 2: JP 2012-021856 A
Patent Dokument 3: JP 2010-121977 A
Patent Dokument 4: JP 02-095222 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE VON DER ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
Wenn jedoch eine Superlumineszenzdiode (SLD) als eine lichtemittierende Quelle verwendet wird, kann die gewünschte Messung ungünstigerweise nicht durchgeführt werden aufgrund einer unzureichenden Wellenlängenbreite des emittierten Lichts abhängig von der Messvorgabe. Wenn auf der anderen Seite eine Weißlichtquelle wie beispielsweise eine Halogenlampe oder eine Xenonlampe oder eine weiße LED als Lichtemissionsquelle verwendet wird, ist es schwierig, eine Abbildung mit einem kleinen Spotdurchmesser aufgrund einer größeren Fläche der lichtemittierenden Einheit zu erreichen. Wenn Licht, das auf ein Messobjekt gerichtet wird, einen großen Spotdurchmesser aufweist, wird Licht auch auf andere Bereiche als auf die gewünschte Messobjektfläche gerichtet, was unvorteilhaft zu einer unsachgemäßen Messung führen kann.
Insbesondere verschlechtert sich bei einem konfokalen Verschiebungsmesszähler oder einem Interferenzverschiebungsmesszähler nicht nur die Genauigkeit in der vertikalen Richtung hinsichtlich zur Richtung der optischen Achse, sondern auch die Messgenauigkeit der Dicke und die Verschiebung, die entlang der optischen Achsrichtung gemessen wurde, wenn das Licht, das auf ein Messobjekt gerichtet wird, einen großen Spotdurchmesser aufweist.
Um solche Probleme zu lösen, kann die Lichtemissionsquelle mit einer Blende ausgestattet werden, um den Spotdurchmesser des Lichts, das auf ein Messobjekt gerichtet wird, zu verringern. Jedoch haben Weißlichtquellen wie beispielsweise eine Halogenlampe und eine Xenonlampe unvorteilhafterweise eine kurze Lebensdauer. Weiterhin, wenn eine weiße LED verwendet wird, ist auch die Lichtmenge, die auf das Messobjekt gerichtet wird, klein, da eine weiße LED nur eine geringe Lichtemission pro Einheitsfläche aufweist. Somit werden messbare Objekte nachteilhaft eingeschränkt und die Dicke und der Abstand eines Messobjekts kann nicht mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben genannten Umstände und es ist deshalb eine Aufgabe, ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät, ein konfokales Messgerät, ein Interferenzmessgerät und ein Farbmessgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die charakteristische Größe eines Messobjekts, wie beispielsweise die Dicke, den Abstand, die Verschiebung oder die Farbe, mit hoher Genauigkeit unter Verwendung von Multi-Wellenlängen-Licht, wie beispielsweise weißes Licht, zu messen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, umfasst ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät gemäß einer ersten Ausführungsform: eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln von Licht von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das Licht sammelt, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit zu einem Messobjekt emittiert wurde; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt wellenlängenselektiv empfängt, und das das empfangene Licht fotoelektrisch in ein Signal entsprechend einer empfangenen Lichtmenge umwandelt; und eine Messsteuereinheit, die die charakteristische Größe des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Aspekt der phosphoreszierende Stoff innerhalb eines lichtdurchlässigen Mediums, das Licht von der Laserlichtquelle und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wurde, durchlässt, fixiert ist und wobei das lichtdurchlässige Medium an dem ersten Ende der optischen Fasereinheit fixiert ist.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten oder zweiten Aspekt das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät weiterhin einen optischen Filter umfasst, der zwischen dem phosphoreszierenden Stoff und dem lichtquellenoptischen Element angeordnet ist, und der Licht von der Laserlichtquelle durchlässt und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wurde, reflektiert.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in irgend einem des ersten bis dritten Aspekts das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät weiterhin einen Rahmenkörper umfasst, der eine Öffnung enthält, die eine Form aufweist entsprechend einem optischen Weg von Licht, das auf ein erstes Ende der optischen Fasereinheit auftrifft, und der den phosphoreszierenden Stoff in der Öffnung umschließt.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Aspekt das fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät weiterhin umfasst: einen Rahmenkörper, der eine Öffnung enthält, die eine Form aufweist entsprechend einem optischen Weg von Licht, das auf ein erstes Ende der optischen Fasereinheit auftrifft, und der den phosphoreszierenden Stoff in der Öffnung umschließt; und einen optischen Filter, der den Rahmenkörper an einer Seite bedeckt, die zu dem lichtquellenoptischen Element zeigt, Licht von der Laserlichtquelle durchlässt, und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wird, reflektiert.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Aspekt das fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät weiterhin einen Rahmenkörper umfasst, der eine Öffnung enthält, die eine Form aufweist entsprechend einem optischen Weg von Licht, das auf ein erstes Ende der optischen Fasereinheit auftrifft, und der den phosphoreszierenden Stoff in der Öffnung umschließt, wobei der phosphoreszierende Stoff innerhalb eines lichtdurchlässigen Mediums, das Licht von der Laserlichtquelle und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wird, durchlässt, fixiert ist, und der phosphoreszierende Stoff und das lichtdurchlässige Medium in der Öffnung des Rahmenkörpers untergebracht sind.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Aspekt das fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät weiterhin umfasst: einen Rahmenkörper, der eine Öffnung enthält, die eine Form aufweist entsprechend einem optischen Weg von Licht, das auf ein erstes Ende der optischen Fasereinheit auftrifft, und der den phosphoreszierenden Stoff in der Öffnung umschließt; und einen optischen Filter, der den Rahmenkörper an einer Seite bedeckt, die zu dem lichtquellenoptischen Element zeigt, Licht von der Laserlichtquelle durchlässt, und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wird, reflektiert, wobei der phosphoreszierende Stoff innerhalb eines lichtdurchlässigen Mediums, das Licht von der Laserlichtquelle und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wird, durchlässt, fixiert ist, und der phosphoreszierende Stoff und das lichtdurchlässige Medium in der Öffnung des Rahmenkörpers untergebracht sind.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in irgend einem des vierten bis siebten Aspekts das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät weiterhin eine reflektierende Oberfläche umfasst, die auf einer Wand an einer Innendurchmesserseite des Rahmenkörpers ausgebildet ist.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in irgend einem des ersten bis achten Aspekts des fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgeräts das lichtquellenoptische Element eine oder eine Vielzahl von Linsen einschließt.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät dadurch gekennzeichnet, dass in irgend einem des ersten bis achten Aspekts des fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgeräts das lichtquellenoptische Element einen röhrenförmigen reflektierenden Spiegel mit einer eingebauten Linse einschließt.
Als nächstes umfasst gemäß einer Ausführungsform, um die obige Aufgabe zu erfüllen, ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät: eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln von Licht von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; ein reflektierendes Element, das den phosphoreszierenden Stoff, der auf einer reflektierenden Oberfläche angeordnet ist, enthält und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wurde, mit der reflektierenden Oberfläche reflektiert; ein zweites lichtquellenoptisches Element zum Sammeln von Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern einschließt, Licht, das von dem zweiten lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde, an einem ersten Ende empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das Licht, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit emittiert wurde, auf ein Messobjekt sammelt; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt selektiv entsprechend der Wellenlänge empfängt und fotoelektrisch das empfangene Licht in ein Signal entsprechend einer empfangenen Lichtmenge umwandelt; und eine Messsteuereinheit, die die charakteristische Größe des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt.
Als nächstes umfasst gemäß einer Ausführungsform, um die obige Aufgabe zu erfüllen, ein konfokales Messgerät eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln des Lichts von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das Licht, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit emittiert wurde, auf ein Messobjekt sammelt und es dem von dem Messobjekt reflektierten Licht erlaubt, in das zweite Ende der optischen Fasereinheit einzudringen; eine Abzweigeinheit, die auf der optischen Fasereinheit angeordnet ist, um mindestens einen Teil des Lichts, das auf die optische Faser von dem zweiten Ende einfällt, auf einen zweiten optischen Weg zu richten, der sich von einem ersten optischen Pfad, der zum ersten Ende führt, unterscheidet; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt, das durch den zweiten optischen Pfad durchgeht, entsprechend der Wellenlänge unter Verwendung eines Spektroskops selektiv empfängt und das empfangene Licht fotoelektrisch in ein Signal entsprechend einer empfangenen Lichtmenge umwandelt; und eine Messsteuereinheit, die die Dicke oder die Verschiebung des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt.
Als nächstes umfasst gemäß einer Ausführungsform, um die obige Aufgabe zu erfüllen, ein Interferenzmessgerät eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln des Lichts von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das einen Referenzkörper einschließt, Licht, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit emittiert wurde, auf ein Messobjekt und den Referenzkörper sammelt und es dem von dem Messobjekt und dem Referenzkörper reflektierten Licht erlaubt, in das zweite Ende der optischen Fasereinheit einzudringen; eine Abzweigeinheit, die auf der optischen Fasereinheit angeordnet ist, um mindestens einen Teil des Lichts, das auf die optische Faser von dem zweiten Ende einfällt, auf einen zweiten optischen Weg zu richten, der sich von einem ersten optischen Pfad, der zum ersten Ende führt, unterscheidet; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt, das durch den zweiten optischen Pfad durchgeht, entsprechend der Wellenlänge unter Verwendung eines Spektroskops selektiv empfängt und das empfangene Licht fotoelektrisch in ein Signal entsprechend einer empfangenen Lichtmenge umwandelt; und eine Messsteuereinheit, die die Dicke oder die Verschiebung des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt.
Als nächstes umfasst gemäß einer Ausführungsform, um die obige Aufgabe zu erfüllen, eine Farbmessvorrichtung eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln des Lichts von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das Licht, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit emittiert wurde, auf ein Messobjekt sammelt; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt gemäß einer Wellenlänge selektiv empfängt und das empfangene Licht fotoelektrisch in ein Signal umwandelt, das einer empfangenen Lichtmenge entspricht; und eine Messsteuereinheit, die eine Farbe des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt, und die die gemessene Farbe mit einem vorgegebenen Referenzfarbbereich vergleicht.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung macht es möglich, dass Licht, das von der Laserlichtquelle emittiert wurde, in die optische Fasereinheit durch den phosphoreszierenden Stoff, der an dem ersten Ende der optischen Fasereinheit an der Seite, die zu dem lichtquellenoptischen Element zeigt, angeordnet ist, eindringen kann. Auf diese Weise ist es möglich, das Licht verlässlich zu sammeln, so dass das Licht effizient in die optische Fasereinheit eindringen kann, selbst wenn Licht durch den phosphoreszierenden Stoff wellenlängenkonvertiert und zerstreut wird. Deshalb ist es möglich, die charakteristische Größe eines Messobjekts wie beispielsweise die Dicke, den Abstand, die Verschiebung oder die Farbe mit hoher Genauigkeit zu messen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines konfokalen Messgeräts veranschaulicht, welches ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Kopfstücks gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine prinzipielle Konfiguration einer Lichtemissionseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die mit einem Rahmenkörper der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist;
Die 6a bis 6c sind vergrößerte schematische Diagramme, die einen Teil der Konfiguration veranschaulichen, die mit dem Rahmenkörper der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist;
Die 7a und 7b sind schematische Diagramme, die eine Konfiguration veranschaulichen, die mit einem reflektiven Filter der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist;
Die 8a und 8b sind eine Vorderansicht und eine Querschnittansicht, die die Konfiguration der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die einen röhrenförmigen reflektierenden Spiegel in der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
10 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die sowohl eine Linse als auch den röhrenförmigen reflektierenden Spiegel in der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
11 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in der die Anordnung einer Laserlichtquelle geändert ist;
12 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in der eine Vielzahl von optischen Fasern gekoppelt sind;
13 ist ein vergrößertes schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Teils veranschaulicht, in dem die Vielzahl von optischen Fasern in der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekoppelt sind;
14 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines Interferenzmessgeräts veranschaulicht, das ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
15 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer Kopfeinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Die 16a und 16b sind eine Vorderansicht und eine Querschnittansicht, die die Konfiguration einer lichtemittierenden Einheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
17 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die einen röhrenförmigen reflektierenden Spiegel in der lichtemittierenden Einheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
18 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die sowohl eine Linse als auch den röhrenförmigen reflektierenden Spiegel in der lichtemittierenden Einheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
19 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der lichtemittierenden Einheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in der die Anordnung einer Laserlichtquelle geändert ist;
20 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der lichtemittierenden Einheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in der eine Vielzahl von optischen Fasern gekoppelt sind; und
21 ist ein vergrößertes schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Teils veranschaulicht, in dem die Vielzahl von optischen Fasern in der lichtemittierenden Einheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekoppelt ist.
AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Basis der Zeichnungen ausführlich beschrieben.
(Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät)
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das fotoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät 100 schließt eine Laserlichtquelle 101, ein lichtquellenoptisches Element 200, einen phosphoreszierenden Stoff 70, eine optische Fasereinheit 300, ein optisches Kopfstück 400, ein Lichtempfangselement 500 und eine Messsteuereinheit 600 ein.
Die Laserlichtquelle 101 emittiert Licht mit einer einzelnen Wellenlänge und emittiert vorzugsweise blaues Licht oder ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm oder weniger. Bevorzugter, wenn die Laserlichtquelle 101 blaues Licht emittiert, kann Licht, das eine Mischung aus Licht ist, das zur Anregung des phosphoreszierenden Stoffes 70 verwendet und Wellenlängen konvertiert wurde, und Licht, das nicht zur Anregung des phosphoreszierenden Stoffes 70 verwendet wurde und blau bleibt, auf ein Messobjekt gerichtet werden.
Der phosphoreszierenden Stoff 70 wird von dem Licht von der Laserlichtquelle 101 angeregt und emittiert Licht, das in eine andere Wellenlänge konvertiert wurde. Der phosphoreszierende Stoff 70 schließt eine oder eine Vielzahl von Arten von phosphoreszierenden Stoffen 70 ein. Beispielsweise kann der phosphoreszierende Stoff 70 durch blaues Licht angeregt werden und umgewandeltes gelbes Licht emittieren. Alternativ können zwei Arten von phosphoreszierenden Stoffen 70 durch blaues Licht angeregt werden und umgewandeltes grünes Licht und umgewandeltes rotes Licht emittieren.
Der phosphoreszierende Stoff 70 kann in einem lichtdurchlässigen Medium (71 von 4), wie beispielsweise einem Harz oder einem Glas fixiert sein, welches Licht von der Laserlichtquelle 101 und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff 70 emittiert wurde, durchlässt.
Die optische Fasereinheit 300 schließt eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern 30 ein. Zur einfachen Handhabung kann eine Hülse 20 am Ende der optischen Faser 30 verwendet werden. Ein Kerndurchmesser eines Ausgangsendes der optischen Faser 30, welches ein Ende ist, das zum optischen Kopfstück 400 zeigt, ist vorzugsweise 200 μm oder weniger im Durchmesser und bevorzugter 50 μm oder weniger im Durchmesser, angesichts des Einflusses auf einen Spotdurchmesser, der auf einem Messobjekt gebildet wird.
In der optischen Fasereinheit 300 ist der phosphoreszierende Stoff 70 an einem Ausgangsende der optischen Faser 30 fixiert, welches ein Ende ist, das zu dem lichtquellenoptischen Element 200 zeigt. Der phosphoreszierende Stoff 70 kann innerhalb eines lichtdurchlässigen Mediums 71, wie beispielsweise einem Harz oder Glas, welches Licht von der Laserlichtquelle 101 und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff 70 emittiert wurde, durchlässt, fixiert sein, und das lichtdurchlässige Medium 71 kann an das Eingangsende der optischen Faser 30 fixiert sein. Um zu ermöglichen, dass Licht von der Laserlichtquelle 101 und Licht von dem phosphoreszierenden Stoff 70 effizient in die optische Faser 30 eindringen kann, ist der Brechungsindex des lichtdurchlässigen Mediums 71 gleich oder geringer als der Brechungsindex eines Eingangsendkerns der optischen Faser 30.
Um Licht, das eine Mischung aus Licht ist, das zum Anregen des phosphoreszierenden Stoffes 70 und zum Wellenlängenkonvertieren verwendet wurde, und Licht, das nicht zum Anregen des phosphoreszierenden Stoffes 70 verwendet wurde und blau bleibt, in einem gewünschten Zustand zu bringen, wird die Dicke in Richtung eines optischen Weges des phosphoreszierenden Stoffes 70, einschließlich des lichtdurchlässigen Mediums 71 auf ungefähr 10 μm bis 200 μm eingestellt, und die Konzentration des phosphoreszierenden Stoffes 70 in dem lichtdurchlässigen Medium 71 wird auf ungefähr 30% bis 60% eingestellt.
Wenn die Dicke des phosphoreszierenden Stoffes 70 oder des phosphoreszierenden Stoffes 70 einschließlich des lichtdurchlässigen Mediums 71 in Richtung des optischen Weges auf ungefähr 10 μm bis 200 μm eingestellt ist, wird vorzugsweise ein Rahmenkörper (80 in 5), der eine Öffnung mit einer Form, die einem optischen Weg von Licht, das auf das Eingangsende der optischen Fasereinheit 30 einfällt, einschließt, bereitgestellt, und der phosphoreszierende Stoff 70 oder der phosphoreszierende Stoff 70 einschließlich des lichtdurchlässigen Mediums 71 wird in der Öffnung des Rahmenkörpers 80 untergebracht.
Um den phosphoreszierenden Stoff 70 effizient anzuregen und um es dem Licht zu ermöglichen, das eine Mischung aus Licht ist, das zum Anregen des phosphoreszierenden Stoffes 70 und zum Wellenlängenkonvertieren verwendet wurde, und aus Licht, das nicht zum Anregen des phosphoreszierenden Stoffes 70 verwendet wurde und blau bleibt, zu erlauben, effizient in die optische Fasereinheit 300 einzudringen, kann die innere periphere Wandfläche des Rahmenkörpers 80 eine reflektierende Oberfläche (81 von 6) sein, und/oder der Rahmenkörper 80 kann mit einem optischen Filter (einem reflektiven Filter (90 von 7)) sein, der Licht von der Laserlichtquelle 101 durchlässt und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff 70 emittiert wurde an der Seite, die zu dem lichtquellenoptischen Element 200 zeigt, reflektiert.
Das lichtdurchlässige Medium 71 ist in einem Bereich angeordnet, auf dem Licht von der Laserlichtquelle 101 gesammelt wird. Auf diese Weise wird ein Material mit einer hohen Hitzebeständigkeit und/oder ein Material mit einer hohen Wärmeableitung als lichtdurchlässiges Medium 71 ausgewählt.
Ein Klebstoffharz kann als das lichtdurchlässige Medium 71 ausgewählt werden, und der phosphoreszierenden Stoff 70 kann anhaften und kann an das Eingangsende der optischen Faser 30 mit dem Klebstoffharz fixiert werden.
Das optische Kopfstück 400 sammelt Licht, das von dem Ausgangsende der optischen Fasereinheit 300 emittiert wurde, auf ein Messobjekt (Werkstück) W.
Das Lichtempfangselement 500 schließt eine vielfach unterteilte Fotodiode (BD) oder einen Bildsensor wie beispielsweise eine CCD oder CMOS ein und empfängt Licht von dem Messobjekt W selektiv entsprechend der Wellenlänge durch ein Spektroskop 501, welches ein Beugungsgitter oder ein Prisma oder einen farbselektierenden optischen Filter einschließt.
Das Lichtempfangselement 500 kann Licht von dem Messobjekt W durch die optische Fasereinheit 300 oder durch einen anderen optischen Weg empfangen.
Die Messsteuereinheit 600 misst die charakteristische Größe des Messobjekts W, wie beispielsweise die Dicke, den Abstand, die Verschiebung oder die Farbe auf der Basis eines Signals, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge von dem Lichtempfangselement 500 anzeigt.
Wenn das optische Kopfstück 400 konfiguriert ist, am Ausgangsende der optischen Fasereinheit 300 eine konfokale Position aufzuweisen, wird Licht von dem Messobjekt W gemäß der Wellenlänge durch das Spektroskop 501, welches ein Beugungsgitter oder ein Prisma einschließt, getrennt, und eine Wellenlängen-Luminanz-Verteilung von Licht von dem Messobjekt W wird erfasst entsprechend der Lichtempfangsposition in dem Lichtempfangselement 500. Wenn beispielsweise eine chromatische Aberrationslinse verwendet wird als das optische Kopfstück 400, wertet die Messsteuereinheit 600 aus, dass das Messobjekt W in einem geringeren Abstand anwesend ist, wenn Licht mit einer kürzeren Wellenlänge erfasst wird, und das Messobjekt W ist in einem größeren Abstand vorhanden, wenn Licht mit einer längeren Wellenlänge erfasst wird, um die Dicke und den Abstand des Messobjekts W zu messen. Wenn eine diffraktive Linse verwendet wird als optisches Kopfstück 400, wertet die Messsteuereinheit 600 aus, dass das Messobjekt W in einem größeren Abstand vorhanden ist, wenn Licht mit einer kürzeren Wellenlänge erfasst wird, und das Messobjekt W ist in einem kürzeren Abstand anwesend, wenn Licht mit einer größeren Wellenlänge erfasst wird, um die Dicke und den Abstand des Messobjekts W zu messen.
(ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines konfokalen Messgeräts veranschaulicht, welches ein fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Wie in 2 dargestellt ist bildet das konfokale Messgerät 100 gemäß der ersten Ausführungsform ein koaxiales optisches System, in dem Lichtemission und Lichtempfang koaxial in einem optischen Kopfstück sind, und misst z. B. die Dicke und den Abstand eines Messobjekts (worauf im Folgenden als ein Werkstück Bezug genommen wird) W unter Verwendung von Licht LB mit einer Vielzahl von Wellenlängen, welches von einer lichtemittierenden Einheit 10 emittiert wird.
Eine Hülse 20 hält ein Ende einer optischen Faser 30, die Licht, das von der lichtemittierenden Einheit 10 emittiert wurde, überträgt. Eine optische Achse des emittierten Lichts und eine Zentralachse der Hülse 20 (die optische Faser 30) liegen auf einer geraden Linie.
Ein Abzweiger (Splitter) 40 ist mit der Hülse 20, einer Lichtempfangseinheit 50, und einer Kopfeinheit 60 durch die optische Faser 30 verbunden. Licht, das auf die Hülse 20 einfällt, wird direkt an die Kopfeinheit 60 übertragen und reflektiertes Licht von der Kopfeinheit 60 wird zu der Lichtempfangseinheit 50 übertragen.
Die optische Faser 30 ist ein Übertragungsmedium, das Licht, das von der lichtemittierenden Einheit 10 emittiert wurde, zur Kopfeinheit 60 überträgt. Die optische Faser 30 schließt eine Kernleitung, die ein Lichtführungskörper ist, und einen Harzfilm, der die Kernleitung bedeckt, ein.
Die Kopfeinheit 60 emittiert das Licht Lb mit einer Vielzahl von Wellenlängen zum Werkstück W und ein Teil des reflektierten Lichts, das von der Oberfläche des Werkstücks W reflektiert wurde, tritt in die Kopfeinheit 60 ein. Das reflektierte Licht von dem Werkstück W wird an die Lichtempfangseinheit 50 durch die optischer Faser 30 und den Abzweiger (Splitter) 40 übertragen. Die Lichtempfangseinheit 50 trennt das durchgelassene reflektierte Licht in seine spektralen Komponenten auf, um die Dicke und den Abstand des Werkstücks W zu berechnen.
3 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration der Kopfeinheit 60 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 3 dargestellt ist, schließt die Kopfeinheit 60 gemäß der ersten Ausführungsform eine Kollimatorlinse 61 und eine Linse 62, die näher an dem Werkstück W als die Kollimatorlinse 61 angeordnet ist, ein.
Licht, das vom Ende der optischen Faser 30 emittiert wird, wird in paralleles Licht durch die Kollimatorlinse 61 umgewandelt. Das parallele Licht wird durch die Linse 62 auf das Werkstück W gesammelt und es tritt chromatische Aberration entlang der optischen Achsenrichtung auf. Da das Licht mit der Linse 62 gesammelt wird, ist die Brennweite unterschiedlich abhängig von der Wellenlänge des Lichts. Deshalb hängt die Messgenauigkeit weitgehend von der Wellenlänge des Lichts ab.
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Hauptkonfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 4 dargestellt ist, wird es dem Licht, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wird, ermöglicht, in die optische Faser 30 durch eine Linse (optisches Element) 102 einzudringen. Die Position des Brennpunkts kann leicht mit dem Spitzenabschnitt der optischen Faser 30 entsprechend dem Abstand von der Laserlichtquelle 101 ausgerichtet werden. So ist es möglich, dass Licht effizient in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann. Ein Spitzenabschnitt der Hülse 20 auf der Seite, die zu der Linse (optisches Element) 102 (der Spitzenabschnitt der optischen Faser 30) zeigt, ist dünn mit einem phosphoreszierenden Stoff 70 beschichtet. Der phosphoreszierende Stoff 70 kann innerhalb des lichtdurchlässigen Mediums 71, wie beispielsweise einem Harz oder Glas, welches Licht von der Laserlichtquelle 101 und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff 70 emittiert wird, durchlässt, fixiert sein.
Der phosphoreszierende Stoff 70, der auf dem Spitzenabschnitt der optischen Faser 30 an der Seite, die zu der Linse 102 zeigt, beschichtet ist, ermöglicht es dem Licht mit einer oder einer Vielzahl von Wellenlängen, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, in das Innere der optischen Faser 30 durch den phosphoreszierenden Stoff 70 einzudringen. Auf diese Weise ist es möglich, das Licht verlässlich auf die optische Faser 30 zu sammeln, um es dem Licht zu erlauben, effizient in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen, selbst wenn Licht Wellenlängen konvertiert und dem phosphoreszierenden Stoff 70 gestreut ist.
Um es dem Licht zu erlauben, verlässlicher in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen, wird vorzugsweise ein Rahmenkörper bereitgestellt, der die Peripherie des phosphoreszierenden Stoffes 70 umgibt. 5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, der mit dem Rahmenkörper der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
Wie in 5 veranschaulicht ist, kann Licht, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, in die optische Faser 30 durch die Linse 102 eindringen. Der Spitzenteil der Hülse 20 an der Seite, die zu der Linse (optisches Element) 102 (der Spitzenteil der optischen Phase 30) zeigt, ist dünn mit dem phosphoreszierenden Stoff 70 beschichtet.
Weiterhin umgibt ein ringförmiger Rahmenkörper den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffes 70. Die 6A bis 6c sind vergrößerte schematische Diagramme, die die Konfiguration veranschaulichen, die mit dem Rahmenkörper der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist. 6a ist eine Vorderansicht des spitzen Teils der Hülse 20, und die 6b und 6c sind Querschnittsansichten, die entlang der Linie A-A der 6A aufgenommen sind, die den Spitzenteil der Hülse 20 veranschaulichen.
Wie in den 6A bis 6C dargestellt ist, ist der Spitzenteil der Hülse 20 mit dem phosphoreszierten Stoff 70 beschichtet und ein Rahmenkörper 80 umgibt den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffes 70. Der Rahmenkörper 80 hat eine ringförmige Form und schließt eine Öffnung ein, die eine Form entsprechend dem optischen Weg des Lichtes aufweist, das auf das Eingangsende der optischen Faser 30 einfällt. Der phosphoreszierende Stoff 70 oder der phosphoreszierende Stoff 70 einschließlich des lichtdurchlässigen Mediums 71 ist vorzugsweise in der Öffnung des Rahmenkörpers 80 untergebracht.
Wie in 6B dargestellt ist, ist vorzugsweise eine Wand an der Innendurchmesserseite des Rahmenkörpers 80 mit einer reflektierenden Oberfläche 81 bereitgestellt, um es dem Licht zu ermöglichen, effizienter in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen. Natürlich kann die reflektierende Fläche 81 parallel zur optischen Achse oder hinsichtlich der optischen Achse geneigt sein. Beispielsweise, wie in 6C dargestellt ist, wenn der Rahmenkörper 80 unterschiedliche Öffnungsdurchmesser an der Seite, die zur optischen Faser 30 und zur Seite, die zur Laserlichtquelle 101 zeigt (es ist bevorzugt, dass der Öffnungsdurchmesser an der Seite, die zur Laserlichtquelle 101 zeigt, kleiner ist) aufweist, ist es möglich, dass das reflektierte Licht wieder in die optische Faser 30 durch die reflektierende Fläche eindringen und dabei eine hohe Durchlasseffizienz beibehalten kann.
Natürlich kann ein reflektiver Filter, der den Rahmenkörper 80 bedeckt, bereitgestellt sein. Die 7A und 7B sind schematische Diagramme, die eine Konfiguration veranschaulichen, die mit dem reflektiven Filter der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist. 7A ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration der gesamten lichtemittierenden Einheit 10 veranschaulicht, und 7B ist eine schematische Querschnittsansicht des Spitzenteils der Hülse 20.
Wie in den 7A und 7B dargestellt ist, bedeckt ein reflektiver Filter 90 den Rahmenkörper 80, der den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffes 70 umgibt. Stellt man den reflektiven Filter 90 so ein, dass er Licht von der Laserlichtquelle 101 durchlässt und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängenkonvertiert wurde, reflektiert, wird es dem wellenlängenkonvertierten Licht ermöglicht, effizienter in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen.
Die 8A und 8B sind eine Frontansicht und eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 8A ist eine Vorderansicht, die die Konfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 veranschaulicht und 8B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B der 8A aufgenommen wurde, die die Konfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 veranschaulicht.
Wie in den 8A und 8B dargestellt ist, ist in der lichtemittierenden Einheit 10 die Hülse 20 mit der eingebauten optischen Faser 30 durch einen Hülsenpresser 25 fixiert. Der Hülsenpresser 25 haftet an einem Endteil einer Linsenhalterung 103, die die Linse 102 so fixiert, dass sie das Endteil bedeckt. Ein Lichtquellenhalter 104 mit der Laserlichtquelle 101, die mit einer Treiberplatine 105 zusammengefügt sind, sind in das andere Endteil der Linsenhalterung 103 eingeführt.
Der Spitzenteil der Hülse 20 (das Spitzenteil der optischen Faser 30) ist mit dem phosphoreszierenden Stoff 70 beschichtet und der Rahmenkörper 80 umgibt den phosphoreszierenden Stoff 70. Der reflektierende Filter 90 bedeckt den Rahmenkörper 80, so dass es möglich wird, dass das wellenlängenkonvertierte Licht effizienter in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann.
Natürlich ist die Konfiguration des Spitzenteils der Hülse 20 nicht darauf eingeschränkt. Der phosphoreszierende Stoff 70 kann nur beschichtet sein, wie in der 4 dargestellt ist, oder der Rahmenkörper 80 kann den Randbereich des beschichteten phosphoreszierenden Stoffes 70 umgeben, wie in 5 dargestellt ist.
In der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, wird die Linse 102 als das optische Element verwendet. Alternativ kann ein reflektierender Spiegel verwendet werden anstelle der Linse 102. 9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die einen röhrenförmigen reflektierenden Spiegel in der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Wie in 9 dargestellt ist, wird Licht mit einer oder einer Vielzahl von Wellenlängen, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wird, erlaubt, in das Innere der optischen Faser 30 durch eine Linse (optisches Element) 110 durch einen reflektierenden Spiegel 111 einzudringen. Licht, das nach außen gestreut wird, wenn eine einzelne Linse verwendet wird, kann auch erlaubt werden, in das Innere der optischen Faser 30 durch den reflektierenden Spiegel 111 einzudringen. Dadurch kann die Abschwächung der Lichtintensität reduziert werden.
Der Spitzenteil der Hülse 20 an der Seite, die zu der Linse (optisches Element) 110 (der Spitzenteil der optischen Faser 30) zeigt, ist dünn mit dem phosphoreszierenden Stoff 70 beschichtet. Der phosphoreszierende Stoff 70, der auf dem Spitzenteil der optischen Faser 30 an der Seite, die zur Linse 110 zeigt, beschichtet ist, ermöglicht es dem Licht mit einer oder einer Vielzahl von Wellenlängen, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wird, in das Innere der optischen Faser 30 durch den phosphoreszierenden Stoff 70 einzudringen. Dadurch ist es möglich, Licht verlässlich auf die optische Faser 30 zu sammeln, so dass das Licht effizient in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann, selbst wenn Licht durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängengewandelt und gestreut ist.
Um es dem Licht zu erlauben, verlässlicher in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen, kann der Rahmenkörper 80, der den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffs umgibt, bereitgestellt werden, oder der reflektive Filter 90, der den Rahmenkörper 80 bedeckt, kann bereitgestellt werden. Beide Konfigurationen ermöglichen es, dass wellenlängenkonvertiertes Licht effizienter in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann.
Weiterhin können sowohl die eine oder die mehreren Linsen als auch der röhrenförmige reflektierende Spiegel mit der eingebauten Linse als das optische Element verwendet werden, welches dem Licht erlaubt, ins Innere der optischen Faser 30, die in der Hülse 20 eingebaut ist, einzudringen. 10 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die sowohl die Linse als auch den röhrenförmigen reflektierenden Spiegel in der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
In dem Beispiel von 10 wird eine Linse 102 zwischen der Laserlichtquelle 101 und dem reflektierenden Spiegel 111 angeordnet und der phosphoreszierende Stoff 70 ist auf dem Spitzenteil des reflektierenden Spiegels 111 an der Seite, die zur Laserlichtquelle 101 und zur Linse 102 zeigt, beschichtet. Entsprechend ist es möglich, dass das Licht, einschließlich Licht, das nicht in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann, auf Grund der Einschränkung der Anzahl von Öffnungen der optischen Faser 30, in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann und den Verlust der Lichtintensität reduzieren kann.
Ein Licht zu der obigen Ausführungsform kann der Rahmenkörper 80, der den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffes 70 umgibt, bereitgestellt sein, und eine Wand auf der Innendurchmesserseite des Rahmenkörpers 80 kann mit der reflektierenden Oberfläche 81 bereitgestellt sein. Weiterhin kann der reflektierende Filter 90 den Rahmenkörper 80 bedecken. Beide Konfigurationen ermöglichen es dem durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängenkonvertierten Licht effizienter in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, in der die optische Achse des Lichtes, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, und die Zentralachse der optischen Faser 30 (der Hülse 20) auf einer geraden Linie liegen. 11 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der lichtemittierenden Einheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in der die Anordnung der Laserlichtquelle 101 geändert ist.
In dem Beispiel von 11 wird ein reflektierender Spiegel 150, der Licht, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, in Richtung zur optischen Faser 30 reflektiert, bereitgestellt. Das Licht mit einer oder einer Vielzahl von Wellenlängen, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wird, wird durch die Linse 102 gesammelt und zum reflektierenden Spiegel 150 geführt. Der reflektierende Spiegel 150 hat eine Oberfläche, die mit dem phosphoreszierenden Stoff 70 beschichtet ist und reflektiert das durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängenkonvertierte Licht.
Das Licht, das von dem reflektierenden Spiegel 150 reflektiert wurde, wird durch die Linse 109 gesammelt und tritt in das Spitzenende der optischen Faser 30, die in der Hülse 20 eingebaut ist, ein. Entsprechend wird die Flexibilität für die Anordnung des optischen Elements erhöht, wodurch es möglich wird, das gesamte Gerät zu verkleinern.
Um die Lichtintensität zu vergrößern, ist es notwendig, die Lichtmenge zu erhöhen. Die Erhöhung der Lichtmenge kann dazu führen, dass der phosphoreszierende Stoff 70 Hitze erzeugt. Die Hitzeerzeugung des phosphoreszierenden Stoffes 70 reduziert die Reflektionseffizienz, woraus sich eine Sättigung der Lichtemission ergeben kann. Wenn der reflektierende Spiegel 150 verwendet wird, kann die Hitzeerzeugung des phosphoreszierenden Stoffes 70 reduziert werden, indem der reflektierende Spiegel 150 gedreht oder bewegt wird. Auf diese Weise kann das obige Problem gelöst werden.
Eine Vielzahl von optischen Fasern 30 können innerhalb der lichtemittierenden Einheit 10 gekoppelt sein. 12 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei der eine Vielzahl von optischen Fasern 30 gekoppelt werden.
In dem Beispiel von 12 ist eine optische Faser 30a, die in den Hülsen 20a, 20b eingebaut ist, an der Seite angeordnet, die zur Laserlichtquelle 101 zeigt, und eine optische Faser 30, die in einer Hülse 20c eingebaut ist, ist an der Seite angeordnet, die der Laserlichtquelle 101 gegenüberliegt. Der phosphoreszierende Stoff 70 ist nur auf der Hülse 20c an der Seite, die zu der Linse 103 zeigt, zwischen der Hülse 20b und der Hülse 20b beschichtet.
13 ist ein vergrößertes schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Teils veranschaulicht, indem die Vielzahl von optischen Fasern 30 in die lichtemittierende Einheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekoppelt sind. Wie in 13 dargestellt ist, ist der phosphoreszierende Stoff 70 auf dem Spitzenteil der optischen Faser 30 der Hülse 20c an der Seite beschichtet, die zur Linse (optisches Element) 102 zeigt. Obwohl eine Beschichtung mit phosphoreszierendem Stoff 70 ausreicht, kann der Rahmenkörper 80, der den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffes 70 umgibt, bereitgestellt sein, und die Wand auf der Innendurchmesserseite des Rahmenkörpers 80 kann mit der reflektierenden Oberfläche 81 bereitgestellt sein ähnlich zu der obigen Ausführungsform, um es dem Licht zu erlauben, effizienter in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen. Weiterhin kann der reflektierende Filter 90 den Rahmenkörper 80 bedecken. Alle Konfigurationen ermöglichen es dem durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenkonvertierten Licht, effizienter in das Innere der optischen Faser 30 zu gelangen.
Obwohl in 13 die Linse 102 verwendet wird, Licht, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, auf die optische Faser 30a, die in der Hülse 20a eingebaut ist, zu sammeln, ist die vorliegende Erfindung nicht besonders darauf eingeschränkt. Man muss nicht erwähnen, dass der reflektierende Spiegel 111, der in 9 dargestellt ist, verwendet werden kann oder die Vielzahl von Linsen 102, 110 und der reflektierende Spiegel 111 können verwendet werden, wie in 10 dargestellt wurde.
Wie oben beschrieben wurde, macht es die erste Ausführungsform möglich, Licht mit einer oder einer Vielzahl von Wellenlängen, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, zu erlauben, in das Innere der optischen Faser 30 durch den phosphoreszierenden Stoff 70, der auf dem Spitzenteil der optischen Faser 30 an der Seite, die zu dem optischen Element zeigt, beschichtet ist, einzudringen. Auf diese Weise ist es möglich, das Licht verlässlich zu sammeln, um es dem Licht zu erlauben, effizient in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen, selbst wenn Licht durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängenkovertiert und gestreut ist. Deshalb ist es möglich, die Dicke und den Abstand eines Messobjekts mit hoher Genauigkeit zu messen.
(Zweite Ausführungsform)
14 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines Interferenzmessgeräts veranschaulicht, das ein photoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Wie in 14 dargestellt ist, misst das Interferenzmessgerät 310 gemäß der zweiten Ausführungsform beispielsweise die Dicke und den Abstand eines Messobjekts (im Folgenden wird darauf als ein Werkstück Bezug genommen) W unter Verwendung von Licht Lb mit einer Vielzahl von Wellenlängen, welches von einer lichtemittierenden Einheit 10 emittiert wird.
Wenn die Hülse 20 hält ein Ende einer optischen Faser 30, welche Licht, das von der lichtemittierenden Einheit 10 emittiert wurde, überträgt. Eine optische Achse des emittierten Lichtes und eine Zentralachse der Hülse 20 (die optische Faser 30) befinden sich auf einer geraden Linie.
Ein Abzweiger (Splitter) 40 ist mit der Hülse 20, einer Lichtempfangseinheit 50 und einer Kopfeinheit 60 durch die optische Faser 30 verbunden. Licht, das auf die Hülse 20 fällt, wird direkt zur Kopfeinheit 60 übertragen und reflektiertes Licht von der Kopfeinheit 60 wird zu der Lichtempfangseinheit 50 übertragen.
Die optische Faser 30 ist ein Übertragungsmedium, welches Licht, das von der lichtemittierenden Einheit 10 emittiert wurde, auf die Kopfeinheit 60 überträgt. Die optische Faser 30 schließt eine Kernleitung ein, die ein Lichtführungskörper ist und einen Harzfilm, der die Kernleitung bedeckt.
Die Kopfeinheit 60 emittiert das Licht Lb mit einer Vielzahl von Wellenlängen zu dem Werkstück W und ein Teil des reflektierten Lichts, das von der Oberfläche des Werkstücks W reflektiert wurde, dringt in die Kopfeinheit 60 ein. Das reflektierte Licht von dem Werkstück W und das reflektierte Licht, das in der Kopfeinheit 60 erzeugt wurde, werden zu der Lichtempfangseinheit 50 durch die optische Faser 30 und dem Abzweiger (Splitter) 40 übertragen. Die Lichtempfangseinheit 50 trennt das übertragene reflektierte Licht in seine spektralen Komponenten auf, um die Dicke des Werkstückes W zu berechnen.
15 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration der Kopfeinheit 60 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 15 dargestellt ist, ist die Kopfeinheit 60 gemäß der zweiten Ausführungsform mit einem optischen Interferenzsystem ausgestattet, welches reflektiertes Interferenzlicht 13 zum Messen der Filmdicke eines Werkstückes W erzeugt.
Das optische Interferenzsystem gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein optisches Interferenzsystem vom Mirau-Typ und schließt eine Sammellinse 131, eine Glasplatte 132, einen Halbspiegel 133 und einen Fangspiegel 134 ein. Ein Teil des Lichtes 10, das von dem Spitzenteil der optischen Faser 30 emittiert wurde, wird als Erfassungslicht L1 emittiert und reflektiertes Licht, das von der Oberfläche des Werkstücks W reflektiert wurde, dringt in den spitzen Teil der optischen Faser 30 ein. Dann wird das reflektierte Interferenzlicht 13 aus dem reflektierten Licht des Lichtes 10, das von einer Referenzebene reflektiert wurde, und reflektiertes Licht des Erfassungslichtes L1, das von der Oberfläche des Werkstückes reflektiert wurde erzeugt und dringt in den Spitzenteil der optischen Faser 30 ein.
Das Licht L0, das durch die Sammellinse 131 gesammelt wurde, wird durch den Halbspiegel 133 in durchgelassenes Licht und reflektiertes Licht aufgeteilt. Der Fangspiegel 134 ist in der Mitte der Glasplatte 132 angeordnet und reflektiert das reflektierte Licht des Lichtes 10, das von dem Halbspiegel 133 reflektiert wurde, zu dem Halbspiegel 133. Entsprechend wird eine virtuelle Referenzebene 135 gebildet. Der Fangspiegel (Pin Mirror) 134 ist an einer Stelle ausgebildet, die es erlaubt, dass das Licht 10, das von der Referenzebene reflektiert wurde und das Licht L1, das durch die Oberfläche des Werkstückes W reflektiert wurde, die selbe Phase aufweist, wenn der Abstand d zwischen dem Werkstück W und der virtuellen Referenzebene 135 Null ist.
Das Erfassungslicht 12, das durch Reflexion des Lichtes 10 durch den Halbspiegel 133 gebildet wird, trifft auf den Fangspiegel 134 (Pin Mirror 134). Das Erfassungslicht 12, das durch den Fangspiegel 134 reflektiert wurde, wird teilweise durch den Halbspiegel 133 in Richtung Sammellinse 131 reflektiert.
Die Filmdicke des Werkstückes W erhält man als den Abstand d zwischen der virtuellen Referenzebene 135 und dem Werkstück W auf der Basis des reflektierten Interferenzlichtes 13.
Die 16A und 16B sind Vorder- und Querschnittsansichten, die ihre Konfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 16A ist eine Vorderansicht, die die Konfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 veranschaulicht und 16B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B der 16A aufgenommen wurde, die die Konfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 veranschaulicht.
Wie in den 16A und 16B dargestellt ist, ist in der lichtemittierenden Einheit 10 die Hülse 20 mit der eingebauten optischen Faser 30 durch eine Hülsenpresshaltung 25 fixiert. Die Hülsenpresshalterung 25 haftet an einem Endteil einer Linsenhalterung 103, die die Linse 102 auf eine Weise fixiert, dass sie den Endteil bedeckt. Eine Lichtquellenhalterung 104 mit der Laserlichtquelle 101, die mit einer Treiberleiterplatte 105 zusammengehalten werden, wird in das andere Endteil der Linsenhalterung 103 eingeführt.
Der Spitzenteil der Hülse 20 (der Spitzenteil der optischen Faser 30) ist mit einem phosphoreszierenden Stoff 70 beschichtet. Ein Rahmenkörper 80 umgibt des phosphoreszierenden Stoff 70. Ein reflektierender Filter 90 bedeckt den Rahmenkörper 80, sodass das wellenlängenkonvertierte Licht effizienter in die optische Faser 30 eindringen kann.
Natürlich ist die Konfiguration des Spitzenteils der Hülse 20 nicht darauf eingeschränkt. Ähnlich zur ersten Ausführungsform kann der phosphoreszierende Stoff 70 bloß beschichtet sein oder der Rahmenkörper 80 kann den Randbereich des beschichteten phosphoreszierenden Stoffes 70 umgeben.
In der obigen zweiten Ausführungsform wird die Linse 102 als das optische Element verwendet. Alternativ kann ein reflektierender Spiegel verwendet werden anstelle der Linse 102. 17 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die einen röhrenförmigen reflektierenden Spiegel in der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 17 dargestellt ist, kann Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, in das Innere der optischen Faser 30 durch eine Linse (optisches Element) 110 durch einen reflektierenden Spiegel 111 eindringen. Licht, das nach außen gestreut wird, wenn eine einzelne Linse verwendet wird, kann durch den reflektierenden Spiegel 111 auch in das Innere der optischen Faser 30 eindringen. Auf diese Weise kann eine Abschwächung der Lichtintensität verringert werden.
Der Spitzenteil der Hülse 20 an der Seite, die zur Linse (optisches Element) 110 (der Spitzenteil der optischen Faser 30) zeigt ist, dünnen mit dem phosphoreszierenden Stoff 70 beschichtet. Der phosphoreszierende Stoff 70, der auf dem Spitzenteil der optischen Faser 30 an der Seite, die zu der Linse 110 zeigt, beschichtet ist, ermöglicht es, Licht mit einer oder einer Vielzahl von Wellenlängen, das von Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, in das Innere der optischen Faser 30 durch den phosphoreszierenden Stoff 70 einzudringen. Deshalb ist es möglich, das Licht verlässlich auf die optische Faser 30 zu sammeln, sodass das Licht effizient in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann, selbst wenn Licht durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängenkonvertiert und gestreut ist.
Um es zu ermöglichen, dass Licht verlässlicher in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann, kann der Rahmenkörper 80, der den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffes umgibt, bereitgestellt werden, oder der reflektierende Filter 90, der den Rahmenkörper 80 bedeckt, kann bereitgestellt werden. Beide Konfigurationen ermöglichen es, dass das wellenlängenkonvertierte Licht effizienter in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann.
Weiterhin kann sowohl eine oder eine Vielzahl von Linsen als auch der röhrenförmige reflektierende Spiegel mit der eingebauten Linse als das optische Element verwendet werden, welches dem Licht erlaubt, in das Innere der optischen Faser 30, die in der Hülse 20 eingebaut ist, einzudringen. 80 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, die sowohl die Linse als auch den röhrenförmigen reflektierenden Spiegel in der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
In dem Beispiel von 18 ist eine Linse 102 zwischen der Laserlichtquelle 101 und dem reflektierenden Spiegel 111 angeordnet und der phosphoreszierende Stoff 70 ist auf dem Spitzenteil des reflektierenden Spiegels 111 an der Seite, die zur Laserlichtquelle 101 und zur Linse 102 zeigt, beschichtet. Entsprechend ist es möglich, das Licht, einschließlich Licht, das nicht in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann auf Grund der eingeschränkten Zahl von Öffnungen der optischen Faser 30, in das Innere der optischen Faser 30 eindringen kann und den Verlust der Lichtintensität reduziert.
Ähnlich zur ersten Ausführungsform kann der Rahmenkörper 80, der den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffes 70 umgibt, bereitgestellt werden und eine Wand auf der Innendurchmesserseite des Rahmenkörpers 80 kann mit der reflektierenden Oberfläche 81 bereitgestellt sein. Weiterhin kann der reflektierende Filter 90 den Rahmenkörper 80 bedecken. Beide Konfigurationen ermöglichen ist es dem durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängenkonvertierten Licht, effizienter in das Innere der optischen Faser 30 einzudringen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, in der die optische Achse des Lichts, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde und die zentrale Achse der optischen Faser 30 (der Hülse 20) auf einer geraden Linie liegen. 19 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in der die Anordnung der Laserlichtquelle 101 geändert ist.
In dem Beispiel von 19 wird ein reflektierender Spiegel 150 bereitgestellt, der Licht, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, in Richtung zur optischen Faser 30 reflektiert. Das Licht mit einer oder einer Vielzahl von Wellenlängen, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, wird durch die Linse 102 gesammelt und zum reflektierenden Spiegel 150 geführt. Der reflektierende Spiegel 150 hat eine Oberfläche, die mit dem phosphoreszierenden Stoff 70 beschichtet ist, und reflektiert das durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängenkonvertierte Licht.
Das Licht, das von dem reflektierenden Spiegel 150 reflektiert wurde, wird durch die Linse 109 gesammelt und dringt in den Spitzenteil der optischen Faser 30, die in der Hülse 20 eingebaut ist, ein. Entsprechend erhöht sich die Flexibilität der Anordnung des optischen Elements, wodurch es möglich wird, das gesamte Gerät zu verkleinern.
Um die Lichtintensität zu erhöhen, ist es notwendig, die Lichtmenge zu vergrößern. Die Vergrößerung der Lichtmenge kann dazu führen, dass der phosphoreszierende Stoff 70 Hitze erzeugt. Die Hitzeerzeugung des phosphoreszierenden Stoffes 70 reduziert die Reflektionseffizienz, wodurch sich eine Sättigung der Lichtemission ergeben kann. Wenn der reflektierende Spiegel 150 verwendet wird, kann die Hitzeerzeugung des phosphoreszierenden Stoffes 70 durch Drehen oder Bewegen des reflektierenden Spiegels 150 reduziert werden. Auf diese Weise kann das Problem gelöst werden.
Eine Vielzahl von optischen Fasern 30 können innerhalb der lichtemittierenden Einheit 10 gekoppelt sein. 20 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der lichtemittierenden Einheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in der eine Vielzahl von optischen Fasern 30 gekoppelt sind.
In dem Beispiel von 20 ist eine optische Faser 30a, die in den Hülsen 20a, 20b eingebaut ist, an der Seite angeordnet, die zur Laserlichtquelle 101 zeigt, und eine optische Faser 30, die in einer Hülse 20c eingebaut ist, ist an der zur Laserlichtquelle 101 entgegengesetzten Seite angeordnet. Der phosphoreszierende Stoff 70 ist nur auf der Hülse 20c an der Seite beschichtet, die zur Linse 102 zeigt zwischen der Hülse 20b und der Hülse 20c.
21 ist ein vergrößertes schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Teils veranschaulicht, in dem die Vielzahl von optischen Fasern 30 in der lichtemittierenden Einheit 10 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gekoppelt sind. Wie in 21 dargestellt ist, ist der phosphoreszierende Stoff 70 auf dem Spitzenteil der optischen Faser 30 in der Hülse 20c an der Seite beschichtet, die zur Linse (optischen Element) 102 zeigt. Obwohl das Beschichten des phosphoreszierenden Stoffs 70 ausreicht, kann der Rahmenkörper 80, der den Randbereich des phosphoreszierenden Stoffes 70 bedeckt, bereitgestellt sein und die Wand an der Innendurchmesserseite des Rahmenkörpers 80 kann mit der reflektierenden Oberfläche 81 bereitgestellt sein, ähnlich der obigen Ausführungsform, so dass Licht effizienter ins Innere der optischen Faser 30 eindringen kann. Weiterhin kann der reflektierende Filter 90 der Rahmenkörper 80 bedecken. Alle Konfigurationen ermöglichen es dem durch den phosphoreszierenden Stoff 70 wellenlängenkonvertierten Licht effizienter ins Innere der optischen Faser 30 zu gelangen.
Obwohl in 20 die Linse 102 verwendet wird, um Licht, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, auf die optische Faser 30a, die in der Hülse 20a eingebaut ist, zu sammeln, ist die vorliegende Erfindung nicht im Besonderen darauf beschränkt. Es ist nicht nötig zu erwähnen, dass der reflektierende Spiegel 111, der in 17 dargestellt ist, verwendet werden kann, oder die Vielzahl von Linsen 102, 110 und der reflektierende Spiegel 111 können verwendet werden, wie in 18 dargestellt ist.
Weiterhin kann der phosphoreszierende Stoff 70 innerhalb der optischen Faser 30a in fein verteilter Weise angeordnet sein anstelle der Bereitstellung des Rahmenkörpers 80. In diesem Fall bedeckt der reflektierende Filter 90 das Eingangsende der optischen Faser 30a anstelle, dass er zwischen der optischen Faser 30 und der optischen Faser 30a angeordnet ist.
Wie oben beschrieben wurde, macht es die zweite Ausführungsform möglich, dass Licht mit einer oder einer Vielzahl von Wellenlängen, das von der Laserlichtquelle 101 emittiert wurde, in das Innere der optischen Faser 30 durch den phosphoreszierenden Stoff 70, der auf dem Spitzenteil der optischen Faser 30 an der Seite, die zum optischen Element zeigt, beschichtet ist, eindringen kann. Auf diese Weise ist es möglich, das Licht verlässlich zu sammeln, sodass das Licht effizient ins Innere der optischen Faser 30 eindringen kann. Deshalb ist es möglich, die Dicke und den Abstand eines Messobjekts mit hoher Genauigkeit zu messen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen können im Rahmen der Erfindung durchgeführt werden. Beispielsweise ist das optische Element nicht auf solche beschränkt, die in der obigen ersten und zweiten Ausführungsform offenbart wurde, und eine konkave Linse und ein reflektierender Spiegel (Reflektor) können kombiniert werden zusätzlich zu einer konvexen Linse. Die Art, das Verhältnis und das Beschichten eines phosphoreszierenden Materials, das als der phosphoreszierende Stoff verwendet wird, kann unter Verwendung einer geeigneten Kombination und Verhältnis entsprechend der optischen Charakteristiken enthalten sein.
Das photoelektrische Multi-Wellenlängen-Messgerät der vorliegenden Erfindung kann als ein photoelektrisches Multi-Wellenlängengerät, wie beispielsweise ein konfokales Verschiebungsmeter, ein Interferenzverschiebungsmeter und ein optischer Farbsensor geeignet verwendet werden, die in der Lage sind, die charakteristische Größe des Messobjekts, wie beispielsweise die Dicke, der Abstand, die Verschiebung oder die Farbe unter Verwendung von Multi-Wellenlängen-Licht, wie beispielsweise weißes Licht, zu messen.
Bezugszeichenliste

10: lichtemittierende Einheit
20, 20a, 20b, 20c: Hülse
30, 30a: optische Faser
40: Abzweiger (Splitter)
50: Lichtempfangseinheit
60: Kopfeinheit
70: phosphoreszierender Stoff
80: Rahmenkörper
81: reflektierende Oberfläche
90: reflektierender Filter
100: konfokales Messgerät (photoelektrisches Multi-Wellenlangen-Messgerät)
101: Laserlichtquelle
102, 109, 110: Linse
111, 150: reflektierender Spiegel
310: Interferenzmessgerät (photoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät)
W: Werkstück

Claims

Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät, das umfasst: eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln von Licht von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das Licht sammelt, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit zu einem Messobjekt emittiert wurde; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt wellenlängenselektiv empfängt, und das das empfangene Licht fotoelektrisch in ein Signal entsprechend einer empfangenen Lichtmenge umwandelt; und eine Messsteuereinheit, die die charakteristische Größe des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt.
Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach Anspruch 1, wobei der phosphoreszierende Stoff innerhalb eines lichtdurchlässigen Mediums, das Licht von der Laserlichtquelle und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wurde, durchlässt, fixiert ist und wobei das lichtdurchlässige Medium an dem ersten Ende der optischen Fasereinheit fixiert ist.
Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin einen optischen Filter umfasst, der zwischen dem phosphoreszierenden Stoff und dem lichtquellenoptisches Element angeordnet ist, und der Licht von der Laserlichtquelle durchlässt und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wurde, reflektiert.
Optisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das weiterhin einen Rahmenkörper umfasst, der eine Öffnung enthält, die eine Form aufweist entsprechend einem optischen Weg von Licht, das auf ein erstes Ende der optischen Fasereinheit auftrifft, und der den phosphoreszierenden Stoff in der Öffnung umschließt.
Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach Anspruch 1, das weiterhin umfasst: einen Rahmenkörper, der eine Öffnung enthält, die eine Form aufweist entsprechend einem optischen Weg von Licht, das auf ein erstes Ende der optischen Fasereinheit auftrifft, und der den phosphoreszierenden Stoff in der Öffnung umschließt; und einen optischen Filter, der den Rahmenkörper an einer Seite bedeckt, die zu dem lichtquellenoptischen Element zeigt, Licht von der Laserlichtquelle durchlässt, und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wird, reflektiert.
Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach Anspruch 1, das weiterhin einen Rahmenkörper umfasst, der eine Öffnung enthält, die eine Form aufweist entsprechend einem optischen Weg von Licht, das auf ein erstes Ende der optischen Fasereinheit auftrifft, und der den phosphoreszierenden Stoff in der Öffnung umschließt, wobei der phosphoreszierende Stoff innerhalb eines lichtdurchlässigen Mediums, das Licht von der Laserlichtquelle und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wird, durchlässt, fixiert ist, und der phosphoreszierende Stoff und das lichtdurchlässige Medium in der Öffnung des Rahmenkörpers untergebracht sind.
Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach Anspruch 1, das weiterhin umfasst: einen Rahmenkörper, der eine Öffnung enthält, die eine Form aufweist entsprechend einem optischen Weg von Licht, das auf ein erstes Ende der optischen Fasereinheit auftrifft, und der den phosphoreszierenden Stoff in der Öffnung umschließt; und einen optischen Filter, der den Rahmenkörper an einer Seite bedeckt, die zu dem lichtquellenoptischen Element zeigt, Licht von der Laserlichtquelle durchlässt, und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wird, reflektiert, wobei der phosphoreszierende Stoff innerhalb eines lichtdurchlässigen Mediums, das Licht von der Laserlichtquelle und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wird, durchlässt, fixiert ist, und der phosphoreszierende Stoff und das lichtdurchlässige Medium in der Öffnung des Rahmenkörpers untergebracht sind.
Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, das weiterhin eine reflektierende Oberfläche umfasst, die auf einer Wand an einer Innendurchmesserseite des Rahmenkörpers ausgebildet ist.
Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das lichtquellenoptische Element eine oder eine Vielzahl von Linsen einschließt.
Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das lichtquellenoptische Element einen röhrenförmigen reflektierenden Spiegel mit einer eingebauten Linse einschließt.
(Reflektierender Spiegeltyp) Fotoelektrisches Multi-Wellenlängen-Messgerät, das umfasst: eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln von Licht von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; ein reflektierendes Element, das den phosphoreszierenden Stoff, der auf einer reflektierenden Oberfläche angeordnet ist, enthält und Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wurde, mit der reflektierenden Oberfläche reflektiert; ein zweites lichtquellenoptisches Element zum Sammeln von Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff emittiert wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern einschließt, Licht, das von dem zweiten lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde, an einem ersten Ende empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das Licht, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit emittiert wurde, auf ein Messobjekt sammelt; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt selektiv entsprechend der Wellenlänge empfängt und fotoelektrisch das empfangene Licht in ein Signal entsprechend einer empfangenen Lichtmenge umwandelt; und eine Messsteuereinheit, die die charakteristische Größe des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt.
(Konfokaler Typ) Konfokales Messgerät, das umfasst: eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln des Lichts von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das Licht, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit emittiert wurde, auf ein Messobjekt sammelt und es dem von dem Messobjekt reflektierten Licht erlaubt, in das zweite Ende der optischen Fasereinheit einzudringen; eine Abzweigeinheit, die auf der optischen Fasereinheit angeordnet ist, um mindestens einen Teil des Lichts, das auf die optische Faser von dem zweiten Ende einfällt, auf einen zweiten optischen Weg zu richten, der sich von einem ersten optischen Pfad, der zum ersten Ende führt, unterscheidet; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt, das durch den zweiten optischen Pfad durchgeht, entsprechend der Wellenlänge unter Verwendung eines Spektroskops selektiv empfängt und das empfangene Licht fotoelektrisch in ein Signal entsprechend einer empfangenen Lichtmenge umwandelt; und eine Messsteuereinheit, die die Dicke oder die Verschiebung des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt.
(Interferenztyp) Interferenzmessgerät, das umfasst: eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln des Lichts von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das einen Referenzkörper einschließt, Licht, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit emittiert wurde, auf ein Messobjekt und den Referenzkörper sammelt und es dem von dem Messobjekt und dem Referenzkörper reflektierten Licht erlaubt, in das zweite Ende der optischen Fasereinheit einzudringen; eine Abzweigeinheit, die auf der optischen Fasereinheit angeordnet ist, um mindestens einen Teil des Lichts, das auf die optische Faser von dem zweiten Ende einfällt, auf einen zweiten optischen Weg zu richten, der sich von einem ersten optischen Pfad, der zum ersten Ende führt, unterscheidet; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt, das durch den zweiten optischen Pfad durchgeht, entsprechend der Wellenlänge unter Verwendung eines Spektroskops selektiv empfängt und das empfangene Licht fotoelektrisch in ein Signal entsprechend einer empfangenen Lichtmenge umwandelt; und eine Messsteuereinheit, die die Dicke oder die Verschiebung des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt.
(Farbsensor) Farbmessvorrichtung, die umfasst: eine Laserlichtquelle; ein lichtquellenoptisches Element zum Sammeln des Lichts von der Laserlichtquelle; einen phosphoreszierenden Stoff, der durch Licht angeregt wird, das von dem lichtquellenoptischen Element gesammelt wurde; eine optische Fasereinheit, die eine oder eine Vielzahl von optischen Fasern und den phosphoreszierenden Stoff, der an einem ersten Ende angeordnet ist, einschließt, Licht, das von dem phosphoreszierenden Stoff von dem ersten Ende emittiert wurde, empfängt, und das empfangene Licht zu einem zweiten Ende überträgt; ein optisches Kopfstück, das Licht, das von dem zweiten Ende der optischen Fasereinheit emittiert wurde, auf ein Messobjekt sammelt; ein Lichtempfangselement, das Licht von dem Messobjekt gemäß einer Wellenlänge selektiv empfängt und das empfangene Licht fotoelektrisch in ein Signal umwandelt, das einer empfangenen Lichtmenge entspricht; und eine Messsteuereinheit, die eine Farbe des Messobjekts misst auf der Basis des Signals von dem Lichtempfangselement, das die empfangene Lichtmenge entsprechend der Wellenlänge anzeigt, und die die gemessene Farbe mit einem vorgegebenen Referenzfarbbereich vergleicht.