(57)【要約】【課題】蛍光体を利用した高輝度光源を共焦点距離センサー装置に適用させること。【解決手段】共焦点距離センサー（ＣＲＳ）装置は、波長検出器４６２、光源構造体４６４Ｃ、測定チャネルＣ１〜３を含む。各測定チャネルは、ワーク表面までの各距離を検出可能に構成され、共焦点検出開口４９５Ｄ１〜３と共焦点光源開口４９５ＬＳ１〜３を含む。光源構造体４６４Ｃは、２つの蛍光領域に分かれて配置された第１蛍光体組成物ＰＣ１および第２蛍光体組成物ＰＣ２と、波長合成体ＷＣＣと、共用光源光路ＳＳＬＰとを含む。ワーク高さ測定動作として、第１，第２蛍光体組成物ＰＣ１，２は、第１，第２発光光をそれぞれ波長合成体ＷＣＣに発して、波長合成体ＷＣＣは、第１，第２発光光を共用光源光路ＳＳＬＰに沿って光源光（第１，第２発光光の合成によって拡張された波長範囲を有する）として出力し、その光源光を各々の共焦点光源開口４９５ＬＳ１〜３が受光する。【選択図】      図４
2020201241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長検出器と、光源構造体と、各々がワーク表面までの各々の距離を検出可能に構成された１以上の測定チャネルとを備え、
前記１以上の各測定チャネルは、
前記ワーク表面からの反射合焦測定光を測定光路に沿って受光して、空間フィルタ後の測定光を前記波長検出器へ伝達するように構成される各々の共焦点検出開口と、
前記光源構造体からの光源光を受光して、当該光源光の少なくとも一部を入力経路に沿って測定光路レンズ配置へ伝達するように構成される各々の共焦点光源開口と、を有し、
前記測定光路レンズ配置は、前記各々の共焦点光源開口からの前記光源光を入力し、軸上色分散を有する合焦測定光を前記ワーク表面へ出力し、前記ワーク表面からの反射合焦測定光を受光するとともに、前記反射合焦測定光を前記各々の共焦点検出開口の近傍に合焦させるように構成されている、共焦点距離センサー装置であって、
前記光源構造体は、
励起光を発生させる１以上の励起光源を含む励起光構造体と、
第１蛍光領域に配置される第１蛍光体組成物と、
前記第１蛍光領域から離れた第２蛍光領域に配置される第２蛍光体組成物と、
波長合成体と、
共用光源光路と、を含み、
前記励起光構造体は、前記第１蛍光領域および前記第２蛍光領域へ前記励起光を出力し、
前記励起光に応じて、前記第１および第２蛍光体組成物は、第１および第２発光光をそれぞれ前記波長合成体に向けて発し、
前記波長合成体は、前記第１発光光および第２発光光の少なくとも一部を前記各々の共焦点光源開口で受光される前記光源光として前記共用光源光路に沿って出力するように構成され、
前記第１発光光および前記第２発光光は、それぞれ異なる第１および第２ピーク波長を有するように構成されていることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記１以上の測定チャネルが複数の測定チャネルからなることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置であって、
前記各測定チャネルは、前記波長合成体から当該測定チャネルの前記共焦点光源開口までの間の前記共用光源光路に沿って配置されるレンズを有し、
前記各レンズは、前記第１および第２発光光の少なくとも一部を、前記各々の共焦点光源開口の近傍で焦点を結ぶ光源光として、前記共用光源光路に沿って集光するように構成されていることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置であって、前記複数の測定チャネルの前記各々の共焦点光源開口は、直線配列に配置され、
前記光源構造体は、前記波長合成体から前記直線配列までの間の前記共用光源光路に沿って配置されたシリンドリカルレンズを有し、
前記シリンドリカルレンズは、前記第１および第２発光光の少なくとも一部を、前記直線配列の近傍で焦点を結ぶ光源光として、前記共用光源光路に沿って集光するように構成されていることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項５】
請求項２記載の装置であって、
前記各測定チャネルは、前記波長合成体から前記共用光源光路に沿って前記第１発光光および前記第２発光光の少なくとも一部を入力し、前記各々の共焦点光源開口によって受光される前記光源光として伝達するように各々のファイバ入力端が配置された光ファイバをそれぞれ有する、ことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置であって、前記各光ファイバは、前記各々の測定チャネルに前記共焦点光源開口を各々提供するように各々のファイバ出力端が配置されている、
ことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置であって、
前記１以上の測定チャネルは、光源側ファイバ部分と、検出側ファイバ部分と、共焦点開口部ファイバ部分と、ファイバコンバイナ／スプリッタと、を有する第１光ファイバ経路を含む第１測定チャネルを備え、
前記光源側および検出側ファイバ部分は、前記ファイバコンバイナ／スプリッタの第１面に結合され、前記共焦点開口部ファイバ部分は、前記ファイバコンバイナ／スプリッタの第２面に結合され、
前記光源側ファイバ部分は、前記波長合成体から前記共用光源光路に沿って第１および第２発光光の少なくとも一部を入力し、前記ファイバコンバイナ／スプリッタを介して前記共焦点開口部ファイバ部分に光源光として伝達するように配置された一端部を有して構成され、
前記共焦点開口部ファイバ部分は、
前記光源光を入力経路に沿って前記測定光路レンズ配置へ伝達する前記各々の共焦点光源開口と、前記ワーク表面からの反射合焦測定光を前記測定光路に沿って受光する前記各々の共焦点検出開口と、の両方を提供し、および
前記反射合焦測定光を前記ファイバコンバイナ／スプリッタを介して空間フィルタ後の測定光として前記検出側ファイバ部分へ伝達すること、の両方を実行するように配置された共焦点開口端部を有して構成され、
前記検出側ファイバ部分は、前記空間フィルタ後の測定光を前記波長検出器へ伝達するように配置された一端部を有して構成される、
ことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置であって、前記第１および第２ピーク波長は、４３５ｎｍから６００ｎｍまでの間の波長範囲にそれぞれあることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置であって、前記励起光は、第１励起光路に沿って前記第１蛍光領域へ供給される第１励起光と、第２励起光路に沿って前記第２蛍光領域へ供給される第２励起光と、を含むことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置であって、
前記光源構造体は、更に、前記励起光の少なくとも一部を、前記第１励起光および前記第２励起光に分割するビーム分割面を含むことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置であって、
前記ビーム分割面は、ビームスプリッタの一部であって、
前記第１蛍光領域の第１蛍光体組成物は、前記ビームスプリッタの第１表面に対して相対的に固定配置されて、前記第１励起光を受光し、
前記第２蛍光領域の第２蛍光体組成物は、前記ビームスプリッタの第２表面に対して相対的に固定配置されて、前記第２励起光を受光する、
ことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置であって、
前記第１蛍光領域の前記第１蛍光体組成物は、前記ビームスプリッタの前記第１表面と結合し、
前記第２蛍光領域の前記第２蛍光体組成物は、前記ビームスプリッタの前記第２表面と結合している、ことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の装置であって、前記波長合成体は、前記ビーム分割面と同面にビーム合成面を有し、当該ビーム合成面は、前記第１発光光または前記第２発光光の少なくとも一部を前記共用光源光路に沿って進行させることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１４】
請求項１記載の装置であって、前記共用光源光路は、第１および第２発光光の少なくとも一部を前記各々の共焦点光源開口の近傍に焦点を結ばせる光源レンズ配置を含むことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１５】
請求項１記載の装置であって、
前記第１蛍光領域の前記第１蛍光体組成物は第１焼結蛍光体組成物であり、
前記第２蛍光領域の前記第２蛍光体組成物は第２焼結蛍光体組成物である
ことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１６】
請求項１記載の装置であって、
前記第１蛍光領域の前記第１蛍光体組成物は第１セラミック蛍光体であり、
前記第２蛍光領域の前記第２蛍光体組成物は第２セラミック蛍光体である
ことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１７】
請求項１記載の装置であって、
前記第１蛍光体組成物は、主に、第１波長領域に第１ピーク波長を有する光を発する第１蛍光体を含み、
前記第２蛍光体組成物は、主に、前記第１波長領域とは異なる第２波長領域に第２ピーク波長を有する光を発する第２蛍光体を含み、前記第２ピーク波長は、前記第１ピーク波長とは異なることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の装置であって、前記第１波長領域は、４３５ｎｍから５６５ｎｍまでの間の波長を含むことを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項１９】
請求項１記載の装置であって、前記第１発光光は、第１ピーク波長を有し、前記第２発光光は、前記第１ピーク波長とは少なくとも１０ｎｍ異なる第２ピーク波長を有することを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項２０】
請求項１記載の装置であって、前記第１発光光は、第１ピーク波長を有し、前記第２発光光は、前記第１ピーク波長とは少なくとも２０ｎｍ異なる第２ピーク波長を有することを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項２１】
請求項１記載の装置であって、前記１以上の励起光源はレーザーを備えることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の装置であって、前記レーザーは、４００ｎｍから４８５ｎｍまでの間の波長を含む波長範囲の励起光を出力することを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項２３】
請求項１記載の装置であって、前記各々の測定チャネルにおける前記各共焦点光源開口は、前記各々の共焦点検出開口に対して名目上、共焦点の関係にあることを特徴とする共焦点距離センサー装置。
【請求項２４】
ワーク高さ測定値を決定するための共焦点距離センサー装置の動作方法であって、
前記共焦点距離センサー装置は、
波長検出器と、光源構造体と、各々がワーク表面までの各々の距離を検出可能に構成された１以上の測定チャネルとを備え、
前記１以上の各測定チャネルは、
前記ワーク表面からの反射合焦測定光を測定光路に沿って受光して、空間フィルタ後の測定光を前記波長検出器へ伝達するように構成される各々の共焦点検出開口と、
前記光源構造体からの光源光を受光して、当該光源光の少なくとも一部を入力経路に沿って測定光路レンズ配置へ伝達するように構成される各々の共焦点光源開口と、を有し、
前記測定光路レンズ配置は、前記各々の共焦点光源開口からの前記光源光を入力し、軸上色分散を有する合焦測定光を前記ワーク表面へ出力し、前記ワーク表面からの反射合焦測定光を受光するとともに、前記反射合焦測定光を前記各々の共焦点検出開口の近傍に合焦させるように構成され、
前記光源構造体は、
励起光を発生させる１以上の励起光源を含む励起光構造体と、
第１蛍光領域に配置される第１蛍光体組成物と、
前記第１蛍光領域から離れた第２蛍光領域に配置される第２蛍光体組成物と、
波長合成体と、
共用光源光路と、を含み、
当該方法は、
前記励起光構造体が、前記第１蛍光領域および前記第２蛍光領域へ励起光を出力し、前記励起光に応じて、前記第１および第２蛍光体組成物が、第１および第２発光光をそれぞれ前記波長合成体に向けて発し、前記波長合成体が、前記第１発光光および第２発光光の少なくとも一部を前記各々の共焦点光源開口で受光される前記光源光として前記共用光源光路に沿って出力し、前記第１発光光および前記第２発光光がそれぞれ異なる第１および第２ピーク波長をそれぞれ有するように、前記共焦点距離センサー装置を動作させる手順と、
前記測定光路に沿って前記ワーク表面から反射合焦測定光を受光して、空間フィルタ後の測定光を前記波長検出器へ伝達する、各測定チャネルの各共焦点検出開口から少なくとも部分的に得られる測定スペクトル強度分布データを前記波長検出器から受信する手順と、
前記測定スペクトル強度分布データが示すスペクトルピークを決定して、当該決定結果の少なくとも一部に基づいて、前記ワーク表面のワーク高さ測定値を決定する手順と、
を含むことを特徴とする共焦点距離センサー装置の動作方法。
【請求項２５】
共焦点距離センサー装置の少なくとも一部を形成するセンサー装置コンポーネント用の光源構造体であって、
前記センサー装置コンポーネントは、
波長検出器と、各々がワーク表面までの各々の距離を検出可能に構成された１以上の測定チャネルと、を備え、
前記１以上の各測定チャネルは、
前記ワーク表面からの反射合焦測定光を測定光路に沿って受光して、空間フィルタ後の測定光を前記波長検出器へ伝達するように構成される各々の共焦点検出開口と、
前記光源構造体からの光源光を受光して、当該光源光の少なくとも一部を入力経路に沿って測定光路レンズ配置へ伝達するように構成される各々の共焦点光源開口と、を有し、
前記測定光路レンズ配置は、前記各々の共焦点光源開口からの前記光源光を入力し、軸上色分散を有する合焦測定光を前記ワーク表面へ出力し、前記ワーク表面からの反射合焦測定光を受光するとともに、前記反射合焦測定光を前記各々の共焦点検出開口の近傍に合焦させるように構成され、
前記光源構造体は、
励起光を発生させる１以上の励起光源を含む励起光構造体と、
第１蛍光領域に配置される第１蛍光体組成物と、
前記第１蛍光領域から離れた第２蛍光領域に配置される第２蛍光体組成物と、
波長合成体と、
共用光源光路と、を含み、
前記励起光構造体は、前記第１蛍光領域および前記第２蛍光領域へ前記励起光を出力し、
前記励起光に応じて、前記第１および第２蛍光体組成物は、第１および第２発光光をそれぞれ前記波長合成体に向けて発し、
前記波長合成体は、前記第１発光光および第２発光光の少なくとも一部を前記各々の共焦点光源開口で受光される前記光源光として前記共用光源光路に沿って出力するように構成され、
前記第１発光光および前記第２発光光は、それぞれ異なる第１および第２ピーク波長を有するように構成されている、
ことを特徴とするセンサー装置コンポーネント用の光源構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は精密測定に関し、特に、クロマティック共焦点距離センサー等の精密測定機器での使用に適する高輝度光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度広帯域光源の様々な用途が知られている。例えば、そのような光源を、光学高さセンサーや光学距離センサー（すなわち、距離センサー）におけるクロマティック共焦点技術に使用することが知られている。米国特許７，８７６，４５６号公報（特許文献１）によれば、軸上色収差（軸方向又は長軸方向の色分散とも呼ぶ）を有する光学素子を使用して、広帯域の光源光を合焦させると、軸方向の焦点距離が波長によって変化する。したがって、１つの波長だけが表面で正確に焦点を結び、フォーカシング要素からの相対的な表面高さ・距離によって、どの波長で最もよく焦点を結ぶのかが決定される。表面からの反射光は、ピンホール又は光ファイバ端部のような検出器側の小さな開口部で再び焦点を結ぶ。表面を反射し、光学系を戻る過程で、表面において十分に焦点の合った１つの波長だけが、開口部においても十分に焦点が合う。その他の波長については、どれも開口部での合焦が不十分になって、結合してファイバに入ることができる光のパワーは弱い。それゆえ、ファイバを戻る光は、表面高さ・表面までの距離に対応した波長の光であり、最大の信号出力をもたらす。そして、分光器型の検出器は、各波長の信号出力を測定し、表面高さを決定することができる。
【０００３】
ある製造会社は、上述の動作をする実用的で軽量化された共焦点距離センサー（ＣＲＳ）装置であって、クロマティックポイントセンサー（ＣＰＳ）やクロマティックラインセンサー等として産業用に適している装置に言及している。そのような装置に使われる軽量化された色分散光学構造体は、場合によっては、「光学ペン」や「ペン」と呼ばれる。光学ペンは、光ファイバを介して、クロマティック位置センサーの電子機器部に接続され、当該位置センサーは、ファイバを介して光を伝達し、光学ペンから光を出力させるとともに、戻り光を検出・分析する分光器を備えている。戻り光は、波長分散された強度分布を形成し、これが分光器の検出器アレイに受光される。この波長分散された強度分布に対応した画素データが分析され、その強度分布のピーク又は重心によって示される「最大ピーク波長の画素座標」が決定される。また、最大ピーク波長の画素座標は、ルックアップテーブル及び／又はその他の保存された校正データを用いて、表面までの距離を決定するのに使われる。最大ピーク波長の画素座標は、サブピクセル分解能で決定され、「距離指示画素座標」と呼ばれる。
【０００４】
米国特許出願公開２０１０／０１８８７４２号公報（特許文献２）には、スリット状開口部を使って、ポイントではなくライン状に光の焦点を合わせる「ラインセンサー」を含むタイプのＣＲＳ装置であって、表面上のそのラインに沿った多数のポイントまでの距離を測定する機能を有するＣＲＳ装置が記載されている。
【０００５】
ある既知の実施例では、キセノンアークランプを、３０ｋＨｚオーダーの測定レートを有するＣＲＳ装置用の高輝度広帯域（例えば白色）光源として使用している。キセノンアークランプは、ＣＲＳ装置のスペクトル範囲、つまり、高さ測定範囲を含む広帯域の発光を提供できる。それは、約３０ｋＨｚの測定レートおよび約３３μｓ（＝１／３０ｘ１０-３ｓ）の読出し時間でも、良好なＳ／Ｎ比が得られるような十分なエネルギーを提供可能な高輝度光源である。しかし、キセノンアークランプは、寿命が短いこと、アークの空間的な不安定性があることなど、実用上好ましくない特性を有する。ＣＲＳ装置の校正における変動を最小限にするとともに、ＣＲＳ装置の休止時間を最小にするためには、空間的安定性があって長寿命である光源が望ましい。光源のスペクトル発光におけるアーク変動は、ＣＲＳ装置の校正における変動の原因になるからである。
【０００６】
さらに、多くの製品は、複合的な材料を含むため、異なった反射特性を示し、異なった輝度で飽和する場合がある。そのため、複合材料の測定ができるように、ＣＲＳ装置の光源は、ＣＲＳ装置の測定レート（例えば３０ｋＨｚ）と同じ又はそれより高いレートで輝度を調整（例えば、低い輝度から高い輝度まで）できるものであることが好ましい。そのような高いレートでの光調整は、既知のキセノンアークランプにおいては実用的ではない。分光器など他の機器への適用においても、同様な光源の不備が見つかっている。
【０００７】
米国特許出願公開２０１０／００９７７７９Ａ１号公報（特許文献３）は、高輝度光源を開示しており、移動手段上に発光蛍光体などを配置して、固定された照射スポット及び発光出力結合領域を通過するように連続移動させる。特許文献３に開示された構造は、多くの点でキセノン光源より優れ、動作寿命が長いこと、高い調整レートを提供できること、効率的で経済的に光を光ファイバ内へ結合させることができること、および、その他の利点から、高輝度光源への適用に特に優れる。従って、このような光源は、上記のＣＲＳ装置に十分に適する。
【０００８】
加えて、米国特許８，３１７，３４７号公報（特許文献４）は、高輝度光源を開示し、照明スペクトルの形成に影響を及ぼすような蛍光出力変動の問題に（例えば、蛍光ポイント光源要素上の異なる位置において）対処できるように構成されている。そのような高輝度光源（例えば、発光蛍光体を利用したもの）は、励起光源（例えば４５０ｎｍＬＥＤ光源）によって励起されるものが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，８７６，４５６号公報
【特許文献２】米国特許出願公開２０１０／０１８８７４２号公報
【特許文献３】米国特許出願公開２０１０／００９７７７９Ａ１号公報
【特許文献４】米国特許第８，３１７，３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来の高輝度光源（例えば、発光蛍光体を利用したもの）は、様々な適用に対し、幾つかの点での改善、例えば、測定その他の動作における動作特性の改善などが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明に係る共焦点距離センサー（ＣＲＳ）装置は、波長検出器と、光源構造体と、１以上の測定チャネルとを含んで構成される。１以上の測定チャネルの各測定チャネルは、ワーク表面までの各々の距離を検出可能に構成され、各々の共焦点検出開口および各々の共焦点光源開口を含む。各測定チャネルにおいて、各々の共焦点検出開口は、ワーク表面からの反射合焦測定光を測定光路に沿って受光して、空間フィルタ後の測定光を波長検出器へ伝達するように構成されている。各測定チャネルにおいて、各々の共焦点光源開口は、光源構造体からの光源光を受光して、当該光源光の少なくとも一部を入力経路に沿って測定光路レンズ配置へ伝達するように構成されている。測定光路レンズ配置は、各々の共焦点光源開口からの光源光を入力し、軸上色分散を伴う合焦測定光をワーク表面へ出力し、ワーク表面からの反射合焦測定光を受光するとともに、反射合焦測定光を各々の共焦点検出開口の近傍に合焦させるように構成されている。
【００１２】
光源構造体は、励起光構造体と、第１蛍光体組成物と、第２蛍光体組成物と、波長合成体と、共用光源光路とを含む。励起光構造体は、励起光を発生させる１以上の励起光源を含む。第１蛍光体組成物は、第１蛍光領域に配置され、第２蛍光体組成物は、第１蛍光領域から離れた第２蛍光領域に配置される。励起光構造体は、第１蛍光領域および第２蛍光領域へ励起光を出力し、励起光に応じて、第１および第２蛍光体組成物は、第１および第２発光光をそれぞれ波長合成体に向けて発する。この波長合成体は、第１発光光および第２発光光の少なくとも一部を各々の共焦点光源開口で受光される光源光として共用光源光路に沿って出力するように構成される。第１発光光および第２発光光は、それぞれ異なる第１および第２ピーク波長を有する。第１および第２発光光の合成の結果、光源光は、光源構造体の拡張されたスペクトルに応じて広げられた波長範囲を有することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はＣＲＳ装置の第一実施形態の図である。
【図２Ａ】（Ａ）は、ＣＲＳ光源構造体として利用可能な蛍光体組成物の相対的発光スペクトルの図である。
【図２Ｂ】（Ｂ）は、ＣＲＳ光源構造体として利用可能な蛍光体組成物の相対的発光スペクトルの図である。
【図２Ｃ】（Ｃ）は、ＣＲＳ光源構造体として利用可能な蛍光体組成物の相対的発光スペクトルの図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、ここに開示される原理に従ってそれぞれ第１および第２蛍光領域に配置された第１および第２蛍光体組成物を含んでいる光源構造体の図である。
【図４】図４は、図３（Ａ），（Ｂ）と同様の光源構造体を含むＣＲＳ装置の第二実施形態の図である。
【図５】図５は、図３（Ａ），（Ｂ）と同様の光源構造体を含むＣＲＳ装置の第三実施形態の図である。
【図６】図６は、図３（Ａ），（Ｂ）と同様の光源構造体を含むＣＲＳ装置の第四実施形態の図である。
【図７】図７は、ＣＲＳ装置の３つの測定チャネルによって測定される異なる３つの表面高さの表面位置を有するワークの図である。
【図８】図８は、３つの測定チャネルからの測定光の受光を説明するためのＣＲＳ装置の波長検出器の一実施形態の図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、図７のワークの表面高さ測定における図８の波長検出器からの分光信号を示す図である。
【図１０】図１０は、ここに開示された原理に従ってワーク高さ測定値を決定するためのＣＲＳ装置のルーチン処理の一実施形態を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、光学要素１２０（例えば光学ペン）と、電子機器部１６０と、ユーザインタフェース部１７１と、を備える共焦点距離センサー装置１００の一実施形態を示すブロック図である。電子機器部１６０は、信号演算器１６６と、記憶部１６８と、波長検出器１６２および広帯域光源１６４を有する光源・検出部１６１と、を含む。本書に開示する原理に従えば、光源１６４に、蛍光体組成物を利用した光源構造体を含めるとよい。詳しくは図３（Ａ）及び（Ｂ）を使って後述する。
【００１５】
図１のＣＲＳ装置１００は、１度に１つの測定点を測定するクロマティック位置センサー（ＣＰＳ）装置である。波長検出器１６２は、分光計の検出器アレイ１６３を含む。検出器アレイ１６３は、波長検出器１６２の測定軸に沿って分布された複数の画素によって構成され、これら複数の画素は、各々の波長光を受光して、測定スペクトル分布データを提供する。電子機器部１６０は、光路（例えば、光ファイバー経路）を介して、光ファイバケーブル１１２を含む光学要素１２０に連結されている。この光路に関する任意の又は代替可能な例として、種々のコネクタやカップラと共に各々の部分１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃおよび１１２Ｄからなる光ファイバケーブル１１２を示す。第１部分１１２Ａと第２部分１１２Ｂは、コネクタＣＯＮＥＣＴ−Ｄで連結される。また、カップラＣＯＵＰＬＥＲ−Ｏは、部分１１２Ｂを部分１１２Ｃに連結され、その部分１１２Ｃは、コネクタＣＯＮＥＣＴ−Ｅによって、電子機器部１６０内の部分１１２Ｄに連結される。光源１６４は、信号演算器１６６によって制御されるとともに、上記の光源側ファイバ部分１６５ＬＳ、２×１カップラＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅ、部分１１２Ｄ、コネクタＣＯＮＥＣＴ−Ｅ、および光ファイバケーブル１１２の残りの部分からなる経路を通じて、あるスペクトル分布の波長光を光学要素１２０に入力するために、接続される。光学要素１２０は、入出力光ファイバ部分組立品１０５と、筐体１３０と、測定光路レンズ配置１５０とを含む。入出力光ファイバ部分組立品１０５は、光ファイバケーブル１１２の端部を覆ってその光ファイバケーブルにつながる入出力光ファイバ１１３と、光ファイバコネクタ１０８と、を備える。入出力用ファイバ１１３は、開口部１９５（例えば、共焦点開口部の端部）を通して出力ビームを出力するとともに、当該開口部１９５を通して測定信号反射光を受け取る。
【００１６】
以降に説明する通り、共焦点開口部１９５は、ワーク１７０表面の表面位置１９０までの距離を検出する測定チャネルの一部であってもよい。また、共焦点開口部１９５には、測定チャネルの一部として、共焦点光源開口１９５ＬＳおよび共焦点検出開口１９５Ｄの両機能がある。後述の図４〜６に示す通り、代替可能な種々の実施形態で、測定チャネルの共焦点光源開口および共焦点検出開口は、異なる位置に分離された構成部とすることができる。
【００１７】
ＣＲＳ装置１００の動作の全貌に示す通り、共焦点開口部１９５（共焦点光源開口１９５ＬＳとして機能する）は、光源１６４の光源構造体（例えば、図３（Ａ）と（Ｂ）の光源構造体３６４ｃ）からの光源光を受光するように構成される。共焦点光源開口１９５ＬＳは、入力経路１４０に沿って、光源光の少なくとも一部を測定光路レンズ配置１５０に伝達するように構成される。当該レンズ配置１５０は、それぞれの共焦点光源開口１９５ＬＳからの光源光が入力され、軸上色分散を伴うように合焦測定光ＦＭＬをワーク表面１９０に向けて出力するように構成される。この測定光路レンズ配置１５０は、また、ワーク表面１９０の反射光として、反射合焦測定光ＲＦＭＬを受光するとともに、当該反射合焦測定光ＲＦＭＬを共焦点開口部１９５の近傍に合焦（すなわち、共焦点検出開口１９５Ｄとしての機能）させるように構成される。共焦点検出開口１９５Ｄは、ワーク表面１９０からの反射合焦測定光ＲＦＭＬを測定光路１４１に沿って受光し、空間フィルタ後の測定光を波長検出器１６２に伝達するように構成されている。
【００１８】
ＣＲＳ装置１００の動作のより具体的な説明として、開口部１９５を通じてファイバ端から照射される光（すなわち、共焦点光源開口１９５ＬＳとしての機能）は、測定光路レンズ配置１５０により合焦される。当該レンズ配置１５０は、あるＣＲＳ装置において既知であるが、軸上色分散を提供するレンズを含み、それによって、光軸ＯＡに沿った焦点位置が、光の波長に依存した異なる距離になる。測定動作中、測定光路レンズ配置１５０から合焦測定光ＦＭＬが出力され、ワーク１７０表面の表面位置１９０に集光する。表面位置１９０からの反射光（すなわち、反射合焦測定光ＲＦＭＬ）は、光路ＯＰＡＴＨ（例えば、測定光路４４１の一部）に沿って進行し、さらに、測定光路レンズ配置１５０により開口部１９５（すなわち、共焦点検出開口１９５Ｄとしての機能）で再び合焦される。軸上色分散によって一つの波長のみが、測定距離「Ｚ」に合った焦点距離を有する。その測定距離Ｚは基準位置ＲＰから表面位置１９０までの距離に等しく、基準位置ＲＰは光学要素１２０に対して固定された位置である。表面位置１９０で最もよく焦点の合った波長は、共焦点開口部１９５（すなわち、共焦点検出開口１９５Ｄとしての機能）で最もよく焦点の合う波長と等しい。したがって、最もよく焦点の合った波長の光が主として共焦点開口部１９５を通過し、空間フィルタされた測定光となって、光ファイバケーブル１１２の光ファイバ１１３のコアに進入する。光ファイバケーブル１１２は、空間フィルタ後の測定光を波長検出器１６２まで送り届ける。波長検出器１６２は、表面位置１９０までの測定距離Ｚに応じた主強度の波長の決定に利用される。
【００１９】
図１の構成例では、ＣＲＳ装置１００の測定チャネルを、少なくとも１つの光ファイバ経路を有するものとして定義してもよい。ここで、光ファイバ経路は、光源側ファイバ部分１６５ＬＳと、検出側ファイバ部分１６５Ｄと、共焦点開口部部分１１２Ａと、ファイバコンバイナ／スプリッタＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅとを含む。光源側ファイバ部分１６５ＬＳおよび検出側ファイバ部分１６５Ｄは、ファイバコンバイナ／スプリッタＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅの第一面に連結され、共焦点開口部部分１１２Ａは、ファイバコンバイナ／スプリッタＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅの第二面に（例えば、ファイバ１１２の様々な他の部分や構成を通じて）連結される。光源側ファイバ部分１６５ＬＳには、光源１６４からの光源光を入力して、ファイバコンバイナ／スプリッタＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅ（および、様々な他の部分や構成）を通じて上述の共焦点開口部部分１１２Ａに光源光を伝達するための一端部が設けられている。
【００２０】
また、共焦点開口部部分１１２Ａには、共焦点光源開口１９５ＬＳおよび共焦点検出開口１９５Ｄの両方を提供／機能する共焦点開口部１９５を構成するための共焦点開口端部ＣＡＥが設けられている。上述の通り、共焦点光源開口１９５ＬＳは、測定光路レンズ配置１５０に向けて入力経路１４０に沿って光源光を伝達する。共焦点検出開口１９５Ｄは、ワークの表面位置１９０からの反射合焦測定光を測定光路１４１に沿って受光する。共焦点開口部ファイバ部分１１２Ａは、さらに、反射合焦測定光ＲＦＭＬを空間フィルタ後の測定光として、ファイバコンバイナ／スプリッタＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅを通じて、検出側ファイバ部分１６５Ｄに向けて（例えば、様々な他のファイバ部分やファイバ構成を通じて）伝達するように構成される。検出側ファイバ部分１６５Ｄには、空間フィルタ後の測定光を波長検出器１６２に向けて伝達するための一端部が設けられている。
【００２１】
本実施形態において、空間フィルタ後の測定光は、カプラＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅを通って戻り、その結果、光の約５０％が、検出側ファイバ部分１６５Ｄを通って、波長検出器１６２に向かう（また、例えば残りの５０％がカプラへの挿入損失になる）。波長検出器１６２は、波長依存性の強度光を受光し、これを検出器アレイ１６３の測定軸に沿った画素アレイ上に分布するスペクトル強度分布（単にスペクトル分布とも言う）の出力値に変換する。波長検出器１６２は、さらに、これに対応して、（後述の図８、図９（Ａ）〜（Ｃ）の例のように）検出器アレイ１６３から出力される画素データに基づくスペクトル分布出力データを提供する。
【００２２】
また、分布データについてのサブピクセル分解能での距離指示座標（ＤＩＣ）が、信号演算器１６６により計算される。そして、（サブピクセルオーダーの）当該ＤＩＣが、記憶部１６８に記憶可能な距離校正ルックアップテーブル等を使用して、表面位置１９０までの測定距離Ｚを（マイクロメートルオーダーで）決定する。このＤＩＣは、様々な方法により（例えば、ピーク領域に含まれる強度分布データの重心を求めるなどにより）決定される。この分布データを使用すれば、ＤＩＣをサブピクセル分解能で決定するができる。
【００２３】
ユーザインタフェース部１７１は、電子機器部１６０に連結されるとともに、キーボード、タッチパネル、マウス等、何らかの適切な手段で、ＣＲＳ装置１００の動作に使用されるユーザ入力値を受信するように構成される。ユーザ入力値としては、例えば、ユーザ選択値（サンプリング・レートや他の動作パラメータなど）である。ユーザインタフェース部１７１は、また、ＣＲＳ装置１００によって正常に測定された距離測定値（例えば、ワーク高さ測定値）のような情報をモニターに表示するように構成されている。
【００２４】
図１には、（例えば、ワーク１７０の測定値に関する）基準フレームとして直交ＸＹＺ座標軸が設けられている。Ｚ方向は、光学要素１２０の光軸ＯＡに平行に設定され、距離／高さの測定軸である。図１に示すように、測定動作中、ワーク１７０を光軸ＯＡに沿って配置する。例えば、ガイド軸受１７５Ａにより規制された状態でＺ軸方向への移動が可能な移動ステージ１７５上にワーク１７０を載置してもよい。また、移動ステージ１７５は、Ｘ軸方向及び／又はＹ軸方向に沿って、それら両方向又はいずれか一方向に移動可能に設けられる。一般に、ワーク１７０及び／又は光学要素１２０は、ワーク１７０の異なる測定値（例えば、異なる表面位置の測定値）を得るため、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のうちの１以上の方向に沿って相対的に移動可能及び／又は他の方法で搬送可能に構成されるとよい。また、（例えば、図１の光ファイバケーブル１１２のように）光ファイバケーブル又はこれと同様の仕組みによって、光学要素１２０及び／又はこれと同様の構成を、ＣＲＳ装置１００の他の特定の構成（例えば、波長検出器１６２及び／又は光源１６４などの電子機器部１６０の構成を含む）に対して、相対的に移動可能な構成にすることが好ましい。特に、当該装置が上述の測定動作（例えば、ワーク１７０の表面測定のための動作）を実行できる状態において、相対的に移動可能に構成することが好ましい。本実施形態の装置が、回転可能またはその他の方法で姿勢変更可能になっていて、光軸ＯＡおよびＺ軸方向が、垂直、水平または他の方向の軸周りに回転でき、または角度変更できることが好ましい。そして、（例えば、ワーク表面の）対応する距離／高さ測定において、当該装置の光軸ＯＡ及びＺ軸方向に対応して、同様に軸周りの回転又は角度変更ができることが好ましい。
【００２５】
図１のＣＲＳ装置に使える、ある知られたバックグラウンド信号演算及び／又は校正動作が、前述の特許文献４に記載されている。ＣＲＳ装置からの波長分散された強度分布に生じている波長ピーク（例えば、波長検出器１６２からの図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すような波長ピーク）に基づいて、サブピクセル分解能での距離指示座標（ＤＩＣ）を決定する信号演算動作、および、決定されたＤＩＣに基づいて、（例えば、マイクロメートルオーダーで）ワーク表面までの測定距離を決定する信号演算動作が、特許文献１および特許文献４に記載されている。手短に言うと、サブピクセル分解能を有する距離指示座標（ＤＩＣ）と相関するＣＲＳ測定距離校正データを決定することができて、ＣＲＳ装置の光軸ＯＡに沿ったマイクロメートルオーダーの測定距離（ＺＯＵＴ）を知ることができる。また、ＣＲＳ装置により計算されたＤＩＣ測定値は、記憶された校正ルックアップテーブル及び／又は他に記憶された校正データを参照して、（マイクロメートルオーダーの）測定距離を決定することができる。もし、ＤＩＣ測定値が校正ＤＩＣ値の近傍から外れた場合は、内挿法によって測定距離を決定すればよい。
【００２６】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、（例えば、図１の光源１６４及び／又は本書に記載された他のＣＲＳ光源のような）ＣＲＳ装置の光源構造体として利用可能な蛍光体組成物の発光スペクトルの図である。図２（Ａ）は、既知のＬＥＤ励起蛍光体の発光スペクトルを示し、図２（Ｂ）は、異なる特性の蛍光体の発光スペクトルを示し、図２（Ｃ）は、ここに開示する原理に従って、異なる蛍光領域を示す（例えば、図２（Ｂ）のような）蛍光体組成物を利用した光源構造体の発光スペクトルの図である。
【００２７】
図２（Ａ）に示すように、ＬＥＤ励起蛍光体の発光スペクトル２１０は、ＬＥＤ励起光に相当する領域２１０Ａと、低光量波長域に相当する領域２１０Ｂと、蛍光の発光に相当する領域２１０Ｃと、を含む。上述の説明や各特許文献の記載のように、クロマティック共焦点距離センサー装置は、（例えば、単一ピンホール又はピンホールアレイ、或いは、他の開口部又は開口部アレイなどの）開口部を通って伝達された光の波長に関連させて、対象物の高さを数値化（encode）することができる。そのようなクロマティック共焦点距離装置用の光源には、典型的には、広帯域の白色光源を用いる（例えば、求められる範囲にわたって対応する数値化技術を実施するのに必要な全ての波長範囲の光を提供するため）。ある先行技術の装置で使用されている白色光源には、励起光源により励起される蛍光体が設けられている（例えば、励起光源として４５０ｎｍ波長のＬＥＤ光源がよく利用されている）。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、先行技術の４５０ｎｍのＬＥＤ光源で励起される蛍光体を利用したクロマティック共焦点距離装置における１つの問題は、ＬＥＤ励起蛍光体の発光スペクトル２１０に生じる低光量波長域の存在である。上述の通り、図２（Ａ）には、低光量波長域が領域２１０Ｂで表示されており（この例の領域２１０Ｂは、中心波数が４８０ｎｍであり、この４８０ｎｍ波長によって「グリーンホール」と呼ばれる場合がある）、この領域２１０Ｂは、励起用光源光の領域２１０Ａと発光波長である蛍光領域２１０Ｃとの間にある。後述するように、ここで開示する原理に従えば、光源の波長範囲を、従来の低光量波長域の領域（例えば、図２（Ａ）の領域２１０Ｂ）まで拡張させることができる構造体が提供される。ここで開示する技術を利用して光源の波長範囲を拡張することにより、ＣＲＳ装置の測定範囲を実質的に改善することができる。例えば、ＣＲＳ装置のクロマティックレンズで使用されるガラスは、（例えば、図２（Ａ）の例の緑色波長域の）低光量波長域の波長域において、高い色分散を示す。従って、光源の波長域をこの領域まで拡張させれば、ＣＲＳ測定範囲が大幅に広がる（例えば、最大３０％まで広がる）。また、波長範囲の拡張技術に加え、ここに開示する原理に従った構造体は、他にも有利な面を含んでいる（例えば、図３（Ａ），（Ｂ）を用いて後述するが、あるタイプの蛍光体と、その蛍光体を励起するための励起光としての狭帯域レーザー光源と、を利用すれば、他の特定の問題に対処することができる）。
【００２９】
図２（Ｂ）は、異なる特性の蛍光体（例えば、セラミック蛍光体）の発光スペクトルを示す。例えば、発光スペクトル２２１は、Ｇ  ＣＩＥ（０．３２６，０．５７６）で表されるＣＩＥ色度座標を有する蛍光体のものであり、緑色波長域にピークを有する。発光スペクトル２２２，２２３，２２４は、Ｙ  ＣＩＥ（０．４１８，０．５５４），Ｙ  ＣＩＥ（０．４３４，０．５４３）およびＹ／Ｏ  ＣＩＥ（０．４５３，０．５３０）で表されるＣＩＥ色度座標を有する蛍光体のものであり、通常は黄色、橙色などの波長域に各々ピークを有する。図２（Ａ）の低光量波長域２１０Ｂに関しては、（緑色波長域にピークを有する）発光スペクトル２２１が当該低光量波長域を埋め合わすのに使われることが好ましい。一方、より長い波長側の光（例えば、発光スペクトル２２２〜２２４のうちの１以上）が、光源構造体の出力の一部として用いられることも好ましい（これによって、例えば、長波長側を含む所望の全ての波長範囲の光をＣＲＳ装置に供給することができる）。
【００３０】
例えば、図２（Ｂ）に示す幾つかの蛍光体の特性を結合することの可能性については、蛍光体の特定の結合構造体では比較的効果が小さい可能性があることが、実験的に判断されている。例えば、ある幾つかの結晶蛍光体を一体的に結合させても、発光スペクトルの波長範囲は実質的に広がらない。これは、場合によっては、異なる蛍光体による特定波長域での再吸収のせいかもしれない。具体例では、ＹＡＧ：Ｃｅ標準（セリウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット）の発光と比較すると、ＬｕＹＡＧ：Ｃｅ（セリウム添加ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）とＹＧｄａＧ：Ｃｅを含むサンドイッチ構造体を励起するＬＥＤは、幾分シフト（すなわち、青色波長側へ）した発光スペクトルを生じることが観察されているが、全体の波長範囲が実質的に広がっているわけではない（すなわち、スペクトルカーブがシフトしているように見えるが、広がっているわけではない）。より具体的には、そのような構造体の発光スペクトルは、赤色波長域を犠牲にして、青色波長域により強い発光を有するようである（すなわち、スペクトルカーブが全体的に青色波長域側へシフトしているが、ＹＡＧ：Ｃｅ標準の発光スペクトルと比較して、全体的に広がっているわけではない。）
【００３１】
そのような一体的結合又は他の結合（例えば、蛍光体のサンドイッチ構造、混合構造、又は他の方法による結合構造）とは対照的に、ここに開示する原理に従えば、全体的な波長範囲が増大すると判断される光源構造体を提供することができる（例えば、特定のＣＲＳ測定動作に利用できるようになる）。図３（Ａ），（Ｂ）を使って後述する通り、本発明の光源構造体は、第１および第２蛍光領域に離れて配置された第１および第２蛍光体組成物を備える（これらの蛍光体組成物は、例えば、４５０ｎｍレーザー又は４０５ｎｍレーザー等、少なくとも１つの高出力レーザーを含む励起光源によって励起される）。波長合成体は、（例えば、ビームスプリッタを含み、）励起光を第１および第２蛍光体組成物に向けて分割すること、および、第１および第２蛍光体組成物からの第１および第２発光光の少なくとも一部を共用光源光路に沿って出力することの両方を行なう。図２（Ｃ）に、このような構造体からの発光スペクトルの例を複数ケース示す。
【００３２】
図２（Ｃ）の発光スペクトル２５１は、図３（Ａ），（Ｂ）の第１および第２蛍光体組成物が緑色蛍光体および黄色蛍光体である場合の構造体からのものである。同様に、発光スペクトル２５２は、図３（Ａ），（Ｂ）の第１および第２蛍光体組成物が緑色蛍光体および橙色蛍光体である場合の構造体からのものである。比較のため、それぞれ緑色、黄色および橙色蛍光体の個別の蛍光体組成物に対応している発光スペクトル２４１，２４２および２４３も示す。発光スペクトル２５１，２５２は、光源構造体の波長範囲が増大したことを示す（すなわち、発光スペクトル２５１，２５２は、発光スペクトル２４１の緑色波長域と、長波長側の発光スペクトル２４２又は２４３の波長域と、の両方を含んでいる）。要するに、図３（Ａ），（Ｂ）のような構造体の使用によれば、緑色蛍光体の発光スペクトルと、その他の１つの蛍光体の発光スペクトルとが、線形に加算されて、発光スペクトル２５１，２５２が示すような広波長域の発光が形成される。図２（Ｃ）に示す励起光源には４５０ｎｍレーザーを用いる（このレーザーは上記の発光強度を超える振幅で４５０ｎｍの出力がある）。
【００３３】
図３（Ａ），（Ｂ）は、光源構造体３６４Ｃの一実施形態の図であり、光源構造体３６４Ｃは、ここに開示する原理に従って、第１および第２蛍光領域ＰＲ１，ＰＲ２に配置された第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２をそれぞれ含む。図３（Ａ），（Ｂ）で特定の符号を付けた構成要素（例えば、３ＸＸ等）は、図１にて同一または同様の符号が付された構成要素（例えば、１ＸＸ等）に対応し、及び／又は、同様の動作を有し得ると理解され得るとともに、これらはそれらに類似することにより、及び／又は、後で記載されるように理解され得る。このような符号入れの規則は、類似のデザイン及び／又は機能を有する構成要素を明示するためであり、以下の図４〜図８にも適用される。図３（Ａ）に示すように、光源構造体３６４Ｃは、励起光構造体ＥＸＣと、第１蛍光体組成物ＰＣ１と、第２蛍光体組成物ＰＣ２と、波長合成体ＷＣＣと、共用光源光路ＳＳＬＰとを含む。励起光構造体ＥＸＣは、１つ以上の励起光源（例えば、１つ以上のレーザー、ＬＥＤ等）を含んでいるとよく、それらの励起光源が励起光を発生させる。
【００３４】
図３（Ｂ）を用いて後述するように、励起動作では、励起光構造体ＥＸＣが励起光ＥＸＬを出力し、第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２に向けられる。これに応じて、第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２がそれぞれ発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２を発生する。波長合成体ＷＣＣは、第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２からの発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２の少なくとも一部を光源光ＳＬとして、共用光源光路ＳＳＬＰに沿って出力するように構成される。この光源光ＳＬは、１つ以上の共焦点光源開口３９５ＬＳの各々によって受光される。例えば、図１の実施形態のように構造体に含まれる共焦点光源開口３９５ＬＳは唯一つでもよい。また、複数の共焦点光源開口３９５ＬＳを伴った複数の測定チャネルを備える場合（例えば、図４〜６）、共焦点光源開口３９５ＬＳを、開口部アレイに含める、又はこれに類似の構成・構造の一部に含めるとよい。構成・構造３９４は、単一または複数の共焦点光源開口３９５ＬＳを含んでいるとよく、さらに、これらに対応する１以上のマイクロレンズや他の構成要素（例えば、後述する図４と同様の構造体）を含んでいるとよい。
【００３５】
図３（Ａ）に示すように、共用光源光路ＳＳＬＰには、光源レンズ配置ＳＬＬＣが含まれ、当該光源レンズ配置ＳＬＬＣは、光源光ＳＬの少なくとも一部を、１つ以上の共焦点光源開口３９５ＬＳの各々の近傍に合焦させる。光源開口３９５ＬＳでの光源光ＳＬの形状は、光源レンズ配置ＳＬＬＣによって単一のスポットまたは点（例えば、単一の光源開口３９５ＬＳ）、または、一本のライン（例えば、複数の光源開口３９５ＬＳによるリニアアレイ）等に形成される。図３（Ａ）の例では、光源レンズ配置は、レンズＳＬＬ１、レンズＳＬＬ２、レンズＳＬＬ３を含む。レンズＳＬＬ１は集光レンズでもよく、レンズＳＬＬ２はフィールドレンズでもよく、レンズＳＬＬ３はシリンドリカルレンズでもよい。共用光源光路ＳＳＬＰ上において、図示しない開口絞りをレンズＳＬＬ１とレンズＳＬＬ２の間、又は、その他の位置に配置してもよい。レンズＳＬＬ３（例えばシリンドリカルレンズ）は、光源光ＳＬをライン形状にして共焦点光源開口３９５ＬＳのリニアアレイまたは他の構成の近傍に合焦させる（例えば、図３（Ａ）の紙面に垂直な方向のラインである）。
【００３６】
レンズＥＸＬＬ（例えばコリメータレンズ）及び／又は回折光学素子ＤＯＰを、励起光構造体ＥＸＣと波長合成体ＷＣＣとの間に配置してもよい。レンズＥＸＬＬは、励起光構造体ＥＸＣからの励起光ＥＸＬを平行光（コリメート）にする。光回折光学素子ＤＯＰ（任意）は、励起光ＥＸＬを細いライン状にし、それによって第１及び第２発光光ＥＭＬ１、ＥＭＬ２も細いライン状になる（例えば、このライン状の発光光は、対応する姿勢で設けられた共焦点光源開口４９５ＬＳ等の直線配列によって受光され、発光から開口部での受光までが比較的高い効率で伝達される）。上述のように、光源レンズ配置ＳＬＬＣのレンズＳＬＬ３は、同時に又は選択的に、光源光ＳＬ（第１および第２発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２を含む）をライン形状に合焦し、又は更なる合焦に利用され、当該光源光ＳＬが共焦点光源開口３９５ＬＳの直線配列に受光されるように構成されてもよい。
【００３７】
図３（Ｂ）は、光源構造体３６４Ｃの部分拡大図であり、光源構造体３６４Ｃは、波長合成体ＷＣＣと、第１蛍光体組成物ＰＣ１と、第２蛍光体組成物ＰＣ２と、共用光源光路ＳＳＬＰの始点と、を含む。図３（Ｂ）に示すように、第１蛍光体組成物ＰＣ１は、第１蛍光領域ＰＲ１に配置され、第２蛍光体組成物ＰＣ２は、第１蛍光領域ＰＲ１から離れた第２蛍光領域ＰＲ２に配置される。測定動作中、励起光構造体ＥＸＣは、励起光ＥＸＬを第１蛍光領域ＰＲ１と第２蛍光領域ＰＲ２にそれぞれ向けて出力する。励起光ＥＸＬに応じて、第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２は各々、第１および第２発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２を、波長合成体ＷＣＣに向けて発光する。この波長合成体ＷＣＣは、第１発光光ＥＭＬ１および第２発光光ＥＭＬ２の少なくとも一部を光源光ＳＬとして、共用光源光路ＳＳＬＰに沿って出力するように構成される。光源光ＳＬは、各々の共焦点光源開口３９５ＬＳによって受光される。後で詳述するように、第１発光光ＥＭＬ１および第２発光光ＥＭＬ２は、各々異なる第１及び第２のピーク波長を有する。
【００３８】
また、励起光ＥＸＬは、第１励起光路ＥＸＰ１に沿って第１蛍光領域ＰＲ１に向けて供給される第１励起光ＥＸＬ１と、第２励起光路ＥＸＰ２に沿って第２蛍光領域ＰＲ２に向けて供給される第２励起光ＥＸＬ２とを含む。光源構造体３６４Ｃは、励起光ＥＸＬの少なくとも一部を第１励起光ＥＸＬ１と第２励起光ＥＸＬ２に分割するビーム分割面ＢＳＳ（例えば、ビームスプリッタＢＳの一部）を含む。第１蛍光領域ＰＲ１の第１蛍光体組成物ＰＣ１は、ビームスプリッタＢＳの第１表面ＳＦ１に対して固定配置され、第１励起光ＥＸＬ１を受光する。また、第２蛍光領域ＰＲ２の第２蛍光体組成物ＰＣ２は、ビームスプリッタＢＳの第２表面ＳＦ２に対して固定配置され、第２励起光ＥＸＬ２を受光する。
【００３９】
また、第１蛍光領域ＰＲ１の第１蛍光体組成物ＰＣ１を、ビームスプリッタＢＳの第１表面ＳＦ１に結合（例えば、取付又は他の方法による固定）してもよい。また、第２蛍光領域ＰＲ２の第２蛍光体組成物ＰＣ２を、ビームスプリッタＢＳの第２表面ＳＦ２に結合（例えば、取付又は他の方法による固定）してもよい。代わりに、第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２を、分離された構成要素として形成し、それぞれ表面ＳＦ１，ＳＦ２から分離し、及び／又は、それ以外の方法で表面ＳＦ１，ＳＦ２に取付けなくてもよい（しかし、波長合成体ＷＣＣの表面ＳＦ１，ＳＦ２及び／又は他の構成に対して、相対的に固定された位置に配置される）。第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２は、各々、（例えば、表面ＳＦ１，ＳＦ２に取付けられ、又は表面ＳＦ１，ＳＦ２から分離されているものとして、）ウエハー又は他の独立した固体要素として形成されるとよい。また、第１および第２表面ＳＦ１，ＳＦ２及び／又は第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２は、それぞれ名目上、互いに直交して、又は、他の方法によりある角度を成すように構成されてもよい（例えば、図３（Ｂ）では直交する構成が示されている）。
【００４０】
また、波長合成体ＷＣＣは、ビーム合成面ＢＣＳ（例えば、ビームスプリッタＢＳのビーム分割面ＢＳＳと同じ面でもよい）を有し、第１発光光ＥＭＬ１及び／又は第２発光光ＥＭＬ２の少なくとも一部を共用光源光路ＳＳＬＰに沿った方向に向ける。例えば、図３（Ｂ）に示すように、ビーム合成面ＢＣＳは、第１発光光ＥＭＬ１の少なくとも一部を反射して、共用光源光路ＳＳＬＰに沿った方向に向ける（すなわち、ビーム合成面ＢＣＳを透過してそのまま共用光源光路ＳＳＬＰに沿って進行する第２発光光ＥＭＬ２の少なくとも一部と一緒に進む）。また、ビームスプリッタＢＳは、励起光ＥＸＬ及び／又は発光を約５０％の効率で分割するようにしてもよい。
【００４１】
また、第１蛍光領域ＰＲ１の第１蛍光体組成物ＰＣ１は、第１焼結蛍光体組成物を有し、第２蛍光領域ＰＲ２の第２蛍光体組成物ＰＣ２は、第２焼結蛍光体組成物を有していてもよい。また、第１蛍光領域ＰＲ１の第１蛍光体組成物ＰＣ１は、第１セラミック蛍光体を有し、第２蛍光領域ＰＲ２の第２蛍光体組成物ＰＣ２は、第２セラミック蛍光体を有していてもよい。また、単結晶セラミック蛍光体（例えば、吸放熱材に装着された高出力セラミック蛍光体を含む）の利用は、非常に高い熱伝導性によって蛍光消失（クエンチ）の閾値を高くできるという利点がある。例えば、励起光構造体ＥＸＣが１．６Ｗ／ｍｍ２の出力レベルのレーザーを含む実施形態の場合、そのようなレーザーの出力レベルは、そのような蛍光体の消失点（例えば、１５Ｗ／ｍｍ２）よりも十分低い。上記のような構造にすれば、広い波長範囲にわたる高輝度白色光源が得られる。
【００４２】
また、第１蛍光体組成物ＰＣ１は、主に、第１波長範囲に第１ピーク波長を有する光を発する第１蛍光体を含む。また、第２蛍光体組成物ＰＣ２は、主に、第２波長範囲に第２ピーク波長を有する光を発する第２蛍光体を含み、その第２波長範囲は第１波長範囲とは異なり、その第２ピーク波長も第１ピーク波長とは異なる。なお、第１および第２の波長範囲は全く別であってもよいし、又は、部分的に重複してもよい。
【００４３】
また、第１および第２ピーク波長は、各々、４３５ｎｍから６００ｎｍまでの波長範囲にある。また、第１波長範囲は、４３５ｎｍから５６５ｎｍまでの波長を含んでいてもよい。このような波長は、第１発光光ＥＭＬ１が青色、赤色（シアン）又は緑色の発光光の少なくとも１つに対応することを示す。また、第１発光光ＥＭＬ１は第１ピーク波長を有し、第２発光光ＥＭＬ２は第２ピーク波長を有し、これらのピーク波長は、少なくとも互いに最も小さな差異だけ異なる（例えば、少なくとも１０ｎｍの差異、少なくとも２０ｎｍの差異等）。例えば、一実施形態では、第１発光光ＥＭＬ１は、波長ピークが５１０ｎｍで、発光中心波長が５４５ｎｍであり（例えば、緑色発光光に対応する）、第２発光光ＥＭＬ２は、波長ピークが５３５ｎｍで、発光中心波長が５７３ｎｍであってよく（例えば、黄色発光光に対応する）、これらのピーク波長の差異は、約２５ｎｍである。ここに開示される原理に従えば、ピーク波長同士がある限度まで大きく分離していることは、（例えば、第１発光光ＥＭＬ１を第２発光光ＥＭＬ２に概ね加算することにより、）比較的広い波長範囲にわたる光源が得られることになって好ましい。
【００４４】
また、励起光構造体ＥＸＣは、１つ以上の励起光源を備えているとよく、その励起光源は、１つ以上のレーザーを有しているとよい。また、励起光構造体ＥＸＣは、単一レーザーのみ、又は、複数レーザー（例えば２台以上のレーザー）を備えていてもよい。レーザーは、４００ｎｍから４８５ｎｍまでの波長光を含む波長範囲の励起光を出力できるとよい。また、レーザーは、特定の狭い波長域の励起光を出力できるとよい（例えば、青色励起光に相当する４５０ｎｍレーザー、紫色励起光に相当する４０５ｎｍレーザーなど）。１つの具体例とて、単独４５０ｎｍレーザーを１．６Ｗ／ｍｍ２の出力に利用し、または、２台の４５０ｎｍレーザーを３．２Ｗ／ｍｍ２の合成出力に利用することができる。
【００４５】
励起光構造体ＥＸＣとして１以上のレーザーを利用することによって、（例えば、蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２として特定の蛍光体を利用することに加え、）ある問題の対処に役立つ。具体的には、ある既存のＣＲＳ装置がＬＥＤ励起蛍光光源を利用する場合（例えば、図２（Ａ）に示すような）、特定のＣＲＳ装置の用途において、ＬＥＤ励起粉末蛍光光源体が、時々、輝度不足を生じる、という問題がある。また、特定のＣＲＳ装置へのそのようなＬＥＤ励起白色光源の適用によって生じる他の問題は、広帯域ＬＥＤの波長が、時々、経時的な変動（ドリフト）を生じる（例えば、注入電流や、負荷周期や、温度等のため）ことである。ＬＥＤ励起光源の帯域幅が蛍光波長と部分的に重複する場合、広帯域ＬＥＤの波長変動によって、（例えば、５２０ｎｍ未満の波長域で）光源のスペクトルの中身が変化してしまい、ついにはＣＲＳ位置の誤差になってしまう場合がある。具体的には、そのような変化は、異なる測定時刻で、同じ表面高さの測定結果が異なってしまう、ということを引き起こし、ＣＲＳ位置誤差になってしまう場合がある。
【００４６】
ここに開示する原理に従って、狭帯域レーザー光源（例えば、４５０ｎｍ波長）の構造体を蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２の励起用の励起光構造体ＥＸＣとして利用することにより、これらの問題の少なくとも幾つかに対して、少なくとも部分的に対処することができる。また、励起光構造体ＥＸＣにレーザーを利用することは、より高輝度で、より高出力の光源構造体３６４Ｃを形成することができる、という利点がある。加えて、この励起光構造体ＥＸＣは、小スポットサイズに設計可能で、光源のエタンデュを小さくできる。その結果、光は、より効率よく、ＣＲＳ装置の共焦点開口部（例えばピンホール開口部）を通って結合され得る。
【００４７】
図４は、図３（Ａ），（Ｂ）と同様の光源構造体を含むＣＲＳ装置４００の第２実施形態の図である。図４に示すように、ＣＲＳ装置４００は、波長検出器４６２と、光源構造体４６４Ｃ（例えば、光源４６４の一部として）と、複数の測定チャネル（例えば、後述する代表的な測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３のように）とを備える。各々の測定チャネルは、ワーク４７０のワーク表面位置４９０までの各距離を検出するように構成され（例えば、上記図１の動作と同様に）、また、各々の共焦点検出開口４９５Ｄと、各々の共焦点光源開口４９５ＬＳとを備える。例えば、図４の実施形態では、代表的な測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３の各々は、各々の共焦点検出開口４９５Ｄ１，４９５Ｄ２及び４９５Ｄ３（例えば、開口部アレイの一部）と、各々の共焦点光源開口４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２及び４９５ＬＳ−３（例えば、開口部アレイの一部）とを含み、また、ワーク表面位置４９０−１，４９０−２及び４９０−３までの各距離を検出するように構成される。図４の例では、ワーク表面位置４９０−１，４９０−２及び４９０−３の高さが全体的に同等である。異なる高さのワーク表面位置のワーク例については後述の図７で説明する。
【００４８】
図４の実施形態では、各々の共焦点検出開口４９５Ｄは、各々のワーク表面位置４９０から測定光路４４１に沿って進む反射合焦測定光ＲＦＭＬを受光し、空間フィルタ後の測定光ＳＦＭＬを波長検出器４６２へ伝達するように構成される。各々の共焦点光源開口４９５ＬＳは、光源構造体４６４Ｃからの光源光ＳＬを（例えば、共用光源光路ＳＳＬＰに沿って、）受光するように構成され、また、光源ＳＬの少なくとも一部を入力経路４４０に沿って測定光路レンズ配置４５０に伝達するように構成される。また、入力経路４４０は、入力レンズ４４０Ａと、開口絞り４４０Ｂと、反射面４４０Ｃ（例えば、ハーフミラーまたはダイクロイックミラー）とを含む。各々の共焦点光源開口（例えば４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２及び４９５ＬＳ−３）を通過する光源光ＳＬ（すなわち第１および第２発光光）は、レンズ４４０Ａを通過し、開口絞り４４０Ｂで制限され、そして、反射面４４０Ｃを反射して測定光路レンズ配置４５０に受光されるようになっている。
【００４９】
測定光路レンズ配置４５０は、各々の共焦点光源開口４９５ＬＳ（例えば、反射面４４０Ｃを反射して）からの光源光ＳＬを受光するように構成され、また、（例えば、対物レンズを含むレンズ４５０Ａから）軸上色分散を伴う合焦測定光ＦＭＬをワーク表面位置４９０に向けて出力するように構成され、さらに、各々のワーク表面位置４９０からの反射合焦測定光ＲＦＭＬを受光するように構成される。そして、測定光路レンズ配置４５０は、反射合焦測定光ＲＦＭＬを各々の共焦点検出開口４９５Ｄの近傍に（例えば、レンズ４５０Ｂを使って）合焦させる。上記のように、各々の共焦点検出開口４９５Ｄは、測定光路４４１に沿って、反射合焦測定光ＲＦＭＬを受光するように構成され、また、空間フィルタ後の測定光ＳＦＭＬを波長検出器４６２に伝達するように構成される。この「共焦点」の用語は、場合によっては、主に共役点または共役焦点面からの光を受け入れる空間フィルタ開口部（例えば、各々の共焦点検出開口４９５Ｄ）を示し、また、「共役」の用語は、共役位置の点が他の共役位置（例えば、各々の共焦点検出開口４９５Ｄおよび各々の共焦点光源開口４９５ＬＳが互いに各々の共役位置であること）に合焦されることを示す場合がある。各々の測定チャネルにおいて、各々の共焦点光源開口４９５ＬＳが、各々の共焦点検出開口４９５Ｄに対して、名目上、共焦点の関係になっているとよい。
【００５０】
図４は、（例えば、ワーク４７０の測定値に関する）基準フレームとして直交ＸＹＺ座標軸を（例えば、図１と同様に）含む。Ｚ方向は、光軸に平行に設定され、距離／高さの測定軸である（例えば、測定光路レンズ配置４５０の一部としてのレンズ４５０Ａの測定軸である）。図４に示すように（例えば、図７〜９に関して後述するように）、測定動作中、ワーク４７０は、光軸に沿って配置されているとよい（例えば、ワーク４７０が、図１と同様に移動ステージ（不図示）上に載置されているとよい。及び／又は、ワーク４７０及び／又はＣＲＳ装置４００の少なくとも一部又は全部は、移動可能に設けられ、及び／又は、他の方法によってＸ，ＹおよびＺ軸のうちの１軸以上に沿って互いに相対的に移動可能に設けられ、ワーク４７０の異なる測定値を取得できるとよい。）本実施形態の装置は、回転可能またはその他の方法で姿勢変更可能になっていて、光軸及びＺ軸方向が、垂直、水平または他の方向の軸周りに回転でき、又は角度変更ができることが好ましい。そして、（例えば、ワーク表面の）距離／高さ測定が、（例えば、ワーク４７０を測定するために）装置の光軸及びＺ軸方向に対応するように、同様に軸周りに回転され又は角度変更されるものと理解されるだろう。
【００５１】
図４の実施形態では、各々の測定チャネルは、波長合成体ＷＣＣから当該測定チャネルの各々の共焦点光源開口４９５ＬＳまでの間の共用光源光路ＳＳＬＰに沿って配置された各々のレンズ（例えば、マイクロレンズ）を含む。例えば、各々の測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３は、各々のマイクロレンズＭＬ−１，ＭＬ２及びＭＬ−３を含む。各々のマイクロレンズＭＬ−１，ＭＬ−２及びＭＬ−３は、第１および第２発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２の少なくとも一部を光源光ＳＬとして共用光源光路ＳＳＬＰに沿って合焦するように構成され、光源光ＳＬを、各々の共焦点光源開口４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２及び４９５ＬＳ−３の近傍に合焦させる。また、構成４９４は開口部アレイを含んでいてもよい（例えば、共焦点光源開口４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２及び４９５ＬＳ−３を含む）。また、マイクロレンズをマイクロレンズアレイの一部として含めてもよい（例えば、構成４９４の一部として含めてもよい）。
【００５２】
光源４６４の光源構造体４６４Ｃは、図３（Ａ），（Ｂ）の光源構造体３６４Ｃと同様に動作する。具体的には、光源構造体４６４Ｃにおいて、励起光構造体ＥＸＣは、励起光を出力して、第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２（各々の第１および第２蛍光領域に配置されている）に向ける。これに応じて、第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２が発光する。波長合成体ＷＣＣは、第１および第２蛍光体組成物ＰＣ１，ＰＣ２からの発光光の少なくとも一部を共用光源光路ＳＳＬＰに沿って光源光ＳＬとして出力する。
【００５３】
また、共用光源光路ＳＳＬＰは光源レンズ配置を含み、この光源レンズ配置が光源光ＳＬの少なくとも一部を１以上の共焦点光源開口４９５ＬＳの各々の近傍に合焦させてもよい。図４の例では、光源レンズ配置が、レンズＳＬＬ１及びＳＬＬ２を含むが、マイクロレンズ（例えば、ＭＬ１，ＭＬ２，ＭＬ３等）を含んでいてもよい。また、レンズＳＬＬ１を集光レンズとし、レンズＳＬＬ２をフィールドレンズ／コリメートレンズとしてもよい。また、レンズＳＬＬ１が、第１および第２発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２を集光し、レンズＳＬＬ２が、第１および第２発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２を共用光源光路ＳＳＬＰに沿って平行光にして、光源光ＳＬとしてマイクロレンズ（例えば、ＭＬ１，ＭＬ２，ＭＬ３等）に受光されるようにしてもよい。上記のように各々のマイクロレンズ（例えば、ＭＬ−１，ＭＬ−２及びＭＬ−３）は、第１および第２発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２の少なくとも一部を共用光源光路ＳＳＬＰに沿って光源光として合焦させるように構成されてもよく、その光源光ＳＬは、各々の共焦点光源開口（例えば、４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２及び４９５ＬＳ−３）の近傍で合焦する。
【００５４】
図５は、図３（Ａ），（Ｂ）と同様の光源構造体を含む第３実施形態に係るＣＲＳ装置５００の図である。ＣＲＳ装置５００は、多くの点で図４のＣＲＳ装置４００と同様である。上記のように、同様の又は同一の符号を付けた要素は、後述の他の方法で説明される場合を除き、同様である又は同一であると理解され、及び／又は、同様の又は同一の機能を提供するものと理解され得る。それゆえ、ここでは、ＣＲＳ装置５００及びＣＲＳ装置４００間における重要な相違点のみを説明する。
【００５５】
図４のＣＲＳ装置４００との主な相違は、図５のＣＲＳ装置５００がマイクロレンズアレイを備えず、光源５６４の光源構造体５６４Ｃが代替可能なレンズＳＬＬ３を（例えば、光源レンズ配置の一部として）含んでいることである。また、レンズＳＬＬ３をシリンドリカルレンズとしてもよい。図示するように、各々の共焦点光源開口（例えば、４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２及び４９５ＬＳ−３を含む）は、直線配列に配置され得る。そして、シリンドリカルレンズＳＬＬ３は、第１および第２発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２の少なくとも一部を共用光源光路ＳＳＬＰに沿って光源光ＳＬとして合焦させて、その光源光ＳＬが（例えば、ライン形状に）共焦点光源開口の直線配列（例えば、４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２及び４９５ＬＳ−３を含む）の近傍に合焦するように構成されてもよい。また、構成５９４は、開口部アレイ（例えば、共焦点光源開口４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２及び４９５ＬＳ−３の直線配列）を含むとよい。また、図５のＣＲＳ装置５００のその他の動作は、上述の図４のＣＲＳ装置４００の動作と同様である。
【００５６】
図６は、図３（Ａ），（Ｂ）と同様の光源構造体を含む第４実施形態に係るＣＲＳ装置６００の図である。ＣＲＳ装置６００は、多くの点で図４のＣＲＳ装置４００と同様である。上記のように、同様の又は同一の符号を付けた要素は、後述の他の方法で説明される場合を除き、同様である又は同一であると理解され、及び／又は、同様の又は同一の機能を提供するものと理解され得る。それゆえ、ここでは、ＣＲＳ装置６００及びＣＲＳ装置４００間における重要な相違点のみを説明する。
【００５７】
図４のＣＲＳ装置４００との主な相違は、図６のＣＲＳ装置６００がマイクロレンズアレイを備えておらず、代わりに、光源６６４の光源構造体６６４Ｃが複数の光ファイバＯＦを（例えば、各々の光ファイバケーブル等として）含んでいることである。具体的には、図６の例で、各測定チャネル（例えば、測定チャネルＣ１，Ｃ２，Ｃ３等を含む）に、各々の光ファイバ（例えば、光ファイバＯＦ１，ＯＦ２，ＯＦ３等を含む）を含めてもよい。各光ファイバは、各々の入力端（例えば、各々のファイバ入力端ＩＥ１，ＩＥ２，ＩＥ３等）を有し、それらの入力端は、波長合成体ＷＣＣから共用光源光路ＳＳＬＰに沿って進行する第１発光光ＥＭＬ１および第２発光光ＥＭＬ２の少なくとも一部を入力し、また、その光を各々の共焦点光源開口（例えば、共焦点光源開口４９５ＬＳ１，４９５ＬＳ２，４９５ＬＳ３等を含む）によって受光される光源光として、伝達するように配置されている。
【００５８】
加えて、光源６６４の光源構造体６６４Ｃに、レンズＳＬＬ３を（例えば、光源レンズ配置の一部として）含めてもよい。また、レンズＳＬＬ３をシリンドリカルレンズとしてもよい。図示のように、光ファイバの各々の入力端（例えば、ＩＥ１，ＩＥ２及びＩＥ３を含む）は、直線上に配列されているとよい。そして、シリンドリカルレンズＳＬＬ３は、第１および第２発光光ＥＭＬ１，ＥＭＬ２の少なくとも一部を共用光源光路ＳＳＬＰに沿って光源光ＳＬとして合焦させて、その光源光ＳＬが（例えば、ライン形状に）入力端（例えば、ＩＥ１，ＩＥ２及びＩＥ３を含む）の直線配列の近傍に合焦するように構成されてもよい。代替可能な実施形態として、レンズＳＬＬ３が含まれていなくてもよい（および、代替可能な例として、光ファイバの入力端が、ビームスプリッタＢＳの表面付近または表面に配置されて、ビームスプリッタＢＳから出現する光源光ＳＬをすぐに直接受光するように構成されてもよい）。
【００５９】
また、各光ファイバは、各々ファイバ出力端（例えば、ファイバ出力端ＯＥ１，ＯＥ２，ＯＥ３等を含む）を有するとよい。ファイバ出力端は、各々の測定チャネルの各共焦点光源開口（例えば、各々の共焦点光源開口４９５ＬＳ１，４９５ＬＳ２，４９５ＬＳ３など）になるように配置される。具体的には、各光ファイバの出力端ＯＥが（例えば、各々の光ファイバケーブルの一部として）開口部として設けられ、及び／又は、機能する（すわなち、共焦点光源開口４９５ＬＳである）。また、構成６９４は、ファイバ出力端ＯＥ１，ＯＥ２，ＯＥ３及び／又は（例えば、開口部アレイとして）共焦点光源開口４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２，４９５ＬＳ−３を、互いに相対的に、及び／又は、装置の他の部分に対して相対的に、位置決めし、保持し、及び／又は、他の方法で固定するとよい（これにより、例えば、共焦点光源開口４９５ＬＳ−１，４９５ＬＳ−２，４９５ＬＳ−３が相対的に位置決めされ、または、他の方法でこれらの直線配列が形成される）。また、図６のＣＲＳ装置６００のその他の動作は、上述の図４のＣＲＳ装置４００の動作と同様である。
【００６０】
図７は、異なる３つの表面高さの表面位置７９０−１，７９０−２及び７９０−３を有するワーク７７０の図であり、これらの表面位置がＣＲＳ装置の３つの測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３によって測定される。また、図７の構造体の測定動作は、ワーク７７０と同様のワークを測定する際に３つの測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３を利用することに特徴があるＣＲＳ装置４００，５００及び／又は６００、或いは、異なる高さの表面位置を有する同様のワークを測定することができる他のＣＲＳ装置（例えば、同様の又は他のレンズ配置を備えたもの）についての典型的な測定動作を表す。図７に示すように、ワーク表面位置７９０−１，７９０−２及び７９０−３は、関連する各々の高さＺ１，Ｚ２及びＺ３にあり、基準位置からの各距離Ｄ１，Ｄ２及びＤ３に対応している（基準位置は、例えば、対物レンズ７５０Ａや他の構成に対して相対的に設けられ、例えば、図１の基準位置ＲＰと同様のものである）。ＣＲＳ装置４００，５００及び／又は６００と同様の、又は、同一のＣＲＳ装置を用いて、測定動作を実行する場合、レンズ７５０Ａは、ＣＲＳ装置４００，５００及び／又は６００のレンズ４５０Ａに相当する。
【００６１】
図７に示すように、第１測定チャネルＣ１が、光束ＬＲ−１によって示されるように、ワーク表面位置７９０−１に合焦された合焦測定光を提供し、その反射合焦測定光が、（例えば、レンズ７５０Ａを含む）測定光路レンズ配置を通って再び合焦され、図８を用いて後述するように、共焦点検出開口で受光される。第２および第３測定チャネルＣ２，Ｃ３１も同様に、光束ＬＲ−２，ＬＲ−３によって示されるように、ワーク表面位置７９０−１，７９０−２に合焦された合焦測定光を提供し、その反射合焦測定光が、（例えば、レンズ７５０Ａを含む）測定光路レンズ配置を通って再び合焦され、各々の共焦点検出開口で受光される。
【００６２】
図８は、一実施形態に係るＣＲＳ装置の波長検出器８６２の図であり、３つの測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３からの受信された測定光を示す。また、図８の波長検出器８６２の構成による測定動作は、ワーク（例えば、図７のワーク７７０）を測定する際の、ＣＲＳ装置４００，５００及び／又は６００の波長検出器４６２の典型的な測定動作を示す。或いは、その他のＣＲＳ装置（例えば、同様の又は他のレンズ配置を備えたＣＲＳ装置）の波長検出器の測定動作を示す。
【００６３】
図８に示すように、各測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３は、各々の共焦点検出開口８９５Ｄ１，８９５Ｄ２及び８９５Ｄ３を含む。各共焦点検出開口８９５Ｄ１，８９５Ｄ２及び８９５Ｄ３は、各々のワーク表面位置（例えば、図７のワーク表面位置７９０−１，７９０−２及び７９０−３）からの反射合焦測定光ＲＦＭＬを測定光路に沿って受光し、対応する空間フィルタ後の測定光ＳＦＭＬを波長検出器８６２に伝達するように構成される。上述の及び各特許文献に記載の通り、クロマティック共焦点の技術を利用する際、各測定チャネルについて、ワーク表面位置で十分に焦点の合った波長だけが、各々の共焦点検出開口において十分に焦点が合うとともに、空間フィルタ後の測定光ＳＦＭＬとして主に通過することができる。例えば、測定チャネルＣ１では、表面位置７９０−１において十分に焦点が合った波長だけが、各々の共焦点検出開口８９５Ｄ１において十分に焦点が合い、主に空間フィルタ後の測定光ＳＦＭＬとして通過する波長となる（例えば、開口８９５Ｄ１にて一番よく焦点が合って、当該開口８９５Ｄ１を通過することができる波長の光束によって示されるものが通過する。当該開口部にて十分に焦点が合わない他の波長の光束は、空間的フィルタによって取り除かれたものとして示される。そのような光束は、主に開口８９５Ｄ１の周辺面を反射して除かれる）。また、各々の共焦点光源開口（例えば、各々の測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３に対するもの）が以下の発光光のエタンデュを持つように、ＣＲＳ装置の各々の測定チャネルを構成してもよい。つまり、発光光のエタンデュが、各々の共焦点検出開口（例えば、各々の共焦点検出開口８９５Ｄ１，８９５Ｄ２及び８９５Ｄ３）を通過した光のエタンデュよりも実質的に大きくなく（例えば、名目上は同じで）、それによって光がＣＲＳ装置の共焦点開口部を一層効率よく通過し結合されるようになる。
【００６４】
波長検出器８６２において、各測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３は、それぞれ対応する光学素子のセットを有する。及び／又は、各測定チャネルＣ１，Ｃ２及びＣ３は、各々の検出器アレイ８６３−１，８６３−２及び８６３−３（例えば、各々の検出器アレイは分光器の一部でもよい）への光路に沿って設けられる。例えば、図８の実施形態では、各々の光路に、レンズ８６２Ａと、回折格子８６２Ｂの少なくとも一部と、レンズ又はロケーション８６２Ｃと、レンズ８６２Ｄとが配置され、これによって検出器アレイ８６３−１，８６３−２及び８６３−３上の異なる画素の位置に異なる波長の光が向けられる。測定動作において、波長検出器８６２は、波長依存性の光強度を検出する（すなわち、空間フィルタ後の測定光ＳＦＭＬの一部であって、各々のワーク表面位置にて最もよく焦点を結んだ波長を主に含んでいる光を受光する）。そして、光路を通じて、波長依存性の光強度を、スペクトル強度分布出力（単に、スペクトル分布出力とも呼ぶ）に変換する。そのスペクトル分布出力とは、各々の検出器アレイ８６３−１，８６３−２，８６３−３の検出器測定軸ＤＭＡの方向に並んだ画素列上に分布されたものである。また、波長検出器８６２は、これに対応して、各々の検出器アレイ８６３−１，８６３−２，８６３−３から出力された画素データに基づいたスペクトル分布出力データを供給するように動作する。図８の例では、各々の検出器アレイ８６３−１，８６３−２，８６３−３上のスペクトル強度分布出力が、主に、ＰＬ−１，ＰＬ−２，ＰＬ−３の各画素に位置している。また、この検出器アレイ８６３−１，８６３−２，８６３−３を別体（例えば、分割された分光器）で形成してもよいし、（例えば、１台の分光器の）１本の検出器アレイ上での異なる位置や領域に対応させてもよい（例えば、各々の位置や領域を、特定の画素列に対応させる）。
【００６５】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、図７のようなワークの表面高さの測定において、図８のような波長検出器からの分光信号のグラフ９００Ａ〜９００Ｃである。グラフ９００Ａ，９００Ｂ，９００Ｃは、図８の各測定チャネルＣ１，Ｃ２，Ｃ３および対応する検出器アレイ８６３−１，８６３−２，８６３−３に関する、スペクトル分布出力データ９１０−１，９１０−２，９１０−３をそれぞれ表す。上記のように、測定動作において、スペクトル分布出力データ９１０は、各々の検出器アレイ８６３−１，８６３−２，８６３−３から出力された画素データ（すなわち、図９（Ａ）〜（Ｃ）各々の対応するグラフ９００Ａ，９００Ｂ，９００Ｃ）に基づいて提供される。分布データによるサブピクセル分解能の距離指示座標ＤＩＣが（例えば、図１の信号演算器１６６と同様の信号演算器によって）算出されるとともに、（例えば、サブピクセル分解能の）距離指示座標ＤＩＣが、（例えば、図１の記憶部１６８と同様の記憶部に保存されている）距離校正ルックアップテーブル等によって、各々の表面位置７９０−１，７９０−２，７９０−３までの測定距離Ｚを（例えば、ミクロンオーダーで）示してもよい。各々の距離指示座標ＤＩＣを、様々な手法（例えば、ピーク領域を含む強度分布データの重心計算による決定方法など）によって決定することができる。分布データを（例えば、サブピクセル分解能の）ＤＩＣの決定に利用してもよい。
【００６６】
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の具体例では、各々の測定チャネルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の各検出器アレイ８６３−１，８６３−２，８６３−３からの画素データに基づいて提供される各スペクトル分布出力データ９１０−１，９１０−２，９１０−３が、サブピクセル分解能の距離指示座標ＤＩＣの算出に利用される。各々の計算された距離指示座標ＤＩＣ−１，ＤＩＣ−２，ＤＩＣ−３は、（例えば、図７に示す）各ワークの表面位置７９０−１，７９０−２，７９０−３までの各測定距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を表し、各々のワーク表面位置７９０−１，７９０−２，７９０−３のワーク高さ測定値Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の決定に対応している。
【００６７】
図４〜９の各例において、（例えば、光ファイバケーブルに含まれる）光ファイバ及び／又はこれと同様の構成要素は、ＣＲＳ装置の特定の構成間で光を伝達するために、必要でない場合もあり、利用されない場合もある（例えば、光ファイバ及び／又は光ファイバの端部は、特別の装着や、空間的及び／又は動作的特徴を有するものがあり、特定の適用においては余り望ましくない場合がある。複数の測定チャネルを用いる特定の適用においては、そのような問題を更に複雑にする可能性がある）。例えば、図４，５の構造体は、波長合成体ＷＣＣ、共焦点光源開口４９５ＬＳ、測定光路レンズ配置４５０、共焦点検出開口４９５Ｄ、波長検出器４６２のいずれの間にも光ファイバ又はこれと同様の構成を光の伝達用として利用していない構造体であり、これら全ては互いの姿勢・位置および配置が相対的に固定されている。図６の構造体は、光ファイバＯＦが波長合成体ＷＣＣから共焦点光源開口４９５ＬＳまでの光の伝達用に利用されている点を除いて、同様の構造体である。このように、図６は、特定の適用が要求された場合に、特定の構成間での光の伝達用に光ファイバを利用することができることを示している。また、上述の図４〜９の構成の一部又は全て（例えば、波長合成体ＷＣＣ、共焦点光源開口４９５ＬＳ、測定光路レンズ配置４５０、共焦点検出開口４９５Ｄ、及び波長検出器４６２）を、単一の光学要素に含めてもよい（例えば、図１の光学要素１２０と同様の光学ペンやこれに類似する光学要素に含めてもよい）。
【００６８】
図４〜９の構造とは対照的に、（例えば、単一の測定チャネルを含む）上記の図１の構造体では、（例えば、光ファイバケーブル１１２に含まれる）光ファイバ１１３が光の伝達に利用されている構造である。ここで、光の伝達は、光源１６４から光学要素１２０まで、および、光学要素１２０から波長検出器１６２までの間である。そのような構成では、（例えば、ワーク高さ測定値などの決定の際に、）装置が精度よく測定動作を実行できるように、光学要素１２０（例えば、光学ペン）の姿勢、位置又は配置について、波長検出器１６２及び光源１６４に対して相対的に固定する必要がない。
【００６９】
図１０のフロー図は、ここに開示する原理によってワーク高さ測定値を決定するために、ＣＲＳ装置を動作させるルーチン処理１０００の一実施形態である。処理ブロック１０１０では、励起光構造体を含む共焦点距離センサー装置を動作させて、第１蛍光体組成物を配置する第１蛍光領域および第２蛍光体組成物を配置する第２蛍光領域に向けて励起光を出力する。励起光に応じて、第１および第２蛍光体組成物が各々第１および第２発光光を波長合成体に向けて発する。波長合成体は、第１および第２発光光の少なくとも一部を光源光として共用光源光路に沿って出力する。その光源光は、１以上の測定チャネルの各々の共焦点光源開口に受光される。ここで、第１発光光および第２発光光は、各々異なる第１および第２の波長ピークを有する。また、ＣＲＳ装置は、（例えば、図１に示すように）単一の共焦点光源開口を有する単一の測定チャネルのみを備えていてもよいし、又は、（例えば図４〜６に示すように）各々対応する共焦点光源開口を有する複数の測定チャネルを備えてもよい。
【００７０】
処理ブロック１０２０では、波長検出器から測定スペクトル強度分布データを受信する。測定スペクトル強度分布データは、少なくとも部分的に、各々の測定チャネルの共焦点検出開口から得られるもので、共焦点検出開口は、ワーク表面からの反射合焦測定光を測定光路に沿って受光して、空間フィルタ後の測定光を波長検出器へ伝達するように設けられている。処理ブロック１０３０では、測定スペクトル強度分布データによって示されるスペクトルピークを決定して、少なくとも部分的にこれに基づいて、ワーク表面のワーク高さ測定値を決定する。例えば、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、（例えば、分光器の特定の画素位置にピーク波長が示されるように、）波長検出器からのデータは、スペクトルピークを示す。また、スペクトルピークは、特定の距離指示座標ＤＩＣに対応している。（例えば、保存されたルックアップテーブル又は他の手段に）保存された校正データを参照して、（例えば、ＣＲＳ装置によって計算された）測定距離指示座標ＤＩＣに基づいて（例えば、ワーク高さ測定値に対応する）測定距離を決定することができる。また、そのようなＣＲＳ装置は、（例えば、ワーク高さ測定値などのための）マイクロメートルオーダー又はサブマイクロメートルオーダーの精度を持つことができる。
【００７１】
また、（例えば、図１に示したように）単一のワーク高さ測定値だけを一度に決定するようにしてもよい。また、ワーク及び／又はＣＲＳ装置を互いに相対的に移動させて、追加された複数のワーク高さ測定値を決定するようにしてもよい。また、ＣＲＳ装置は、（例えば、図４〜９の構成のように）複数のワーク高さ測定値を決定するための測定データを取得するようにしてもよい。
【００７２】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、説明した仕組みの特徴や動作手順についての多くの変形例が、この開示に基づいて当業者にとって自明である。ここに開示される原理を実施するために、様々な代替可能な形態を使用できる。加えて、上述の様々な実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を提供できる。必要ならば、実施形態を変更し、さらなる実施形態の提供のために、様々な特許および特許出願の概念を上述の実施形態に採用することができる。
【００７３】
上記の詳細な説明に照らして、これらの変更およびその他の変更を実施形態に加えることができる。一般に、以下の特許請求の範囲において使用される用語は、特許請求の範囲に記載した発明を、明細書および特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定するような解釈に用いられるべきではなく、均等物の全範囲を含む実行可能なすべての実施形態が特許請求の範囲に記載された発明に含まれるように解釈されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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