(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々波長の異なる複数の光を出射する光源部と、
前記複数の光の各々を互いに異なる合焦位置に収束させる対物レンズを有し、前記複数の光のうち前記合焦位置にある被測定物により反射された光を、測定光として選択する光学ヘッドと、
前記選択された測定光を複数の回折光に分割する回折格子と、前記複数の回折光のうち少なくとも２以上の回折光を受光するセンサとを有する分光器と、
前記センサにより受光される前記２以上の回折光の各々の受光位置の差をもとに、前記被測定物の位置を算出する信号処理・制御部と
を具備し、
前記２以上の回折光は、＋１次、０次、及び−１次の各回折光のうちの少なくとも２つを含み、
前記信号処理・制御部は、前記＋１次及び前記−１次の各回折光の各々の受光位置の差をもとに、前記被測定物の位置を算出する
クロマティック共焦点センサ。
【請求項２】
請求項１に記載のクロマティック共焦点センサであって、
前記光源部は、前記複数の光を含む白色光を出射する
クロマティック共焦点センサ。
【請求項３】
各々波長の異なる複数の光を出射する出射ステップと、
前記複数の光の各々を互いに異なる合焦位置に収束させる収束ステップと、
前記複数の光のうち前記合焦位置にある被測定物により反射された光を、測定光として選択する選択ステップと、
前記選択された測定光を複数の回折光に分割し、前記複数の回折光のうち少なくとも２以上の回折光をセンサにより受光する受光ステップと、
前記センサにより受光される前記２以上の回折光の各々の受光位置の差をもとに、前記被測定物の位置を算出する算出ステップと
を具備し、
前記受光ステップにおいて、前記２以上の回折光は、＋１次、０次、及び−１次の各回折光のうちの少なくとも２つを含み、
前記算出ステップは、前記＋１次及び前記−１次の各回折光の各々の受光位置の差をもとに、前記被測定物の位置を算出する
測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロマティック共焦点センサ及びこれを用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の高さ等を測定するために、クロマティック共焦点の技術が用いられている。例えば特許文献１には、その図１に示すように、クロマティックコンフォーカル変位計（以下クロマティックセンサと記載する）について開示されている。このクロマティックセンサでは、ワークの高さ（変位）に応じて、ワークに合焦する色が１対１で変わる。当該ワークに合焦する色の光を抽出し、色（光波長）を特定することで、色と１対１であるワークの高さが測定される（特許文献１の明細書段落［０００２］［０００３］等）。
【０００３】
特許文献１に記載のクロマティックセンサでは、複屈折性結晶等でできた波長板を通過する互いに垂直な偏光成分間に、光波長に応じた位相差（光路差）が生じることを利用して、光波長の特定が行われる。これにより長作動距離、微細測定スポット、傾斜による誤差小、高分解能且つ高速応答性を同時に満足する測定が可能となっている（特許文献１の明細書段落［００３０］［００３５］等）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３９０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようにクロマティックセンサでは、被測定物上で合焦して反射された測定光の波長をもとに、高い精度で被測定物の位置を測定可能であることが求められる。そのためには、測定光の波長あるいは波長に対応するパラメータを高精度に検出することが求められる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、合焦位置にある被測定物により反射された測定光の波長をもとに、高精度に被測定物の位置を算出可能なクロマティック共焦点センサ、及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るクロマティック共焦点センサは、光源部と、光学ヘッドと、分光器と、信号処理・制御部とを具備する。
前記光源部は、各々波長の異なる複数の光を出射する。
前記光源ヘッドは、前記複数の光の各々を互いに異なる合焦位置に収束させる対物レンズを有し、前記複数の光のうち前記合焦位置にある被測定物により反射された光を、測定光として選択する。
前記分光器は、前記選択された測定光を複数の回折光に分割する回折格子と、前記複数の回折光のうち少なくとも２以上の回折光を受光するセンサとを有する。
前記信号処理・制御部は、前記センサにより受光される前記２以上の回折光の各々の受光位置の差をもとに、前記被測定物の位置を算出する。
【０００８】
このクロマティック共焦点センサでは、合焦位置にある被測定物により反射された測定光が複数の回折光に分割される。そしてセンサにより受光される２以上の回折光の各々の受光位置の差をもとに、被測定物の位置が算出される。従って例えば回折格子やセンサが配置される位置にずれが生じたとしても、２以上の回折光の各々の受光位置の差を用いることで、当該位置ずれを吸収することができる。この結果、高精度に被測定物の位置を算出することが可能となる。
【０００９】
前記２以上の回折光は、＋１次、０次、及び−１次の各回折光のうちの少なくとも２つを含んでもよい。
＋１次、０次、及び−１次の各回折光を利用することで、精度よく被測定物の位置を算出することができる。
【００１０】
前記信号処理・制御部は、前記＋１次及び前記−１次の各回折光の各々の受光位置の差をもとに、前記被測定物の位置を算出してもよい。
±１次の回折光の受光位置の差を用いることで精度よく被測定物の位置を算出することができる。
【００１１】
前記信号処理・制御部は、前記＋１次及び前記−１次の各回折光のいずれか一方の受光位置と、前記０次の回折光の受光位置との差をもとに、前記被測定物の位置を算出してもよい。
±１次の回折光のいずれかと０次の回折光を利用することで、装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
前記信号処理・制御部は、前記＋１次及び前記０次の各回折光の各々の受光位置の差と、前記−１次及び前記０次の各回折光の各々の受光位置の差との和をもとに、前記被測定物の位置を算出してもよい。
３つの回折光を利用することで測定精度を向上させることができる。
【００１３】
前記光源部は、前記複数の光を含む白色光を出射してもよい。
これにより測定精度を向上させることができる。
【００１４】
本発明の一形態に係る測定方法は、各々波長の異なる複数の光を含む光を出射することを含む。
前記複数の光の各々が互いに異なる合焦位置に収束される。
前記複数の光のうち前記合焦位置にある被測定物により反射された光が、測定光として選択される。
前記選択された測定光が複数の回折光に分割され、前記複数の回折光のうち少なくとも２以上の回折光がセンサにより受光される。
前記センサにより受光される前記２以上の回折光の各々の受光位置の差をもとに、前記被測定物の位置が算出される。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、合焦位置にある被測定物により反射された測定光の波長をもとに、高精度に被測定物の位置を算出することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係るクロマティック共焦点センサの構成例を示す概略図である。
【図２】図１に示す光学ヘッドを拡大した図である。
【図３】図１に示す分光器を拡大した図である。
【図４】制御部による被測定物の位置の算出例を示すフローチャートである。
【図５】比較例として挙げるクロマティックセンサの分光器の構成、及びこれを用いた測定方法を説明するための図である。
【図６】第２の実施形態に係るクロマティックセンサの分光器の構成、及びこれを用いた測定方法を説明するための図である。
【図７】第３の実施形態に係るクロマティックセンサの分光器の構成、及びこれを用いた測定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るクロマティック共焦点センサの構成例を示す概略図である。以下の説明では、クロマティック共焦点センサのことを単にクロマティックセンサと記載する。
【００１９】
クロマティックセンサ１００は、光学ヘッド１０と、コントローラ２０と、光ファイバ部３０とを有する。コントローラ２０は、光源部４０と、分光器５０と、信号処理・制御部（以下、単に制御部と記載する）６０とを有する。
【００２０】
光ファイバ部３０は、ファイバスプリッタ３１を有する。ファイバスプリッタ３１は、光ファイバ３２ａから導入された光を分岐して、光ファイバ３２ｂ及び３２ｃの各々に導出する。一方で、光ファイバ３２ｂ及び３２ｃの各々から導入された光を、光ファイバ３２ａに導出する。図１に示すように、光ファイバ３２ａに光学ヘッド１０が接続され、光ファイバ３２ｂ及び３２ｃには光源部４０及び分光器５０がそれぞれ接続される。なおファイバスプリッタ３１に代えて、光ファイバカプラが用いられてもよい。
【００２１】
図２は、図１に示す光学ヘッド１０を拡大した図である。光学ヘッド１０は、長手方向を光軸Ａ１とするペン形状の筐体部１１と、この筐体部１１内に設けられた対物レンズ１２とを有する。筐体部１１の後端部１１ｂの略中央に、光ファイバ３２ａが接続される。光ファイバ３２ａから出射された光は、対物レンズ１２を通って、筐体部１１の前端部１１ａから被測定物Ｏに向けて照射される。
【００２２】
図２に示すように、対物レンズ１２は、色収差が大きいレンズであり、光ファイバ３２ａから出射される光を、光軸Ａ１上の波長λに応じた合焦位置Ｐに収束させる。本実施形態では、青色波長域から赤色波長域までの各々波長の異なる複数の可視光を含む白色光Ｗが、光ファイバ３２ａから対物レンズ１２に向けて照射される。対物レンズ１２は、白色光Ｗに含まれる複数の可視光の各々を、波長λに応じた互いに異なる合焦位置Ｐに収束させる。
【００２３】
図２では、対物レンズ１２から前方側（図中の下方側）に向けて、対物レンズ１２により分光された複数の可視光が図示されている。ここでは、ＲＧＢの３色の光が代表して図示されている。なお複数の可視光は、本実施形態において、各々波長の異なる複数の光に相当する。
【００２４】
波長λ１及び合焦位置Ｐ１は、複数の可視光のうち最も波長が短い可視光についての波長及び合焦位置を表し、本実施形態では青色光Ｂが該当する。波長λｎ及び合焦位置Ｐｎは、複数の可視光のうち最も波長が長い可視光についての波長及び合焦位置を表し、本実施形態では赤色光Ｒが該当する。波長λｋ及び合焦位置Ｐｋは、複数の可視光のうちの任意の可視光についての波長及び合焦位置を表し、図２の中では、緑色光Ｇが例示されている（ｋ＝１〜ｎである）。
【００２５】
また対物レンズ１２は、合焦位置Ｐｋにある被測定物Ｏにより反射された可視光を、光ファイバ３２ａに収束させる。従って筐体部１１の後端部１１ｂに接続される光ファイバ３２ａは、被測定物Ｏ上で合焦して反射される可視光が、対物レンズ１２により収束されるときの共焦点の位置に接続される。これにより複数の可視光のうち合焦位置Ｐｋにある被測定物Ｏにより反射された可視光を、測定光Ｍとして選択することが可能となる。
【００２６】
図２では、対物レンズ１２から光ファイバ３２ａまでの間に、被測定物Ｏにより反射されたＲＧＢの３色の光が図示されている。図２に示す例では、合焦位置（図中では緑色光Ｇの合焦位置）に被測定物Ｏが存在する。従って被測定物Ｏにより反射された緑色光Ｇが、光ファイバ３２ａに収束される。この結果、緑色光Ｇが測定光Ｍとして選択される。このように測定光Ｍの波長と、光軸Ａ１上における被測定物Ｏの位置は、１対１に対応する。
【００２７】
筐体部１１と、筐体部１１に所定の位置関係で配置される光ファイバ３２ａ及び対物レンズ１２とにより、本実施形態に係る光学系が実現される。なお当該光学系として機能する構成は限定されない。例えば測定光Ｍを選択するために、ピンホール等が用いられてもよい。また対物レンズ１２の他にコリメータレンズ等の他のレンズが使用されてもよい。
【００２８】
図１に示す光源部４０は、白色光Ｗを出射する。光源部４０の具体的な構成は限定されず、ＬＥＤ等の固体光源や水銀ランプ等の任意の光源４１が用いられてよい。光源部４０から出射された白色光Ｗは、光ファイバ３２ｂ、ファイバスプリッタ３１、及び光ファイバ３２ａを介して、光学ヘッド１０内に出射される。
【００２９】
図３は、図１に示す分光器５０を拡大した図である。分光器５０は、光学ヘッド１０から光ファイバ３２ａに送り出された測定光Ｍの波長を検出するためのブロックである。測定光Ｍは、光ファイバ３２ａ、ファイバスプリッタ３１、及び光ファイバ３２ｃを介して、分光器５０内に照射される。
【００３０】
分光器５０は、コリメータレンズ５１と、回折格子５２と、結像レンズ５３と、遮光板５４と、リニアセンサ５５とを有する。図３に示すように、これらの部材は、光ファイバ３２ｃから出射される測定光Ｍの光軸Ａ２（光束の中心軸）に直交するように、また各々の中央部が光軸Ａ２上に位置するように配置される。
【００３１】
コリメータレンズ５１は、光ファイバ３２ｃから出射された測定光Ｍを回折格子５２上に略均一に照射する。
【００３２】
回折格子５２は、測定光Ｍを複数の回折光Ｌに分割する。回折格子５２は、典型的には、±ｎ次の２つの回折光Ｌを、０次の回折光に対して略対称の位置に出現させる。回折格子５２の具体的な構成は限定されず、任意のものが用いられてよい。
【００３３】
結像レンズ５３は、回折格子５２により生成された複数の回折光Ｌの各々を、リニアセンサ５５上にてスポット状に結像することが可能である。本実施形態では、回折格子５２の各格子（各スリット）から出射される＋１次、０次、−１次の各回折光Ｌ１、Ｌ０、及びＬ２が、結像レンズ５３に入射し、リニアセンサ５５に向けて出射される。なお図３の中では、図示を簡略化するために、３つの格子からの回折光のみが図示されている。
【００３４】
遮光板５４は、結像レンズ５３からリニアセンサ５５に向けて出射される０次の回折光Ｌ０を遮蔽する。従って本実施形態では、±１次の２つの回折光Ｌ１及びＬ２が、リニアセンサ５５上に結像される。
【００３５】
リニアセンサ５５は、一方向に並ぶ複数のピクセル（受光素子）５６を有する。各ピクセル５６は、受光した光の強度に応じた信号を出力する。リニアセンサ５５の具体的な構成は限定されず、例えばＣ−ＭＯＳラインセンサやＣＣＤラインセンサ等が用いられる。
【００３６】
なお図３に示す結像レンズ５３は、色収差が小さいレンズであり、測定光Ｍの波長にかかわらず、±１次の各回折光Ｌ１及びＬ２を、リニアセンサ５５上にスポット状に結像することができる。一方で、回折格子５２から出射される各回折光Ｌの出射角は、測定光Ｍの波長に依存する。従ってリニアセンサ５５上のスポットの位置は、測定光Ｍの波長に対応するパラメータとなる。
【００３７】
リニアセンサ５５は、本実施形態において、複数の可視光のうち少なくとも２以上の回折光を受光するセンサに相当する。また回折格子５２及びリニアセンサ５５により、本実施形態に係る検出部が実現される。
【００３８】
リニアセンサ５５により出力された信号は、信号ケーブル５７を介して図１に示す制御部６０に送信される。なお±１次の回折光Ｌ１及びＬ２以外の回折光がリニアセンサ５５に入射しないように、遮光機構等が分光器５０内に設けられてもよい。
【００３９】
制御部６０は、本実施形態において算出部として機能し、リニアセンサ５５から受信した信号をもとに被測定物Ｏの位置を算出する。例えば所定の基準位置にて光学ヘッド１０が保持され、被測定物Ｏに複数の可視光が出射される。そしてリニアヘッド５５からの信号をもとに、基準位置を基準とした被測定物Ｏの位置が算出される。これに限定されず、光学ヘッド１０の位置情報が取得され、当該位置情報が被測定物Ｏの位置の算出に用いられてもよい。
【００４０】
また被測定物Ｏの位置として、光学ヘッド１０から被測定物Ｏまでの距離が算出されてもよい。また被測定物Ｏが移動する場合でも、当該移動に応じて出力されるリニアセンサ５５からの信号をもとに、被測定物Ｏの移動量を算出することも可能である（例えば図２に示す矢印Ｙ参照）。
【００４１】
光学ヘッド１０が、被測定物Ｏの上方から使用される場合には、被測定物Ｏの高さが被測定物Ｏの位置として算出される。もちろんこれに限定されず、任意の方向にて光学ヘッド１０が使用され、当該方向における位置が算出されてもよい。
【００４２】
制御部６０は、例えばＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）、Ｉ／Ｏ（Input/Output）等が１チップに収められたマイコン（マイクロコンピュータ）により実現可能である。マイコンによる種々の処理は、チップ内のＣＰＵがメモリに記憶された所定のプログラムに従って動作することで実行される。これに限定されず、制御部６０を実現するために、他のＩＣ（集積回路）等が適宜用いられてもよい。
【００４３】
図４は、制御部６０による被測定物Ｏの位置の算出例を示すフローチャートである。まずリニアセンサ５５上に結像される回折光Ｌのスポットとリニアセンサ５５との間で相対的な位置ずれが発生しない、通常時におけるフローチャートを参照して説明を行う。
【００４４】
ステップ１０１（ＳＴ１０１）において、リニアセンサ５５から出力される信号をもとに、信号強度のピーク値を出力するピクセル５６の位置（ピークピクセル位置）が検出される。このピークピクセル位置は、センサにより受光される２以上の回折光の各々の受光位置に相当する。
【００４５】
本実施形態では、＋１次の回折光Ｌ１のピークピクセル位置と、−１次の回折光Ｌ２のピークピクセル位置とが検出される。本実施形態では、ピクセルナンバーＰｉｘＮがそのままピークピクセル位置として検出される。以下、±１次の各回折光Ｌ１及びＬ２のピークピクセル位置をそれぞれＰｉｘＮ１及びＰｉｘＮ２と記載する。
【００４６】
ステップ１０２（ＳＴ１０２）において、以下の式により、２つのピークピクセル位置の差Ｄｐｉｘが算出される。
Ｄｐｉｘ＝ＰｉｘＮ２−ＰｉｘＮ１
【００４７】
差Ｄｐｉｘは、例えば常に大きい値のピクセルナンバーから小さい値のピクセルナンバーが差し引かれることで算出される。あるいは２つのピクセルナンバーの差の絶対値が差Ｄｐｉｘとして算出されてもよい（第３の実施形態の図７参照）。
【００４８】
ステップ１０３（ＳＴ１０３）において、差Ｄｐｉｘをもとに、被測定物Ｏの位置（ここでは距離Ｄｉｓｔと記載する）が算出される。上記したように、リニアセンサ５５上のスポットの位置は、測定光Ｍの波長に対応する。従って±１次の各回折光Ｌ１及びＬ２の各ピークピクセル位置ＰｉｘＮ１及びＰｉｘＮ２の差Ｄｐｉｘも、測定光Ｍの波長に対応するパラメータとなる。この結果、差Ｄｐｉｘをもとに距離Ｄｉｓｔを算出することができる。
【００４９】
図４に示すように本実施形態では、校正テーブルが用いられることで、差Ｄｐｉｘから距離Ｄｉｓｔが算出される。校正テーブルは、距離Ｄｉｓｔを調整しながらクロマティックセンサ１００を動作させることで予め作成され、制御部６０のメモリ等に格納される。校正テーブルの作成方法及び作成するタイミング等は限定されない。
【００５０】
また距離Ｄｉｓｔの算出は、校正テーブルが用いられる方法に限定されない。例えばメモリ等に所定の演算式が格納され、当該演算式を用いて差Ｄｐｉｘから距離Ｄｉｓｔへの演算が実行されてもよい。あるいは差Ｄｐｉｘから測定光Ｍの波長が算出されてもよい。そして校正テーブルや演算等により、波長から距離Ｄｉｓｔが算出されてもよい。
【００５１】
リニアセンサ５５上に結像される回折光Ｌのスポットとリニアセンサ５５との間で相対的な位置ずれが発生する場合について説明する。例えば温度や湿度等の環境変動や、クロマティックセンサの運搬中の状況、あるいは長時間の使用等により、回折格子５２やリニアセンサ５５が配置される位置にずれが生じてしまう場合がある。この場合、リニアセンサ５５上のスポットとリニアセンサ５５との間で相対的な位置ずれが生じてしまう。
【００５２】
位置ずれが発生した場合において本発明に係る距離Ｄｉｓｔの測定方法を実行した場合、図４の位置ずれ有りのフローチャートを参照すると、まずステップ１０１（ＳＴ１０１）にて、±１次の各回折光Ｌ１及びＬ２のピークピクセル位置ＰｉｘＮ１'及びＰｉｘＮ２'が検出される。位置ずれが発生しているので、以下の式に示すように、両方のピークピクセル位置は、ともに位置ずれ分のΔＰｉｘだけずれて検出される。
ＰｉｘＮ１'＝ＰｉｘＮ１＋ΔＰｉｘ
ＰｉｘＮ２'＝ＰｉｘＮ２＋ΔＰｉｘ
【００５３】
しかしながら本測定方法では、ステップ１０２（ＳＴ１０２）において、２つのピークピクセル位置の差Ｄｐｉｘ'が算出されるので、以下の式に示すように、位置ずれの影響がキャンセルされる。
Ｄｐｉｘ'＝ＰｉｘＮ２'−ＰｉｘＮ１'
＝（ＰｉｘＮ２＋ΔＰｉｘ）−（ＰｉｘＮ１＋ΔＰｉｘ）
＝ＰｉｘＮ２−ＰｉｘＮ１
＝Ｄｐｉｘ
【００５４】
従ってステップ１０３（ＳＴ１０３）において、位置ずれが発生しない場合の距離Ｄｉｓｔが適正に算出される。すなわち本測定方法では、リニアセンサ５５上のスポットとリニアセンサ５５との相対的な位置ずれが、距離Ｄｉｓｔの算出に影響を及ぼすことがない。
【００５５】
図５は、比較例として挙げるクロマティックセンサの分光器の構成、及びこれを用いた測定方法を説明するための図である。図５Ａに示すように、このクロマティックセンサ９００では、測定光Ｍの複数の回折光Ｌのうちの＋１次の回折光Ｌ１のみがリニアセンサ９０１上に結像される。
【００５６】
図５Ｂに示すように、ステップ９０１（ＳＴ９０１）において、＋１次の回折光Ｌ１のピークピクセル位置ＰｉｘＮ１が検出される。またステップ９０２（ＳＴ９０２）において、校正テーブルにより、検出されたＰｉｘＮ１をもとに距離Ｄｉｓｔが算出される。
【００５７】
このクロマティックセンサ９００において、リニアセンサ９０１上のスポットとリニアセンサ９０１との相対的な位置ずれが発生した場合、ピークピクセル位置として、位置ずれ分ΔＰｉｘだけずれたＰｉｘＮ１'（＝ＰｉｘＮ１＋ΔＰｉｘ）が算出される。そしてステップ９０２（ＳＴ９０２）にて、当該ＰｉｘＮ１'をもとに距離Ｄｉｓｔ'が算出される。その結果、算出される距離にずれが発生してしまう。すなわちピークピクセル位置のずれ量がそのまま距離の測定結果の変化となって現れるので、測定精度が劣化してしまう。
【００５８】
これに対して本実施形態に係るクロマティックセンサ１００では、リニアセンサ５５により受光される±１次の回折光Ｌ１及びＬ２の各々のピークピクセル位置ＰｉｘＮ１及びＰｉｘＮ２の差をもとに、被測定物Ｏの位置が算出される。従って、リニアセンサ５５上のスポットとリニアセンサ５５との相対的な位置ずれを吸収することができる。この結果、合焦位置Ｐにて被測定物Ｏにより反射された測定光Ｍの波長をもとに、高精度に被測定物Ｏの位置を算出することが可能となる。また環境変化にロバストで高精度なクロマティックセンサ１００を実現することができる。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係るクロマティックセンサについて説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明したクロマティックセンサ２００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【００６０】
図６は、本実施形態に係るクロマティックセンサの分光器の構成、及びこれを用いた測定方法を説明するための図である。図６Ａに示すように、本実施形態に係るクロマティックセンサ２００では、測定光Ｍの複数の回折光Ｌのうちの、＋１次の回折光Ｌ１及び０次の回折光Ｌ０がリニアセンサ２５５上に結像される。
【００６１】
制御部では、図６Ｂに示すように、ステップ２０１（ＳＴ２０１）にて、＋１次の回折光Ｌ１のピークピクセル位置ＰｉｘＮ１と、０次の回折光Ｌ０のピークピクセル位置ＰｉｘＮ０とが検出される。なお複数の回折光Ｌは、一般的には、次数が小さい回折光Ｌの方が強い光強度を有する。このことを考慮して、次数に応じたピーク値を適宜検出し、＋１次及び０次の各回折光Ｌ１及びＬ０のピークピクセル位置ＰｉｘＮ１及びＰｉｘＮ０を検出可能である。
【００６２】
ステップ２０２（ＳＴ２０２）にて２つのピークピクセル位置の差Ｄｐｉｘ（＝ＰｉｘＮ０−ＰｉｘＮ１）が算出され、ステップ２０３（ＳＴ２０３）にて差Ｄｐｉｘをもとに距離Ｄｉｓｔが算出される。
【００６３】
本クロマティックセンサ２００において位置ずれが発生した場合、以下の式に示すように、ステップ２０２（ＳＴ２０２）にて差Ｄｐｉｘ'が算出される際に、位置ずれ分ΔＰｉｘがキャンセルされる。
Ｄｐｉｘ'＝ＰｉｘＮ０'−ＰｉｘＮ１'
＝（ＰｉｘＮ０＋ΔＰｉｘ）−（ＰｉｘＮ１＋ΔＰｉｘ）
＝ＰｉｘＮ０−ＰｉｘＮ１
＝Ｄｐｉｘ
【００６４】
従ってステップ２０３（ＳＴ２０３）において、リニアセンサ２５５上のスポットとリニアセンサ２５５との相対的な位置ずれの影響を受けることなく、高精度に距離Ｄｉｓｔを算出することができる。なお＋１次の回折光Ｌ１に代えて−１次の回折光Ｌ２が用いられても同様の効果が発揮される。
【００６５】
本実施形態に係るクロマティックセンサ２００では、図６Ａに示すように、リニアセンサ２５５のサイズを小さくすることができるので、装置の小型化を図ることができる。
【００６６】
＜第３の実施形態＞
【００６７】
図７は、本発明の第３の実施形態に係るクロマティックセンサの分光器の構成、及びこれを用いた測定方法を説明するための図である。図７Ａに示すように、本実施形態に係るクロマティックセンサ３００では、測定光Ｍの複数の回折光Ｌのうちの、＋１次、０次、−１次の各回折光Ｌ１、Ｌ０、及びＬ２が、リニアセンサ３５５上に結像される。
【００６８】
制御部では、図７Ｂに示すように、ステップ３０１（ＳＴ３０１）にて、＋１次の回折光Ｌ１のピークピクセル位置ＰｉｘＮ１と、０次の回折光Ｌ０のピークピクセル位置ＰｉｘＮ０と、−１次の回折光Ｌ２のピークピクセル位置ＰｉｘＮ２とが検出される。
【００６９】
ステップ３０２（ＳＴ３０２）では、以下の式に示すように、ピークピクセル位置ＰｉｘＮ１及びＰｉｘＮ０の差Ｄｐｉｘ１と、ピークピクセル位置ＰｉｘＮ２及びＰｉｘＮ０の差Ｄｐｉｘ２とが算出される。
Ｄｐｉｘ１＝｜ＰｉｘＮ１−ＰｉｘＮ０｜
Ｄｐｉｘ２＝｜ＰｉｘＮ２−ＰｉｘＮ０｜
【００７０】
また以下の式に示すように、差Ｄｐｉｘ１と差Ｄｐｉｘ２との和Ｄｐｉｘが算出される。
Ｄｐｉｘ＝Ｄｐｉｘ１＋Ｄｐｉｘ２
【００７１】
なおＤｐｉｘ１及びＤｐｉｘ２が算出されるときには、（ＰｉｘＮ１−ＰｉｘＮ０）の絶対値、及び（ＰｉｘＮ２−ＰｉｘＮ０）の絶対値が算出されなくてもよい。この場合、Ｄｐｉｘが算出されるときに、Ｄｐｉｘ１の絶対値、及びＤｐｉｘ２の絶対値がそれぞれ算出され、それらが足し合わされる。
【００７２】
ステップ３０３（ＳＴ３０３）では、上記で算出された和Ｄｐｉｘをもとに、距離Ｄｉｓｔが算出される。なおピークピクセル位置ＰｉｘＮ１及びＰｉｘＮ０の差Ｄｐｉｘ１と、ピークピクセル位置ＰｉｘＮ２及びＰｉｘＮ０の差Ｄｐｉｘ２とが足し合わされた和Ｄｐｉｘは、２以上の回折光の各々の受光位置の差をもとに算出されるパラメータとなる。
【００７３】
本クロマティックセンサ３００において位置ずれが発生した場合、以下の式に示すように、ステップ３０２（ＳＴ３０２）にて差Ｄｐｉｘ１'及び差Ｄｐｉｘ２'が算出される際に、位置ずれ分ΔＰｉｘがキャンセルされる。
Ｄｐｉｘ１'＝｜ＰｉｘＮ１'−ＰｉｘＮ０'｜
＝｜（ＰｉｘＮ１＋ΔＰｉｘ）−（ＰｉｘＮ０＋ΔＰｉｘ）｜
＝｜ＰｉｘＮ１−ＰｉｘＮ０｜
＝Ｄｐｉｘ１
Ｄｐｉｘ２'＝｜ＰｉｘＮ２'−ＰｉｘＮ０'｜
＝｜（ＰｉｘＮ２＋ΔＰｉｘ）−（ＰｉｘＮ０＋ΔＰｉｘ）｜
＝｜ＰｉｘＮ２−ＰｉｘＮ０｜
＝Ｄｐｉｘ２
【００７４】
従ってステップ３０３（ＳＴ３０３）において、リニアセンサ３５５上のスポットとリニアセンサ３５５との相対的な位置ずれの影響を受けることなく、高精度に距離Ｄｉｓｔを算出することができる。また０次の回折光Ｌ０を基準として、ピークピクセル位置ＰｉｘＮ１及びＰｉｘＮ０の差Ｄｐｉｘ１と、ピークピクセル位置ＰｉｘＮ２及びＰｉｘＮ０の差Ｄｐｉｘ２との和Ｄｐｉｘを用いることで、測定精度を向上させることができる。
【００７５】
＜その他の実施形態＞
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【００７６】
上記の各実施形態では、複数の回折光のうち＋１次、０次、及び−１次の各回折光が適宜利用された。これらの回折光は、光強度が高いので高い精度で被対象物の位置を算出することが可能である。しかしながら＋１次、０次、及び−１次以外の次数の回折光が用いられ、これらの受光位置の差をもとに被測定物の位置が算出されてもよい。
【００７７】
本発明に係る測定方法では、２以上の回折光の各々の受光位置の差をもとに、被測定物の位置が検出される。従って±ｎ次の２つの回折光を、０次の回折光に対して略対称とはならない位置に出現させる回折格子を用いることも可能である。またリニアセンサにより２以上の回折光が受光されるのであれば、分光器内に出射される測定光の光軸に対して斜め方向に回折格子等の部材が配置されてもよい。
【００７８】
また上記では、複数の可視光を含む光として白色光が用いられた。これに限定されず、広帯域の他の光が用いられる場合でも本発明は適用可能である。すなわち各々波長の異なる複数の光として、不可視光である紫外線や赤外線等が出射されてもよい。例えば紫外線を出射するＬＥＤ等を、本発明に係る光源部として使用することが可能である。
【００７９】
以上説明した各実施形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
λ…波長
Ｌ…回折光
Ｏ…被測定物
Ｐ…合焦位置
１０…光学ヘッド
２０…コントローラ
３０…光ファイバ部
４０…光源部
５０…分光器
５２…回折格子
５５、２５５、３５５…リニアセンサ
６０…信号処理・制御部
１００、２００、３００…クロマティック共焦点センサ
【図１】
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【図２】
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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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