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TWI670465B - 共焦測量裝置 - Google Patents

共焦測量裝置 Download PDF

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TWI670465B
TWI670465B TW107131896A TW107131896A TWI670465B TW I670465 B TWI670465 B TW I670465B TW 107131896 A TW107131896 A TW 107131896A TW 107131896 A TW107131896 A TW 107131896A TW I670465 B TWI670465 B TW I670465B
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optical
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森野久康
髙嶋潤
奥田貴啓
的場賢一
滝政宏章
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日商歐姆龍股份有限公司
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Abstract

一種測量對象物的位置的檢測精度經提高的共焦測量裝置。共焦測量裝置具備：輸出白色光的光源、光耦合器、將產生了色差的光照射到測量對象物的感測頭、以及取得經測量對象物反射的反射光並測量反射光的光譜的分光器，光耦合器為使從第一光纖向第二光纖傳輸光時的第一傳輸波形、與從第二光纖向第三光纖傳輸光時的第二傳輸波形接近的濾波器型耦合器或空間光學系統型耦合器。

Description

共焦測量裝置
本發明涉及一種共焦測量裝置。
以前，作為以非接觸方式對測量對象物的位移進行測量的裝置，可使用利用共焦光學系統的共焦測量裝置。
例如，下述專利文獻1所記載的共焦測量裝置在光源與測量對象物之間具有使用衍射透鏡的共焦光學系統。此共焦測量裝置中，來自光源的出射光通過共焦光學系統而以與其波長相應的焦點距離照射到測量對象物上。然後，檢測反射光的波長的波峰，由此能對測量對象物的位移進行測量。
共焦測量裝置有時包括以光纖連接光源、感測頭及分光器的光耦合器（photo coupler）。例如，下述專利文獻2中公開了一種距離測定裝置，此距離測定裝置包括將從單模（single mode）光纖入射的光分波或合波的分支部。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：美國專利第5785651號說明書
專利文獻2：日本專利特開2016-024086號公報
發明所要解決的問題
共焦測量裝置有時利用光纖對從白色光源出射的光進行導光，利用衍射透鏡等使所述光產生色差並照射到測量對象物上。然後，將經測量對象物反射的光聚集到光纖中，經由光耦合器將反射光輸入到分光器中，利用分光器來檢測波長的波峰，由此能對測量對象物的位置進行測量。此處，經測量對象物反射的光中，在光纖處對焦的波長在分光器中以波峰的形式顯現，從而能以高精度對測量對象物的位置進行檢測。
在欲以更高精度對測量對象物的位置進行檢測的情況下，想到進一步減小相當於針孔（pinhole）的光纖的芯徑，使由分光器所檢測的波長的波峰更為尖銳。本發明的發明人等與以前相比進一步減小光纖的芯徑而嘗試製作共焦測量裝置，結果發現，以前所使用的光耦合器的傳輸特性不良，難以利用分光器來檢測波長的波峰，無法以充分的精度對測量對象物的位置進行檢測。
因此，本發明的目的在於提供一種測量對象物的位置的檢測精度經提高的共焦測量裝置。
解決問題的技術手段
本公開的一實施方式的共焦測量裝置包括：光源，將白色光輸出到第一光纖中；光耦合器，連接著第一光纖、第二光纖及第三光纖；感測頭，連接於第二光纖，收容使所入射的白色光沿著光軸方向產生色差的衍射透鏡，並將產生了色差的光照射到測量對象物上；以及分光器，連接於第三光纖，經由第二光纖、光耦合器及第三光纖而取得經測量對象物反射並由感測頭聚光的反射光，並測量反射光的光譜；且光耦合器為使第一傳輸波形與第二傳輸波形接近的濾波器型耦合器或空間光學系統型耦合器，所述第一傳輸波形表示從第一光纖向第二光纖傳輸光時的波長與光量的關係，所述第二傳輸波形表示從第二光纖向第三光纖傳輸光時的波長與光量的關係。
根據此實施方式，通過利用光耦合器使從第一光纖向第二光纖傳輸光時的第一傳輸波形、與從第二光纖向第三光纖傳輸光時的第二傳輸波形接近，由光耦合器導致光的光譜變形的情況變少，能進一步提高測量對象物的位置的檢測精度。
在所述實施方式中，第二光纖及第三光纖可為使白色光及反射光在芯(core)中傳輸時的模數為5～250。
根據此實施方式，能對第二光纖及第三光纖使用存在5～250左右的模數那樣的芯徑小的光纖，利用感測頭將反射光聚光時的針孔的直徑、或在分光器中輸入反射光時的針孔的直徑變小，能進一步提高測量對象物的位置的檢測精度。
在所述實施方式中，第二光纖及第三光纖的芯徑可為5μm～25μm。
根據此實施方式，利用感測頭將反射光聚光時的針孔的直徑、或在分光器中輸入反射光時的針孔的直徑成為25μm以下，能利用分光器更明確地檢測反射光的光譜的波峰。
在所述實施方式中，濾波器型耦合器或空間光學系統型耦合器可包含至少一片半反射鏡。
根據此實施方式，在傳輸相同光量的光的情況下，能利用光耦合器使從第一光纖向第二光纖傳輸光時的光量、與從第二光纖向第三光纖傳輸光時的光量相等。
在所述實施方式中，光耦合器為濾波器型耦合器，濾波器型耦合器具有：濾波器，在第一面形成有與波長有關的高通濾波器、低通濾波器及帶通濾波器中的至少任一個，且在第二面形成有半反射鏡；第一埠，設於濾波器的第一面側，且供連接第三光纖；第二埠，設於濾波器的第一面側，且供連接第二光纖；以及第三埠，設於濾波器的第二面側，且供連接第一光纖。
在所述實施方式中，可在濾波器的第一面，形成有隨著透過光的波長變化光量的變化減小那樣的具有依存於波長的透過率的濾波器。
根據此實施方式，能減小光耦合器的透過率的波長相依性及模(mode)相依性，而在廣波長範圍內準確地測量反射光的光譜。
發明的效果
根據本發明，能提供一種測量對象物的位置的檢測精度經提高的共焦測量裝置。
參照附圖對本發明的優選實施方式進行說明。此外，各圖中標注相同符號的構件具有相同或同樣的構成。
圖1為本發明的實施方式的共焦測量裝置1的概要圖。本實施方式的共焦測量裝置1為對測量對象物200的位置進行測量的裝置，其包括光源10、第一光纖11、第二光纖12、第三光纖13、光耦合器20、分光器30、處理部40及感測頭100。
光源10將白色光輸出到第一光纖11中。光源10也可根據處理部40的指令而調整白色光的光量。第一光纖11可為任意的光纖，例如也可為芯徑為50μm的折射率分佈型纖維。第一光纖11也可在連接於光耦合器20的近前，連結於芯徑更細的纖維。
光耦合器20連接著第一光纖11、第二光纖12及第三光纖13，為使第一傳輸波形與第二傳輸波形接近的濾波器型耦合器22或空間光學系統型耦合器23，所述第一傳輸波形表示從第一光纖11向第二光纖12傳輸光時的波長與光量的關係，所述第二傳輸波形表示從第二光纖12向第三光纖13傳輸光時的波長與光量的關係。關於第一傳輸波形及第二傳輸波形，將在下文中詳細說明。
感測頭100連接於第二光纖12，收容使所入射的白色光沿著光軸方向產生色差的衍射透鏡120，並將產生了色差的光照射到測量對象物200上。感測頭100收容將從第二光纖12的端面出射的白色光變換為平行光的准直透鏡110、使所入射的白色光沿著光軸方向產生色差的衍射透鏡120、以及使產生了色差的光在測量對象物200上聚集的物鏡130。本例中，圖示出焦點距離相對較長的第一波長的光210、及焦點距離相對較短的第二波長的光220。本例的情況下，第一波長的光210在測量對象物200的表面聚焦，第二波長的光220在測量對象物200的近前聚焦。
經測量對象物200的表面反射的光是由物鏡130聚集，經過衍射透鏡120並經准直透鏡110聚光，被送回到第二光纖12的芯。反射光中，第一波長的光210由於在第二光纖12的端面對焦，因此其大部分入射到第二光纖12中，但其他波長的光在第二光纖12的端面未對焦，其大部分未入射到第二光纖12中。入射到第二光纖12中的反射光經由光耦合器20而傳輸到第三光纖13中，被輸入到分光器30中。此外，入射到第二光纖12中的反射光經由光耦合器20而也傳輸到第一光纖11，但在光源10處終結。
分光器30連接於第三光纖13，經由第二光纖12、光耦合器20及第三光纖13而取得經測量對象物200反射並由感測頭100聚光的反射光，並測量反射光的光譜。分光器30含有使從第三光纖13出射的反射光聚集的第一透鏡31、將反射光分光的衍射光柵32、使經分光的反射光聚集的第二透鏡33、接收經分光的反射光的受光元件34、及讀取受光元件34的受光信號的讀取電路35。讀取電路35根據受光元件34的受光信號來讀取所接收的光的波長及光量。所讀取的光的波長及光量是由處理部40改讀成測量對象物200的位置。本例的情況下，第一波長的光210以波峰的形式顯現，高精度地測量與此波長對應的位置。
若感測頭100處於靜止狀態，則共焦測量裝置1能以幾十納米（nm）的解析度對測量對象物200的位置進行測量。為了進一步提高測量精度，需要進一步減小第二光纖12及第三光纖13的芯徑，限制入射到第二光纖12中的反射光的波長，利用分光器30檢測更尖銳的波峰。
對於本實施方式的共焦測量裝置1的第二光纖12及第三光纖13來說，使從光源10輸出的白色光及經測量對象物200反射的反射光在芯中傳輸時的模數可為5～250。更具體來說，第二光纖12及第三光纖13可為在所傳輸的光的波長包含450nm～700nm的可見光頻帶的情況下存在5～250左右的模數的纖維。
折射率分段型纖維的情況下，所傳輸的光的模數M是由M＝（4/π2 ）V2 求出。此處，V為由V＝2π（a/λ0 ）NA所規定的V參數，a為芯的半徑，λ0 為所傳輸的光的波長，NA為纖維數值孔徑。若假定設為NA＝0.14、λ0 ＝575nm，則在芯徑（直徑）為5μm的情況下，模數成為約6。另外，同樣的條件下，在芯徑為25μm的情況下，模數成為約148。本實施方式的共焦測量裝置1的第二光纖12及第三光纖13的芯徑可為5μm～25μm。此情況下，模數大致成為5～250。
關於以前所使用的熔融拉伸型光耦合器，發明人等發現，若連接模數成為250以下那樣的芯徑小的光纖，則顯著地表現出透過率的波長相依性及模相依性，如下文中圖2所示那樣，傳輸特性變得不良。另外，通過減小光纖的芯徑，能減小利用感測頭100將反射光聚光的針孔的直徑，或減小在分光器30中輸入反射光時的針孔的直徑，提高反射光的光譜的解析度，但若將芯徑設為5μm以下，則有時從光源10輸出並由光纖傳輸的白色光的光量降低，不得不延長測量週期。考慮到這些情況，發明人等發現，合適的是第二光纖12及第三光纖13的芯徑為5μm～25μm，即模數成為大致5～250那樣的芯徑。
存在於第二光纖12及第三光纖13的芯的模數為5～250，芯徑小，由此利用感測頭100將反射光聚光時的針孔的直徑、或在分光器30中輸入反射光時的針孔的直徑變小，能進一步提高測量對象物200的位置的檢測精度。
另外，第二光纖12及第三光纖13的芯徑為5μm～25μm，由此利用感測頭100將反射光聚光時的針孔的直徑、或在分光器30中輸入反射光時的針孔的直徑成為5μm～25μm，能利用分光器30更明確地檢測反射光的光譜的波峰。此外，第二光纖12及第三光纖13的芯徑也可為5μm～25μm以外，第二光纖12與第三光纖13也可芯徑不同。
圖2為現有例的熔融拉伸型耦合器21的概要圖。熔融拉伸型耦合器21具有第一埠、第二埠及第三埠，例如從第一埠及第三埠入射的光在長度L的熔融拉錐區間中漸逝耦合（evanescent coupling），在第二埠出射。以下，對將第二埠及第三埠的纖維設為存在於芯中的模數成為5～250那樣的纖維的情況進行說明。此外，通常熔融拉伸型耦合器21的第一埠、第二埠及第三埠的纖維可為芯徑為50μm等的纖維，或多模纖維。
圖3為表示現有例的熔融拉伸型耦合器21的傳輸波形的圖。此圖中，在縱軸中示出光量，在橫軸中以nm的單位示出波長。此圖所示的曲線圖中，實線所示的第一傳輸波形表示從第一埠將光傳輸到第二埠時的波長與光量的關係。另外，虛線所示的第二傳輸波形表示從第二埠將光傳輸到第三埠時的波長與光量的關係。
本例的情況下，讀取出實線所示的第一傳輸波形與虛線所示的第二傳輸波形在大部分的波長範圍內明顯偏離，在從第一埠將光傳輸到第二埠時、與從第二埠將光傳輸到第三埠時，傳輸特性相差大。尤其對於在450nm附近產生的光量的波峰來說，相較於虛線所示的第二傳輸波形，實線所示的第一傳輸波形成為大不到2倍的值。另外，在500nm～650nm的波長範圍內，虛線所示的第二傳輸波形成為多峰形狀，相對於此，實線所示的第一傳輸波形成為單峰形狀，波形相差大。如此這樣，在對熔融拉伸型耦合器21連接模數成為5～250那樣的纖維的情況下，傳輸特性不良，難以利用分光器30來檢測波長的波峰，無法以充分的精度對測量對象物200的位置進行檢測。
圖4為本實施方式的濾波器型耦合器22的概要圖。濾波器型耦合器22具有濾波器22c，此濾波器22c在第一面22d形成有與波長有關的高通濾波器、低通濾波器及帶通濾波器中的至少任一個，且在第二面22e形成有半反射鏡。另外，濾波器型耦合器22具有設於濾波器22c的第一面22d側且供連接第三光纖13的第一埠、設於濾波器22c的第一面22d側且供連接第二光纖12的第二埠、及設於濾波器22c的第二面22e側且供連接第一光纖11的第三埠。
濾波器型耦合器22含有設有第一埠及第二埠的第一毛細管22a、鄰接於第一毛細管22a的第一透鏡22b、隔著濾波器22c而與第一透鏡22b相向的第二透鏡22f、及設有第三埠的第二毛細管22g。
圖5為表示本實施方式的濾波器型耦合器22的傳輸波形的圖。此圖中，在縱軸中示出光量，在橫軸中以nm的單位示出波長。此圖所示的曲線圖中，實線所示的第一傳輸波形表示從第一埠將光傳輸到第二埠時的波長與光量的關係。另外，虛線所示的第二傳輸波形表示從第二埠將光傳輸到第三埠時的波長與光量的關係。本實施方式的濾波器型耦合器22的第二埠上，連接有使從光源10輸出的白色光及經測量對象物200反射的反射光在芯中傳輸時的模數為5～250的第二光纖12，在第一埠上，連接有使從光源10輸出的白色光及經測量對象物200反射的反射光在芯中傳輸時的模數為5～250的第三光纖13。
連接於第三埠的第一光纖11可為多模纖維。具體來說，第一光纖11可為芯徑為50μm以上的光纖。而且，第一光纖11也可在與第三埠的連接部分，連結於芯徑更小且模數成為5～250那樣的光纖。通過第一光纖11為芯徑相對較大的多模纖維，能抑制因將芯徑小的光纖彼此連接時所產生的損耗而入射到光耦合器中的光量降低，或使將光從光源10向第一光纖11聚光時的光軸調整容易。
本例的情況下，讀取出實線所示的第一傳輸波形、與虛線所示的第二傳輸波形在整個波長範圍內幾乎一致，在從第一埠將光傳輸到第二埠時、與從第二埠將光傳輸到第三埠時，傳輸特性幾乎無差異。對於在450nm附近產生的光量的波峰來說，實線所示的第一傳輸波形的情況與虛線所示的第二傳輸波形幾乎成為相同的值。另外，在500nm～650nm的波長範圍內，實線所示的第一傳輸波形的情況與虛線所示的第二傳輸波形兩者成為單峰形狀。如此這樣，通過使用濾波器型耦合器22作為光耦合器20，即便第二光纖12及第三光纖13為模數成為5～250那樣的纖維，傳輸特性也變良好，能利用分光器30來檢測尖銳波長的波峰，從而能以高精度對測量對象物200的位置進行檢測。
圖6為表示本實施方式的濾波器型耦合器22的第一變形例的傳輸波形的圖。此圖中，在縱軸中示出光量，在橫軸中以nm的單位示出波長。此圖所示的曲線圖表示從第一埠將光傳輸到第二埠時的波長與光量的關係。此外，從第二埠將光傳輸到第三埠時的波長與光量的關係也相同。在本變形例的濾波器型耦合器22的濾波器22c的第一面22d，形成有隨著透過光的波長變化光量的變化減小那樣的具有依存於波長的透過率的濾波器。本例中，在第一面22d形成有在波長為大致515nm～615nm的範圍內光量基本一定那樣的濾波器22c。如此這樣，通過在濾波器22c的第一面22d形成隨著透過光的波長變化光量的變化減小那樣的具有依存於波長的透過率的濾波器，能擴大光量基本一定的波長的範圍。由此，減小光耦合器20的透過率的波長相依性及模相依性，能在廣波長範圍內準確地測量反射光的光譜。
圖7為表示本實施方式的濾波器型耦合器22的第二變形例的傳輸波形的圖。此圖中，在縱軸中示出光量，在橫軸中以nm的單位示出波長。此圖所示的曲線圖表示從第一埠將光傳輸到第二埠時的波長與光量的關係。此外，從第二埠將光傳輸到第三埠時的波長與光量的關係也相同。在本變形例的濾波器型耦合器22的濾波器22c的第一面22d，形成有與波長有關的低通濾波器。本例中，在第一面22d形成有將波長為大致500nm以下的光截止的低通濾波器。如此這樣，通過在濾波器22c的第一面22d形成低通濾波器，能限制透過光的波長，減小光耦合器20的透過率的波長相依性及模相依性，能在廣波長範圍內準確地測量反射光的光譜。
圖8為本實施方式的空間光學系統型耦合器23的概要圖。空間光學系統型耦合器23具有供連接第一光纖11的第一埠、供連接第二光纖12的第二埠、及供連接第三光纖13的第三埠。另外，空間光學系統型耦合器23包含將從第二埠出射的光聚集的第一透鏡23a、使經第一透鏡23a聚集的光中的一半直進且使其餘一半反射的半反射鏡23b、將通過半反射鏡23b的光聚集在第一埠的第二透鏡23c、使經半反射鏡23b反射的光反射的反射鏡23d、以及將經反射鏡23d反射的光聚集在第三埠的第三透鏡23e。
圖9為表示本實施方式的空間光學系統型耦合器23的傳輸波形的圖。此圖中，在縱軸中示出光量，在橫軸中以nm的單位示出波長。此圖所示的曲線圖中，實線所示的第一傳輸波形表示從第一埠將光傳輸到第二埠時的波長與光量的關係。另外，虛線所示的第二傳輸波形表示從第二埠將光傳輸到第三埠時的波長與光量的關係。在本實施方式的空間光學系統型耦合器23的第二埠，連接有使從光源10輸出的白色光及經測量對象物200反射的反射光在芯中傳輸時的模數為5～250的第二光纖12，在第三埠，連接有使從光源10輸出的白色光及經測量對象物200反射的反射光在芯中傳輸時的模數為5～250的第三光纖13。此外，連接於第一埠的第一光纖11的種類為任意，第一光纖11例如可為芯徑為50μm的纖維，或多模纖維。但是，第一光纖11也可在與第一埠的連接部分，連結於芯徑更小的纖維。此情況下，能抑制因將芯徑小的光纖彼此連接時產生的損耗而入射到光耦合器中的光量降低，或使將光從光源10向第一光纖11聚光時的光軸調整容易。
本例的情況下，讀取出實線所示的第一傳輸波形與虛線所示的第二傳輸波形在整個波長範圍內幾乎一致，在從第一埠將光傳輸到第二埠時、與從第二埠將光傳輸到第三埠時，傳輸特性幾乎無差異。對於在450nm附近產生的光量的波峰來說，實線所示的第一傳輸波形的情況與虛線所示的第二傳輸波形幾乎成為相同的值。另外，在500nm～650nm的波長範圍內，實線所示的第一傳輸波形的情況與虛線所示的第二傳輸波形兩者成為單峰形狀。如此這樣，通過使用空間光學系統型耦合器23作為光耦合器20，即便第二光纖12及第三光纖13為模數成為5～250那樣的纖維，傳輸特性也變良好，能利用分光器30來檢測尖銳波長的波峰，能以高精度對測量對象物200的位置進行檢測。
濾波器型耦合器22或空間光學系統型耦合器23包含至少一片半反射鏡。由此，在傳輸相同光量的光的情況下，能利用光耦合器20使從第一光纖11向第二光纖12傳輸光時的光量、與從第二光纖12向第三光纖13傳輸光時的光量相等。
根據本實施方式的共焦測量裝置1，通過利用光耦合器20使從第一光纖11向第二光纖12傳輸光時的第一傳輸波形、與從第二光纖12向第三光纖13傳輸光時的第二傳輸波形接近，由光耦合器20導致光的光譜變形的情況變少，能進一步提高測量對象物200的位置的檢測精度。此處，所謂第一傳輸波形與第二傳輸波形接近，是指在任意的波長下，通過的光量接近相等的值。
以上所說明的實施方式是以容易理解本發明為目的，並非限定解釋本發明。實施方式所具備的各要素以及其配置、材料、條件、形狀及尺寸等不限定於例示，能適當變更。另外，能將不同實施方式所示的構成彼此局部地替換或組合。
附記
一種共焦測量裝置1，其包括： 光源10，將白色光輸出到第一光纖11中； 光耦合器20，連接著所述第一光纖11、第二光纖12及第三光纖13； 感測頭100，連接於所述第二光纖12，收容使所入射的所述白色光沿著光軸方向產生色差的衍射透鏡120，並將產生了色差的光照射到測量對象物200上；以及 分光器30，連接於所述第三光纖13，經由所述第二光纖12、所述光耦合器20及所述第三光纖13而取得經所述測量對象物200反射並由所述感測頭100聚光的反射光，並測量所述反射光的光譜；且 所述光耦合器20為使第一傳輸波形與第二傳輸波形接近的濾波器型耦合器22或空間光學系統型耦合器23，所述第一傳輸波形表示從所述第一光纖11向所述第二光纖12傳輸光時的波長與光量的關係，所述第二傳輸波形表示從所述第二光纖12向所述第三光纖13傳輸光時的波長與光量的關係。
1‧‧‧共焦測量裝置
10‧‧‧光源
11‧‧‧第一光纖
12‧‧‧第二光纖
13‧‧‧第三光纖
20‧‧‧光耦合器
21‧‧‧熔融拉伸型耦合器
22‧‧‧濾波器型耦合器
22a‧‧‧第一毛細管
22b‧‧‧第一透鏡
22c‧‧‧濾波器
22d‧‧‧第一面
22e‧‧‧第二面
22f‧‧‧第二透鏡
22g‧‧‧第二毛細管
23‧‧‧空間光學系統型耦合器
23a‧‧‧第一透鏡
23b‧‧‧半反射鏡
23c‧‧‧第二透鏡
23d‧‧‧反射鏡
23e‧‧‧第三透鏡
30‧‧‧分光器
31‧‧‧第一透鏡
32‧‧‧衍射光柵
33‧‧‧第二透鏡
34‧‧‧受光元件
35‧‧‧讀取電路
40‧‧‧處理部
100‧‧‧感測頭
110‧‧‧准直透鏡
120‧‧‧衍射透鏡
130‧‧‧物鏡
200‧‧‧測量對象物
210‧‧‧第一波長的光
220‧‧‧第二波長的光
L‧‧‧長度
圖1為本發明的實施方式的共焦測量裝置的概要圖。 圖2為現有例的熔融拉伸型耦合器的概要圖。 圖3為表示現有例的熔融拉伸型耦合器的傳輸波形的圖。 圖4為本實施方式的濾波器型耦合器的概要圖。 圖5為表示本實施方式的濾波器型耦合器的傳輸波形的圖。 圖6為表示本實施方式的濾波器型耦合器的第一變形例的傳輸波形的圖。 圖7為表示本實施方式的濾波器型耦合器的第二變形例的傳輸波形的圖。 圖8為本實施方式的空間光學系統型耦合器的概要圖。 圖9為表示本實施方式的空間光學系統型耦合器的傳輸波形的圖。

Claims (5)

  1. 一種共焦測量裝置，包括：光源，將白色光輸出到第一光纖中；光耦合器，連接著所述第一光纖、第二光纖及第三光纖；感測頭，連接於所述第二光纖，收容使所入射的所述白色光沿著光軸方向產生色差的衍射透鏡，將產生了色差的光照射到測量對象物上；以及分光器，連接於所述第三光纖，經由所述第二光纖、所述光耦合器及所述第三光纖而取得經所述測量對象物反射並由所述感測頭聚光的反射光，測量所述反射光的光譜，所述光耦合器為使第一傳輸波形與第二傳輸波形接近的濾波器型耦合器或空間光學系統型耦合器，所述第一傳輸波形表示從所述第一光纖向所述第二光纖傳輸光時的波長與光量的關係，所述第二傳輸波形表示從所述第二光纖向所述第三光纖傳輸光時的波長與光量的關係，其中所述濾波器型耦合器包括：濾波器，在第一面形成有與波長有關的高通濾波器、低通濾波器及帶通濾波器中的至少任一個，且在第二面形成有半反射鏡；第一毛細管，設於所述濾波器的第一面側，所述第一毛細管設有第一埠及第二埠，所述第一埠供連接所述第三光纖，所述第二埠供連接所述第二光纖；第一透鏡，鄰接於所述第一毛細管；第二透鏡，隔著所述濾波器而與所述第一透鏡相向；以及第二毛細管，設於所述濾波器的第二面側，所述第二毛細管設有第三埠，所述第三埠供連接所述第一光纖。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的共焦測量裝置，其中所述第二光纖及所述第三光纖為使所述白色光及所述反射光在芯中傳輸時的模數為5~250。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的共焦測量裝置，其中所述第二光纖及所述第三光纖的芯徑為5μm~25μm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的共焦測量裝置，其中所述空間光學系統型耦合器包含至少一片半反射鏡。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的共焦測量裝置，其中在所述濾波器的所述第一面，形成有隨著透過光的波長變化光量的變化減小那樣的具有依存於波長的透過率的濾波器。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6969453B2 (ja) * 2018-03-12 2021-11-24 オムロン株式会社 光学計測装置
JP6986235B2 (ja) * 2018-12-20 2021-12-22 オムロン株式会社 共焦点センサ
US11114286B2 (en) * 2019-04-08 2021-09-07 Applied Materials, Inc. In-situ optical chamber surface and process sensor
US11499869B2 (en) 2019-11-13 2022-11-15 Applied Materials, Inc. Optical wall and process sensor with plasma facing sensor
WO2021255584A1 (de) * 2020-06-19 2021-12-23 Precitec Optronik Gmbh Chromatisch konfokale messvorrichtung
KR102655064B1 (ko) * 2020-11-05 2024-04-09 세메스 주식회사 거리 측정 시스템 및 거리 측정 방법
WO2023185199A1 (zh) * 2022-03-31 2023-10-05 王锦峰 光谱共焦测量装置
CN120252572B (zh) * 2025-06-04 2025-08-08 华中科技大学 微孔内表面大角度曲面轮廓测量方法及装置
CN120252571B (zh) * 2025-06-04 2025-08-08 华中科技大学 微孔内表面和过渡曲面轮廓测量方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5785651A (en) * 1995-06-07 1998-07-28 Keravision, Inc. Distance measuring confocal microscope
CN1304817C (zh) * 2004-01-02 2007-03-14 清华大学 多功能三维位移激光干涉测量系统
US7532329B2 (en) * 2004-11-23 2009-05-12 Industrial Technology Research Institute Fiber optic interferometric position sensor and measurement method thereof
TW201129775A (en) * 2009-08-31 2011-09-01 Zygo Corp Fiber-based interferometer system for monitoring an imaging interferometer
CN102695938A (zh) * 2009-09-18 2012-09-26 鲁纳创新有限公司 光位置和/或形状感测

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4296995A (en) * 1980-02-01 1981-10-27 International Telephone And Telegraph Corporation Optical fiber beam splitter couplers employing coatings with dichroic properties
JP2764263B2 (ja) * 1987-09-16 1998-06-11 セイコーインスツルメンツ株式会社 波長フィルタ
JP2871893B2 (ja) * 1991-06-03 1999-03-17 古河電気工業株式会社 フィルタ付き分岐結合器
JPH08271337A (ja) * 1995-03-31 1996-10-18 Yokogawa Electric Corp 分光器
IL118030A0 (en) * 1996-04-25 1996-08-04 Scitex Corp Ltd A confocal measuring device and method
US5761357A (en) * 1997-04-24 1998-06-02 Boeing North American, Inc. Fiber optic "T" coupler in-line splitter
CN1304817A (zh) 2001-01-11 2001-07-25 上海森林印务有限公司 马口铁制品应用镭射电化铝工艺及其产品
US7616986B2 (en) * 2001-05-07 2009-11-10 University Of Washington Optical fiber scanner for performing multimodal optical imaging
KR100578165B1 (ko) * 2003-08-28 2006-05-10 한국전자통신연구원 융합결합기를 이용한 이득 등화 필터
US7477401B2 (en) * 2004-11-24 2009-01-13 Tamar Technology, Inc. Trench measurement system employing a chromatic confocal height sensor and a microscope
JP2007240294A (ja) * 2006-03-08 2007-09-20 Yokogawa Electric Corp 光ファイバ歪測定装置
US8248598B2 (en) * 2007-05-21 2012-08-21 Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg Method for compensating for temperature related measurement errors in a confocal chromatic measuring distance sensor
JP5315715B2 (ja) * 2008-02-19 2013-10-16 豊田合成株式会社 光カプラ
US8096676B2 (en) * 2008-10-21 2012-01-17 Mitutoyo Corporation High intensity pulsed light source configurations
JP5520036B2 (ja) * 2009-07-16 2014-06-11 株式会社ミツトヨ 光学式変位計
JP2011237272A (ja) * 2010-05-10 2011-11-24 Seiko Epson Corp 光距離計及び距離測定方法
TWI414817B (zh) * 2010-07-23 2013-11-11 Univ Nat Taipei Technology 線型彩色共焦顯微系統
JP5790178B2 (ja) * 2011-03-14 2015-10-07 オムロン株式会社 共焦点計測装置
JP5870576B2 (ja) * 2011-09-22 2016-03-01 オムロン株式会社 光学計測装置
GB2497792A (en) * 2011-12-21 2013-06-26 Taylor Hobson Ltd Metrological apparatus comprising a confocal sensor
SG11201505661XA (en) * 2013-01-23 2015-08-28 Rudolph Technologies Inc Characterizing tsv microfabrication process and products
KR101456545B1 (ko) * 2013-02-08 2014-11-03 한국표준과학연구원 Fbg를 이용한 스펙트럼 영역 간섭 장치 및 스펙트럼 영역 간섭 방법
JP5966982B2 (ja) * 2013-03-15 2016-08-10 オムロン株式会社 共焦点計測装置
US9329026B2 (en) * 2013-12-06 2016-05-03 Mitutoyo Corporation Hole-measurement systems and methods using a non-rotating chromatic point sensor (CPS) pen
CN110196020B (zh) * 2014-06-27 2021-08-10 株式会社基恩士 多波长共焦测量装置
JP6494067B2 (ja) 2014-07-22 2019-04-03 株式会社東京精密 距離測定装置、及び距離測定方法
JP6367041B2 (ja) * 2014-08-05 2018-08-01 株式会社ミツトヨ 外形寸法測定装置及び外形寸法測定方法
US9958266B2 (en) * 2015-07-09 2018-05-01 Mitutoyo Corporation Chromatic range sensor including dynamic intensity compensation function
JP2017097194A (ja) * 2015-11-25 2017-06-01 大日精化工業株式会社 空間光結合器及び空間光結合装置
JP6520669B2 (ja) * 2015-12-03 2019-05-29 オムロン株式会社 光学計測装置
WO2017110837A1 (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 株式会社キーエンス 共焦点変位計
CN108474645B (zh) * 2015-12-25 2021-02-23 株式会社基恩士 共焦位移计
JP6692651B2 (ja) * 2016-02-05 2020-05-13 株式会社ミツトヨ クロマティック共焦点センサ
EP3222964B1 (en) * 2016-03-25 2020-01-15 Fogale Nanotech Chromatic confocal device and method for 2d/3d inspection of an object such as a wafer
JP6704831B2 (ja) * 2016-10-20 2020-06-03 株式会社ミツトヨ クロマティック共焦点センサ
JP6788476B2 (ja) * 2016-10-21 2020-11-25 株式会社ミツトヨ クロマティック共焦点センサ及び測定方法
CN106802129A (zh) * 2016-12-30 2017-06-06 中国科学院光电研究院 一种高分辨力与自校准光谱共焦位移测量系统
JP6971645B2 (ja) * 2017-06-13 2021-11-24 株式会社キーエンス 共焦点変位計
JP6971646B2 (ja) * 2017-06-13 2021-11-24 株式会社キーエンス 共焦点変位計
JP7408265B2 (ja) * 2017-06-13 2024-01-05 株式会社キーエンス 共焦点変位計

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5785651A (en) * 1995-06-07 1998-07-28 Keravision, Inc. Distance measuring confocal microscope
CN1304817C (zh) * 2004-01-02 2007-03-14 清华大学 多功能三维位移激光干涉测量系统
US7532329B2 (en) * 2004-11-23 2009-05-12 Industrial Technology Research Institute Fiber optic interferometric position sensor and measurement method thereof
TW201129775A (en) * 2009-08-31 2011-09-01 Zygo Corp Fiber-based interferometer system for monitoring an imaging interferometer
CN102695938A (zh) * 2009-09-18 2012-09-26 鲁纳创新有限公司 光位置和/或形状感测
CN102695938B (zh) 2009-09-18 2015-05-20 直观外科手术操作公司 光位置和/或形状感测

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