CN107063127A - 光学测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学测量装置，通过提高光的利用效率，能够实现更高采样率。光学测量装置具有：光源，其产生具有多个波长成分的照射光；光学***，其对来自光源的照射光产生轴向色差，并且接收来自至少一部分配置在光轴的延长线上的测量对象物的反射光；分光器，其将在光学***接收的反射光分离为各个波长成分的光；检测器，其中与分光器的分光方向对应地一维配置有多个受光元件。导光部和受光部构成为，在从光学***向多个纤芯所包含的第一纤芯提供第一波长的第一光时，多个受光元件中入射该第一光的受光元件，与从光学***向多个纤芯所包含的第二纤芯提供第一波长的第二光时，多个受光元件中入射该第二光的受光元件的至少一部分共用。

Description

光学测量装置
技术领域
本发明涉及光学测量装置，能够以白光共聚焦方式对测量对象物的表面形状等进行测量。
背景技术
作为对测量对象物的表面形状等进行检查的设备，已知有白光共聚焦方式的光学测量装置。例如，在日本特开2012-208102号公报(专利文献1)中，公开了利用共聚焦光学***以非接触方式对测量对象物的位移进行测量的共聚焦测量装置。
在国际公开第2014/076649号手册(专利文献2)中，公开了在共同的测量头导向装置内互相接近地配置多个点，并利用不同的检测器同时对各个点进行测量，从而对测量对象物的表面形状进行测量的结构。
在国际公开第02/02012号手册(专利文献3)中，公开了利用二维矩阵光电传感器对测量对象物进行三维测量的结构。
专利文献1：日本特开2012-208102号公报
专利文献2：国际公开第2014/076649号手册
专利文献3：国际公开第02/02012号手册
白光共聚焦方式由于在原理上从照射的光的波长成分中仅利用与距离对应的特定的波长成分，因此与使用单色激光的三角测距方式相比光的利用效率低。因此，例如，为更高速地对测量对象物进行检查而提高采样率时，则存在不能充分确保测量所需的光量的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构，该结构与上述专利文献1至3中公开的结构相比，通过提高光的利用效率能够实现更高的采样率。
根据本发明的一个光学测量装置，其中，具有：光源，其产生具有多个波长成分的照射光；光学***，其对来自光源的照射光产生轴向色差，并且接收来自测量对象物的反射光，该测量对象物的至少一部分配置在光轴的延长线上；受光部，其包括分光器和检测器，所述分光器将在光学***接收的反射光分离为各个波长成分，在所述检测器中与分光器的分光方向对应地一维配置有多个受光元件；导光部，其包括将光学***和受光部光学连接的多个纤芯(core)；以及处理部，其基于受光部的多个受光元件的各个检测值，计算出从光学***到测量对象物的距离。导光部和受光部构成为，在从光学***侧向多个所述纤芯所包含的第一纤芯提供第一波长的第一光时，多个受光元件中入射该第一光的受光元件，与从光学***侧向多个纤芯所包含的第二纤芯提供第一波长的第二光时，多个受光元件中入射该第二光的受光元件的至少一部分共用。
优选地，与受光部光学连接的导光部配置成，该导光部所包含的多个纤芯的排列方向和与多个受光元件的排列方向正交的方向具有对应关系。
优选地，处理部一并获取从多个纤芯分别照射的多个光向单一受光元件入射而生成的检测值。
本发明的另一个光学测量装置，其中，具有：光源，其产生具有多个波长成分的照射光；光学***，其对来自光源的照射光产生轴向色差，并且接收来自测量对象物的反射光，该测量对象物的至少一部分配置在光轴的延长线上；受光部，其包括分光器和检测器，所述分光器将在光学***接收的反射光分离为各个波长成分，在所述检测器的检测面上二维配置有多个受光元件；导光部，其包括将光学***和受光部光学连接的多个纤芯；以及处理部，其计算出从光学***到测量对象物的距离。处理部，基于第一区域与第二区域之间的位置关系，从受光部的多个受光元件的各个检测值计算出距离，所述第一区域是从光学***侧向多个纤芯所包含的第一纤芯提供第一波长的第一光时，该第一光入射的检测面上的区域，所述第二区域是从光学***侧向多个纤芯所包含的第二纤芯提供第一波长的第二光时，该第二光入射的检测面上的区域。
优选地，处理部基于从多个纤芯照射的相同波长的光的光点(spot)向检测器的检测面入射而生成的强度分布，推定出适合各个波长的检测的区域。
优选地，处理部确定检测器的检测面中用于对包含在反射光的各个波长进行检测的各个局部区域。
优选地，受光部还包括缩小光学***，所述缩小光学***配置在到检测器为止的光学路径上，并对在导光部所包含的多个纤芯中传播并向受光部入射的、来自测量对象物的反射光的光点直径进行缩小。
优选地，缩小光学***构成为，在与检测器的检测面的纵横比例对应的特定方向上更加大幅度地缩小来自测量对象物的反射光的光点直径。
优选地，光学测量装置还包括选择部，所述选择部能够向导光部所包含的多个纤芯中的各个纤芯有选择地提供来自光源的照射光。处理部根据测量对象物的形状，切换用于将照射光向测量对象物照射的纤芯。
优选地，从导光部向光学***射出照射光的端面构成为，具有比导光部的纤芯和包层的界面的临界角大的倾斜角。
优选地，导光部包括配置成卷绕棒状构件的周围的光纤。
根据本发明提供一种结构，与现有技术相比通过提高光的利用效率，能够实现更高的采样率。
附图说明
图1是用于说明白光共聚焦方式的距离测量原理的图。
图2A、图2B是用于说明本实施方式的光学测量装置采用的纤芯的并排的示意图。
图3是示出本实施方式的光学测量装置的装置结构的示意图。
图4是示出本实施方式的光学测量装置的受光部的配置例的示意图。
图5A、图5B是用于说明在本实施方式的光学测量装置中利用线性传感器实现的检测器44的示意图。
图6A、图6B是用于说明在本实施方式的光学测量装置采用一维传感器作为检测器时检测反射光的状态的示意图。
图7是示出图6A所示的波长λ1的光点向检测器入射时得到的检测结果的一例的示意图。
图8是用于说明在本实施方式的光学测量装置中利用二维传感器(CMOS图像传感器)实现的检测器的示意图。
图9是示出本实施方式的光学测量装置中在利用二维传感器实现的检测器44设定的读取区域的一例的示意图。
图10A、图10B是示出本实施方式的光学测量装置中在由二维传感器构成的检测器的测量处理顺序的流程图。
图11是用于说明在本实施方式的光学测量装置中利用二维传感器(CCD图像传感器)实现的检测器的示意图。
图12是示出本实施方式的光学测量装置的受光部所包括的缩小光学***的构成例的示意图。
图13是示出本实施方式的光学测量装置的受光部所包括的缩小光学***的另一构成例的示意图。
图14A、图14B是示出包含四个纤芯的光纤束的剖面形状的一例的图。
图15A、图15B是示出对图14A、图14B所示的光纤束中产生的串扰(crosstalk)量进行评价的结果例的图。
图16是用于说明光在光纤端面的传播的示意图。
图17A至图17C是用于说明本实施方式的光学测量装置的照射光对对象物的照射状态的示意图。
图18是用于说明图17A至图17C所示的照射模式的变更应用例的示意图。
图19是示出本实施方式的另一光学测量装置的装置结构的示意图。
附图标记说明
1、1A：光学测量设备 2：测量对象物(对象物)
10：光源 12：多路复用器(multiplexer)
20、20A：导光部 21、21A：输入侧光缆
22、22A：输出侧光缆 23：合波/分波部
23A、231、232：耦合器 24、24A：传感头侧光缆
30：传感头 32：色差单元
34：物镜 40：受光部
41：准直透镜 42：分光器
43：缩小光学*** 44：检测器
45：读取电路 50：处理部
202：纤芯 204：包层
206：包覆层 208：外护层
241、243、245：光缆 242：多芯连接器
404：光缆固定构件 431：聚焦透镜
432：柱面透镜 440：线性传感器
442：受光元件 444、446：图像传感器
447：***电路
具体实施方式
参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，对于附图中的相同或者相应的部分，标注相同的附图标记且不重复其说明。
＜A.概要＞
首先，说明利用本实施方式的光学测量装置来解决的课题和用于实现该课题的结构的概要。
图1是用于说明白光共聚焦方式的距离测量原理的图。参照图1，光学测量装置1包括光源10、导光部20、传感头30、受光部40及处理部50。传感头30包括色差单元32和物镜34，受光部40包括分光器42和检测器44。
在光源10中产生的具有规定波长区域的照射光，在导光部20中传播并到达至传感头30。在传感头30中，来自光源10的照射光被物镜34聚焦并向测量对象物2(以下简称为“对象物2”)照射。照射光因穿过色差单元32而产生轴向色差，因此从物镜34照射的照射光的焦点位置根据每个波长各不相同。在对象物2的表面反射的波长中，只有焦点聚在对象物2的波长的光，才会再入射至传感头30的导光部20中成为共聚焦的光纤。以下，为了便于说明，将焦点聚在对象物2的波长的光作为测量光被检测的状态，还表示为“仅反射特定的波长”的状态。再入射至传感头30的反射光在导光部20中传播并向受光部40入射。在受光部40中，入射至分光器42的反射光分离为各个波长成分，并在检测器44检测出各个波长成分的强度。处理部50基于检测器44的检测结果，计算出从传感头30到对象物2的距离(位移)。
在图1所示的一例中，例如，包含多个波长λl、λ2、λ3的照射光被波长色散，在光轴AX上的各个不同位置(焦点位置1、焦点位置2、焦点位置3)成像。在光轴AX上，由于对象物2的表面与焦点位置2一致，因此照射光中仅波长λ2的成分被反射。在受光部40中检测波长λ2的成分，从而计算出从传感头30到对象物2的距离为与波长λ2的焦点位置相当的距离。
构成受光部40的检测器44的多个受光元件中接收反射光的受光元件，根据针对传感器30的对象物2的表面形状而发生变化，因此能够从检测器44的多个受光元件的检测结果(像素信息)测量相对于对象物2的距离变化(位移)。
如图1所示，即使波长λ1、λ2、λ3的照射光向对象物2入射，作为反射光被检测到的只是波长λ2的成分。这样，白光共聚焦方式在原理上仅利用照射的照射光的波长成分中与距离对应的特定的波长成分，因此光的利用效率低。因此，例如，为了更高速地检查测量对象物的表面形状而提高采样率，则会存在不能充分确保测量所需的光量的问题。
针对这种问题，例如，可以考虑增加在光源10中产生的照射光的光量的方法，但是由于能够用作光源的器件的发光功率有限，因此很难大幅度地改善光的利用效率。
代替利用光源的措施，可以考虑到：尽可能增大将光源10分别与受光部40和传感头30光学连接的导光部20的传播容量，或者尽可能降低传播损失的另一种方法。
具体地，可以考虑使构成导光部20的光纤的纤芯大口径化的方法。通过将纤芯大口径化，能够传播更多光量，但是在白光共聚焦方式的原理上，会产生测量性能(分辨率)变差的缺点。此外，如果将大口径的光纤用作导光部，还会产生弯曲性变差等可用性方面上的问题。
考虑到这样的问题，在本实施方式中进一步采用如下的另一种方法：通过将构成导光部20的光纤的多个纤芯并排，来增加向受光部40入射的反射光的光量。本申请的发明人通过深入研究发现了将多个纤芯并排所产生的新课题，并想出了针对该新课题的新的解决方案。以下，对这种新课题以及针对该新课题的新的解决方案进行说明。
＜B.多个纤芯并排的概要＞
接着，对本实施方式的光学测量装置所采用的多个纤芯并排，说明其概要。图2A、图2B是用于说明本实施方式的光学测量装置所采用的多个纤芯并排的示意图。在图2A中示意性示出了相关技术的光学测量装置1A的导光部的结构，在图2B中示意性示出了本实施方式的光学测量装置1的导光部的结构。
参照图2A，光学测量装置1A的导光部20A包括：输入侧光缆21A，其与光源10光学连接；输出侧光缆22A，其与受光部40光学连接；传感头侧光缆24A，其与传感头30光学连接。输入侧光缆21A和输出侧光缆22A的一端分别与传感头侧光缆24A的一端，经由具有合波/分波结构的耦合器23A光耦合。耦合器23A为相当于Y分支耦合器的2×1星形耦合器(双输入单输出/单输入双输出)，将从输入侧光缆21A入射的光向传感头侧光缆24A传递，并且对从传感头侧光缆24A入射的光进行分割并分别向输入侧光缆21A和输出侧光缆22A传递。
输入侧光缆21A、输出侧光缆22A以及传感头侧光缆24A均为具有单一纤芯202的光纤，其剖面结构中，在纤芯202的周围，从纤芯202朝向外周依次设有包层204、包覆层206以及外护层208。
与此相对，如图2B所示，本实施方式的光学测量装置1将具有多个纤芯的光纤用作导光部20。更具体地，光学测量装置1的导光部20包括：输入侧光缆21，其与光源10光学连接；输出侧光缆22，其与受光部40光学连接；传感头侧光缆24，其与传感头30光学连接。作为构成本实施方式的光学测量装置1的光纤，可以采用单模光纤，也可以采用多模光纤。
各个输入侧光缆21和输出侧光缆22，作为一例由具有两个纤芯的光纤构成。输入侧光缆21将具有合波/分波结构的耦合器231、232与光源10光耦合。此外，同样地，输出侧光缆22将具有合波/分波结构的耦合器231、232与受光部40光耦合。耦合器231、232均为2×2星形耦合器(双输入双输出和双输入双输出)。
传感头侧光缆24由具有四个纤芯的光纤构成，并且用于将耦合器231、232与传感头30光学连接。
耦合器231将从输入侧光缆21的一个纤芯入射的光向传感头侧光缆24的两个纤芯传递，并且将分别从传感头侧光缆24的两个纤芯入射的光混合后进行分割并分别向输入侧光缆21和输出侧光缆22传递。同样地，耦合器232将从输入侧光缆21的另一个纤芯入射的光向传感头侧光缆24的另外两个纤芯传递，并且将分别从传感头侧光缆24的另外两个纤芯入射的光混合后进行分割并分别向输入侧光缆21和输出侧光缆22传递。
输入侧光缆21和输出侧光缆22均为具有两个纤芯202的光纤，其剖面结构中，在配置有两组由纤芯202、包层204、包覆层206构成的组合的基础上，在其周围设置外护层208。另一方面，传感头侧光缆24为具有四个纤芯202的光纤，其剖面结构中，在配置有四组由纤芯202、包层204、包覆层206构成的组合的基础上，在其周围设置外护层208。
如图2B所示，在本实施方式中，作为从光源10到传感头30的光学路径和从传感头30到受光部40的光学路径，通过使用多个纤芯，能够使来自对象物2的反射光的光量变得更大，并且芯径本身并没有扩大，因此测量性能不会变差。此外，本实施方式中，将光源10的光学扩展量(etendue)大于进入光纤的光学扩展量作为前提。
图2B中，例示了作为输入侧光缆21和输出侧光缆22采用具有两个纤芯的光纤，作为传感头侧光缆24采用具有四个纤芯的光纤的结构，但并不限于此，也可以采用具有更多纤芯的光纤。
＜C.装置结构＞
接着，对第一实施方式的光学测量装置1的装置结构的一例进行说明。图3是示出本实施方式的光学测量装置1的装置结构的示意图。
参照图3，本实施方式的光学测量装置1包括光源10、导光部20、传感头30、受光部40以及处理部50。
光源10产生具有多个波长成分的照射光，典型的是使用白色LED(Light EmittingDiode：发光二极管)实现。如后面所述，由轴向色差产生的焦点位置的位移量，只要能够产生具有能够覆盖要求测量范围的波长范围的照射光，就可以使用任何光源。
传感头30包括色差单元32和物镜34，该传感头30相当于对来自光源10的照射光产生轴向色差，并且接收反射光的光学***，该反射光来自至少一部分配置在光轴AX的延长线上的对象物2。
受光部40包括：分光器42，其将在光学***的传感头30接收的反射光分离为各个波长成分；以及检测器44，其包括与分光器42的分光方向对应而配置的多个受光元件。作为分光器42，典型的是采用衍射光栅，但是除此之外也可以采用任意设备。检测器44可以使用与分光器42的分光方向对应的一维配置多个受光元件的线性传感器(一维传感器)，也可以使用在检测面上二维配置多个受光元件的图像传感器(二维传感器)。作为检测器44，分别对利用一维传感器和二维传感器的情况进行详细说明。
受光部40在分光器42和检测器44的基础上，还包括：准直透镜41，其用于对从输出侧光缆22射出的反射光进行平行化；读取电路45，其用于将检测器44的检测结果向处理部50输出。而且，根据需要，也可以设置对在分离器42分离的按照波长的反射光的光点直径进行调整的缩小光学***43。
图4是示出本实施方式的光学测量装置1的受光部40的配置例的示意图。参照图4，对于受光部40而言，在配置各种构件的未图示的基板上立设有用于固定输出侧光缆22的光缆固定构件404。在输出侧光缆22的端面的光轴上，固定有准直透镜41和分光器42。检测器44在分光器42的分光方向上定位并配置，在分光器42和检测器44之间的光学路径上配置有缩小光学***43。
利用分光器42使入射侧的光轴与分光后的光轴不同，从而能够将受光部40小型化。
处理单元50基于检测器40的多个受光元件的各个检测值，计算从传感头30到对象物2的距离。
如上所述，本实施方式的光学测量装置1采用包括将传感头30与受光部40光学连接的多个纤芯的光导部20。在图3中，作为一例，输入侧光缆21和输出侧光缆22分别采用具有两个纤芯的光纤，并且传感头侧光缆用具有四个纤芯的光纤。不过，只要构成各个光缆的光纤的芯数是多个，就不做特别限定。
在图3中，示出了为提高可用性，将多根光缆串联连接而构成传感头侧光缆的一例。即，作为传感头侧光缆，采用具有多个纤芯的三根光缆241、243、245。光缆241和光缆243之间经由多芯连接器242光学连接，光缆243和光缆245之间经由多芯连接器244光学连接。
此外，具有多个纤芯的光缆，优选采用将多个纤芯和包层的组合捆扎并进行一体化的光纤束。
导光部20包括合波/分波部23，该合波/分波部23用于将输入侧光缆21和输出侧光缆22与传感头侧光缆光学连接。合波/分波部23为2×2星形耦合器(双输入双输出和双输入双输出)，包括两个耦合器231、232。对于合波/分波部23的功能已参照图2A、图2B进行了说明，因此不重复其详细说明。
这样，在本实施方式的光学测量装置1中，通过采用多个纤芯，增大向对象物2照射的光量，并且增大来自对象物2的反射光的光量。此外，作为合波/分波结构采用耦合器，由此可以在导光部20内进行光的分离，从而能够用单个检测器44接收分别由多个纤芯传播的、来自对象物2的反射光(检测光)。
以下，作为典型例，分别对检测器44采用一维检测器(所谓的线性传感器)的结构和采用二维传感器的结构进行说明。
＜D.检测器的结构和处理：一维传感器＞
接着，对检测器44采用了一维传感器(线性传感器)的结构和适应该结构的处理进行说明。
图5A、图5B是用于说明在本实施方式的光学测量装置1中利用线性传感器实现的检测器44的示意图。参照图5A，线性传感器440包括与分光器42(参照图3)的分光方向对应地一维配置的多个受光元件442。分光器42的分光方向，是指连接多个不同波长成分(或者、频率成分)的光的各个成像位置的方向。因此，在各个受光元件标注的元件编号和在受光元件40接收的反射光所包含的波长的长度建立对应关系。
但是，多个受光元件442的配置方向和分光器42的分光方向无需完全相同，只要构成为不同波长成分之间能够识别即可。换句话说，以具有某种波长成分的光向某个受光元件442入射时，波长成分不同的光向不同的受光元件442入射。
多个受光元件442是互相独立的检测设备，各自输出与受光强度对应(即，表示受光量的大小、或者表示受光强度)的信号。如图5A所示，图5B示出反射光的光点向线性传感器440的特定区域入射时的检测结果的一例。如图5A所示，反射光的光点横跨元件编号4、5、6的三个受光元件442，因此从这些三个受光元件442各自输出用于表示噪音以上的受光强度的信号。
处理部50(图3)基于图5B所示的受光强度的分布图，特定受光强度的峰值位置，从与该峰值位置对应的波长特定包含在反射光中的波长的主成分，并且从特定了的主成分波长计算从传感头30到对象物2的距离(位移)。
本实施方式的光学测量装置1，由于采用具有多个纤芯的导光部20，因此与纤芯数量相应的反射光的光束入射至受光部40。因此，需要适当地检测这些多个光束所包含的波长成分。
此处，在作为检测器44采用了一维传感器(线性传感器)的结构中，导光部20和受光部40以如下方式构成：从传感头30侧向多个纤芯所包含的第一纤芯提供波长λ1的第一光时，构成检测器44的多个受光元件中入射该第一光的受光元件，与从传感头30侧向多个纤芯所包含的第二纤芯提供波长λ1的第二光时，构成检测器44的多个受光元件中入射该第二光的受光元件的至少一部分共用。对于该结构，将参照图6A、图6B和图7进行说明。
图6A、图6B是用于说明在本实施方式的光学测量装置1中作为检测器采用一维传感器时检测反射光的状态的示意图。在图6A、图6B中，将受光元件442一维配置的方向定义为X方向，将与X方向垂直的受光元件442的宽度方向定义为Y方向，将与配置多个受光元件442的检测器44的检测面垂直的方向定义为Z方向。除了另有例外，也同样适用于以下的说明。
图6A中示出，分别向导光部20(输出侧光缆22)所包含的两个纤芯(参照图3)提供具有波长λ1的光时，在检测器44上产生的两个光点SP11和SP12的一例。并且，示出分别向该两个纤芯提供波长λ2的光时，在检测器44上产生的两个光点SP21和SP22的一例。为便于说明，在图6A和图6B中，将两个波长λ1和λ2的光点绘制在同一附图上，但是通常测量时，只有特定的波长成分才能向检测器44入射。
首先，如果着眼于与波长λ1对应的光点SP11和光点SP12，则光点SP11横跨线性传感器440的元件编号4、5、6的三个受光元件，对于光斑SP12，也是同样地横跨线性传感器440的元件编号4、5、6的三个受光元件。
另一方面，着眼于与波长λ2对应的光点SP21和光点SP22，则光点SP21横跨线性传感器440的元件编号14、15的两个受光元件，对于光斑SP22，也是同样地横跨线性传感器440的元件编号14、15的两个受光元件。
图6A中例示了真圆形的光点，通过利用后述的缩小光学***，也可将光点的形状形成为椭圆形。在图6B中示出将光点形成为椭圆形的情况下，向检测器44的入射状态的一例。
参照图6B，着眼于与波长λ1对应的光点SP31和光点SP32，则光点SP31横跨线性传感器440的元件编号1、2、3、4的三个受光元件，对于光斑SP32，横跨线性传感器440的元件编号2、3、4的三个受光元件。
另一方面，着眼于与波长λ2对应的光点SP41和光点SP42，则光点SP41横跨线性传感器440的元件编号13、14、15的三个受光元件，对于光斑SP42，横跨线性传感器440的元件编号13、14、15、16的四个受光元件。在图6B所示的照射状态中，虽然与同一波长对应的光点不完全向同一受光元件入射，但是基于线性传感器440的受光强度的分布图(受光强度在受光元件的变化)，进行距离测量，因此入射同一波长的光点的受光元件(或者，受光元件的组合)大致相同时，在不降低测量性能的情况下，能够提高光的利用效率。
图7是示出图6A所示的波长λ1的光点SP11、SP12向检测器44入射时得到的检测结果的一例的示意图。此外，为便于说明，并没有绘制由暗电流等引起的噪音成分。参照图7，在各个元件编号4、5、6的受光元件中，与光斑SP11、SP12入射的面积对应的光量作为检测值而输出。作为检测值，输出光点SP11、SP12的总和。
作为图7所示的检测结果而输出的有用值的宽度(在图7所示的一例中，相当于三个像素)，即使采用多个纤芯也不会发生变化，另一方面，作为检测结果而输出的值的绝对值通过采用多个纤芯增加。处理部50一并获取分别从多个纤芯照射的多个光向单一受光元件442入射而生成的检测值。通过采用这种结构，在不降低测量性能(分辨率)情况下，能够确保更多的光量(即，提高S/N比)。
这样，当使相同波长的光经由各个纤芯向受光部40入射时，与在检测器44的检测面生成的各个光点对应的受光元件的数量和位置，构成为互相至少共用一部分。这样，在由相同波长生成的光点之间，对应的受光元件的数量和位置的至少一部分共用，从而在不降低测量性能情况下，能够提高光的利用效率。
换言之，如图6A、图6B所示，在作为检测器44采用了一维传感器(线性传感器)的结构中，导光部20和受光部40以如下方式构成：由第一光点SP11和第二光点SP12定义的方向(典型的为连接光点SP11和光点SP12的连线方向)与受光元件442的宽度方向(即，Y方向)相对应，所述第一光点SP11在向多个纤芯所包含的第一纤芯提供来自传感头30侧的具有波长λ1的第一光时在检测器44的检测面生成，所述第二光点SP12在向多个纤芯所包含的第二纤芯提供来自传感头30侧的具有波长λ1的第二光时在检测器44的检测面生成。
这种结构，是通过将与受光部40光学连接的导光部20(输出侧光缆22)以该导光部20所包含的多个纤芯的排列方向(参照图3所示的剖面结构)与多个受光元件442的排列方向垂直的方向建立对应关系的方式配置来实现的(还参照图4)。
或者，可以表述为：导光部20和受光部40以将输出侧光缆22所包含的多个纤芯202(参照图3)的中心连接的连线方向与受光元件442的宽度方向(即，Y方向)建立对应关系的方式配置。
为实现如上所述的结构，主要需要适当地调整输出侧光缆22的端面、分光器42、检测器44这三个组件的位置。作为配置顺序(组件的定位顺序)的一例，例如，通过将分光器42固定于受光部40的规定位置，并且以分光器42的位置作为基准，分别对位于输入侧的输出侧光缆22的端面的位置、和位于输出侧的检测器44的位置进行调整来实现。
＜E.检测器的结构和处理：二维传感器/CMOS图像传感器＞
接着，对作为检测器44采用了二维传感器(CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器)的结构和适应该结构的处理进行说明。
图8是用于说明在本实施方式的光学测量装置1中利用二维传感器(CMOS图像传感器)实现的检测器44的示意图。参照图8，CMOS图像传感器444包括在检测面上二维配置的多个受光元件。CMOS图像传感器444在原理上能够进行局部读取。因此，优选使CMOS图像传感器444的行方向或者列方向与分光器42(参照图3)的分光方向对应，通过采用以下的控制逻辑能够在任意方向上进行定位。
图8中示出，导光部20(输出侧光缆22)包含三个纤芯，在向各个纤芯提供具有波长λ1的光时，在检测器44上产生的三个光点SP11、SP12、SP13的一例。同时，一并示出在分别向该三个纤芯提供具有波长λ2的光时，在检测器44上产生的三个光点SP21、SP22、SP23的一例。为便于说明，在图8中，将两个波长λ1和λ2的光点绘制在同一附图上，但是通常测量时，只有特定的波长成分才能向检测器44入射。
分光器42在与入射的光所包含的波长相应的方向上规律性地衍射光，因此基于该规律性，有选择地决定从CMOS图像传感器444读取图像信息的区域(以下称为“读取区域”)，从而能够决定入射的反射光所包含的波长。
例如，如图8所示，能够从分别向导光部20所包含的三个纤芯提供具有波长λ1的光时在检测器44上生成的三个光点SP11、SP12、SP13的位置和范围，决定能够用于检测波长λ1的读取区域AR1。同样地，能够从分别向导光部20所包含的三个纤芯提供具有波长λ2的光时在检测器44上生成的三个光点SP21、SP22、SP23的位置和范围，决定能够用于检测波长λ2的读取区域AR2。
对于多个波长，通过分别决定能够用于检测各个波长的读取区域，能够特定出反射光(测量光)所包含的主成分波长。这样，在作为检测器44采用了二维传感器的情况下，处理部50基于从多个纤芯照射的相同波长的光的光点向检测器44的检测面上入射而生成的强度分布，推定适合检测各个波长的区域。作为该适合区域的推定方法，能够采用各种统计处理(典型的为内插处理或者外插处理)。
图9是示出本实施方式的光学测量装置1中在利用二维传感器实现的检测器44设定的读取区域的一例的示意图。如图9所示，对应于向CMOS图像传感器444的检测面入射的每个波长的光点，能够设定用于检测各个波长的读取区域。即，处理部50在检测器44的检测面中，决定用于对可包含在反射光中的各个波长进行检测的各个局部区域。而且，处理部50通过预先保持图9所示的各个读取区域的图像(map)，并从CMOS图像传感器444有选择地读取受光强度，来特定入射的反射光(测量光)所包含的主成分。
图10A、图10B是示出本实施方式的光学测量装置1中由二维传感器构成的检测器的测量处理顺序的流程图。图10A中，示出用于设定图9所示的读取区域的处理顺序，图10B中，示出基于图9所示的读取区域的测量的处理顺序。
参照图10A，首先，选择多个波长候选中的一个波长(步骤S100)，并选择多个纤芯中的一个纤芯(步骤S102)。而且，从传感头侧光缆24或输出侧光缆22的一端经由被选择的纤芯而提供被选择的波长的光(步骤S104)。处理部50将在检测器44的检测面生成的光点的范围(或者受光强度的分布)，与用于识别选择的波长的信息和用于识别选择的纤芯的信息建立关联并进行存储(步骤S106)。
只要对多个纤芯中的所有纤芯的选择还没有结束(步骤S108中为NO的情况)，就选择多个纤芯中的另一个纤芯(步骤S110)，并重复步骤S104以后的处理。
另一方面，只要结束对多个纤芯中的所有纤芯的选择(步骤S108中为YES的情况)，并且对多个波长候选中的所有波长的选择还没有结束(步骤S112中为NO的情况)，就选择多个波长候选中的另一个波长(步骤S114)。而且，重复步骤S102以后的处理。
对多个波长候选中的所有波长的选择结束时(步骤S112中为YES的情况)，处理部50基于步骤S106中存储的信息，从CMOS图像传感器444的检测结果决定用于计算各个波长成分的读取区域(初始设定信息)(步骤S116)。而且，用于设定读取区域的处理结束。
参照图10B，在有开始测量的指示时(步骤S200中为YES的情况)，处理部50指示光源10产生照射光(步骤S202)。
处理部50在每个规定的测量循环中基于初始设定信息，读取对每个波长设定的读取区域的像素值(受光强度)(步骤S204)。处理部50计算出根据每个读取区域读取的像素值(受光强度)的总和(或者平均值)，并作为受光强度进行计算(步骤S206)。而且，处理部50从计算出的每个波长的受光强度中特定峰值波长，并从特定了的峰值波长计算出从传感头30到对象物2的距离(步骤S208)。
只要没有给出结束测量的指示(步骤S210中为NO的情况)，就重复步骤S204以后的处理。
这样，本实施方式的光学测量装置1的处理部50，基于第一区域(图8所示的光点SP11)和第二区域(图8所示的光点SP12、SP13)之间的位置关系，从受光部的多个受光元件的各个检测值计算出距离，所述第一区域位于在从传感头30侧向构成导光部20的多个纤芯所包含的第一纤芯提供具有波长λ1的第一光时，该第一光入射的检测面上，所述第二区域位于在从光学***侧向多个纤芯所包含的第二纤芯提供第一波长的第二光时，该第二光入射的检测面上。
更具体地，基于各光点的位置关系，分别在CMOS图像传感器444的检测表面上设定读取区域。
但是，如图9所示，并非根据测量对象的波长而各自决定读取区域，也可以针对CMOS图像传感器444的检测面，决定用于计算各个波长的受光强度的加权系数。例如，关于CMOS图像传感器444的检测面上的任意一点(x，y)，通过对各个波长λn(λ1、λ2、…、λN)设定加权系数f(λn，x，y)，并且对CMOS图像传感器444的检测结果P(x，y)，利用加权系数f而算出加权平均，来能够算出各个波长成分的强度。
即，通过利用位置关系的各种统计处理，能够采用任意的后处理方法，所述位置关系作为与各个波长对应的光点向任意位置入射这一事先信息。
此外，并非必须进行局部读取，也可以一并读取在CMOS图像传感器444的各个受光元件的受光强度(图像信息)，并且仅利用所需的读取区域的信息。在使用该方式的情况下，即使在利用进行一并读取的CCD图像传感器444的情况下，也能够实现相同的处理。
＜F.检测器的结构和处理：二维传感器/CCD图像传感器＞
以下，对作为检测器44采用了二维传感器(CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合元件)图像传感器)的结构和适应该结构的处理进行说明。
图11是用于说明在本实施方式的光学测量装置1中利用二维传感器(CCD图像传感器)实现的检测器44的示意图。参照图11，CCD图像传感器446包括在检测面上二维配置的多个受光元件。CCD图像传感器446以其行方向或者列方向与分光器42(参照图3)的分光方向对应的方式配置。
图11中示出，在分别向导光部20(输出侧光缆22)所包含的两个纤芯(参照图3)各个提供具有波长λ1的光时在检测器44上产生的两个光点SP11和SP12的一例。同时，一并示出在分别向导光部20(输出侧光缆22)所包含的两个纤芯提供具有波长λ2的光时在检测器44上产生的两个光点SP21和SP22的一例。为便于说明，在图11中，将两个波长λ1和λ2的光点绘制在同一附图上，但是通常测量时，只有特定的波长成分才能向检测器44入射。
在CCD图像传感器446中，通过在其周围配置的***电路447和448来从选择的线上的多个受光元件一并读取图像信息，因此能够使行方向或者列方向与分光方向建立对应关系，并且与采用了所述线性传感器(一维传感器)的情况相同地，优选在从传感头30侧向多个纤芯所包含的第一纤芯提供具有波长λ1的第一光时，构成检测器44的多个受光元件中入射该第一光的受光元件，与在从传感头30侧向多个纤芯所包含的第二纤芯提供具有波长λ1的第二光时，构成检测器44的多个受光元件中入射该第二光的受光元件的至少一部分共用。对其他的波长也是相同的。
图11所示的一例中，如果着眼于与波长λ1对应的光点SP11和光点SP12，则光点SP11横跨与行编号R1、R2和列编号C2、C3的各个交点对应的四个受光元件，而光点SP12横跨与行编号R1、R2和列编号C6、C7、C8的各个交点对应的六个受光元件。这样，由波长λ1生成的光点SP11和光点SP12均构成为，向利用行编号R1和R2的选择来一并读取的受光元件入射。另一方面，如果着眼于与波长λ2对应的光点SP21和光点SP22，则光点SP21横跨与行编号R5、R6、R7和列编号C2、C3的各个交点对应的六个受光元件，而光点SP22横跨与行编号R5、R6、R7和列编号C6、C7、C8的各个交点对应的五个受光元件。这样，由波长λ2生成的光点SP21和光点SP22均构成为，向利用行编号R5、R6、R7的选择来一并读取的受光元件入射。
这样，当将相同波长的光经由各个纤芯向受光部40入射时，与在检测器44的检测面生成的各个光点对应的受光元件的数量和列位置(或者行位置)，构成为互相至少共用一部分。这样，在由相同波长生成的光点之间，对应的受光元件的数量和位置的至少一部分共用，因此在不降低测量性能情况下，能够提高光的利用效率。
对于除此之外的结构和处理，与作为上述检测器44采用了一维传感器(线性传感器)的结构和处理相同，因此不重复其详细说明。
＜G.缩小光学***＞
接着，对采用于受光部40的缩小光学***43进行说明。在本实施方式的光学测量装置1中，由于采用具有多个纤芯的导光部20，因此多个光点照射在对象物2上，并生成分别与多个光点对应的多个反射光。依赖于构成导光部20的光纤的芯径和纤芯数量、以及检测器44的受光元件的大小等，直接测量多个反射光(例如，图6A、图6B所示的光点SP11和SP12等)，从而能够模拟地视为单一的光点进行处理。
但是，从检测器44的检测面的大小被限制等的方面看，有时无法直接对多个反射光进行测量，在这种情况下，优选采用在以下说明的缩小光学***43。所述缩小光学***43配置在到检测器44为止的光学路径上，并对来自对象物2的反射光的光点直径进行缩小化，该反射光是在导光部20所包含的多个纤芯传播并向受光部40入射。
图12和图13是示出本实施方式的光学测量装置1的受光部40所包括的缩小光学***43的构成例的示意图。图12中示出采用圆形的聚焦透镜的构成例，图13示出柱面透镜的构成例。
参照图12，聚光透镜431与来自对象物2的反射光(测量光)被分光器42反射的方向对应而配置。聚焦透镜431的剖面直径设定为包含能够对来自对象物2的反射光进行衍射的所有角度方向的大小。
此外，本实施方式的光学测量装置1采用多个纤芯，因此构成为从各个纤芯照射的反射光(图12所示的#1和#2)均穿过聚焦透镜431。
光点直径被聚光透镜431调整后向检测器44入射(图12的SPOT1和SPOT2)。这样，因采用多个纤芯而产生的对象物2上的多个光点，利用缩小光学***来调整为模拟地视为单一光点的大小后进行测量。
图13所示的缩小光学***的结构，用于形成图6B所示的椭圆形的光点的情况等。通过采用在Y-Z平面具有曲面的柱面透镜432，来在Y方向上缩小光点直径，另一方面则维持X方向上的大小。即，采用了柱面透镜432的缩小光学***构成为，在与检测器44的检测面的纵横比例对应的特定方向上更加大幅度地缩小来自对象物2的反射光的光点直径。
此外，图13中示出采用一体型的柱面透镜的一例，但是也可以根据光点的数量(即，纤芯数量)调整柱面透镜的级数。
这样，因采用多个纤芯而产生的对象物2上的多个光点，利用缩小光学***来调整为模拟地视为单一光点的大小后进行测量。另外，在采用难以使受光元件的宽度方向上的长度的一维传感器(线性传感器)的情况下，通过采用能够在宽度方向上压缩光点形状的结构，来能够容易采用包含更多纤芯的导光部。
＜H.导光部的纤芯直径和纤芯间隔＞
接着，对本实施方式的光学测量装置1中采用的适用于包含多个纤芯的导光部20的结构的一例进行说明。
在光纤束内配置多个纤芯的情况下，邻接的纤芯之间的间隔变得重要。例如，邻接的纤芯之间的间隔变窄时，能够生成向具有某个共焦点的光纤入射从对象物2反射来的、该共焦点以外波长的光的现象(以下也称为“串扰”)。此时，为减轻串扰的影响，有必要使邻接的纤芯之间的距离最优化。图14A、图14B是示出包含四个纤芯的光纤束的剖面形状的一例的图。图14A、图14B中，示出容纳四根具有规定的纤芯径和包层直径的光纤的光纤束。图14A中示出包层之间邻接的结构(包层邻接)，而图14B中示出通过在包层的周围设置某些结构物(包覆等)来扩大间隔的结构(间隔扩大)。
图15A、图15B是示出对图14A、图14B所示的光纤束中产生的串扰量进行评价的结果例的图。图15A、图15B所示的评价结果，是对在某个纤芯中传播的光向邻接的纤芯的漏出量进行评价的结果，是分别向多个纤芯的一端提供具有波长λ的光时，对某个纤芯的另一端接收的光的光谱通过模拟计算出的结果。在图15A和图15B中，示出分别对不存在来自其他纤芯的影响(串扰)的情况、和存在串扰的情况进行比较的情况。
根据图15A所示的评价结果，在图14A所示的结构中，串扰对标准波形(不存在串扰时的波形)产生某种程度的影响。对此，根据图15B所示的评价结果，在图14B所示的结构中，串扰对标准波形(不存在串扰时的波形)只产生约一半程度的影响。
这样，在本实施方式的光学测量装置1中，优选地，将至少与传感头30连接的端面成为降低了串扰的纤芯配置的光纤用作传感头侧光缆24。
这样，在本实施方式的光学测量装置1的导光部20中，设计邻接的纤芯之间的间隔和配置，以抑制共焦点以外的反射光入射(串扰)。
＜I.导光部的光纤端面形状＞
接着，对本实施方式的光学测量装置1中采用的构成导光部20的光纤的端面形状的一例进行说明。在白光共聚焦方式的光学测量装置中，将照射光向对象物2照射，并基于该反射光计算出从传感头30到对象物2的距离。如果照射光没有照射到对象物2，而直接在光纤的射出端面反射，则可能成为测量误差的原因。因此，优选极力降低在光纤端面的反射。
图16是用于说明光在光纤端面的传播的示意图。如图16所示，在光纤的纤芯202传播的一些照射光Po，在端面可能成为反射成分PR。反射成分PR向纤芯/包层界面入射，只有与其折射率的差相应的规定比例的部分成为纤芯202内的返光。
但是，只要反射成分PR向纤芯/包层界面入射的角度大于纤芯/包层界面的临界角θc，反射成分PR的大部分就向包层204侧入射，并且不会返回到纤芯202。
此处，通过增大光纤端面的倾斜角θ(从与纤芯的光轴方向垂直的面的角度位移)，减小反射成分PR在纤芯/包层界面的反射率，从而降低因反射光而可能产生的返光成分。
即，在本实施方式的光学测量装置1中，将从导光部20向传感器30射出照射光的端面，设定成具有比导光部20中的纤芯和包层的界面的临界角大的角度的倾斜角，从而降低可能引起测量误差的返光。
在光纤端面的反射光变大时，测量光被反射光淹没，从而分辨率变差，或者有时因测量光量低而不能进行测量，但是通过对这些光纤端面的倾斜角进行最优化，使来自对象物2的测量光中成为噪音的在光纤端面的反射光减少，从而也能够对反射率更低的测量对象物进行测量。其结果，能够扩大动态范围。
＜J.包层传播的减轻＞
在使用于导光部的光纤中有可能发生被称为包层传播的现象，即从纤芯渗出的光和光源10中直接向包层入射的光在包层中传播。为减少这种由包层传播而引起的噪音，也可以将耦合器231、232与受光部40光学连接的输出侧光缆22配置成卷绕到棒状构件的周围。
这样，通过卷绕光纤减少在包层中传播的成为噪音的成分，从而提高动态范围。
＜K.光点照射模式的动态变更＞
本实施方式的光学测量装置1，通过将照射光分别从多个纤芯的照射，并且对由各个照射光产生的、来自对象物2的反射光进行测量，来模拟地视为向单一的光点照射并进行处理。通过对该照射光的照射模式进行适当变更，能够实现与对象物2对应的测量。以下，说明对光点照射模式进行动态变更的处理。
图17A至17C是用于说明本实施方式的光学测量装置1的照射光对对象物2的照射状态的示意图。在图17A中，例示了传感头侧光缆24包含四个纤芯的情况，并示出分别与四个纤芯对应的照射光(光束B1、B2、B3、B4)从传感头30向对象物2照射的状态。能够将包含这四个光束的圆形的光点300视为测量范围。
在图17B和图17C中，示出照射光仅从四个纤芯中的两个纤芯照射的状态。即，在图17B所示的状态中仅照射光束B1和B3，在图17C所示的状态中仅照射光束B2和B4。在图17B和17C所示的状态中，能够分别将椭圆形的光点302和304视为测量范围。
这样，通过适当地变更该照射光的照射模式，能够根据对象物2的形状进行测量。
图18是用于说明图17A至图17C所示的照射模式的变更应用例的示意图。参照图18，例如，在对形成有多个梯形部位的对象物2的表面形状进行测量的情况下，优选对平面状的部位照射所有的照射光，从而扩大动态范围。或者，在对象物2的表面粗糙的情况下，优选通过扩大测量范围使信息均匀化。
对此，对于表面高度的变化大的地方，通过将测量范围变更为向梯形构件的长度方向延伸的椭圆形并进行测量，能够对因梯形构件引起的表面高度的变化更灵敏地进行测量。
例如，假设将照射光向某个扫描方向照射的应用程序，能够想到：在存在有梯形构件的前后范围(X1至X2的范围和X3以后的范围)中，将测量范围变更为椭圆形，在其以外的区间将测量范围维持为圆形并进行测量。
图19是示出本实施方式的另一光学测量装置1的装置结构的示意图。参照图19，在对图17A至图17C和图18所示的照射模式进行动态变更的情况下，也可以在光源10的照射侧设置多路复用器12，并根据情况选择性地向所需的纤芯提供照射光。多路复用器12相当于选择部，该选择部可选择性地将来自光源10的照射光分别向导光部20所包含的多个纤芯提供。此外，并不限于多路复用器12，只要是能够选择提供照射光的纤芯的光学设备，就可以使用任意设备。
作为输入侧光缆21#和输出侧光缆22#，例如均可以采用包含四个纤芯的光纤束。输入侧光缆21#的各个纤芯的一端，与从多路复用器12输出的各个通道(channel)光学连接。另外，输入侧光缆21#的各个纤芯的另一端，与按照纤芯各自设置的2×1星形耦合器光学连接。输出侧光缆22#的各个纤芯的一端分别与2×1星形耦合器光学连接，输出侧光缆22#的各个纤芯的另一端与受光部40光学连接。通过采用这种结构，能够互相独立地对来自传感头30的各个照射光(光束B1、B2、B3、B4)的照射或停止进行控制。
处理部50#根据图17A至图17C所示的对象物2的形状，能够对多路复用器12提供用于实现最优的照射模式的选择指令。即，处理部50切换用于将照射光向对象物2照射的纤芯。
通过采用如上所述的结构，不但能够提高测量的动态范围，而且能够根据对象物2的形状实现最优的测量。
＜L.优点＞
如上所述，在本实施方式的光学测量装置1中，通过将多个纤芯用作从光源10到传感头30的导光部和从传感头30到受光部40的导光部，来能够降低导光部内的传播损失，并能够检测更多的反射光。由此，与现有结构相比，提高了光的利用效率，并能够实现更高的采样率。
此外，本实施方式的光学检测装置1，通过对纤芯间隔和纤芯端面的形状等进行最优化，能够降低串扰的影响和由返光引起的噪音成分，并提高动态范围。
并非所述实施方式的全部，也可以适当地组合结构的一部分。
本发明的实施方式在全部的方面都是举例示出，应该理解为不是限制性的。本发明的保护范围不是由上述的说明表示的，而是由权利要求书来表示的，并包含与权利要求书等同的意思以及权利要求书范围内的全部变更。

Claims (11)

1.一种光学测量装置，其中，具有：
光源，产生具有多个波长成分的照射光；
光学***，对来自所述光源的照射光产生轴向色差，并且接收来自测量对象物的反射光，该测量对象物的至少一部分配置在光轴的延长线上；
受光部，包括分光器和检测器，所述分光器将在所述光学***接收的反射光分离为各个波长成分，所述检测器中与所述分光器的分光方向对应地一维配置有多个受光元件；
导光部，包括将所述光学***和所述受光部光学连接的多个纤芯；以及
处理部，基于所述受光部的多个受光元件的各个检测值，计算出从所述光学***到所述测量对象物的距离；
所述导光部和所述受光部构成为，在从所述光学***侧向多个所述纤芯所包含的第一纤芯提供第一波长的第一光时，多个所述受光元件中入射该第一光的受光元件，与从所述光学***侧向多个所述纤芯所包含的第二纤芯提供第一波长的第二光时，多个所述受光元件中入射该第二光的受光元件的至少一部分共用。
2.根据权利要求1所述的光学测量装置，其中，
与所述受光部光学连接的所述导光部配置成，该导光部所包含的多个所述纤芯的排列方向和与多个所述受光元件的排列方向正交的方向具有对应关系。
3.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，其中，
所述处理部一并获取从多个所述纤芯分别照射的多个光向单一受光元件入射而生成的检测值。
4.一种光学测量装置，其中，具有：
光源，产生具有多个波长成分的照射光；
光学***，对来自所述光源的照射光产生轴向色差，并且接收来自测量对象物的反射光，该测量对象物的至少一部分配置在光轴的延长线上；
受光部，包括分光器和检测器，所述分光器将在所述光学***接收的反射光分离为各个波长成分，在所述检测器的检测面上二维配置有多个受光元件；
导光部，包括将所述光学***和所述受光部光学连接的多个纤芯；以及
处理部，计算出从所述光学***到所述测量对象物的距离；
所述处理部基于第一区域与第二区域之间的位置关系，从所述受光部的多个受光元件的各个检测值计算出距离，所述第一区域是从所述光学***侧向多个所述纤芯所包含的第一纤芯提供第一波长的第一光时，该第一光入射的所述检测面上的区域，所述第二区域是从所述光学***侧向多个所述纤芯所包含的第二纤芯提供第一波长的第二光时，该第二光入射的所述检测面上的区域。
5.根据权利要求4所述的光学测量装置，其中，
所述处理部基于从多个所述纤芯照射的相同波长的光的光点向所述检测器的检测面入射而生成的强度分布，推定出适合各个波长的检测的区域。
6.根据权利要求4或5所述的光学测量装置，其中，
所述处理部确定所述检测器的检测面中用于对包含在所述反射光的各个波长进行检测的各个局部区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学测量装置，其中，
所述受光部还包括缩小光学***，所述缩小光学***配置在到所述检测器为止的光学路径上，对在所述导光部所包含的多个纤芯中传播并向所述受光部入射的、来自所述测量对象物的反射光的光点直径进行缩小。
8.根据权利要求7所述的光学测量装置，其中，
所述缩小光学***构成为，在与所述检测器的检测面的纵横比例对应的特定方向上更加大幅度地缩小来自所述测量对象物的反射光的光点直径。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学测量装置，其中，还包括选择部，所述选择部能够向所述导光部所包含的多个纤芯中的各个纤芯有选择地提供来自所述光源的照射光，
所述处理部根据所述测量对象物的形状，切换用于将照射光向所述测量对象物照射的纤芯。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学测量装置，其中，
从所述导光部向所述光学***射出照射光的端面构成为，具有比所述导光部的纤芯和包层的界面的临界角大的倾斜角。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学测量装置，其中，
所述导光部包括配置成卷绕棒状构件的周围的光纤。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109579705A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 欧姆龙株式会社 光学传感器以及光学传感器的异常检测方法
CN110260784A (zh) * 2018-03-12 2019-09-20 欧姆龙株式会社 光学测量装置
CN110307822A (zh) * 2018-03-20 2019-10-08 原相科技股份有限公司 距离侦测装置
CN112703586A (zh) * 2018-09-11 2021-04-23 浜松光子学株式会社 光测量装置
TWI733940B (zh) * 2016-11-30 2021-07-21 日商大福股份有限公司 檢查裝置
WO2022174565A1 (zh) * 2021-02-20 2022-08-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于光色散的风机塔筒倾斜监测装置及方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7408265B2 (ja) * 2017-06-13 2024-01-05 株式会社キーエンス 共焦点変位計
JP6939360B2 (ja) * 2017-10-02 2021-09-22 オムロン株式会社 共焦点計測装置
JP6986235B2 (ja) * 2018-12-20 2021-12-22 オムロン株式会社 共焦点センサ
US11480664B2 (en) * 2019-06-05 2022-10-25 Pixart Imaging Inc. Optical detection device of detecting a distance relative to a target object
DE102019122866A1 (de) * 2019-08-26 2019-10-24 Precitec Optronik Gmbh Optische Messvorrichtung
JP7487063B2 (ja) 2019-10-01 2024-05-20 非破壊検査株式会社 肉厚測定装置及びこれを用いた肉厚測定方法
US11997248B2 (en) 2020-12-18 2024-05-28 Yoed Abraham Fiber-optic 3D imaging
US11162783B1 (en) * 2020-12-18 2021-11-02 Yoed Abraham Fiber-optic 3D imaging
JP2022107367A (ja) * 2021-01-08 2022-07-21 オムロン株式会社 変位センサ
JP2022112634A (ja) * 2021-01-22 2022-08-03 株式会社ディスコ 計測装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6674572B1 (en) * 1997-03-29 2004-01-06 Carl Zeiss Jena Gmbh Confocal microscopic device
US7749928B2 (en) * 2004-03-12 2010-07-06 Georgia-Pacific Gypsum Llc Use of pre-coated mat for preparing gypsum board
FR2950441B1 (fr) * 2009-09-23 2012-05-18 Sabban Youssef Cohen Capteur optique dote de champ lateral pour la numerisation 3d
CN102483325A (zh) * 2009-09-07 2012-05-30 西门子公司 用于型槽的检验设备、检验仪和检验方法
CN103364105A (zh) * 2013-07-12 2013-10-23 华南师范大学 基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器及其测量方法
CN103714833A (zh) * 2007-08-10 2014-04-09 三洋电机株式会社 光拾取装置
CN104995480A (zh) * 2013-03-15 2015-10-21 欧姆龙株式会社 共聚焦测量装置
CN105091787A (zh) * 2014-05-06 2015-11-25 北京智朗芯光科技有限公司 实时快速检测晶片基底二维形貌的装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2000262934A1 (en) 2000-07-05 2002-01-14 Biophyderm Sa Device for in vivo cutaneous optical tomobiopsy
US7123798B2 (en) * 2002-03-29 2006-10-17 Ngk Insulators, Ltd. Optical device and method of producing the same
JP4867355B2 (ja) * 2006-01-17 2012-02-01 リコープリンティングシステムズ株式会社 マルチビーム光源および光走査装置、画像形成装置
CA2884632C (en) * 2007-08-31 2016-10-25 Abb Ltd. Web thickness measurement device
CN102859410B (zh) * 2009-11-03 2015-07-08 3M创新有限公司 光纤装置及制造光纤装置的方法
JP5790178B2 (ja) 2011-03-14 2015-10-07 オムロン株式会社 共焦点計測装置
DE102012111008B4 (de) 2012-11-15 2014-05-22 Precitec Optronik Gmbh Optisches Messverfahren und optische Messvorrichtung zum Erfassen einer Oberflächentopographie
US10191213B2 (en) * 2014-01-09 2019-01-29 Globalfoundries Inc. Shielding structures between optical waveguides
US9664855B2 (en) * 2014-03-07 2017-05-30 Skorpios Technologies, Inc. Wide shoulder, high order mode filter for thick-silicon waveguides

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6674572B1 (en) * 1997-03-29 2004-01-06 Carl Zeiss Jena Gmbh Confocal microscopic device
US7749928B2 (en) * 2004-03-12 2010-07-06 Georgia-Pacific Gypsum Llc Use of pre-coated mat for preparing gypsum board
CN103714833A (zh) * 2007-08-10 2014-04-09 三洋电机株式会社 光拾取装置
CN102483325A (zh) * 2009-09-07 2012-05-30 西门子公司 用于型槽的检验设备、检验仪和检验方法
FR2950441B1 (fr) * 2009-09-23 2012-05-18 Sabban Youssef Cohen Capteur optique dote de champ lateral pour la numerisation 3d
CN104995480A (zh) * 2013-03-15 2015-10-21 欧姆龙株式会社 共聚焦测量装置
CN103364105A (zh) * 2013-07-12 2013-10-23 华南师范大学 基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器及其测量方法
CN105091787A (zh) * 2014-05-06 2015-11-25 北京智朗芯光科技有限公司 实时快速检测晶片基底二维形貌的装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y.Y.CHENG: "3D FEA of high-performance polyethylene fiber reinforced maxillary dentures", 《DENTAL MATERRIALS》 *
沈亚强: "基于数字全息显微术的光纤连接器端面形貌检测技术", 《浙江师范大学学报》 *
陈磊等: "光纤几何参数的自动检测仪", 《光学学报》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI733940B (zh) * 2016-11-30 2021-07-21 日商大福股份有限公司 檢查裝置
CN109579705A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 欧姆龙株式会社 光学传感器以及光学传感器的异常检测方法
CN109579705B (zh) * 2017-09-29 2020-10-27 欧姆龙株式会社 光学传感器以及光学传感器的异常检测方法
CN110260784A (zh) * 2018-03-12 2019-09-20 欧姆龙株式会社 光学测量装置
US11231270B2 (en) 2018-03-12 2022-01-25 Omron Corporation Optical measuring device
CN110307822A (zh) * 2018-03-20 2019-10-08 原相科技股份有限公司 距离侦测装置
CN110307822B (zh) * 2018-03-20 2021-10-29 原相科技股份有限公司 距离侦测装置
CN112703586A (zh) * 2018-09-11 2021-04-23 浜松光子学株式会社 光测量装置
WO2022174565A1 (zh) * 2021-02-20 2022-08-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于光色散的风机塔筒倾斜监测装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3176538B1 (en) 2019-04-17
EP3176538A1 (en) 2017-06-07
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CN107063127B (zh) 2020-06-30
US9995624B2 (en) 2018-06-12
JP6520669B2 (ja) 2019-05-29

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