CN113390334A - 光学测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明不会加大景深而能够降低粗糙面的测量误差。光学测量装置包括：光源，输出多个波长的光；第一狭缝构件，形成有使来自光源的光的一部分通过的第一开口；光学***，用于使通过了第一开口的光沿光轴产生色差；物镜，将产生了色差的光照射至测量对象物；第二狭缝构件，形成有使照射至测量对象物的光的反射光的一部分通过的第二开口；受光用光纤，对通过了第二开口的光进行传播；以及受光传感器，获取经传播的光，对所述光的光谱进行测量，第一开口及第二开口分别具有包含多个针孔的形状。

Description

光学测量装置

技术领域

本公开涉及一种光学测量装置。

背景技术

以往，已知有一种光学测量装置，其能够使用共焦光学***来对测量对象物的表面形状等进行测量。

例如，下述专利文献1中记载了一种光学测量装置，其将从点光源出射的光照射至测量对象物，使被测量对象物反射的光经由光圈孔(针孔(pinhole))而被受光元件接收。所述光学测量装置构成为，当从点光源出射的光对焦至测量对象物上时，对焦至光圈孔的位置，当由受光元件接收的受光量达到最大时，能够探测测量对象物位于规定位置的情况。而且，还已知有一种光学测量装置，通过在此种共焦光学***中组合输出多个波长的点光源、色差光学***及分光器，从而对测量对象物在光轴上的位置进行测量。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2010-216873号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

此处，在对具有粗糙面的测量对象物进行测量的情况下，若加大对测量对象物照射的光的点径，则粗糙面的凹凸得以平均化。因此，通过加大点径，能够降低粗糙面的测量误差。

但是，若加大点径，则光学测量装置的景深也会变大(变深)。其结果，光学测量装置的线性(linearity)、分辨率等性能将下降。

因此，本发明的目的之一在于提供一种光学测量装置，不会加大景深而能够降低粗糙面的测量误差。

[解决问题的技术手段]

本公开的一实施例的光学测量装置包括：光源，输出多个波长的光；第一限制构件，形成有使来自光源的光的一部分通过的第一开口；光学***，用于使通过了第一开口的光沿着光轴产生色差；物镜，将产生了色差的光照射至测量对象物；第二限制构件，形成有使照射至测量对象物的光的反射光的一部分通过的第二开口；光纤，对通过了第二开口的光进行传播；以及受光传感器，获取经传播的光，对所述光的光谱进行测量，第一开口及第二开口分别具有包含多个针孔的形状。

根据此实施例，第一限制构件的第一开口具有包含多个针孔的形状。由此，不会加大开口的短径方向的点径，而能够在测量对象物的面上形成沿一方向延伸的线点(linespot)，因此能够维持景深而不会使其变化。因而，能够抑制线性及分辨率等性能的下降。而且，通过了第二限制构件的第二开口的反射光由光纤进行传播。由此，成为下述状态，即，通过了第二开口的光受到交混，而在线点所延伸的一方向上聚焦的多个点的距离信息(高度信息)受到积分，因此线点内的粗糙面的凹凸得以平均化，能够抑制聚焦的波长的测量场所引起的变动。因而，能够降低测量对象物的粗糙面的测量误差。

前述的实施例中，光纤也可为塑料光纤。

根据此实施例，光纤为塑料光纤。由此，与其他种类的光纤相比，能够廉价地制作芯径大的光纤，因此能够更多地导入来自第二限制构件的第二开口的光，从而能够使线点内的粗糙面的凹凸进一步平均化。

前述的实施例中，受光传感器也可包含呈一维排列的多个受光元件。

根据此实施例，受光传感器包含呈一维排列的多个受光元件。由此，与多个受光元件呈二维排列的情况相比，能够低成本地对测量对象物进行测量。

前述的实施例中，也可还包括第三限制构件，所述第三限制构件形成有使经传播的光的一部分通过的第三开口，受光传感器对通过了第三开口的光的光谱进行测量。

根据此实施例，受光传感器对通过了第三开口的光的光谱进行测量。由此，能够通过第三开口来形成所需形状的光，因此，例如通过使第三开口所延伸的方向(长边方向)与受光传感器的各受光元件的长边方向对应，从而能够增加受光元件中的受光量。

前述的实施例中，也可还包括消光构件，所述消光构件被配置在反射光的光路上，以抑制未在第二限制构件中聚焦的波长的光被受光传感器接收。

根据此实施例，消光构件被配置在反射光的光路上，以抑制未在第二限制构件中聚焦的波长的光被受光传感器接收。由此，能够降低串扰(crosstalk)，从而能够提高测量对象物的测量精度。

前述的实施例中，第一开口也可具有线状的形状，第二开口的形状也可对应于第一开口的形状。

根据此实施例，第一开口的形状具有线状的形状，第二开口的形状对应于第一开口的形状。由此，能够在测量对象物的面上容易地形成沿一方向延伸的线点。

前述的实施例中，也可还包括光路分离元件，所述光路分离元件将反射光的光路从来自光源的光的光路予以分离，第二开口被配置成，使经光路分离元件分离的反射光的一部分通过。

根据此实施例，还包括将反射光的光路从来自光源的光的光路予以分离的光路分离元件。由此，例如不再需要使用光耦合器来使反射光从光源的光中分支(分波)，能够防止因来自第一开口部的反射光造成的噪声光的产生。

前述的实施例中，第一限制构件与第二限制构件也可为同一构件。

根据此实施例，第一限制构件与第二限制构件为同一构件。由此，将包括单个限制构件，因此与包括多个限制构件的情况相比，能够低成本地提高测量对象物的测量精度。

前述的实施例中，也可还包括光耦合器，所述光耦合器将反射光从来自光源的光予以分支。

根据此实施例，还包括将反射光从来自光源的光予以分支的光耦合器。由此，包括单个限制构件，从而能够容易地实现降低粗糙面的测量误差的光学测量装置。

前述的实施例中，来自光源的光也可为白色光。

根据此实施例，来自光源的光为白色光。由此，在光学***中，能够容易地产生色差。

前述的实施例中，光学测量装置也可为对测量对象物的位移进行测量的位移测量装置。

根据此实施例，光学测量装置是对测量对象物的位移进行测量的位移测量装置。由此，能够容易地实现降低测量对象物的粗糙面的位移测量误差的位移测量装置。

前述的实施例中，第一限制构件也可形成有多个第一开口，第二限制构件也可形成有多个第二开口。

根据此实施例，第二限制构件形成有多个第二开口。由此，能够使线点内的粗糙面的凹凸进一步平均化，并且，借由增加通过第二开口的光量，从而能够高速地进行测量对象物的测量。

[发明的效果]

根据本发明，不会加大景深而能够降低粗糙面的测量误差。

附图说明

图1是例示一实施方式中的光学测量装置的概略结构的结构图。

图2是例示一实施方式中的光学测量装置对测量对象物的测量的概要图。

图3是用于说明共焦方式的光学测量装置的性能的概念图。

图4是例示使用针孔的共焦方式的光学测量装置的受光量分布信号的图表。

图5是例示一实施方式中的光学测量装置的受光量分布信号的图表。

图6是例示一实施方式中的光学测量装置的第二狭缝构件的平面图。

图7是例示一实施方式中的光学测量装置的第三狭缝构件的平面图。

图8是例示一实施方式中的光学测量装的受光用光纤的端面的平面图。

图9是例示一实施方式中的光学测量装的消光构件的平面图。

图10是例示一实施方式的变形例中的光学测量装置的概略结构的结构图。

图11是例示一实施方式的第二变形例中的光学测量装置的第一例的第一狭缝构件的平面图。

图12是例示一实施方式的第二变形例中的光学测量装置的第二例的第一狭缝构件的平面图。

图13是例示一实施方式的第二变形例中的光学测量装置的第三例的第一狭缝构件的平面图。

图14是例示一实施方式的第二变形例中的光学测量装置的第四例的第一狭缝构件的平面图。

[符号的说明]

10：光源

11：投光用光纤

20：传感器头

21、21A、21B、21C、21D：第一狭缝构件

21a、21b、21c、21d、21e：第一开口

22：半透反射镜

23：衍射透镜

24：物镜

25：消光构件

26、26A、26B、26C、26D：第二狭缝构件

26a、26b、26c、26d、26e：第二开口

27：受光用光纤

27a：光纤直径

27b：芯径

30：分光器

31：第三狭缝构件

31a：第三开口

32：第一透镜

33：衍射光栅

34：第二透镜

35：受光传感器

36：处理电路

40：光耦合器

41：投光/受光用光纤

90：控制器

100、100A：光学测量装置

AX：光轴

BS：面

DS：衍射面

TA：测量对象物

具体实施方式

以下说明本发明的实施方式。以下的附图的记载中，对于相同或类似的部分，以相同或类似的符号来表示。但是，附图是示意性者。因而，具体的尺寸等应对照以下的说明来判断。而且，在附图相互间中当然也包含彼此的尺寸关系或比率不同的部分。进而，本发明的技术范围不应限定于所述实施方式来解释。

首先，参照图1来说明一实施方式的光学测量装置的结构。图1是例示一实施方式中的光学测量装置100的概略结构的结构图。

如图1所示，光学测量装置100例如包括光源10、投光用光纤11、第一狭缝构件21、半透反射镜(half mirror)22、衍射透镜23、物镜24、消光构件25、第二狭缝构件26、受光用光纤27及分光器30。另外，本实施方式的第一狭缝构件21相当于“第一限制构件”的一例，本实施方式的半透反射镜22相当于“光路分离元件”的一例，本实施方式的衍射透镜23相当于“光学***”的一例，本实施方式的第二狭缝构件26相当于“第二限制构件”的一例。

投光用光纤11的一部分、第一狭缝构件21、半透反射镜22、衍射透镜23、物镜24、消光构件25、第二狭缝构件26及受光用光纤27的一部分被收容或安装于传感器头20。另一方面，光源10、投光用光纤11的一部分、受光用光纤27的一部分及分光器30被收容或安装于控制器90。

但是，光学测量装置100的各部并不限定于分为传感器头20与控制器90的结构。例如，光学测量装置100的各部也可分为三个以上。

光学测量装置100以规定的测量周期来测量从所述装置，具体而言，从传感器头20直至测量对象物TA为止的距离。而且，光学测量装置100也可以规定的测量周期来测量以某位置为基准的距离变化，即，位移。

本实施方式的光学测量装置100是包含共焦光学***而构成的共焦测量装置。共焦光学***中，例如，第一狭缝构件21的第一开口21a且使来自光源10的光的至少一部分通过的第一开口21a、与用于将光导出至分光器30的第二狭缝构件26的第二开口26a共轭地配置。所谓“共轭地配置”，是指将第一开口21a与第二开口26a的配置设计成，若从光源10照射的照明光在第一开口21a的位置构成点光源，则在测量对象物TA的表面上对焦(以下也称作“聚焦”)时，其反射光也同时在第二开口26a处对焦。例如，如后所述，通过了具有线状形状的第一开口21a的光形成线点而照射至测量对象物TA，且使从测量对象物TA反射的经聚焦的波长的光通过第二开口26a而导向分光器30。

光源10构成为，发出包含多个波长成分的光。光源10基于从未图示的控制部输入的控制信号来运行，例如，基于所述控制信号来变更光的光量。

优选的是，光源10发出包含多个波长成分的光。此时，光源10例如包含白色发光二极管(Light Emitting Diode，LED)而构成，产生白色光。由此，在后述的衍射透镜23中，能够容易地使光产生色差。

但是，光源10发出的光只要是包含覆盖对光学测量装置100所要求的距离范围的波长范围的光即可，并不限定于白色光。

投光用光纤11是从光源10传播光的光纤。光纤既可为具有单根芯的单芯，也可为具有多根芯的多芯。投光用光纤11的一端(图1中的右端)与光源10光学连接，其另一端(图1中的左端)与传感器头20光学连接。

优选的是，投光用光纤11包含塑料光纤(Plastic Optical Fiber，POF)。塑料光纤例如与玻璃光纤相比，具有芯径相对于包层(clad)径的比率(比例)大的特征。本实施方式中，例如在光源10的直径为1[mm]的情况下，作为投光用光纤11，使用包层径为1000[μm]、芯径为980[μm]的塑料光纤。

第一狭缝构件21是形成有使光的一部分通过的第一开口21a的限制构件。第一狭缝构件21构成为，从投光用光纤11出射的来自光源10的光的一部分通过第一开口21a。具体而言，第一狭缝构件21被配置成，在投光用光纤11的另一端(图1中的左端)与半透反射镜22之间的投光的光路上，光轴AX通过第一开口21a，由此，来自光源10的光通过第一开口21a。根据此结构，第一开口21a成为光源，在对象物TA上形成与开口形状相同的点。

优选的是，线状的第一开口21a所延伸的方向相对于后述的半透反射镜22所反射的光的方向例如X轴方向为垂直。例如，第一狭缝构件21被配置成，具有线状形状的第一开口21a所延伸的方向为与X轴及Z轴垂直的轴(Y轴)方向。

半透反射镜22构成为，使来自光源10的光的一部分透过而朝向衍射透镜23。而且，半透反射镜22构成为，将来自测量对象物TA的反射光的一部分反射向X轴方向而朝向第二狭缝构件26。半透反射镜22例如被配置成，所述反射的光相对于光轴AX而成为90度的角度。另外，半透反射镜22例如也可用偏振分束器来代替。

这样，半透反射镜22将反射光的光路从来自光源10的光的光路予以分离，由此，例如不再需要使用光耦合器来使反射光从光源的光分支(分波)，从而能够防止因来自第一开口21a的反射光造成的噪声光的产生。

衍射透镜23构成为，使来自光源10的光产生沿着光轴AX方向的色差。具体而言，衍射透镜23具有衍射面DS，所述衍射面DS形成有用于产生色差的衍射图案。物镜24构成为，将产生了色差的光集中照射至测量对象物TA。另外，在包含衍射透镜23及物镜24的透镜群中，也可还包括将光转换成平行光的转换透镜。

消光构件25例如是用于降低串扰的构件。一般而言，所谓串扰，是指未能对焦即聚焦至测量对象物的波长的光入射至狭缝构件的开口的现象。当发生串扰，而未能聚焦的波长的光通过开口被受光传感器接收时，测量对象物的距离或位移的测量精度会发生恶化。

消光构件25构成为，抑制未在第二狭缝构件26中聚焦的波长的光被后述的受光传感器35接收。消光构件25例如包含为了降低串扰而消光的部件、及为了降低串扰而能够遮蔽光的构件中的至少一者。而且，消光构件25例如也可包含(1)吸收光的部件、(2)使光偏向(例如改变光的传播方向等)的部件、(3)使光反射的部件、及(4)使光散射的部件中的至少一个部件。例如，消光构件25也可包含含有不透光或者大致不透光的材料的构件。

消光构件25被配置在从物镜24朝向分光器30的光的路径上。具体而言，消光构件25被配置在衍射透镜23中的位于衍射面DS的相反侧的面BS上。另外，位于衍射面DS的相反侧的面BS优选为平面，但并不限定于此。根据此结构，由于将消光构件25配置在衍射透镜23中的位于衍射面DS的相反侧的面BS上，因此不需要为了配置消光构件25而大幅变更光学测量装置原本的结构，因此能够低成本地进一步提高测量对象物TA的位置的测量精度。

第二狭缝构件26是形成有使光的一部分通过的第二开口26a的限制构件。第二狭缝构件26构成为，由半透反射镜22从来自测量对象物TA的反射光的光路予以分离的光的一部分通过第二开口26a。具体而言，第二狭缝构件26被配置成，被测量对象物TA的表面反射的光朝向物镜24、衍射透镜23、半透反射镜22及第二狭缝构件26聚光而通过第二开口26a。

第二开口26a与前述的第一开口21a同样，具有线状的形状。线状的第二开口26a所延伸的方向例如被配置成为与X轴及Z轴垂直的轴(Y轴)方向。

受光用光纤27是对通过了第二开口26a的光进行传播的光纤。光纤既可为具有单根芯的单芯，也可为具有多根芯的多芯。受光用光纤27被配置成，其一端(图1中的左端)与传感器头20光学连接，且通过了第二开口26a的光入射至所述一端的端面。而且，受光用光纤27的另一端(图1中的右端)与分光器30光学连接。

受光用光纤27与投光用光纤11同样，优选包含塑料光纤。本实施方式中，例如在光源10的直径为1[mm]的情况下，作为受光用光纤27，使用包层径为1000[μm]、芯径为980[μm]的塑料光纤。

分光器30构成为，获取由受光用光纤27所传播的光，对所述光的光谱进行测量。分光器30例如包含第三狭缝构件31、第一透镜32、衍射光栅33、第二透镜34、受光传感器35及处理电路36。

第三狭缝构件31是形成有使光的一部分通过的第三开口31a的限制构件。第三狭缝构件31构成为，由受光用光纤27所传播的反射光的一部分通过第三开口31a。具体而言，第三狭缝构件31被配置成，从受光用光纤27的另一端的端面出射的光入射至第三开口31a而通过。

第三开口31a与前述的第一开口21a及第二开口26a同样，具有线状的形状。线状的第三开口31a所延伸的方向例如被配置成为与X轴及Z轴垂直的轴(Y轴)方向。

第一透镜32构成为，将通过了第三开口31a的反射光转换为大致平行光，衍射光栅33将经转换的反射光分散(也称作“分光”)为每种波长成分，第二透镜34使经分散的反射光聚集。衍射光栅33也可为用于使光分散的其他部件，例如棱镜。

受光传感器35构成为，接收经分散的反射光并对光的光谱进行测量，处理电路36构成为，读出受光传感器35的受光信号。

更详细而言，受光传感器35构成为，对于经分散的反射光，能够针对每种波长成分来检测受光量。受光传感器35是包含多个受光元件而构成。各受光元件是与衍射光栅33的分散方向，即，波长方向对应地呈一维排列。由此，各受光元件对应于经分散的各波长成分的反射光而配置，受光传感器35能够针对每种波长成分来检测受光量。

受光传感器35的一受光元件对应于一像素。因而，也可以说，受光传感器35是构成为，多个像素各自能够检测受光量。另外，各受光元件并不限定于呈一维排列的情况，也可呈二维排列。此时，优选的是，各受光元件例如在衍射光栅33的包含分散方向的检测面上呈二维排列。

各受光元件基于从处理电路36输入的控制信号，根据在规定的曝光时间的期间所接收的光的受光量来蓄积电荷。并且，各受光元件基于从处理电路36输入的控制信号，在曝光时间以外，即，在非曝光时间的期间，输出与所保存的电荷相应的电信号。由此，在曝光时间所接收的受光量被转换为电信号，受光传感器35的受光信号被读出。

这样，受光传感器35对通过了第三狭缝构件31的第三开口31a的光的光谱进行测量，由此，能够通过第三开口31a来形成所需形状的光，因此，例如通过使第三开口31a所延伸的方向(长边方向)与受光传感器35的各受光元件的长边方向对应，从而能够增加受光元件中的受光量。

处理电路36基于受光传感器35的受光信号，由所接收的光的波长及光量来换读成直至测量对象物TA为止的距离。处理电路36根据受光传感器35的受光信号，能够获得受光传感器35的每个受光元件即每种波长的受光量的分布信号(以下简称作“受光量分布信号”)。处理电路36将所述受光量分布信号输出至未图示的控制部。

本实施方式中，作为第三狭缝构件31，采用线状的狭缝，作为受光传感器35，采用多个受光元件呈一维排列而成的一维互补型金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)影像传感器。即，光学测量装置100是以一维测量为前提。这样，受光传感器35包含呈一维排列的多个受光元件，由此，与多个受光元件呈二维排列的情况相比，能够低成本地对测量对象物TA进行测量。

另外，光学测量装置100例如也可采用二维CMOS影像传感器来作为受光传感器35。

接下来，参照图2来说明一实施方式的光学测量装置的测量误差。图2是例示一实施方式中的光学测量装置100对测量对象物TA的测量的概要图。

在对测量对象物TA的位移进行测量的情况下，如图2所示，一边使传感器头20及测量对象物TA中的至少一者沿一方向(图2中的X轴方向)移动，一边从传感器头20对测量对象物TA照射光，并使其反射光在传感器头20中聚光。由此，对测量对象物TA的表面进行扫描，对从传感器头20直至测量对象物TA的表面为止的距离变化即位移进行测量。此时，光学测量装置100为位移测量装置。

一般可认为，此种测量中的精度即测量误差与大致因以下的三个主要原因引起的误差的合计大致相等。即，线性误差、分辨率误差及移动分辨率误差。线性误差是关于测量输出相对于位移量的直线性(线性)，而相对于理想直线的误差(偏离)。分辨率误差是将传感器头20及测量对象物TA设为静止状态时的测定值的误差(偏差)。移动分辨率误差是使传感器头20及测量对象物TA中的至少一者移动时的测定值的误差(偏差)。

如图2所示，在测量对象物TA例如是被实施了切削加工或发纹(hairline)加工的金属的情况下，其表面成为具有细微凹凸的粗糙面。在对测量对象物TA的粗糙面进行扫描时的测量误差中，已知移动分辨率误差相对较大。因此，在对具有粗糙面的测量对象物TA进行测量的情况下，要降低测量误差，重要的是提高移动分辨率。

另一方面，例如在对实施了镜面加工等的面进行扫描的情况下，所述测量误差中，移动分辨率误差非常小。因而，与图2所示的示例不同，在对具有镜面的测量对象物进行测量的情况下，要降低测量误差，重要的是提高线性误差及分辨率误差。

而且，若加大照射至测量对象物TA的光的直径(以下称作“点径”)，则基于在点径内聚焦的波长的测量值得以平均化。即，已知的是，在对粗糙面进行测量时，通过加大点径，能够使粗糙面的凹凸平均化，从而有效地降低粗糙面的测量误差。

接下来，参照图3来说明一实施方式的光学测量装置的点径与景深的关系。图3是用于说明共焦方式的光学测量装置的性能的概念图。

图3所示的共焦方式的光学测量装置的传感器头SH中，若将对来自未图示的光源的光进行传播的光纤OF的芯径设为φp，衍射透镜群L1的焦距设为f1，物镜群L2的焦距设为f2，则景深如以下的式(1)那样表示。

景深∝2＊(f2)²＊φp/[f1＊{(1/2f1)²+1}^1/2]…(1)

根据式(1)可明确的是，景深与光纤F的芯径φp和物镜群L2的焦距f2的平方成正比关系，与衍射透镜群L1的焦距f1成反比关系。而且，已知的是，景深越小，则线性及分辨率等性能越高，与景深成反比关系。

进而，已知的是，景深与受光量分布信号的半峰宽大致相等。半峰宽是作为表示高斯分布的扩展程度的指标而已知。在受光量分布信号的情况下，半峰宽例如是受光量的波峰(最大值)的50％的受光量的线与受光量分布信号的两个交点的长度(宽度)即半峰全宽。以下的说明中，除了特别明示的情况以外，半峰宽是指半峰全宽。

另一方面，图3所示的共焦方式的光学测量装置中，点径如以下的式(2)那样表示。

点径∝φp＊f2＊f1^-1…(2)

根据式(2)可明确的是，点径与光纤F的芯径φp和物镜群L2的焦距f2成正比关系，与衍射透镜群L1的焦距f1成反比关系。即，若加大点径，则景深也变大(变深)，因此线性及分辨率等性能将下降。

此处，参照图4来说明以往例的光学测量装置中的受光量分布信号。图4是例示使用针孔的共焦方式的光学测量装置的受光量分布信号的图表。图4中，横轴为波长，纵轴为受光量。测量场所1、测量场所2及测量场所3是如图2所示，使传感器头20沿X轴方向移动而进行测量时的、测量对象物TA的面上的测量场所，且分别表示X轴方向的不同场所。而且，在测量场所2及测量场所3的图表中，以虚线表示在测量场所1处测量出的受光量分布信号。

图4所示的受光量分布信号是表示每种波长的受光量分布的波形。在使用针孔的共焦方式的光学测量装置中，在受光传感器中执行光的点测量。此时，通过将点径设定得小，从而如图4所示，受光量分布信号的半峰宽变窄，从而能够提高线性及分辨率等性能。

另一方面，根据测量场所2及测量场所3的图表可明确的是，根据测量场所，成为受光量的波峰(最大值)的波长剧烈变动。因此，因移动分辨率造成的误差变大。

接下来，参照图5来说明一实施方式的光学测量装置中的受光量分布信号。图5是例示一实施方式中的光学测量装置100的受光量分布信号的图表。图5中，横轴为波长，纵轴为受光量。测量场所1、测量场所2及测量场所3如图2所示，是使传感器头20沿X轴方向移动而进行测量时的、测量对象物TA的面上的测量场所，且分别表示X轴方向的不同场所。而且，在测量场所2及测量场所3的图表中，以虚线表示在测量场所1处测量出的受光量分布信号。

图5所示的受光量分布信号与图4同样，是表示每种波长的受光量分布的波形。本实施方式的光学测量装置100中，使用第一狭缝构件21来将来自光源10的光照射至测量对象物TA，因此借由光通过线状的第一开口21a而生成与第一开口21a为同形状的线光源，在测量对象物TA的面上形成线状的线点。

因此，如图5所示，光学测量装置100的受光量分布信号与图4所示的以往例同样，能够缩窄半峰宽，从而能够将线性及分辨率等性能维持得高。

而且，来自测量对象物TA的反射光的一部分通过第二狭缝构件26的第二开口26a，所通过的光具有在测量对象物TA的面上的呈线状连续的多个点处的距离信息(高度信息)。由于使用受光用光纤27来对通过了第二开口26a的光进行传播，因此通过了第二开口26a的光受到交混。其结果，成为下述状态，即，测量对象物TA的面的线点所延伸的一方向上的位置信息丢失，另一方面，在线点所延伸的一方向上聚焦的多个点处的距离信息(高度信息)受到积分。

本实施方式中，使用第一开口21a及第二开口26a分别具有线状形状的示例来进行了说明，但并不限定于此。例如，第一开口21a及第二开口26a只要分别为包含多个针孔的形状即可。此时，第一开口21a及第二开口26a能够获得共焦效果与使粗糙面的凹凸平均化的效果这两者。另外，第一开口21a及第二开口26a中的线状形状能够视为将多个针孔连续配置而成的形状。

这样，第一狭缝构件21的第一开口21a具有包含多个针孔的形状，由此，无须加大开口的短径方向的点径，便能够在测量对象物TA的面上形成沿一方向延伸的线点，因此能够维持景深而不会使其变化。因而，能够抑制线性及分辨率等性能的下降。而且，通过了第二狭缝构件26的第二开口26a的反射光由受光用光纤27进行传播，由此，成为下述状态，即，通过了第二开口26a的光受到交混，而在线点所延伸的一方向上聚焦的多个点处的距离信息(高度信息)受到积分，因此线点内的粗糙面的凹凸得以平均化，能够抑制聚焦的波长的测量场所引起的变动。因而，能够降低测量对象物TA的粗糙面的测量误差。

而且，光学测量装置100是对测量对象物的位移进行测量的位移测量装置，由此，能够容易地实现降低测量对象物TA的粗糙面的位移测量误差的位移测量装置。

接下来，参照图6及图7来说明一实施方式的光学测量装置的第一狭缝构件至第三狭缝构件。图6是例示一实施方式中的光学测量装置100的第二狭缝构件26的平面图。图7是例示一实施方式中的光学测量装置100的第三狭缝构件31的平面图。另外，为了简化说明，在图6中对第二狭缝构件26进行说明，第一狭缝构件21与第二狭缝构件26相同或大致相同，因此省略图示及其说明。

如图6所示，第二狭缝构件26具有在Y轴及Z轴上俯视时呈矩形的形状，第二开口26a具有沿一方向(图6中的Y轴方向)延伸的线状形状。更详细而言，第二开口26a具有Y轴方向长而Z轴方向短的长方形的形状。第二开口26a例如Y轴方向的长度为1000[μm]，Z轴方向的长度为50[μm]。第二开口26a的形状对应于第一开口21a的形状。因而，未图示的第一开口21a与第二开口26a同样，具有沿一方向延伸的线状形状且长方形的形状。

另外，如图6所示，第二开口26a的线状形状也可为多个。未图示的第一开口21a的线状形状与第二开口26a同样，也可为多个。而且，第二开口26a的形状也可为使至少一个角部带有弧度(R)或实施了倒角等的大致长方形。进而，第二开口26a的形状只要为线状且与第一开口21a的形状对应，则也可为其他形状，例如多边形(除了正方形以外)或椭圆形。

这样，第一开口21a具有线状的形状，第二开口26a的形状对应于第一开口21a的形状，由此，能够容易地在测量对象物TA的面上形成沿一方向延伸的线点。

而且，优选的是，如图6所示，在第二狭缝构件26，形成有多个第二开口26a，在未图示的第一狭缝构件21，也形成有多个第一开口21a。由此，能够使线点内的粗糙面的凹凸进一步平均化，并且借由增加通过第二开口26a的光量，从而能够高速地进行测量对象物TA的测量。

如图7所示，第三狭缝构件31具有在Y轴及Z轴上俯视时呈矩形的形状，第三开口31a具有沿一方向(图7中的Y轴方向)延伸的线状形状。更详细而言，第三开口31a具有Y轴方向长而Z轴方向短的长方形的形状。另外，第三开口31a的形状与第二开口26a同样，也可为大致长方形，还可为多边形(除了正方形以外)或者椭圆形等。

接下来，参照图8来说明一实施方式的光学测量装置的投光用光纤及受光用光纤。图8是例示一实施方式中的光学测量装置100的受光用光纤27的端面的平面图。另外，图8所示的受光用光纤27的端面为第二狭缝构件26侧的端面，以虚线表示第二狭缝构件26的第二开口26a。而且，为了简化说明，在图8中对受光用光纤27进行说明，投光用光纤11与受光用光纤27相同或大致相同，因此省略图示及其说明。

如图8所示，受光用光纤27是前述的塑料光纤。受光用光纤27中，芯径27b相对于包层径27a的比率(比例)大。由此，与其他种类的光纤相比，能够加大芯径27b相对于光纤直径27a的比率(比例)，因此能够更多地导入来自第二狭缝构件26的第二开口26a的光，从而能够使线点内的粗糙面的凹凸进一步平均化。

如前所述，在如本实施方式的光学测量装置100那样，使用狭缝构件来将线点照射至测量对象物的面的情况下，来自邻接的测量点的未聚焦的噪声光有可能通过开口而被受光传感器接收。因此，有可能发生因所述噪声光造成的串扰。

接下来，参照图9来说明一实施方式的光学测量装置的消光构件。图9是例示一实施方式中的光学测量装置100的消光构件25的平面图。

如图9所示，消光构件25例如被配置在衍射透镜23中的位于衍射面DS的相反侧的面BS上。另外，优选的是，位于衍射面DS的相反侧的面BS为平面，但并不限制于此。根据此结构，由于将消光构件25配置在衍射透镜23中的位于衍射面DS的相反侧的面BS上，因此不需要为了配置消光构件25而大幅变更光学测量装置原本的结构，因此能够低成本地进一步提高测量对象物TA的测量精度。

消光构件25只要构成为抑制未在第二狭缝构件26中聚焦的波长的光在受光传感器35中被接收即可。因而，消光构件25并不限定于配置于衍射透镜23的情况。例如，消光构件25是在图1所示的来自测量对象物TA的反射光的光路上配置在物镜24与分光器30中所含的衍射光栅33之间。具体而言，消光构件25也可被配置在物镜24、第一透镜32或衍射光栅33上。另外，消光构件25并不限定于被配置在透镜或构件上的情况，也可作为独立的构件而配置在物镜24与衍射光栅33之间。根据此结构，能够将消光构件25在反射光的光路上配置在物镜24与衍射光栅33之间，因此与消光构件25的配置位置相关的自由度提高。

而且，消光构件25具有与第二狭缝构件26中的第二开口26a的形状对应的形状。具体而言，如图9所示，消光构件25具有线状的形状。根据此结构，通过配置与第二狭缝构件26中的第二开口26a的形状相应的形状的消光构件25，从而能够有效地降低串扰。进而，消光构件25被配置成，对应于第二狭缝构件26中的第二开口26a的配置位置。根据此结构，通过在与第二狭缝构件26中的第二开口26a的配置位置相应的位置配置消光构件25，从而能够适当地配置而有效地降低串扰。

另外，配置消光构件25的范围也可根据光的强度或扩展等而适当设定。进而，消光构件25的厚度也可根据消光构件25中所含的材料、构件的内容或各透镜的配置状况而适当设定。

这样，将消光构件25配置在反射光的光路上，以抑制未在第二狭缝构件26中聚焦的波长的光被受光传感器35接收，由此，能够降低串扰，从而能够提高测量对象物TA的测量精度。

(第一变形例)

接下来，参照图10来说明一实施方式的光学测量装置的第一变形例。另外，对于与图1至图9所示的光学测量装置相同或类似的结构标注相同或类似的符号，并适当省略其说明。而且，关于同样的结构带来的同样的作用效果不再逐次提及。

图10是例示一实施方式的第一变形例中的光学测量装置100A的概略结构的结构图。

图10所示的光学测量装置100A与图1所示的光学测量装置100的不同之处在于，取代半透反射镜22及第二狭缝构件26而包括光耦合器40及投光/受光用光纤41。

如图10所示，构成为，反射光的光路不从来自光源10的光的光路予以分离，被测量对象物TA的表面反射的光朝向物镜24、衍射透镜23及第一狭缝构件21聚光而通过第一开口21a。即，图10所示的光学测量装置100A中，形成有使来自光源10的光的一部分通过的第一开口的第一限制构件、与形成有使测量对象物TA的反射光的一部分通过的第二开口的第二限制构件为相同的第一狭缝构件21。由此，将包括单个限制构件，因此与包括多个限制构件的情况相比，能够低成本地提高测量对象物TA的测量精度。

投光用光纤11的一端(图10中的右端)与光源10光学连接，且受光用光纤27被配置成，其一端(图10中的右端)与第三狭缝构件31光学连接，从所述一端的端面出射的光通过第三开口31a。投光用光纤11的另一端(图10中的左端)及受光用光纤27的另一端(图10中的左端)、与投光/受光用光纤41的另一端(图10中的右端)经由光耦合器40而光学耦合。

投光/受光用光纤41是对光进行传播的光纤。光纤既可为具有单根芯的单芯，也可为具有多根芯的多芯。

光耦合器40构成为，将测量对象物TA的反射光从来自光源10的光予以分支。光耦合器40例如包含熔接延伸型(也称作熔融延伸型)的光耦合器而构成。

具体而言，光耦合器40将从投光用光纤11入射的光传输至投光/受光用光纤41，并且对从投光/受光用光纤41入射的光进行分割并分别传输至投光用光纤11及受光用光纤27。另外，通过光耦合器40从投光/受光用光纤41传输至投光用光纤11的光在光源10中终止。

这样，光耦合器40将测量对象物TA的反射光从来自光源10的光予以分支，由此，包括单个限制构件，从而能够容易地实现降低粗糙面的测量误差的光学测量装置100A。

(第二变形例)

接下来，参照图11至图14来说明一实施方式的光学测量装置的第二变形例。另外，对于与图1至图9所示的光学测量装置相同或类似的结构标注相同或类似的符号，并适当省略其说明。而且，关于同样的结构带来的同样的作用效果不再逐次提及。

图11是例示一实施方式的第二变形例中的光学测量装置100的第一例的第一狭缝构件21A的平面图。图12是例示一实施方式的第二变形例中的光学测量装置100的第二例的第一狭缝构件21B的平面图。图13是例示一实施方式的第二变形例中的光学测量装置100的第三例的第一狭缝构件21C的平面图。图14是例示一实施方式的第二变形例中的光学测量装置100的第四例的第一狭缝构件21D的平面图。另外，为了简化说明，在图11至图14中，对第一狭缝构件21A、第一狭缝构件21B、第一狭缝构件21C及第一狭缝构件21D分别进行说明。第二狭缝构件26A、第二狭缝构件26B、第二狭缝构件26C、第二狭缝构件26D与对应的第一狭缝构件21A、第一狭缝构件21B、第一狭缝构件21C、第一狭缝构件21D相同或大致相同。即，第二狭缝构件26A、第二狭缝构件26B、第二狭缝构件26C、第二狭缝构件26D的第二开口26b、第二开口26c、第二开口26d、第二开口26e与对应的第一狭缝构件21A、第一狭缝构件21B、第一狭缝构件21C、第一狭缝构件21D的第一开口21b、第一开口21c、第一开口21d、第一开口21e相同或大致相同。因此，第二狭缝构件26A、第二狭缝构件26B、第二狭缝构件26C、第二狭缝构件26D省略图示及其说明。

第二变形例中的光学测量装置100与图1至图9所示的光学测量装置100大致相同，但不同之处在于包括开口与第一狭缝构件21不同的第一狭缝构件21A、第一狭缝构件21B、第一狭缝构件21C及第一狭缝构件21D与开口与第二狭缝构件26不同的第二狭缝构件26A、第二狭缝构件26B、第二狭缝构件26C及第二狭缝构件26D。

如图11所示，在第一例的第一狭缝构件21A中，形成有一个第一开口21b。第一开口21b具有在Y轴及X轴上俯视时呈矩形的形状，且具有沿一方向(图11中的Y轴方向)延伸的线状形状。更详细而言，第一开口21b具有Y轴方向长而X轴方向短的长方形的形状。

另外，第一开口21b的形状并不限定于沿一方向延伸的直线状的情况。第一开口21b的形状例如也可为半圆的形状等在Y轴及X轴上俯视时的曲线状。而且，关于第二狭缝构件26A也同样，第二开口的形状也可为曲线状。

如图12所示，在第二例的第一狭缝构件21B中，形成有包含多个针孔且配置成一列的第一开口21c。第一开口21c的各针孔具有在Y轴及X轴上俯视时呈圆形或大致圆形的形状，且沿一方向(图12中的Y轴方向)配置。

如图13所示，在第三例的第一狭缝构件21C中，形成有两个第一开口21d。各第一开口21d与图11所示的第一开口21b同样，具有在Y轴及X轴的俯视时呈矩形的形状，且具有沿一方向(图13中的Y轴方向)延伸的线状的形状。

另外，并不限定于形成有两个第一开口21d的情况，在第一狭缝构件21C中，也可形成有三个以上的多个第一开口。而且，两个第一开口21b并不限定于彼此平行的情况。两个第一开口21b例如也可配置成，在Y轴及X轴上俯视时形成规定的角度θ(0°＜θ≦90°)。此时，当规定的角度θ为90°时，两个第一开口21d中的其中一者沿着一方向(图13中的Y轴方向)延伸，另一者沿着正交的另一方向(图13中的X轴方向)延伸。

如图14所示，在第四例的第一狭缝构件21D中，形成有包含多个针孔且配置成两列的第一开口21e。第一开口21e的各针孔与图12所示的第一开口21c的各针孔同样，具有在Y轴及X轴上俯视时呈圆形或大致圆形的形状，且沿一方向(图14中的Y轴方向)配置。而且，包含多个针孔的各列是彼此平行地配置。

另外，包含多个针孔的第一开口21e并不限定于配置成两列的情况。第一开口21e也可将多个针孔配置成三列以上的多列。

这样，即便是第一狭缝构件21A、第一狭缝构件21B、第一狭缝构件21C及第一狭缝构件21D的结构，第一开口21b、第一开口21c、第一开口21d及第一开口21e也成为光源，从而在对象物TA上形成与开口形状相同的点。并且，第二变形例中的光学测量装置100包括第一狭缝构件21A、第一狭缝构件21B、第一狭缝构件21C及第一狭缝构件21D与对应的第二狭缝构件26A、第二狭缝构件26B、第二狭缝构件26C及第二狭缝构件26D，由此，能够获得共焦效果与使粗糙面的凹凸平均化的效果这两者。

以上，对本发明的例示性的实施方式进行了说明。根据本发明的一实施方式的光学测量装置100、光学测量装置100A，第一狭缝构件21、第一狭缝构件21A、第一狭缝构件21B、第一狭缝构件21C、第一狭缝构件21D的第一开口21a、第一开口21b、第一开口21c、第一开口21d、第一开口21e具有包含多个针孔的形状。由此，无须加大开口的短径方向的点径，便能够在测量对象物TA的面上形成沿一方向延伸的线点，因此能够维持景深而不会使其变化。因而，能够抑制线性及分辨率等性能的下降。而且，通过了第二狭缝构件26、第二狭缝构件26A、第二狭缝构件26B、第二狭缝构件26C、第二狭缝构件26D的第二开口的反射光由受光用光纤27进行传播。由此，成为下述状态，即，通过了第二开口的光受到交混，而在线点所延伸的一方向上聚焦的多个点处的距离信息(高度信息)受到积分，因此线点内的粗糙面的凹凸得以平均化，能够抑制聚焦的波长的测量场所引起的变动。因而，能够降低测量对象物TA的粗糙面的测量误差。

(附注1)

一种光学测量装置100、100A，包括：

光源10，输出多个波长的光；

第一限制构件21、21A、21B、21C、21D，形成有使来自所述光源10的光的一部分通过的第一开口21a、21b、21c、21d、21e；

光学***，用于使通过了所述第一开口21a、21b、21c、21d、21e的光沿着光轴产生色差；

物镜24，将产生了色差的所述光照射至测量对象物TA；

第二限制构件26、26A、26B、26C、26D，形成有使照射至所述测量对象物TA的光的反射光的一部分通过的第二开口26a、26b、26c、26d、26e；

光纤，对通过了所述第二开口的光进行传播；以及

受光传感器35，获取所述传播的光，对所述光的光谱进行测量，

所述第一开口21a、21b、21c、21d、21e及所述第二开口26a、26b、26c、26d、26e分别具有包含多个针孔的形状。

Claims (11)

1.一种光学测量装置，包括：

光源，输出多个波长的光；

第一限制构件，形成有使来自所述光源的光的一部分通过的第一开口；

光学***，用于使通过了所述第一开口的光沿着光轴产生色差；

物镜，将产生了色差的所述光照射至测量对象物；

第二限制构件，形成有使照射至所述测量对象物的光的反射光的一部分通过的第二开口；

光纤，对通过了所述第二开口的光进行传播；以及

受光传感器，获取所述传播的光，对所述光的光谱进行测量，

所述第一开口及所述第二开口分别具有包含多个针孔的形状。

2.根据权利要求1所述的光学测量装置，其中

所述受光传感器包含呈一维排列的多个受光元件。

3.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，还包括：

第三限制构件，形成有使所述传播的光的一部分通过的第三开口，

所述受光传感器对通过了所述第三开口的光的光谱进行测量。

4.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，还包括：

消光构件，被配置在所述反射光的光路上，以抑制未在所述第二限制构件中聚焦的波长的光被所述受光传感器接收。

5.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，其中

所述第一开口具有线状的形状，

所述第二开口的形状对应于所述第一开口的形状。

6.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，还包括：

光路分离元件，将所述反射光的光路从来自所述光源的光的光路予以分离，

所述第二开口被配置成，使经所述光路分离元件分离的所述反射光的一部分通过。

7.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，其中

所述第一限制构件与所述第二限制构件为同一构件。

8.根据权利要求7所述的光学测量装置，还包括：

光耦合器，将所述反射光从来自所述光源的光予以分支。

9.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，其中

来自所述光源的光为白色光。

10.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，其中

所述光学测量装置是对所述测量对象物的位移进行测量的位移测量装置。

11.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，其中

所述第一限制构件形成有多个所述第一开口，

所述第二限制构件形成有多个所述第二开口。

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