本發(fā)明涉及光學(xué)測量裝置，能夠以白光共聚焦方式對測量對象物的表面形狀等進(jìn)行測量。

背景技術(shù)：

作為對測量對象物的表面形狀等進(jìn)行檢查的設(shè)備，已知有白光共聚焦方式的光學(xué)測量裝置。例如，在日本特開2012-208102號公報(專利文獻(xiàn)1)中，公開了利用共聚焦光學(xué)系統(tǒng)以非接觸方式對測量對象物的位移進(jìn)行測量的共聚焦測量裝置。

在國際公開第2014/076649號手冊(專利文獻(xiàn)2)中，公開了在共同的測量頭導(dǎo)向裝置內(nèi)互相接近地配置多個點，并利用不同的檢測器同時對各個點進(jìn)行測量，從而對測量對象物的表面形狀進(jìn)行測量的結(jié)構(gòu)。

在國際公開第02/02012號手冊(專利文獻(xiàn)3)中，公開了利用二維矩陣光電傳感器對測量對象物進(jìn)行三維測量的結(jié)構(gòu)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2012-208102號公報

專利文獻(xiàn)2：國際公開第2014/076649號手冊

專利文獻(xiàn)3：國際公開第02/02012號手冊

白光共聚焦方式由于在原理上從照射的光的波長成分中僅利用與距離對應(yīng)的特定的波長成分，因此與使用單色激光的三角測距方式相比光的利用效率低。因此，例如，為更高速地對測量對象物進(jìn)行檢查而提高采樣率時，則存在不能充分確保測量所需的光量的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與上述專利文獻(xiàn)1至3中公開的結(jié)構(gòu)相比，通過提高光的利用效率能夠?qū)崿F(xiàn)更高的采樣率。

根據(jù)本發(fā)明的一個光學(xué)測量裝置，其中，具有：光源，其產(chǎn)生具有多個波長成分的照射光；光學(xué)系統(tǒng)，其對來自光源的照射光產(chǎn)生軸向色差，并且接收來自測量對象物的反射光，該測量對象物的至少一部分配置在光軸的延長線上；受光部，其包括分光器和檢測器，所述分光器將在光學(xué)系統(tǒng)接收的反射光分離為各個波長成分，在所述檢測器中與分光器的分光方向?qū)?yīng)地一維配置有多個受光元件；導(dǎo)光部，其包括將光學(xué)系統(tǒng)和受光部光學(xué)連接的多個纖芯(core)；以及處理部，其基于受光部的多個受光元件的各個檢測值，計算出從光學(xué)系統(tǒng)到測量對象物的距離。導(dǎo)光部和受光部構(gòu)成為，在從光學(xué)系統(tǒng)側(cè)向多個所述纖芯所包含的第一纖芯提供第一波長的第一光時，多個受光元件中入射該第一光的受光元件，與從光學(xué)系統(tǒng)側(cè)向多個纖芯所包含的第二纖芯提供第一波長的第二光時，多個受光元件中入射該第二光的受光元件的至少一部分共用。

優(yōu)選地，與受光部光學(xué)連接的導(dǎo)光部配置成，該導(dǎo)光部所包含的多個纖芯的排列方向和與多個受光元件的排列方向正交的方向具有對應(yīng)關(guān)系。

優(yōu)選地，處理部一并獲取從多個纖芯分別照射的多個光向單一受光元件入射而生成的檢測值。

本發(fā)明的另一個光學(xué)測量裝置，其中，具有：光源，其產(chǎn)生具有多個波長成分的照射光；光學(xué)系統(tǒng)，其對來自光源的照射光產(chǎn)生軸向色差，并且接收來自測量對象物的反射光，該測量對象物的至少一部分配置在光軸的延長線上；受光部，其包括分光器和檢測器，所述分光器將在光學(xué)系統(tǒng)接收的反射光分離為各個波長成分，在所述檢測器的檢測面上二維配置有多個受光元件；導(dǎo)光部，其包括將光學(xué)系統(tǒng)和受光部光學(xué)連接的多個纖芯；以及處理部，其計算出從光學(xué)系統(tǒng)到測量對象物的距離。處理部，基于第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的位置關(guān)系，從受光部的多個受光元件的各個檢測值計算出距離，所述第一區(qū)域是從光學(xué)系統(tǒng)側(cè)向多個纖芯所包含的第一纖芯提供第一波長的第一光時，該第一光入射的檢測面上的區(qū)域，所述第二區(qū)域是從光學(xué)系統(tǒng)側(cè)向多個纖芯所包含的第二纖芯提供第一波長的第二光時，該第二光入射的檢測面上的區(qū)域。

優(yōu)選地，處理部基于從多個纖芯照射的相同波長的光的光點(spot)向檢測器的檢測面入射而生成的強度分布，推定出適合各個波長的檢測的區(qū)域。

優(yōu)選地，處理部確定檢測器的檢測面中用于對包含在反射光的各個波長進(jìn)行檢測的各個局部區(qū)域。

優(yōu)選地，受光部還包括縮小光學(xué)系統(tǒng)，所述縮小光學(xué)系統(tǒng)配置在到檢測器為止的光學(xué)路徑上，并對在導(dǎo)光部所包含的多個纖芯中傳播并向受光部入射的、來自測量對象物的反射光的光點直徑進(jìn)行縮小。

優(yōu)選地，縮小光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成為，在與檢測器的檢測面的縱橫比例對應(yīng)的特定方向上更加大幅度地縮小來自測量對象物的反射光的光點直徑。

優(yōu)選地，光學(xué)測量裝置還包括選擇部，所述選擇部能夠向?qū)Ч獠克亩鄠€纖芯中的各個纖芯有選擇地提供來自光源的照射光。處理部根據(jù)測量對象物的形狀，切換用于將照射光向測量對象物照射的纖芯。

優(yōu)選地，從導(dǎo)光部向光學(xué)系統(tǒng)射出照射光的端面構(gòu)成為，具有比導(dǎo)光部的纖芯和包層的界面的臨界角大的傾斜角。

優(yōu)選地，導(dǎo)光部包括配置成卷繞棒狀構(gòu)件的周圍的光纖。

根據(jù)本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比通過提高光的利用效率，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的采樣率。

附圖說明

圖1是用于說明白光共聚焦方式的距離測量原理的圖。

圖2a、圖2b是用于說明本實施方式的光學(xué)測量裝置采用的纖芯的并排的示意圖。

圖3是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置的裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置的受光部的配置例的示意圖。

圖5a、圖5b是用于說明在本實施方式的光學(xué)測量裝置中利用線性傳感器實現(xiàn)的檢測器44的示意圖。

圖6a、圖6b是用于說明在本實施方式的光學(xué)測量裝置采用一維傳感器作為檢測器時檢測反射光的狀態(tài)的示意圖。

圖7是示出圖6a所示的波長λ1的光點向檢測器入射時得到的檢測結(jié)果的一例的示意圖。

圖8是用于說明在本實施方式的光學(xué)測量裝置中利用二維傳感器(cmos圖像傳感器)實現(xiàn)的檢測器的示意圖。

圖9是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置中在利用二維傳感器實現(xiàn)的檢測器44設(shè)定的讀取區(qū)域的一例的示意圖。

圖10a、圖10b是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置中在由二維傳感器構(gòu)成的檢測器的測量處理順序的流程圖。

圖11是用于說明在本實施方式的光學(xué)測量裝置中利用二維傳感器(ccd圖像傳感器)實現(xiàn)的檢測器的示意圖。

圖12是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置的受光部所包括的縮小光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成例的示意圖。

圖13是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置的受光部所包括的縮小光學(xué)系統(tǒng)的另一構(gòu)成例的示意圖。

圖14a、圖14b是示出包含四個纖芯的光纖束的剖面形狀的一例的圖。

圖15a、圖15b是示出對圖14a、圖14b所示的光纖束中產(chǎn)生的串?dāng)_(crosstalk)量進(jìn)行評價的結(jié)果例的圖。

圖16是用于說明光在光纖端面的傳播的示意圖。

圖17a至圖17c是用于說明本實施方式的光學(xué)測量裝置的照射光對對象物的照射狀態(tài)的示意圖。

圖18是用于說明圖17a至圖17c所示的照射模式的變更應(yīng)用例的示意圖。

圖19是示出本實施方式的另一光學(xué)測量裝置的裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1、1a：光學(xué)測量設(shè)備2：測量對象物(對象物)

10：光源12：多路復(fù)用器(multiplexer)

20、20a：導(dǎo)光部21、21a：輸入側(cè)光纜

22、22a：輸出側(cè)光纜23：合波/分波部

23a、231、232：耦合器24、24a：傳感頭側(cè)光纜

30：傳感頭32：色差單元

34：物鏡40：受光部

41：準(zhǔn)直透鏡42：分光器

43：縮小光學(xué)系統(tǒng)44：檢測器

45：讀取電路50：處理部

202：纖芯204：包層

206：包覆層208：外護(hù)層

241、243、245：光纜242：多芯連接器

404：光纜固定構(gòu)件431：聚焦透鏡

432：柱面透鏡440：線性傳感器

442：受光元件444、446：圖像傳感器

447：外圍電路

具體實施方式

參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。此外，對于附圖中的相同或者相應(yīng)的部分，標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記且不重復(fù)其說明。

＜a.概要＞

首先，說明利用本實施方式的光學(xué)測量裝置來解決的課題和用于實現(xiàn)該課題的結(jié)構(gòu)的概要。

圖1是用于說明白光共聚焦方式的距離測量原理的圖。參照圖1，光學(xué)測量裝置1包括光源10、導(dǎo)光部20、傳感頭30、受光部40及處理部50。傳感頭30包括色差單元32和物鏡34，受光部40包括分光器42和檢測器44。

在光源10中產(chǎn)生的具有規(guī)定波長區(qū)域的照射光，在導(dǎo)光部20中傳播并到達(dá)至傳感頭30。在傳感頭30中，來自光源10的照射光被物鏡34聚焦并向測量對象物2(以下簡稱為“對象物2”)照射。照射光因穿過色差單元32而產(chǎn)生軸向色差，因此從物鏡34照射的照射光的焦點位置根據(jù)每個波長各不相同。在對象物2的表面反射的波長中，只有焦點聚在對象物2的波長的光，才會再入射至傳感頭30的導(dǎo)光部20中成為共聚焦的光纖。以下，為了便于說明，將焦點聚在對象物2的波長的光作為測量光被檢測的狀態(tài)，還表示為“僅反射特定的波長”的狀態(tài)。再入射至傳感頭30的反射光在導(dǎo)光部20中傳播并向受光部40入射。在受光部40中，入射至分光器42的反射光分離為各個波長成分，并在檢測器44檢測出各個波長成分的強度。處理部50基于檢測器44的檢測結(jié)果，計算出從傳感頭30到對象物2的距離(位移)。

在圖1所示的一例中，例如，包含多個波長λl、λ2、λ3的照射光被波長色散，在光軸ax上的各個不同位置(焦點位置1、焦點位置2、焦點位置3)成像。在光軸ax上，由于對象物2的表面與焦點位置2一致，因此照射光中僅波長λ2的成分被反射。在受光部40中檢測波長λ2的成分，從而計算出從傳感頭30到對象物2的距離為與波長λ2的焦點位置相當(dāng)?shù)木嚯x。

構(gòu)成受光部40的檢測器44的多個受光元件中接收反射光的受光元件，根據(jù)針對傳感器30的對象物2的表面形狀而發(fā)生變化，因此能夠從檢測器44的多個受光元件的檢測結(jié)果(像素信息)測量相對于對象物2的距離變化(位移)。

如圖1所示，即使波長λ1、λ2、λ3的照射光向?qū)ο笪?入射，作為反射光被檢測到的只是波長λ2的成分。這樣，白光共聚焦方式在原理上僅利用照射的照射光的波長成分中與距離對應(yīng)的特定的波長成分，因此光的利用效率低。因此，例如，為了更高速地檢查測量對象物的表面形狀而提高采樣率，則會存在不能充分確保測量所需的光量的問題。

針對這種問題，例如，可以考慮增加在光源10中產(chǎn)生的照射光的光量的方法，但是由于能夠用作光源的器件的發(fā)光功率有限，因此很難大幅度地改善光的利用效率。

代替利用光源的措施，可以考慮到：盡可能增大將光源10分別與受光部40和傳感頭30光學(xué)連接的導(dǎo)光部20的傳播容量，或者盡可能降低傳播損失的另一種方法。

具體地，可以考慮使構(gòu)成導(dǎo)光部20的光纖的纖芯大口徑化的方法。通過將纖芯大口徑化，能夠傳播更多光量，但是在白光共聚焦方式的原理上，會產(chǎn)生測量性能(分辨率)變差的缺點。此外，如果將大口徑的光纖用作導(dǎo)光部，還會產(chǎn)生彎曲性變差等可用性方面上的問題。

考慮到這樣的問題，在本實施方式中進(jìn)一步采用如下的另一種方法：通過將構(gòu)成導(dǎo)光部20的光纖的多個纖芯并排，來增加向受光部40入射的反射光的光量。本申請的發(fā)明人通過深入研究發(fā)現(xiàn)了將多個纖芯并排所產(chǎn)生的新課題，并想出了針對該新課題的新的解決方案。以下，對這種新課題以及針對該新課題的新的解決方案進(jìn)行說明。

＜b.多個纖芯并排的概要＞

接著，對本實施方式的光學(xué)測量裝置所采用的多個纖芯并排，說明其概要。圖2a、圖2b是用于說明本實施方式的光學(xué)測量裝置所采用的多個纖芯并排的示意圖。在圖2a中示意性示出了相關(guān)技術(shù)的光學(xué)測量裝置1a的導(dǎo)光部的結(jié)構(gòu)，在圖2b中示意性示出了本實施方式的光學(xué)測量裝置1的導(dǎo)光部的結(jié)構(gòu)。

參照圖2a，光學(xué)測量裝置1a的導(dǎo)光部20a包括：輸入側(cè)光纜21a，其與光源10光學(xué)連接；輸出側(cè)光纜22a，其與受光部40光學(xué)連接；傳感頭側(cè)光纜24a，其與傳感頭30光學(xué)連接。輸入側(cè)光纜21a和輸出側(cè)光纜22a的一端分別與傳感頭側(cè)光纜24a的一端，經(jīng)由具有合波/分波結(jié)構(gòu)的耦合器23a光耦合。耦合器23a為相當(dāng)于y分支耦合器的2×1星形耦合器(雙輸入單輸出/單輸入雙輸出)，將從輸入側(cè)光纜21a入射的光向傳感頭側(cè)光纜24a傳遞，并且對從傳感頭側(cè)光纜24a入射的光進(jìn)行分割并分別向輸入側(cè)光纜21a和輸出側(cè)光纜22a傳遞。

輸入側(cè)光纜21a、輸出側(cè)光纜22a以及傳感頭側(cè)光纜24a均為具有單一纖芯202的光纖，其剖面結(jié)構(gòu)中，在纖芯202的周圍，從纖芯202朝向外周依次設(shè)有包層204、包覆層206以及外護(hù)層208。

與此相對，如圖2b所示，本實施方式的光學(xué)測量裝置1將具有多個纖芯的光纖用作導(dǎo)光部20。更具體地，光學(xué)測量裝置1的導(dǎo)光部20包括：輸入側(cè)光纜21，其與光源10光學(xué)連接；輸出側(cè)光纜22，其與受光部40光學(xué)連接；傳感頭側(cè)光纜24，其與傳感頭30光學(xué)連接。作為構(gòu)成本實施方式的光學(xué)測量裝置1的光纖，可以采用單模光纖，也可以采用多模光纖。

各個輸入側(cè)光纜21和輸出側(cè)光纜22，作為一例由具有兩個纖芯的光纖構(gòu)成。輸入側(cè)光纜21將具有合波/分波結(jié)構(gòu)的耦合器231、232與光源10光耦合。此外，同樣地，輸出側(cè)光纜22將具有合波/分波結(jié)構(gòu)的耦合器231、232與受光部40光耦合。耦合器231、232均為2×2星形耦合器(雙輸入雙輸出和雙輸入雙輸出)。

傳感頭側(cè)光纜24由具有四個纖芯的光纖構(gòu)成，并且用于將耦合器231、232與傳感頭30光學(xué)連接。

耦合器231將從輸入側(cè)光纜21的一個纖芯入射的光向傳感頭側(cè)光纜24的兩個纖芯傳遞，并且將分別從傳感頭側(cè)光纜24的兩個纖芯入射的光混合后進(jìn)行分割并分別向輸入側(cè)光纜21和輸出側(cè)光纜22傳遞。同樣地，耦合器232將從輸入側(cè)光纜21的另一個纖芯入射的光向傳感頭側(cè)光纜24的另外兩個纖芯傳遞，并且將分別從傳感頭側(cè)光纜24的另外兩個纖芯入射的光混合后進(jìn)行分割并分別向輸入側(cè)光纜21和輸出側(cè)光纜22傳遞。

輸入側(cè)光纜21和輸出側(cè)光纜22均為具有兩個纖芯202的光纖，其剖面結(jié)構(gòu)中，在配置有兩組由纖芯202、包層204、包覆層206構(gòu)成的組合的基礎(chǔ)上，在其周圍設(shè)置外護(hù)層208。另一方面，傳感頭側(cè)光纜24為具有四個纖芯202的光纖，其剖面結(jié)構(gòu)中，在配置有四組由纖芯202、包層204、包覆層206構(gòu)成的組合的基礎(chǔ)上，在其周圍設(shè)置外護(hù)層208。

如圖2b所示，在本實施方式中，作為從光源10到傳感頭30的光學(xué)路徑和從傳感頭30到受光部40的光學(xué)路徑，通過使用多個纖芯，能夠使來自對象物2的反射光的光量變得更大，并且芯徑本身并沒有擴(kuò)大，因此測量性能不會變差。此外，本實施方式中，將光源10的光學(xué)擴(kuò)展量(etendue)大于進(jìn)入光纖的光學(xué)擴(kuò)展量作為前提。

圖2b中，例示了作為輸入側(cè)光纜21和輸出側(cè)光纜22采用具有兩個纖芯的光纖，作為傳感頭側(cè)光纜24采用具有四個纖芯的光纖的結(jié)構(gòu)，但并不限于此，也可以采用具有更多纖芯的光纖。

＜c.裝置結(jié)構(gòu)＞

接著，對第一實施方式的光學(xué)測量裝置1的裝置結(jié)構(gòu)的一例進(jìn)行說明。圖3是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置1的裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。

參照圖3，本實施方式的光學(xué)測量裝置1包括光源10、導(dǎo)光部20、傳感頭30、受光部40以及處理部50。

光源10產(chǎn)生具有多個波長成分的照射光，典型的是使用白色led(lightemittingdiode：發(fā)光二極管)實現(xiàn)。如后面所述，由軸向色差產(chǎn)生的焦點位置的位移量，只要能夠產(chǎn)生具有能夠覆蓋要求測量范圍的波長范圍的照射光，就可以使用任何光源。

傳感頭30包括色差單元32和物鏡34，該傳感頭30相當(dāng)于對來自光源10的照射光產(chǎn)生軸向色差，并且接收反射光的光學(xué)系統(tǒng)，該反射光來自至少一部分配置在光軸ax的延長線上的對象物2。

受光部40包括：分光器42，其將在光學(xué)系統(tǒng)的傳感頭30接收的反射光分離為各個波長成分；以及檢測器44，其包括與分光器42的分光方向?qū)?yīng)而配置的多個受光元件。作為分光器42，典型的是采用衍射光柵，但是除此之外也可以采用任意設(shè)備。檢測器44可以使用與分光器42的分光方向?qū)?yīng)的一維配置多個受光元件的線性傳感器(一維傳感器)，也可以使用在檢測面上二維配置多個受光元件的圖像傳感器(二維傳感器)。作為檢測器44，分別對利用一維傳感器和二維傳感器的情況進(jìn)行詳細(xì)說明。

受光部40在分光器42和檢測器44的基礎(chǔ)上，還包括：準(zhǔn)直透鏡41，其用于對從輸出側(cè)光纜22射出的反射光進(jìn)行平行化；讀取電路45，其用于將檢測器44的檢測結(jié)果向處理部50輸出。而且，根據(jù)需要，也可以設(shè)置對在分離器42分離的按照波長的反射光的光點直徑進(jìn)行調(diào)整的縮小光學(xué)系統(tǒng)43。

圖4是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置1的受光部40的配置例的示意圖。參照圖4，對于受光部40而言，在配置各種構(gòu)件的未圖示的基板上立設(shè)有用于固定輸出側(cè)光纜22的光纜固定構(gòu)件404。在輸出側(cè)光纜22的端面的光軸上，固定有準(zhǔn)直透鏡41和分光器42。檢測器44在分光器42的分光方向上定位并配置，在分光器42和檢測器44之間的光學(xué)路徑上配置有縮小光學(xué)系統(tǒng)43。

利用分光器42使入射側(cè)的光軸與分光后的光軸不同，從而能夠?qū)⑹芄獠?0小型化。

處理單元50基于檢測器40的多個受光元件的各個檢測值，計算從傳感頭30到對象物2的距離。

如上所述，本實施方式的光學(xué)測量裝置1采用包括將傳感頭30與受光部40光學(xué)連接的多個纖芯的光導(dǎo)部20。在圖3中，作為一例，輸入側(cè)光纜21和輸出側(cè)光纜22分別采用具有兩個纖芯的光纖，并且傳感頭側(cè)光纜用具有四個纖芯的光纖。不過，只要構(gòu)成各個光纜的光纖的芯數(shù)是多個，就不做特別限定。

在圖3中，示出了為提高可用性，將多根光纜串聯(lián)連接而構(gòu)成傳感頭側(cè)光纜的一例。即，作為傳感頭側(cè)光纜，采用具有多個纖芯的三根光纜241、243、245。光纜241和光纜243之間經(jīng)由多芯連接器242光學(xué)連接，光纜243和光纜245之間經(jīng)由多芯連接器244光學(xué)連接。

此外，具有多個纖芯的光纜，優(yōu)選采用將多個纖芯和包層的組合捆扎并進(jìn)行一體化的光纖束。

導(dǎo)光部20包括合波/分波部23，該合波/分波部23用于將輸入側(cè)光纜21和輸出側(cè)光纜22與傳感頭側(cè)光纜光學(xué)連接。合波/分波部23為2×2星形耦合器(雙輸入雙輸出和雙輸入雙輸出)，包括兩個耦合器231、232。對于合波/分波部23的功能已參照圖2a、圖2b進(jìn)行了說明，因此不重復(fù)其詳細(xì)說明。

這樣，在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中，通過采用多個纖芯，增大向?qū)ο笪?照射的光量，并且增大來自對象物2的反射光的光量。此外，作為合波/分波結(jié)構(gòu)采用耦合器，由此可以在導(dǎo)光部20內(nèi)進(jìn)行光的分離，從而能夠用單個檢測器44接收分別由多個纖芯傳播的、來自對象物2的反射光(檢測光)。

以下，作為典型例，分別對檢測器44采用一維檢測器(所謂的線性傳感器)的結(jié)構(gòu)和采用二維傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

＜d.檢測器的結(jié)構(gòu)和處理：一維傳感器＞

接著，對檢測器44采用了一維傳感器(線性傳感器)的結(jié)構(gòu)和適應(yīng)該結(jié)構(gòu)的處理進(jìn)行說明。

圖5a、圖5b是用于說明在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中利用線性傳感器實現(xiàn)的檢測器44的示意圖。參照圖5a，線性傳感器440包括與分光器42(參照圖3)的分光方向?qū)?yīng)地一維配置的多個受光元件442。分光器42的分光方向，是指連接多個不同波長成分(或者、頻率成分)的光的各個成像位置的方向。因此，在各個受光元件標(biāo)注的元件編號和在受光元件40接收的反射光所包含的波長的長度建立對應(yīng)關(guān)系。

但是，多個受光元件442的配置方向和分光器42的分光方向無需完全相同，只要構(gòu)成為不同波長成分之間能夠識別即可。換句話說，以具有某種波長成分的光向某個受光元件442入射時，波長成分不同的光向不同的受光元件442入射。

多個受光元件442是互相獨立的檢測設(shè)備，各自輸出與受光強度對應(yīng)(即，表示受光量的大小、或者表示受光強度)的信號。如圖5a所示，圖5b示出反射光的光點向線性傳感器440的特定區(qū)域入射時的檢測結(jié)果的一例。如圖5a所示，反射光的光點橫跨元件編號4、5、6的三個受光元件442，因此從這些三個受光元件442各自輸出用于表示噪音以上的受光強度的信號。

處理部50(圖3)基于圖5b所示的受光強度的分布圖，特定受光強度的峰值位置，從與該峰值位置對應(yīng)的波長特定包含在反射光中的波長的主成分，并且從特定了的主成分波長計算從傳感頭30到對象物2的距離(位移)。

本實施方式的光學(xué)測量裝置1，由于采用具有多個纖芯的導(dǎo)光部20，因此與纖芯數(shù)量相應(yīng)的反射光的光束入射至受光部40。因此，需要適當(dāng)?shù)貦z測這些多個光束所包含的波長成分。

此處，在作為檢測器44采用了一維傳感器(線性傳感器)的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)光部20和受光部40以如下方式構(gòu)成：從傳感頭30側(cè)向多個纖芯所包含的第一纖芯提供波長λ1的第一光時，構(gòu)成檢測器44的多個受光元件中入射該第一光的受光元件，與從傳感頭30側(cè)向多個纖芯所包含的第二纖芯提供波長λ1的第二光時，構(gòu)成檢測器44的多個受光元件中入射該第二光的受光元件的至少一部分共用。對于該結(jié)構(gòu)，將參照圖6a、圖6b和圖7進(jìn)行說明。

圖6a、圖6b是用于說明在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中作為檢測器采用一維傳感器時檢測反射光的狀態(tài)的示意圖。在圖6a、圖6b中，將受光元件442一維配置的方向定義為x方向，將與x方向垂直的受光元件442的寬度方向定義為y方向，將與配置多個受光元件442的檢測器44的檢測面垂直的方向定義為z方向。除了另有例外，也同樣適用于以下的說明。

圖6a中示出，分別向?qū)Ч獠?0(輸出側(cè)光纜22)所包含的兩個纖芯(參照圖3)提供具有波長λ1的光時，在檢測器44上產(chǎn)生的兩個光點sp11和sp12的一例。并且，示出分別向該兩個纖芯提供波長λ2的光時，在檢測器44上產(chǎn)生的兩個光點sp21和sp22的一例。為便于說明，在圖6a和圖6b中，將兩個波長λ1和λ2的光點繪制在同一附圖上，但是通常測量時，只有特定的波長成分才能向檢測器44入射。

首先，如果著眼于與波長λ1對應(yīng)的光點sp11和光點sp12，則光點sp11橫跨線性傳感器440的元件編號4、5、6的三個受光元件，對于光斑sp12，也是同樣地橫跨線性傳感器440的元件編號4、5、6的三個受光元件。

另一方面，著眼于與波長λ2對應(yīng)的光點sp21和光點sp22，則光點sp21橫跨線性傳感器440的元件編號14、15的兩個受光元件，對于光斑sp22，也是同樣地橫跨線性傳感器440的元件編號14、15的兩個受光元件。

圖6a中例示了真圓形的光點，通過利用后述的縮小光學(xué)系統(tǒng)，也可將光點的形狀形成為橢圓形。在圖6b中示出將光點形成為橢圓形的情況下，向檢測器44的入射狀態(tài)的一例。

參照圖6b，著眼于與波長λ1對應(yīng)的光點sp31和光點sp32，則光點sp31橫跨線性傳感器440的元件編號1、2、3、4的三個受光元件，對于光斑sp32，橫跨線性傳感器440的元件編號2、3、4的三個受光元件。

另一方面，著眼于與波長λ2對應(yīng)的光點sp41和光點sp42，則光點sp41橫跨線性傳感器440的元件編號13、14、15的三個受光元件，對于光斑sp42，橫跨線性傳感器440的元件編號13、14、15、16的四個受光元件。在圖6b所示的照射狀態(tài)中，雖然與同一波長對應(yīng)的光點不完全向同一受光元件入射，但是基于線性傳感器440的受光強度的分布圖(受光強度在受光元件的變化)，進(jìn)行距離測量，因此入射同一波長的光點的受光元件(或者，受光元件的組合)大致相同時，在不降低測量性能的情況下，能夠提高光的利用效率。

圖7是示出圖6a所示的波長λ1的光點sp11、sp12向檢測器44入射時得到的檢測結(jié)果的一例的示意圖。此外，為便于說明，并沒有繪制由暗電流等引起的噪音成分。參照圖7，在各個元件編號4、5、6的受光元件中，與光斑sp11、sp12入射的面積對應(yīng)的光量作為檢測值而輸出。作為檢測值，輸出光點sp11、sp12的總和。

作為圖7所示的檢測結(jié)果而輸出的有用值的寬度(在圖7所示的一例中，相當(dāng)于三個像素)，即使采用多個纖芯也不會發(fā)生變化，另一方面，作為檢測結(jié)果而輸出的值的絕對值通過采用多個纖芯增加。處理部50一并獲取分別從多個纖芯照射的多個光向單一受光元件442入射而生成的檢測值。通過采用這種結(jié)構(gòu)，在不降低測量性能(分辨率)情況下，能夠確保更多的光量(即，提高s/n比)。

這樣，當(dāng)使相同波長的光經(jīng)由各個纖芯向受光部40入射時，與在檢測器44的檢測面生成的各個光點對應(yīng)的受光元件的數(shù)量和位置，構(gòu)成為互相至少共用一部分。這樣，在由相同波長生成的光點之間，對應(yīng)的受光元件的數(shù)量和位置的至少一部分共用，從而在不降低測量性能情況下，能夠提高光的利用效率。

換言之，如圖6a、圖6b所示，在作為檢測器44采用了一維傳感器(線性傳感器)的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)光部20和受光部40以如下方式構(gòu)成：由第一光點sp11和第二光點sp12定義的方向(典型的為連接光點sp11和光點sp12的連線方向)與受光元件442的寬度方向(即，y方向)相對應(yīng)，所述第一光點sp11在向多個纖芯所包含的第一纖芯提供來自傳感頭30側(cè)的具有波長λ1的第一光時在檢測器44的檢測面生成，所述第二光點sp12在向多個纖芯所包含的第二纖芯提供來自傳感頭30側(cè)的具有波長λ1的第二光時在檢測器44的檢測面生成。

這種結(jié)構(gòu)，是通過將與受光部40光學(xué)連接的導(dǎo)光部20(輸出側(cè)光纜22)以該導(dǎo)光部20所包含的多個纖芯的排列方向(參照圖3所示的剖面結(jié)構(gòu))與多個受光元件442的排列方向垂直的方向建立對應(yīng)關(guān)系的方式配置來實現(xiàn)的(還參照圖4)。

或者，可以表述為：導(dǎo)光部20和受光部40以將輸出側(cè)光纜22所包含的多個纖芯202(參照圖3)的中心連接的連線方向與受光元件442的寬度方向(即，y方向)建立對應(yīng)關(guān)系的方式配置。

為實現(xiàn)如上所述的結(jié)構(gòu)，主要需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整輸出側(cè)光纜22的端面、分光器42、檢測器44這三個組件的位置。作為配置順序(組件的定位順序)的一例，例如，通過將分光器42固定于受光部40的規(guī)定位置，并且以分光器42的位置作為基準(zhǔn)，分別對位于輸入側(cè)的輸出側(cè)光纜22的端面的位置、和位于輸出側(cè)的檢測器44的位置進(jìn)行調(diào)整來實現(xiàn)。

＜e.檢測器的結(jié)構(gòu)和處理：二維傳感器/cmos圖像傳感器＞

接著，對作為檢測器44采用了二維傳感器(cmos(complementarymetaloxidesemiconductor：互補金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)和適應(yīng)該結(jié)構(gòu)的處理進(jìn)行說明。

圖8是用于說明在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中利用二維傳感器(cmos圖像傳感器)實現(xiàn)的檢測器44的示意圖。參照圖8，cmos圖像傳感器444包括在檢測面上二維配置的多個受光元件。cmos圖像傳感器444在原理上能夠進(jìn)行局部讀取。因此，優(yōu)選使cmos圖像傳感器444的行方向或者列方向與分光器42(參照圖3)的分光方向?qū)?yīng)，通過采用以下的控制邏輯能夠在任意方向上進(jìn)行定位。

圖8中示出，導(dǎo)光部20(輸出側(cè)光纜22)包含三個纖芯，在向各個纖芯提供具有波長λ1的光時，在檢測器44上產(chǎn)生的三個光點sp11、sp12、sp13的一例。同時，一并示出在分別向該三個纖芯提供具有波長λ2的光時，在檢測器44上產(chǎn)生的三個光點sp21、sp22、sp23的一例。為便于說明，在圖8中，將兩個波長λ1和λ2的光點繪制在同一附圖上，但是通常測量時，只有特定的波長成分才能向檢測器44入射。

分光器42在與入射的光所包含的波長相應(yīng)的方向上規(guī)律性地衍射光，因此基于該規(guī)律性，有選擇地決定從cmos圖像傳感器444讀取圖像信息的區(qū)域(以下稱為“讀取區(qū)域”)，從而能夠決定入射的反射光所包含的波長。

例如，如圖8所示，能夠從分別向?qū)Ч獠?0所包含的三個纖芯提供具有波長λ1的光時在檢測器44上生成的三個光點sp11、sp12、sp13的位置和范圍，決定能夠用于檢測波長λ1的讀取區(qū)域ar1。同樣地，能夠從分別向?qū)Ч獠?0所包含的三個纖芯提供具有波長λ2的光時在檢測器44上生成的三個光點sp21、sp22、sp23的位置和范圍，決定能夠用于檢測波長λ2的讀取區(qū)域ar2。

對于多個波長，通過分別決定能夠用于檢測各個波長的讀取區(qū)域，能夠特定出反射光(測量光)所包含的主成分波長。這樣，在作為檢測器44采用了二維傳感器的情況下，處理部50基于從多個纖芯照射的相同波長的光的光點向檢測器44的檢測面上入射而生成的強度分布，推定適合檢測各個波長的區(qū)域。作為該適合區(qū)域的推定方法，能夠采用各種統(tǒng)計處理(典型的為內(nèi)插處理或者外插處理)。

圖9是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置1中在利用二維傳感器實現(xiàn)的檢測器44設(shè)定的讀取區(qū)域的一例的示意圖。如圖9所示，對應(yīng)于向cmos圖像傳感器444的檢測面入射的每個波長的光點，能夠設(shè)定用于檢測各個波長的讀取區(qū)域。即，處理部50在檢測器44的檢測面中，決定用于對可包含在反射光中的各個波長進(jìn)行檢測的各個局部區(qū)域。而且，處理部50通過預(yù)先保持圖9所示的各個讀取區(qū)域的圖像(map)，并從cmos圖像傳感器444有選擇地讀取受光強度，來特定入射的反射光(測量光)所包含的主成分。

圖10a、圖10b是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置1中由二維傳感器構(gòu)成的檢測器的測量處理順序的流程圖。圖10a中，示出用于設(shè)定圖9所示的讀取區(qū)域的處理順序，圖10b中，示出基于圖9所示的讀取區(qū)域的測量的處理順序。

參照圖10a，首先，選擇多個波長候選中的一個波長(步驟s100)，并選擇多個纖芯中的一個纖芯(步驟s102)。而且，從傳感頭側(cè)光纜24或輸出側(cè)光纜22的一端經(jīng)由被選擇的纖芯而提供被選擇的波長的光(步驟s104)。處理部50將在檢測器44的檢測面生成的光點的范圍(或者受光強度的分布)，與用于識別選擇的波長的信息和用于識別選擇的纖芯的信息建立關(guān)聯(lián)并進(jìn)行存儲(步驟s106)。

只要對多個纖芯中的所有纖芯的選擇還沒有結(jié)束(步驟s108中為no的情況)，就選擇多個纖芯中的另一個纖芯(步驟s110)，并重復(fù)步驟s104以后的處理。

另一方面，只要結(jié)束對多個纖芯中的所有纖芯的選擇(步驟s108中為yes的情況)，并且對多個波長候選中的所有波長的選擇還沒有結(jié)束(步驟s112中為no的情況)，就選擇多個波長候選中的另一個波長(步驟s114)。而且，重復(fù)步驟s102以后的處理。

對多個波長候選中的所有波長的選擇結(jié)束時(步驟s112中為yes的情況)，處理部50基于步驟s106中存儲的信息，從cmos圖像傳感器444的檢測結(jié)果決定用于計算各個波長成分的讀取區(qū)域(初始設(shè)定信息)(步驟s116)。而且，用于設(shè)定讀取區(qū)域的處理結(jié)束。

參照圖10b，在有開始測量的指示時(步驟s200中為yes的情況)，處理部50指示光源10產(chǎn)生照射光(步驟s202)。

處理部50在每個規(guī)定的測量循環(huán)中基于初始設(shè)定信息，讀取對每個波長設(shè)定的讀取區(qū)域的像素值(受光強度)(步驟s204)。處理部50計算出根據(jù)每個讀取區(qū)域讀取的像素值(受光強度)的總和(或者平均值)，并作為受光強度進(jìn)行計算(步驟s206)。而且，處理部50從計算出的每個波長的受光強度中特定峰值波長，并從特定了的峰值波長計算出從傳感頭30到對象物2的距離(步驟s208)。

只要沒有給出結(jié)束測量的指示(步驟s210中為no的情況)，就重復(fù)步驟s204以后的處理。

這樣，本實施方式的光學(xué)測量裝置1的處理部50，基于第一區(qū)域(圖8所示的光點sp11)和第二區(qū)域(圖8所示的光點sp12、sp13)之間的位置關(guān)系，從受光部的多個受光元件的各個檢測值計算出距離，所述第一區(qū)域位于在從傳感頭30側(cè)向構(gòu)成導(dǎo)光部20的多個纖芯所包含的第一纖芯提供具有波長λ1的第一光時，該第一光入射的檢測面上，所述第二區(qū)域位于在從光學(xué)系統(tǒng)側(cè)向多個纖芯所包含的第二纖芯提供第一波長的第二光時，該第二光入射的檢測面上。

更具體地，基于各光點的位置關(guān)系，分別在cmos圖像傳感器444的檢測表面上設(shè)定讀取區(qū)域。

但是，如圖9所示，并非根據(jù)測量對象的波長而各自決定讀取區(qū)域，也可以針對cmos圖像傳感器444的檢測面，決定用于計算各個波長的受光強度的加權(quán)系數(shù)。例如，關(guān)于cmos圖像傳感器444的檢測面上的任意一點(x，y)，通過對各個波長λn(λ1、λ2、…、λn)設(shè)定加權(quán)系數(shù)f(λn，x，y)，并且對cmos圖像傳感器444的檢測結(jié)果p(x，y)，利用加權(quán)系數(shù)f而算出加權(quán)平均，來能夠算出各個波長成分的強度。

即，通過利用位置關(guān)系的各種統(tǒng)計處理，能夠采用任意的后處理方法，所述位置關(guān)系作為與各個波長對應(yīng)的光點向任意位置入射這一事先信息。

此外，并非必須進(jìn)行局部讀取，也可以一并讀取在cmos圖像傳感器444的各個受光元件的受光強度(圖像信息)，并且僅利用所需的讀取區(qū)域的信息。在使用該方式的情況下，即使在利用進(jìn)行一并讀取的ccd圖像傳感器444的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)相同的處理。

＜f.檢測器的結(jié)構(gòu)和處理：二維傳感器/ccd圖像傳感器＞

以下，對作為檢測器44采用了二維傳感器(ccd(charge-coupleddevice：電荷耦合元件)圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)和適應(yīng)該結(jié)構(gòu)的處理進(jìn)行說明。

圖11是用于說明在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中利用二維傳感器(ccd圖像傳感器)實現(xiàn)的檢測器44的示意圖。參照圖11，ccd圖像傳感器446包括在檢測面上二維配置的多個受光元件。ccd圖像傳感器446以其行方向或者列方向與分光器42(參照圖3)的分光方向?qū)?yīng)的方式配置。

圖11中示出，在分別向?qū)Ч獠?0(輸出側(cè)光纜22)所包含的兩個纖芯(參照圖3)各個提供具有波長λ1的光時在檢測器44上產(chǎn)生的兩個光點sp11和sp12的一例。同時，一并示出在分別向?qū)Ч獠?0(輸出側(cè)光纜22)所包含的兩個纖芯提供具有波長λ2的光時在檢測器44上產(chǎn)生的兩個光點sp21和sp22的一例。為便于說明，在圖11中，將兩個波長λ1和λ2的光點繪制在同一附圖上，但是通常測量時，只有特定的波長成分才能向檢測器44入射。

在ccd圖像傳感器446中，通過在其周圍配置的外圍電路447和448來從選擇的線上的多個受光元件一并讀取圖像信息，因此能夠使行方向或者列方向與分光方向建立對應(yīng)關(guān)系，并且與采用了所述線性傳感器(一維傳感器)的情況相同地，優(yōu)選在從傳感頭30側(cè)向多個纖芯所包含的第一纖芯提供具有波長λ1的第一光時，構(gòu)成檢測器44的多個受光元件中入射該第一光的受光元件，與在從傳感頭30側(cè)向多個纖芯所包含的第二纖芯提供具有波長λ1的第二光時，構(gòu)成檢測器44的多個受光元件中入射該第二光的受光元件的至少一部分共用。對其他的波長也是相同的。

圖11所示的一例中，如果著眼于與波長λ1對應(yīng)的光點sp11和光點sp12，則光點sp11橫跨與行編號r1、r2和列編號c2、c3的各個交點對應(yīng)的四個受光元件，而光點sp12橫跨與行編號r1、r2和列編號c6、c7、c8的各個交點對應(yīng)的六個受光元件。這樣，由波長λ1生成的光點sp11和光點sp12均構(gòu)成為，向利用行編號r1和r2的選擇來一并讀取的受光元件入射。另一方面，如果著眼于與波長λ2對應(yīng)的光點sp21和光點sp22，則光點sp21橫跨與行編號r5、r6、r7和列編號c2、c3的各個交點對應(yīng)的六個受光元件，而光點sp22橫跨與行編號r5、r6、r7和列編號c6、c7、c8的各個交點對應(yīng)的五個受光元件。這樣，由波長λ2生成的光點sp21和光點sp22均構(gòu)成為，向利用行編號r5、r6、r7的選擇來一并讀取的受光元件入射。

這樣，當(dāng)將相同波長的光經(jīng)由各個纖芯向受光部40入射時，與在檢測器44的檢測面生成的各個光點對應(yīng)的受光元件的數(shù)量和列位置(或者行位置)，構(gòu)成為互相至少共用一部分。這樣，在由相同波長生成的光點之間，對應(yīng)的受光元件的數(shù)量和位置的至少一部分共用，因此在不降低測量性能情況下，能夠提高光的利用效率。

對于除此之外的結(jié)構(gòu)和處理，與作為上述檢測器44采用了一維傳感器(線性傳感器)的結(jié)構(gòu)和處理相同，因此不重復(fù)其詳細(xì)說明。

＜g.縮小光學(xué)系統(tǒng)＞

接著，對采用于受光部40的縮小光學(xué)系統(tǒng)43進(jìn)行說明。在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中，由于采用具有多個纖芯的導(dǎo)光部20，因此多個光點照射在對象物2上，并生成分別與多個光點對應(yīng)的多個反射光。依賴于構(gòu)成導(dǎo)光部20的光纖的芯徑和纖芯數(shù)量、以及檢測器44的受光元件的大小等，直接測量多個反射光(例如，圖6a、圖6b所示的光點sp11和sp12等)，從而能夠模擬地視為單一的光點進(jìn)行處理。

但是，從檢測器44的檢測面的大小被限制等的方面看，有時無法直接對多個反射光進(jìn)行測量，在這種情況下，優(yōu)選采用在以下說明的縮小光學(xué)系統(tǒng)43。所述縮小光學(xué)系統(tǒng)43配置在到檢測器44為止的光學(xué)路徑上，并對來自對象物2的反射光的光點直徑進(jìn)行縮小化，該反射光是在導(dǎo)光部20所包含的多個纖芯傳播并向受光部40入射。

圖12和圖13是示出本實施方式的光學(xué)測量裝置1的受光部40所包括的縮小光學(xué)系統(tǒng)43的構(gòu)成例的示意圖。圖12中示出采用圓形的聚焦透鏡的構(gòu)成例，圖13示出柱面透鏡的構(gòu)成例。

參照圖12，聚光透鏡431與來自對象物2的反射光(測量光)被分光器42反射的方向?qū)?yīng)而配置。聚焦透鏡431的剖面直徑設(shè)定為包含能夠?qū)碜詫ο笪?的反射光進(jìn)行衍射的所有角度方向的大小。

此外，本實施方式的光學(xué)測量裝置1采用多個纖芯，因此構(gòu)成為從各個纖芯照射的反射光(圖12所示的#1和#2)均穿過聚焦透鏡431。

光點直徑被聚光透鏡431調(diào)整后向檢測器44入射(圖12的spot1和spot2)。這樣，因采用多個纖芯而產(chǎn)生的對象物2上的多個光點，利用縮小光學(xué)系統(tǒng)來調(diào)整為模擬地視為單一光點的大小后進(jìn)行測量。

圖13所示的縮小光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，用于形成圖6b所示的橢圓形的光點的情況等。通過采用在y-z平面具有曲面的柱面透鏡432，來在y方向上縮小光點直徑，另一方面則維持x方向上的大小。即，采用了柱面透鏡432的縮小光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成為，在與檢測器44的檢測面的縱橫比例對應(yīng)的特定方向上更加大幅度地縮小來自對象物2的反射光的光點直徑。

此外，圖13中示出采用一體型的柱面透鏡的一例，但是也可以根據(jù)光點的數(shù)量(即，纖芯數(shù)量)調(diào)整柱面透鏡的級數(shù)。

這樣，因采用多個纖芯而產(chǎn)生的對象物2上的多個光點，利用縮小光學(xué)系統(tǒng)來調(diào)整為模擬地視為單一光點的大小后進(jìn)行測量。另外，在采用難以使受光元件的寬度方向上的長度的一維傳感器(線性傳感器)的情況下，通過采用能夠在寬度方向上壓縮光點形狀的結(jié)構(gòu)，來能夠容易采用包含更多纖芯的導(dǎo)光部。

＜h.導(dǎo)光部的纖芯直徑和纖芯間隔＞

接著，對本實施方式的光學(xué)測量裝置1中采用的適用于包含多個纖芯的導(dǎo)光部20的結(jié)構(gòu)的一例進(jìn)行說明。

在光纖束內(nèi)配置多個纖芯的情況下，鄰接的纖芯之間的間隔變得重要。例如，鄰接的纖芯之間的間隔變窄時，能夠生成向具有某個共焦點的光纖入射從對象物2反射來的、該共焦點以外波長的光的現(xiàn)象(以下也稱為“串?dāng)_”)。此時，為減輕串?dāng)_的影響，有必要使鄰接的纖芯之間的距離最優(yōu)化。圖14a、圖14b是示出包含四個纖芯的光纖束的剖面形狀的一例的圖。圖14a、圖14b中，示出容納四根具有規(guī)定的纖芯徑和包層直徑的光纖的光纖束。圖14a中示出包層之間鄰接的結(jié)構(gòu)(包層鄰接)，而圖14b中示出通過在包層的周圍設(shè)置某些結(jié)構(gòu)物(包覆等)來擴(kuò)大間隔的結(jié)構(gòu)(間隔擴(kuò)大)。

圖15a、圖15b是示出對圖14a、圖14b所示的光纖束中產(chǎn)生的串?dāng)_量進(jìn)行評價的結(jié)果例的圖。圖15a、圖15b所示的評價結(jié)果，是對在某個纖芯中傳播的光向鄰接的纖芯的漏出量進(jìn)行評價的結(jié)果，是分別向多個纖芯的一端提供具有波長λ的光時，對某個纖芯的另一端接收的光的光譜通過模擬計算出的結(jié)果。在圖15a和圖15b中，示出分別對不存在來自其他纖芯的影響(串?dāng)_)的情況、和存在串?dāng)_的情況進(jìn)行比較的情況。

根據(jù)圖15a所示的評價結(jié)果，在圖14a所示的結(jié)構(gòu)中，串?dāng)_對標(biāo)準(zhǔn)波形(不存在串?dāng)_時的波形)產(chǎn)生某種程度的影響。對此，根據(jù)圖15b所示的評價結(jié)果，在圖14b所示的結(jié)構(gòu)中，串?dāng)_對標(biāo)準(zhǔn)波形(不存在串?dāng)_時的波形)只產(chǎn)生約一半程度的影響。

這樣，在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中，優(yōu)選地，將至少與傳感頭30連接的端面成為降低了串?dāng)_的纖芯配置的光纖用作傳感頭側(cè)光纜24。

這樣，在本實施方式的光學(xué)測量裝置1的導(dǎo)光部20中，設(shè)計鄰接的纖芯之間的間隔和配置，以抑制共焦點以外的反射光入射(串?dāng)_)。

＜i.導(dǎo)光部的光纖端面形狀＞

接著，對本實施方式的光學(xué)測量裝置1中采用的構(gòu)成導(dǎo)光部20的光纖的端面形狀的一例進(jìn)行說明。在白光共聚焦方式的光學(xué)測量裝置中，將照射光向?qū)ο笪?照射，并基于該反射光計算出從傳感頭30到對象物2的距離。如果照射光沒有照射到對象物2，而直接在光纖的射出端面反射，則可能成為測量誤差的原因。因此，優(yōu)選極力降低在光纖端面的反射。

圖16是用于說明光在光纖端面的傳播的示意圖。如圖16所示，在光纖的纖芯202傳播的一些照射光po，在端面可能成為反射成分pr。反射成分pr向纖芯/包層界面入射，只有與其折射率的差相應(yīng)的規(guī)定比例的部分成為纖芯202內(nèi)的返光。

但是，只要反射成分pr向纖芯/包層界面入射的角度大于纖芯/包層界面的臨界角θc，反射成分pr的大部分就向包層204側(cè)入射，并且不會返回到纖芯202。

此處，通過增大光纖端面的傾斜角θ(從與纖芯的光軸方向垂直的面的角度位移)，減小反射成分pr在纖芯/包層界面的反射率，從而降低因反射光而可能產(chǎn)生的返光成分。

即，在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中，將從導(dǎo)光部20向傳感器30射出照射光的端面，設(shè)定成具有比導(dǎo)光部20中的纖芯和包層的界面的臨界角大的角度的傾斜角，從而降低可能引起測量誤差的返光。

在光纖端面的反射光變大時，測量光被反射光淹沒，從而分辨率變差，或者有時因測量光量低而不能進(jìn)行測量，但是通過對這些光纖端面的傾斜角進(jìn)行最優(yōu)化，使來自對象物2的測量光中成為噪音的在光纖端面的反射光減少，從而也能夠?qū)Ψ瓷渎矢偷臏y量對象物進(jìn)行測量。其結(jié)果，能夠擴(kuò)大動態(tài)范圍。

＜j.包層傳播的減輕＞

在使用于導(dǎo)光部的光纖中有可能發(fā)生被稱為包層傳播的現(xiàn)象，即從纖芯滲出的光和光源10中直接向包層入射的光在包層中傳播。為減少這種由包層傳播而引起的噪音，也可以將耦合器231、232與受光部40光學(xué)連接的輸出側(cè)光纜22配置成卷繞到棒狀構(gòu)件的周圍。

這樣，通過卷繞光纖減少在包層中傳播的成為噪音的成分，從而提高動態(tài)范圍。

＜k.光點照射模式的動態(tài)變更＞

本實施方式的光學(xué)測量裝置1，通過將照射光分別從多個纖芯的照射，并且對由各個照射光產(chǎn)生的、來自對象物2的反射光進(jìn)行測量，來模擬地視為向單一的光點照射并進(jìn)行處理。通過對該照射光的照射模式進(jìn)行適當(dāng)變更，能夠?qū)崿F(xiàn)與對象物2對應(yīng)的測量。以下，說明對光點照射模式進(jìn)行動態(tài)變更的處理。

圖17a至17c是用于說明本實施方式的光學(xué)測量裝置1的照射光對對象物2的照射狀態(tài)的示意圖。在圖17a中，例示了傳感頭側(cè)光纜24包含四個纖芯的情況，并示出分別與四個纖芯對應(yīng)的照射光(光束b1、b2、b3、b4)從傳感頭30向?qū)ο笪?照射的狀態(tài)。能夠?qū)@四個光束的圓形的光點300視為測量范圍。

在圖17b和圖17c中，示出照射光僅從四個纖芯中的兩個纖芯照射的狀態(tài)。即，在圖17b所示的狀態(tài)中僅照射光束b1和b3，在圖17c所示的狀態(tài)中僅照射光束b2和b4。在圖17b和17c所示的狀態(tài)中，能夠分別將橢圓形的光點302和304視為測量范圍。

這樣，通過適當(dāng)?shù)刈兏撜丈涔獾恼丈淠Ｊ?，能夠根?jù)對象物2的形狀進(jìn)行測量。

圖18是用于說明圖17a至圖17c所示的照射模式的變更應(yīng)用例的示意圖。參照圖18，例如，在對形成有多個梯形部位的對象物2的表面形狀進(jìn)行測量的情況下，優(yōu)選對平面狀的部位照射所有的照射光，從而擴(kuò)大動態(tài)范圍?；蛘?，在對象物2的表面粗糙的情況下，優(yōu)選通過擴(kuò)大測量范圍使信息均勻化。

對此，對于表面高度的變化大的地方，通過將測量范圍變更為向梯形構(gòu)件的長度方向延伸的橢圓形并進(jìn)行測量，能夠?qū)σ蛱菪螛?gòu)件引起的表面高度的變化更靈敏地進(jìn)行測量。

例如，假設(shè)將照射光向某個掃描方向照射的應(yīng)用程序，能夠想到：在存在有梯形構(gòu)件的前后范圍(x1至x2的范圍和x3以后的范圍)中，將測量范圍變更為橢圓形，在其以外的區(qū)間將測量范圍維持為圓形并進(jìn)行測量。

圖19是示出本實施方式的另一光學(xué)測量裝置1的裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。參照圖19，在對圖17a至圖17c和圖18所示的照射模式進(jìn)行動態(tài)變更的情況下，也可以在光源10的照射側(cè)設(shè)置多路復(fù)用器12，并根據(jù)情況選擇性地向所需的纖芯提供照射光。多路復(fù)用器12相當(dāng)于選擇部，該選擇部可選擇性地將來自光源10的照射光分別向?qū)Ч獠?0所包含的多個纖芯提供。此外，并不限于多路復(fù)用器12，只要是能夠選擇提供照射光的纖芯的光學(xué)設(shè)備，就可以使用任意設(shè)備。

作為輸入側(cè)光纜21#和輸出側(cè)光纜22#，例如均可以采用包含四個纖芯的光纖束。輸入側(cè)光纜21#的各個纖芯的一端，與從多路復(fù)用器12輸出的各個通道(channel)光學(xué)連接。另外，輸入側(cè)光纜21#的各個纖芯的另一端，與按照纖芯各自設(shè)置的2×1星形耦合器光學(xué)連接。輸出側(cè)光纜22#的各個纖芯的一端分別與2×1星形耦合器光學(xué)連接，輸出側(cè)光纜22#的各個纖芯的另一端與受光部40光學(xué)連接。通過采用這種結(jié)構(gòu)，能夠互相獨立地對來自傳感頭30的各個照射光(光束b1、b2、b3、b4)的照射或停止進(jìn)行控制。

處理部50#根據(jù)圖17a至圖17c所示的對象物2的形狀，能夠?qū)Χ嗦窂?fù)用器12提供用于實現(xiàn)最優(yōu)的照射模式的選擇指令。即，處理部50切換用于將照射光向?qū)ο笪?照射的纖芯。

通過采用如上所述的結(jié)構(gòu)，不但能夠提高測量的動態(tài)范圍，而且能夠根據(jù)對象物2的形狀實現(xiàn)最優(yōu)的測量。

＜l.優(yōu)點＞

如上所述，在本實施方式的光學(xué)測量裝置1中，通過將多個纖芯用作從光源10到傳感頭30的導(dǎo)光部和從傳感頭30到受光部40的導(dǎo)光部，來能夠降低導(dǎo)光部內(nèi)的傳播損失，并能夠檢測更多的反射光。由此，與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，提高了光的利用效率，并能夠?qū)崿F(xiàn)更高的采樣率。

此外，本實施方式的光學(xué)檢測裝置1，通過對纖芯間隔和纖芯端面的形狀等進(jìn)行最優(yōu)化，能夠降低串?dāng)_的影響和由返光引起的噪音成分，并提高動態(tài)范圍。

并非所述實施方式的全部，也可以適當(dāng)?shù)亟M合結(jié)構(gòu)的一部分。

本發(fā)明的實施方式在全部的方面都是舉例示出，應(yīng)該理解為不是限制性的。本發(fā)明的保護(hù)范圍不是由上述的說明表示的，而是由權(quán)利要求書來表示的，并包含與權(quán)利要求書等同的意思以及權(quán)利要求書范圍內(nèi)的全部變更。