具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明一方面的实施方式(以下记作“本实施方式”)。再者，在各图中，标注相同符号的元件具有相同或相似的构成。

[构成例]

图1是表示本发明实施方式的共焦传感器1的概要的图。本实施方式的共焦传感器1是测量对象物200的位置的装置，包括光源10、第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13、光耦合器(optical coupler)20、分光器30、测定部40及传感头100。

光源10射出多个波长的光。光源10可为射出白色光的构件，将光输出至第一光纤11。光源10也可基于测定部40的指令，调整白色光的光量。第一光纤11可为任意的光纤，例如可为芯径为50μm的折射率分布型纤维。第一光纤11可在与光耦合器20连接的近前与芯径更细的纤维连结。

光耦合器20将第一光纤11、第二光纤12及第三光纤13加以连接，自第一光纤11向第二光纤12传送光，且自第二光纤12向第三光纤13传送光。

传感头100收容衍射透镜130，所述衍射透镜130与第二光纤12连接，相对于光沿光轴方向产生色像差，不经由其他透镜而使光聚集于对象物200。在本例中，图示了焦距比较长的第一波长的光210、及焦距比较短的第二波长的光220。在本例的情况下，第一波长的光210是在对象物200上聚焦，但第二波长的光220是在对象物200的近前聚焦。

在对象物200的表面上反射的光经衍射透镜130聚集，而返送至第二光纤12的芯即针孔120。针孔120使光之中、在对象物200上聚焦而反射且经衍射透镜130聚集的反射光通过。反射光之中第一波长的光210通过设置于第二光纤12的端面的针孔120而聚焦，因此其大部分入射至第二光纤12，但其他波长的光不在针孔120聚焦，其大部分不入射至第二光纤12。入射至第二光纤12的反射光经由光耦合器20而传送至第三光纤13，并输入至分光器30。再者，入射至第二光纤12的反射光也经由光耦合器20而传送至第一光纤11，但在光源10终结。

分光器30与第三光纤13连接，经由第二光纤12、光耦合器20及第三光纤13，获取经对象物200反射且通过传感头100而聚集的反射光，测量反射光的光谱(spectrum)。分光器30包括：第一透镜31，使自第三光纤13射出的反射光聚集；衍射光栅(diffractiongrating)32，对反射光进行分光；第二透镜33，使经分光的反射光聚集；受光元件34，接收经分光的反射光；以及读出电路35，读出受光元件34所产生的受光信号。读出电路35基于受光元件34所产生的受光信号，读出接收到的光的波长及光量。

测定部40基于反射光的波长，测定自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1。在本例的情况下，通过读出电路35，而读出第一波长的光210作为峰值(peak)，测定部40计算与第一波长相对应的位置。

在本实施方式的共焦传感器1中，自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2为可变。之前，自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2为固定，通过其他透镜来线性修正色像差，因此未假设改变距离L2，从而无法任意扩大或缩小共焦传感器1的测定范围。根据本实施方式的共焦传感器1，自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2为可变，由此可改变能够测定的范围，从而可在更大范围内测定至对象物200为止的距离。

传感头100包括连续地改变自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2的机构。具体而言，传感头100包括使衍射透镜130在沿光轴的方向上连续地移动的可变机构150。可变机构150也可包括读取衍射透镜130的位置的单元，也可将自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2、或自衍射透镜130至传感头100的整个面为止的距离L3传送至测定部40。通过利用可变机构150，连续地改变自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2，可连续地改变测定范围。

图2是表示本实施方式的共焦传感器1的自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1与反射光的波长的关系的图。在所述图2中，将自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1以mm为单位表示于纵轴，将反射光的波长以nm为单位表示于横轴。又，在所述图2中，利用实线表示自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2为36mm的情况，利用虚线表示L2＝37mm的情况，利用一点划线表示L2＝38mm的情况，利用两点划线表示L2＝39mm的情况，以点线表示L2＝40mm的情况，以长虚线表示L2＝41mm的情况。

根据所述图2，可读取出反射光的波长越长，相对应的距离L1越短。又，可读取出反射光的波长越短，反射光的波长改变了一个单位时的距离L1的变化越大。进而，可读取出自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2越短，反射光的波长改变了一个单位时的距离L1的变化越大。

本实施方式的共焦传感器1的测定部40可按照反射光的波长与自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1的非线性关系，测定自衍射透镜130至对象物200为止的距离。之前，在共焦传感器中，存在如下的情况：利用其他透镜，修正反射光的波长与自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1的非线性关系，而设为线性关系。通过如上所述的修正，可使距离L1的分辨率几乎不依存于波长。但是，当反射光的波长与距离L1的对应关系为线性时，测定范围会限定在小范围。本实施方式的共焦传感器1通过利用反射光的波长与距离L1的非线性关系，可与利用线性关系的情况相比，尤其扩大短波长区域内的测定范围，使共焦传感器1的测定范围更大。

更具体而言，当将反射光的波长表示为λ，将自衍射透镜130至对象物200为止的距离表示为L1，将自针孔120至衍射透镜130为止的距离表示为L2，将关于基准波长λ₀的衍射透镜130的焦距表示为f₀时，与自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1的非线性可用以下的数式(2)表示。

[数式2]

如上所述，通过改变自针孔120至衍射透镜130为止的距离，可改变反射光的波长λ与自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1的非线性关系，从而可进一步扩大测定范围。

图3是表示本实施方式的共焦传感器1的初始设定处理的流程图。所述图3所示的处理是在通过共焦传感器1而测定距离之前进行。

首先，调整对象物200或衍射透镜130的位置，以通过共焦传感器1而输出与基准波长(或在调整时点的设定的基准波长)相对应的距离(S10)。此处，基准波长及与所述基准波长相对应的焦距设为在设计阶段规定。

其后，保持固定着衍射透镜130的状态，使对象物200移动仅已知量(S11)。共焦传感器1存储此时检测出的反射光的波长与距离的关系(S12)。此处，至对象物200为止的距离是通过在与基准波长相对应的距离上加上(或减去)使对象物200移动的距离而算出。

然后，针对规定的波长范围，判定是否已测定完成由共焦传感器1所检测出的反射光的波长与距离的关系(S13)。例如，可通过使对象物200移动仅预定的多个已知量，来判定是否测定完成。

当针对规定的波长范围未测定完成时(S13：否(NO))，反复进行如下处理：使对象物200移动仅已知量(S11)，存储所检测出的反射光的波长与距离的关系(S12)。另一方面，当针对规定的波长范围已测定完成时(S13：是(YES))，确定规定波长与距离的非线性关系的参数(S14)。即，确定用数式(2)表示的对反射光的波长λ与自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1的非线性关系进行特定的参数(L2、λ₀、f₀)。

也可改变自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2而反复进行如上所述的处理。通过以上所述，用于初始设定的处理结束。

进行以上的处理，测定部40也可按照非线性关系，测定自衍射透镜130至对象物200为止的距离，所述非线性关系是基于反射光的波长、与自衍射透镜130至对象物200为止的距离的实测值而推断。由此，可基于实测值，修正反射光的波长与自衍射透镜130至对象物200为止的距离的非线性关系，从而可更准确地测定自衍射透镜130至对象物200为止的距离。

图4是表示通过本实施方式的共焦传感器1而判定对象物200是否位于规定的范围内的概要的图。在所述图4中，表示如下的情况：通过传感头100，来判定通过输送机(conveyor)300而移送的工件是否位于规定的范围。在所述图4中，图示有通过输送机300而移送的七个工件。对于工件，自输送机300的下游起，依次标注0至6的数字。本例的“规定的范围”在所述图4中是表示为“合格(OK)”的范围，是输送机300的中央带。另一方面，在所述图4中表示为“不合格(no good，NG)”的相当于输送机300的侧带的范围是“规定的范围”之外。

判定工件是否位于规定的范围内时，调整共焦传感器1的自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2，至少使表示为“合格”的范围包含于测定范围。然后，进行后述初始设定，通过共焦传感器1的测定部40，基于反射光的波长，判定对象物是否位于规定的范围内。

图5是表示通过本实施方式的共焦传感器1而获得的自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1与反射光的波长的关系及判定结果的图。在所述图5中，将自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1以mm为单位表示于纵轴，将反射光的波长以nm为单位表示于横轴。

在所述图5中，自输送机300的下游起依次对应于标注有0至6的数字的工件，图示有测定点p0至测定点p6。又，在所述图5中，图示有与表示为“合格”的范围相对应的波长范围、及与表示为“不合格”的范围相对应的波长范围。

根据所述图5，与测定点p0、测定点p3、测定点p4及测定点p6相对应的工件位于规定的范围内。另一方面，与测定点p1、测定点p2及测定点p5相对应的工件不位于规定的范围内。

测定部40可对所测定的波长、及与规定的范围相对应的波长范围的上限及下限进行比较，判定对象物是否位于规定的范围内。以如上所述的方式，可判定对象物的位置是否适当。

图6是表示本实施方式的共焦传感器1的初始设定处理的流程图。所述图6所示的处理是在判定对象物是否位于规定的范围内之前进行。

首先，以合格(OK)范围成为测定范围的方式，调整自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2，并对衍射透镜130进行固定(S20)。然后，开动输送机300，使样品工件流动。样品工件在图4中放置于表示为“合格”的范围(合格范围)，或放置于表示为“不合格”的范围(不合格范围)。将放置于合格范围的样品称为合格样品，将放置于不合格范围的样品称为不合格样品。

共焦传感器1存储测定到合格样品时的波长(S21)，且存储测定到不合格样品时的波长(S22)。

然后，针对规定的波长范围，判定由共焦传感器1所检测出的反射光的波长与合格或不合格的对应关系是否完成(S23)。例如，可根据针对预定的多个样品是否已结束测定，来判定是否测定完成。

当针对规定的波长范围未测定完成时(S23：否)，反复进行如下的处理：处理(S21)，存储测定到合格样品时的波长；以及处理(S22)，存储测定到不合格样品时的波长。另一方面，当针对规定的波长范围已测定完成时(S23：是)，基于波长，确定用以判定对象物是否位于合格范围内的参数。通过以上所述，用于初始设定的处理结束。

图7是表示在本实施方式的变形例的传感头100a安装有第一固持器160a的情况的概要的图。又，图8是表示在本实施方式的变形例的传感头100a安装有第二固持器160b的情况的概要的图。变形例的传感头100a可替换将衍射透镜130收容于各不相同的位置的多种固持器(第一固持器160a及第二固持器160b)。

当将第一固持器160a安装于传感头100a时，自衍射透镜130至对象物200为止的距离为L1a，自针孔120至衍射透镜130为止的距离为L2a。此处，自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2a是作为第一固持器160a的设计值而已知。测定部40按照自针孔120至衍射透镜130为止的距离为L2a时的数式(2)，计算自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1a。再者，在计算自传感头100a的前表面至对象物200为止的距离时，只要从自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1a，减去自衍射透镜130至传感头100a的前表面为止的距离L3a即可。此处，自衍射透镜130至传感头100a的前表面为止的距离L3a是自传感头100a的全长L，减去自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2a所得的值。

当将第二固持器160b安装于传感头100a时，自衍射透镜130至对象物200为止的距离为L1b，自针孔120至衍射透镜130为止的距离为L2b。此处，自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2b是作为第一固持器160a的设计值而已知。测定部40按照自针孔120至衍射透镜130为止的距离为L2b时的数式(2)，计算自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1b。再者，当计算自传感头100a的前表面至对象物200为止的距离时，只要从自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1b，减去自衍射透镜130至传感头100a的前表面为止的距离L3b即可。

如上所述，通过替换多种固持器，可分段地改变测定范围。在本例的情况下，L2a＜L2b，因此在安装有第一固持器160a的情况下，测定范围大于安装有第二固持器160b的情况。另一方面，在安装有第二固持器160b的情况下，在低波长区域内，测定精度高于安装有第一固持器160a的情况。

图9是表示本实施方式的共焦传感器1的波长分辨率、与自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1的关系的图。在所述图9中，将波长分辨率以mm/nm为单位示于纵轴，将自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1以mm为单位示于横轴。又，在所述图9中，利用实线表示自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2为36mm的情况，利用虚线表示L2＝37mm的情况，利用一点划线表示L2＝38mm的情况，利用两点划线表示L2＝39mm的情况，利用点线表示L2＝40mm的情况，利用长虚线表示L2＝41mm的情况。波长分辨率意味着分辨率越好，越能够以更高精度测定至对象物200为止的距离。

根据所述图9，可读取出自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1越长，波长分辨率的值越大(分辨率越低)。又，可读取出当使自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1固定时，自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2越长，波长分辨率的值越小(分辨率越高)。

共焦传感器1也可进而包括：输入部，接收使用者所要求的波长分辨率的输入；以及输出部，输出满足所要求的波长分辨率的自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1、及自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2的范围。输入部例如可包括按钮，输出部例如可包括七段显示部或液晶显示装置。共焦传感器1可将图9所示的关系性存储于存储部，计算满足所要求的波长分辨率的自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1及自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2的范围。由此，可一方面实现所要求的波长分辨率，一方面掌握可在何种范围内移动衍射透镜130，或改变对象物200与传感头100的位置关系。

又，共焦传感器1可接收使用者所要求的波长分辨率的输入及使用者所要求的线性度(linearity)的输入，输出满足所要求的波长分辨率及所要求的线性度的自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1、及自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2的范围。共焦传感器1可将图9所示的关系性存储于存储部，计算满足所要求的波长分辨率及所要求的线性度的自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1、及自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2的范围。由此，可一方面实现所要求的波长分辨率及所要求的线性度，一方面掌握可在何种范围内移动衍射透镜130，或改变对象物200与传感头100的位置关系。

使用者参考所输出的L1及L2的值，调整自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1及自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2，进行至对象物200为止的距离的测定。由此，例如，在以使传感头100逐渐靠近对象物200的方式进行控制时，可进行自粗略调整至高精度的调整。

图10是表示本实施方式的共焦传感器1的距离计算处理的流程图。首先，共焦传感器1接收使用者所要求的波长分辨率的输入(S30)。又，共焦传感器1接收使用者所要求的线性度的输入(S31)。

其后，共焦传感器1计算满足所要求的波长分辨率及所要求的线性度的自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1、及自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2的范围(S32)。最后，共焦传感器1输出所算出的自衍射透镜130至对象物200为止的距离L1、及自针孔120至衍射透镜130为止的距离L2的范围(S33)。通过以上所述，距离计算处理结束。

以上说明的实施方式是用以使本发明易于理解，而并非用以限定地解释本发明。实施方式所含的各部件及其配置、材料、条件、形状及尺寸等并不限定于例示，而可适当变更。又，可对不同的实施方式中所示的构成彼此进行部分替换或组合。

[附记1]

一种共焦传感器(1)，其包括：

光源(10)，射出多个波长的光；

衍射透镜(130)，相对于所述光沿光轴方向产生色像差，不经由其他透镜而使所述光聚集于对象物(200)；

针孔(120)，使所述光之中、在所述对象物(200)上聚焦而反射且经所述衍射透镜(130)聚集的反射光通过；以及

测定部(40)，基于所述反射光的波长，测定自所述衍射透镜(130)至所述对象物(200)为止的距离；且

自所述针孔(120)至所述衍射透镜(130)为止的距离为可变。