[发明专利]非接触式位移传感器

说明书

一种非接触式位移传感器，包括：聚焦定时计算器，其计算测量光聚焦在可测量物体表面上的测量侧聚焦定时、参考光聚焦在第一参考表面上的第一参考侧聚焦定时以及参考光聚焦在第二参考表面上的第二参考侧聚焦定时；特性计算器，其基于第一参考侧聚焦定时、第二参考侧聚焦定时和光路长度差来计算液体透镜装置的折射率特性；以及位置计算器，其基于折射率特性和测量侧聚焦定时相对于驱动信号周期的相位来计算可测量物体的位置。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年8月7日提交的日本申请第2018-148386号的优先权，该申请的公开内容通过引用全部明确结合于此。

技术领域

本发明涉及一种非接触式位移传感器。

背景技术

传统上，作为测量被测量物体/可测量物体/待测量物体的表面位移的非接触式位移传感器，激光位移传感器、色点传感器等是可用的。在这种非接触式位移传感器中，通过在改变测量光的聚焦位置(focus position)的同时探测来自被测量物体的反射光来找到距离被测量物体表面的距离。

例如，激光位移传感器使用共焦方法等，并且通过沿着光轴驱动物镜来改变聚焦位置。然后，基于当探测到由被测量物体表面反射的测量光时物镜在光轴上的位置的信息，传感器找到距离被测量物体表面的距离(例如，参见日本专利公开号H11-23219)。另一方面，色点传感器使用白光共焦方法，并且通过使用轴向色差散射白色光源来改变每个波长的聚焦位置。然后，通过分析每个波长的强度分布(intensity profile)，探测聚焦在被测量物体表面的波长光，并且基于该波长光找到距离被测量物体表面的距离(例如，参见日本专利特开第2009-122105号)。

近年来，已经开发了使用其中折射率周期性地改变的液体透镜系统(以下简称为“透镜系统”)的可变焦距透镜(例如，参见美国专利申请公开第2010/0177376号的说明书)。透镜系统通过将由压电材料形成的中空圆柱形振荡构件浸入透明液体中而形成。在透镜系统中，当AC电压施加到振荡构件的内圆周表面和外圆周表面时，振荡构件在厚度方向上膨胀和收缩，并且振荡该振荡构件内部的液体。通过根据液体的固有频率调节所施加电压的频率，在液体中形成同心圆的驻波，并且以振荡构件的中心轴线为中心形成具有不同折射率的同心圆区域。因此，在透镜系统中，当光沿着振荡构件的中心轴线透过时，光沿着根据每个同心圆区域的折射率分散或会聚光的路径行进。

上述透镜系统和用于使光聚焦的物镜(例如，普通凸透镜或一组透镜)布置在同一光轴上，以配置可变焦距透镜。当平行光照射普通物镜时，穿过透镜的光在位于预定焦距的焦点位置处聚焦。相反，当平行光照射到与物镜同轴布置的透镜系统时，光或者被透镜系统散射或者会聚，并且透过物镜的光在比原始(没有透镜系统的状态)焦点位置偏移更远或者更近的位置处聚焦。因此，在可变焦距透镜中，施加输入到透镜系统的驱动信号(在内部液体中产生驻波的频率的AC电压)，并且通过增大或减小驱动信号的振幅，可变焦距透镜的焦点位置可以根据需要被控制在设定范围内(预定的可变范围，通过该预定的可变范围，透镜系统可以以物镜的焦距为参考来增大或减小焦点位置)。

上述传统非接触式位移传感器存在以下情况。激光位移传感器需要驱动物镜的透镜驱动机制和用于测量透镜驱动机制的驱动量的标尺，这可能使激光位移传感器的配置复杂化。另一方面，虽然色点传感器不需要透镜驱动机制或标尺，但是为了分析每个波长的强度分布，增加了数据处理量。

为了解决传统非接触式位移传感器的问题，本发明的发明人在非接触式位移传感器中使用上述可变焦距透镜进行了研究。然而，当可变焦距透镜受到时间流逝、温度波动等的影响时，诸如焦距的可变范围的特性可能改变。因此，在利用可变焦距透镜的非接触式位移传感器中，测量精度有可能因可变焦距透镜的特性改变而降低。

发明内容

本发明提供一种非接触式位移传感器，其中可以简化配置和处理，并且提高测量精度。