CN109596050A - 传感头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种确保测量精度并且能实现小型化的传感头。传感头(100)的壳(1)具有呈以作为光轴的轴(AX)为中心轴的大致圆筒形状且端部经开放的第一壳部(2)及第二壳部(3)、以及呈以轴(AX)为中心轴的大致圆环形状的连接构件(6)。第一壳部(2)及第二壳部(3)通过形成在各自的内周面的内螺纹部(2a)、内螺纹部(3d)与连接构件(6)的外螺纹部(6a)螺合而相互连接。

Description

传感头

技术领域

本发明涉及一种传感头。

背景技术

作为不与测量对象物接触而测量其位置的装置，使用共焦光学系统的共焦测量装置已普及。

例如，专利文献1所记载的共焦测量装置在光源与测量对象物之间使用配置有衍射透镜的共焦光学系统。朝向测量对象物出射的光以与其波长相应的距离聚焦。测量装置能根据经测量对象物反射的光的波长的波峰，来对测量对象物的位置进行测量。

此种测量装置中，朝向测量对象物而配置有被称为“传感头”等的设备，从传感头向测量对象物出射光。传感头具有在内部形成有成为光路的空间的壳(case)，在此空间中收容着构成共焦光学系统的零件。由于此零件增加到多数，因此传感头的组装作业耗费大量的精力。

专利文献2中记载了一种传感头，此传感头具备包含多个壳部的壳。多个壳部通过相互连接而在其内部形成作为光路的空间。若将此壳分解，则各壳部的内部露出而能容易地进行零件的配置，因此能减轻组装作业的精力。

专利文献2所记载的传感头在沿着光轴的方向上观察的情况下(以下，将在所述方向上观察的情况称为“光轴方向观察”)，透镜呈大致圆形状，相对于此，各壳部呈大致四角形状。壳部的四角被用作形成螺孔的空间。另外，各壳部是通过在其厚度方向上贯通的螺杆而相互固定。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2012-208102号公报

[专利文献2]日本专利特开2015-143652号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

专利文献2所记载的传感头在光轴方向观察时，壳部的四角较透镜而更向外方大幅度地伸出，因此可能传感头大型化。作为抑制传感头的大型化的方法，想到使用小型的透镜。但是，若伴随着透镜的小型化而其有效直径变小，则可能导致测量精度降低。

另外，对于通过在各壳部的壁厚方向上贯通的螺杆将各壳部相互固定的构成来说，为了确保螺孔周边的刚性，也必须充分增大壳部的壁厚。此种壳部的壁厚的增加也可能导致传感头的大型化。

因此，本发明的目的在于提供一种确保测量精度并且能实现小型化的传感头。

[解决问题的技术手段]

本发明的一实施方式的传感头为对测量对象物的位置进行测量的传感器的传感头，且包括：衍射透镜，使从光源侧入射的光以沿着光轴的方式向测量对象物侧出射，且使此光产生色差；物镜，配置在较衍射透镜更靠测量对象物侧，将从衍射透镜侧入射的光聚集并向测量对象物侧出射，并且使从测量对象物侧入射的光以沿着光轴的方式向衍射透镜侧出射；以及壳，在内部形成有空间，在此空间中至少收容着衍射透镜及物镜。壳具有呈以光轴为中心轴的大致圆筒形状且端部经开放的第一壳部及第二壳部、以及呈以光轴为中心轴的大致圆环形状的连接构件。第一壳部在其内部配置有衍射透镜。第二壳部在其内部配置有物镜。连接构件在其外周面形成有外螺纹部。第一壳部及第二壳部通过将形成在各自的内周面的内螺纹部与连接构件的外螺纹部螺合而相互连接。

根据此实施方式，壳具有第一壳部及第二壳部。第一壳部及第二壳部呈以光轴为中心轴的大致圆筒形状，且在各自的内周面形成有内螺纹部。第一壳部及第二壳部通过此内螺纹部与连接构件的外螺纹部螺合而经由连接构件相互连接。通过将大致圆筒形状的第一壳部及第二壳部如此这样连接，能抑制第一壳部或第二壳部在光轴方向观察时从物镜等而向外方大幅伸出。结果，能确保测量精度并且使壳小型化。

在所述实施方式中，连接构件可配置在衍射透镜与物镜之间。

若经由连接构件将第一壳部与第二壳部连接，则可能沿着光轴的方向上的壳的尺寸不均一变明显。此种不均一可能妨碍壳内部的光的适当行进，使测量精度降低。

相对于此，所述构成中，连接构件是配置在衍射透镜与物镜之间。在此位置，光以沿着光轴的方式行进。因此，根据所述构成，与将连接构件配置在光以相对于光轴而倾斜的方式行进的位置的情况相比，能减轻壳尺寸所产生的不均一的影响，抑制测量精度降低。

在所述实施方式中，可为：壳具有与连接构件无关而另配置在连接构件与衍射透镜之间的挤压构件，且挤压构件呈以光轴为中心轴的大致圆环形状，在其外周面形成有外螺纹部，通过此外螺纹部与第一壳部的内螺纹部螺合而将衍射透镜向光源侧按压而加以固定。

第一壳部的内螺纹与连接构件的外螺纹螺合，第二壳部的内螺纹与连接构件的外螺纹螺合。若因所述螺合而第一壳部与第二壳部抵接，则有时沿着光轴的方向的外力作用于连接构件。假设连接构件兼具按压衍射透镜而加以固定的功能的情况下，可能因此种外力发挥作用而衍射透镜的固定变得不稳定。

相对于此，所述构成中，将衍射透镜向光源侧按压而加以固定的挤压构件是与连接构件无关而另配置在连接构件与衍射透镜之间。因此，即便在沿着光轴的方向的外力作用于连接构件的情况下，此外力也不会波及挤压构件。结果，能将衍射透镜稳定地固定，并且经由连接构件将第一壳部与第二壳部连接。

在所述实施方式中，可在沿着光轴的方向上，使挤压构件的尺寸小于连接构件的尺寸。

根据此实施方式，通过使挤压构件的尺寸相对较小，而能使连接构件的尺寸相对较大，将第一壳部与第二壳部可靠地连接。

在所述实施方式中，第一壳部及第二壳部的至少一个可在其外周面形成有凹部，且此凹部的底面为平面。

根据此实施方式，作业人员在组装传感头时，能使工具稳定地抵接于凹部的底面，将力矩传递到形成有此凹部的壳部。结果，虽然将呈大致圆筒形状的第一壳部及第二壳部用于壳，也能赋予用于使所述外螺纹与内螺纹螺合的力矩，容易地进行传感头的组装。

[发明的效果]

根据本发明，能提供一种确保测量精度并且能实现小型化的传感头。

附图说明

图1为表示实施方式的传感头的立体图。

图2为表示图1的传感头的立体图。

图3为表示图1的传感头的俯视图。

图4为表示图3的IV-IV截面的截面图。

图5为表示图2的连接构件及挤压构件的立体图。

图6为表示图4的VI部的放大图。

符号的说明

1：壳

2：第一壳部

2a、3d：内螺纹部

2b：连通孔

3：第二壳部

3a：凹部

3b：开口

3c：第二壳部的开口的周缘

4：透镜固持器

5：衍射透镜

6：连接构件

6a、23a：外螺纹部

6b、23b：缺口

7：物镜群(物镜)

8：纤壳

21、22：固定部

23、34：挤压构件

25：阶部

27、28：螺杆

31～33：隔离物

42a：第一准直透镜

42b：第二准直透镜

71：第一物镜

72：第二物镜

73：第三物镜

74：第四物镜

81：板弹簧

82：插芯

91：上部标签

92：下部标签

100：传感头

200：测量对象物

210：第一波长的光

220：第二波长的光

AX：轴(光轴)

F：外力

L11、L12、L21、L22：箭头

W6、W23：尺寸

具体实施方式

参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。此外，各附图中标注相同符号的构件具有相同或同样的构成。

图1为表示实施方式的传感头100的立体图。传感头100构成对测量对象物200的位置进行测量的传感器的一部分，且具备壳1。壳1具有第一壳部2及第二壳部3。

第一壳部2呈大致圆筒形状，在其内部配置有下文将述的衍射透镜5(参照图2等)。在壳1的端部连接着纤壳8。在纤壳8的内部，配置有将从光源(未图示)出射的白色光导向第一壳部2的光纤。衍射透镜5使从光纤出射的光在沿着光轴的方向上产生色差。

第二壳部3呈大致圆筒形状，在其内部配置有下文将述的物镜群7。第二壳部3以使物镜群7的一部分露出的方式固定物镜群7。

传感头100是使物镜群7朝向测量对象物200而使用。透过衍射透镜5而产生了色差的光经物镜群7折射并聚集，向测量对象物200侧出射。图1中图示了焦点距离相对较长的第一波长的光210、及焦点距离相对较短的第二波长的光220。第一波长的光210在测量对象物200的表面聚焦，但第二波长的光220在测量对象物200的近前聚焦。

经测量对象物200的表面反射的光入射到物镜群7中。此光是由物镜群7聚集，透过衍射透镜5而向光纤侧行进。第一波长的光210在光纤处聚焦，其大部分入射到光纤中。另一方面，其他波长的光在光纤处并未聚焦，几乎未入射到光纤中。

入射到光纤中的光被引导到连接于光纤的分光器(未图示)。分光器检测光的波长的波峰，并根据此波峰对测量对象物200的位置进行测量。

此种传感头100中，在第一壳部2的内周面形成有内螺纹部2a，在第二壳部3的内周面形成有内螺纹部3d(参照图6)。第一壳部2及第二壳部3通过内螺纹部2a、内螺纹部3d与连接构件6的外螺纹部6a螺合，而经由连接构件6相互连接。通过将大致圆筒形状的第一壳部2及第二壳部3如此这样连接，能抑制第一壳部2或第二壳部3在光轴方向观察时从物镜群7等而向外方大幅伸出。结果，能确保测量精度并且使壳1小型化。

[构成例]

接下来，参照图2～图6对传感头100的构成的一例进行说明。图2为表示传感头100的立体图。图2是将传感头100的一部分加以分解而示出。图3为表示传感头100的俯视图。图4为表示图3的IV-IV截面的截面图。图5为表示连接构件6及挤压构件23的立体图。图6为表示图4的VI部的放大图。

＜第一壳部＞

第一壳部2呈一端经开放的大致圆筒形状，且以其中心轴与轴AX大致一致的方式配置。轴AX为虚拟的直线。如图5及图6所示，在第一壳部2的一端的内周面形成有内螺纹部2a。

另外，如图2及图3所示那样，在第一壳部2的另一端形成有用于固定传感头100的固定部21、固定部22。如图2及图4所示那样，在固定部21、固定部22之间，形成有使第一壳部2的内外连通的连通孔2b。如图4所示那样，第一壳部2在其内部收容着透镜固持器4及衍射透镜5。

透镜固持器4为呈大致圆筒形状的构件。透镜固持器4的内径视部位而不同。在透镜固持器4的内部配置有第一准直透镜42a及第二准直透镜42b。

第一准直透镜42a固定在透镜固持器4的内部。第二准直透镜42b是与第一准直透镜42a空开间隔而配置。

透镜固持器4是整体收容在第一壳部2的内部，且固定在第一壳部2上。由此，第一准直透镜42a及第二准直透镜42b均是以光轴与轴AX大致一致的方式配置。

衍射透镜5是以其光轴与轴AX大致一致的方式配置在较透镜固持器4更靠测量对象物200侧。衍射透镜5使所入射的光在沿着轴AX的方向(以下称为“轴AX方向”)上产生色差。能采用焦点距离与光的波长成反比例的透镜作为衍射透镜5。

＜第二壳部＞

第二壳部3呈大致圆筒形状。第二壳部3的一端经开放，在另一端形成有开口3b。如图6所示那样，在第二壳部3的一端的内周面形成有内螺纹部3d。开口3b在沿着第二壳部3的中心轴观察的情况下，呈大致正圆形状。如图2所示那样，在第二壳部3的外周面形成有多个凹部3a。凹部3a的底面为平面。如图4所示那样，第二壳部3在其内部收容着物镜群7、隔离物31～隔离物33及挤压构件34。

物镜群7为本发明的“物镜”的一例。物镜群7含有第一物镜71、第二物镜72、第三物镜73及第四物镜74。此物镜群7的各透镜均呈大致圆形状，其直径与第二壳部3的内径大致相同。

另外，本发明的“物镜”可如物镜群7那样包含多个透镜，也可为单一的透镜。

隔离物31～隔离物33呈大致圆环形状。隔离物31～隔离物33的外径与物镜群7的各透镜的外径大致相同。

挤压构件34呈大致圆环形状，在其外周面形成有外螺纹部。此外螺纹部的节距与第二壳部3的内周面的内螺纹部3d的节距大致相同。

物镜群7的各透镜是相互空开间隔并以光轴均与轴AX大致一致的方式排列成直线状。详细来说，如图6所示那样，第一物镜71是以与第二壳部3的开口3b的周缘3c抵接且从开口3b露出的方式配置。第二物镜72是以隔着隔离物31而与第一物镜71相向的方式配置。第三物镜73是以隔着隔离物32而与第二物镜72相向的方式配置。第四物镜74是隔着隔离物33而与第三物镜73相向，并且夹持在隔离物33与挤压构件34之间而固定在第二壳部3的内部。挤压构件34的外周面的外螺纹部与第二壳部3的内周面的内螺纹部3d螺合。物镜群7的各透镜是以所透过的光不产生波像差的方式排列。

＜纤壳＞

如图2及图4所示那样，纤壳8经由板弹簧81而固定在第一壳部2上。板弹簧81是利用螺杆27固定在第一壳部2的上部，并且利用螺杆28固定在第一壳部2的端部。纤壳8在内部收容着光纤(未图示)。在光纤的前端连接着插芯82。如图4所示那样，插芯82穿插到第一壳部2的连通孔2b中。

如图2所示那样，在第一壳部2的上部，以覆盖螺杆27的方式贴附有上部标签91。另外，在第一壳部2的下部贴附有下部标签92。在上部标签91及下部标签92上也可印刷产品名等商标。

＜挤压构件、连接构件＞

如图2及图5所示那样，连接构件6呈大致圆环形状。在连接构件6的外周面形成有外螺纹部6a。外螺纹部6a的节距与第一壳部2的内螺纹部2a的节距、及第二壳部3的内螺纹部3d的节距大致相同。在连接构件6的端部形成有多个缺口6b。

挤压构件23为本发明的“挤压构件”的一例。如图2及图5所示那样，挤压构件23呈大致圆环形状。在挤压构件23的外周面形成有外螺纹部23a。外螺纹部23a的节距与连接构件6的外螺纹部6a的节距大致相同。如图5所示那样，在挤压构件23的端部形成有多个缺口23b。挤压构件23的外径与连接构件6的外径大致相同，挤压构件23的内径与连接构件6的内径大致相同。另外，沿着中心轴的方向上的挤压构件23的尺寸W23小于此方向上的连接构件6的尺寸W6。

如图6所示那样，挤压构件23是以其外螺纹部23a与第一壳部2的内螺纹部2a螺合的方式配置。作业人员能通过使工具(未图示)与缺口23b卡合而从工具将力矩传递到挤压构件23，使外螺纹部23a螺合。由此，挤压构件23是在较衍射透镜5更靠测量对象物200侧，以其中心轴与轴AX大致一致的方式配置在第一壳部2的内部。

若将挤压构件23配置在第一壳部2的内部，则衍射透镜5被挤压构件23向光源侧按压。衍射透镜5被夹持在挤压构件23与第一壳部2的阶部25之间，在第一壳部2的内部被固定。

在外螺纹部6a与第一壳部2的内螺纹部2a螺合的连接构件6从第一壳部2的一端向外部露出。第二壳部3的内螺纹部3d与此连接构件6的外螺纹部6a中从第一壳部2的一端向外部露出的部分螺合。作业人员能使工具(未图示)与第二壳部3的凹部3a的底面抵接，将力矩传递到第二壳部3，使外螺纹部6a与内螺纹部3d螺合。由此，第二壳部3经由连接构件6而连接于第一壳部2。第二壳部3是以其中心轴与轴AX大致一致的方式连接。

[动作例]

光源所发出的白色光被光纤引导到传感头100侧，到达插芯82。此光一面扩散一面从插芯82进入壳1的内部。

进入壳1内部的光的一部分进入透镜固持器4的内部。此光依次透过第二准直透镜42b和第一准直透镜42a。第一准直透镜42a及第二准直透镜42b改变从光源侧入射的光的行进方向，向测量对象物200侧出射。具体来说，如图6中箭头L11所示那样，从第一准直透镜42a出射而朝向衍射透镜5的光一面扩散一面行进。

衍射透镜5使从第一准直透镜42a侧入射的光产生色差，如箭头L12所示那样，以沿着轴AX的方式出射。此光经物镜群7折射并聚集，经过第二壳部3的开口3b而向测量对象物200出射。

经测量对象物200的表面反射的光经过第二壳部3的开口3b而入射到物镜群7中。物镜群7使所入射的光折射，并如箭头L21所示那样，以沿着轴AX的方式向光源侧出射。衍射透镜5使从测量对象物200侧入射的光透过，并如箭头L22所示那样向光源侧出射。第一准直透镜42a及第二准直透镜42b将从测量对象物200侧入射的光聚集，并向光源侧出射。

传感头100中，通过将大致圆筒形状的第一壳部2及第二壳部3如此这样连接，在轴AX方向上观察的情况下，能抑制第一壳部2及第二壳部3从物镜群7向外方大幅伸出。结果，能确保测量精度并且使壳1小型化。

另外，连接构件6是配置在衍射透镜5与物镜群7之间。在此位置，光以沿着亦为光轴的轴AX的方式行进。因此，根据此构成，与将连接构件6配置在光以相对于轴AX而倾斜的方式行进的位置的情况相比，能减轻壳1的尺寸所产生的不均一的影响，抑制测量精度降低。

第一壳部2的内螺纹部2a与连接构件6的外螺纹部6a螺合，第二壳部3的内螺纹部3d与连接构件6的外螺纹部6a螺合。若因这些螺合而第一壳部2与第二壳部3抵接，则如图6所示那样，有时轴AX方向的外力F作用于连接构件6。假设连接构件6兼具按压衍射透镜5而加以固定的功能的情况下，可能因此种外力F发挥作用而衍射透镜5的固定变得不稳定。

相对于此，传感头100中，将衍射透镜5向光源侧按压而加以固定的挤压构件23是与连接构件6无关而另配置在连接构件6与衍射透镜5之间。因此，即便在轴AX方向的外力F作用于连接构件6的情况下，此外力F也不会波及挤压构件。结果，能将衍射透镜5稳定地固定，并且经由连接构件6将第一壳部2与第二壳部3连接。

另外，在轴AX方向上，挤压构件23的尺寸W23小于连接构件6的尺寸W6。根据此实施方式，通过使挤压构件23的尺寸W23相对较小，能使连接构件6的尺寸W6相对较大，将第一壳部2与第二壳部3可靠地连接。

另外，第二壳部3在其外周面形成有凹部3a，此凹部3a的底面为平面。根据此实施方式，能在组装传感头100时，使工具稳定地抵接于凹部3a的底面，将力矩传递到形成有此凹部3a的第二壳部3。结果，虽然将呈大致圆筒形状的第一壳部2及第二壳部3用于壳1，也能赋予用于使外螺纹部6a与内螺纹部3d螺合的力矩，容易地进行传感头100的组装。

另外，传感头100仅在第二壳部3上形成有本发明的“凹部”。然而，本发明不限定于此实施方式。即，本发明的“凹部”只要形成在第一壳部2及第二壳部3的至少一个上即可。

以上说明的实施方式是以容易理解本发明为目的，并非限定解释本发明。实施方式所具备的各要素以及其配置、材料、条件、形状及尺寸等不限定于例示，能适当变更。另外，能将不同实施方式中所示的构成彼此局部地替换或组合。

[附记]

一种传感头，其为对测量对象物200的位置进行测量的传感器的传感头100，且所述传感头包括：

衍射透镜5，使从光源侧入射的光以沿着光轴AX的方式向测量对象物200侧出射，且使此光产生色差；

物镜7，配置在较所述衍射透镜5更靠测量对象物200侧，将从所述衍射透镜5侧入射的光聚集并向测量对象物200侧出射，并且使从所述测量对象物200侧入射的光以沿着所述光轴AX的方式向所述衍射透镜5侧出射；以及

壳1，在内部形成有空间，在此空间中至少收容着所述衍射透镜5及所述物镜7；并且

所述壳1具有呈以所述光轴AX为中心轴的大致圆筒形状且端部经开放的第一壳部2及第二壳部3、以及呈以所述光轴AX为中心轴的大致圆环形状的连接构件6，

所述第一壳部2在其内部配置有所述衍射透镜5，

所述第二壳部3在其内部配置有所述物镜7，

所述连接构件6在其外周面形成有外螺纹部6a，

所述第一壳部2及所述第二壳部3通过形成在各自的内周面的内螺纹部2a、3d与所述连接构件6的外螺纹部6a螺合而相互连接。

Claims (5)

1.一种传感头，其为对测量对象物的位置进行测量的传感器的传感头，且所述传感头的特征在于，包括：

衍射透镜，使从光源侧入射的光以沿着光轴的方式向测量对象物侧出射，且使所述光产生色差；

物镜，配置在较所述衍射透镜更靠测量对象物侧，将从所述衍射透镜侧入射的光聚集并向测量对象物侧出射，并且使从所述测量对象物侧入射的光以沿着所述光轴的方式向所述衍射透镜侧出射；以及

壳，在内部形成有空间，且在所述空间中至少收容着所述衍射透镜及所述物镜；并且

所述壳具有呈以所述光轴为中心轴的大致圆筒形状且端部经开放的第一壳部及第二壳部、以及呈以所述光轴为中心轴的大致圆环形状的连接构件，

所述第一壳部在其内部配置有所述衍射透镜，

所述第二壳部在其内部配置有所述物镜，

所述连接构件在其外周面形成有外螺纹部，

所述第一壳部及所述第二壳部通过形成在各自的内周面的内螺纹部与所述连接构件的外螺纹部螺合而相互连接。

2.根据权利要求1所述的传感头，其特征在于：所述连接构件是配置在所述衍射透镜与所述物镜之间。

3.根据权利要求2所述的传感头，其特征在于：所述壳具有与所述连接构件无关而另配置在所述连接构件与所述衍射透镜之间的挤压构件，且

所述挤压构件呈以所述光轴为中心轴的大致圆环形状，在其外周面形成有外螺纹部，通过所述外螺纹部与所述第一壳部的内螺纹部螺合而将所述衍射透镜向光源侧按压而加以固定。

4.根据权利要求3所述的传感头，其特征在于：在沿着所述光轴的方向上，所述挤压构件的尺寸小于所述连接构件的尺寸。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感头，其特征在于：所述第一壳部及所述第二壳部的至少一个在其外周面形成有凹部，所述凹部的底面为平面。