CN109597049B - 传感头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能提高设置自由度的传感头。传感头(100)为对测量对象物(200)的位移进行测量的传感器的传感头，且包括使所入射的光沿着光轴方向产生色差的衍射透镜、在内部至少收容着衍射透镜的壳部(5)、以及用于对固定对象物进行固定的固定部(11)及固定部(12)，壳部(5)具有外形为圆柱形状的圆柱部(10)，在圆柱部(10)的中心轴方向观察时，固定部(11)、固定部(12)的外形收纳在圆柱部(10)的外形以内。

Description

传感头
技术领域
本发明涉及一种传感头。
背景技术
以前，作为以非接触方式对测量对象物的位移进行测量的装置，可使用利用共焦光学系统的共焦测量装置。
例如，下述专利文献1所记载的共焦测量装置在光源与测量对象物之间具有使用衍射透镜的共焦光学系统。此共焦测量装置中，来自光源的出射光通过共焦光学系统而以与其波长相应的焦点距离照射到测量对象物上。然后，检测反射光的波长的波峰，由此能对测量对象物的位移进行测量。
共焦测量装置等的传感头有时是以相对于测量对象物不产生位置偏移的方式固定而使用。例如，下述专利文献2中公开了一种用于将传感头安装在规定位置的安装工具。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]美国专利第5785651号说明书
[专利文献2]日本专利特开平6-273136号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，在使用安装工具固定传感头的情况下，有时安装工具与其他构件发生干扰，有时能设置传感头的部位受到限制。
因此，本发明的目的在于提供一种能提高设置自由度的传感头。
[解决问题的技术手段]
本公开的一实施方式的传感头为对测量对象物的位移进行测量的传感器的传感头，且其包括：衍射透镜，使所入射的光沿着光轴方向产生色差；物镜，将所入射的光聚集到测量对象物上；壳部，在内部至少收容着衍射透镜及物镜；以及固定部，用于固定到固定对象物上；并且壳部具有外形为圆柱形状的圆柱部，在圆柱部的中心轴方向上观察时，固定部的外形收纳在圆柱部的外形以内。
根据此实施方式，壳部具有圆柱部，在圆柱部的中心轴方向上观察时，固定部的外形收纳在圆柱部的外形以内，由此能避免固定部与其他构件发生干扰，提高传感头的设置自由度。
在所述实施方式中，可为：在圆柱部的中心轴方向观察时，固定部以与和中心轴正交的轴重叠的方式延伸。
根据此实施方式，能在固定部收纳在圆柱部的外形以内的范围内使固定部的宽度最大，从而能更牢固地固定到固定对象物上。
在所述实施方式中，固定部可设置在圆柱部的中心轴方向上与衍射透镜及物镜不同的位置。
根据此实施方式，固定部的存在不会导致衍射透镜及物镜的口径变窄，因此能将这些口径增大到壳部的内径程度而充分增多所取入的光量，并且设置足以固定传感头的大小的固定部。
在所述实施方式中，固定部可设置在圆柱部的中心轴方向上的圆柱部的端部。
根据此实施方式，固定部的存在不会导致壳部的口径变窄，因此能增大壳部的内径而充分增多所取入的光量，并且设置足以固定传感头的大小的固定部。
在所述实施方式中，可为：圆柱部在端部具有穿插口，此穿插口供与衍射透镜光学连接的光纤穿插，且固定部设置在圆柱部的中心轴方向上与穿插口重叠的位置。
根据此实施方式，与在圆柱部的中心轴方向上在圆柱部的端部的不与穿插口重叠的位置设置固定部的情况相比，壳部的全长变短，能使传感头小型化。
在所述实施方式中，固定部可与壳部一体地形成。
根据此实施方式，通过将固定部固定在固定对象物上而将壳部也固定，从而将传感头可靠地固定在固定对象物上。
在所述实施方式中，固定部可为板状，且具有相互平行的两个平面。
根据此实施方式，在固定对象物具有平面的情况下，能将具有相互平行的两个平面的板状固定部以与固定对象物进行面接触的方式固定，从而能容易地牢固地固定传感头。
在所述实施方式中，平面可沿着圆柱部的中心轴延伸。
根据此实施方式，若将固定部固定在固定对象物上，则衍射透镜及物镜的光轴方向朝向沿着固定对象物的固定对象面的方向，容易进行传感头的方向对准。
在所述实施方式中，固定部可具有贯通孔。
根据此实施方式，能通过将螺杆等穿过贯通孔而将固定部固定在固定对象物上，从而能容易地固定传感头。
[发明的效果]
根据本发明，能提供一种能提高设置自由度的传感头。
附图说明
图1为本发明的实施方式的传感头的立体图。
图2为本实施方式的传感头的分解立体图。
图3为本实施方式的传感头的俯视图。
图4为本实施方式的传感头的截面图。
图5为本实施方式的传感头的背面图。
图6为本实施方式的传感头的侧面图。
图7为将现有例的多个传感头密集配置的情况的正面图。
图8为将本实施方式的多个传感头密集配置的情况的正面图。
图9为将本实施方式的多个传感头密集配置的情况的俯视图。
[符号的说明]
5：壳部
10：圆柱部
10a：中心轴
10b：铅垂中心线
10c：水平中心线
11：第一固定部
11a：上部第一平面
11b：下部第一平面
11c：第一贯通孔
11d：第二贯通孔
12：第二固定部
12a：上部第二平面
12b：下部第二平面
15：准直透镜
16：衍射透镜
16a：光轴
17：第二透镜挤压部
18：承接座
19：穿插口
20：物镜部
21：第一透镜
22：第一隔离物
23：第二透镜
24：第二隔离物
25：第三透镜
26：第三隔离物
27：第四透镜
28：第一透镜挤压部
31：第一螺杆
40：纤壳
41：薄板弹簧
42：插芯
43：第三螺杆
50a：第一固定螺杆
50b：第二固定螺杆
80：现有例的物镜部
81：现有例的物镜
82：螺孔
100：传感头
200：测量对象物
210：第一波长的光
220：第二波长的光
300：固定对象物
d：直径
h：距离
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，各图中标注相同符号的构件具有相同或同样的构成。
图1为本发明的实施方式的传感头100的立体图。本实施方式的传感头100为对测量对象物200的位移进行测量的传感器的传感头100，且包括壳部5、第一固定部11、第二固定部12及纤壳40。在纤壳40中穿插有对来自白色光源的光进行导光的光纤。
壳部5包含外形为圆柱形状的圆柱部10、及将光聚集到测量对象物200上的物镜部20。在圆柱部10的内部收容着衍射透镜，此衍射透镜使从在端面形成针孔的光纤出射的白色光沿着光轴方向产生色差。物镜部20配置在较衍射透镜更靠测量对象物200侧，将经衍射透镜产生了色差的光聚集到测量对象物200上。本例中，图示出焦点距离相对较长的第一波长的光210、和焦点距离相对较短的第二波长的光220。本例的情况下，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的表面反射的光是由物镜部20聚集，经过衍射透镜而被送回到光纤。反射光中，第一波长的光210由于在光纤处对焦，因此其大部分入射到光纤中，而其他波长的光在光纤处并未对焦，其大部分未入射到光纤中。入射到光纤中的光被传输到连接于光纤的分光器(未图示)。分光器对经测量对象物200的表面反射并由传感头100聚集的光的波长的波峰进行检测，根据所检测出的波长的波峰来对测量对象物200的位移进行测量。
若传感头100处于静止状态，则分光器能以几十纳米(nm)的分辨率对测量对象物200的位移进行测量。为了实现此种高分辨率，需要将传感头100可靠地固定在固定对象物上。本实施方式的传感头100包括用于固定到固定对象物上的第一固定部11及第二固定部12，在圆柱部10的中心轴方向观察时，第一固定部11及第二固定部12的外形收纳在圆柱部10的外形以内。即，在沿着圆柱部10的中心轴的方向上观察圆柱部10的背面的情况下，第一固定部11及第二固定部12成为不从圆柱部10的外形突出的形状。本实施方式的传感头100中，在沿着圆柱部10的中心轴的方向上观察圆柱部10的背面的情况下，第一固定部11及第二固定部12的外形位于圆柱部10的外形上、即圆柱部10的轮廓上。但是，在沿着圆柱部10的中心轴的方向上观察圆柱部10的背面的情况下，第一固定部11及第二固定部12的外形也可位于圆柱部10的外形的内侧。此处，第一固定部11及第二固定部12为本发明的“固定部”的一例。
如此这样，壳部5具有圆柱部10，在圆柱部10的中心轴方向观察时，第一固定部11及第二固定部12的外形收纳在圆柱部10的外形以内，由此能避免第一固定部11及第二固定部12与其他构件发生干扰，提高传感头100的设置自由度。
在排列多个传感头100而对测量对象物200的多个部位的位移同时进行测量的情况下，若为本实施方式的传感头100，则即便使多个传感头100密集配置，第一固定部11及第二固定部12也不会发生干扰，因此能进一步缩短多个传感头100间的距离而密集地固定。
[构成例]
接下来，一方面参照图2～图5一方面对本实施方式的传感头100的构成的一例进行说明。图2为本实施方式的传感头100的分解立体图。图3为本实施方式的传感头100的俯视图。图4为本实施方式的传感头100的截面图。图3中，图示出圆柱部10的中心轴10a，中心轴10a与表示图4所示的传感头100的截面图的图示方向的IV-IV线一致。另外，图5为本实施方式的传感头100的背面图。
＜物镜部＞
壳部5中，物镜部20从测量对象物200(参照图1)侧开始依次收容着第一透镜21、第一隔离物22、第二透镜23、第二隔离物24、第三透镜25、第三隔离物26、第四透镜27及第一透镜挤压部28。第一透镜21、第二透镜23、第三透镜25及第四透镜27为将光聚集到测量对象物200上的物镜群，且为以不产生波面像差的方式组合的透镜群。物镜群21、23、25、27是以其光轴与衍射透镜16的光轴16a一致的方式固定在物镜部20的内部。此外，本例中示出在物镜部20中收容着四片透镜的情况，但物镜部20中收容的透镜的片数及种类为任意。
此外，若衍射透镜16为使光沿着光轴16a方向产生色差并且将光聚集到测量对象物200的透镜，则也可将物镜群21、23、25、27的一部分或全部省略。
＜圆柱部＞
壳部5中，圆柱部10收容着准直透镜15及衍射透镜16。衍射透镜16使所入射的光沿着光轴16a方向产生色差。衍射透镜16也可为焦点距离与光的波长成反比例的透镜。衍射透镜16是由在外侧刻有外螺纹的环状的第二透镜挤压部17从测量对象物200侧挤压而固定在圆柱部10的内部。另外，承接座18为在外侧刻有外螺纹的环状构件，且为将圆柱部10与物镜部20连接的接头。准直透镜15将从插芯42出射的光聚集并入射到衍射透镜16中。另外，准直透镜15将经过物镜群21、23、25、27及衍射透镜16而入射的光聚集到插芯42中。
此外，壳部5也可含有物镜部20和圆柱部10以外的构成。例如，壳部5也可在物镜部20与圆柱部10之间，含有内部为空洞且外形为L字型的弯曲部。弯曲部在内部至少具有反射镜，反射镜将从衍射透镜16入射的光反射到物镜，或将从物镜入射的光反射到衍射透镜16。即便在壳部5含有弯曲部的情况下，在圆柱部10的中心轴10a方向观察时，第一固定部11及第二固定部12的外形也收纳在圆柱部10的外形以内，由此能避免第一固定部11及第二固定部12与其他构件发生干扰，提高传感头100的设置自由度。
另外，衍射透镜16也可配置在较物镜群21、23、25、27更靠测量对象物200侧。
＜纤壳＞
纤壳40在内部收容光纤，经由薄板弹簧41而固定在圆柱部10上。薄板弹簧41是利用第一螺杆31螺固在圆柱部10的上部，并且利用第三螺杆43螺固在圆柱部10的端部。
壳部5的圆柱部10在端部具有穿插口19，此穿插口19供与衍射透镜16光学连接的光纤穿插。穿插口19是设置在圆柱部10中与连接有物镜部20的端部相反侧的端部。在穿插口19中，穿插有在前端安装有插芯42的光纤。此外，图4中仅图示插芯42，而省略光纤的图示。
＜固定部＞
如图5所示，在圆柱部10的中心轴方向观察时，第一固定部11及第二固定部12以与和圆柱部10的中心轴正交的轴重叠的方式延伸设置。图5中，图示出铅垂中心线10b、水平中心线10c作为和圆柱部10的中心轴正交的多个轴。第一固定部11及第二固定部12是设置成在与水平中心线10c相同的方向上延伸，且与水平中心线10c重叠。由此，能在第一固定部11及第二固定部12收纳在圆柱部10的外形以内的范围内，使第一固定部11及第二固定部12的宽度最大，从而能更牢固地固定到固定对象物上。
另外，第一固定部11及第二固定部12为板状，且具有相互平行的两个平面。即，第一固定部11为具有上部第一平面11a和下部第一平面11b的板形状，第二固定部12为具有上部第二平面12a和下部第二平面12b的板形状。如此这样，第一固定部11及第二固定部12为板状，且具有相互平行的两个平面，由此在固定对象物具有平面的情况下，能以使第一固定部11及第二固定部12与固定对象物进行面接触的方式固定，从而能容易地牢固地固定传感头100。
此处，上部第一平面11a、下部第一平面11b、上部第二平面12a及下部第二平面12b分别沿着圆柱部10的中心轴而延伸。即，第一固定部11及第二固定部12沿着圆柱部10的中心轴而延伸。圆柱部10的中心轴方向与衍射透镜16及物镜的光轴方向基本一致。因此，若将第一固定部11及第二固定部12固定在固定对象物上，则衍射透镜16及物镜的光轴方向朝向沿着固定对象物的固定对象面的方向，传感头100的方向对准变容易。
如图2～图4所示那样，第一固定部11及第二固定部12是设置在圆柱部10的中心轴方向上与衍射透镜16、物镜群21、23、25、27、准直透镜15不同的位置。更具体来说，衍射透镜16及准直透镜15是设置在圆柱部10的内部，物镜群21、23、25、27是设置在物镜部20的内部，相对于此，第一固定部11及第二固定部12是设置在圆柱部10的中心轴方向上的圆柱部10的端部。如此这样，通过将第一固定部11及第二固定部12设置在不与衍射透镜16及物镜发生干扰的位置，第一固定部11及第二固定部12的存在不会导致衍射透镜16及物镜的口径变窄，因此能将衍射透镜16及物镜的口径增大到壳部5的内径程度而充分增多取入的光量，并且设置足以固定传感头100的大小的第一固定部11及第二固定部12。另外，通过将第一固定部11及第二固定部12设置在圆柱部10的中心轴方向上的圆柱部10的端部，第一固定部11及第二固定部12的存在不会导致壳部5的口径变窄，因此能增大壳部5的内径而充分增多取入的光量，并且设置足以固定传感头100的大小的第一固定部11及第二固定部12。
第一固定部11及第二固定部12是设置在圆柱部10的中心轴方向上与穿插口19重叠的位置。换言之，在圆柱部10的侧面观察时，第一固定部11及第二固定部12与穿插口19重叠。由此，与在圆柱部10的中心轴方向上在圆柱部10的端部的不与穿插口19重叠的位置设置第一固定部11及第二固定部12的情况相比，壳部5的全长变短，能使传感头100小型化。另外，通过将第一固定部11及第二固定部12设置在圆柱部10的中心轴方向上与穿插口19重叠的位置，能将传感头100的固定部位设为接近传感头100的重心的部位，从而能更稳定地固定。
第一固定部11及第二固定部12是与壳部5一体地形成。更详细来说，第一固定部11及第二固定部12是与圆柱部10一体地形成，第一固定部11及第二固定部12分别与圆柱部10连续而形成。由此，通过将第一固定部11及第二固定部12固定在固定对象物上而将壳部5也固定，从而将传感头100可靠地固定在固定对象物上。
[使用例]
接下来，一方面参照图6～图8一方面对本实施方式的传感头100的使用的一例进行说明。图6为本实施方式的传感头100的侧面图。图6中，图示出固定对象物300、用于将第一固定部11螺固在固定对象物300上的第一固定螺杆50a及第二固定螺杆50b。
第一固定部11具有第一贯通孔11c及第二贯通孔11d。与第一固定部11同样地，第二固定部12具有第一贯通孔及第二贯通孔(未图示)。将第一固定螺杆50a穿过第一固定部11的第一贯通孔11c，且将第二固定螺杆50b穿过第二贯通孔11d，螺固在固定对象物300上而进行固定。此外，虽然图6中省略图示，但也分别将固定螺杆穿过第二固定部12的两个贯通孔，螺固在固定对象物300上而进行固定。设置在第一固定部11及第二固定部12中的贯通孔可为其内侧平滑的孔，也可为其内侧刻有螺纹的螺孔。通过第一固定部11及第二固定部12具有贯通孔，能利用螺杆将第一固定部11及第二固定部12固定在固定对象物300上，从而能容易地固定传感头100。
图7为将现有例的多个传感头密集配置的情况的正面图。此图中，示出收容有现有例的物镜81的现有例的物镜部80的正面图。现有例的物镜81的直径为d，现有例的物镜部80在四角具有螺孔82，因此具有较现有例的物镜81的直径d更大的宽度及高度。
现有例的多个传感头在固定在固定对象物上的情况下，需要彼此空开至少h的距离而固定。如此这样，现有例的多个传感头由于物镜部80的宽度及高度大于物镜81的直径d，且必须使传感头间的距离至少空开h而进行固定，因此密集配置时的密度不够高。
图8为将本实施方式的多个传感头100密集配置的情况的正面图。此图中，示出本实施方式的传感头100的物镜部20、及物镜部20中收容的物镜群的一部分。本实施方式的传感头100中收容的物镜的直径为与现有例的物镜81的直径相同的d。另外，本实施方式的传感头100的物镜部20具有略大于第一透镜21的直径d的直径。
图9为将本实施方式的多个传感头100密集配置的情况的俯视图。此图中，示出将多个传感头100分别固定在板状的固定对象物300的表侧及背侧的示例。如此图所示那样，第一固定部11及第二固定部12是螺固在固定对象物300上。板状的固定对象物300的厚度也可为固定在固定对象物300的表侧的传感头100、与固定在固定对象物300的背侧的传感头100接触那样的厚度。
本实施方式的传感头100由于各传感头100所具备的第一固定部11及第二固定部12并未从壳部5突出，且壳部5的外形为圆柱状，因此在排列配置有多个传感头100的情况下，能使第一透镜21等透镜间的距离相对较短地进行固定。而且，如图8及图9所示，能以使多个物镜部20密接的方式排列配置多个传感头100，能使多个传感头100间的距离比以前更短而密集地固定。
以上所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，能将不同实施方式所示的构成彼此局部地替换或组合。
[附记]
一种传感头，为对测量对象物(200)的位移进行测量的传感器的传感头，且其包括：
衍射透镜(16)，使所入射的光沿着光轴方向产生色差；
壳部(5)，在内部至少收容着所述衍射透镜(16)；以及
固定部(11、12)，用于固定到固定对象物(300)上；并且
所述壳部(5)具有外形为圆柱形状的圆柱部(10)，
在所述圆柱部(10)的中心轴方向观察时，所述固定部(11、12)的外形收纳在所述圆柱部(10)的外形以内。

Claims (8)

1.一种传感头，其为对测量对象物的位移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，使所入射的光沿着光轴方向产生色差；
壳部，在内部至少收容着所述衍射透镜；以及
固定部，用于固定到固定对象物上；且
所述壳部具有外形为圆柱形状的圆柱部，
在所述圆柱部的中心轴方向观察时，所述固定部的外形收纳在所述圆柱部的外形以内，
所述固定部为板状，且具有互相平行的两个平面。
2.根据权利要求1所述的传感头，其特征在于：在所述圆柱部的所述中心轴方向观察时，所述固定部以与和所述中心轴正交的轴重叠的方式延伸。
3.根据权利要求1或2所述的传感头，其特征在于：所述固定部是设置在所述圆柱部的所述中心轴方向上与所述衍射透镜不同的位置。
4.根据权利要求3所述的传感头，其特征在于：所述固定部是设置在所述圆柱部的所述中心轴方向上的所述圆柱部的端部。
5.根据权利要求4所述的传感头，其特征在于：所述圆柱部在所述端部具有穿插口，所述穿插口供与所述衍射透镜光学连接的光纤穿插，
所述固定部是设置在所述圆柱部的所述中心轴方向上与所述穿插口重叠的位置。
6.根据权利要求1或2所述的传感头，其特征在于：所述固定部是与所述壳部一体地形成。
7.根据权利要求1所述的传感头，其特征在于：所述平面沿着所述圆柱部的所述中心轴延伸。
8.根据权利要求1或2所述的传感头，其特征在于：所述固定部具有贯通孔。
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