TWI669486B - 傳感頭 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種確保測量精度並且能實現小型化的傳感頭。傳感頭（100）的殼（1）具有呈以作為光軸的軸（AX）為中心軸的大致圓筒形狀且端部經開放的第一殼部（2）及第二殼部（3）、以及呈以軸（AX）為中心軸的大致圓環形狀的連接構件（6）。第一殼部（2）及第二殼部（3）通過形成在各自的內周面的內螺紋部（2a）、內螺紋部（3d）與連接構件（6）的外螺紋部（6a）螺合而相互連接。

Description

傳感頭

本發明是有關於一種傳感頭。

作為不與測量物件物接觸而測量其位置的裝置，使用共焦光學系統的共焦測量裝置已普及。

例如，專利文獻1所記載的共焦測量裝置在光源與測量物件物之間使用配置有衍射透鏡的共焦光學系統。朝向測量物件物出射的光以與其波長相應的距離聚焦。測量裝置能根據經測量物件物反射的光的波長的波峰，來對測量物件物的位置進行測量。

此種測量裝置中，朝向測量物件物而配置有被稱為“傳感頭”等的設備，從傳感頭向測量物件物出射光。傳感頭具有在內部形成有成為光路的空間的殼（case），在此空間中收容著構成共焦光學系統的零件。由於此零件增加到多數，因此傳感頭的組裝作業耗費大量的精力。

專利文獻2中記載了一種傳感頭，此傳感頭具備包含多個殼部的殼。多個殼部通過相互連接而在其內部形成作為光路的空間。若將此殼分解，則各殼部的內部露出而能容易地進行零件的配置，因此能減輕組裝作業的精力。

專利文獻2所記載的傳感頭在沿著光軸的方向上觀察的情況下（以下，將在所述方向上觀察的情況稱為“光軸方向觀察”），透鏡呈大致圓形狀，相對於此，各殼部呈大致四角形狀。殼部的四角被用作形成螺孔的空間。另外，各殼部是通過在其厚度方向上貫通的螺杆而相互固定。 [現有技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2012-208102號公報 [專利文獻2]日本專利特開2015-143652號公報

[發明所要解決的問題]

專利文獻2所記載的傳感頭在光軸方向觀察時，殼部的四角較透鏡而更向外方大幅度地伸出，因此可能傳感頭大型化。作為抑制傳感頭的大型化的方法，想到使用小型的透鏡。但是，若伴隨著透鏡的小型化而其有效直徑變小，則可能導致測量精度降低。

另外，對於通過在各殼部的壁厚方向上貫通的螺杆將各殼部相互固定的構成來說，為了確保螺孔周邊的剛性，也必須充分增大殼部的壁厚。此種殼部的壁厚的增加也可能導致傳感頭的大型化。

因此，本發明的目的在於提供一種確保測量精度並且能實現小型化的傳感頭。 [解決問題的技術手段]

本發明的一實施方式的傳感頭為對測量物件物的位置進行測量的感測器的傳感頭，且包括：衍射透鏡，使從光源側入射的光以沿著光軸的方式向測量物件物側出射，且使此光產生色差；物鏡，配置在較衍射透鏡更靠測量物件物側，將從衍射透鏡側入射的光聚集並向測量物件物側出射，並且使從測量物件物側入射的光以沿著光軸的方式向衍射透鏡側出射；以及殼，在內部形成有空間，在此空間中至少收容著衍射透鏡及物鏡。殼具有呈以光軸為中心軸的大致圓筒形狀且端部經開放的第一殼部及第二殼部、以及呈以光軸為中心軸的大致圓環形狀的連接構件。第一殼部在其內部配置有衍射透鏡。第二殼部在其內部配置有物鏡。連接構件在其外周面形成有外螺紋部。第一殼部及第二殼部通過將形成在各自的內周面的內螺紋部與連接構件的外螺紋部螺合而相互連接。

根據此實施方式，殼具有第一殼部及第二殼部。第一殼部及第二殼部呈以光軸為中心軸的大致圓筒形狀，且在各自的內周面形成有內螺紋部。第一殼部及第二殼部通過此內螺紋部與連接構件的外螺紋部螺合而經由連接構件相互連接。通過將大致圓筒形狀的第一殼部及第二殼部如此這樣連接，能抑制第一殼部或第二殼部在光軸方向觀察時從物鏡等而向外方大幅伸出。結果，能確保測量精度並且使殼小型化。

在所述實施方式中，連接構件可配置在衍射透鏡與物鏡之間。

若經由連接構件將第一殼部與第二殼部連接，則可能沿著光軸的方向上的殼的尺寸不均一變明顯。此種不均一可能妨礙殼內部的光的適當行進，使測量精度降低。

相對於此，所述構成中，連接構件是配置在衍射透鏡與物鏡之間。在此位置，光以沿著光軸的方式行進。因此，根據所述構成，與將連接構件配置在光以相對於光軸而傾斜的方式行進的位置的情況相比，能減輕殼尺寸所產生的不均一的影響，抑制測量精度降低。

在所述實施方式中，可為：殼具有與連接構件無關而另配置在連接構件與衍射透鏡之間的擠壓構件，且擠壓構件呈以光軸為中心軸的大致圓環形狀，在其外周面形成有外螺紋部，通過此外螺紋部與第一殼部的內螺紋部螺合而將衍射透鏡向光源側按壓而加以固定。

第一殼部的內螺紋與連接構件的外螺紋螺合，第二殼部的內螺紋與連接構件的外螺紋螺合。若因所述螺合而第一殼部與第二殼部抵接，則有時沿著光軸的方向的外力作用於連接構件。假設連接構件兼具按壓衍射透鏡而加以固定的功能的情況下，可能因此種外力發揮作用而衍射透鏡的固定變得不穩定。

相對於此，所述構成中，將衍射透鏡向光源側按壓而加以固定的擠壓構件是與連接構件無關而另配置在連接構件與衍射透鏡之間。因此，即便在沿著光軸的方向的外力作用於連接構件的情況下，此外力也不會波及擠壓構件。結果，能將衍射透鏡穩定地固定，並且經由連接構件將第一殼部與第二殼部連接。

在所述實施方式中，可在沿著光軸的方向上，使擠壓構件的尺寸小於連接構件的尺寸。

根據此實施方式，通過使擠壓構件的尺寸相對較小，而能使連接構件的尺寸相對較大，將第一殼部與第二殼部可靠地連接。

在所述實施方式中，第一殼部及第二殼部的至少一個可在其外周面形成有凹部，且此凹部的底面為平面。

根據此實施方式，作業人員在組裝傳感頭時，能使工具穩定地抵接於凹部的底面，將力矩傳遞到形成有此凹部的殼部。結果，雖然將呈大致圓筒形狀的第一殼部及第二殼部用於殼，也能賦予用於使所述外螺紋與內螺紋螺合的力矩，容易地進行傳感頭的組裝。 [發明的效果]

根據本發明，能提供一種確保測量精度並且能實現小型化的傳感頭。

參照附圖對本發明的優選實施形態進行說明。此外，各圖中標注相同符號的構件具有相同或同樣的構成。

圖1為表示實施形態的傳感頭100的立體圖。傳感頭100構成對測量物件物200的位置進行測量的感測器的一部分，且具備殼1。殼1具有第一殼部2及第二殼部3。

第一殼部2呈大致圓筒形狀，在其內部配置有下文將述的衍射透鏡5（參照圖2等）。在殼1的端部連接著纖殼8。在纖殼8的內部，配置有將從光源（未圖示）出射的白色光導向第一殼部2的光纖。衍射透鏡5使從光纖出射的光在沿著光軸的方向上產生色差。

第二殼部3呈大致圓筒形狀，在其內部配置有下文將述的物鏡群7。第二殼部3以使物鏡群7的一部分露出的方式固定物鏡群7。

傳感頭100是使物鏡群7朝向測量物件物200而使用。透過衍射透鏡5而產生了色差的光經物鏡群7折射並聚集，向測量物件物200側出射。圖1中圖示了焦點距離相對較長的第一波長的光210、及焦點距離相對較短的第二波長的光220。第一波長的光210在測量對象物200的表面聚焦，但第二波長的光220在測量對象物200的近前聚焦。

經測量物件物200的表面反射的光入射到物鏡群7中。此光是由物鏡群7聚集，透過衍射透鏡5而向光纖側行進。第一波長的光210在光纖處聚焦，其大部分入射到光纖中。另一方面，其他波長的光在光纖處並未聚焦，幾乎未入射到光纖中。

入射到光纖中的光被引導到連接於光纖的分光器（未圖示）。分光器檢測光的波長的波峰，並根據此波峰對測量物件物200的位置進行測量。

此種傳感頭100中，在第一殼部2的內周面形成有內螺紋部2a，在第二殼部3的內周面形成有內螺紋部3d（參照圖6）。第一殼部2及第二殼部3通過內螺紋部2a、內螺紋部3d與連接構件6的外螺紋部6a螺合，而經由連接構件6相互連接。通過將大致圓筒形狀的第一殼部2及第二殼部3如此這樣連接，能抑制第一殼部2或第二殼部3在光軸方向觀察時從物鏡群7等而向外方大幅伸出。結果，能確保測量精度並且使殼1小型化。 [構成例]

接下來，參照圖2～圖6對傳感頭100的構成的一例進行說明。圖2為表示傳感頭100的立體圖。圖2是將傳感頭100的一部分加以分解而示出。圖3為表示傳感頭100的俯視圖。圖4為表示圖3的IV-IV截面的截面圖。圖5為表示連接構件6及擠壓構件23的立體圖。圖6為表示圖4的VI部的放大圖。 ＜第一殼部＞

第一殼部2呈一端經開放的大致圓筒形狀，且以其中心軸與軸AX大致一致的方式配置。軸AX為虛擬的直線。如圖5及圖6所示，在第一殼部2的一端的內周面形成有內螺紋部2a。

另外，如圖2及圖3所示那樣，在第一殼部2的另一端形成有用於固定傳感頭100的固定部21、固定部22。如圖2及圖4所示那樣，在固定部21、固定部22之間，形成有使第一殼部2的內外連通的連通孔2b。如圖4所示那樣，第一殼部2在其內部收容著透鏡固持器4及衍射透鏡5。

透鏡固持器4為呈大致圓筒形狀的構件。透鏡固持器4的內徑視部位而不同。在透鏡固持器4的內部配置有第一準直透鏡42a及第二准直透鏡42b。

第一準直透鏡42a固定在透鏡固持器4的內部。第二准直透鏡42b是與第一準直透鏡42a空開間隔而配置。

透鏡固持器4是整體收容在第一殼部2的內部，且固定在第一殼部2上。由此，第一準直透鏡42a及第二准直透鏡42b均是以光軸與軸AX大致一致的方式配置。

衍射透鏡5是以其光軸與軸AX大致一致的方式配置在較透鏡固持器4更靠測量物件物200側。衍射透鏡5使所入射的光在沿著軸AX的方向（以下稱為“軸AX方向”）上產生色差。能採用焦點距離與光的波長成反比例的透鏡作為衍射透鏡5。 ＜第二殼部＞

第二殼部3呈大致圓筒形狀。第二殼部3的一端經開放，在另一端形成有開口3b。如圖6所示那樣，在第二殼部3的一端的內周面形成有內螺紋部3d。開口3b在沿著第二殼部3的中心軸觀察的情況下，呈大致正圓形狀。如圖2所示那樣，在第二殼部3的外周面形成有多個凹部3a。凹部3a的底面為平面。如圖4所示那樣，第二殼部3在其內部收容著物鏡群7、隔離物31～隔離物33及擠壓構件34。

物鏡群7為本發明的“物鏡”的一例。物鏡群7含有第一物鏡71、第二物鏡72、第三物鏡73及第四物鏡74。此物鏡群7的各透鏡均呈大致圓形狀，其直徑與第二殼部3的內徑大致相同。

另外，本發明的“物鏡”可如物鏡群7那樣包含多個透鏡，也可為單一的透鏡。

隔離物31～隔離物33呈大致圓環形狀。隔離物31～隔離物33的外徑與物鏡群7的各透鏡的外徑大致相同。

擠壓構件34呈大致圓環形狀，在其外周面形成有外螺紋部。此外螺紋部的節距與第二殼部3的內周面的內螺紋部3d的節距大致相同。

物鏡群7的各透鏡是相互空開間隔並以光軸均與軸AX大致一致的方式排列成直線狀。詳細來說，如圖6所示那樣，第一物鏡71是以與第二殼部3的開口3b的周緣3c抵接且從開口3b露出的方式配置。第二物鏡72是以隔著隔離物31而與第一物鏡71相向的方式配置。第三物鏡73是以隔著隔離物32而與第二物鏡72相向的方式配置。第四物鏡74是隔著隔離物33而與第三物鏡73相向，並且夾持在隔離物33與擠壓構件34之間而固定在第二殼部3的內部。擠壓構件34的外周面的外螺紋部與第二殼部3的內周面的內螺紋部3d螺合。物鏡群7的各透鏡是以所透過的光不產生波像差的方式排列。 ＜纖殼＞

如圖2及圖4所示那樣，纖殼8經由板彈簧81而固定在第一殼部2上。板彈簧81是利用螺杆27固定在第一殼部2的上部，並且利用螺杆28固定在第一殼部2的端部。纖殼8在內部收容著光纖（未圖示）。在光纖的前端連接著插芯82。如圖4所示那樣，插芯82穿插到第一殼部2的連通孔2b中。

如圖2所示那樣，在第一殼部2的上部，以覆蓋螺杆27的方式貼附有上部標籤91。另外，在第一殼部2的下部貼附有下部標籤92。在上部標籤91及下部標籤92上也可印刷產品名等商標。 ＜擠壓構件、連接構件＞

如圖2及圖5所示那樣，連接構件6呈大致圓環形狀。在連接構件6的外周面形成有外螺紋部6a。外螺紋部6a的節距與第一殼部2的內螺紋部2a的節距、及第二殼部3的內螺紋部3d的節距大致相同。在連接構件6的端部形成有多個缺口6b。

擠壓構件23為本發明的“擠壓構件”的一例。如圖2及圖5所示那樣，擠壓構件23呈大致圓環形狀。在擠壓構件23的外周面形成有外螺紋部23a。外螺紋部23a的節距與連接構件6的外螺紋部6a的節距大致相同。如圖5所示那樣，在擠壓構件23的端部形成有多個缺口23b。擠壓構件23的外徑與連接構件6的外徑大致相同，擠壓構件23的內徑與連接構件6的內徑大致相同。另外，沿著中心軸的方向上的擠壓構件23的尺寸W23小於此方向上的連接構件6的尺寸W6。

如圖6所示那樣，擠壓構件23是以其外螺紋部23a與第一殼部2的內螺紋部2a螺合的方式配置。作業人員能通過使工具（未圖示）與缺口23b卡合而從工具將力矩傳遞到擠壓構件23，使外螺紋部23a螺合。由此，擠壓構件23是在較衍射透鏡5更靠測量物件物200側，以其中心軸與軸AX大致一致的方式配置在第一殼部2的內部。

若將擠壓構件23配置在第一殼部2的內部，則衍射透鏡5被擠壓構件23向光源側按壓。衍射透鏡5被夾持在擠壓構件23與第一殼部2的階部25之間，在第一殼部2的內部被固定。

在外螺紋部6a與第一殼部2的內螺紋部2a螺合的連接構件6從第一殼部2的一端向外部露出。第二殼部3的內螺紋部3d與此連接構件6的外螺紋部6a中從第一殼部2的一端向外部露出的部分螺合。作業人員能使工具（未圖示）與第二殼部3的凹部3a的底面抵接，將力矩傳遞到第二殼部3，使外螺紋部6a與內螺紋部3d螺合。由此，第二殼部3經由連接構件6而連接於第一殼部2。第二殼部3是以其中心軸與軸AX大致一致的方式連接。 [動作例]

光源所發出的白色光被光纖引導到傳感頭100側，到達插芯82。此光一面擴散一面從插芯82進入殼1的內部。

進入殼1內部的光的一部分進入透鏡固持器4的內部。此光依次透過第二准直透鏡42b和第一準直透鏡42a。第一準直透鏡42a及第二准直透鏡42b改變從光源側入射的光的行進方向，向測量物件物200側出射。具體來說，如圖6中箭頭L11所示那樣，從第一準直透鏡42a出射而朝向衍射透鏡5的光一面擴散一面行進。

衍射透鏡5使從第一準直透鏡42a側入射的光產生色差，如箭頭L12所示那樣，以沿著軸AX的方式出射。此光經物鏡群7折射並聚集，經過第二殼部3的開口3b而向測量物件物200出射。

經測量對象物200的表面反射的光經過第二殼部3的開口3b而入射到物鏡群7中。物鏡群7使所入射的光折射，並如箭頭L21所示那樣，以沿著軸AX的方式向光源側出射。衍射透鏡5使從測量物件物200側入射的光透過，並如箭頭L22所示那樣向光源側出射。第一準直透鏡42a及第二准直透鏡42b將從測量物件物200側入射的光聚集，並向光源側出射。

傳感頭100中，通過將大致圓筒形狀的第一殼部2及第二殼部3如此這樣連接，在軸AX方向上觀察的情況下，能抑制第一殼部2及第二殼部3從物鏡群7向外方大幅伸出。結果，能確保測量精度並且使殼1小型化。

另外，連接構件6是配置在衍射透鏡5與物鏡群7之間。在此位置，光以沿著亦為光軸的軸AX的方式行進。因此，根據此構成，與將連接構件6配置在光以相對於軸AX而傾斜的方式行進的位置的情況相比，能減輕殼1的尺寸所產生的不均一的影響，抑制測量精度降低。

第一殼部2的內螺紋部2a與連接構件6的外螺紋部6a螺合，第二殼部3的內螺紋部3d與連接構件6的外螺紋部6a螺合。若因這些螺合而第一殼部2與第二殼部3抵接，則如圖6所示那樣，有時軸AX方向的外力F作用於連接構件6。假設連接構件6兼具按壓衍射透鏡5而加以固定的功能的情況下，可能因此種外力F發揮作用而衍射透鏡5的固定變得不穩定。

相對於此，傳感頭100中，將衍射透鏡5向光源側按壓而加以固定的擠壓構件23是與連接構件6無關而另配置在連接構件6與衍射透鏡5之間。因此，即便在軸AX方向的外力F作用於連接構件6的情況下，此外力F也不會波及擠壓構件。結果，能將衍射透鏡5穩定地固定，並且經由連接構件6將第一殼部2與第二殼部3連接。

另外，在軸AX方向上，擠壓構件23的尺寸W23小於連接構件6的尺寸W6。根據此實施方式，通過使擠壓構件23的尺寸W23相對較小，能使連接構件6的尺寸W6相對較大，將第一殼部2與第二殼部3可靠地連接。

另外，第二殼部3在其外周面形成有凹部3a，此凹部3a的底面為平面。根據此實施方式，能在組裝傳感頭100時，使工具穩定地抵接於凹部3a的底面，將力矩傳遞到形成有此凹部3a的第二殼部3。結果，雖然將呈大致圓筒形狀的第一殼部2及第二殼部3用於殼1，也能賦予用於使外螺紋部6a與內螺紋部3d螺合的力矩，容易地進行傳感頭100的組裝。

另外，傳感頭100僅在第二殼部3上形成有本發明的“凹部”。然而，本發明不限定於此實施方式。即，本發明的“凹部”只要形成在第一殼部2及第二殼部3的至少一個上即可。

以上說明的實施形態是以容易理解本發明為目的，並非限定解釋本發明。實施形態所具備的各要素以及其配置、材料、條件、形狀及尺寸等不限定於例示，能適當變更。另外，能將不同實施形態中所示的構成彼此局部地替換或組合。 [附記]

一種傳感頭，其為對測量物件物（200）的位置進行測量的感測器的傳感頭（100），且所述傳感頭包括： 衍射透鏡（5），使從光源側入射的光以沿著光軸（AX）的方式向測量物件物（200）側出射，且使此光產生色差； 物鏡（7），配置在較所述衍射透鏡（5）更靠測量物件物（200）側，將從所述衍射透鏡（5）側入射的光聚集並向測量物件物（200）側出射，並且使從所述測量物件物（200）側入射的光以沿著所述光軸（AX）的方式向所述衍射透鏡（5）側出射；以及 殼（1），在內部形成有空間，在此空間中至少收容著所述衍射透鏡（5）及所述物鏡（7）；並且 所述殼（1）具有呈以所述光軸（AX）為中心軸的大致圓筒形狀且端部經開放的第一殼部（2）及第二殼部（3）、以及呈以所述光軸（AX）為中心軸的大致圓環形狀的連接構件（6）， 所述第一殼部（2）在其內部配置有所述衍射透鏡（5）， 所述第二殼部（3）在其內部配置有所述物鏡（7）， 所述連接構件（6）在其外周面形成有外螺紋部（6a）， 所述第一殼部（2）及所述第二殼部（3）通過形成在各自的內周面的內螺紋部（2a、3d）與所述連接構件（6）的外螺紋部（6a）螺合而相互連接。

1‧‧‧殼

2‧‧‧第一殼部

2a、3d‧‧‧內螺紋部

2b‧‧‧連通孔

3‧‧‧第二殼部

3a‧‧‧凹部

3b‧‧‧開口

3c‧‧‧第二殼部的開口的周緣

4‧‧‧透鏡固持器

5‧‧‧衍射透鏡

6‧‧‧連接構件

6a、23a‧‧‧外螺紋部

6b、23b‧‧‧缺口

7‧‧‧物鏡群（物鏡）

8‧‧‧纖殼

21、22‧‧‧固定部

23、34‧‧‧擠壓構件

25‧‧‧階部

27、28‧‧‧螺杆

31～33‧‧‧隔離物

42a‧‧‧第一準直透鏡

42b‧‧‧第二准直透鏡

71‧‧‧第一物鏡

72‧‧‧第二物鏡

73‧‧‧第三物鏡

74‧‧‧第四物鏡

81‧‧‧板彈簧

82‧‧‧插芯

91‧‧‧上部標籤

92‧‧‧下部標籤

100‧‧‧傳感頭

200‧‧‧測量物件物

210‧‧‧第一波長的光

220‧‧‧第二波長的光

AX‧‧‧軸（光軸）

F‧‧‧外力

L11、L12、L21、L22‧‧‧箭頭

W6、W23‧‧‧尺寸

圖1為表示實施形態的傳感頭的立體圖。 圖2為表示圖1的傳感頭的立體圖。 圖3為表示圖1的傳感頭的俯視圖。 圖4為表示圖3的IV-IV截面的截面圖。 圖5為表示圖2的連接構件及擠壓構件的立體圖。 圖6為表示圖4的VI部的放大圖。

Claims (5)

1. 一種傳感頭，其為對測量物件物的位置進行測量的感測器的傳感頭，且所述傳感頭包括： 衍射透鏡，使從光源側入射的光以沿著光軸的方式向測量物件物側出射，且使所述光產生色差； 物鏡，配置在較所述衍射透鏡更靠測量物件物側，將從所述衍射透鏡側入射的光聚集並向測量物件物側出射，並且使從所述測量物件物側入射的光以沿著所述光軸的方式向所述衍射透鏡側出射；以及 殼，在內部形成有空間，且在所述空間中至少收容著所述衍射透鏡及所述物鏡；並且 所述殼具有呈以所述光軸為中心軸的大致圓筒形狀且端部經開放的第一殼部及第二殼部、以及呈以所述光軸為中心軸的大致圓環形狀的連接構件， 所述第一殼部在其內部配置有所述衍射透鏡， 所述第二殼部在其內部配置有所述物鏡， 所述連接構件在其外周面形成有外螺紋部， 所述第一殼部及所述第二殼部通過形成在各自的內周面的內螺紋部與所述連接構件的外螺紋部螺合而相互連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述的傳感頭，其中所述連接構件是配置在所述衍射透鏡與所述物鏡之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述的傳感頭，其中所述殼具有與所述連接構件無關而另配置在所述連接構件與所述衍射透鏡之間的擠壓構件，且所述擠壓構件呈以所述光軸為中心軸的大致圓環形狀，在其外周面形成有外螺紋部，通過所述外螺紋部與所述第一殼部的內螺紋部螺合而將所述衍射透鏡向光源側按壓而加以固定。
4. 如申請專利範圍第3項所述的傳感頭，其中在沿著所述光軸的方向上，所述擠壓構件的尺寸小於所述連接構件的尺寸。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的傳感頭，其中所述第一殼部及所述第二殼部的至少一個在其外周面形成有凹部，所述凹部的底面為平面。