TWI705227B

TWI705227B - 傳感頭

Info

Publication number: TWI705227B
Application number: TW107131971A
Authority: TW
Inventors: 丸川真理子; 奥田貴啓; 杉山高介
Original assignee: 日商歐姆龍股份有限公司
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-09-21
Also published as: US20190101374A1; JP2019066362A; EP3462127B1; EP3462127A1; CN109597049A; KR102082225B1; US10663285B2; CN109597049B; TW201915430A; KR20190038995A; JP6880508B2

Abstract

本發明提供一種能提高設置自由度的傳感頭。傳感頭（100）為對測量物件物（200）的位移進行測量的感測器的傳感頭，且包括使所入射的光沿著光軸方向產生色差的衍射透鏡、在內部至少收容著衍射透鏡的殼部（5）、以及用於對固定物件物進行固定的固定部（11）及固定部（12），殼部（5）具有外形為圓柱形狀的圓柱部（10），在圓柱部（10）的中心軸方向觀察時，固定部（11）、固定部（12）的外形收納在圓柱部（10）的外形以內。

Description

傳感頭

本發明是有關於一種傳感頭。

以前，作為以非接觸方式對測量物件物的位移進行測量的裝置，可使用利用共焦光學系統的共焦測量裝置。

例如，下述專利文獻1所記載的共焦測量裝置在光源與測量物件物之間具有使用衍射透鏡的共焦光學系統。此共焦測量裝置中，來自光源的出射光通過共焦光學系統而以與其波長相應的焦點距離照射到測量物件物上。然後，檢測反射光的波長的波峰，由此能對測量物件物的位移進行測量。

共焦測量裝置等的傳感頭有時是以相對於測量物件物不產生位置偏移的方式固定而使用。例如，下述專專利文獻2中公開了一種用於將傳感頭安裝在規定位置的安裝工具。 [現有技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]美國專利第5785651號說明書 [專利文獻2]日本專利特開平6-273136號公報

[發明所要解決的問題]

但是，在使用安裝工具固定傳感頭的情況下，有時安裝工具與其他構件發生干擾，有時能設置傳感頭的部位受到限制。

因此，本發明的目的在於提供一種能提高設置自由度的傳感頭。 [解決問題的技術手段]

本公開的一實施方式的傳感頭為對測量物件物的位移進行測量的感測器的傳感頭，且其包括：衍射透鏡，使所入射的光沿著光軸方向產生色差；物鏡，將所入射的光聚集到測量物件物上；殼部，在內部至少收容著衍射透鏡及物鏡；以及固定部，用於固定到固定物件物上；並且殼部具有外形為圓柱形狀的圓柱部，在圓柱部的中心軸方向上觀察時，固定部的外形收納在圓柱部的外形以內。

根據此實施方式，殼部具有圓柱部，在圓柱部的中心軸方向上觀察時，固定部的外形收納在圓柱部的外形以內，由此能避免固定部與其他構件發生干擾，提高傳感頭的設置自由度。

在所述實施方式中，可為：在圓柱部的中心軸方向觀察時，固定部以與和中心軸正交的軸重疊的方式延伸。

根據此實施方式，能在固定部收納在圓柱部的外形以內的範圍內使固定部的寬度最大，從而能更牢固地固定到固定物件物上。

在所述實施方式中，固定部可設置在圓柱部的中心軸方向上與衍射透鏡及物鏡不同的位置。

根據此實施方式，固定部的存在不會導致衍射透鏡及物鏡的口徑變窄，因此能將這些口徑增大到殼部的內徑程度而充分增多所取入的光量，並且設置足以固定傳感頭的大小的固定部。

在所述實施方式中，固定部可設置在圓柱部的中心軸方向上的圓柱部的端部。

根據此實施方式，固定部的存在不會導致殼部的口徑變窄，因此能增大殼部的內徑而充分增多所取入的光量，並且設置足以固定傳感頭的大小的固定部。

在所述實施方式中，可為：圓柱部在端部具有穿插口，此穿插口供與衍射透鏡光學連接的光纖穿插，且固定部設置在圓柱部的中心軸方向上與穿插口重疊的位置。

根據此實施方式，與在圓柱部的中心軸方向上在圓柱部的端部的不與穿插口重疊的位置設置固定部的情況相比，殼部的全長變短，能使傳感頭小型化。

在所述實施方式中，固定部可與殼部一體地形成。

根據此實施方式，通過將固定部固定在固定物件物上而將殼部也固定，從而將傳感頭可靠地固定在固定物件物上。

在所述實施方式中，固定部可為板狀，且具有相互平行的兩個平面。

根據此實施方式，在固定物件物具有平面的情況下，能將具有相互平行的兩個平面的板狀固定部以與固定物件物進行面接觸的方式固定，從而能容易地牢固地固定傳感頭。

在所述實施方式中，平面可沿著圓柱部的中心軸延伸。

根據此實施方式，若將固定部固定在固定物件物上，則衍射透鏡及物鏡的光軸方向朝向沿著固定物件物的固定物件面的方向，容易進行傳感頭的方向對準。

在所述實施方式中，固定部可具有貫通孔。

根據此實施方式，能通過將螺杆等穿過貫通孔而將固定部固定在固定物件物上，從而能容易地固定傳感頭。 [發明的效果]

根據本發明，能提供一種能提高設置自由度的傳感頭。

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為本發明的實施形態的傳感頭100的立體圖。本實施形態的傳感頭100為對測量物件物200的位移進行測量的感測器的傳感頭100，且包括殼部5、第一固定部11、第二固定部12及纖殼40。在纖殼40中穿插有對來自白色光源的光進行導光的光纖。

殼部5包含外形為圓柱形狀的圓柱部10、及將光聚集到測量物件物200上的物鏡部20。在圓柱部10的內部收容著衍射透鏡，此衍射透鏡使從在端面形成針孔的光纖出射的白色光沿著光軸方向產生色差。物鏡部20配置在較衍射透鏡更靠測量物件物200側，將經衍射透鏡產生了色差的光聚集到測量物件物200上。本例中，圖示出焦點距離相對較長的第一波長的光210、和焦點距離相對較短的第二波長的光220。本例的情況下，第一波長的光210在測量物件物200的表面聚焦，但第二波長的光220在測量物件物200的近前聚焦。

經測量物件物200的表面反射的光是由物鏡部20聚集，經過衍射透鏡而被送回到光纖。反射光中，第一波長的光210由於在光纖處對焦，因此其大部分入射到光纖中，而其他波長的光在光纖處並未對焦，其大部分未入射到光纖中。入射到光纖中的光被傳輸到連接於光纖的分光器(未圖示)。分光器對經測量物件物200的表面反射並由傳感頭100聚集的光的波長的波峰進行檢測，根據所檢測出的波長的波峰來對測量物件物200的位移進行測量。

若傳感頭100處於靜止狀態，則分光器能以幾十納米(nm)的解析度對測量物件物200的位移進行測量。為了實現此種高解析度，需要將傳感頭100可靠地固定在固定物件物上。本實施形態的傳感頭100包括用於固定到固定對象物上的第一固定部11及第二固定部12，在圓柱部10的中心軸方向觀察時，第一固定部11及第二固定部12的外形收納在圓柱部10的外形以內。即，在沿著圓柱部10的中心軸的方向上觀察圓柱部10的背面的情況下，第一固定部11及第二固定部12成為不從圓柱部10的外形突出的形狀。本實施形態的傳感頭100中，在沿著圓柱部10的中心軸的方向上觀察圓柱部10的背面的情況下，第一固定部11及第二固定部12的外形位於圓柱部10的外形上、即圓柱部10的輪廓上。但是，在沿著圓柱部10的中心軸的方向上觀察圓柱部10的背面的情況下，第一固定部11及第二固定部12的外形也可位於圓柱部10的外形的內側。此處，第一固定部11及第二固定部12為本發明的“固定部”的一例。

如此這樣，殼部5具有圓柱部10，在圓柱部10的中心軸方向觀察時，第一固定部11及第二固定部12的外形收納在圓柱部10的外形以內，由此能避免第一固定部11及第二固定部12與其他構件發生干擾，提高傳感頭100的設置自由度。

在排列多個傳感頭100而對測量物件物200的多個部位的位移同時進行測量的情況下，若為本實施形態的傳感頭100，則即便使多個傳感頭100密集配置，第一固定部11及第二固定部12也不會發生干擾，因此能進一步縮短多個傳感頭100間的距離而密集地固定。 [構成例]

接下來，一方面參照圖2～圖5一方面對本實施形態的傳感頭100的構成的一例進行說明。圖2為本實施形態的傳感頭100的分解立體圖。圖3為本實施形態的傳感頭100的俯視圖。圖4為本實施形態的傳感頭100的截面圖。圖3中，圖示出圓柱部10的中心軸10a，中心軸10a與表示圖4所示的傳感頭100的截面圖的圖示方向的IV-IV線一致。另外，圖5為本實施形態的傳感頭100的背面圖。＜物鏡部＞

殼部5中，物鏡部20從測量物件物200（參照圖1）側開始依次收容著第一透鏡21、第一隔離物22、第二透鏡23、第二隔離物24、第三透鏡25、第三隔離物26、第四透鏡27及第一透鏡擠壓部28。第一透鏡21、第二透鏡23、第三透鏡25及第四透鏡27為將光聚集到測量物件物200上的物鏡群，且為以不產生波面像差的方式組合的透鏡群。物鏡群21、23、25、27是以其光軸與衍射透鏡16的光軸16a一致的方式固定在物鏡部20的內部。此外，本例中示出在物鏡部20中收容著四片透鏡的情況，但物鏡部20中收容的透鏡的片數及種類為任意。

此外，若衍射透鏡16為使光沿著光軸16a方向產生色差並且將光聚集到測量物件物200的透鏡，則也可將物鏡群21、23、25、27的一部分或全部省略。

<圓柱部>

殼部5中，圓柱部10收容著准直透鏡15及衍射透鏡16。衍射透鏡16使所入射的光沿著光軸16a方向產生色差。衍射透鏡16也可為焦點距離與光的波長成反比例的透鏡。衍射透鏡16是由在外側刻有外螺紋的環狀的第二透鏡擠壓部17從測量物件物200側擠壓而固定在圓柱部10的內部。另外，承接座18為在外側刻有外螺紋的環狀構件，且為將圓柱部10與物鏡部20連接的接頭。准直透鏡15將從插芯42出射的光聚集並入射到衍射透鏡16中。另外，准直透鏡15將經過物鏡群21、23、25、27及衍射透鏡16而入射的光聚集到插芯42中。

此外，殼部5也可含有物鏡部20和圓柱部10以外的構成。例如，殼部5也可在物鏡部20與圓柱部10之間，含有內部為空洞且外形為L字型的彎曲部。彎曲部在內部至少具有反射鏡，反射鏡將從衍射透鏡16入射的光反射到物鏡，或將從物鏡入射的光反射到衍射透鏡16。即便在殼部5含有彎曲部的情況下，在圓柱部10的中心軸10a方向觀察時，第一固定部11及第二固定部12的外形也收納在圓柱部10的外形以內，由此能避免第一固定部11及第二固定部12與其他構件發生干擾，提高傳感頭100的設置自由度。

另外，衍射透鏡16也可配置在較物鏡群21、23、25、27更靠測量物件物200側。＜纖殼＞

纖殼40在內部收容光纖，經由薄板彈簧41而固定在圓柱部10上。薄板彈簧41是利用第一螺杆31螺固在圓柱部10的上部，並且利用第三螺杆43螺固在圓柱部10的端部。

殼部5的圓柱部10在端部具有穿插口19，此穿插口19供與衍射透鏡16光學連接的光纖穿插。穿插口19是設置在圓柱部10中與連接有物鏡部20的端部相反側的端部。在穿插口19中，穿插有在前端安裝有插芯42的光纖。此外，圖4中僅圖示插芯42，而省略光纖的圖示。＜固定部＞

如圖5所示，在圓柱部10的中心軸方向觀察時，第一固定部11及第二固定部12以與和圓柱部10的中心軸正交的軸重疊的方式延伸設置。圖5中，圖示出鉛垂中心線10b、水準中心線10c作為和圓柱部10的中心軸正交的多個軸。第一固定部11及第二固定部12是設置成在與水準中心線10c相同的方向上延伸，且與水準中心線10c重疊。由此，能在第一固定部11及第二固定部12收納在圓柱部10的外形以內的範圍內，使第一固定部11及第二固定部12的寬度最大，從而能更牢固地固定到固定物件物上。

另外，第一固定部11及第二固定部12為板狀，且具有相互平行的兩個平面。即，第一固定部11為具有上部第一平面11a和下部第一平面11b的板形狀，第二固定部12為具有上部第二平面12a和下部第二平面12b的板形狀。如此這樣，第一固定部11及第二固定部12為板狀，且具有相互平行的兩個平面，由此在固定物件物具有平面的情況下，能以使第一固定部11及第二固定部12與固定物件物進行面接觸的方式固定，從而能容易地牢固地固定傳感頭100。

此處，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分別沿著圓柱部10的中心軸而延伸。即，第一固定部11及第二固定部12沿著圓柱部10的中心軸而延伸。圓柱部10的中心軸方向與衍射透鏡16及物鏡的光軸方向基本一致。因此，若將第一固定部11及第二固定部12固定在固定物件物上，則衍射透鏡16及物鏡的光軸方向朝向沿著固定物件物的固定物件面的方向，傳感頭100的方向對準變容易。

如圖2～圖4所示那樣，第一固定部11及第二固定部12是設置在圓柱部10的中心軸方向上與衍射透鏡16、物鏡群21、23、25、27、准直透鏡15不同的位置。更具體來說，衍射透鏡16及准直透鏡15是設置在圓柱部10的內部，物鏡群21、23、25、27是設置在物鏡部20的內部，相對於此，第一固定部11及第二固定部12是設置在圓柱部10的中心軸方向上的圓柱部10的端部。如此這樣，通過將第一固定部11及第二固定部12設置在不與衍射透鏡16及物鏡發生干擾的位置，第一固定部11及第二固定部12的存在不會導致衍射透鏡16及物鏡的口徑變窄，因此能將衍射透鏡16及物鏡的口徑增大到殼部5的內徑程度而充分增多取入的光量，並且設置足以固定傳感頭100的大小的第一固定部11及第二固定部12。另外，通過將第一固定部11及第二固定部12設置在圓柱部10的中心軸方向上的圓柱部10的端部，第一固定部11及第二固定部12的存在不會導致殼部5的口徑變窄，因此能增大殼部5的內徑而充分增多取入的光量，並且設置足以固定傳感頭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是設置在圓柱部10的中心軸方向上與穿插口19重疊的位置。換言之，在圓柱部10的側面觀察時，第一固定部11及第二固定部12與穿插口19重疊。由此，與在圓柱部10的中心軸方向上在圓柱部10的端部的不與穿插口19重疊的位置設置第一固定部11及第二固定部12的情況相比，殼部5的全長變短，能使傳感頭100小型化。另外，通過將第一固定部11及第二固定部12設置在圓柱部10的中心軸方向上與穿插口19重疊的位置，能將傳感頭100的固定部位設為接近傳感頭100的重心的部位，從而能更穩定地固定。

第一固定部11及第二固定部12是與殼部5一體地形成。更詳細來說，第一固定部11及第二固定部12是與圓柱部10一體地形成，第一固定部11及第二固定部12分別與圓柱部10連續而形成。由此，通過將第一固定部11及第二固定部12固定在固定物件物上而將殼部5也固定，從而將傳感頭100可靠地固定在固定物件物上。 [使用例]

接下來，一方面參照圖6～圖8一方面對本實施形態的傳感頭100的使用的一例進行說明。圖6為本實施形態的傳感頭100的側面圖。圖6中，圖示出固定對象物300、用於將第一固定部11螺固在固定對象物300上的第一固定螺杆50a及第二固定螺杆50b。

第一固定部11具有第一貫通孔11c及第二貫通孔11d。與第一固定部11同樣地，第二固定部12具有第一貫通孔及第二貫通孔（未圖示）。將第一固定螺杆50a穿過第一固定部11的第一貫通孔11c，且將第二固定螺杆50b穿過第二貫通孔11d，螺固在固定對象物300上而進行固定。此外，雖然圖6中省略圖示，但也分別將固定螺杆穿過第二固定部12的兩個貫通孔，螺固在固定物件物300上而進行固定。設置在第一固定部11及第二固定部12中的貫通孔可為其內側平滑的孔，也可為其內側刻有螺紋的螺孔。通過第一固定部11及第二固定部12具有貫通孔，能利用螺杆將第一固定部11及第二固定部12固定在固定物件物300上，從而能容易地固定傳感頭100。

圖7為將現有例的多個傳感頭密集配置的情況的正面圖。此圖中，示出收容有現有例的物鏡81的現有例的物鏡部80的正面圖。現有例的物鏡81的直徑為d，現有例的物鏡部80在四角具有螺孔82，因此具有較現有例的物鏡81的直徑d更大的寬度及高度。

現有例的多個傳感頭在固定在固定物件物上的情況下，需要彼此空開至少h的距離而固定。如此這樣，現有例的多個傳感頭由於物鏡部80的寬度及高度大於物鏡81的直徑d，且必須使傳感頭間的距離至少空開h而進行固定，因此密集配置時的密度不夠高。

圖8為將本實施形態的多個傳感頭100密集配置的情況的正面圖。此圖中，示出本實施形態的傳感頭100的物鏡部20、及物鏡部20中收容的物鏡群的一部分。本實施形態的傳感頭100中收容的物鏡的直徑為與現有例的物鏡81的直徑相同的d。另外，本實施形態的傳感頭100的物鏡部20具有略大於第一透鏡21的直徑d的直徑。

圖9為將本實施形態的多個傳感頭100密集配置的情況的俯視圖。此圖中，示出將多個傳感頭100分別固定在板狀的固定物件物300的表側及背側的示例。如此圖所示那樣，第一固定部11及第二固定部12是螺固在固定物件物300上。板狀的固定物件物300的厚度也可為固定在固定物件物300的表側的傳感頭100、與固定在固定對象物300的背側的傳感頭100接觸那樣的厚度。

本實施形態的傳感頭100由於各傳感頭100所具備的第一固定部11及第二固定部12並未從殼部5突出，且殼部5的外形為圓柱狀，因此在排列配置有多個傳感頭100的情況下，能使第一透鏡21等透鏡間的距離相對較短地進行固定。而且，如圖8及圖9所示，能以使多個物鏡部20密接的方式排列配置多個傳感頭100，能使多個傳感頭100間的距離比以前更短而密集地固定。

以上所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，能將不同實施形態所示的構成彼此局部地替換或組合。 [附記]

一種傳感頭，為對測量物件物（200）的位移進行測量的感測器的傳感頭，且其包括：衍射透鏡（16），使所入射的光沿著光軸方向產生色差；殼部（5），在內部至少收容著所述衍射透鏡（16）；以及固定部（11、12），用於固定到固定物件物（300）上；並且所述殼部（5）具有外形為圓柱形狀的圓柱部（10），在所述圓柱部（10）的中心軸方向觀察時，所述固定部（11、12）的外形收納在所述圓柱部（10）的外形以內。

5‧‧‧殼部10‧‧‧圓柱部10a‧‧‧中心軸10b‧‧‧鉛垂中心線10c‧‧‧水準中心線11‧‧‧第一固定部11a‧‧‧上部第一平面11b‧‧‧下部第一平面11c‧‧‧第一貫通孔11d‧‧‧第二貫通孔12‧‧‧第二固定部12a‧‧‧上部第二平面12b‧‧‧下部第二平面15‧‧‧准直透鏡16‧‧‧衍射透鏡16a‧‧‧光軸17‧‧‧第二透鏡擠壓部18‧‧‧承接座19‧‧‧穿插口20‧‧‧物鏡部21‧‧‧第一透鏡22‧‧‧第一隔離物23‧‧‧第二透鏡24‧‧‧第二隔離物25‧‧‧第三透鏡26‧‧‧第三隔離物27‧‧‧第四透鏡28‧‧‧第一透鏡擠壓部31‧‧‧第一螺杆40‧‧‧纖殼41‧‧‧薄板彈簧42‧‧‧插芯43‧‧‧第三螺杆50a‧‧‧第一固定螺杆50b‧‧‧第二固定螺杆80‧‧‧現有例的物鏡部81‧‧‧現有例的物鏡82‧‧‧螺孔100‧‧‧傳感頭200‧‧‧測量物件物210‧‧‧第一波長的光220‧‧‧第二波長的光300‧‧‧固定物件物d‧‧‧直徑h‧‧‧距離

圖1為本發明的實施形態的傳感頭的立體圖。圖2為本實施形態的傳感頭的分解立體圖。圖3為本實施形態的傳感頭的俯視圖。圖4為本實施形態的傳感頭的截面圖。圖5為本實施形態的傳感頭的背面圖。圖6為本實施形態的傳感頭的側面圖。圖7為將現有例的多個傳感頭密集配置的情況的正面圖。

圖8為將本實施形態的多個傳感頭密集配置的情況的正面圖。

圖9為將本實施形態的多個傳感頭密集配置的情況的俯視圖。

5‧‧‧殼部

10‧‧‧圓柱部

11‧‧‧第一固定部

12‧‧‧第二固定部

20‧‧‧物鏡部

40‧‧‧纖殼

100‧‧‧傳感頭

200‧‧‧測量物件物

210‧‧‧第一波長的光

220‧‧‧第二波長的光

Claims

一種傳感頭，其為對測量物件物的位移進行測量的感測器的傳感頭，且所述傳感頭包括：衍射透鏡，使所入射的光沿著光軸方向產生色差；殼部，在內部至少收容著所述衍射透鏡；以及固定部，用於固定到固定物件物上；且所述殼部具有外形為圓柱形狀的圓柱部，在所述圓柱部的中心軸方向觀察時，所述固定部的外形收納在所述圓柱部的外形以內，所述殼部具有相對的兩凹部，且所述固定部形成於所述兩凹部之間。
如申請專利範圍第1項所述的傳感頭，其中在所述圓柱部的所述中心軸方向觀察時，所述固定部以與和所述中心軸正交的軸重疊的方式延伸。
如申請專利範圍第1或2項所述的傳感頭，其中所述固定部是設置在所述圓柱部的所述中心軸方向上與所述衍射透鏡不同的位置。
如申請專利範圍第3項所述的傳感頭，其中所述固定部是設置在所述圓柱部的所述中心軸方向上的所述圓柱部的端部。
如申請專利範圍第4項所述的傳感頭，其中所述圓柱部在所述端部具有穿插口，所述穿插口供與所述衍射透鏡光學連接的光纖穿插，所述固定部是設置在所述圓柱部的所述中心軸方向上與所述穿插口重疊的位置。
如申請專利範圍第1或2項所述的傳感頭，其中所述固定部是與所述殼部一體地形成。
如申請專利範圍第1或2項所述的傳感頭，其中所述固定部為板狀，且具有互相平行的兩個平面。
如申請專利範圍第7項所述的傳感頭，其中所述平面沿著所述圓柱部的所述中心軸延伸。
如申請專利範圍第1或2項所述的傳感頭，其中所述固定部具有貫通孔。