波长检测器及使用波长检测器的接触探头制造技术

本发明专利技术提出一种波长检测器及使用波长检测器的接触探头，其中所述接触探头包括触针以及用于以光学方式检测触针姿势的光学检测器。照明对象部形成在触针上并具有三个或更多个反射面。光学检测器包括三个或更多个光纤、光源、聚光透镜组以及波长检测器。波长检测器基于由聚光透镜组和三个或更多个反射面之间的间隔变化分别引起的反射光束的波长变化来计算触针的姿势信息。接触探头基于光学检测器获得的姿势信息得到与待测物体的接触位置的坐标。

【技术实现步骤摘要】
波长检测器及使用波长检测器的接触探头
本专利技术涉及光波长检测器及使用该光波长检测器的接触探头。具体而言，本专利技术涉及如扫描探头及触摸触发器探头等用于坐标测量仪的接触探头。
技术介绍
用于坐标测量仪的接触探头具有各种形式，例如，对触针（运动体）的姿势做三角测量的光学检测型；以线性刻度检测运动体的运动长度的另一光学检测型；以及通过在运动体的弹性变形部分设置电致伸缩元件来检测应变量从而检测运动体的姿势的类型。这种触针姿势检测器作为内置传感器设置在接触探头的外壳内。例如，让三个LED发出的光束照射在设置在触针顶部的反射镜的三个反射面上，用光传感器检测所得三个反射光束。在触针的姿势变化的情况下，反射镜位置移动，由此三个反射光束的反射方向分别改变，它们在光传感器上的入射位置相应偏移。通过检测各个反射光束的偏移长度而计算触针的姿势变化。例如专利文献1公开了这种使用LED发出的光束的触针姿势光学检测方法。[在先技术文献][专利文献][专利文献1]JP-A-2007-218734然而，光学检测方法中，在扫描探头精度增加的现有情况下，由如光源以及光检测元件组等探头内的热源引起的探头的热变形是亚微米级测量中不容忽视的误差起因。另一方面，增加光学检测方法S/N（信噪）比的一种通用措施是把光检测元件组设置得离运动体尽可能近。因而，在光学检测方法中，由热源造成的运动体热变形问题以及信噪比问题是彼此制约的关系。使用三角测量的光学检测方法中，两段或四段PSD（位置传感器器件）常用作光检测器。虽然PSD具有高速检测的优势，但是，存在的问题是，由于PSD检测光量分布的重心，因此难以把运动体的姿势数据和电子噪声以及振动噪声分开。此外，对于检测待测物体姿势的目的来说，PSD的功能不足。在使用通常由PZT制成的电致伸缩元件的方法中，由于易于被冲击损坏而且难以替换触针，所以电致伸缩元件通常难以维护。
技术实现思路
本专利技术的一个或多个示例实施例提供了可以检测三个或更多个光束的不同波长的波长检测器以及可以光学方式检测触针姿势的使用该波长检测器的接触探头。根据本专利技术示例实施例的波长检测器包括：平行透镜组，用于使用三个或更多个透镜把具有部分波长范围的光束转换成彼此平行的光束，所述具有部分波长范围的光束是从通过用光谱位于预定波长范围内的三个或更多个照明光束照射照明对象部的三个或更多个反射面而产生的三个或更多个反射光束中提取的；分光镜元件，用于接收来自所述平行透镜组的光束，并分别在与光束的部分波长范围对应的出射方向上输出光束；检测透镜组，用于使用三个或更多个透镜分别聚集所述分光镜元件的输出光束；光检测元件组，用于分别检测所述检测透镜组聚集的三个或更多个光束的聚焦位置，所述光检测元件组包括排列在一个平面上的多个光检测元件，所述多个光检测元件覆盖所述检测透镜组聚集的三个或更多个光束的取决于所述分光镜元件的出射方向的聚焦位置的变化范围，其中所述波长检测器根据各个检测到的聚焦位置计算所述三个或更多个光束的波长。利用该构造，可以同时检测三个或更多个光束的波长。具体而言，通过检测光束的聚焦位置确定光束的波长。分光镜元件使得来自平行透镜组的三个或更多个光束在取决于这三个或更多个光束的波长的方向上行进。由于使用了平行透镜组，所以即便利用从光纤等出射的光束也可有效地产生彼此平行的三个或更多个光束。分光镜元件可以是棱镜或衍射光栅。具体而言，为了节省空间，优选地使用衍射光栅。检测透镜组设置在分光镜元件的出射侧。分光镜元件的输出光束被检测透镜组的相应透镜聚集，从而聚焦在设置在光检测元件组下游的光检测元件组的光检测面上。此外，由于光检测元件组是多元件类型（即包括多个光检测元件），所以用多个光检测元件检测聚集在光检测元件组上的每个光束的光强。因而，得到分布在以聚焦位置为中心的多个光检测元件上的光强分布，可根据光强的峰值位置而检测聚焦位置。如果多个光检测元件排列在单个平面内，并且使三个光束以彼此不干涉的位置关系照射在光检测元件组上，可以同时独立检测三个光束的波长。光检测元件组可采用多个光检测元件排列成一条线的光检测元件阵列（称为线阵图像传感器）或如CCD的面阵传感器。由于使用了平行透镜组和检测透镜组，分光镜元件和光检测元件组的每一个可以是单个共用元件。即，不是必须为三个或更多个光束分别提供单独的分光镜元件和单独的光检测元件组。因而，可以节省提供单独的分光镜元件和单独的光检测元件组时必须的校准工作所花的时间和精力。还可消除各个元件之间的光学特性差别以及各个元件的对准误差所引起的检测误差影响。这样，本专利技术使得可使用由光学元件组成的简单构造高精度地同时检测三个或更多个光束的波长。光检测元件组可包括排列在一个平面上的多个光检测元件阵列，在每个光检测元件阵列中多个光检测元件排列成一条线。专利技术人注意到如下事实：可通过至少一个光检测元件阵列实现通过检测光强分布的峰值位置而确定（检测）光的波长，并将该事实用于三个或更多个光束的波长检测。即，专利技术人采用了多个光检测元件阵列排列在光检测面上的光检测元件组，这样，可用至少一个光检测元件阵列检测每个光束。利用该光检测元件组，可使所需光检测元件数目比使用如CCD的光检测器件（其中光检测元件无间隙地排列在整个光检测面上）的情况小得多，从而可节省原本由无用的光检测元件消耗的信号处理时间。这样，可以提高信号处理速度从而提高测量速度。多个光检测元件阵列的每一个可包括多个光检测元件且用于确定检测透镜组聚集的相应光束的波长，所述多个光检测元件以覆盖取决于分光镜元件的相应输出光束的波长的出射方向变化范围的方向排列。利用该构造，每个光检测元件阵列覆盖来自检测透镜组的相应透镜的光的可能聚焦位置范围，并用于确定与光检测元件阵列对应的光束的波长。即，用一个光检测元件阵列检测每个光束的波长。这保证防止了光束聚焦在光检测面上没有光检测元件部分的情况。根据本专利技术示例实施例的接触探头包括：触针，其被保持为姿势随其尖部与待测物体的接触方式而变化；光学检测器，用于以光学方式检测所述触针的姿势；以及照明对象部，其形成在所述触针上并且由所述光学检测器照亮，所述照明对象部具有三个或更多个反射面；其中所述光学检测器包括：三个或更多个光纤，用于把照明光束传播到各个所述反射面；光源，用于为各个所述光纤提供光谱位于预定波长范围内的照明光束；聚光透镜组，用于使用在所述光纤和相应的反射面之间延伸的光轴上所设置的聚光透镜把来自各个所述光纤的照明光束聚集到各个所述反射面上；以及如上文所述的波长检测器，用于分别通过光纤接收从位于照明光束中具有部分波长范围的分量的聚焦位置附近的反射面的区域所反射的反射光束，并用于检测各个反射光束的波长；其中所述波长检测器用于基于分别由所述聚光透镜组和三个或更多个反射面之间的间隔变化引起的反射光束的波长变化计算所述触针的姿势信息；以及其中所述接触探头基于所述光学检测器获得的姿势信息得到与待测物体的接触位置的坐标。利用该构造，如光源和光检测元件组等的热源可以和探头体的外壳隔离开，而且，即便隔离了热源也可高精度地进行测量。此外，接触探头易于维护。三个或更多个反射面可设置在照明对象部的圆锥形表面或倒圆锥形表面上，所述圆锥形表面或倒圆锥形表面的轴与探头轴重合。三个或更多个反射面可排列在所述照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波长检测器，包括：平行透镜组，用于使用三个或更多个透镜把具有部分波长范围的光束转换成彼此平行的光束，所述具有部分波长范围的光束是从通过用光谱位于预定波长范围内的三个或更多个照明光束照射照明对象部的三个或更多个反射面而产生的三个或更多个反射光束中提取的；分光镜元件，用于接收来自所述平行透镜组的光束，并分别在与光束的部分波长范围对应的出射方向上输出光束；检测透镜组，用于使用三个或更多个透镜分别聚集所述分光镜元件的输出光束；光检测元件组，用于分别检测所述检测透镜组聚集的三个或更多个光束的聚焦位置，所述光检测元件组包括排列在一个平面上的多个光检测元件，所述多个光检测元件覆盖所述检测透镜组聚集的三个或更多个光束的取决于所述分光镜元件的出射方向的聚焦位置的变化范围，其中所述波长检测器根据各个检测到的聚焦位置计算所述三个或更多个光束的波长。

【技术特征摘要】
2012.01.05 JP 2012-0007301.一种接触探头，包括：触针，其被保持为姿势随其尖部与待测物体的接触方式而变化；光学检测器，用于以光学方式检测所述触针的姿势；以及照明对象部，其形成在所述触针上并且由所述光学检测器照亮，所述照明对象部具有三个或更多个反射面；其中所述光学检测器包括：三个或更多个光纤，用于把照明光束传播到各个所述反射面；光源，用于为各个所述光纤提供光谱位于预定波长范围内的照明光束；聚光透镜组，用于使用在所述光纤和相应的反射面之间延伸的光轴上所设置的聚光透镜把来自各个所述光纤的照明光束聚集到各个所述反射面上；以及波长检测器，用于分别通过光纤接收从位于照明光束中具有部分波长范围的分量的聚焦位置附近的反射面的区域所反射的反射光束，并用于检测各个反射光束的波长；其中所述波长检测器包括：平行透镜组，用于使用三个或更多个透镜把具有部分波长范围的光束转换成彼此平行的光束，所述具有部分波长范围的光束是从通过用光谱位于预定波长范围内的三个或更多个照明光束照射照明对象部的三个或更多个反射面而产生的三个或更多个反射光束中提取的；分光镜元件，用于接收来自所述平行透镜组的光束，并分别在与光束的部分波长范围对应的出射方向上输出光束；检测透镜组，用于使用三个或更多个透镜分别聚集所述分光镜元件的输出光束；以及光检测元件组，用于分别检测所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：日高和彦，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：