[發(fā)明專利]波長檢測器及使用波長檢測器的接觸探頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310001292.6
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103196568B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設計）人: 日高和彥
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發(fā)明涉及光波長檢測器及使用該光波長檢測器的接觸探頭。具體而言，本發(fā)明涉及如掃描探頭及觸摸觸發(fā)器探頭等用于坐標測量儀的接觸探頭。

背景技術

用于坐標測量儀的接觸探頭具有各種形式，例如，對觸針（運動體）的姿勢做三角測量的光學檢測型；以線性刻度檢測運動體的運動長度的另一光學檢測型；以及通過在運動體的彈性變形部分設置電致伸縮元件來檢測應變量從而檢測運動體的姿勢的類型。這種觸針姿勢檢測器作為內置傳感器設置在接觸探頭的外殼內。例如，讓三個LED發(fā)出的光束照射在設置在觸針頂部的反射鏡的三個反射面上，用光傳感器檢測所得三個反射光束。在觸針的姿勢變化的情況下，反射鏡位置移動，由此三個反射光束的反射方向分別改變，它們在光傳感器上的入射位置相應偏移。通過檢測各個反射光束的偏移長度而計算觸針的姿勢變化。例如專利文獻1公開了這種使用LED發(fā)出的光束的觸針姿勢光學檢測方法。

[在先技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]JP-A-2007-218734

然而，光學檢測方法中，在掃描探頭精度增加的現有情況下，由如光源以及光檢測元件組等探頭內的熱源引起的探頭的熱變形是亞微米級測量中不容忽視的誤差起因。另一方面，增加光學檢測方法S/N（信噪）比的一種通用措施是把光檢測元件組設置得離運動體盡可能近。因而，在光學檢測方法中，由熱源造成的運動體熱變形問題以及信噪比問題是彼此制約的關系。

使用三角測量的光學檢測方法中，兩段或四段P SD（位置傳感器器件）常用作光檢測器。雖然PSD具有高速檢測的優(yōu)勢，但是，存在的問題是，由于PSD檢測光量分布的重心，因此難以把運動體的姿勢數據和電子噪聲以及振動噪聲分開。此外，對于檢測待測物體姿勢的目的來說，PSD的功能不足。

在使用通常由PZT制成的電致伸縮元件的方法中，由于易于被沖擊損壞而且難以替換觸針，所以電致伸縮元件通常難以維護。

發(fā)明內容

本發(fā)明的一個或多個示例實施例提供了可以檢測三個或更多個光束的不同波長的波長檢測器以及可以光學方式檢測觸針姿勢的使用該波長檢測器的接觸探頭。

根據本發(fā)明示例實施例的波長檢測器包括：

平行透鏡組，用于使用三個或更多個透鏡把具有部分波長范圍的光束轉換成彼此平行的光束，所述具有部分波長范圍的光束是從通過用光譜位于預定波長范圍內的三個或更多個照明光束照射照明對象部的三個或更多個反射面而產生的三個或更多個反射光束中提取的；

分光鏡元件，用于接收來自所述平行透鏡組的光束，并分別在與光束的部分波長范圍對應的出射方向上輸出光束；

檢測透鏡組，用于使用三個或更多個透鏡分別聚集所述分光鏡元件的輸出光束；

光檢測元件組，用于分別檢測所述檢測透鏡組聚集的三個或更多個光束的聚焦位置，所述光檢測元件組包括排列在一個平面上的多個光檢測元件，所述多個光檢測元件覆蓋所述檢測透鏡組聚集的三個或更多個光束的取決于所述分光鏡元件的出射方向的聚焦位置的變化范圍，

其中所述波長檢測器根據各個檢測到的聚焦位置計算所述三個或更多個光束的波長。

利用該構造，可以同時檢測三個或更多個光束的波長。具體而言，通過檢測光束的聚焦位置確定光束的波長。

分光鏡元件使得來自平行透鏡組的三個或更多個光束在取決于這三個或更多個光束的波長的方向上行進。由于使用了平行透鏡組，所以即便利用從光纖等出射的光束也可有效地產生彼此平行的三個或更多個光束。分光鏡元件可以是棱鏡或衍射光柵。具體而言，為了節(jié)省空間，優(yōu)選地使用衍射光柵。

檢測透鏡組設置在分光鏡元件的出射側。分光鏡元件的輸出光束被檢測透鏡組的相應透鏡聚集，從而聚焦在設置在光檢測元件組下游的光檢測元件組的光檢測面上。

此外，由于光檢測元件組是多元件類型（即包括多個光檢測元件），所以用多個光檢測元件檢測聚集在光檢測元件組上的每個光束的光強。因而，得到分布在以聚焦位置為中心的多個光檢測元件上的光強分布，可根據光強的峰值位置而檢測聚焦位置。如果多個光檢測元件排列在單個平面內，并且使三個光束以彼此不干涉的位置關系照射在光檢測元件組上，可以同時獨立檢測三個光束的波長。光檢測元件組可采用多個光檢測元件排列成一條線的光檢測元件陣列（稱為線陣圖像傳感器）或如CCD的面陣傳感器。