[发明专利]波长检测器及使用波长检测器的接触探头

说明书

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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P SD（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。

发明内容

本发明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。

根据本发明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。