本发明是涉及一种位移测量装置。尤其，本发明是涉及一种包括不具有电子电路的传感器头的位移测量装置。
背景技术：
作为对测量对象物的表面形状等进行检查的装置，已知有位移测量装置(位移传感器)。例如，日本专利特开2012-208102号公报(专利文献1)揭示利用共焦光学系统来以非接触的方式测量测量对象物的位移的共焦测量装置。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2012-208102号公报
技术实现要素：
[发明所要解决的问题]
在日本专利特开2012-208102号公报(专利文献1)中所记载的共焦测量装置中，传感器头不具有电子电路且传感器头与控制器分离。为了掌握位移测量装置的测量状态，位于传感器头附近的用户需要确认控制器的显示。
例如，在设置传感器头时，为了进行正确的测量，需要调整设置传感器头的位置。位移测量装置可测量的范围可表示为自感测器头的前面的距离的范围。一般而言，制造厂将该范围定义为位移测量装置的规格。本说明书中，将作为位移测量装置可测量的距离的范围而预先规定的范围称为“规定距离范围”。
以放置工件的位置为基准，调整传感器头的设置位置，以使该工件的位置进入规定距离范围内。在用户位于传感器头的附近时，有如下可能性：难以通过自控制器至用户的距离或用户相对于控制器的位置来确认控制器的显示。
本发明的目的在于提供一种用以用户容易识别包括不具有电子电路的传感器头的位移测量装置的测量状态的技术。
[解决问题的技术手段]
依据本发明的某局面的位移测量装置包括：传感器头，具有光学系统且不具有电子电路；控制器；第1光纤维，将来自光投射部的照射光传递至传感器头；以及第2光纤维，将来自传感器头的反射光传递至控制器，所述控制器具有：光投射部，产生照射光；光接收部，接收由传感器头所接收的照射光的反射光；及控制部，基于光接收部的光接收量来算出传感器头与反射光的反射位置之间的距离。控制部具有：第1模式，对传感器头与反射位置之间的距离进行测量；及第2模式，通过光投射部的光投射状态来表示传感器头与反射位置之间的距离是否处于规定距离范围的中央部。规定距离范围定义为位移测量装置可测量的距离的范围。规定距离范围的中央部定义为规定距离范围的中心附近的既定的距离。第1光纤维与第2光纤维可相同。
根据所述构成，可提供一种可实现用户容易识别传感器头与反射位置之间的距离是否处于规定距离范围的中央部的位移测量装置。在第2模式中，用户可通过自传感器头射出的光来确认位移测量装置的测量状态。
优选为：在第2模式中，控制部判断传感器头与反射位置之间的距离是否进入规定距离范围的中央部内，并通过光投射部的光投射状态来表示该判断结果。
通过所述构成，可提供一种可使用户容易识别规定距离范围的中央部的位移测量装置。在第2模式中，用户可通过自传感器头射出的光来确认传感器头与反射位置之间的距离为规定距离范围的中央部内。
优选为：在第2模式中，在自传感器头至反射位置的距离处于规定距离范围的中央部内时，控制部使光投射部连续点灯。在第2模式中，在自传感器头至反射位置的距离处于规定距离范围的中央部的外侧且为规定距离范围内时，控制部使光投射部闪烁。
根据所述构成，用户可通过确认自传感器头连续射出光来确认传感器头与反射位置之间的距离为规定距离范围的中央部内。
优选为：在自传感器头至反射位置的距离处于规定距离范围的中央部的外侧的范围内的情况下，在自传感器头至反射位置的距离处于规定距离范围的中央部的外侧且为规定距离范围内的既定的距离范围内时，控制部使光投射部以第1间隔闪烁，在自传感器头至反射位置的距离在规定距离范围内处于规定距离范围的中央部的外侧且既定的距离范围外时，控制部使光投射部以大于第1间隔的第2间隔闪烁。
根据所述构成，用户可通过自传感器头射出的光的闪烁的间隔来确认传感器头与反射位置之间的距离自规定距离范围的中央部远离多少。
优选为：在自传感器头至反射位置的距离处于规定距离范围的中央部的外侧且为规定距离范围内的情况下，控制部随着自传感器头至反射位置的距离与规定距离范围的中央部的上限或下限之间的差变大而增大光投射部的闪烁的间隔。
根据所述构成，用户可通过自传感器头射出的光的闪烁的间隔来确认传感器头与反射位置之间的距离自规定距离范围的中央部远离多少。
优选为：在自传感器头至反射位置的距离处于规定距离范围的中央部内的情况下，控制部控制光投射部，以使光投射部的光投射功率成为一定值。在自传感器头至反射位置的距离处于规定距离范围的中央部的外侧且为规定距离范围内的情况下，控制部控制光投射部，以使光投射部的光投射功率的波峰值高于自传感器头至反射位置的距离处于规定距离范围的中央部内时的光投射部的输出。
根据所述构成，在传感器头与反射位置之间的距离处于规定距离范围的中央部的外侧且为规定距离范围内时，位移测量装置可使自传感器头射出的光闪烁并测量传感器头与反射位置之间的距离。
[发明的效果]
根据本发明，可提供一种可实现用户容易识别传感器头与反射位置之间的距离是否处于规定距离范围的中央部的位移测量装置。
附图说明
图1是用以说明本发明的实施方式的位移测量装置的距离测量的原理的图。
图2(a)、图2(b)是用以说明依据本实施方式的位移测量装置的导光部的构成的示意图。
图3是表示依据本实施方式的位移测量装置的构成的一例的示意图。
图4是用以说明通常测量模式(第1模式)中的传感器头的光投射状态的图。
图5是用以说明规定距离范围中心确认模式(第2模式)中的传感器头的光投射状态的图。
图6是用以说明通常测量模式(第1模式)中的光投射部的控制的信号波形图。
图7是用以说明规定距离范围中心确认模式(第2模式)中的光投射部的控制的信号波形图。
图8是用以说明利用控制器的控制部控制光投射的流程图。
图9是用以说明规定距离范围中心确认模式(第2模式)中的传感器头的光投射状态的另一实施方式的图。
[符号的说明]
1：位移测量装置
2：测量对象物
3：位置(反射位置)
10：光投射部
20：导光部
21：输入侧缆线
22：输出侧缆线
23：耦合器
24：头侧缆线
30：传感器头
32：色差单元
34：物镜
40：光接收部
41：准直透镜
42：分光器
43：缩小光学系统
44：检测器
45：读取电路
50：控制部
60：显示部
100：控制器
202：核心
204：包层
206：包覆材
208：外装材
241、243、245：缆线
242、244：连接器
ax：光轴
d1：规定距离范围的中央部
d2：规定距离范围
d3：规定距离范围内的既定的距离范围
s1～s8：步骤
d：距离
λ1、λ2、λ3：波长
具体实施方式
参照图示对本发明的实施方式进行详细说明。再者，对图中的同一或相当的部分标注同一符号并不重复进行其说明。
<a.概要>
图1是用以说明本发明的实施方式的位移测量装置的距离测量的原理的图。参照图1，位移测量装置1包括导光部20、传感器头30及控制器100。本发明的实施方式中，位移测量装置1包括具有光学系统，另一方面不具有电子电路的传感器头30。以下所说明的实施方式中，作为此种传感器头的一例，示出包含共焦光学系统的传感器头30。然而，并不限定传感器头30中所含的光学系统的种类。
传感器头30包括色差单元32及物镜34。控制器100包括光投射部10、光接收部40、控制部50及显示部60。光接收部40包括分光器42及检测器44。
由光投射部10产生的具有既定的波长扩展的照射光在导光部20传输而到达至传感器头30。在传感器头30中，来自光投射部10的照射光通过物镜34来聚焦而照射至测量对象物2。关于照射光，因经过色差单元32而产生轴上色差，因此自物镜34照射的照射光的焦点位置针对每个波长而不同。由测量对象物2的表面反射的波长中，仅与测量对象物2焦点一致的波长的光再入射至传感器头30的导光部20中的成为共焦点的纤维。
再入射至传感器头30的反射光在导光部20传输而入射至光接收部40。光接收部40中，通过分光器42而将所入射的反射光分离为各波长成分，并通过检测器44而检测各波长成分的强度。控制部50基于检测器44的检测结果来算出自传感器头30至测量对象物2的距离(位移)。
图1所示的例子中，例如，包含多种波长λ1、波长λ2、波长λ3的照射光投射至光轴ax的延长线上。通过照射光的波长分散而在光轴ax上的各个不同的位置(焦点位置1、焦点位置2、焦点位置3)描绘像。在光轴ax上，测量对象物2的表面与焦点位置2一致，因此照射光中，仅波长λ2的成分在焦点位置2反射。即，焦点位置2与照射光的反射位置对应。光接收部40检测波长λ2的成分。控制部50算出自传感器头30至测量对象物2的距离为相当于波长λ2的焦点位置的距离。显示部60通过数值来显示由控制部50所算出的距离。
构成光接收部40的检测器44的多个光接收元件中，接收反射光的光接收元件根据相对于传感器头30的测量对象物2的表面的形状而发生变化。因此，可根据检测器44的多个光接收元件的检测结果(像素信息)来测量相对于测量对象物2的距离变化(位移)。由此，可通过位移测量装置1来测量测量对象物2的表面的形状。
图2(a)、图2(b)中示意性示出依据本实施方式的位移测量装置1的导光部20的构成。如图2(a)所示，导光部20可包括光学性连接于光投射部10的输入侧缆线、光学性连接于光接收部40的输出侧缆线22及与传感器头30光学性连接的头侧缆线24。输入侧缆线21及输出侧缆线22各自的端与头侧缆线24的端经由具有合波/分波结构的耦合器23而光学性结合。耦合器23为相当于y分支耦合器的2×1星形耦合器(2输入1输出/1输入2输出)，将自输入侧缆线21入射的光传递至头侧缆线24，并且将自头侧缆线24入射的光分割而分别传递至输入侧缆线21及输出侧缆线22。
输入侧缆线21、输出侧缆线22及头侧缆线24均可为具有单一的核心202的光纤维。光纤维具有核心202、包层204、包覆材206及外装材208。如图2(b)所示，在导光部20也可采用具有多个核心的光纤维。耦合器231、232各将自输入侧缆线21入射的光传递至头侧缆线24，并且将自头侧缆线24入射的光分割而分别传递至输入侧缆线21及输出侧缆线22。
<b.装置构成>
图3是表示依据本实施方式的位移测量装置1的构成的一例的示意图。参照图3，光投射部10产生具有多种波长成分的照射光。典型而言，光投射部10包括白色发光二极管(lightemittingdiode，led)。只要关于因轴上色差而产生的焦点位置的位移宽度，可产生具有尽可能弥补所要求的测量区域的波长范围的照射光，则可在光投射部10使用任意光源。
光接收部40包括：分光器42，将由传感器头30所接收的反射光分离为各波长成分；及检测器44，具有与分光器42的分光方向对应而配置的多个光接收元件。作为分光器42，典型而言，采用衍射光栅，除此以外，也可采用任意的器件。检测器44可使用与分光器42的分光方向对应而一维配置有多个光接收元件的线传感器(一维传感器)，也可使用在检测面上二维配置有多个光接收元件的图像传感器(二维传感器)。
光接收部40除了包括分光器42及检测器44以外，也可包括使自输出侧缆线22射出的反射光平行化的准直透镜41及用以将检测器44的检测结果输出至控制部50的读取电路45。视需要，光接收部40也可设置对经分光器42分离的波长不同的反射光的光斑直径进行调整的缩小光学系统43。
控制部50基于光接收部40的多个光接收元件的各自的检测值来算出自传感器头30至测量对象物2的距离。预先设定像素与波长及距离值之间的关系式(例如，在制品出货时不易失性地存储于控制部50的内部)。因此，控制部50可根据光接收部40所输出的受光波形(像素信息)来算出位移。
图3中示出用以提高可用性(usability)而串联连接多根缆线来构成头侧缆线的例子。即，作为头侧缆线，采用三根缆线241、缆线243、缆线245。缆线241与缆线243之间经由连接器242而光学性连接，缆线243与缆线245之间经由连接器244而光学性连接。当然，耦合器23与传感器头30也可经由一根缆线而光学性连接。
导光部20包括用以将输入侧缆线21及输出侧缆线22与头侧缆线光学性结合的合波/分波部(耦合器)23。关于合波/分波部23的功能，参照图2(a)、图2(b)而进行了说明，因此不重复进行详细说明。依据本实施方式的位移测量装置1中，采用耦合器作为合波/分波结构。由此，导光部20内的光可进行分离，且可利用单一的检测器44来接收分别在多个核心中传输的来自测量对象物2的反射光(测量光)。
本发明的实施方式中，位移测量装置1具有两个控制模式。第1模式为用以测量传感器头30与反射位置之间的距离的模式。第2模式为用以确认传感器头30与反射位置之间的距离是否处于规定距离范围的中央部的模式。以下，将第1模式称为“通常测量模式”，将第2模式称为“规定距离范围中心确认模式”。
<c.动作模式>
图4是用以说明通常测量模式(第1模式)中的传感器头30的光投射状态的图。参照图4，位置3为自传感器头30射出的照射光中所含的某波长的光连结焦点的位置，例如相当于应放置工件的位置。
距离d为传感器头30与位置3之间的相对距离。以下的说明中，设为：位置3固定，通过使传感器头30沿传感器头30的光轴方向移动而使距离d发生变化。当然，也可设为：传感器头30的位置固定，通过使位置3沿传感器头30的光轴方向移动而使距离d发生变化。在图4中，d2规定规定距离范围，d1规定规定距离范围d2的中央部。中央部d1为作为规定距离范围d2的中心附近的既定距离而定义的范围。
通常测量模式中，不管距离d是否处于规定距离范围d2的中央部d1内，传感器头30常时进行光投射。即，自传感器头30连续射出光。
图5是用以说明规定距离范围中心确认模式(第2模式)中的传感器头30的光投射状态的图。参照图5，在距离d处于规定距离范围d2的中央部d1内时，自传感器头30常时投射光。即，进行通常的光投射。另一方面，在距离d处于规定距离范围d2的中央部d1的外侧且为规定距离范围d2内时，自传感器头30投射闪烁光(闪烁光投射)。即，规定距离范围中心确认模式中，根据距离d处于规定距离范围d2的中央部d1内或者距离d处于规定距离范围d2的中央部d1之外且为规定距离范围d2内，而光投射的实施方式不同。
图6是用以说明通常测量模式(第1模式)中的光投射部的控制的信号波形图。参照图1及图6，通常测量模式中，控制部50使光投射部10连续点灯。通常测量模式中，光投射部10常时为接通(on)状态。
图7是用以说明规定距离范围中心确认模式(第2模式)中的光投射部的控制的信号波形图。参照图1及图7，在距离d为规定距离范围d2的中央部d1内时，与通常测量模式同样地，控制部50使光投射部10连续点灯。另一方面，在距离d处于规定距离范围d2的中央部d1的外侧且为规定距离范围d2内时，控制部50使光投射部10闪烁。因此，控制部50重复发出用以使光投射部10点灯的控制信号而进行接通及断开(off)。
再者，在为通常测量模式及规定距离范围中心确认模式的任一的情况下，在通常光投射时，控制部50均将光投射部10的光投射功率(光投射部10的输出)保持为大致一定。另一方面，在规定距离范围中心确认模式中使光投射部10闪烁时，控制部50控制光投射部10，以使光投射部10的输出的波峰值高于常时光投射时的光投射部10的输出。即，在闪烁光投射时，与通常光投射时相比，控制部50使控制信号的接通电平(onlevel)变高。由此，在光投射部10闪烁时，可增大控制器100侧的光接收量，因此在光接收部40，容易获取受光波形。因此，在距离d处于规定距离范围d2的中央部d1的外侧且为规定距离范围d2内时，也可测量该距离d。
光投射的脉冲间隔是以如下方式确定：用户可识别闪烁状态且位移测量装置1可测量位移。作为一例，脉冲的期间及脉冲的间隔均为50ms以上。
<d.控制流程>
图8是用以说明利用控制器100的控制部50控制控制光投射的流程图。参照图8，在步骤s1中，控制部50选择通常测量模式(第1模式)。在步骤s2中，控制部50以执行通常光投射(常时光投射)的方式控制光投射部10(参照图6)。
在步骤s3中，判断控制部50是否将要执行的模式自通常测量模式切换为规定距离范围中心确认模式(第2模式)。在判断为控制部50将要执行的模式保持为通常测量模式时(在步骤s3中为否(no))，处理返回至步骤s2。另一方面，例如，在将用户的指示输入控制部50时，判断为控制部50应将要执行的模式切换为规定距离范围中心确认模式。该情况下(在步骤s3中为是(yes))，处理推进至步骤s4。
在步骤s4中，控制部50选择规定距离范围中心确认模式。在步骤s5中，控制部50判定自传感器头30至位置3之间的距离d是否为规定距离范围d2的中央部d1内。规定距离范围d2及其中央部d1可针对传感器头30的每一形式而确定。控制器100也可预先存储针对传感器头30的每一形式而确定的规定距离范围d2及其中央部d1。关于与控制器100连接的传感器头30的形式的信息，例如控制器100可自写入有以1对1与传感器头30对应的传感器头信息的记录介质读取。
在距离d为规定距离范围d2的中央部d1内时(在步骤s5中为是(yes))，处理推进至步骤s6。该情况下，控制部50以执行通常光投射(常时光投射)的方式控制光投射部10。控制部50将用以使光投射部10点灯的控制信号设为常时接通状态(参照图7)。
在距离d为规定距离范围d2的中央部d1的外侧且为规定距离范围d2内时(在步骤s5中为否(no))，处理推进至步骤s7。该情况下，控制部50以执行闪烁光投射的方式控制光投射部10。控制部50重复发出用以使光投射部10点灯的控制信号并进行接通及断开(参照图7)。
在步骤s8中，判断控制部50是否将要执行的模式自规定距离范围中心确认模式切换为通常测量模式。在判断为控制部50将要执行的模式保持为规定距离范围中心确认模式时(在步骤s8中为否(no))，处理返回至步骤s5。另一方面，例如，在将用户的指示输入控制部50时，判断为控制部50应将要执行的模式切换为通常测量模式。该情况下(在步骤s8中为是(yes))，处理返回至步骤s1。
<e.另一实施方式>
图9是用以说明规定距离范围中心确认模式(第2模式)中的传感器头30的光投射状态的另一实施方式的图。参照图9，在规定距离范围d2的中央部d1的外侧且为规定距离范围d2内设定既定的距离范围d3。在距离d处于规定距离范围d2的中央部d1的外侧且为既定的距离范围d3内时，自传感器头30所投射的光相对快速地闪烁。另一方面，在距离d处于规定距离范围d2内的既定的距离范围d3外且为规定距离范围d2内时，自传感器头30所投射的光相对缓慢地闪烁。如此，在距离d处于规定距离范围d2的中央部d1的外侧且为规定距离范围d2内时，控制部50也可以根据距离d而闪烁的间隔不同的方式控制光投射部10。
进而，并不限定于使闪烁的间隔阶段性不同。再次参照图5，控制部50也可以距离d与规定距离范围d2的中央部d1的上限或下限之间的差越大，光的闪烁间隔越大的方式控制光投射部10。
<f.优点>
考虑在控制器100侧显示距离d是否处于规定距离范围d2的中央部d1内的例子。例如，可通过使控制器100的显示灯点灯来对用户显示距离d处于规定距离范围内。或者，通过将位移的测量值显示于控制器100的显示部60，用户可确认距离d是否处于规定距离范围d2的中央部d1内。
然而，认为有将传感器头30配置于远离控制器100的位置。此种情况下，用户位于传感器头30的设置场所的附近。因此，有如下可能性：用户难以通过自控制器100至用户的距离或用户相对于控制器100的位置来确认控制器100的显示。
该实施方式中，位移测量装置1通过来自传感器头30的光的投射状态来表示自传感器头30至位置3(反射位置)的距离d处于规定距离范围d2的中央部d1内。因此，在用户设置传感器头30时，用户可容易识别传感器头30的规定距离范围的中央部。用户也可不确认控制器100的显示。用户可将传感器头设置于适当的位置，因此可容易构建可正确且稳定地进行测量的环境。
应认为：此次所揭示的实施方式在所有方面仅为例示，并非限制者。应意识到：本发明的范围是由权利要求而非所述说明所示，包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。