JP2001021313A - 正反射型変位計 - Google Patents
正反射型変位計Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 一台の変位計で、透明体以外に対しては高速
な測定を行なうことができ、かつ、透明体に対しては高
精度な測定を行う正反射型変位計を提供する。 【解決手段】 被測定物５２に光を照射するレーザ発信
器５３および被測定物５２からの反射光を受光するＰＳ
Ｄ５１を含む正反射型変位計において、ＰＳＤ５１の手
前に液晶シャッタ１を配置し、この液晶シャッタ１をス
キャンする手段を設ける。
な測定を行なうことができ、かつ、透明体に対しては高
精度な測定を行う正反射型変位計を提供する。 【解決手段】 被測定物５２に光を照射するレーザ発信
器５３および被測定物５２からの反射光を受光するＰＳ
Ｄ５１を含む正反射型変位計において、ＰＳＤ５１の手
前に液晶シャッタ１を配置し、この液晶シャッタ１をス
キャンする手段を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、正反射型変位計に
係り、特に、非接触で被測定物の変位を測定する光学式
の正反射型変位計に関する。
係り、特に、非接触で被測定物の変位を測定する光学式
の正反射型変位計に関する。
【０００２】
【背景技術】図３に従来例を示す。同図において、被測
定面Ｓは、ＸＹＺ直交座標系のＸＹ平面に平行に配置さ
れ、Ｚ方向に変位するようになっている。光照射手段
（レーザ発信器）５３は、この被測定面Ｓに斜めにレー
ザ光Ｌを入射し、反射光をその進行先に配置した受光素
子５１で受光する。受光素子５１には入射光の変位を検
出可能なＰＳＤ（Position−Sensitive Detectors）が
用いられている。このような構成において、被測定面Ｓ
がＺ方向へ変位すると、そのＺ方向変位量に応じて受光
素子５１に入射する光スポット位置が変位するので、そ
のスポット位置の変位を検出することにより、被測定面
ＳのＺ方向変位量を検出することができる。
定面Ｓは、ＸＹＺ直交座標系のＸＹ平面に平行に配置さ
れ、Ｚ方向に変位するようになっている。光照射手段
（レーザ発信器）５３は、この被測定面Ｓに斜めにレー
ザ光Ｌを入射し、反射光をその進行先に配置した受光素
子５１で受光する。受光素子５１には入射光の変位を検
出可能なＰＳＤ（Position−Sensitive Detectors）が
用いられている。このような構成において、被測定面Ｓ
がＺ方向へ変位すると、そのＺ方向変位量に応じて受光
素子５１に入射する光スポット位置が変位するので、そ
のスポット位置の変位を検出することにより、被測定面
ＳのＺ方向変位量を検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示すように、被測定物５２が透明体の場合、被測定面Ｓ
からの反射光だけでなく、その透明体を透過しその裏面
Ｎで反射した光もノイズとして加わるため、測定結果に
誤差を生じる。この理由は、ＰＳＤ５１を用いた変位計
では、素子の特性上、受光した光の重心を被測定面の位
置として検出するため、図５に示すように、被測定面Ｓ
からの反射光５４に、裏面Ｎからの反射光５５が加わる
ことによって、光の重心がずれるからである。
示すように、被測定物５２が透明体の場合、被測定面Ｓ
からの反射光だけでなく、その透明体を透過しその裏面
Ｎで反射した光もノイズとして加わるため、測定結果に
誤差を生じる。この理由は、ＰＳＤ５１を用いた変位計
では、素子の特性上、受光した光の重心を被測定面の位
置として検出するため、図５に示すように、被測定面Ｓ
からの反射光５４に、裏面Ｎからの反射光５５が加わる
ことによって、光の重心がずれるからである。
【０００４】ところで、受光素子として、ＰＳＤに代え
て、ＣＣＤ（Charge−Coupled Device）を用いた変位計
においては、素子１つ１つが位置情報を持つため、上記
のような影響はなくなる。しかしながら、位置情報を得
るにはＰＳＤに比べ時間がかかってしまい、高速な測定
に向かなかったり、外乱光の影響を受けやすいといった
欠点がある。ちなみに、測定時間の例としては、ＰＳＤ
を用いたセンサが２０μｓ、ＣＣＤを用いたものが500
μｓ程度で、２０倍以上のひらきがある。
て、ＣＣＤ（Charge−Coupled Device）を用いた変位計
においては、素子１つ１つが位置情報を持つため、上記
のような影響はなくなる。しかしながら、位置情報を得
るにはＰＳＤに比べ時間がかかってしまい、高速な測定
に向かなかったり、外乱光の影響を受けやすいといった
欠点がある。ちなみに、測定時間の例としては、ＰＳＤ
を用いたセンサが２０μｓ、ＣＣＤを用いたものが500
μｓ程度で、２０倍以上のひらきがある。
【０００５】本発明の目的は、かかる従来例の有する不
都合を改善し、特に、一台の変位計で、透明体以外に対
しては高速な測定を行なうことができ、かつ、透明体に
対しては高精度な測定を行うことができる正反射型変位
計を提供することにある。
都合を改善し、特に、一台の変位計で、透明体以外に対
しては高速な測定を行なうことができ、かつ、透明体に
対しては高精度な測定を行うことができる正反射型変位
計を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の正反射型変位計
は、前記目的を達成するために、次の構成を採用してい
る。請求項１に記載の正反射型変位計では、被測定物に
光を照射する光照射手段および被測定物からの反射光を
受光する受光素子を含む正反射型変位計において、受光
素子の手前に液晶シャッタを配置し、この液晶シャッタ
をスキャンする演算処理手段を設けたことを特徴とす
る。
は、前記目的を達成するために、次の構成を採用してい
る。請求項１に記載の正反射型変位計では、被測定物に
光を照射する光照射手段および被測定物からの反射光を
受光する受光素子を含む正反射型変位計において、受光
素子の手前に液晶シャッタを配置し、この液晶シャッタ
をスキャンする演算処理手段を設けたことを特徴とす
る。
【０００７】この発明によれば、被測定物が透明体の場
合、受光素子の前に配置された液晶シャッタをスキャン
することによって、透明体上面（被測定面）からの反射
光のみ遮る状態と、透明体下面（裏面）からの反射光の
み遮る状態とを作り出すことができる。つまり、透明体
上面（被測定面）による反射光および透明体を透過し透
明体下面（裏面）による反射光を分離演算することがで
きるから、受光素子の誤差要因を極力除外することがで
きる。そのため、被測定物が透明体の場合、透明体の裏
面からの反射光のみ遮って被測定面からの反射光のみを
受光素子で受光すれば、被測定物が透明体であっても、
測定誤差を軽減して、被測定面の変位量を正確に検出す
ることができる。また、被測定面による反射光データ
と、透明体裏面による反射光データとに基づいて被測定
物の厚みを測定することもできる。
合、受光素子の前に配置された液晶シャッタをスキャン
することによって、透明体上面（被測定面）からの反射
光のみ遮る状態と、透明体下面（裏面）からの反射光の
み遮る状態とを作り出すことができる。つまり、透明体
上面（被測定面）による反射光および透明体を透過し透
明体下面（裏面）による反射光を分離演算することがで
きるから、受光素子の誤差要因を極力除外することがで
きる。そのため、被測定物が透明体の場合、透明体の裏
面からの反射光のみ遮って被測定面からの反射光のみを
受光素子で受光すれば、被測定物が透明体であっても、
測定誤差を軽減して、被測定面の変位量を正確に検出す
ることができる。また、被測定面による反射光データ
と、透明体裏面による反射光データとに基づいて被測定
物の厚みを測定することもできる。
【０００８】請求項２に記載の正反射型変位計では、請
求項１に記載の正反射型変位計において、前記演算処理
手段は、前記被測定物が透明体であるか否かに応じて前
記液晶シャッタをスキャンするか否かを切り替えるモー
ド切替機能を備えていることを特徴とする。この発明に
よれば、被測定物が透明体か否かによって液晶シャッタ
をスキャンするか否かを切り替える機能を備えているか
ら、高速な測定（液晶シャッタをスキャンしない測定）
と、高精度な測定（透明体測定時に液晶シャッタをスキ
ャンする測定）とを簡易に切り替えることができる。
求項１に記載の正反射型変位計において、前記演算処理
手段は、前記被測定物が透明体であるか否かに応じて前
記液晶シャッタをスキャンするか否かを切り替えるモー
ド切替機能を備えていることを特徴とする。この発明に
よれば、被測定物が透明体か否かによって液晶シャッタ
をスキャンするか否かを切り替える機能を備えているか
ら、高速な測定（液晶シャッタをスキャンしない測定）
と、高精度な測定（透明体測定時に液晶シャッタをスキ
ャンする測定）とを簡易に切り替えることができる。
【０００９】請求項３に記載の正反射型変位計は、請求
項１または請求項２に記載の正反射型変位計において、
前記光照射手段はレーザ発信器によって構成され、前記
受光素子はＰＳＤによって構成されていることを特徴と
する。この発明によれば、受光素子としてＰＳＤを用い
ているから、ＣＣＤに比べ、位置情報を短時間で得ら
れ、高速な測定に適する。
項１または請求項２に記載の正反射型変位計において、
前記光照射手段はレーザ発信器によって構成され、前記
受光素子はＰＳＤによって構成されていることを特徴と
する。この発明によれば、受光素子としてＰＳＤを用い
ているから、ＣＣＤに比べ、位置情報を短時間で得ら
れ、高速な測定に適する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
および図２に基づいて説明する。ここで、従来例と同一
部分については同一符号を付して、重複説明を省略す
る。
および図２に基づいて説明する。ここで、従来例と同一
部分については同一符号を付して、重複説明を省略す
る。
【００１１】図１（ａ）および図１（ｂ）に示すよう
に、受光素子（ＰＳＤ）５１の受光面の手前に液晶シャ
ッタ１を配置する。この液晶シャッタ１により遮光部位
１ａを作り、この遮光部位１ａをＰＳＤ５１の受光面に
沿って走査することにより、図１（ａ）のように被測定
面Ｓからの反射光のみ遮る状態と、図１（ｂ）のように
透明体の裏面Ｎからの反射光のみ遮る状態とを作り出
す。
に、受光素子（ＰＳＤ）５１の受光面の手前に液晶シャ
ッタ１を配置する。この液晶シャッタ１により遮光部位
１ａを作り、この遮光部位１ａをＰＳＤ５１の受光面に
沿って走査することにより、図１（ａ）のように被測定
面Ｓからの反射光のみ遮る状態と、図１（ｂ）のように
透明体の裏面Ｎからの反射光のみ遮る状態とを作り出
す。
【００１２】裏面Ｎからの反射光のみを遮って被測定面
Ｓからの反射光のみをＰＳＤ５１に受光すれば、被測定
物５２が透明体であっても、測定誤差を軽減し、被測定
面Ｓの変位量を正確に検出することができる。また、被
測定面Ｓからの反射光のみ遮った状態でＰＳＤ５１上の
受光重心を求め、かつ、透明体（被測定面Ｓ）の裏面Ｎ
からの反射光のみ遮った状態でＰＳＤ５１上の受光重心
を求めると、両者の受光重心の差に基づいて被測定物５
２の厚みを検出することができる。
Ｓからの反射光のみをＰＳＤ５１に受光すれば、被測定
物５２が透明体であっても、測定誤差を軽減し、被測定
面Ｓの変位量を正確に検出することができる。また、被
測定面Ｓからの反射光のみ遮った状態でＰＳＤ５１上の
受光重心を求め、かつ、透明体（被測定面Ｓ）の裏面Ｎ
からの反射光のみ遮った状態でＰＳＤ５１上の受光重心
を求めると、両者の受光重心の差に基づいて被測定物５
２の厚みを検出することができる。
【００１３】図２は、以上の動作を実現する制御系のブ
ロック図である。前記ＰＳＤ５１の出力は演算処理手段
２に入力されている。演算処理手段２には、前記液晶シ
ャッタ１と、切替スイッチ３とがそれぞれ接続されてい
る。演算処理手段２は、ＰＳＤ５１の出力に基づいて受
光重心を算出する受光重心算出機能と、ＰＳＤ５１の出
力に基づいて被測定物５２の厚みを算出する厚み算出機
能と、ＰＳＤ５１の出力に基づいて被測定面Ｓの変位量
を算出する変位量算出機能とを備えている。また、演算
処理手段２は、液晶シャッタ１を制御して所定位置に遮
光部位１ａを形成するシャッタ制御機能と、切替スイッ
チ３の操作に応じてシャッタ制御機能および厚み算出機
能の有効／無効を切り替えるモード切替機能とを備えて
いる。
ロック図である。前記ＰＳＤ５１の出力は演算処理手段
２に入力されている。演算処理手段２には、前記液晶シ
ャッタ１と、切替スイッチ３とがそれぞれ接続されてい
る。演算処理手段２は、ＰＳＤ５１の出力に基づいて受
光重心を算出する受光重心算出機能と、ＰＳＤ５１の出
力に基づいて被測定物５２の厚みを算出する厚み算出機
能と、ＰＳＤ５１の出力に基づいて被測定面Ｓの変位量
を算出する変位量算出機能とを備えている。また、演算
処理手段２は、液晶シャッタ１を制御して所定位置に遮
光部位１ａを形成するシャッタ制御機能と、切替スイッ
チ３の操作に応じてシャッタ制御機能および厚み算出機
能の有効／無効を切り替えるモード切替機能とを備えて
いる。
【００１４】透明体以外の被測定物５２を測定する場合
は、切替スイッチ３を操作し、シャッタ制御機能および
厚み算出機能を無効に設定する。このモードにおいて、
演算処理手段２は、ＰＳＤ５１の出力から受光重心を求
め、その受光重心から換算した被測定面Ｓの変位量Ｐを
外部に出力する。
は、切替スイッチ３を操作し、シャッタ制御機能および
厚み算出機能を無効に設定する。このモードにおいて、
演算処理手段２は、ＰＳＤ５１の出力から受光重心を求
め、その受光重心から換算した被測定面Ｓの変位量Ｐを
外部に出力する。
【００１５】透明体を被測定物５２として測定する場合
は、切替スイッチ３を操作し、シャッタ制御機能および
厚み算出機能を有効に設定する。このモードにおいて、
演算処理手段２は、液晶シャッタ１を制御し、被測定面
Ｓの変位に伴うレーザビームの変位方向に沿ってライン
状の遮光部位１ａを走査し、被測定面Ｓからの反射光の
み遮った状態（図１（ａ）の状態）でのＰＳＤ５１の出
力と、透明体の裏面Ｎからの反射光のみ遮った状態（図
１（ｂ）の状態）でのＰＳＤ５１の出力とを取得する。
は、切替スイッチ３を操作し、シャッタ制御機能および
厚み算出機能を有効に設定する。このモードにおいて、
演算処理手段２は、液晶シャッタ１を制御し、被測定面
Ｓの変位に伴うレーザビームの変位方向に沿ってライン
状の遮光部位１ａを走査し、被測定面Ｓからの反射光の
み遮った状態（図１（ａ）の状態）でのＰＳＤ５１の出
力と、透明体の裏面Ｎからの反射光のみ遮った状態（図
１（ｂ）の状態）でのＰＳＤ５１の出力とを取得する。
【００１６】演算処理手段２は、これらの出力に基づい
て被測定面Ｓからの反射光の受光重心と、透明体の裏面
Ｎからの反射光の受光重心とを別々に求める。そして、
演算処理手段２は、被測定面Ｓからの反射光の受光重心
に基づいて被測定面Ｓの変位を求め、その変位量データ
Ｐを出力する。また、演算処理手段２は、被測定面Ｓか
らの反射光の受光重心と、透明体の裏面Ｎからの反射光
の受光重心との差に基づいて被測定物５２の厚みｔを演
算し、その厚みデータｔを出力する。
て被測定面Ｓからの反射光の受光重心と、透明体の裏面
Ｎからの反射光の受光重心とを別々に求める。そして、
演算処理手段２は、被測定面Ｓからの反射光の受光重心
に基づいて被測定面Ｓの変位を求め、その変位量データ
Ｐを出力する。また、演算処理手段２は、被測定面Ｓか
らの反射光の受光重心と、透明体の裏面Ｎからの反射光
の受光重心との差に基づいて被測定物５２の厚みｔを演
算し、その厚みデータｔを出力する。
【００１７】本実施形態によれば、ＰＳＤ５１の手前に
液晶シャッタ１を配置し、被測定物５２が透明か否かに
よって動作を切り替えるようにしたので、１台の変位計
で、高速な測定と、高精度な測定とを両立させることが
できる。従来、高速に測定を行いたい場合はＰＳＤタイ
プの変位計、透明体を精度よく測定したい場合はＣＣＤ
タイプの変位計という具合に変位計を選択しなければな
らなかった。しかし、本実施形態によつて、1つの変位
計で機能を切替ることにより（シャッタをスキャンする
か、しないか）、高速な測定と高精度な測定が可能にな
る。被測定物が透明体でない時は、シャッタをスキャン
しない方法を用い高速にデータを収集することが可能で
ある。
液晶シャッタ１を配置し、被測定物５２が透明か否かに
よって動作を切り替えるようにしたので、１台の変位計
で、高速な測定と、高精度な測定とを両立させることが
できる。従来、高速に測定を行いたい場合はＰＳＤタイ
プの変位計、透明体を精度よく測定したい場合はＣＣＤ
タイプの変位計という具合に変位計を選択しなければな
らなかった。しかし、本実施形態によつて、1つの変位
計で機能を切替ることにより（シャッタをスキャンする
か、しないか）、高速な測定と高精度な測定が可能にな
る。被測定物が透明体でない時は、シャッタをスキャン
しない方法を用い高速にデータを収集することが可能で
ある。
【００１８】また、受光素子としてＰＳＤ５１を用いて
いるから、透明体測定時における外乱光の影響を極力軽
減することができる。つまり、ＣＣＤを使用するより
は、高い周波数成分の外乱光に対応できる。液晶シャッ
タ１の動作は、ＰＳＤに比べ低速であるため、高速な測
定には向かない（ＣＣＤと同程度）。液晶シャッタ１の
動作が遅い場合であっても、ＰＳＤ自体は高速に動作可
能であるので、ＣＣＤに比べ高い周波数の外乱光を除去
した測定が可能である。通常、外乱光を除去しようとし
た場合、レーザのＯＮ状態とＯＦＦ状態の時の光量差を
演算するのが一般的である。しかしながら、ＣＣＤを用
いた場合、ＣＣＤ素子全体をスキャンし終わるまで、レ
ーザの状態を保たなければならないので、外乱光がＣＣ
Ｄ全体のスキャンより早い場合は、除去できなくなる。
いるから、透明体測定時における外乱光の影響を極力軽
減することができる。つまり、ＣＣＤを使用するより
は、高い周波数成分の外乱光に対応できる。液晶シャッ
タ１の動作は、ＰＳＤに比べ低速であるため、高速な測
定には向かない（ＣＣＤと同程度）。液晶シャッタ１の
動作が遅い場合であっても、ＰＳＤ自体は高速に動作可
能であるので、ＣＣＤに比べ高い周波数の外乱光を除去
した測定が可能である。通常、外乱光を除去しようとし
た場合、レーザのＯＮ状態とＯＦＦ状態の時の光量差を
演算するのが一般的である。しかしながら、ＣＣＤを用
いた場合、ＣＣＤ素子全体をスキャンし終わるまで、レ
ーザの状態を保たなければならないので、外乱光がＣＣ
Ｄ全体のスキャンより早い場合は、除去できなくなる。
【００１９】
【発明の効果】本発明の正反射型変位計によれば、液晶
シャッタを受光素子の前に置き、その液晶シャッタをス
キャンすることによって、被測定物が透明体の場合、そ
れぞれの成分、つまり、透明体上面による反射光および
透明体を透過し透明体下面による反射光を分離演算する
ことが可能であるから、一台の変位計で、透明体以外に
対しては高速な測定を行なうことができ、かつ、透明体
に対しては高精度な測定を行うことができる、という従
来にない優れた効果がある。
シャッタを受光素子の前に置き、その液晶シャッタをス
キャンすることによって、被測定物が透明体の場合、そ
れぞれの成分、つまり、透明体上面による反射光および
透明体を透過し透明体下面による反射光を分離演算する
ことが可能であるから、一台の変位計で、透明体以外に
対しては高速な測定を行なうことができ、かつ、透明体
に対しては高精度な測定を行うことができる、という従
来にない優れた効果がある。
【図１】本発明の一実施形態における光学系の構成図で
あり、図１（ａ）は液晶シャッタによって被測定面から
の反射光を遮光した状態、図１（ｂ）は液晶シャッタに
よって透明体の裏面からの反射光を遮光した状態を、そ
れぞれ示す。
あり、図１（ａ）は液晶シャッタによって被測定面から
の反射光を遮光した状態、図１（ｂ）は液晶シャッタに
よって透明体の裏面からの反射光を遮光した状態を、そ
れぞれ示す。
【図２】図１のＰＳＤおよび液晶シャッタを含む制御系
のブロック図である。
のブロック図である。
【図３】従来例の構成図である。
【図４】従来例の課題の説明図である。
【図５】従来例の課題の説明図である。
【符号の説明】 １ 液晶シャッタ １ａ 遮光部位 ２ 演算処理手段 ３ 切替スイッチ ５１ 受光素子（ＰＳＤ） ５２ 被測定物としての透明体 Ｎ 透明体の裏面 Ｐ 変位量データ Ｓ 被測定面 ｔ 厚みデータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米花 貴 神奈川県川崎市高津区坂戸１−20−１ 株 式会社ミツトヨ内 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA06 AA30 BB13 BB22 BB24 BB25 DD03 DD06 DD12 FF01 FF41 GG04 GG12 HH04 JJ02 JJ08 JJ16 LL30 LL53 MM03 PP22 QQ28 QQ42 2F112 AD05 BA05 BA06 BA07 CA13 DA13 DA25 FA12 FA41
Claims (3)
- 【請求項１】 被測定物に光を照射する光照射手段およ
び被測定物からの反射光を受光する受光素子を含む正反
射型変位計において、 前記受光素子の手前に液晶シャッタを配置し、この液晶
シャッタをスキャンする演算処理手段を設けたことを特
徴とする正反射型変位計。 - 【請求項２】 請求項１に記載の正反射型変位計におい
て、 前記演算処理手段は、前記被測定物が透明体であるか否
かに応じて前記液晶シャッタをスキャンするか否かを切
り替えるモード切替機能を備えていることを特徴とする
正反射型変位計。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の正反射
型変位計において、 前記光照射手段はレーザ発信器によって構成され、前記
受光素子はＰＳＤによって構成されていることを特徴と
する正反射型変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11192804A JP2001021313A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 正反射型変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11192804A JP2001021313A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 正反射型変位計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001021313A true JP2001021313A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16297276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11192804A Withdrawn JP2001021313A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 正反射型変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001021313A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011117940A (ja) * | 2009-11-09 | 2011-06-16 | Sharp Corp | 光学式測距装置および電子機器および光学式測距装置の校正方法 |
-
1999
- 1999-07-07 JP JP11192804A patent/JP2001021313A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011117940A (ja) * | 2009-11-09 | 2011-06-16 | Sharp Corp | 光学式測距装置および電子機器および光学式測距装置の校正方法 |
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