JP2004205308A - Displacement measuring instrument - Google Patents

Displacement measuring instrument Download PDF

Info

Publication number
JP2004205308A
JP2004205308A JP2002373588A JP2002373588A JP2004205308A JP 2004205308 A JP2004205308 A JP 2004205308A JP 2002373588 A JP2002373588 A JP 2002373588A JP 2002373588 A JP2002373588 A JP 2002373588A JP 2004205308 A JP2004205308 A JP 2004205308A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
guide
displacement
measurement target
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002373588A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3951914B2 (en
Inventor
Hiroyuki Yamamoto
裕之 山本
Fumio Watanabe
文雄 渡辺
Kazutoshi Okamoto
和年 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP2002373588A priority Critical patent/JP3951914B2/en
Publication of JP2004205308A publication Critical patent/JP2004205308A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3951914B2 publication Critical patent/JP3951914B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement measuring instrument for sharply reducing assembly/adjustment manpower since a lighting system for irradiating a measuring object and an imaging optical system for measuring reflected light from the measuring object are downsized/integrated, performing clear guide mark projection on the measuring object, and performing irradiation with brightness enough for measurement. <P>SOLUTION: This displacement measuring instrument for optically measuring displacement of the measuring object, is characterized at least in that the lighting system and the imaging optical system are mounted on a common base. The lighting system includes a light guide for transmitting output light of a light source and a condensing lens for condensing the output light of the light guide to irradiate the measuring object. The optical system forms an image of reflected light of the measuring object on the surface of a light receiving sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の振動・位置変化・速度などを光学的に測定する変位測定装置に関し、詳しくは、照明系の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
出願人は、測定対象を限定することなく非接触で高速に高精度の測定が行える変位測定装置として、例えば特開2001−241919を出願している。
【0003】
図6はこのような従来の装置の構成例を示すブロック図である。測定対象1には照明系2から測定光が照射される。測定対象1の反射光は結像光学系3を介して画像センサ部4に入射される。
【0004】
ここで、測定対象1と結像光学系3と画像センサ部4の位置関係は、図7のように測定対象1が画像センサ部4の素子の配列方向(X軸方向)に沿って移動変位するものとする。
【0005】
照明系2は、外光の影響を除くため照明光の波長を赤外光などを用いて狭波長化し、画像センサ部4の前面にその波長のみを通過させるためのフィルタを設ける。
【0006】
結像光学系3としては、測定対象1との距離によって結像倍率変化の起きないテレセントリックな光学系を用いる。
【0007】
画像センサ部4は結像光学系3によってできた実像を読み取るためのイメージセンサであり、1回の露光による画像データを保持する機能を有するライン状に画素が並んだCCDリニアイメージセンサを用いる。なお、この画像センサ部4は、機械的または電気的なシャッター機能を備えている。
【0008】
画像センサ部4に取り込まれた画像データはクロック発生部5から加えられるクロックに従って逐次A/D変換器6に読み出され、デジタルデータに変換される。A/D変換器6の出力データは、信号処理部7に取り込まれる。
【0009】
信号処理部7は、A/D変換器6から変換出力される画像データに基づいて測定対象1の変位量を演算するものであり、例えばDSP(デジタルシグナルプロセッサ)を用いる。
【0010】
基準画像記憶部8には測定対象1の変位量を演算するための基準状態の画像データが格納され、測定画像記憶部9には測定対象1の変位量を演算するための変位状態の画像データが格納される。
【0011】
信号処理部7の演算結果は、D/A変換器10によりアナログ信号に変換されて外部に出力されるとともに、表示器11にデジタル的にあるいはアナログ画像として表示される。
【0012】
このような構成において、画像センサ部4上には測定対象1に応じた光量分布が現れ、画像センサ部4の出力端子から図8に示すように各画素の光量に比例したアナログ電圧信号が逐次出力される。このアナログ電圧信号はA/D変換器6により逐次デジタルデータに変換され、基準状態での測定対象1の画像データSoは基準画像記憶部8に格納され、測定状態での測定対象画像Sは測定画像記憶部9に格納される。
【0013】
その後、信号処理部7は、図9に示すように基準状態での測定対象1の画像データSoと測定対象画像Sとの両者の画像データを比較して画像センサ部4上での測定対象1の変位量xを求め、さらに光学倍率を乗ずることで測定対象1の実変位を求める。
【0014】
ところで、従来の照明系は、図10に示すように、ハロゲンなどの光源12と、光源12の出力光を集光レンズ部13に案内する光ファイバ束よりなる複数本のライトガイド14とで構成されている。集光レンズ部13は、図11に示すように、一端にライトガイド14の端部が挿入固着され他端にはレンズ13aが装着された鏡筒13bとで構成されている。
【0015】
図12は集光レンズ部13周辺の拡大図であり、(A)は上部から見た構成図、(B)は(A)のA−A断面図、(C)は(A)においてB方向から見た測定対象1上の照射説明図である。
【0016】
各集光レンズ部13は、それぞれの出力光13cが測定対象1の同一場所を照射するように((C)参照)、ホルダ15に対して所定の角度で取り付けられている((A)参照)。ここで、集光レンズ部13とライトガイド14とのセット数は測定対象1の測定に必要な光量に応じて増減できるが、図12の例では正方形をなす各角に合計4セットを配置している。これら4セットを対角線方向に結ぶ交点位置には、測定対象1に照射される画像を検出するための結像レンズ16が設けられている。
【0017】
また、これら4セットのうち2セットのライトガイド14の端部近傍には、測定対象1にガイドマークGMを投影するための矩形スリット13dを有する遮蔽板13eが設けられている。これらガイドマークGMは、図13に示すような測定対象1と変位測定装置MAとの位置決めとピント合わせに用いられる。
【0018】
図12の(C)は、これら2セットのガイドマークGMが1個のパターンとして重なり合っていて、測定対象1と変位測定装置が平行に配置されるとともにピントも正確に調整されている状態を示している。これに対し、ピントがずれている場合には図14(A)に示すように2個のガイドマークGMが投影され、測定対象1と変位測定装置が平行に配置されていない場合には図14(B)に示すように傾斜したガイドマークGMが投影されることになる。
【0019】
【特許文献1】
特開2001−241919
【0020】
特許文献1には、測定対象を限定することなく非接触で高速に高精度の測定が行える変位測定装置に関する発明が開示されている。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の変位測定装置の照明系は、集光レンズ部13をホルダ15に対して所定の角度で取り付けているので、部品点数が増えるとともに、装置全体の大きさがこの角度分だけ大きくなることから小型化が図りにくいという問題がある。
【0022】
また、ホルダ15に取り付けられた各集光レンズ部13が測定対象1の同じ場所を同じ範囲で照らすように各集光レンズ部13の位置合わせをしなければならず、これらの組立調整に相当の工数が発生することは避けられない。
【0023】
測定対象1の照射光に明るさが必要な場合は、照射する集光レンズ部13とライトガイド14とのセット数を増やすことになるが、ライトガイド14はケーブル状になっているので、これらのセット数が増えるとライトガイド14が互いに絡み合って操作性が低下する。そして、集光レンズ部13とライトガイド14のセット数に比例して重量が増加する。
【0024】
集光レンズ部13とライトガイド14のセット数を増やす方法としてライトガイド14の分岐と個数を増やすことが考えられるが、ライトガイド14の個数を増やすためには光源12も増やさなければならない。
【0025】
集光レンズ部13は鏡筒13bの中にライトガイド14の先端が挿入される構造をとっているので、必要に応じて光を遮蔽するためのシャッター機構を設けることが困難である。仮に鏡筒13bの中にシャッター機構を設けることが出来たとしても、複数の集光レンズ部13の光を同時に開閉制御することはさらに難しい。
【0026】
図12に示すようなガイドマークGMを照射する構成の場合、ライトガイド14の集光レンズに対する取り付け位置がガイドマーク用と照明用とは異なる。ガイドマークGMを照射する場合のライトガイド先端位置は合焦位置になるが、照明用の場合のライトガイド先端位置は最高照度が得られる位置になり、用途に合わせた調整を行わなければならない。
【0027】
また、図12の構成によれば、ホルダ15に取り付けられたライトガイド14には、先端に遮蔽板13eを有するものと有しないものとが混在している。この結果、ガイドマークGMと同一の照射位置に遮蔽板のないライトガイド14の光も照射されることからガイドマークGMの明暗コントラストが低くなり、ガイドマークGMの視認性が低下してしまう。
【0028】
さらに、ガイドマークGMを用いて図13のように測定対象1と変位測定装置MAとの位置調整を行う場合、Z軸方向に沿ったピント合わせとZ軸を回転中心とする角度調整についてはガイドマークGMは十分ガイドとして機能するが、X軸およびY軸を回転中心とする角度調整についてはガイドマークGMはガイドとしてほとんど機能しない。これは、遮蔽板13eが結像レンズ16に対して同じ側に設けられていることからガイドマークGM同士の姿勢変化が小さいことと、小さい変化を判別できるほどにはガイドマークGM自体が鮮明でないことによる。
【0029】
本発明はこれらの問題点に着目したものであり、その目的は、測定対象を照射する照明系と測定対象の反射光を測定する結像光学系が小型一体化できて組立調整工数を大幅に削減でき、測定対象上に鮮明なガイドマーク投影が行えるとともに測定に十分な明るさで照射できる変位測定装置を提供することにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する請求項1の発明は、
測定対象の変位量を光学的に測定する変位測定装置であって、
少なくとも、
光源の出力光を集光して測定対象を照射する集光レンズを含む照明系と、
測定対象の反射光を受光センサ面に結像させる結像光学系とが、
共通のベースに取り付けられたことを特徴とする。
【0031】
請求項2の発明は、請求項1記載の変位測定装置において、
光源の出力光を集光レンズに伝送するライトガイドを含むことを特徴とする。
【0032】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2記載の変位測定装置において、
前記集光レンズは、複数の単レンズが前記結像光学系を中心にして2次元的に配列されたことを特徴とする。
【0033】
請求項4の発明は、請求項2または請求項3に記載の変位測定装置において、前記ライトガイドの端部位置と各単レンズの中心は、測定対象の同一位置を照射するように調整配置されたことを特徴とする。
【0034】
これらにより、測定対象を照射する照明系と測定対象の反射光を測定する結像光学系は共通のベースに取り付けられて一体化され、小型化が図れ、組立調整工数を大幅に削減できる。
【0035】
請求項5の発明は、請求項1または請求項2記載の変位測定装置において、
前記照明系は、測定対象の同一位置に複数のガイドマークを照射するガイドマーク照射系を含むことを特徴とする。
【0036】
請求項6の発明は、請求項5記載の変位測定装置において、
前記照明系は、ガイドマーク以外の照射系の出力光を選択的に開閉するシャッターを有することを特徴とする。
【0037】
請求項7の発明は、請求項5または請求項6記載の変位測定装置において、
前記ガイドマーク照射系は、開口絞りを有することを特徴とする。
【0038】
請求項8の発明は、請求項5から請求項7のいずれかに記載の変位測定装置において、
前記ガイドマーク照射系と他の照射系におけるライトガイドの端部と集光レンズ間の距離が異なることを特徴とする。
【0039】
これらにより、測定対象上に鮮明なガイドマーク投影が行えるとともに、測定に十分な明るさで照射できる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の実施の形態の一例を示す概略構成図であり、(A)は側面図、(B)はブロック18の正面図である。図示しないハロゲン、メタルハライド、キセノン、発光ダイオードなどからの光源の出力光は、多数の光ファイバを束ねたライトガイド17を介してライトブロック18に導かれる。このライトブロック18は、図示しないベースに取り付けられている。
【0041】
なお、光源として発光ダイオードを用いる場合には、ライトブロック18に発光ダイオードを直接取り付けることにより、ライトガイド17を省略できる。
【0042】
ライトブロック18は例えばアルミブロックが所定の形状に成形されたものであり、その前面中央の縦方向には段付凹部19が設けられている。この段付凹部19の上下端近傍には、ライトガイド17で導かれた光源の出力光を測定対象1に照射するための照射口20が設けられている。これら照射口20の前面には遮蔽板21が設けられていて、遮蔽板21には所定形状のガイドマークGM(図1では矩形)を投影するための開口22が設けられている。
【0043】
ライトブロック18の前面両側の上下端近傍および中央にも、ライトガイド17で導かれた光源の出力光を測定対象1に照射するための照射口23が設けられている。これら照射口20および照射口23には、ライトガイド17の先端部分が分岐されて挿入固着されている。そして、段付凹部19の中央には、測定対象1の反射光を図示しない受光センサ面に結像させる結像光学系24が設けられている。
【0044】
これらライトブロック18の前面段付凹部19における照射口20および前面両側における照射口23の位置の違いは集光レンズ28との距離の差を生じることになり、測定対象1上の照射光が、照射口20から出力されるガイドマークGMは焦点位置で鮮明に結像し、他の照射口23からの出力光は最大の明るさになるように設定調整できる。
【0045】
さらに、ライトブロック18の前面には、シャッター25が図示しないガイドピンに沿って図2(A),(B)に示すように上下方向に移動可能に、例えばばねの弾性力によってライトブロック18の両側面を挟むようにして半固定されている。このシャッター25は、照射口23に対応した複数の穴26と、遮蔽板21の開口22に対応した複数の小判穴27を備えている。
【0046】
照射口23に対応した複数の穴26は、図2(A)に示すようにシャッター25を上げた場合には照射口23が完全に露出し、図2(B)に示すようにシャッター25を下げた場合には照射口23が完全に隠れるように設けられている。
【0047】
遮蔽板21の開口22に対応した複数の小判穴27は、シャッター25の上下方向の移動に拘わらず常に遮蔽板21の開口22を露出させるように設けられている。さらにシャッター25には、上下方向の移動の支障にならないように結像光学系24を貫通させる穴が設けられているが図示しない。すなわち、図2(A)はシャッター25を開いた状態を示し、図2(B)はシャッター25を閉じた状態を示している。なお、小判穴27に限るものではなく、切り欠きや大穴を設けてもよい。
【0048】
このシャッター25は、測定対象1にガイドマークGMをより鮮明に照射するように機能する。測定対象1と変位測定装置MAとのアライメント調整時に図2(B)のようにシャッター25を閉めることにより、ガイドマークGMを照射しない照射口23の出力光は遮断されて測定対象1には遮蔽板21の開口22からガイドマークGMだけが照射されるので、従来に比べて鮮明なガイドマークGMが得られる。
【0049】
アライメント調整後は、図2(A)のようにシャッター25を開くことにより、遮蔽板21の開口22からガイドマークGMが照射されるとともに照射口23の出力光も測定対象1に照射され、測定対象1の変位測定に必要な明るさが得られる。
【0050】
シャッター25を含むライトブロック18の前面には、測定対象1を照射するのに必要な所定の距離を保つようにして、集光レンズ28が設けられている。具体的には、上部は図示しない取り付け部材を介してライトブロック18に取り付けられ、下部は図示しないベースに固定されている。
【0051】
このように、ライトブロック18はベースに固着され、結像光学系24はライトブロック18に固着され、シャッター25はライトブロック18に移動可能に半固定され、集光レンズ28はライトブロック18およびベースに固着され、開口絞り32は照射口20との対向面に固着されているので、従来に比べて小型化が図れ、構成部品数を削減でき、組立調整工数も大幅に削減できる。
【0052】
なお、ベースには、必要に応じて測定用のカメラも固着するようにしてもよく、光源照射系と測定系とを共通のケースに収納して一体化できることから、測定時の作業操作性を高めることができる。
【0053】
図3は集光レンズ28の具体例を示す構成図である。(A)は2点鎖線で示した丸レンズ29を実線で示すように加工して正方形レンズ30を形成した状態を示し、(B)は8枚の正方形レンズを結像光学系24を中心にして2次元的に配列し互いの対向面を接着貼り合せた状態を示している。(C)はライトブロック18に設けられた照射口20,23と正方形レンズ30の中心Pとの位置関係を示している。すなわち、各正方形レンズ30は、それぞれの中心Pが、ライトブロック18に設けられた照射口20,23に対して結像光学系24の方向にオフセットした点に位置するように取り付けられている。
【0054】
このように、正方形レンズ30の中心Pが、ライトブロック18に設けられた照射口20,23に対して結像光学系24の方向にオフセットした点に位置するように取り付けられていることにより、集光レンズ28の出力光は測定対象1の同一位置を照射することになる。ライトガイドの先端位置が異なる場合は、正方形レンズ30のレンズ光軸位置をずらすことで同一位置に光を集めることができる。
【0055】
なお、上記実施例では結像レンズを中心に正方形レンズを碁盤の目状に配置しているが、結像レンズを中心に集光レンズを放射状に配置してもよい。
【0056】
また、レンズ1個の形状を6角形にして、結像レンズを中心に集光レンズをハニカム状に配置してもよい。
【0057】
また、図4に示すように、レンズが照射位置を向くように角度をつけて配置してもよい。このような構成によれば、レンズ中心とライトガイド先端をオフセットさせなくても同一位置を照射できる。なお、本発明では、図4の集光レンズについても、正面から見た場合には、複数のレンズが2次元的に配置されているものとしている。
【0058】
集光レンズ28は、焦点距離が等しい同一種類のレンズを組み合わせてもよいし、焦点距離が異なる複数種類のレンズを組み合わせてもよい。
【0059】
集光レンズ28の素材は光学ガラスでもよいし、プラスチックでもよい。
【0060】
集光レンズ28の製造は単レンズの貼り合わせに限るものではなく、例えば一体モールドも可能である。
【0061】
図5はガイドマーク照射系の説明図である。(A)は収差の大きい周辺光を制限するための開口31を有する開口絞り32であり、集光レンズ28を構成する正方形レンズ30のうち、ガイドマーク照射系を構成する照射口20と対向する正方形レンズ30の対向面に設けられている。開口絞り32は、測定対象1に鮮明なガイドマークを投影するように機能する。なおガイドマーク照射系は、結像光学系24に対して対称な位置関係(本実施例では上下方向)になるように設けられている。
【0062】
(B),(C)はガイドマークGMの投影例図である。(B)は図13のY軸回りの測定対象1と変位測定装置MAとの位置関係を示すものであり、両者の位置関係がずれていると2個のガイドマークGMの投影パターンは「ハの字形」になる。(C)は図13のX軸回りの測定対象1と変位測定装置MAとの位置関係を示すものであり、両者の位置関係がずれていると2個のガイドマークGMの投影パターンの大きさは異なるものになる。
【0063】
これら2個のガイドマークGMの投影パターンを参照することにより、測定対象1と変位測定装置MAとの位置関係を、測定に適した最適状態に迅速に位置決め調整できる。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定対象を照射する照明系と測定対象の反射光を測定する結像光学系が小型一体化できて組立調整工数を大幅に削減でき、測定対象上に鮮明なガイドマーク投影が行えるとともに測定に十分な明るさで照射できる変位測定装置を実現でき、プリンタにおける記録紙の送り量測定など各種の変位測定に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す概略構成図である。
【図2】図1におけるシャッター25の説明図である。
【図3】図1における集光レンズ28の具体例を示す構成図である。
【図4】集光レンズ28の他の例を示す構成図である。
【図5】図1のガイドマーク照射系の説明図である。
【図6】従来の装置の構成例を示すブロック図である。
【図7】図6の動作説明図である。
【図8】図6の画像演算処理の説明図である。
【図9】図6の画像演算処理の説明図である。
【図10】従来の照明系の構成図である。
【図11】図10の集光レンズ部13の構成図である。
【図12】図10の集光レンズ部13周辺の拡大図である。
【図13】測定対象1と変位測定装置MAとの位置決めとピント合わせの説明図である。
【図14】従来のガイドマークの説明図である。
【符号の説明】
17 ライトガイド
18 ブロック
19 段付凹部
20,23 照射口
21 遮蔽板
22 開口
24 結像光学系
25 シャッター
26 穴
27 小判穴
28 集光レンズ
29 丸レンズ
30 正方形レンズ
31 開口
32 開口絞り
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a displacement measuring device that optically measures vibration, position change, speed, and the like of various devices, and more particularly, to improvement of an illumination system.
[0002]
[Prior art]
The applicant has filed, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-241919 as a displacement measuring device capable of performing high-speed and high-accuracy measurement in a non-contact manner without limiting the measurement object.
[0003]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of such a conventional apparatus. The measurement object 1 is irradiated with measurement light from the illumination system 2. The reflected light from the measurement target 1 is incident on the image sensor unit 4 via the imaging optical system 3.
[0004]
Here, the positional relationship between the measurement target 1, the imaging optical system 3, and the image sensor unit 4 is such that the measurement target 1 moves and displaces along the arrangement direction of the elements of the image sensor unit 4 (X-axis direction) as shown in FIG. It shall be.
[0005]
The illumination system 2 narrows the wavelength of the illumination light using infrared light or the like to eliminate the influence of external light, and provides a filter on the front surface of the image sensor unit 4 for passing only the wavelength.
[0006]
As the imaging optical system 3, a telecentric optical system in which the imaging magnification does not change depending on the distance from the measurement target 1 is used.
[0007]
The image sensor unit 4 is an image sensor for reading a real image formed by the image forming optical system 3, and uses a CCD linear image sensor in which pixels are arranged in a line and has a function of retaining image data by one exposure. Note that the image sensor unit 4 has a mechanical or electrical shutter function.
[0008]
The image data captured by the image sensor unit 4 is sequentially read out to the A / D converter 6 according to the clock applied from the clock generation unit 5 and is converted into digital data. Output data of the A / D converter 6 is taken into the signal processing unit 7.
[0009]
The signal processing unit 7 calculates the displacement of the measurement target 1 based on the image data converted and output from the A / D converter 6, and uses, for example, a DSP (digital signal processor).
[0010]
The reference image storage unit 8 stores reference state image data for calculating the displacement amount of the measurement target 1, and the measurement image storage unit 9 stores the displacement state image data for calculating the displacement amount of the measurement target 1. Is stored.
[0011]
The calculation result of the signal processing unit 7 is converted to an analog signal by the D / A converter 10 and output to the outside, and is displayed on the display 11 digitally or as an analog image.
[0012]
In such a configuration, a light amount distribution corresponding to the measurement target 1 appears on the image sensor unit 4, and an analog voltage signal proportional to the light amount of each pixel is sequentially output from the output terminal of the image sensor unit 4 as shown in FIG. Is output. The analog voltage signal is sequentially converted into digital data by the A / D converter 6, the image data So of the measurement target 1 in the reference state is stored in the reference image storage unit 8, and the measurement target image S in the measurement state is measured. It is stored in the image storage unit 9.
[0013]
Thereafter, the signal processing unit 7 compares the image data So of the measurement target 1 and the image data of the measurement target image S in the reference state as shown in FIG. The actual displacement of the measuring object 1 is determined by multiplying the displacement x by the optical magnification.
[0014]
By the way, as shown in FIG. 10, the conventional illumination system includes a light source 12 such as halogen and a plurality of light guides 14 composed of an optical fiber bundle for guiding the output light of the light source 12 to the condenser lens unit 13. Have been. As shown in FIG. 11, the condensing lens unit 13 includes a lens barrel 13b having one end into which an end of a light guide 14 is inserted and fixed, and the other end having a lens 13a mounted thereon.
[0015]
12A and 12B are enlarged views of the periphery of the condensing lens unit 13, where FIG. 12A is a configuration diagram viewed from above, FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 4 is an explanatory view of irradiation on a measurement object 1 as viewed from above.
[0016]
Each condenser lens unit 13 is attached to the holder 15 at a predetermined angle so that each output light 13c irradiates the same location of the measurement target 1 (see (C)) (see (A)). ). Here, the number of sets of the condenser lens unit 13 and the light guide 14 can be increased or decreased according to the amount of light required for the measurement of the measurement target 1. In the example of FIG. 12, a total of four sets are arranged at each corner forming a square. ing. An imaging lens 16 for detecting an image irradiated on the measurement target 1 is provided at an intersection position connecting these four sets in a diagonal direction.
[0017]
In addition, a shield plate 13e having a rectangular slit 13d for projecting the guide mark GM onto the measurement target 1 is provided near the ends of two sets of the light guides 14 among these four sets. These guide marks GM are used for positioning and focusing between the measuring object 1 and the displacement measuring device MA as shown in FIG.
[0018]
FIG. 12C shows a state in which the two sets of guide marks GM overlap as one pattern, the measurement object 1 and the displacement measuring device are arranged in parallel, and the focus is accurately adjusted. ing. On the other hand, when the focus is out of focus, two guide marks GM are projected as shown in FIG. 14A, and when the measurement object 1 and the displacement measurement device are not arranged in parallel, as shown in FIG. As shown in (B), the inclined guide mark GM is projected.
[0019]
[Patent Document 1]
JP 2001-241919 A
[0020]
Patent Literature 1 discloses an invention relating to a displacement measurement device capable of performing high-speed, high-precision measurement without contact without limiting the measurement target.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the illumination system of such a conventional displacement measuring device, since the condenser lens unit 13 is attached at a predetermined angle to the holder 15, the number of components increases and the size of the entire device is reduced by this angle. However, there is a problem that it is difficult to reduce the size because the size becomes large.
[0022]
In addition, each condenser lens unit 13 attached to the holder 15 needs to be positioned so that the same place of the measurement target 1 is illuminated in the same area in the same range. It is inevitable that the number of steps will be increased.
[0023]
If the illumination light of the measurement target 1 needs brightness, the number of sets of the condenser lens unit 13 and the light guide 14 to be irradiated is increased. However, since the light guide 14 is in a cable shape, When the number of sets increases, the light guides 14 become entangled with each other, and the operability decreases. Then, the weight increases in proportion to the number of sets of the condenser lens unit 13 and the light guide 14.
[0024]
As a method of increasing the number of sets of the condenser lens unit 13 and the light guides 14, it is conceivable to increase the number and the number of the light guides 14. In order to increase the number of the light guides 14, the number of the light sources 12 must be increased.
[0025]
Since the condenser lens portion 13 has a structure in which the tip of the light guide 14 is inserted into the lens barrel 13b, it is difficult to provide a shutter mechanism for shielding light as necessary. Even if a shutter mechanism can be provided in the lens barrel 13b, it is even more difficult to control the opening and closing of the lights of the plurality of condenser lenses 13 at the same time.
[0026]
In the case of irradiating the guide mark GM as shown in FIG. 12, the mounting position of the light guide 14 with respect to the condenser lens is different for the guide mark and the illumination. When the guide mark GM is illuminated, the light guide tip position is the in-focus position, but in the case of illumination, the light guide tip position is the position at which the maximum illuminance is obtained, and adjustment must be performed according to the application.
[0027]
Further, according to the configuration of FIG. 12, the light guide 14 attached to the holder 15 includes a light guide 14 having a shielding plate 13e at the tip and a light guide having no shielding plate 13e. As a result, since the light of the light guide 14 without the shielding plate is also irradiated to the same irradiation position as the guide mark GM, the contrast of the guide mark GM is reduced, and the visibility of the guide mark GM is reduced.
[0028]
Further, when the position of the measurement object 1 and the displacement measuring device MA are adjusted as shown in FIG. 13 using the guide mark GM, the guide for the focusing along the Z-axis direction and the angle adjustment about the Z-axis as the center of rotation. The mark GM sufficiently functions as a guide, but the guide mark GM hardly functions as a guide for angle adjustment about the X-axis and the Y-axis as a rotation center. This is because the shield plate 13e is provided on the same side with respect to the imaging lens 16, and the attitude change between the guide marks GM is small, and the guide mark GM itself is not clear enough to discriminate the small change. It depends.
[0029]
The present invention focuses on these problems, and its object is to reduce the number of assembling adjustment steps by integrating the illumination system for irradiating the object to be measured and the imaging optical system for measuring the reflected light of the object to be measured. An object of the present invention is to provide a displacement measuring device that can reduce the number of projections, can project a clear guide mark on a measurement target, and can irradiate with sufficient brightness for measurement.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1, which achieves such an object,
A displacement measurement device that optically measures a displacement amount of a measurement target,
at least,
An illumination system including a condensing lens for condensing the output light of the light source and irradiating the measurement target,
An imaging optical system that forms reflected light of the measurement target on the light receiving sensor surface,
It is characterized by being attached to a common base.
[0031]
According to a second aspect of the present invention, in the displacement measuring device according to the first aspect,
A light guide for transmitting output light of the light source to the condenser lens is included.
[0032]
According to a third aspect of the present invention, in the displacement measuring device according to the first or second aspect,
The condensing lens is characterized in that a plurality of single lenses are two-dimensionally arranged around the imaging optical system.
[0033]
According to a fourth aspect of the present invention, in the displacement measuring device according to the second or third aspect, an end position of the light guide and a center of each single lens are adjusted and arranged so as to illuminate the same position of the measurement target. It is characterized by having.
[0034]
As a result, the illumination system for irradiating the object to be measured and the imaging optical system for measuring the reflected light of the object to be measured are mounted and integrated on a common base, so that the size can be reduced, and the number of assembling and adjusting steps can be greatly reduced.
[0035]
According to a fifth aspect of the present invention, in the displacement measuring device according to the first or second aspect,
The illumination system includes a guide mark irradiation system that irradiates a plurality of guide marks to the same position of the measurement target.
[0036]
According to a sixth aspect of the present invention, in the displacement measuring device according to the fifth aspect,
The illumination system includes a shutter that selectively opens and closes output light of an illumination system other than the guide mark.
[0037]
According to a seventh aspect of the present invention, in the displacement measuring device according to the fifth or sixth aspect,
The guide mark irradiation system has an aperture stop.
[0038]
The invention according to claim 8 is the displacement measuring device according to any one of claims 5 to 7,
The distance between the end of the light guide and the condenser lens in the guide mark irradiation system and another irradiation system is different.
[0039]
As a result, a clear guide mark can be projected on the measurement object, and the measurement target can be irradiated with sufficient brightness.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an embodiment of the present invention, in which (A) is a side view and (B) is a front view of a block 18. Output light from a light source (not shown) such as halogen, metal halide, xenon, or a light emitting diode is guided to a light block 18 via a light guide 17 in which a number of optical fibers are bundled. The light block 18 is attached to a base (not shown).
[0041]
When a light emitting diode is used as a light source, the light guide 17 can be omitted by directly attaching the light emitting diode to the light block 18.
[0042]
The light block 18 is, for example, an aluminum block formed in a predetermined shape, and has a stepped concave portion 19 in the vertical direction at the center of the front surface. Near the upper and lower ends of the stepped concave portion 19, an irradiation port 20 for irradiating the measurement target 1 with the output light of the light source guided by the light guide 17 is provided. A shielding plate 21 is provided on the front surface of these irradiation ports 20, and the shielding plate 21 is provided with an opening 22 for projecting a guide mark GM (rectangular in FIG. 1) having a predetermined shape.
[0043]
Irradiation ports 23 for irradiating the measurement target 1 with the output light of the light source guided by the light guide 17 are also provided near the upper and lower ends of both sides of the front surface of the light block 18 and at the center. The distal end portion of the light guide 17 is branched and inserted and fixed to the irradiation port 20 and the irradiation port 23. In the center of the stepped concave portion 19, an imaging optical system 24 for imaging the reflected light of the measurement target 1 on a light receiving sensor surface (not shown) is provided.
[0044]
The difference in the position of the irradiation port 20 in the stepped concave portion 19 of the light block 18 and the position of the irradiation port 23 on both sides of the front surface causes a difference in the distance from the condenser lens 28, and the irradiation light on the measurement target 1 is The guide mark GM output from the irradiation port 20 can be sharply formed at the focal position, and the output light from the other irradiation ports 23 can be set and adjusted to have the maximum brightness.
[0045]
Further, on the front surface of the light block 18, a shutter 25 is movable vertically along a guide pin (not shown) as shown in FIGS. 2A and 2B. It is semi-fixed so as to sandwich both sides. The shutter 25 has a plurality of holes 26 corresponding to the irradiation port 23 and a plurality of oval holes 27 corresponding to the opening 22 of the shielding plate 21.
[0046]
When the shutter 25 is raised as shown in FIG. 2A, the plurality of holes 26 corresponding to the irradiation port 23 completely expose the irradiation port 23, and as shown in FIG. The irradiation port 23 is provided so as to be completely hidden when lowered.
[0047]
The plurality of oval holes 27 corresponding to the openings 22 of the shield plate 21 are provided so as to always expose the openings 22 of the shield plate 21 regardless of the vertical movement of the shutter 25. Further, the shutter 25 is provided with a hole for penetrating the imaging optical system 24 so as not to hinder the movement in the vertical direction, but is not shown. That is, FIG. 2A shows a state where the shutter 25 is opened, and FIG. 2B shows a state where the shutter 25 is closed. Not only the oval hole 27 but also a notch or a large hole may be provided.
[0048]
The shutter 25 functions to irradiate the measurement target 1 with the guide mark GM more clearly. By closing the shutter 25 as shown in FIG. 2B at the time of adjusting the alignment between the measurement object 1 and the displacement measuring device MA, the output light of the irradiation port 23 that does not irradiate the guide mark GM is blocked and the measurement object 1 is blocked. Since only the guide mark GM is emitted from the opening 22 of the plate 21, a clearer guide mark GM can be obtained as compared with the related art.
[0049]
After the alignment adjustment, by opening the shutter 25 as shown in FIG. 2A, the guide mark GM is radiated from the opening 22 of the shielding plate 21 and the output light of the irradiation port 23 is also radiated to the measurement target 1, and the measurement is performed. The brightness required for measuring the displacement of the object 1 is obtained.
[0050]
A condensing lens 28 is provided on the front surface of the light block 18 including the shutter 25 so as to maintain a predetermined distance necessary for irradiating the measurement target 1. Specifically, the upper portion is attached to the light block 18 via an attachment member (not shown), and the lower portion is fixed to a base (not shown).
[0051]
Thus, the light block 18 is fixed to the base, the imaging optical system 24 is fixed to the light block 18, the shutter 25 is semi-movably fixed to the light block 18, and the condenser lens 28 is fixed to the light block 18 and the base. Since the aperture stop 32 is fixed to the surface facing the irradiation port 20, the size can be reduced, the number of components can be reduced, and the number of man-hours for assembling and adjusting can be significantly reduced.
[0052]
In addition, a camera for measurement may be fixed to the base as necessary. Since the light source irradiation system and the measurement system can be housed and integrated in a common case, work operability during measurement is improved. Can be enhanced.
[0053]
FIG. 3 is a configuration diagram showing a specific example of the condenser lens 28. (A) shows a state in which a square lens 30 is formed by processing a round lens 29 shown by a two-dot chain line as shown by a solid line, and (B) shows a state in which eight square lenses are formed around an imaging optical system 24. This shows a state in which the two surfaces are two-dimensionally arranged and the opposing surfaces are bonded together. (C) shows the positional relationship between the irradiation ports 20 and 23 provided in the light block 18 and the center P of the square lens 30. That is, each square lens 30 is attached such that its center P is located at a point offset in the direction of the imaging optical system 24 with respect to the irradiation ports 20 and 23 provided in the light block 18.
[0054]
As described above, since the center P of the square lens 30 is mounted so as to be located at a point offset in the direction of the imaging optical system 24 with respect to the irradiation ports 20 and 23 provided in the light block 18, The output light of the condenser lens 28 irradiates the same position of the measurement target 1. If the tip positions of the light guides are different, light can be collected at the same position by shifting the lens optical axis position of the square lens 30.
[0055]
In the above embodiment, square lenses are arranged in a grid pattern around the imaging lens, but condensing lenses may be arranged radially around the imaging lens.
[0056]
Further, the shape of one lens may be hexagonal, and the condensing lens may be arranged in a honeycomb shape around the imaging lens.
[0057]
Further, as shown in FIG. 4, the lenses may be arranged at an angle so as to face the irradiation position. According to such a configuration, the same position can be irradiated without offsetting the lens center and the light guide tip. In the present invention, it is assumed that a plurality of lenses are two-dimensionally arranged when viewed from the front also in the condenser lens of FIG.
[0058]
As the condenser lens 28, the same type of lens having the same focal length may be combined, or a plurality of types of lenses having different focal lengths may be combined.
[0059]
The material of the condenser lens 28 may be optical glass or plastic.
[0060]
The manufacture of the condenser lens 28 is not limited to the bonding of a single lens, and for example, an integral molding is also possible.
[0061]
FIG. 5 is an explanatory diagram of a guide mark irradiation system. (A) is an aperture stop 32 having an aperture 31 for limiting peripheral light having a large aberration, and is opposed to the irradiation port 20 forming the guide mark irradiation system among the square lenses 30 forming the condenser lens 28. It is provided on the facing surface of the square lens 30. The aperture stop 32 functions to project a clear guide mark on the measurement target 1. The guide mark irradiation system is provided so as to have a symmetrical positional relationship (vertical direction in the present embodiment) with respect to the imaging optical system 24.
[0062]
(B), (C) is a projection example figure of the guide mark GM. (B) shows the positional relationship between the measurement object 1 around the Y-axis in FIG. 13 and the displacement measuring device MA. If the positional relationship between the two is shifted, the projection pattern of the two guide marks GM becomes “C”. Character. (C) shows the positional relationship between the measurement object 1 around the X-axis in FIG. 13 and the displacement measuring device MA. If the positional relationship between them is shifted, the size of the projected pattern of the two guide marks GM is changed. Will be different.
[0063]
By referring to the projection patterns of these two guide marks GM, the positional relationship between the measuring object 1 and the displacement measuring device MA can be quickly adjusted to an optimum state suitable for measurement.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the illumination system for irradiating the object to be measured and the imaging optical system for measuring the reflected light of the object to be measured can be integrated in a small size, and the number of man-hours for assembling and adjusting can be greatly reduced. This makes it possible to realize a displacement measuring device which can project a clear guide mark and irradiate with sufficient brightness for the measurement, and is suitable for various displacement measurements such as a recording paper feed amount measurement in a printer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a shutter 25 in FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a specific example of a condenser lens 28 in FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of the condenser lens 28.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a guide mark irradiation system of FIG. 1;
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional device.
FIG. 7 is an operation explanatory diagram of FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory diagram of the image calculation processing of FIG. 6;
FIG. 9 is an explanatory diagram of the image calculation processing of FIG. 6;
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional illumination system.
11 is a configuration diagram of the condenser lens unit 13 of FIG.
FIG. 12 is an enlarged view around the condenser lens unit 13 of FIG.
FIG. 13 is an explanatory diagram of positioning and focusing between the measurement object 1 and the displacement measuring device MA.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a conventional guide mark.
[Explanation of symbols]
17 Light guide 18 Block 19 Stepped recesses 20, 23 Irradiation port 21 Shielding plate 22 Opening 24 Imaging optical system 25 Shutter 26 Hole 27 Oval hole 28 Condensing lens 29 Round lens 30 Square lens 31 Opening 32 Aperture stop

Claims (8)

測定対象の変位量を光学的に測定する変位測定装置であって、
少なくとも、
光源の出力光を集光して測定対象を照射する集光レンズを含む照明系と、
測定対象の反射光を受光センサ面に結像させる結像光学系とが、
共通のベースに取り付けられたことを特徴とする変位測定装置。
A displacement measurement device that optically measures a displacement amount of a measurement target,
at least,
An illumination system including a condensing lens for condensing the output light of the light source and irradiating the measurement target,
An imaging optical system that forms reflected light of the measurement target on the light receiving sensor surface,
Displacement measuring device mounted on a common base.
前記照明系は、光源の出力光を集光レンズに伝送するライトガイドを含むことを特徴とする請求項1記載の変位測定装置。The displacement measurement apparatus according to claim 1, wherein the illumination system includes a light guide that transmits output light of the light source to a condenser lens. 前記集光レンズは、複数の単レンズが前記結像光学系を中心にして2次元的に配列されたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の変位測定装置。The displacement measuring apparatus according to claim 1, wherein the condenser lens includes a plurality of single lenses arranged two-dimensionally around the imaging optical system. 前記ライトガイドの端部位置と各単レンズの中心は、測定対象の同一位置を照射するように調整配置されたことを特徴とする請求項2または請求項3記載の変位測定装置。4. The displacement measuring device according to claim 2, wherein an end position of the light guide and a center of each single lens are adjusted and arranged so as to irradiate the same position of the measurement target. 前記照明系は、測定対象の同一位置に複数のガイドマークを照射するガイドマーク照射系を含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載の変位測定装置。The displacement measuring apparatus according to claim 1, wherein the illumination system includes a guide mark irradiation system that irradiates a plurality of guide marks to the same position of the measurement target. 前記照明系は、ガイドマーク以外の照射系の出力光を選択的に開閉するシャッターを有することを特徴とする請求項5記載の変位測定装置。The displacement measurement apparatus according to claim 5, wherein the illumination system includes a shutter that selectively opens and closes output light of an illumination system other than the guide mark. 前記ガイドマーク照射系は、開口絞りを有することを特徴とする請求項5または請求項6記載の変位測定装置。7. The displacement measuring apparatus according to claim 5, wherein the guide mark irradiation system has an aperture stop. 前記ガイドマーク照射系と他の照射系におけるライトガイドの端部と集光レンズ間の距離が異なることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載の変位測定装置。8. The displacement measuring apparatus according to claim 5, wherein a distance between an end portion of the light guide and a condenser lens in the guide mark irradiation system and another irradiation system is different.
JP2002373588A 2002-12-25 2002-12-25 Displacement measuring device Expired - Fee Related JP3951914B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002373588A JP3951914B2 (en) 2002-12-25 2002-12-25 Displacement measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002373588A JP3951914B2 (en) 2002-12-25 2002-12-25 Displacement measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004205308A true JP2004205308A (en) 2004-07-22
JP3951914B2 JP3951914B2 (en) 2007-08-01

Family

ID=32811827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002373588A Expired - Fee Related JP3951914B2 (en) 2002-12-25 2002-12-25 Displacement measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3951914B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7659996B2 (en) 2006-11-08 2010-02-09 Ricoh Company, Ltd. Relative position detection device and detector for rotary body and image forming apparatus including the relative position detection device
US8027516B2 (en) 2005-10-17 2011-09-27 Ricoh Company, Ltd. Image forming apparatus including position detector
JP2014055812A (en) * 2012-09-11 2014-03-27 Keyence Corp Shape measuring device, shape measuring method, and shape measuring program

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8027516B2 (en) 2005-10-17 2011-09-27 Ricoh Company, Ltd. Image forming apparatus including position detector
US7659996B2 (en) 2006-11-08 2010-02-09 Ricoh Company, Ltd. Relative position detection device and detector for rotary body and image forming apparatus including the relative position detection device
JP2014055812A (en) * 2012-09-11 2014-03-27 Keyence Corp Shape measuring device, shape measuring method, and shape measuring program

Also Published As

Publication number Publication date
JP3951914B2 (en) 2007-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9041940B2 (en) Three-dimensional shape measuring apparatus
JP3440465B2 (en) Multi-slit scanning imaging device
CN103026458B (en) Lenticule exposure device
KR101466258B1 (en) Imaging apparatus
TWI500901B (en) Measuring apparatus
KR102014551B1 (en) Measuring system
JP6729960B2 (en) Camera module adjusting device and camera module adjusting method
JPH11211439A (en) Surface form measuring device
JP5973756B2 (en) Focus position changing device and confocal optical device using the same
JP6115642B2 (en) Height measuring device
US7315358B2 (en) Evaluation apparatus and method of optical parts
JP3951914B2 (en) Displacement measuring device
US11175129B2 (en) Sample shape measuring method and sample shape measuring apparatus
CN109506570B (en) Displacement sensor
JPS58213207A (en) Recognizing device of image of object
JP4248536B2 (en) Measuring method and apparatus for mounting position of pixel surface and mat surface in single lens reflex digital camera
JPH0226205B2 (en)
JP4335638B2 (en) Camera viewfinder lighting device
JPH06347690A (en) Lighting device for detecting focal point
JP5665506B2 (en) Imaging device
JP2005128332A (en) Illuminator in camera finder
JP2008257254A (en) Photometric lens for single-lens reflex camera
JP2003315666A (en) Focusing function for projection optical device
JP2006208102A (en) Spectral colorimetry device
KR20100052712A (en) Laser vision apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061030

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070201

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070206

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070403

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070416

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100511

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110511

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130511

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees