JP2011237271A - Optical sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば流体の圧力や音圧、被測定面の変位、振動等を検出するための光センサーに関する。 The present invention relates to an optical sensor for detecting, for example, fluid pressure and sound pressure, displacement of a measurement surface, vibration, and the like.
従来、CD等の光ディスクから情報を再生したり記録するための光ピックアップにおいて、ディスク面に対する対物レンズの焦点位置を自動的に検出するために、ナイフエッジ法、非点収差法、臨界角法、フーコー法等の光学的手法が採用されている。また、これらの手法を用いて、測定対象物の位置や変位、表面粗さを測定するための様々な方法や装置が提案されている。 Conventionally, in an optical pickup for reproducing or recording information from an optical disk such as a CD, a knife edge method, an astigmatism method, a critical angle method, Optical methods such as Foucault method are adopted. Various methods and apparatuses for measuring the position, displacement, and surface roughness of a measurement object using these techniques have been proposed.
例えば、ナイフエッジ法を用いて物体の微小変位や表面粗さを測定するために、レーザービームを測定対象物にその表面で焦点を結ぶように投射し、その反射光を2分割ダイオードで受光する計測器が知られている(例えば、特許文献1を参照)。この光学系は、光路の途中にナイフエッジが配置されて、2分割ダイオードに入射する反射ビームの断面が半円になる。測定対象物の表面が焦点位置より後方にずれると、反射ビームは2分割ダイオードの下方にシフトし、前方にずれると上方にシフトするので、2分割ダイオードの信号の関数として、焦点位置に対する測定対象物表面の変位量が得られる。 For example, in order to measure a minute displacement or surface roughness of an object using the knife edge method, a laser beam is projected onto a measurement object so as to be focused on the surface, and the reflected light is received by a two-divided diode. A measuring instrument is known (see, for example, Patent Document 1). In this optical system, a knife edge is arranged in the middle of the optical path, and the cross section of the reflected beam incident on the two-divided diode becomes a semicircle. When the surface of the object to be measured is shifted backward from the focal position, the reflected beam is shifted downward from the two-divided diode, and when it is shifted forward, it is shifted upward. The displacement amount of the object surface can be obtained.
また、非点収差法を用いて測定面の表面形状や表面粗さを測定する光学式変位センサーは、レーザー光を微小スポットとして測定面に投射し、その反射光に円柱レンズを通過させて非点収差を与え、ビームスポットの中心を4分割受光素子の中心に合わせて入射させる(例えば、特許文献2,3を参照)。測定面がレーザー光の焦点位置にあると、各受光素子の出力信号は等しいが、該焦点位置の後方又は前方にずれると、一方の対角位置にある受光素子の出力信号は他方の対角位置にある受光素子の出力信号より大きくなる。従って、各受光素子の出力信号から測定面の変位信号を算出することによって、測定面の焦点位置からの変位量が得られる。
Also, an optical displacement sensor that measures the surface shape and surface roughness of the measurement surface using the astigmatism method projects the laser beam as a minute spot onto the measurement surface, and passes the reflected light through a cylindrical lens. A point aberration is given, and the center of the beam spot is made incident on the center of the four-divided light receiving element (see, for example,
また、光検出器として、CCDイメージセンサー又はCMOSイメージセンサー等の一次元イメージセンサーを用いた寸法測定装置が知られている(例えば、特許文献4を参照)。また、CCDイメージセンサーを用いて一次元又は二次元の画像データを出力することにより、機械設備の可動部の停止状態を検出する検出装置が知られている(例えば、特許文献5を参照)。 Further, a dimension measuring device using a one-dimensional image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor as a photodetector is known (see, for example, Patent Document 4). Also, a detection device that detects a stop state of a movable part of a mechanical facility by outputting one-dimensional or two-dimensional image data using a CCD image sensor is known (see, for example, Patent Document 5).
しかしながら、上述した従来の光センサーは、いずれも光学部品の点数が多く、大型であったり、構造が複雑で高価であるという問題がある。 However, each of the above-described conventional optical sensors has a problem that the number of optical components is large, the size is large, and the structure is complicated and expensive.
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学部品の点数を少なくし、構造を簡単化すると共に、小型化及びコストの低減を実現し得る光センサーを提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to reduce the number of optical components, simplify the structure, and realize light that can be downsized and reduced in cost. To provide a sensor.
本発明の光センサーは、上記目的を達成するために、光源と、光検出器と、光源からの出射光を測定対象物の反射面で合焦するように集光する第1光学系と、反射面からの反射光を光検出器の受光面に集光する第2光学系とを備え、前記光検出器がイメージセンサーからなり、該イメージセンサーに入射する反射光のビームスポット形状を検出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the optical sensor of the present invention includes a light source, a photodetector, and a first optical system that condenses the emitted light from the light source so as to be focused on the reflection surface of the measurement object; A second optical system for condensing the reflected light from the reflecting surface on the light receiving surface of the photodetector, the photodetector comprising an image sensor, and detecting a beam spot shape of the reflected light incident on the image sensor. It is characterized by that.
イメージセンサーの受光面でのビームスポット形状の大きさは、測定対象物の反射面の光軸上での位置によって変化する。従って、イメージセンサーから検出されるビームスポット形状の大きさは、反射面の合焦位置からの変位に対応して変化するから、この変化を検出することによって、測定対象物の反射面の変位量を求めることができる。 The size of the beam spot shape on the light receiving surface of the image sensor varies depending on the position of the reflection surface of the measurement object on the optical axis. Therefore, since the size of the beam spot shape detected from the image sensor changes corresponding to the displacement of the reflecting surface from the in-focus position, the amount of displacement of the reflecting surface of the measurement object is detected by detecting this change. Can be requested.
或る実施例では、イメージセンサーが二次元イメージセンサーであり、該二次元イメージセンサーが、反射光のビームスポット形状の全部を入射し得るように配置され、それにより二次元イメージセンサーに入射するビームスポット形状の面積を検出することができる。ビームスポット形状の大きさは反射面の位置によって変化するから、ビームスポット形状の面積から反射面の位置が測定される。 In an embodiment, the image sensor is a two-dimensional image sensor, and the two-dimensional image sensor is arranged so that all of the reflected beam spot shape can be incident, whereby the beam incident on the two-dimensional image sensor. The area of the spot shape can be detected. Since the size of the beam spot shape varies depending on the position of the reflecting surface, the position of the reflecting surface is measured from the area of the beam spot shape.
別の実施例では、イメージセンサーが一次元イメージセンサーであり、該一次元イメージセンサーが、反射光のビームスポット形状の半径方向に整合させて配置され、それにより一次元イメージセンサーに入射するビームスポット形状の半径を検出することができる。各ビームスポット形状は中心を共有する同心円に投影され、それらの円周の位置は反射面の位置によって変化するから、ビームスポット形状の半径から反射面の位置が測定される。しかも、一次元イメージセンサーは受光面積が小さいので、センサー全体を小型化することができる。 In another embodiment, the image sensor is a one-dimensional image sensor, and the one-dimensional image sensor is arranged in alignment with the radial direction of the beam spot shape of the reflected light, and thereby the beam spot incident on the one-dimensional image sensor. The radius of the shape can be detected. Each beam spot shape is projected onto concentric circles sharing the center, and the positions of the circumferences thereof vary depending on the position of the reflecting surface, and therefore the position of the reflecting surface is measured from the radius of the beam spot shape. In addition, since the one-dimensional image sensor has a small light receiving area, the entire sensor can be miniaturized.
或る実施例では、第1光学系が、光源からの出射光を透過又は反射させる偏光ビームスプリッターと、出射光を測定対象物の反射面に集光する対物レンズと、該対物レンズの偏光ビームスプリッターとは反対側に配置される1/4波長板とを有する。これにより、光源からの出射光は、偏光ビームスプリッターで分離された第1の直線偏光が、対物レンズにより収束され、1/4波長板により直線偏光から円偏光に変換されて測定対象物の反射面に入射し、逆方向の円偏光となって反射され、再び1/4波長板により第2の直線偏光に変換されて光検出器に入射するように構成される。 In one embodiment, the first optical system includes a polarizing beam splitter that transmits or reflects light emitted from a light source, an objective lens that focuses the emitted light on a reflection surface of a measurement object, and a polarized beam of the objective lens. A quarter wave plate disposed on the opposite side of the splitter. As a result, the first linearly polarized light separated by the polarization beam splitter is converged by the objective lens, and is converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the quarter wavelength plate, and reflected from the measurement object. The light is incident on the surface, is reflected as circularly polarized light in the reverse direction, is again converted into second linearly polarized light by the quarter-wave plate, and is incident on the photodetector.
別の実施例では、光センサーが測定対象物としての振動板を更に備えることによって、流体の圧力や音圧による振動を測定するために用いることができる。 In another embodiment, the optical sensor can further be provided with a diaphragm as a measurement object, so that it can be used to measure vibration due to fluid pressure or sound pressure.
更に別の実施例によれば、1/4波長板と振動板とが一体化されていることにより、光学部品の点数を従来よりも少なくし、振動板から光検出器までの光路長を短くし、光センサーの組立時に1/4波長板と振動板との位置合わせを省略し、それらと他の光学系とのとの位置合わせを1度で済ませることができる。従って、装置全体を小型化し、構造及び組立を簡単にし、より高精度で高信頼性の光センサーを低コストで得ることができる。 According to still another embodiment, the quarter wavelength plate and the diaphragm are integrated, so that the number of optical components is reduced as compared with the prior art, and the optical path length from the diaphragm to the photodetector is shortened. In addition, when the optical sensor is assembled, the alignment between the quarter-wave plate and the diaphragm can be omitted, and the alignment between them and the other optical system can be completed only once. Therefore, the entire apparatus can be miniaturized, the structure and assembly can be simplified, and a more accurate and reliable optical sensor can be obtained at low cost.
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して示す。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the same or similar components are denoted by the same or similar reference numerals.
図1(A)は、本発明による光センサーの第1実施例の構成を示している。本実施例の光センサー1は、振動を検出するためのものであって、レーザーダイオードからなる光源2と、平板型の偏光ビームスプリッター3と、対物レンズ4と、波長板ユニット5と、光検出部としての二次元イメージセンサー6とを備える。波長板ユニット5は、水晶板からなる1/4波長板7と金属の振動板8とを一体に組合せたものである。1/4波長板7及び振動板8は、それぞれ補強のために片面側の周縁部が短円筒状に厚く形成され、互いに短円筒状部分を突き合わせて一体に接合されている。
FIG. 1A shows the configuration of the first embodiment of the optical sensor according to the present invention. The
偏光ビームスプリッター3、対物レンズ4及び波長板ユニット5は、光源2の光軸に直交する同一の光軸x上に、光源2からの光路に沿って1/4波長板7を前記対物レンズ側にして配置される。二次元イメージセンサー6は、同じ光軸x上に偏光ビームスプリッター3を挟んで波長板ユニット5の反対側に配置される。
The polarizing
光源2には、その電源でありかつ出射するレーザー光の出力を制御する駆動回路9が接続されている。本実施例の二次元イメージセンサー6は、多数のフォトダイオードとCCDとを、例えば格子状に配列したCCD二次元イメージセンサーである。二次元イメージセンサー6には、前記CCDを駆動制御するために駆動回路9が、その出力信号を処理して振動板8の変位信号を出力するために信号処理回路10が接続されている。信号処理回路10は、例えば光電変換器、差動増幅器等から構成される。別の実施例では、二次元イメージセンサー6にCMOSイメージセンサーを用いることができる。
The
光センサー1において、光源2から出射された発散光のレーザー光Lは、偏光ビームスプリッター3によりS偏光の直線偏光成分が反射され、対物レンズ4により収束されて波長板ユニット5に入射する。前記波長板ユニットに入射したレーザー光Lは、1/4波長板7を通過する際に直線偏光から円偏光に変換されて振動板8の表面に投射され、逆方向の円偏光となって反射される。振動板8表面からの反射光は、再び1/4波長板7を通過してP偏光の直線偏光に変換され、対物レンズ4により収束され、偏光ビームスプリッター3を透過して光軸x上で結像し、拡散して二次元イメージセンサー6に入射する。
In the
図1(B)は、二次元イメージセンサー6の受光面6aに入射するビームスポット形状を示している。振動板8は、図1(A)に示す不変位状態のとき、その反射面8aが位置S0にあって、該反射面でレーザー光Lが合焦するように配置される。このとき、反射面8aからの反射光R0は、入射時と同じ光路を辿って、入射時と同じビーム断面で偏光ビームスプリッター3に至り、これを透過して光軸x上で結像した後、二次元イメージセンサー6に入射する。受光面6aには、その中心Oと同心をなす円形のビームスポット形状m0が投影される。
FIG. 1B shows the shape of the beam spot incident on the
振動板8が不変位位置S0から光軸方向手前に即ち1/4波長板7側に位置S1まで変位すると、レーザー光Lは焦点位置S0より手前で反射面8aに反射される。そのため、反射光R1は、前記反射面から入射時よりも内側の光路を辿って、入射時よりも幾分細いビーム断面で偏光ビームスプリッター3に至り、これを透過して光軸x上で結像した後、二次元イメージセンサー6に入射する。反射光R1の結像位置は、反射光R0よりも手前に即ち偏光ビームスプリッター3側になる。この場合、投影されたビームスポット形状m1は、元のビームスポット形状m0と同心でそれより大きい円形となる。
When the
振動板8が不変位位置S0から光軸方向後方に即ち1/4波長板7とは反対側に位置S2まで変位すると、レーザー光Lは焦点位置S0より後方で反射面8aに反射される。そのため、反射光R2は、前記反射面から入射時よりも外側の光路を辿って、入射時よりも幾分太いビーム断面で偏光ビームスプリッター3に至り、これを透過して光軸x上で結像した後、二次元イメージセンサー6に入射する。反射光R2の結像位置は、反射光R0よりも後方に即ち二次元イメージセンサー6側になる。この場合、投影されたビームスポット形状m2は、元のビームスポット形状m0と同心でそれより小さい円形となる。
When the
前記反射光を受光した二次元イメージセンサー6は、受光面6aの前記ビームスポット形状の範囲内にある各フォトダイオードが感光して電荷を蓄積し、駆動回路9により駆動制御されて、前記フォトダイオードから電荷をCCDに転送し、電圧信号に変換して信号処理回路10に出力する。信号処理回路10は、二次元イメージセンサー6から出力される信号を処理して、受光面6aに投影された円形の前記ビームスポット形状の面積(又は半径)を測定する。上述したように、ビームスポット形状の大きさは反射面8a即ち振動板8の位置によって変化するから、ビームスポット形状m0の面積(又は半径)を基準値として、それと測定値を比較することによって、振動板8の位置及び/又は変位量を検出することができる。
In the two-
本実施例の光センサー1は、光学部品の点数が従来よりも大幅に少ない。しかも、1/4波長板7と振動板8とを一体化した波長板ユニット5を用いることによって、振動板8から二次元イメージセンサー6までの光路長を大幅に短くできる。更に、光センサー1の組立時に、1/4波長板7と振動板8との位置合わせを行う必要が無く、かつそれらと対物レンズ4との位置合わせが1度の調整作業で済む。その結果、装置全体を小型化し、光センサー1の組立を簡単にし、より高精度で高信頼性の装置をより低コストで得ることができる。
In the
図2(A)〜(F)は、第1実施例とは異なる様々な構造の波長板ユニットを示している。図2(A)の波長板ユニット51は、第1実施例と同じ1/4波長板7に非金属の振動板81を組合せたものである。振動板81は、ガラス又は水晶等の薄板からなり、その片面側の周縁部が補強のために短円筒状に厚く形成されている。振動板81の1/4波長板7側の片面は、金属膜を施して反射面が形成されている。振動板81は、1/4波長板7と互いに短円筒状部分を突き合わせて一体に接合される。
2A to 2F show wave plate units having various structures different from those of the first embodiment.
図2(B)の波長板ユニット52は、第1実施例と同じ1/4波長板7に薄い平板の振動板82を組合せたものである。振動板82は、金属板、硬質フィルムやガラス板等の非金属板で形成される。振動板82が硬質フィルム又はガラス板等の場合、その1/4波長板7側の片面に金属膜を施して反射面が形成されている。振動板82は、1/4波長板7とその短円筒状部分で一体に接合される。
図2(C)の波長板ユニット53は、薄い平板の1/4波長板71に第1実施例と同じ振動板8を組合せたものである。1/4波長板71は、例えばフィルム状の樹脂材料板で形成される。1/4波長板71は、振動板8とその短円筒状部分で一体に接合される。
Waveplate unit 3 in FIG. 2 (C) are those in the quarter-wave plate 71 of thin tabular combining
図2(D)の波長板ユニット54は、図3(C)の1/4波長板71と図3(A)の波長板ユニット51とを組合せたものである。1/4波長板71と波長板ユニット51とは、互いに短円筒状部分を突き合わせて一体に接合される。
Figure 2 waveplate unit 5 4 (D) is a combination of a
第1実施例の波長板ユニット5及び図2(A)〜(D)の波長板ユニット51〜54は、それぞれ前記1/4波長板の両面に反射防止膜を施しておくことが好ましい。更に、1/4波長板7,71の外面には、薄いガラス板11を貼り合わせることができる。このガラス板11によって、前記1/4波長板は、前記反射防止膜から受ける応力を緩和し、かつ前記振動板からの振動の影響を解消するべく補強することができる。
The
図2(E)の波長板ユニット55は、1/4波長板72が振動板を兼用している。1/4波長板72は、第1実施例と同様に、水晶板からなり、その片面側の周縁部が補強のために短円筒状に厚く形成されている。1/4波長板72の外面即ち前記短円筒状部分と反対側の片面に金属膜を施して、反射面が形成されている。1/4波長板72の内面には、反射防止膜を施しておくことが好ましい。
Waveplate unit 5 5 in FIG. 2 (E) is 1/4-wavelength plate 7 2 also serves as a diaphragm. Quarter-
図2(F)の波長板ユニット56は、図2(E)と同様に、1/4波長板73が振動板を兼用している。1/4波長板73は、図2(C)と同様の樹脂材料板で形成され、その外面に金属膜を施して、反射面が形成されている。1/4波長板73の内面には、反射防止膜を施しておくことが好ましい。
Waveplate unit 5 6 of FIG. 2 (F), similar to FIG. 2 (E), 1/4-wavelength plate 7 3 also serves as a diaphragm. Quarter-
また、1/4波長板7,72は、入力角依存性に優れたXカット又はYカットの水晶板で形成することが好ましい。更に、1/4波長板7,72は、基本波(0次)モードとすることによって、優れた波長依存性が得られる。
Also, 1/4-
第1実施例の変形例では、前記光検出部として、二次元イメージセンサー6に代えて、一次元イメージセンサーを用いることができる。一次元イメージセンサーには、例えば多数のフォトダイオードを一列に並べ、これと並列にCCDを配置したCCD一次元イメージセンサーがある。別の実施例では、二次元イメージセンサー6にCMOSイメージセンサーを用いることもできる。
In the modification of the first embodiment, a one-dimensional image sensor can be used as the light detection unit instead of the two-
図3は、CCD一次元イメージセンサーからなる一次元イメージセンサー14とこれに入射するビームスポット形状との位置関係を、二次元イメージセンサー6の位置と対比して示している。一次元イメージセンサー14は、前記フォトダイオードの配列方向pを、前記ビームスポット形状の円形の中心O(光軸x)から半径方向に整合させ、かつ該中心O(光軸x)が受光面14a内に入らないように配置する。更に一次元イメージセンサー14は、このように配置したとき、前記ビームスポット形状の円形の外郭即ち円周が必ず受光面14a内に入るサイズを選択する。
FIG. 3 shows the positional relationship between the one-
受光面14aには、第1実施例において上述したように、振動板8の反射面8aの位置に対応して異なる半径の円形のビームスポット形状m0,m1,m2が投影される。一次元イメージセンサー14は、前記ビームスポット形状をその円形の中心を含まない半径方向に線状の像として受光する。受光面6aの感光したフォトダイオードは電荷を蓄積し、駆動回路9により駆動制御されて、前記フォトダイオードから電荷をCCDに転送し、電圧信号に変換して信号処理回路10に出力する。
As described above in the first embodiment, circular beam spot shapes m0, m1, and m2 having different radii are projected onto the
各ビームスポット形状m0,m1,m2は、中心Oを共有する同心円をなすので、それらの円周の位置は、反射面8a即ち振動板8の位置によって変化する。本実施例では、一次元イメージセンサー14から入力した信号を処理することによって、前記各ビームスポット形状の円形の中心Oから円周までの距離即ち半径r0,r1,r2を測定する。反射面8aが不変位位置S0にあるときの半径r0を基準値として、それと測定値を比較することによって、振動板8の位置及び/又は変位量を検出することができる。
Since each beam spot shape m0, m1, m2 forms a concentric circle sharing the center O, the position of the circumference thereof varies depending on the position of the reflecting
図4は、本発明による振動検出用光センサーの第2実施例の構成を示している。本実施例の光センサー21は、第1実施例と同様に配置されたレーザーダイオードからなる光源2、平板型の偏光ビームスプリッター3、対物レンズ4、波長板ユニット5、及び光検出部として二次元イメージセンサー6に加えて、光源2と偏光ビームスプリッター3間にそれと同一光軸上に配置されたコリメートレンズ22を更に備える。光源2及び二次元イメージセンサー6には駆動回路9が接続されている。二次元イメージセンサー6には、更に信号処理回路10が接続されている。波長板ユニット5に代えて、図2(A)〜(F)の波長板ユニットを用いることができる。
FIG. 4 shows the configuration of a second embodiment of the vibration detecting photosensor according to the present invention. The
光センサー21において、光源2から出射されたレーザー光Lは、コリメートレンズ22により平行光とされ、偏光ビームスプリッター3によりS偏光の直線偏光成分が反射され、対物レンズ4により収束されて波長板ユニット5に入射する。前記波長板ユニットに入射したレーザー光Lは、1/4波長板7を通過する際に直線偏光から円偏光に変換されて振動板8の表面に投射され、逆方向の円偏光となって反射される。振動板8表面からの反射光は、再び1/4波長板7を通過してP偏光の直線偏光に変換され、対物レンズ4により平行光とされ、偏光ビームスプリッター3を透過して二次元イメージセンサー6に入射する。
In the
振動板8は、不変位状態のとき、その反射面8aでレーザー光Lが合焦するように配置される。このとき、反射面8aからの反射光R0は、入射時と同じ光路を辿って、入射時と同じビーム断面を維持して対物レンズ4及び偏光ビームスプリッター3を透過し、平行光として二次元イメージセンサー6に入射する。二次元イメージセンサー6の受光面6aには、に入射するビームスポット形状は、その中心Oと同心をなす円形のビームスポット形状M0が投影される。
The
振動板8が不変位位置S0から光軸方向手前に即ち1/4波長板7側に位置S1まで変位すると、レーザー光Lは焦点位置S0より手前で反射面8aに反射される。反射光R1は、入射時よりも内側の光路を辿って、入射時よりも幾分細いビーム断面で対物レンズ4及び偏光ビームスプリッター3を透過し、平行光として二次元イメージセンサー6に入射する。この場合、投影されたビームスポット形状M1は、元のビームスポット形状M0と同心でそれより小さい円形となる。
When the
振動板8が不変位位置S0から光軸方向後方に即ち1/4波長板7とは反対側に位置S2まで変位すると、レーザー光Lは焦点位置S0より後方で反射面8aに反射される。反射光R2は、入射時よりも外側の光路を辿って、入射時よりも幾分太いビーム断面で対物レンズ4及び偏光ビームスプリッター3を透過し、平行光として二次元イメージセンサー6に入射する。この場合、投影されたビームスポット形状M2は、元のビームスポット形状M0と同心でそれより大きい円形となる。
When the
本実施例においても、このように、二次元イメージセンサー6の前記受光面に入射するビームスポット形状の大きさが振動板8の位置によって変化する。信号処理回路10は、二次元イメージセンサー6から出力される信号を処理して、受光面6aに投影された円形の前記ビームスポット形状の面積(又は半径)を測定する。従って、ビームスポット形状M0の面積(又は半径)を基準値として、それと測定値を比較することによって、振動板8の位置及び/又は変位量を検出することができる。
Also in the present embodiment, the size of the beam spot shape incident on the light receiving surface of the two-
本実施例においても、光学部品の点数が従来より大幅に少なくなる。更に、1/4波長板7と振動板8とを一体化した波長板ユニット5によって、振動板8から二次元イメージセンサー6までの光路長を大幅に短くでき、光センサー1の組立時に1/4波長板7と振動板8との位置合わせが不要で、それらと対物レンズ4との位置合わせが1度で済む。従って、装置全体を小型化し、構造及び組立を簡単にし、より高精度で高信頼性の光センサーをより低コストで得ることができる。
Also in the present embodiment, the number of optical components is significantly reduced as compared with the prior art. Further, the
上記各実施例は、振動検出用の光センサーであり、そのために振動板を備えている。しかしながら、本発明は、光センサーとは別個の測定対象物について、その位置や変位、被測定面の振動等を測定するために用いることができる。その場合には、波長板ユニットを1/4波長板単体に置き換えて振動板を省略し、レーザー光が測定対象物の被測定面で合焦するように設定すればよい。 Each of the above embodiments is an optical sensor for vibration detection, and is provided with a diaphragm for this purpose. However, the present invention can be used to measure the position and displacement of the measurement object separate from the optical sensor, the vibration of the surface to be measured, and the like. In that case, the wave plate unit may be replaced with a single quarter wave plate, the vibration plate may be omitted, and the laser light may be set to be focused on the surface to be measured of the measurement object.
また、振動板にレーザー光を集光させて投射する光学系、及び振動板からの反射光を二次元イメージセンサーに入射させる光学系として、上記実施例以外の様々な構成が考えられる。例えば、光源から出射して偏光ビームスプリッターを透過したレーザー光の直線偏光成分を振動板に投射し、その反射光を偏光ビームスプリッターで反射して光検出器に入射するように構成することもできる。 Various configurations other than the above-described embodiments are conceivable as an optical system for condensing and projecting laser light on a diaphragm and an optical system for causing reflected light from the diaphragm to enter a two-dimensional image sensor. For example, the linearly polarized component of the laser light emitted from the light source and transmitted through the polarizing beam splitter can be projected onto the diaphragm, and the reflected light can be reflected by the polarizing beam splitter and incident on the photodetector. .
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、第1及び第2実施例において、同様に振動板の変位を光量の変化として検出できる限り、複数の二次元イメージセンサーで光検出部を構成することもできる。偏光ビームスプリッターはプリズム型のものを用いることもできる。また、光源は、レーザダイオード以外に公知の様々なものを用いることができる。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications or changes within the technical scope thereof. For example, in the first and second embodiments, as long as the displacement of the diaphragm can be detected as a change in the amount of light, the light detection unit can be configured with a plurality of two-dimensional image sensors. The polarizing beam splitter can be a prism type. Various known light sources other than the laser diode can be used as the light source.
1,21…光センサー、2…光源、3…偏光ビームスプリッター、4…対物レンズ、5…波長板ユニット、6…二次元イメージセンサー、6a,14a…受光面、7…1/4波長板、8…振動板、8a…反射面、9…駆動回路、10…信号処理回路、11…ガラス板、14…一次元イメージセンサー、22…コリメートレンズ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光検出器がイメージセンサーからなり、前記イメージセンサーに入射する前記反射光のビームスポット形状を検出することを特徴とする光センサー。 A light source, a light detector, a first optical system that focuses light emitted from the light source so as to be focused on the reflection surface of the measurement object, and light reception by the light detector from the reflection surface A second optical system for focusing on the surface,
The optical sensor comprises an image sensor, and detects a beam spot shape of the reflected light incident on the image sensor.
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2010
- 2010-05-10 JP JP2010108757A patent/JP2011237271A/en not_active Withdrawn
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CN114909989A (en) * | 2021-02-09 | 2022-08-16 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | Device and method for measuring position of field diaphragm |
CN114909989B (en) * | 2021-02-09 | 2023-06-30 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | Visual field diaphragm position measuring device and measuring method |
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