JP2593726Y2 - 変位検出装置 - Google Patents

変位検出装置

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JP2593726Y2
JP2593726Y2 JP1992062693U JP6269392U JP2593726Y2 JP 2593726 Y2 JP2593726 Y2 JP 2593726Y2 JP 1992062693 U JP1992062693 U JP 1992062693U JP 6269392 U JP6269392 U JP 6269392U JP 2593726 Y2 JP2593726 Y2 JP 2593726Y2
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行男 伊藤
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株式会社ソキア
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は変位検出装置に係り、特
に、非接触で被測定物の変位を測定するに好適な変位検
出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の装置において、被測定物
の表面の変位を検出するに際してフーコプリズム法が採
用されている。このフーコプリズム法は、コンパクトデ
ィスクプレイヤーのヘッドの位置を検出する時の技術等
に使用されている。この方法を用いて被測定物の変位を
測定する場合、被測定物からの反射光を集光レンズで集
光した後フーコプリズムによって反射光を2つのビーム
に分割し、この光学系の焦点位置に配置されたそれぞれ
の受光素子によって各ビームを受光し、各受光素子の出
力の差によって変位を検出するようになっている。この
方法によれば、被測定物の像が受光素子の指定の位置に
形成された時に被測定物が合焦位置にあることを検出す
ることができ、被測定物の像が指定の位置からずれた時
には、そのずれ量から変位を検出することができるの
で、被測定物の結像の位置をこのずれ量によって判別で
きるというものである。
【0003】
【考案の解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フーコプリズム法を用いた装置では、受光素子として同
一特性のものを用いているため、ピントが合焦位置の近
くにあって、その差がわずかである時には被測定物の微
小変位を精度よく検出することはできるが、ピントが合
焦位置から大きくずれた時には被測定物の像が受光素子
の感応領域から外れ、変位検出装置の移動量を算出する
のに時間を要することがある。
【0004】本考案は前記従来技術の問題点に鑑みなさ
れたもので、その目的は、被測定物の変位に感応する領
域を広げることができる変位検出装置を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1に係る考案では、被測定物の表面を照射す
るビームを発射する半導体レーザと、半導体レーザから
発射されたビームを円形形状に変換するプリズムと、被
測定物の表面を照射するランプと、被測定物からの反射
光を2つの伝送路に分けて伝送するビ−ムスプリッタ
と、前記伝送路のうち一方の伝送路を伝送する光から赤
外線をカットする赤外線カットフィルタと、赤外線カッ
トフィルタを透過した光が入射するCCDカメラと、該
カメラに接続された表示部と、前記伝送路のうち他方の
伝送路を伝送する光から可視光をカットする可視光カッ
トフィルタと、可視光カットフィルタを透過した光を集
光する集光手段と、該集光手段で集光された光を3つの
ビームに分けて伝送するコーナープリズムと、3つに分
けられた各ビームを受光し、各ビームの受光位置に応じ
た電気信号を発生する3つの受光素子と、該受光素子
出力信号から被測定物の位置を算出する位置算出手段と
を備え、受光素子群のうち、1つの受光素子の受光部を
他の受光素子の受光部より長く形成することにより、受
光素子群は入射光の変位に感応する領域の大きさにより
複数のグループに分けて構成されている。
【0006】また、請求項2に係る考案では、被測定物
の表面を照射するビームを発射する半導体レーザと、半
導体レーザから発射されたビームを円形形状に変換する
プリズムと、被測定物の表面を照射するランプと、被測
定物からの反射光を2つの伝送路に分けて伝送するビ−
ムスプリッタと、前記伝送路のうち一方の伝送路を伝送
する光から赤外線をカットする赤外線カットフィルタ
と、赤外線カットフィルタを透過した光が入射するCC
Dカメラと、該カメラに接続された表示部と、前記伝送
路のうち他方の伝送路を伝送する光から可視光をカット
する可視光カットフィルタと、該可視光カットフィルタ
を透過した光を集光する集光手段と、該集光手段で集光
された光を3つのビームに分けて伝送するコーナープリ
ズムと、3つに分けられた各ビームを受光し、各ビーム
の受光位置に応じた電気信号を発生し、同じ長さの受光
部を有する3つの受光素子と、該受光素子の出力信号か
ら被測定物の位置を算出する位置算出手段とを備え、
光素子群のうち、1つの受光素子とコーナープリズムと
の間には集光レンズを配置することにより、受光素子群
は入射光の変位に感応する領域の大きさにより複数のグ
ループに分けて構成されている。
【0007】
【作用】前記した手段によれば、光電変換手段群は入射
光の変位に感応する領域の大きさによって複数のグルー
プに分かれて構成されているため、被測定物の像が合焦
位置にあることが検出された時には入射光の変位に感応
する領域として小さいグループに属する光電変換手段群
によって被測定物の像が合焦位置にあることを検出する
ことができる。そして被測定物の像が合焦位置から大き
くずれている時には入射光の変位に関する領域として大
きい領域のグループに属する光電変換手段によって被測
定物の像を検出することができる。そしてこの時の位置
と合焦位置との差を求めることによって合焦位置までの
距離を求めることができ、位置合わせが容易となる。
【0008】
【実施例】以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1において、変位検出装置10は箱型の本体
12を備えており、本体12の一端に被測定物14に相
対向して配置される集光部16が設けられている。集光
部16は複数の対物レンズを備えており、集光部16の
光軸に沿ってビームスプリッタ18,20,22、可視
光カットフィルタ24、コリメーターレンズ26、コー
ナープリズム28が配置されている。ビームスプリッタ
20近傍にはコリメーターレンズ30を介して照明用の
ランプ32が配置されており、ランプ32からの光がコ
リメーターレンズ30、ビームスプリッタ20,18、
集光部16を介して被測定物14に照射されるようにな
っている。即ちランプ32は落射照明用の光源として用
いられている。さらにビームスプリッタ22にはプリズ
ム34が連結されており、このプリズム34にはコリメ
ーターレンズ36を介して半導体レーザ38からのレー
ザ光が入射されるようになっている。このプリズム34
は半導体レーザ38の楕円形状のビームを円形形状に変
換し、変換したビームをビームスプリッタ22へ出力す
るようになっている。
【0009】また集光部16の焦点位置には図2に示さ
れるように、光電変換手段として3個の受光素子40,
42,44が配置されている。各受光素子40〜44は
コーナープリズム28の頂部28Aを中心として正三角
形の陵線上に配置されている。コーナプリズム28は集
光部16の光軸と頂点を一致させ、反射光はコーナプリ
ズムの頂点方向から入射させる。受光素子40は略長方
形形状に形成され、受光素子42,44は略円形形状に
形成されている。そして受光素子40の受光部40Aは
受光素子42,44の受光部42A,44Aよりも長く
受光面積が約2倍になっている。即ち、被測定物14の
像が各受光素子40〜44の中心位置から変化した時、
受光素子40は受光素子42,44よりも2倍の範囲で
被測定物14の変位を検出できるようになっている。そ
して各受光素子40,42,44の出力信号はコントロ
ーラ46に入力されており、コントローラ46は各受光
素子40〜44からの信号を基に被測定物の変位を算出
するようになっている。この算出値はモータ駆動部48
に与えられ、モータ駆動部48からの指令によってモー
タ50が本体12を駆動するようになっている。本体1
2はピント合せのために被測定物14に対して往復運動
可能に構成されており、モータ50の駆動によって本体
12が移動すると、本体12の位置に応じて被測定物1
4からの反射光が各受光素子40,42,44に入射さ
れるようになっている。
【0010】一方、本体12には、前述した光学系とは
別の光学系として、ミラー52、赤外線カットフィルタ
ー54が設けられており、被測定物14からの反射光が
集光部16、ビームスプリッタ18、ミラー52、赤外
線カットフィルター54に入射されている。赤外線カッ
トフィルター54の背面側にはCCDカメラ56が設け
られており、被測定物14からの反射光がCCDカメラ
56によって被測定物の広範囲が撮像され、表示部58
の画面上に被測定物14の像が画像表示されるようにな
っている。
【0011】上記構成において、ランプ32からの光及
び半導体レーザ38からのレーザ光をそれぞれ被測定物
14に照射した状態で、被測定物14の像を表示部58
の画面上に表示しながらモータ50を駆動し本体12を
上下に移動させ、概略合焦させるのである。この時被測
定物14からの反射光は集光部16、ビームスプリッタ
18,20,22、可視光カットフィルタ24、コリメ
ーターレンズ26、コーナープリズム28を介して受光
素子40〜44に入射される。この時被測定物14が合
焦位置よりずれている時には、コーナープリズム28へ
の入射角が被測定物14が合焦位置にある時よりも変化
するため、各受光素子40,42,44の受光部には合
焦位置である中心位置よりも外れた位置に像が形成され
る。例えば被測定物14が遠すぎた場合には、各受光素
子40〜44の外側の領域にレーザ光が集光され、逆に
近すぎた時には、受光部の内側の領域に集光される。そ
して被測定物14が合焦位置から大きくずれた時には受
光素子40に被測定物14の光線が受光される。この時
の光線の位置と基準合焦(中心)中心位置とのずれ量を
求め、そのずれ量及びずれた方向を基にモータ50に対
する駆動方向及び駆動量を算出してモータ50を駆動す
ると、本体12を合焦位置側へ即座に移動させることが
できる。そして被測定物14が基準合焦位置より僅かに
ずれた状態になった時には受光素子42,44で受光さ
れる。この時受光素子42,44の出力に従ってモータ
50の駆動量及び駆動方向を算出すると、受光素子4
2,44の出力から被測定物14の微小変位を感知する
ことができ、本体12を基準合焦位置に即座に位置合わ
せすることができる。
【0012】このように、本実施例によれば、受光部の
面積の異なる受光素子によって被測定物14の基準合焦
位置を検出するようにしているため、測定前のティーチ
ング動作において位置合わせ範囲を小さくしておけば高
分解能を維持した状態で合焦動作範囲を広げることがで
きる。
【0013】次に、本考案の他の実施例を図3及び図4
に基づいて説明する。本実施例は、受光素子40の代わ
りに、受光素子42,44と同一特性の受光素子60を
用い、受光素子60とコーナープリズム28との間に集
光レンズ62を配置したものであり、集光部16に短い
焦点距離のレンズを使用すれば変位量が縮小され、大き
な変化範囲を受光できる。即ち大きなピントずれがあっ
ても、上述の構成により受光素子からはずれず容易に自
動的にフォーカスさせることができると共に、他の受光
素子と同じものなので、コストを安くすることができ
る。なお他の構成は前記実施例と同様であるので、同一
のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。
【0014】本実施例においては、受光素子60の受光
部に結像される像の動きの範囲を集光レンズ62で受光
素子42,44の半分以下にしているため、受光素子6
0の出力信号によって被測定物14が基準合焦位置から
大きくずれたことを検出することができる。また受光素
子42,44の出力によって被測定物14の微小変位を
検知することができる。このため、本実施例によっても
前記実施例と同様な効果を得ることができる。
【0015】
【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば、
被測定物の変位に感応する領域を広げることができるた
め、被測定物を基準合焦位置にするための位置合わせを
容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例を示す全体構成図
【図2】受光素子の構成説明図
【図3】本考案の他の実施例を示す全体構成図
【図4】本考案の他の受光素子の構成説明図
【符号の説明】
10 変位検出装置 12 本体 14 被測定物 16 集光部 18,20,22 ビームスプリッタ 28 コーナープリズム 38 半導体レーザ 40,42,44 受光素子 56 CCDカメラ 58 表示部 60 受光素子 62 集光レンズ

Claims (2)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物の表面を照射するビームを発射
    する半導体レーザと、半導体レーザから発射されたビー
    ムを円形形状に変換するプリズムと、被測定物の表面を
    照射するランプと、被測定物からの反射光を2つの伝送
    路に分けて伝送するビ−ムスプリッタと、前記伝送路の
    うち一方の伝送路を伝送する光から赤外線をカットする
    赤外線カットフィルタと、赤外線カットフィルタを透過
    した光が入射するCCDカメラと、該カメラに接続され
    た表示部と、前記伝送路のうち他方の伝送路を伝送する
    光から可視光をカットする可視光カットフィルタと、可
    視光カットフィルタを透過した光を集光する集光手段
    と、該集光手段で集光された光を3つのビームに分けて
    伝送するコーナープリズムと、3つに分けられた各ビー
    ムを受光し、各ビームの受光位置に応じた電気信号を発
    生する3つの受光素子と、該受光素子の出力信号から被
    測定物の位置を算出する位置算出手段とを備え、受光素
    子群のうち、1つの受光素子の受光部を他の受光素子の
    受光部より長く形成することにより、受光素子群は入射
    光の変位に感応する領域の大きさにより複数のグループ
    に分けて構成されていることを特徴とする変位検出装
    置。
  2. 【請求項2】 被測定物の表面を照射するビームを発射
    する半導体レーザと、半導体レーザから発射されたビー
    ムを円形形状に変換するプリズムと、被測定物の表面を
    照射するランプと、被測定物からの反射光を2つの伝送
    路に分けて伝送するビ−ムスプリッタと、前記伝送路の
    うち一方の伝送路を伝送する光から赤外線をカットする
    赤外線カットフィルタと、赤外線カットフィルタを透過
    した光が入射するCCDカメラと、該カメラに接続され
    た表示部と、前記伝送路のうち他方の伝送路を伝送する
    光から可視光をカットする可視光カットフィルタと、該
    可視光カットフィルタを透過した光を集光する集光手段
    と、該集光手段で集光された光を3つのビームに分けて
    伝送するコーナープリズムと、3つに分けられた各ビー
    ムを受光し、各ビームの受光位置に応じた電気信号を発
    生し、同じ長さの受光部を有する3つの受光素子と、該
    受光素子の出力信号から被測定物の位置を算出する位置
    算出手段とを備え、受光素子群のうち、1つの受光素子
    とコーナープリズムとの間には集光レンズを配置するこ
    とにより、受光素子群は入射光の変位に感応する領域の
    大きさにより複数のグループに分けて構成されているこ
    とを特徴とする変位検出装置。
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