JP2938554B2 - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JP2938554B2 JP2938554B2 JP30115190A JP30115190A JP2938554B2 JP 2938554 B2 JP2938554 B2 JP 2938554B2 JP 30115190 A JP30115190 A JP 30115190A JP 30115190 A JP30115190 A JP 30115190A JP 2938554 B2 JP2938554 B2 JP 2938554B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、工作物表面等の被測定面の表面粗さや変
位量を測定するための光学式変位測定装置に関するもの
である。
位量を測定するための光学式変位測定装置に関するもの
である。
従来の光学式変位測定装置として、例えば特開昭59−
210305号公報、同第60−186705号公報等に開示されてい
るものがある。
210305号公報、同第60−186705号公報等に開示されてい
るものがある。
第３図は特開昭59−210305号公報に開示された光学式
変位測定装置を示すもので、レーザ光源１から放射され
た光ビーム２は、ビームエキスパンダ３により所定のビ
ーム径に変更され、ビームスプリッタ４を透過して1/4
波長板５および集光レンズ６を経て被測定物７の被測定
面８に照射されるようになっている。
変位測定装置を示すもので、レーザ光源１から放射され
た光ビーム２は、ビームエキスパンダ３により所定のビ
ーム径に変更され、ビームスプリッタ４を透過して1/4
波長板５および集光レンズ６を経て被測定物７の被測定
面８に照射されるようになっている。
被測定面８で反射された戻り光は、集光レンズ６およ
び1/4波長板５を経てビームスプリッタ４で反射され、
その戻り光９は波面分割用の全反射ミラー10で２分割さ
れて、それぞれ集光レンズ11,12を経て変位検出器13,14
で受光されるようになっている。
び1/4波長板５を経てビームスプリッタ４で反射され、
その戻り光９は波面分割用の全反射ミラー10で２分割さ
れて、それぞれ集光レンズ11,12を経て変位検出器13,14
で受光されるようになっている。
変位検出器13,14は、それぞれ２分割の光学検出素子1
3a,13b;14a,14bをもって構成され、それらの出力はそれ
ぞれ減算器15,16で減算された後、加算器17で加算され
るようになっている。
3a,13b;14a,14bをもって構成され、それらの出力はそれ
ぞれ減算器15,16で減算された後、加算器17で加算され
るようになっている。
かかる光学式変位測定装置においては、被測定面８が
集光レンズ６の焦点にある合焦状態では、戻り光９は第
４図に実線で示すように平行光束となり、変位検出器1
3,14上では円形の光スポットが形成される。したがっ
て、この合焦状態において、２分割の光学検出素子13a,
13b;14a,14bの分割線と光スポットの中心軸とが一致す
るようにしておけば、各光学検出素子への入射光量が等
しくなるので、減算器15,16の出力は零となり、加算器1
7の出力も零となる。
集光レンズ６の焦点にある合焦状態では、戻り光９は第
４図に実線で示すように平行光束となり、変位検出器1
3,14上では円形の光スポットが形成される。したがっ
て、この合焦状態において、２分割の光学検出素子13a,
13b;14a,14bの分割線と光スポットの中心軸とが一致す
るようにしておけば、各光学検出素子への入射光量が等
しくなるので、減算器15,16の出力は零となり、加算器1
7の出力も零となる。
また、この合焦状態から被測定物７が第３図において
＋方向にｘ移動すると、被測定面８での戻り光９は、第
４図に二線鎖線で示すように発散光となって、変位検出
器13,14上に形成される光スポットの中心軸は光学検出
素子13a,14a側にずれる。したがって、光学検出素子13
a,14aの受光量が増加し、光学検出素子13b,14bの受光量
が減少して、減算器15,16の各差動出力はプラス側に増
加し、加算器17の出力もプラスの方向に増加することに
なる。
＋方向にｘ移動すると、被測定面８での戻り光９は、第
４図に二線鎖線で示すように発散光となって、変位検出
器13,14上に形成される光スポットの中心軸は光学検出
素子13a,14a側にずれる。したがって、光学検出素子13
a,14aの受光量が増加し、光学検出素子13b,14bの受光量
が減少して、減算器15,16の各差動出力はプラス側に増
加し、加算器17の出力もプラスの方向に増加することに
なる。
これに対し、被測定物７が逆方向に移動すると、被測
定面８での戻り光９は、第４図に点線で示すように収束
光となって、変位検出器13,14上に形成される光スポッ
トの中心軸は光学検出素子13b,14b側にずれる。したが
って、光学検出素子13a,14aの受光量が減少し、光学検
出素子13b,14bの受光量が増加して、減算器15,16の各差
動出力はマイナス側に増加し、加算器17の出力もマイナ
スの方向に増加することになる。
定面８での戻り光９は、第４図に点線で示すように収束
光となって、変位検出器13,14上に形成される光スポッ
トの中心軸は光学検出素子13b,14b側にずれる。したが
って、光学検出素子13a,14aの受光量が減少し、光学検
出素子13b,14bの受光量が増加して、減算器15,16の各差
動出力はマイナス側に増加し、加算器17の出力もマイナ
スの方向に増加することになる。
このように、加算器17の出力は、被測定面８の変位に
応じて合焦状態を中心に逆方向に変化するので、これに
より被測定面８の変位量を測定することができる。
応じて合焦状態を中心に逆方向に変化するので、これに
より被測定面８の変位量を測定することができる。
また、かかる光学式変位測定位置においては、被測定
物７の移動に傾きが生じて光軸ずれが伴うと、変位検出
器13上に形成される光スポットは、上記の合焦位置から
のずれに光軸ずれが加わった分移動するのに対し、変位
検出器14上に形成される光スポットは、逆に合焦位置か
らのずれから光軸ずれを差し引いた分移動することにな
るので、減算器15,16の出力を加算器17で加算すること
により、光軸ずれの分をキャンセルすることができる。
したがって、光軸ずれに影響されることなく、被測定面
８の変位量のみを測定することができる。
物７の移動に傾きが生じて光軸ずれが伴うと、変位検出
器13上に形成される光スポットは、上記の合焦位置から
のずれに光軸ずれが加わった分移動するのに対し、変位
検出器14上に形成される光スポットは、逆に合焦位置か
らのずれから光軸ずれを差し引いた分移動することにな
るので、減算器15,16の出力を加算器17で加算すること
により、光軸ずれの分をキャンセルすることができる。
したがって、光軸ずれに影響されることなく、被測定面
８の変位量のみを測定することができる。
しかしながら、上述した従来の光学式変位測定装置に
あっては、２組の２分割変位検出器（13,14）と集光レ
ンズ（11,12）とを必要とするため、部品点数が多くな
って、光学的位置調整が面倒となり、コスト高になると
いう問題があると共に、変位検出器13,14および集光レ
ンズ11,12としてそれぞれ特性の等しいものを使用する
必要があるため、部品選択の自由度が小さくなるという
問題がある。
あっては、２組の２分割変位検出器（13,14）と集光レ
ンズ（11,12）とを必要とするため、部品点数が多くな
って、光学的位置調整が面倒となり、コスト高になると
いう問題があると共に、変位検出器13,14および集光レ
ンズ11,12としてそれぞれ特性の等しいものを使用する
必要があるため、部品選択の自由度が小さくなるという
問題がある。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなさ
れたもので、１組の変位検出器および集光レンズで変位
量を測定でき、したがって部品点数を少なくでき、かつ
部品選択の自由度も大きくできると共に、光学的位置調
整も容易にでき、全体を安価にできるよう適切に構成し
た光学式変位測定装置を提供することを目的とする。
れたもので、１組の変位検出器および集光レンズで変位
量を測定でき、したがって部品点数を少なくでき、かつ
部品選択の自由度も大きくできると共に、光学的位置調
整も容易にでき、全体を安価にできるよう適切に構成し
た光学式変位測定装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、この発明では、直線偏光を
被測定面に集光させる第１の集光手段と、前記被測定面
からの戻り光の偏光面を選択的に切り換える偏光面変換
手段と、一方はＰ偏光を透過し、他方はＳ偏光を透過す
る偏光膜を有し、前記偏光面変換手段を透過した光束を
波面分割する波面分割手段と、この波面分割手段を透過
した光束を集光させる第２の集光手段と、同一面に２分
割して配置した光学検出素子を有し、前記第２の集光手
段で集光された光束を受光する変位検出器とを具え、 前記被測定面からの戻り光を、その偏光面を前記波面
分割手段に対してＰ偏光およびＳ偏光となるように前記
偏光面変換手段により交互に変換して前記変位検出器で
受光し、その出力に基づいて前記被測定面の変位を測定
するよう構成する。
被測定面に集光させる第１の集光手段と、前記被測定面
からの戻り光の偏光面を選択的に切り換える偏光面変換
手段と、一方はＰ偏光を透過し、他方はＳ偏光を透過す
る偏光膜を有し、前記偏光面変換手段を透過した光束を
波面分割する波面分割手段と、この波面分割手段を透過
した光束を集光させる第２の集光手段と、同一面に２分
割して配置した光学検出素子を有し、前記第２の集光手
段で集光された光束を受光する変位検出器とを具え、 前記被測定面からの戻り光を、その偏光面を前記波面
分割手段に対してＰ偏光およびＳ偏光となるように前記
偏光面変換手段により交互に変換して前記変位検出器で
受光し、その出力に基づいて前記被測定面の変位を測定
するよう構成する。
第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。こ
の実施例では、レーザ光源21から放射された光ビーム22
を、ビームエキスパンダ23により所定のビーム径に変更
して偏光ビームスプリッタ24に入射させ、該偏光ビーム
スプリッタ24を透過したＰ偏光を1/4波長板25により円
偏光に変換して集光レンズ26により被測定物27の被測定
面28に照射させるようにする。
の実施例では、レーザ光源21から放射された光ビーム22
を、ビームエキスパンダ23により所定のビーム径に変更
して偏光ビームスプリッタ24に入射させ、該偏光ビーム
スプリッタ24を透過したＰ偏光を1/4波長板25により円
偏光に変換して集光レンズ26により被測定物27の被測定
面28に照射させるようにする。
また、被測定面28で反射された戻り光は、集光レンズ
26を経て1/4波長板25に入射させ、ここでＳ偏光に変換
して偏光ビームスプリッタ24で反射させ、その戻り光29
を1/2波長板30を経て波面分割手段を構成する偏光ビー
ムスプリッタ31および32に入射させる。偏光ビームスプ
リッタ31,32は、一方がＰ偏光を反射し、他方がＳ偏光
を反射するように、Ｐ偏光およびＳ偏光に対して逆の消
光比を持つように一体に形成し、光軸ずれが無い状態で
戻り光29を２分割するように配置する。
26を経て1/4波長板25に入射させ、ここでＳ偏光に変換
して偏光ビームスプリッタ24で反射させ、その戻り光29
を1/2波長板30を経て波面分割手段を構成する偏光ビー
ムスプリッタ31および32に入射させる。偏光ビームスプ
リッタ31,32は、一方がＰ偏光を反射し、他方がＳ偏光
を反射するように、Ｐ偏光およびＳ偏光に対して逆の消
光比を持つように一体に形成し、光軸ずれが無い状態で
戻り光29を２分割するように配置する。
偏光ビームスプリッタ31,32を透過した光は、集光レ
ンズ33を経て２分割した光学検出素子34a,34bを有する
変位検出器34で受光し、その光学検出素子34a,34bの出
力を減算器35で減算してメモリ36に格納する。
ンズ33を経て２分割した光学検出素子34a,34bを有する
変位検出器34で受光し、その光学検出素子34a,34bの出
力を減算器35で減算してメモリ36に格納する。
この実施例では、1/2波長板30をモータ37により駆動
してその偏光面を選択的に回転させ、これにより1/2波
長板30を透過する光束をＰ偏光およびＳ偏光に交互に切
り換えると共に、この切り換えに同期して同期回路38の
制御のもとにＰ偏光およびＳ偏光の各々における減算器
35の出力をメモリ36に格納し、該メモリ36に格納したＰ
偏光における減算器35の出力とＳ偏光における減算器35
の出力とを減算器39で減算する。
してその偏光面を選択的に回転させ、これにより1/2波
長板30を透過する光束をＰ偏光およびＳ偏光に交互に切
り換えると共に、この切り換えに同期して同期回路38の
制御のもとにＰ偏光およびＳ偏光の各々における減算器
35の出力をメモリ36に格納し、該メモリ36に格納したＰ
偏光における減算器35の出力とＳ偏光における減算器35
の出力とを減算器39で減算する。
このように構成すれば、減算器39からは第３図におけ
ると同様に、光軸ずれに影響されることなく、被測定面
28の変位方向に応じて極性が反転し、かつその変位量に
対応した振幅の信号を得ることができる。
ると同様に、光軸ずれに影響されることなく、被測定面
28の変位方向に応じて極性が反転し、かつその変位量に
対応した振幅の信号を得ることができる。
以上、この実施例によれば、従来のように２組の集光
レンズと２分割変位検出器とを用いることなく、１組の
集光レンズ33と２分割変位検出器34とで同様に被測定面
28の変位量を測定することができるので、部品点数を少
なくでき、かつ部品選択の自由度も大きくできると共
に、光学的位置調整も容易にでき、全体を安価にでき
る。
レンズと２分割変位検出器とを用いることなく、１組の
集光レンズ33と２分割変位検出器34とで同様に被測定面
28の変位量を測定することができるので、部品点数を少
なくでき、かつ部品選択の自由度も大きくできると共
に、光学的位置調整も容易にでき、全体を安価にでき
る。
第２図はこの発明の第２実施例を示すものである。こ
の実施例は、第１実施例の1/2波長板30に代えて、電気
光学結晶の一つであるKDP結晶41を用い、このKDP結晶41
に電源42から位相差がπになる半波長電圧を印加して、
偏光ビームスプリッタ31,32への入射光をＰ偏光および
Ｓ偏光に交互に切り換えるようにしたもので、その他の
構成および作用は第１実施例と同様である。
の実施例は、第１実施例の1/2波長板30に代えて、電気
光学結晶の一つであるKDP結晶41を用い、このKDP結晶41
に電源42から位相差がπになる半波長電圧を印加して、
偏光ビームスプリッタ31,32への入射光をＰ偏光および
Ｓ偏光に交互に切り換えるようにしたもので、その他の
構成および作用は第１実施例と同様である。
したがって、この実施例によれば、第１実施例の効果
に加え、KDP結晶41を用いて偏光面を切り換えるように
しているので、1/2波長板およびモータを用いて偏光面
を切り換える場合に比べ、装置をよりコンパクトにでき
るという効果がある。
に加え、KDP結晶41を用いて偏光面を切り換えるように
しているので、1/2波長板およびモータを用いて偏光面
を切り換える場合に比べ、装置をよりコンパクトにでき
るという効果がある。
以上のように、この発明によれば、被測定面からの戻
り光を、その偏光面を偏光面変換手段により交互に切り
換えて、一方はＰ偏光を透過し、他方はＳ偏光を透過す
る偏光膜を有する波面分割手段および集光手段を経て、
同一面に２分割して配置した光学検出素子を有する変位
検出器で受光し、その出力に基づいて被測定面の変位を
測定するようにしたので、波面分割手段を透過した光束
を集光させる集光手段および変位検出器がそれぞれ一つ
で済む。したがって、従来のように２組の集光手段およ
び変位検出器を用いる場合に比べ、部品点数を少なくで
き、かつ部品選択の自由度も大きくできると共に、光学
的位置調整も容易にでき、全体を安価にできる。
り光を、その偏光面を偏光面変換手段により交互に切り
換えて、一方はＰ偏光を透過し、他方はＳ偏光を透過す
る偏光膜を有する波面分割手段および集光手段を経て、
同一面に２分割して配置した光学検出素子を有する変位
検出器で受光し、その出力に基づいて被測定面の変位を
測定するようにしたので、波面分割手段を透過した光束
を集光させる集光手段および変位検出器がそれぞれ一つ
で済む。したがって、従来のように２組の集光手段およ
び変位検出器を用いる場合に比べ、部品点数を少なくで
き、かつ部品選択の自由度も大きくできると共に、光学
的位置調整も容易にでき、全体を安価にできる。
第１図はこの発明の第１実施例を示す図、 第２図は同じく第２実施例を示す図、 第３図および第４図は従来の技術を説明するための図で
ある。 21……レーザ光源、22……光ビーム 23……ビームエキスパンダ 24……偏光ビームスプリッタ 25……1/4波長板、26……集光レンズ 27……被測定物、28……被測定面 29……戻り光、30……1/2波長板 31,32……偏光ビームスプリッタ 33……集光レンズ、34……変位検出器 34a,34b……光学検出素子 35,39……減算器、36……メモリ 37……モータ、38……同期回路 41……KDP結晶、42……電源
ある。 21……レーザ光源、22……光ビーム 23……ビームエキスパンダ 24……偏光ビームスプリッタ 25……1/4波長板、26……集光レンズ 27……被測定物、28……被測定面 29……戻り光、30……1/2波長板 31,32……偏光ビームスプリッタ 33……集光レンズ、34……変位検出器 34a,34b……光学検出素子 35,39……減算器、36……メモリ 37……モータ、38……同期回路 41……KDP結晶、42……電源
Claims (1)
- 【請求項１】直線偏光を被測定面に集光させる第１の集
光手段と、前記被測定面からの戻り光の偏光面を選択的
に切り換える偏光面変換手段と、一方はＰ偏光を透過
し、他方はＳ偏光を透過する偏光膜を有し、前記偏光面
変換手段を透過した光束を波面分割する波面分割手段
と、この波面分割手段を透過した光束を集光させる第２
の集光手段と、同一面に２分割して配置した光学検出素
子を有し、前記第２の集光手段で集光された光束を受光
する変位検出器とを具え、 前記被測定面からの戻り光を、その偏光面を前記波面分
割手段に対してＰ偏光およびＳ偏光となるように前記偏
光面変換手段により交互に変換して前記変位検出器で受
光し、その出力に基づいて前記被測定面の変位を測定す
るよう構成したことを特徴とする光学式変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30115190A JP2938554B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 光学式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30115190A JP2938554B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 光学式変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04175607A JPH04175607A (ja) | 1992-06-23 |
| JP2938554B2 true JP2938554B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=17893398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30115190A Expired - Fee Related JP2938554B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2938554B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-08 JP JP30115190A patent/JP2938554B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04175607A (ja) | 1992-06-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |