JP3561433B2

JP3561433B2 - 変位測定装置

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Publication number: JP3561433B2
Application number: JP11257299A
Authority: JP
Inventors: 秀昭高橋; 貴久田下; 敦郎田沼
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: JP2000304506A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象面上に照射された光で形成される照射点を一定の間隔で走査させることにより、前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置に係り、特に測定対象面の走査幅を広げて変位量を短時間かつ高速に測定することができる変位測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すように、変位測定装置５０は、投光系５１と受光系５５で略構成され、三角測量の原理に基づき測定台に載置されている測定対象物６０の測定対象面６０ａの変位を測定する。
【０００３】
変位測定装置５０の投光系５１は、レーザダイオード等の光源５２と、振動ミラー型又はポリゴンミラー型等の偏向装置５３と、レンズ５４で概略構成されている。光源５２は、偏向装置５３に対しレーザ光を出射する。偏向装置５３は、入射されたレーザ光を偏向させ、一定のストロークでレーザ光を走査する。この偏向装置５３は、レーザ光を往復あるいは片道走査する。レンズ５４は、偏向装置５３により扇形に走査されるレーザ光を、平行になるように収束させる。
【０００４】
受光系５５は、集光レンズアレイ５６と結像レンズ５７と受光素子５８とで構成されている。集光レンズアレイ５６は、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数（図８では６個）の集光レンズ部５６ａ〜５６ｆが一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。各集光レンズ部５６ａ〜５６ｆは、その光軸に直交する面が球面状に形成され、測定光を光軸廻りに均等に絞り込むことができるレンズである。
【０００５】
結像レンズ５７は、照射点Ｓの走査幅より大きい径を有し、光軸廻りに均等な結像特性を有するレンズである。結像レンズ５７は、集光レンズアレイ５６からのビームを収束して、受光素子５８の受光面５８ａ上に結像させる。
【０００６】
このような変位測定装置５０においては、測定対象物６０のＺ軸方向の変位量をＸ軸方向に走査されたビームで高速に得ることができる。また、測定台６１をＹ軸方向に移動させることにより、Ｘ−Ｙの２次元における各照射点ＳのＺ方向の変位量を得ることができるようになる。
【０００７】
特に、測定対象面６０ａが上記装置５０の走査幅に対して大きい場合、Ｘ方向に照射点Ｓを走査しつつ測定台６１をＹ方向に移動させ、変位測定装置５０に対し、測定対象物６０を測定対象面６０ａの一方の端縁から他方の端縁まで走査する。そして、変位測定装置５０を走査幅分Ｘ方向にシフトし、Ｘ方向に照射点Ｓを走査しつつ測定対象物６０をＹ方向に移動させ、変位測定装置５０に対し、測定対象物６０を測定対象面６０ａの他方の端縁から一方の端縁まで走査する。この動作を繰り返すことにより、面積の広い測定対象面６０ａ全体の変位量を測定することができる。
【０００８】
ここで、測定対象物６０のＹ方向の走査回数を少なくして短時間で測定を行うには、変位測定装置５０のＸ方向の走査幅が大きければ大きいほどよい。ここで、集光レンズ部をＸ方向に増設して集光レンズアレイ５６のＸ方向の走査幅を広げるとする。この場合、その集光レンズアレイ５６からの測定光を入射させるため、増設された集光レンズアレイ５６の走査幅に対応して、結像レンズ径Ｄを拡大しなければならない。
【０００９】
しかしながら、結像レンズ５７の焦点距離ｆ２が一定の状態では、集光レンズ部の増設後ではＦ数（ｆ２／Ｄ）が小さくなり、結像特性が悪化してしまうこととなる。このため、受光面５８ａでの結像特性を維持するには、集光レンズ部の増設前に比べ増設後のＦ数を小さくすることはできない。したがって、結像レンズ５７の焦点距離ｆ２を一定にしたまま結象レンズ径Ｄ大きくすることには一定の限界がある。
【００１０】
一方、結像レンズ５７の明るさを一定にした状態で結像レンズ径Ｄを大きくする場合、結像レンズ５７の焦点距離ｆ２を大きくする必要がある。ここで、図９を用いて結像レンズ径の拡大前（同図（ａ））と拡大後（同図（ｂ））の受光系を比較する。
【００１１】
同図（ｂ）に示すように、結像レンズ径をＤからＤ’に拡大して結象レンズ６７とすると、これに伴い集光レンズ部が走査方向に増設されて集光レンズアレイ６６となる。すると、同図（ｂ）のように、同図（ａ）に示す各焦点距離ｆ１，ｆ２が大きくなってｆ１’ ，ｆ２’ となる。ここで、測定範囲を維持するためには、受光倍率を一定、すなわちｆ２／ｆ１＝ｆ２’ ／ｆ１’ としなければならない。受光面５８ａが小さいほど応答性が良くかつ高速の変位測定が実現できるため、同図（ａ）と同図（ｂ）の場合において、受光倍率が一定であれば、受光面５８ａの走査幅ｗも結像レンズ径Ｄの拡大前と拡大後において一定である。したがって、同図（ｂ）に示すように、集光レンズアレイ６６は各集光レンズ部の走査幅ｄを一定にした状態で増設しなければならない。
【００１２】
ところが、各集光レンズ部の走査幅ｄが一定である一方、受光倍率を維持するため集光レンズアレイ６６の焦点距離ｆ１が大きくなっている。このため、図９（ａ）に示す集光レンズアレイ５６のＦ数（ｆ１／ｄ）に対し、同図（ｂ）に示す集光レンズアレイ６６のＦ数（ｆ１’ ／ｄ）が大きくなってしまう。
【００１３】
したがって、結像レンズ径が大きい受光系５５においては、各集光レンズ部の開口数が小さくなって受光量が著しく減少することとなり、Ｓ／Ｎの悪化の原因となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、結像レンズ部を、照射光の走査方向に沿って所定数の集光レンズ部ごとにアレイ状に構成することにより、照射点の走査幅を拡大して測定対象に対して高精度で高速かつ短時間の変位測定を図ることにある。
【００１５】
また他の目的は、受光素子群を、対応する結像レンズアレイから焦点距離離れた位置に設けることにより、集光レンズアレイで収束された測定光を、収差の少ない状態で受光面上に結像させることにある。
【００１６】
更に他の目的は、複数の集光レンズ部が、互いに平行な光軸を有し、それぞれ照射点から焦点距離離れた位置において各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、集光レンズアレイを構成することにより、受光面の幅を小さくして応答速度の速い受光素子を用いることにあり、またこれにより、走査速度を上げて受光素子の信号出力に対する処理速度の向上及び測定時間の短縮を図ることにある。
【００１７】
また他の目的は、複数の結像レンズ部が、互いに平行な光軸を有し、それぞれ所定数の集光レンズ部の各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、結像レンズアレイを構成することにより、各結像レンズ部及び各集光レンズ部のＦ数を一定にして結像特性の向上及び受光面の応答特性の向上を図るとともに、受光量及び両焦点距離を変えることなく広領域の変位測定を図ることにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
要するに、本発明の請求項１記載の変位測定装置は、測定対象面に照射光を照射し、受光素子の受光面上に形成された結像点の検出位置に基づき、前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記照射光により前記測定対象面上に形成される照射点を走査する投光手段と、
前記照射点からの測定光を受光素子の受光面上で受光して結像点を形成する受光手段とを有し、
該受光手段は、
光軸廻りに均等な結像特性を有する複数の集光レンズ部が前記照射光の走査方向に沿って構成され、前記測定光を収束させる集光レンズアレイと、
光軸廻りに均等な結像特性を有する複数の結像レンズ部が前記照射光の走査方向に沿って所定数の前記集光レンズ部ごとに構成され、前記収束された測定光を前記受光面上に結像させる結像レンズアレイと、
前記受光素子を前記結像レンズ部ごとに有する受光素子群と、
を備えていることを特徴としている。
【００１９】
更に、請求項２記載の変位測定装置は、請求項１記載の変位測定装置において、前記複数の集光レンズ部は、互いに平行な光軸を有し、それぞれ前記照射点から焦点距離離れた位置において前記各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、前記集光レンズアレイを構成することを特徴としている。
【００２０】
また、請求項３記載の変位測定装置は、請求項１又は２のいずれかに記載の変位測定装置において、前記複数の結像レンズ部は、互いに平行な光軸を有し、それぞれ前記所定数の集光レンズ部の前記各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、前記結像レンズアレイを構成することを特徴としている。
【００２１】
更に、請求項４記載の変位測定装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の変位測定装置において、前記集光レンズアレイ，前記結像レンズアレイ及び前記受光素子群の配置関係が、０＜（ｆ２／ｆ１）・ｔ＜ｗで表されることを特徴としている。但し、前記各受光面の走査方向と平行な受光幅ｗ，前記各集光レンズ部の走査方向と平行なレンズ幅ｔ，前記集光レンズアレイの焦点距離ｆ１，前記結像レンズアレイの焦点距離ｆ２とする。
【００２２】
上記構成によれば、測定対象物の測定対象面に照射される照射光は投光手段により走査され、受光手段側に反射，散乱される。反射，散乱により照射点から出射された測定光は、集光レンズアレイにより、収束される。収束された測定光は、光軸廻りに均等な結像特性を有する結像レンズアレイにより、各受光素子の受光面上に結像される。
【００２３】
また、連続する２つの結像レンズ部の境界近傍に入射された測定光は、連続する２つの結像レンズ部に対応する２つの受光素子上に結像される。一方、境界近傍から外れて結像レンズ部に入射された測定光は、対応する受光素子上で結像される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明による変位測定装置の実施の形態を図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は複数（ｍ個）の結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍをアレイ状にした形態の図である。なお、図面の制約上、図１において結像レンズ部の数は２個（Ｆ１，Ｆ２）となっている。図１に示すように、変位測定装置１は、投光手段２と受光手段６で構成されており、三角測量の原理に基づき測定対象物１０の測定対象面１０ａの変位を測定する。測定対象面１０ａが鏡面のように反射率が高い場合は、照射点Ｓで反射される光の殆どが、照射点Ｓを対称にして入射角度と同じ角度で受光手段６に反射される。
【００２５】
変位測定装置１の投光手段２は、レーザダイオード等の光源３と、振動ミラー型又はポリゴンミラー型等の偏向装置４と、収束レンズ５で概略構成されている。光源３は、偏向装置４に対しレーザ光を出射する。偏向装置４は、入射されたレーザ光を偏向させ、一定のストロークでレーザ光を走査する。この偏向装置４は、レーザ光を往復あるいは片道走査する。収束レンズ５は、偏向装置４により扇形に走査されるレーザ光が平行になるように収束させるものである。
【００２６】
受光手段６は、集光レンズアレイＣと結像レンズアレイＦと受光素子群Ｐで構成されている。集光レンズアレイＣは、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数の集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎが一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。
【００２７】
各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、投光手段２から放射される投光ビームの走査幅寸法（例えば３０ｍｍ）内に複数個並ぶように、少なくともその並列方向（走査方向）に沿ったレンズの幅ｄが投光ビームの走査幅寸法（例えば３０ｍｍ）より短い（例えば５ｍｍ）略矩形状の外形を有する。また、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、その光軸に直交する面が球面状に形成されたレンズとなっている。すなわち、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、光をその光軸の周りに均等に絞り込むことができるレンズである。各光軸はそれぞれ平行で且つその光軸に直交する線上に連続して一列に並ぶように側面同士を密着させた状態で一体化されている。
【００２８】
集光レンズアレイＣは、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎの光軸が測定対象物１０の表面１０ａ上に走査される照射点Ｓ（移動軌跡ＳＬ）と交わるように配置されている。集光レンズアレイＣは照射点Ｓ（移動軌跡ＳＬ）から焦点距離ｆ１離れた位置に配置されている。
【００２９】
結像レンズアレイＦは、複数（ｍ個）の結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍを集光レンズアレイと同様、走査方向にアレイ状に連続させたレンズアレイである。各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍは入射光をその光軸の周りに均等に絞り込むことができるレンズである。各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍは、その各光軸がそれぞれ平行で且つその光軸に直交する線上に連続して一列に並ぶように側面同士を密着させた状態で一体化されている。各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍは、所定数の集光レンズ部（図１及び図２では６個）Ｃ１〜Ｃ６に対応して対向配置される。結像レンズアレイＦは、集光レンズアレイＣからのビームを収束して、受光素子群Ｐへ出射する。
【００３０】
受光素子群Ｐは、結像レンズ部と同数（ｍ個）の受光素子Ｐ１〜Ｐｍで構成されている。各受光素子Ｐ１〜Ｐｍはそれぞれ各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍに対応しており、それぞれ焦点距離ｆ２離れた位置に配置されている。
【００３１】
各受光素子Ｐ１〜Ｐｍは、図１に示すように、照射点Ｓから反射される光が結像される受光面Ｐａを有する。なお、結像点Ｋの走査方向（すなわち照射点Ｓの走査方向）の幅を走査幅ｗと称する。また結像点Ｋの走査方向と直交する方向を縦方向と称する。各受光素子Ｐ１〜Ｐｍの縦方向の両端縁には、それぞれ電極が設けられている。これらの電極からは、それぞれ結像点Ｋの位置に応じた電流が出力される。
【００３２】
次に、本実施の形態の作用について、図１，図３〜図７を用いて説明する。図１に示すように光源３から照射された照射光は、偏向装置４により屈曲され、所定のストロークで走査される。走査された照射光は収束レンズ５に入射され、平行に移動するビームとなり、測定対象面１０ａ上に照射点を形成する。照射光は照射点Ｓごとに反射又は散乱し、その反射，散乱光（測定光）は受光手段６側へ出射される。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、照射点Ｓが走査されて、集光レンズアレイＣの一端にある集光レンズ部Ｃ１に対向する位置に移動する。この照射点Ｓからの測定光は、集光レンズ部Ｃ１によってほぼ平行なビームとなって収束する。収束された測定光は、結像レンズ部Ｆ１の光軸に対し角度のある状態で結像レンズ部Ｆ１に入射される。
【００３４】
結像レンズ部Ｆ１は、集光レンズ部Ｃ１に入射された測定光の向きを変え、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の一端側の位置に測定光を結像させる。ここで、図４（ａ）に示すように、側方からみても、照射点Ｓからの測定光は、集光レンズ部Ｃ１によってほぼ平行に収束され、結像レンズ部Ｆ１によって受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上に結像されている。
【００３５】
このため、受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａには、照射点Ｓの高さに正確に対応した位置に点状の像Ｋａ（結像点）が形成され、その位置に対応した電気信号Ａ，Ｂが電極から出力される。なお、照射点Ｓから他の集光レンズ部Ｃ２等に入射する測定光も収束されて結像レンズ部Ｆ１に入射される。しかし、これらの光は受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上には結像されない。
【００３６】
また、照射点Ｓの走査によって、図３（ｂ）に示すように、照射点Ｓは集光レンズアレイＣの集光レンズ部Ｃ１の光軸と交わる位置に移動する。この照射点Ｓからの測定光は、主に集光レンズ部Ｃ１によってほぼ平行なビームに収束される。収束された測定光は、結像レンズ部Ｆ１の光軸と平行な状態で入射される。このため、照射点Ｓの像Ｋａは、受光面Ｐ１ａの走査幅方向のほぼ中心位置に形成される。
【００３７】
更に、照射点Ｓの走査によって図３（ｃ）に示すように、照射点Ｓは、集光レンズアレイＣの集光レンズ部Ｃ１に対向する範囲内で、その光軸に対し隣の集光レンズ部Ｃ２寄りに移動する。すると、この照射点Ｓからの測定光は、主に集光レンズ部Ｃ１によって収束され、結像レンズ部Ｆ１の光軸に対し図３（ａ）の場合と逆の角度をもって結像レンズ部Ｆ１に入射される。このため、結像レンズ部Ｆ１は、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の他端側の位置で点状の像Ｋａを形成する。
【００３８】
このように、照射点Ｓが集光レンズ部Ｃ１に対向する範囲内で移動すると、受光面Ｐ１ａ上の像Ｋａの位置は、受光面Ｐ１ａの走査方向幅の一端側から他端側に移動することになる。
【００３９】
また、照射点Ｓの走査にともなって、例えば図４（ｂ）に示すように照射点ＳがＳ’のように高さ方向にδだけ移動すると、受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上の像がＫ’のようにずれて，その位置に対応する電気信号Ａ，Ｂが出力される。そして、この電気信号Ａ，Ｂから照射点Ｓ’ の基準面からの高さが検出され、照射点Ｓの高さとの差δも判る。
【００４０】
そして、図３（ｄ）に示すように、照射点Ｓが集光レンズ部Ｃ１とＣ２の境界部に対向する位置にくると、その照射点Ｓからの測定光は、二つの集光レンズ部Ｃ１，Ｃ２によってそれぞれほぼ平行なビームに収束されて結像レンズ部Ｆ１に入射する。このため、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の両端に像Ｋａ，Ｋｂが形成される。ここで、この２つの結像点Ｋａ，Ｋｂの受光面Ｐ１ａ上、縦方向に沿った位置はともに等しいので、受光素子Ｐ１からは像が１つの場合と同様にその縦方向の位置に対応した信号が出力される。
【００４１】
照射点Ｓが更に走査されると、図３（ｅ）に示すように、照射点Ｓが集光レンズ部Ｃ２に対向する範囲内まで移動する。すると、照射点Ｓからの測定光は、主に集光レンズ部Ｃ２によって収束され、その光軸に対し角度のある状態で結像レンズ部Ｆ１に入射される。そして、結像レンズＦ１は、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の一端側の位置で点状の像Ｋｂをつくる。
【００４２】
以下同様に、照射点Ｓが集光レンズアレイＣの走査方向に走査される間に、結像点Ｋは、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃ６ごとに受光面Ｐ１ａの走査方向幅の一端から他端まで移動する。これと同時に、測定対象物１０の表面１０ａの変位に応じて結像点Ｋが縦方向に移動する。
【００４３】
次に、結像点Ｋが受光素子Ｐ１の隣の受光素子Ｐ２に移動するときの作用について、図５〜図７を用いて説明する。なお、図中網で囲われている部分は、連続する集光レンズ部Ｃ６と集光レンズ部Ｃ７の境界近傍の領域を示す。
【００４４】
図５に示すように、照射点Ｓからの測定光は、主に集光レンズ部Ｃ６に入射される。集光レンズ部Ｃ６に入射された測定光は、平行光となって結像レンズ部Ｆ１に入射され、図３（ｃ）と同様に受光面Ｐ１ａに結像される。また集光レンズ部Ｃ７に入射された測定光は、平行光となって結像レンズ部Ｆ２に入射され、図３（ｃ）と同様に受光素子Ｐ２ａに結像されない。
【００４５】
そして、照射点Ｓが走査されて、図６に示すように測定光が集光レンズ部Ｃ６と集光レンズ部Ｃ７の境界近傍（網で囲われている部分）に入射された場合、測定光はそのレンズ部Ｃ６，Ｃ７の境界近傍から平行光となって結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２の境界近傍に入射される。このとき、結像レンズ部Ｃ６に入射された測定光は、図３（ｄ）の場合と同様、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の終端縁に結像される。一方、結像レンズ部Ｃ７に入射された測定光は、図３（ｄ）の場合と同様、受光面Ｐ２ａの走査幅方向の始端縁に結像される。
【００４６】
そして、更に照射点Ｓが走査されると、図７に示すように測定光は主に集光レンズ部Ｃ７に入射される。集光レンズ部Ｃ７に入射された測定光は、平行光となって結像レンズ部Ｆ２に入射され、図３（ｅ）と同様に受光面Ｐ２に結像される。また集光レンズ部Ｃ６に入射された測定光は、平行光となって結像レンズ部Ｆ１に入射され、図３（ｅ）と同様に受光面Ｐ２に結像されない。
【００４７】
以上のことから、本実施の形態の変位測定装置１では、結像レンズ径Ｄを拡大した単体の結像レンズを用いた場合に比べ、結像レンズアレイＦの開口及び焦点距離ｆ２を小さくできる。またこれにより、集光レンズアレイＣの開口を大きく、焦点距離ｆ１を小さくできる。したがって、複数の結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍで集光レンズアレイＣからの測定光を結像させるように構成することで、受光面Ｐａの受光幅ｗが小さく応答速度の速い受光素子群Ｐを用いることができる。これにより、走査速度を上げて受光素子群Ｐの信号出力に対する処理速度を上げることができ、測定時間を短縮することが可能となる。
【００４８】
特に、集光レンズアレイＣ，結像レンズアレイＦ及び受光素子群Ｐの配置関係が、不等式０＜（ｆ２／ｆ１）・ｄ＜ｗを満たすと、最適な結像特性が得られる。上記実施形態では、結像レンズ部１つに対して、６つの集光レンズ部を対応させていたが、上記不等式を満足する構成であれば集光レンズ部の個数は限定されない。
【００４９】
また、上記実施形態の集光レンズアレイＣは、複数の集光レンズ部Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎが合成樹脂あるいはガラスで一体成形されたものを用いたが、個別につくられた複数の集光レンズ部Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎを接着して一体化してもよく、また、各集光レンズ部Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎを接着せずに隙間のない状態で一列に並べたものであってもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、各結像レンズ部Ｆ１〜Ｆｍは、一方の面が実際に球面状に形成されているレンズを用いていたが、光をその光軸の周りに均等にしぼり込むことができる結像レンズであればよく、両面が球面または非球面のレンズを用いてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、結像レンズ部を、照射光の走査方向に沿って所定数の集光レンズ部ごとにアレイ状に構成することにより、照射点の走査幅を拡大して測定対象に対して高精度で高速かつ短時間の変位測定を図ることができる。
【００５２】
また、受光素子群を、対応する結像レンズアレイから焦点距離離れた位置に設けることにより、集光レンズアレイで収束された測定光を、収差の少ない状態で受光面上に結像させることができる。
【００５３】
更に、複数の集光レンズ部が、互いに平行な光軸を有し、それぞれ照射点から焦点距離離れた位置において各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、集光レンズアレイを構成することにより、受光面の幅を小さくして応答速度の速い受光素子を用いることができ、またこれにより、走査速度を上げて受光素子の信号出力に対する処理速度の向上及び測定時間の短縮を図ることができる。
【００５４】
また、複数の結像レンズ部が、互いに平行な光軸を有し、それぞれ所定数の集光レンズ部の各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、結像レンズアレイを構成することにより、各結像レンズ部及び各集光レンズ部のＦ数を一定にして結像特性の向上及び受光面の応答特性の向上され、受光量及び両焦点距離を変えることなく広領域の変位測定を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の変位測定装置の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の受光手段の概略図である。
【図３】本発明による実施の形態の受光手段における照射点の走査に対応した結像点を示した上面図である。
【図４】本発明による実施の形態の受光手段における照射点に対応した結像点を示した側面図である。
【図５】連続する結像レンズ部の境界近傍における作用を示す図である。
【図６】連続する結像レンズ部の境界近傍における作用を示す図である。
【図７】連続する結像レンズ部の境界近傍における作用を示す図である。
【図８】従来の変位測定装置の概略図である。
【図９】結像レンズの明るさが一定の場合における、従来の受光手段と結像レンズ径を拡大した受光手段とを比較した図である。
【符号の説明】
１…変位測定装置、２…投光手段、６…受光手段、１０ａ…測定対象面、Ｃ…集光レンズアレイ、Ｃ１〜Ｃｎ…集光レンズ部、Ｆ…結像レンズアレイ、Ｆ１〜Ｆｎ…結像レンズ部、Ｐ…受光素子群、Ｐ１〜Ｐｍ…受光素子、Ｐ１ａ〜Ｐｍａ…受光面、Ｋ…結像点、Ｓ…照射点、ｆ１…集光レンズアレイの焦点距離、ｆ２…結像レンズアレイの焦点距離

Claims

測定対象面に照射光を照射し、受光素子の受光面上に形成された結像点の検出位置に基づき、前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
照射光により前記測定対象面上に形成される照射点を走査する投光手段（４）と、
前記照射点からの測定光を受光素子の受光面上で受光して結像点を形成する受光手段（Ｐ）とを有し、
該受光手段は、
光軸廻りに均等な結像特性を有する複数の集光レンズ部（Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎ）が前記照射光の走査方向に沿って構成され、前記測定光を収束させる集光レンズアレイ（Ｃ）と、
光軸廻りに均等な結像特性を有する複数の結像レンズ部（Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｍ）が前記照射光の走査方向に沿って所定数の前記集光レンズ部ごとに構成され、前記収束された測定光を前記受光面上に結像させる結像レンズアレイ（Ｆ）と、
前記受光素子を前記結像レンズ部ごとに有する受光素子群（Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｍ）と、
を備えていることを特徴とする変位測定装置。
前記複数の集光レンズ部は、互いに平行な光軸を有し、それぞれ前記照射点から焦点距離離れた位置において前記各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、前記集光レンズアレイを構成することを特徴とする請求項１記載の変位測定装置。
前記複数の結像レンズ部は、互いに平行な光軸を有し、それぞれ前記所定数の集光レンズ部から所定距離離れた位置において前記各光軸と直交する一直線上に並列配置されて、前記結像レンズアレイを構成することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の変位測定装置。
前記集光レンズアレイ，前記結像レンズアレイ及び前記受光素子群の配置関係が、０＜（ｆ２／ｆ１）・ｔ＜ｗで表されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の変位測定装置。
但し、前記各受光面の走査方向と平行な走査幅ｗ，前記各集光レンズ部の走査方向と平行なレンズ幅ｔ，前記集光レンズアレイの焦点距離ｆ１，前記結像レンズアレイの焦点距離ｆ２とする。