JP3840619B2

JP3840619B2 - 変位計

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Publication number: JP3840619B2
Application number: JP16444995A
Authority: JP
Inventors: 雅彦秋山
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JPH08320208A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば金属、樹脂、紙、セラミック等の被測定物の表面に光を投射して、被測定物の表面の変位を測定する変位計に関するものである。ただし、ここで用いる「表面」とは、投射された光が反射する面、即ち界面のことをいう。例えば、ガラス等の透光性のある物質に光を投射した場合、ガラスの表面と裏面で反射が起こるがこの２つの面の両方ともに表面とみなす。
【０００２】
【従来の技術】
金属、樹脂等の被測定物の表面の変位を測定する装置には、例えば合焦点検出型非接触変位計が実用されている。
図１３は、雑誌「光技術コンタクトＶｏｌ．２６，Ｎｏ．１１（１９８８）」第７７５頁に示されているフーコー法による合焦点検出型非接触変位計の模式的構成図である。レーザダイオード１の出射光は、レンズ２と光波分割プリズム３と、レンズ４とを通って被測定物５へ投射される。
【０００３】
被測定物５からの反射光は、光波分割プリズム３で反射した後、光波分割プリズム６を通り、被測定物５に投射した光の合焦点を検出する、夫々が２分割のホトダイオード７ａ，７ｂへ入射する。ホトダイオード７ａ，７ｂで光電変換された電気信号は差動アンプ８へ入力される。制御部９はレンズ位置制御回路９ａとデータ処理回路９ｂと表示回路９ｃとで構成されており、レンズ位置制御回路９ａには差動アンプ８の出力信号が入力される。レンズ位置制御回路９ａから出力される制御信号は、レンズ４を光軸方向へ上、下動させる電磁コイル１０へ与えられる。
【０００４】
次にこの非接触変位計の動作を説明する。レーザダイオード１から被測定物５へ光を投射すると、被測定物５からの反射光は光波分割プリズム３で反射してホトダイオード７ａ，７ｂへ入射する。ここでレンズ４と被測定物５との距離が変化すると、被測定物からの反射光束の広がり角が変化して、ホトダイオード７ａ，７ｂの受光量に差が生じる。そして差動アンプ８から受光量の差に応じた信号が出力されてレンズ位置制御回路９ａへ入力される。そして、被測定物５に、レーザダイオード１からの出射光の合焦点が生じたときにはホトダイオード７ａ，７ｂの各受光量が等しくなり、差動アンプ８の出力信号が消滅する。
【０００５】
このようにして、ホトダイオード７ａ，７ｂの受光量に基づいてレーザダイオード１が出射した光の合焦点が被測定物に生じているか否かを検出することになる。そこでホトダイオード７ａ，７ｂの受光量が等しくなるように、つまり被測定物に合焦点が生じるようにレンズ位置制御回路９ａからの制御信号により電磁コイル１０を駆動してレンズ４の位置を上、下動させれば、レンズを上下動させる制御量が被測定物の表面の変位に対応することになり、その制御量により、被測定物の表面の変位を測定している。
【０００６】
しかしながら被測定物５に投射した光が被測定物５の内部に潜り込む、所謂潜り光が発生した場合は、被測定物５の表面には潜り光による３次元の光の拡がりが生じることになって、２つのホトダイオード７ａ，７ｂの夫々は合焦点が生じている光と、潜り光により拡がっている光とを受光することになり、ホトダイオード７ａ，７ｂの受光量に差が生じる。
ここでいう、「潜り光」は、上述した「表面」による反射光とは別のものであり、例えば、物質の中に入り界面でない部分で反射し、この物質外に出る光は、「表面」による反射光とはいわず、「潜り光」となる。
【０００７】
一方、それとは別にレーザダイオード１内等で迷光が発生している場合は、被測定物５の表面に合焦点が生じている位置の近くに迷光が投射され、そのため２つのホトダイオード７ａ，７ｂは、合焦点が生じている光と、迷光による光とを受光して、この場合もホトダイオード７ａ，７ｂの受光量に差が生じる。そのため、潜り光又は迷光が生じている場合には、レーザダイオード１が出射した光の合焦点が被測定物５に生じていても、２つのホトダイオード７ａ，７ｂの受光量が等しくならず、被測定物５の表面の変位を測定した値に誤差が生じるという問題がある。
ここで言う迷光とは光学機器内で発生する正規の屈折又は反射以外の原因により発生する望ましくない光を指す。
【０００８】
この問題を解決するため図１に示すような測定方法が提案されている。図１に示すようにレーザダイオードＣからの出射光をビームスプリッタＤ、レンズＬ及びレンズＡを通して被測定物Ｂに対して収束させ投射する。レンズＡを所定振幅で矢符で示す光軸方向に振動させると、レンズＡの位置は図２に示す曲線Ｑのように変化する。そしてレンズＡと被測定物Ｂとの距離が変化する。被測定物Ｂからの反射光はビームスプリッタＤで反射して光絞り部Ｆを通って受光部Ｅに入射する。レンズＡの振動の１周期内に、被測定物Ｂに投射した光の合焦点が被測定物Ｂ上に２回生じ、合焦点が生じる都度、受光部Ｅの受光量が最大になる。即ち、レンズＡと被測定物Ｂとが所定距離になったときに被測定物Ｂ上に合焦点が生じる。
【０００９】
そこで、被測定物Ｂの表面の変位（高さ）が高，中，低の３段階であるとして、その低の高さ位置に光を投射している場合は、レンズＡが被測定物Ｂに最接近する前、後の各時点で被測定物Ｂに合焦点が生じて受光部Ｅの受光量が最大となり、図３（ａ）に示すように合焦点検出信号Ｚ，Ｚが発生する。また、中の高さ位置に光を投射している場合は、レンズＡが被測定物Ｂに最接近する時点と、最離反する時点との中間時点で被測定物Ｂに合焦点が生じて受光部Ｅの受光量が最大となり、図３（ｂ）に示すように合焦点検出信号Ｚ，Ｚが発生する。更に、高の高さ位置に光を投射している場合は、レンズＡが被測定物Ｂに最離反する前、後の各時点で、被測定物Ｂに合焦点が生じて受光部Ｅの受光量が最大となり、図３（ｃ）に示すように合焦点検出信号Ｚ，Ｚが発生する。
これにより、合焦点検出信号Ｚ，Ｚが発生した時点のレンズＡの位置、つまりレンズＡの振幅が光学系の基準位置から被測定物までの距離に対応し、被測定物Ｂを光軸と直交する方向へ移動させると、被測定物Ｂの表面の変位を測定できる。
【００１０】
以下この従来の変位計の構成及び動作について図面を用いて詳述する。図４は従来の変位計の模式的構成図である。レーザパワー制御回路１１で駆動されるレーザダイオード１２の出射光は、ビームスプリッタ１３と、レンズ１４及びレンズ１５とを順次通過して、被測定物１６に投射されるようになっている。被測定物１６からの反射光はレンズ１５と、レンズ１４とを通ってビームスプリッタ１３で反射し、ピンホール１７ａを形成している光絞り部１７のピンホール１７ａを通ってホトダイオード１８へ入射するようになっている。ピンホール１７ａの大きさφは、次式により可及的に微小な径になすべく選定している。ここで用いられているピンホールは、直径数マイクロメートル程度の微少な大きさの穴を指し、レンズにより収束された出射光のビーム径と同程度の大きさである。
φ＝０．６１×レーザダイオードの光の波長／ＮＡ …（１）
但し、ＮＡは開口数であり、光学系で示される定数である。この式は「レイリーの分解能限界」により導出されるものである。
【００１１】
ホトダイオード１８で光電変換した信号は増幅器１９へ入力され、その出力信号Ｘは演算部２０へ入力されるようになっている。Ｕ字状をした音叉２１の一側長寸部の先端にはレンズ１５の周縁部分が取付けられている。レンズ１５は、音叉２１の振動により、レーザダイオード１２の出射光の光軸方向に所定振幅で振動させられるようになっている。音叉２１の一側長寸部の先端側の側方には、例えば磁気、光又は静電容量を利用したセンサからなる、位置検出部たる音叉振幅検出器２２が配設されていて、音叉２１の振幅、つまりレンズ１５の位置を検出するようになっている。音叉振幅検出器２２が検出した検出振幅信号は増幅器２３へ入力され、その出力信号Ｙは演算部２０へ入力される。音叉２１の他側長寸部の先端側の側方には、音叉２１を振動させるためのソレノイド２４が配設されている。
【００１２】
ソレノイド２４には音叉振幅制御回路２５からの制御電流が供給され、音叉振幅制御回路２５には増幅器２３の出力信号が与えられて音叉２１の振幅を一定になすべく制御されるようになっている。演算部２０で捉えて出力される変位信号は距離変換部５０へ入力されるようになっている。
【００１３】
図５は演算部２０の構成を示すブロック図である。演算部２０へ入力される増幅器１９（図４参照）の出力信号Ｘは微分器３０と、第１の比較器３１の正入力端子＋とに入力される。比較器３１の負入力端子−には基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。微分器３０の出力信号Ｓ３０は第２の比較器３２の負入力端子−へ入力される。比較器３２の正入力端子＋は接地されている。比較器３１，３２の出力信号Ｓ３１、Ｓ３２はＡＮＤ回路３３の一側入力端子、他側入力端子へ各別に入力され、その出力信号Ｓ３３はワンショットパルス発生回路３４へ入力される。ワンショットパルス発生回路３４が出力するワンショットパルスＳ３４は、オン，オフ制御信号としてスイッチＳＷへ与えられる。
【００１４】
増幅器２３（図４参照）からの出力信号Ｙは、増幅器３５と、スイッチＳＷとを介して増幅器３６へ入力される。増幅器３６の入力側はコンデンサ３７を介して接地されている。増幅器３６とコンデンサ３７とによりサンプルホールド回路３８を構成しており、増幅器３６から変位信号Ｓ３８が出力されるようになっている。
【００１５】
次にこのように構成した変位計の動作を説明する。
音叉振幅制御回路２５からソレノイド２４に電流を供給すると、ソレノイド２４により磁界が発生する。この発生磁界により音叉２１が所定振幅で振動し、レンズ１５を、それを通る光の光軸方向へ振動させる。音叉振幅検出器２２は音叉２１の振幅、即ちレンズ１５の振幅を検出し、レンズ１５の振幅たる正弦波信号を出力する。この正弦波信号を、増幅器２３で増幅し、増幅器２３から出力される出力信号Ｙを演算部２０へ入力させる。
【００１６】
一方、レーザパワー制御回路１１からレーザダイオード１２に駆動電流を供給すると、レーザダイオード１２はレーザ光を出射する。この出射光はビームスプリッタ１３、レンズ１４及びレンズ１５を通って被測定物１６へ投射される。被測定物１６で反射した反射光はレンズ１５とレンズ１４を通ってビームスプリッタ１３で反射して光絞り部１７側へ投射され、ピンホール１７ａを透過した光のみがホトダイオード１８へ入射する。そのため、ホトダイオード１８には、被測定物１６で生じた潜り光及びレーザダイオード１２で発生した迷光による反射光はピンホール１７ａで遮られてピンホール１７ａを通らずホトダイオード１８には、被測定物１６に生じた合焦点の光のみが入射することになる。
【００１７】
ところで、レンズ１５が振動させられているために、レンズ１５と被測定物１６との距離が変化し、所定距離に達した時点で、被測定物１６に投射した光の合焦点が被測定物１６に生じると、ホトダイオード１８の受光出力は瞬時に最大となり、この受光出力に応じた信号が増幅器１９へ入力され、増幅器１９から図６（ａ）に示す出力信号Ｘが出力され演算部２０へ入力される。
【００１８】
このようにして出力信号Ｘ、出力信号Ｙが演算部２０へ入力されると、出力信号Ｘは微分器３０により微分されて微分器３０から図６（ｂ）に示すような逆Ｓ字状をした微分波形の出力信号Ｓ３０が出力される。そして出力信号Ｘの最大値が、出力信号Ｓ３０のゼロクロス時点Ｔ０により検出されて、被測定物１６に投射した光の合焦点が生じた時点を正確に検出することになる。この出力信号Ｓ３０が比較器３２へ入力され、比較器３２は出力信号Ｓ３０と接地電位とを大小比較して、比較器３２から出力信号Ｓ３０のゼロクロス時点Ｔ０で立上り、出力信号Ｓ３０の負の半周期の期間に対応するパルス幅の図６（ｄ）に示すパルスの出力信号Ｓ３２を出力する。
【００１９】
一方、比較器３１は、出力信号Ｘと基準電圧Ｖｒｅｆとを大小比較し、比較器３１から、出力信号Ｘが基準電圧Ｖｒｅｆ以上にある期間に対応するパルス幅の図６（ｃ）に示す出力信号Ｓ３１を出力する。これらの出力信号Ｓ３１、Ｓ３２の論理が成立するとＡＮＤ回路３３から図６（ｅ）に示すパルスの出力信号Ｓ３３を出力して、ワンショットパルス発生回路３４へ入力する。それによりワンショットパルス発生回路３４は、出力信号Ｓ３３の立上りに同期して立上る図６（ｆ）に示すワンショットパルスＳ３４を出力する。そしてこのワンショットパルスＳ３４によりスイッチＳＷをオンさせる。
【００２０】
そうすると、出力信号Ｙを増幅した増幅器３５の出力信号ＹがスイッチＳＷを介してサンプルホールド回路３８へ入力され、サンプルホールド回路３８は出力信号Ｙの信号レベルをサンプリングして保持し、増幅器３５で増幅して変位信号Ｓ３８を出力する。これにより出力信号Ｓ３０のゼロクロス時点における出力信号Ｙのレベル、即ち対物レンズ１５の振幅をサンプリングすることになる。そしてサンプリングした変位信号Ｓ３８を距離変換部５０へ入力して、変位信号Ｓ３８を、変位信号Ｓ３８に応じた距離に変換して、被測定物１６の表面の変位を測定する。
【００２１】
図７は出力信号Ｙ、ワンショットパルスＳ３４及び変位信号Ｓ３８のタイミングチャートである。前述したようにレンズ１５の位置（振幅）に対応して図７（ａ）に示すように出力信号Ｙが変化しているときに、被測定物１６に合焦点が生じた時点で図７（ｂ）に示すワンショットパルスＳ３４が発生すると、その時点の出力信号Ｙのレベルがサンプリングされる。そして被測定物１６を光軸と直交する方向へ移動させると、被測定物１６の表面の変位に応じて、変位信号Ｓ３８は図７（ａ）に示すように階段状に変化して、変位信号Ｓ３８のレベルと、被測定物１６の表面の変位とが対応する。そのため出力信号Ｙのレベルをサンプリングすれば、出力信号Ｙのレべルに応じて被測定物１６の変位を高精度に測定できる。
【００２２】
また、レンズ１５を振動させておいて、合焦点が生じた時点の出力信号Ｙのレベルをサンプリングして被測定物１６の表面の変位を測定するから、その変位を高速度に測定できる。
【００２３】
図８は演算部２０の他の構成を示すブロック図である。
出力信号Ｘはピーク検出回路４０へ入力され、ピーク検出回路４０から出力されるピーク検出信号ＳＰは第１のカウンタ４１へ入力され、そのカウント値は演算回路４２へ入力される。一方、出力信号Ｙはゼロクロス検出回路４３へ入力され、ゼロクロスを検出したゼロクロス検出信号Ｓ０は第１のカウンタ４１及び第２のカウンタ４４へ与えられる。カウンタ４４のカウント値は演算回路４２へ入力される。
【００２４】
そして演算回路４２から演算結果たる位相信号Ｓ４２が出力され距離変換部５０へ入力されるようになっている。カウンタ４１はラッチ部を備えており、カウント値を２回ラッチでき、ゼロクロス検出信号Ｓ０によりカウント値がクリアされるようになっている。カウンタ４４はラッチ部を備えており、カウント値を１回ラッチでき、ゼロクロス検出信号Ｓ０によりカウント値がクリアされるようになっている。
【００２５】
次にこのように構成した演算部を用いた場合の変位計の動作を、出力信号Ｙ、ピーク値検出信号ＳＰ及びゼロクロス検出信号Ｓ０のタイミングチャートを示す図９とともに説明する。
いま、レンズの位置（振幅）に応じた図９（ａ）に示す出力信号Ｙがゼロクロス検出回路４３へ入力されると、出力信号Ｙのゼロクロス時点が検出されて、ゼロクロス検出回路４３から図９（ｃ）に示すゼロクロス検出信号Ｓ０が出力される。それによりカウンタ４１，４４のカウント値がクリアされ、続いてカウンタ４１，４４はカウント動作を開始して時間をカウントしていく。そしてカウンタ４４は、１回目のゼロクロス検出信号Ｓ０が与えられた時点から２回目のゼロクロス検出信号Ｓ０が与えられる時点までの時間、つまり出力信号Ｙの１周期の時間ｔ３をカウントしてそのカウント値をラッチ部にラッチさせる。
【００２６】
一方、被測定物１６に合焦点が生じたときに得られる出力信号Ｘがピーク検出回路４０入力れると、ピーク検出回路４０は出力信号Ｘのピーク値を検出し、ピーク検出信号ＳＰを出力してカウンタ４１へ入力する。これによりカウンタ４１は１回目のピーク検出信号ＳＰが入力された時点までのカウント値ｔ１をカウンタ４１のラッチ部にラッチさせる。更に２回目のピーク検出信号ＳＰが入力された時点までのカウント値ｔ２をカウンタ４１のラッチ部にラッチさせる。このようにしてラッチしたカウント値ｔ１，ｔ２，ｔ３を演算回路４２へ入力する。それにより、演算回路４２は入力されたカウント値ｔ１，ｔ２，ｔ３により、ｓｉｎ−１（ｔ１／ｔ３）及びｓｉｎ−１（ｔ２／ｔ３）を演算してピーク検出信号ＳＰの出力時点の出力信号Ｙの位相を算出する。
【００２７】
このように算出した出力信号Ｙの位相は被測定物１６に合焦点が生じた時点の出力信号Ｙのレベル、つまりレンズ１５の位置に対応する。そして、演算結果である位相信号Ｓ３８が演算部２０（演算回路４２）から出力されて距離変換部５０へ入力され、距離に変換して被測定物１６の表面の変位を測定する。このようにして出力信号Ｘのピーク値を検出した時点の出力信号Ｙの位相を求めても被測定物１６の表面の変位を測定できる。
【００２８】
なお、被測定物１６からの反射光をピンホール１７ａを透過してホトダイオード１８へ入射させた場合には、潜り光又は迷光によって被測定物１６の光投射位置に光の拡がりが生じていても、合焦点が生じたときの強い光のみがホトダイオード１８に入射し、潜り光及び迷光による反射光により、ホトダイオード１８の受光出力が変化することがなく被測定物の表面の変位を誤差を与えずに測定できる。
【００２９】
図１０は加振部の他の従来例の構成図である。
音叉２１の一側長寸部の外側面及び他側長寸部の外側面夫々に圧電素子ＣＭを固着しており、この圧電素子ＣＭに電圧を印加することにより音叉２１を振動させることができる。
【００３０】
図１１は加振部の更に他の従来例の構成図である。音叉２１の各側長寸部の先端にはレンズ１５及びレンズ１４の周縁部分をそれぞれ取付けている。そしてレンズ１５及びレンズ１４をともに振動させ得るようになしている。このようにすると音叉２１の各一側長寸部間の重量を平衡させ得て、音叉を効率良く振らせることができる。
【００３１】
図１２は光絞り部１７の他の従来例の構成図である。所定長で直線状に開設したスリットＳＬＴとなっており、スリットＳＬＴの開口幅はピンホール１７ａの直径と略同寸に形成されている。このようなスリットＳＬＴを用いた場合は、被測定物からの反射光が若干余分に通過し受光部の受光性能が僅かに低下するが、被測定物からの特定の反射光を通すための組立時における位置調整が容易になる。
【００３２】
このような、潜り込み光や迷光に対する測定誤差は図１に示すように受光部Ｅの前方に光絞り部Ｆを配置し、かつ合焦点時の対象物へ照射されるレーザ光のスポットの大きさを小さくし、潜り込み光や迷光が受光部Ｅにより受光されることのないようにして解消されている。
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかし、このように潜り込み光や迷光の影響を排除しても、図１４に示すように透光性のある物質５０を通して対象物１６の表面の変位を測定する場合、透光性のある物質５０をレーザ光が通過するとき、この物質により屈折し、光束に収差が生じる。従ってレーザ光のスポットの大きさを１点に収束することが出来なくなる。
【００３４】
図１４において、波線は透光性のある物質５０がない時のレーザ光が収束する状態を示しており、実線は透光性のある物質５０がある時のレーザ光が収束する状態を示している。図１４からわかるように、透光性のある物質５０がある場合は、収差が生じるためレーザ光を対象物１６上で１点に収束させることが出来ず、測定精度が低下するという問題がある。
【００３５】
本発明はかかる問題に鑑み、従来の合焦点を利用した表面の変位を測定する変位計において透光性の物質を通して対象物の表面の変位を測定できる変位計を提供し、さらには、透光性のある物質がある時とない時の両方の場合において精度よく表面の変位を測定する変位計を提供することを目的とする。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる変位計は、発光部が出射した光を収束させ、被測定物に投射させるレンズと、被測定物からの反射光を受光する受光部とを有し、該受光部が受光した受光量に基づき透光性の物質を通して被測定物の表面の変位を測定する変位計において、前記レンズのうち少なくとも１枚のレンズを略光軸方向に移動させる移動手段と、該移動手段により移動されるレンズの位置を検出する位置検出部と、被測定物からの反射光を受光する受光部の前方に配置された第１の光絞り部と、前記位置検出部が出力する検出位置信号を、前記受光部の受光量の最大時点で捉える手段と、捉えた検出位置信号に基づいて被測定物の表面の変位を求める手段と、前記レンズの前方又は後方に配置され、配置されている部分の前記発光部が出射した光の光束の直径に対して穴が小さく設定され、前記発光部が出射した光の光軸に対して外周部分を通過して前記被測定物に照射される光を排除し、前記透光性の物質を通過するときの収差の影響を改善する第２の光絞り部とを備え、前記透光性の物質を通して前記被測定物の表面の変位を測定する場合には、前記第２の光絞り部を配置し、前記透光性の物質を通さずに前記被測定物の表面の変位を測定する場合には、前記第２の光絞り部を配置しない
ことを特徴とする。
【００３７】
【作用】
本発明では、出射した光を収束させるレンズを略光軸方向に所定振幅で振動させると、振動させられたレンズと被測定物との距離が変化する。このレンズと被測定物とが所定距離に達したとき、被測定物に対して振動させられたレンズ及び第２の光絞り部を通して収差の影響が改善された収束光が投射される。この時スポットの大きさは小さくされており、投射された光の合焦点が透光性のある物質を介して被測定物に生じる。被測定物からの反射光が第１の光絞り部へ投射されて、潜り光及び迷光によって被測定物に生じた反射光が遮られる。そして合焦点が生じている合焦点位置からの反射光のみが第１の光絞り部を通過し、それを受光部が受光し、受光部の受光量が最大になる。そして、受光量が最大になった時点のレンズの位置が、光学系の基準位置から被測定物までの距離に対応する。被測定物を光軸と直交する方向へ移動させると被測定物の表面の変位を測定できる。
【００３８】
さらに、第２の光絞り部を着脱可能又はスライド可能にすることにより透光性のある物質のある時とない時の両方において収差の影響のない変位計を実現することが出来る。
【００３９】
即ち、透光性のある物質がない時は、ＮＡを大きくすることにより、より小さく収束された光スポットを被測定物の表面に投射することができる。
一方、透光性のある物質のある時は、ＮＡは第２の光絞り部により小さくなるものの、収差の影響を抑え、小さく収束された光スポットを被測定物の表面に投射できるので測定精度の悪化を抑えることができる。
【００４０】
【実施例】
以下本発明をその実施例を示す図面により詳述する。図１５は本発明に係る変位計の模式的構成図である。図４の構成に加えてレンズ１５の前方に第２の光絞り部２９が配置されている。またこの第２の光絞り部２９は、所定の直径を有する穴で構成されており、他の光学系に対してＶ方向にスライド可能に装着されている。この穴は透光性のある物質を通して対象物の表面の変位を測定する時にレーザの光軸上に移動させて配置することが出来、レーザの光束を絞ることが出来るようになっている。
【００４１】
この穴は、例えば直径数ミリメートル程度であり、第２の光絞り部２９が配置されている部分の光束の直径に対して小さく設定されており、好ましくは前記光束の直径の半分程度であることが望ましい。
【００４２】
このことにより、図１４の実線で示される光束のうち、光軸に対して外周部分を通過して対象物に照射されていたレーザ光が排除され、レーザ光の収差が第２の光絞り部２９がなかったときと比較して小さくなる。従って、透光性の物質を通して対象物の表面の変位を測定するときの測定精度を向上させることが出来る。
【００４３】
さらに、前述したように第２の光絞り部２９はスライド可能に装着されているので、透光性の物質が存在しないときには第２の光絞り部２９を光軸を含む光束から退避させることにより測定精度を下げることなく変位を測定できる。
【００４４】
また、この第２の光絞り部２９は実施例においてはレンズ１５の前方に配置されていたが、レンズ１５の後方であっても、さらにこの実施例では複数枚のレンズから構成されているので、レンズ１４の後方であってもよい。即ち、複数枚のレンズがある時は、隣接するレンズ間に第２の光絞り部２９が配置されていてもよい。
【００４５】
さらに、この第２の光絞り部２９は実施例においては穴であったが、図１２の第１の光絞り部としてのスリットと同様に前記の穴の直径と同程度の幅を有するの矩形上のスリットであってもよい。
【００４６】
加えて、この第２の光絞り部２９は、スライド可能に構成されているが、着脱可能であるように構成されていてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、従来の変位計に加えて第２の光絞り部を備え、この光絞り部をレンズの前方又は後方に配置し、さらにスライド可能又は着脱可能にしたので、透光性の物質のない時に加えて、ある場合であっても、測定対象物の表面の変位を精度よく測定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の変位測定方法の原理の説明図である。
【図２】図１のレンズＡの振幅を示す信号の波形図である。
【図３】合焦点が生じたときの受光部の受光量変化と、レンズＡの振幅との関係を示す波形図である。
【図４】従来の変位計の模式的構成図である。
【図５】演算部の構成を示すブロック図である。
【図６】演算部における各部信号波形である。
【図７】演算部における各部信号のタイミングチャートである。
【図８】演算部の他の構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示す演算部における各部信号のタイミングチャートである。
【図１０】加振部の他の従来例を示す構成図である。
【図１１】加振部の他の従来例を示す構成図である。
【図１２】第１の光絞り部の他の従来例を示す構成図である。
【図１３】従来の非接触変位計の模式的構成図である。
【図１４】透光性のある物質を通して対象物の表面の変位を測定する時に発生する収差の発生を説明するための模式図である。
【図１５】本発明に係る変位計の模式的構成図である。
【符号の説明】
１２レーザダイオード
１４，１５レンズ
１６被測定物
１７第１の光絞り部
１８ホトダイオード
２０演算部
２１音叉
２２音叉振幅検出器
２４ソレノイド
２９第２の光絞り部

Claims

発光部が出射した光を収束させ、被測定物に投射させるレンズと、
被測定物からの反射光を受光する受光部とを有し、
該受光部が受光した受光量に基づき透光性の物質を通して被測定物の表面の変位を測定する変位計において、
前記レンズのうち少なくとも１枚のレンズを略光軸方向に移動させる移動手段と、
該移動手段により移動されるレンズの位置を検出する位置検出部と、
被測定物からの反射光を受光する受光部の前方に配置された第１の光絞り部と、
前記位置検出部が出力する検出位置信号を、前記受光部の受光量の最大時点で捉える手段と、
捉えた検出位置信号に基づいて被測定物の表面の変位を求める手段と、
前記レンズの前方又は後方に配置され、配置されている部分の前記発光部が出射した光の光束の直径に対して穴が小さく設定され、前記発光部が出射した光の光軸に対して外周部分を通過して前記被測定物に照射される光を排除し、前記透光性の物質を通過するときの収差の影響を改善する第２の光絞り部とを備え、
前記透光性の物質を通して前記被測定物の表面の変位を測定する場合には、前記第２の光絞り部が配置され、
前記透光性の物質を通さずに前記被測定物の表面の変位を測定する場合には、前記第２の光絞り部が配置されない
ことを特徴とする変位計。
前記移動手段は前記移動されるレンズを所定振幅で振動させる加振手段であり、前記加振手段は前記移動されるレンズを連結した音叉と、
該音叉を駆動するソレノイド又は圧電素子とにより構成してある請求項１記載の変位計。
前記加振手段の前記音叉の一端及び他端に前記移動されるレンズをそれぞれ連結してある請求項２記載の変位計。
前記第１の光絞り部を、ピンホール又はスリットにより形成して構成してある請求項１ないし請求項３記載の変位計。
前記第２の光絞り部を、穴又はスリットにより形成して構成してある請求項１ないし請求項４記載の変位計。
前記第２の光絞り部である穴の直径又はスリットの幅が前記第２の光絞り部が配置される位置における光束の直径に対して略半分である様に構成されている請求項５記載の変位計。
前記第２の光絞り部をスライドさせるスライド手段を備える請求項１ないし請求項６記載の変位計。
前記第２の光絞り部が着脱可能である請求項１ないし請求項６記載の変位計。