JPH0124242B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0124242B2 JPH0124242B2 JP5406782A JP5406782A JPH0124242B2 JP H0124242 B2 JPH0124242 B2 JP H0124242B2 JP 5406782 A JP5406782 A JP 5406782A JP 5406782 A JP5406782 A JP 5406782A JP H0124242 B2 JPH0124242 B2 JP H0124242B2
- Authority
- JP
- Japan
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- optical fiber
- lens system
- light
- optical
- face
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- Expired
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 35
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光線を用いて非接触的に物体の位置を
測定する光学式位置測定装置に関する。
測定する光学式位置測定装置に関する。
物体の位置または寸法を非接触的に測定する方
法としては空気マイクロメータあるいは顕徴鏡に
より拡大する方法等が提案されているが、前者で
は形状の複雑なものの測定には種々の支障があ
り、また、後者では電気的信号に変換することが
難しいために、生産工程における連続測定等への
応用は効率的でない欠点がある。
法としては空気マイクロメータあるいは顕徴鏡に
より拡大する方法等が提案されているが、前者で
は形状の複雑なものの測定には種々の支障があ
り、また、後者では電気的信号に変換することが
難しいために、生産工程における連続測定等への
応用は効率的でない欠点がある。
本発明は従来の上記欠点を除去する為になされ
たものであり、従つて本発明の目的は、光の反射
量を電気的に処理することにより物体の位置を高
精度で、非接触的にしかも連続的に測定すること
ができる新規な測定装置を提供することにある。
たものであり、従つて本発明の目的は、光の反射
量を電気的に処理することにより物体の位置を高
精度で、非接触的にしかも連続的に測定すること
ができる新規な測定装置を提供することにある。
上記目的を達成する為に、本発明に係る光学式
位置測定装置は、レンズ系手段と、該レンズ系手
段の概ね光軸上に一端面を有する光フアイバ手段
と、該光フアイバ手段に結合された光源手段およ
び光検出器手段と、前記光フアイバ手段の端面の
位置を前記レンズ系手段の光軸に沿う方向に周期
的に往復させる走査手段と、前記光検出手段の受
光光量が最大となる前記走査手段の基準位置に対
する走査位置を検出する手段とを備えて構成され
る。
位置測定装置は、レンズ系手段と、該レンズ系手
段の概ね光軸上に一端面を有する光フアイバ手段
と、該光フアイバ手段に結合された光源手段およ
び光検出器手段と、前記光フアイバ手段の端面の
位置を前記レンズ系手段の光軸に沿う方向に周期
的に往復させる走査手段と、前記光検出手段の受
光光量が最大となる前記走査手段の基準位置に対
する走査位置を検出する手段とを備えて構成され
る。
本発明は光の反射量を電気的に処理することに
より物体の位置を数μｍ程度の精度で非接触に測
定するものであり、光学式であるが表面での反射
を用いるために、投影法にみられる様な画像の焦
点ずれ（ピンボケ）による測定誤差は少い。
より物体の位置を数μｍ程度の精度で非接触に測
定するものであり、光学式であるが表面での反射
を用いるために、投影法にみられる様な画像の焦
点ずれ（ピンボケ）による測定誤差は少い。
次に本発明をその良好な一実施例について図面
を参照しながら詳細に説明する。
を参照しながら詳細に説明する。
第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明の原理を説明す
る図である。
る図である。
いま同図ａにおいて、光源１より出た光は光フ
アイバ２、光結合器３、光フアイバ４を経てレン
ズ系７の方向へ出射する。この光フアイバ端面の
レンズ系７による像が被測定物の面Ｓの上に結像
されていると、面Ｓが鏡面であるとすれば、これ
による反射光は、図示の通り丁度反対方向へ進
み、再び前記の光フアイバ端面に入射し、光フア
イバ４、光結合器３を経て光検出器６へ入射し出
力信号Ｖが得られる。
アイバ２、光結合器３、光フアイバ４を経てレン
ズ系７の方向へ出射する。この光フアイバ端面の
レンズ系７による像が被測定物の面Ｓの上に結像
されていると、面Ｓが鏡面であるとすれば、これ
による反射光は、図示の通り丁度反対方向へ進
み、再び前記の光フアイバ端面に入射し、光フア
イバ４、光結合器３を経て光検出器６へ入射し出
力信号Ｖが得られる。
ここで光フアイバ４の端面が、図中に矢印Ｘに
て示す様に、レンズ系７の光軸方向に動いたとす
ると、光フアイバ４が図中で左の方向へ動いた同
図ｂの状態では、図示の通りまず端面の結像点が
反射面Ｓの左側へずれ、このため更に、その反射
光の結像点は図の様にレンズ側へずれるため、実
際に光フアイバ内へ入射する光はａの状態より低
いものとなる。
て示す様に、レンズ系７の光軸方向に動いたとす
ると、光フアイバ４が図中で左の方向へ動いた同
図ｂの状態では、図示の通りまず端面の結像点が
反射面Ｓの左側へずれ、このため更に、その反射
光の結像点は図の様にレンズ側へずれるため、実
際に光フアイバ内へ入射する光はａの状態より低
いものとなる。
次にこれと逆に、光フアイバ４が図の右側へ動
き同図ｃの様になつたときには、反射光の結像点
は光フアイバ４の端面より後方（光フアイバ側）
へ入つてしまうために、この場合にも光フアイバ
内への入射光量はａの状態よりも低いものとな
る。
き同図ｃの様になつたときには、反射光の結像点
は光フアイバ４の端面より後方（光フアイバ側）
へ入つてしまうために、この場合にも光フアイバ
内への入射光量はａの状態よりも低いものとな
る。
従つて、光フアイバ４の端面を図中Ｘの方向に
走査してやると、第１図ｄの様な信号出力が得ら
れ、丁度レンズ系７と面Ｓとの間隔ｄに対応した
フアイバ端面の位置Xdにて光検出器出力Ｖが最
大となり、他ではレベルが低下する。従つて、こ
のときのXdを求めてやれば、逆に距離ｄを求め
ることが可能となる。
走査してやると、第１図ｄの様な信号出力が得ら
れ、丁度レンズ系７と面Ｓとの間隔ｄに対応した
フアイバ端面の位置Xdにて光検出器出力Ｖが最
大となり、他ではレベルが低下する。従つて、こ
のときのXdを求めてやれば、逆に距離ｄを求め
ることが可能となる。
ここで、光源１としてはHe−Ne等のガスレー
ザ、半導体レーザ発光ダイオード等各種のものが
考えられる。光検出器６としてはPIN−フオトダ
イオード、アバランシユフオトダイオード等一般
の光検出デバイスを用いることが可能である。
ザ、半導体レーザ発光ダイオード等各種のものが
考えられる。光検出器６としてはPIN−フオトダ
イオード、アバランシユフオトダイオード等一般
の光検出デバイスを用いることが可能である。
なお、以上の説明ではレンズ系としては単レン
ズを図示して説明したが、これは本発明の目的に
沿うための光学系であればどの様な構成でもよ
い。また通常の設計で使用されるガラス板、プリ
ズム光学フイルタ類は本発明の主旨と直接関係が
ないために、説明上は削除されている。さらに光
源と光検出器の構成を特別なものとすれば、第１
図における光フアイバ結合器３は使用しなくても
本発明と同一の効果が得られるが、説明の便宜
上、これを使用するものとしている。
ズを図示して説明したが、これは本発明の目的に
沿うための光学系であればどの様な構成でもよ
い。また通常の設計で使用されるガラス板、プリ
ズム光学フイルタ類は本発明の主旨と直接関係が
ないために、説明上は削除されている。さらに光
源と光検出器の構成を特別なものとすれば、第１
図における光フアイバ結合器３は使用しなくても
本発明と同一の効果が得られるが、説明の便宜
上、これを使用するものとしている。
次に、以上の説明では反射面Ｓが鏡面であるこ
とを前提としてるが、これが面粗さ数μｍ程度の
粗面であつても以下の説明の様に本発明と同様の
効果を得ることが可能である。すなわち、光フア
イバ４の端面より発した光は、面Ｓでは鏡面の様
に反射されず、各方面に散乱（乱反射）されるこ
とになるので、その反射された光のレンズ系７に
よる像は光フアイバ４の端面にはそれ自身の面Ｓ
にて反射された像ということではなく、面Ｓ上で
散乱された光による二次的な光源の像として形成
される。ここで、第１図ａの状態では面Ｓ上の二
次的な光源は光フアイバ４の端面の出射光が正し
く集光しているために微小なスポツトとなるが、
同図ｂあるいはｃの状態では面Ｓは光フアイバ４
の端面の像点からずれているので、二次的な光源
は大きなスポツトとなる。従つて、そのレンズ系
７を経て光フアイバ４の端面位置付近にできる像
は同図ａの場合より大きなものとなるために、光
フアイバ４に入射する光量は、そのフアイバコア
径のアパーチヤ効果によりａの場合より低いもの
となる。従つて、面Ｓが粗面であつても測定系の
感度上の差異はあるが、第１図ｄと同様の関係を
得ることができる。
とを前提としてるが、これが面粗さ数μｍ程度の
粗面であつても以下の説明の様に本発明と同様の
効果を得ることが可能である。すなわち、光フア
イバ４の端面より発した光は、面Ｓでは鏡面の様
に反射されず、各方面に散乱（乱反射）されるこ
とになるので、その反射された光のレンズ系７に
よる像は光フアイバ４の端面にはそれ自身の面Ｓ
にて反射された像ということではなく、面Ｓ上で
散乱された光による二次的な光源の像として形成
される。ここで、第１図ａの状態では面Ｓ上の二
次的な光源は光フアイバ４の端面の出射光が正し
く集光しているために微小なスポツトとなるが、
同図ｂあるいはｃの状態では面Ｓは光フアイバ４
の端面の像点からずれているので、二次的な光源
は大きなスポツトとなる。従つて、そのレンズ系
７を経て光フアイバ４の端面位置付近にできる像
は同図ａの場合より大きなものとなるために、光
フアイバ４に入射する光量は、そのフアイバコア
径のアパーチヤ効果によりａの場合より低いもの
となる。従つて、面Ｓが粗面であつても測定系の
感度上の差異はあるが、第１図ｄと同様の関係を
得ることができる。
次に本発明の具体的実施例を示す第２図では、
光フアイバ４の端面は走査手段１１により図のＸ
方向に往復走査される。この結果、光検出器６の
出力Ｖとして同図ｂの波形が得られるが、これを
ピーク検出回路によりピークとなる時点にパルス
を発生させるピークパルス出力回路１２の出力と
して、同図ｄに示される様に、通常光フアイバ端
面の移動１サイクル当り２つのピーク位置パルス
が出力される。他方、光フアイバ４の端面の走査
は駆動信号源１３の出力信号によつて駆動されて
いる。従つて、駆動信号源１３より走査される光
フアイバ４の端面の基準位置に対応する基準パル
ス信号を同図ｃの如く得ることができるために、
時間計測手段１４により基準パルス信号とピーク
位置パルス信号の一方との間の時間tdを計測すれ
ば、レンズ系７と面Ｓとの間隔ｄを求めることが
できる。
光フアイバ４の端面は走査手段１１により図のＸ
方向に往復走査される。この結果、光検出器６の
出力Ｖとして同図ｂの波形が得られるが、これを
ピーク検出回路によりピークとなる時点にパルス
を発生させるピークパルス出力回路１２の出力と
して、同図ｄに示される様に、通常光フアイバ端
面の移動１サイクル当り２つのピーク位置パルス
が出力される。他方、光フアイバ４の端面の走査
は駆動信号源１３の出力信号によつて駆動されて
いる。従つて、駆動信号源１３より走査される光
フアイバ４の端面の基準位置に対応する基準パル
ス信号を同図ｃの如く得ることができるために、
時間計測手段１４により基準パルス信号とピーク
位置パルス信号の一方との間の時間tdを計測すれ
ば、レンズ系７と面Ｓとの間隔ｄを求めることが
できる。
次に、光フアイバ４の端面の動かし方として
は、第２図に示した方向へ電歪、磁歪等を用いた
音又形の振動子あるいはモータとカムの組合せ等
で容易に実現可能であるが実用上最も容易な例と
して第３図の構造を説明する。本実施例の場合に
は、光フアイバ４の先端に直角プリズム２１を付
けたものであり、光フアイバ４とプリズム２１を
一体として図中矢印の方向に振動させてやればよ
い。
は、第２図に示した方向へ電歪、磁歪等を用いた
音又形の振動子あるいはモータとカムの組合せ等
で容易に実現可能であるが実用上最も容易な例と
して第３図の構造を説明する。本実施例の場合に
は、光フアイバ４の先端に直角プリズム２１を付
けたものであり、光フアイバ４とプリズム２１を
一体として図中矢印の方向に振動させてやればよ
い。
本発明によれば、光フアイバのコア径、レンズ
系の特性を選ぶことにより、精度1μｍ程度の高
精度の測定から、数cmに及ぶ広範囲の測定まで各
種の非接触測定が可能である。また、反射面での
光スポットが小さいために、複雑な形状の物体に
ついても局所的な測定が可能であるため、対象物
を走査してその輪郭を求める等の用途には特に有
効である。また、信号の送受に光フアイバを用い
ているために、光源別置形とできるので、測定ヘ
ツド部分を小形にして使用に便利な構成とするこ
とができる。
系の特性を選ぶことにより、精度1μｍ程度の高
精度の測定から、数cmに及ぶ広範囲の測定まで各
種の非接触測定が可能である。また、反射面での
光スポットが小さいために、複雑な形状の物体に
ついても局所的な測定が可能であるため、対象物
を走査してその輪郭を求める等の用途には特に有
効である。また、信号の送受に光フアイバを用い
ているために、光源別置形とできるので、測定ヘ
ツド部分を小形にして使用に便利な構成とするこ
とができる。
第１図は本発明の原理的な説明図、第２図は本
発明の一実施例を示す構成図、第３図は光フアイ
バ走査手段の一実施例を示す図である。 １……光源、２，４，５……光フアイバ、３…
…光結合器、６……光検出器、７……レンズ系、
１１……走査手段、１２……ピークパルス出力回
路、１３……駆動信号源、１４……時間計測手
段、２１……直角プリズム。
発明の一実施例を示す構成図、第３図は光フアイ
バ走査手段の一実施例を示す図である。 １……光源、２，４，５……光フアイバ、３…
…光結合器、６……光検出器、７……レンズ系、
１１……走査手段、１２……ピークパルス出力回
路、１３……駆動信号源、１４……時間計測手
段、２１……直角プリズム。
Claims (1)
- １ レンズ系手段と、該レンズ系手段の概ね光軸
上に一端面を有する光フアイバ手段と、該光フア
イバ手段に結合された光源手段および光検出器手
段と、前記光フアイバ手段の端面の位置を前記レ
ンズ系手段の光軸に沿う方向に周期的に往復させ
る走査手段と、前記光検出手段の受光光量が最大
となる前記走査手段の基準位置に対する走査位置
を検出する手段とからなることを特徴とした光学
式位置測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5406782A JPS58169007A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 光学式位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5406782A JPS58169007A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 光学式位置測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58169007A JPS58169007A (ja) | 1983-10-05 |
| JPH0124242B2 true JPH0124242B2 (ja) | 1989-05-10 |
Family
ID=12960268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5406782A Granted JPS58169007A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 光学式位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58169007A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61186804A (ja) * | 1985-02-11 | 1986-08-20 | ゼロツクス コーポレーシヨン | 光検出装置 |
| JPH067399B2 (ja) * | 1985-05-20 | 1994-01-26 | 松下電器産業株式会社 | 光音響センサ |
| JPH063639B2 (ja) * | 1985-05-20 | 1994-01-12 | 松下電器産業株式会社 | 光・音響センサ |
| EP0608448A1 (de) * | 1993-01-26 | 1994-08-03 | International Business Machines Corporation | Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung |
-
1982
- 1982-03-31 JP JP5406782A patent/JPS58169007A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58169007A (ja) | 1983-10-05 |
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