JPH01267406A - 光学検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は極めて高い検出精度が要求される光学検出器に
関する。

（従来の技術） 光学検出器は、測定対象の変位測定、形状測定。

寸法測定２位置測定、速度瀾定などに用いられる。

例えば、変位測定装置として、レーザー光を測定対象に
照射し、その反射光を光源と異なる光軸方向から受光し
、変位を検出するレーザー三角測量方式変位計が有り広
く使用されている。これは、レーザー光を小さく絞って
対象表面に照射し、斜め方向から反射光を受光レンズで
集束して光位置検出素子上に結像させ、対象の変位に伴
なう光像位置の変化を電気信号に変換するものである。

この種の光学検出装置では、測定対象が走行移動による
上下動などで変位すると、測定対象上のビーム径が変化
すること、また受光素子は物理的にその大きさに制約が
あり、光位置検出素子の分解能に制限があることから、
変位検出、形状検出などを高精度でかつ広い測定範囲に
わたって行なうのが困難である。

そこで測定精度を高める工夫がなされている。

例えば特開昭６２−１１５３１５号公報では測定対象が
変位した場合の測定値のバラツキを減少させるように、
測定対象にレーザー光を垂直に照射し、かつ該照射した
ときの乱反射光モードがほぼ均一となる角度範囲に集束
レンズを設けた変位計が提案されている。

これによれば受光検出出力のバ今ツキが減少する作用効
果があるが、測定対象が変位したことによる対象表面上
のビーム径変化は避けられず、測定精度を高める点で解
決の余地がある。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、測定対象、例えばロール、バイブ等を回転お
よび／または走行させてプロファイルの測定を行なう場
合、あるいは走行中の薄板の板厚測定を行なう場合、こ
れら洞窟対象自体のプロファイルによらない上下動、振
動などに影響されずに、変位を検出しなければならない
。

また、板条材の速度測定において２方向から光ビームを
測定対象に交叉させて照射し、ドプラー効果を利用して
行うものがある。この場合には測定対象が所定以上変位
したときには対象上で光ビームが交叉せずに速度計測精
度が劣化する。

さらに薄鋼板を表面処理し、そのμｍオーダーの合金化
層の測定に、光ビームを照射して、母材と合金層の反射
ビームの強さの差異から行なうものがある。この場合に
は、測定対象の走行による上下動で、対象表面上のビー
ム径が若干変化しても、その影響を受は易く、検出精度
が劣化する。

（発明の目的） 本発明は、高精度かつ広い検出範囲を持つ光学検出器、
例えば、測定対象が変位しても光ビームをジャストフォ
ーカスで該対象に照射し、その反射ビームもジャストフ
ォーカスで集束レンズに入射せしめ、あらゆる光学測定
が極めて高精度で行なわれる光学検出器を提供すること
を目的とする。

（問題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明においては。

光ビームを測定対象に照射し、その反射ビームを光源と
異なる光軸方向から受光する光学検出器において、照射
側の集束レンズから測定対象への光軸路に設けた固定傾
斜対外面ミラーおよび、測定対象から反射ビームの受光
レンズへの光軸路に設けた移動自在傾斜対内面ミラーを
備える。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図において、１は光源となる半導体レーザー、２は
レーザー光、３は集束レンズであり、レーザー光３を細
いビームとして測定対象５に照射する。４は固定傾斜対
外面ミラーで、この実施例では２個のミラー４ａ、４ｂ
を所定角で接合してあり、外面が反射面である。固定傾
斜対外面ミラー４は集束レンズ３と測定対象５の間の光
軸上に設けられている。集束レンズ３からのレーザー光
２は固定傾斜対外面ミラー４の上側ミラー４ａの反射点
６で反射され、移動自在傾斜対内面ミラー７に入射され
る。

移動自在傾斜対内面ミラー７は、この実施例では、２個
のミラー７ａ、７ｂを所定角で接合してあり、前記固定
傾斜対外面ミラー４に対面した内面が反射面となってい
る。移動自存傾斜対内面ミラー７は、固定傾斜対外面ミ
ラー４に対して矢印Ａに示す方向に進退移動自在であり
、この移動は、測定対象５が基準位置あるいは検出初期
位置から変位する場合に、集束レンズ３と測定対象５の
間。

および測定対象５と後記受光レンズの間の光路長の変化
を吸収する。

前記固定傾斜対外面ミラー４で反射され移動自在傾斜対
内面ミラー７の上側ミラー７ａに入射されたレーザー光
２は反射点８で反射され、下側ミラー７ｂに入射されて
反射点９で反射され、固定傾斜対外面ミラー４の下側ミ
ラー４ｂに入射される。この入射されたレーザー光２は
反射点ＩＯで反射されて測定対象５に微小なスポットと
して照射される。

測定対象５で乱反射したレーザー光の一部は固定傾斜対
外面ミラー４の下側ミラー４ｂに入射されて反射点１１
で反射され、移動自在傾斜対内面ミラー７の下側ミラー
７ｂに入射される。下側ミラー７ｂに入射されたレーザ
ー光は反射点１２で反射され、上側ミラー７ａに入射さ
れて反射点１３で反射され、固定傾斜対外面ミラー４の
上側ミラー４ａに入射されて反射点１４で反射され受光
レンズ１５に入射される。

受光レンズ１５に入射されたレーザー光は光位置検出素
子１６に出射され、光学的検出が行なわれる。

１７は移動装置で移動自在傾斜対内面ミラー７を移動さ
せるものであり、ここではりニア−モータを用いている
。

次に本発明の詳細な説明する。

半導体レーザー１からのレーザー光２は集束レンズ３を
通り、固定傾斜対外面ミラー４の上側ミラー４ａで反射
された後、移動自在傾斜対内面ミラー７で折返し反射さ
れ、再び固定傾斜対外面ミラー４の下側ミラー４ｂで反
射されて測定対象５表面を微小スポット光として照射す
る。

測定対象５で乱反射したレーザー光の一部は固定傾斜対
外面ミラー４の下側ミラー４ｂから、移動自在傾斜対内
面ミラー７の下側ミラー７ｂ、上側ミラー７ａ、次いで
固定傾斜対外面ミラー４の上側ミラー４ａを経て受光レ
ンズ１５に入射し、結像位置に置かれた光位置検出素子
１６上に微小スポット光として結像する。この場合、測
定対象５及び移動自在傾斜対ミラー７が第１図に実線で
示した基準位置にある時に、光位置検出素子１６上の微
小スポット光が光位置検出素子１６の中央の受光位置１
８に来るように調整しておく、今、測定対象５が基準位
置から第１図に破線で示した位置変位すると、光位置検
出素子１６上のスポット光の受光位置１８から受光位［
１８ｂに変位し、光径も大きくなる。そこでこのスポッ
ト光の照射位置を光位置検出素子１６の中央の受光位置
１８に近づけ、かつその光径を小さくし、つまり、測定
対象５への照射と受光レンズ１５へ反射光の入射がとも
にジャストフォーカスになるように、移動自在傾斜対内
面ミラー７を移動させる。

第２図に移動自在傾斜対内面ミラー７の移動前の状態を
実線で移動後状態を破線でそれぞれ示す。

つまりこの移動により、レーザー光の照射および受光系
の光路が反射点６．８，９．ｔ６から反射点６，２０，
２１，１０のように変化するので測定対象５が基準位置
から破線位置に変位しても、反射点６から見た光路点が
変化しないことになる。

従って集束および受光系の焦点位置は変化せず。

検出精度が高く維持され、例えばμｍオーダーの検出が
できる。

また、移動自在傾斜対内面ミラー７は前述のように移動
自在であるから、光位置検出素子１６の物理的大きさや
、検出能力の有限さに影響されず。

測定対象５の光学的検出範囲が、高精度を維持したまま
大巾（例えば移動自在傾斜対内面ミラー７の移動範囲の
２倍）に拡大される。

なお、光源として半導体レーザーに替えてＬＥＤ等を用
いたり、移動装置としてリニアモータに替えて通常のモ
ータを用いてすする変形があるがここでの説明は省略す
る。

（発明の効果） 以上のように、本発明によると、光学検出が高精度でか
つ広い測定範囲にわたってなされ１例えばロール、パイ
プ、ストリップなどのプロファイル測定、変位測定２位
置測定、あるいは速度測定等に極めて有効な検出器とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。 第２図は本発明の一実施例の動作を説明するための説明
図である。 １：半導体レーザー（光源） ２：レーザー光（光ビーム） ３：集束レンズ　　４：固定傾斜対外面ミラー５：測定
対象 ７：移動自在傾斜対内面ミラー １５：受光レンズ　　１６：光位置検出素子１７；移動
装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光ビームを測定対象に照射し、その反射ビームを光源と
   異なる光軸方向から受光する光学検出器において： 照射側の集束レンズから測定対象への光軸路に設けた固
   定傾斜対外面ミラー；および、 測定対象から反射ビームの受光レンズへの光軸路に設け
   た移動自在傾斜対内面ミラー； を備えることを特徴とする光学検出器。