JPH0275906A - Image formation type displacement gauge - Google Patents

Image formation type displacement gauge

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JPH0275906A
JPH0275906A JP22808488A JP22808488A JPH0275906A JP H0275906 A JPH0275906 A JP H0275906A JP 22808488 A JP22808488 A JP 22808488A JP 22808488 A JP22808488 A JP 22808488A JP H0275906 A JPH0275906 A JP H0275906A
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JP
Japan
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light
displacement meter
lens
light source
measured
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Application number
JP22808488A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Yamauchi
良明 山内
Shozo Saegusa
三枝 省三
Hidehiko Shindo
英彦 神藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the displacement detecting accuracy of the title displacement gage by irradiating a guide beam of a visible wavelength in addition to a detecting beams of an invisible wavelength and, at the same time, separating a guide beam from reflected rays of light made incident on a photodetector for detecting displace ment. CONSTITUTION:In the first place, a changeover switch 19 is switched to a light source 10 side and the light source 10 is driven 11. Then a guide beam of a visible wavelength emitted from the light source 10 irradiates an object 20 to be measured through a collimator lens 2B, half mirror 17, and object lens 5. While the object 20 is irradiated by the guide beam, the position of the guide beam is adjusted so that the position of the image of the guide beam can become the position to be measured for displace ment. Then the switch 19 is switched to another light source 1 side and a detection beam of an invisible wavelength emitted from the light source 1 forms an image on the object 20 through a collimator lens 2A, polarization beam splitter 3, 1/4 wave plate 4, the mirror 17, and the lens 5. The detection beam reflected by the object 20 advances the same path in the opposite direction and is made incident on a photode tector 8 through the beam splitter 3, a condenser lens 3, and cylindrical lens 7. The photodetector 8 measures a displaced quantity.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定面からの反射光の微少な変化から被測
定面の変位を計測する変位計に係り、特に、不可視波長
の光線を用いる変位計に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a displacement meter that measures the displacement of a surface to be measured based on minute changes in light reflected from the surface to be measured. Regarding the displacement meter used.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

最近のメカトロニクス製品の超高精度位置決め、高速化
に伴い微小振動領域の変位計測が重要となってきている
。このような精密計測法が各社で研究開発が進められ、
いろいろな方1式の光学式レーザ(特に半導体レーザ)
変位計の製品化が行なわれている。
With the recent ultra-high precision positioning and speeding up of mechatronic products, displacement measurement in the micro-vibration region has become important. Research and development of such precision measurement methods is progressing at various companies,
Various types of optical lasers (especially semiconductor lasers)
Displacement meters are being commercialized.

例えば、キーエンス社で製作されているレーザ変位計(
LCシリーズ)では、光源として半導体レーザ(波長7
80nm赤外光)を用いており、実際この変位計を用い
て計測を行う場合、どこに計測スポットが形成されてい
るか、ビーム自体が目で直接見えないので、光を可視化
する道具(工Rシート、IRフォスバー等)を用いて、
被測定面上へスポットを合わせ計測を行っている。
For example, the laser displacement meter manufactured by Keyence Corporation (
LC series) uses a semiconductor laser (wavelength 7) as the light source.
80nm infrared light), and when actually performing measurements using this displacement meter, the beam itself cannot be directly seen where the measurement spot is formed, so a tool to visualize the light (engineering sheet) is used. , IR fosbar, etc.)
Measurement is performed by aligning the spot onto the surface to be measured.

また、被測定物からの反射光を変位計内の光検出器でと
らえ変位情報を検出するため、被測定面自体の傾きによ
る影響が大きいという問題があり、傾きによるアライメ
ント調整がひじように重要である。これに関しては、信
号処理回路内で電気的に光検出器上での受光量を検出し
モニタ表示を行い、光量レベルよりアライメント調整を
行っている。
In addition, since the light reflected from the object to be measured is captured by a photodetector in the displacement meter to detect displacement information, there is a problem that the tilt of the surface to be measured itself has a large effect, so alignment adjustment based on the tilt is extremely important. It is. Regarding this, the amount of light received on the photodetector is electrically detected within the signal processing circuit and displayed on a monitor, and the alignment is adjusted based on the light amount level.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

レーザを用いた光学式の変位計は、ひじように高精度で
あるため各社で研究開発が進められており製品化されて
いるが、変位計自体の小型化を図るため、光源としては
半導体レーザ(波長780nm)が使用されており赤外
光のため、どこに計測ポイントを形成しているか目で直
接確認することができない、また、このような高精度の
変位計を用いてサブミクロンの計測を行う場合、被測定
物へのアライメント調整とし、面の傾き、光軸方向に対
する基準位置出し等がひじように困難であるという問題
がある。
Optical displacement meters that use lasers have extremely high precision, so research and development is progressing at various companies and they have been commercialized, but in order to make the displacement meters themselves smaller, semiconductor lasers are used as the light source. (wavelength: 780 nm), which is infrared light, so it is not possible to visually confirm directly where the measurement point is formed, and submicron measurements can be performed using such a high-precision displacement meter. When doing so, there is a problem in that it is extremely difficult to adjust the alignment to the object to be measured, and to determine the reference position with respect to the inclination of the surface and the direction of the optical axis.

一方、半導体レーザを用いた加工装置等においては、特
開昭62−161490号公報に記載されているように
加工すべき位置に正しくビームが照射されるかどうかを
確認するために、可視波長のレーザビームをガイドビー
ムとして加工用のレーザビームと同一光学系を介して加
工位置に照射し、ビームが正しい位置に照射されること
を目視確認した後に、加工用のビームを前記可視波長の
レーザビームに重畳させて照射し、加工を行うものが知
られている。
On the other hand, in processing equipment using semiconductor lasers, as described in JP-A-62-161490, visible wavelength light is A laser beam is used as a guide beam to irradiate the processing position through the same optical system as the laser beam for processing, and after visually confirming that the beam is irradiated at the correct position, the beam for processing is changed to the laser beam of the visible wavelength. It is known to perform processing by superimposing the irradiation on the

しかし、被測定面からの反射光の微小な変化から被測定
面の変位を測定する変位計においては測定用の不可視ビ
ームと、ガイド用の可視ビームが重畳されて変位計に入
射すると、測定値に影響を及ぼす恐れがあった。また、
可視波長のレーザ発生装置のために、変位計自体が大型
化し、取扱いが不便になる恐れがあった。このような難
点を解決するために可視波長の半導体レーザの開発が進
められているが、実用化には至っていない。
However, in a displacement meter that measures the displacement of a surface to be measured from minute changes in light reflected from the surface, when the invisible beam for measurement and the visible beam for guide are superimposed and incident on the displacement meter, the measured value There was a risk that it would affect. Also,
Because of the visible wavelength laser generator, the displacement meter itself becomes large and there is a risk that it will be inconvenient to handle. Semiconductor lasers with visible wavelengths are being developed to solve these difficulties, but they have not yet been put into practical use.

メカトロニクス機構系の各部品挙動計測を行う場合、部
品と部品とのせまい空間に被測定物が位置していること
が多く、作業スペースの点で従来の変位計を実機に用い
ることが困難であるため、モデルにより変位計測が行わ
れている。実機での計測には変位計の小型化が必要であ
るが、従来は例えば「光学式非接触プローブの研究(第
2報)、精密機械51/12/1985Jにおいても、
センサの光学系構成における光路長の短縮については記
載されていない。
When measuring the behavior of each part of a mechatronic mechanical system, the object to be measured is often located in a narrow space between parts, making it difficult to use conventional displacement meters in actual equipment due to work space constraints. Therefore, displacement measurement is performed using a model. It is necessary to downsize the displacement meter for measurement with actual equipment, but in the past, for example, in ``Research on optical non-contact probes (second report), Precision Machinery 51/12/1985J,
There is no description of shortening the optical path length in the optical system configuration of the sensor.

変位計の長さは変位計の対物レンズと光検出器間の光路
長で定まり、かつ、光検出器の入射面に検出ビームを結
像させるための集光レンズの焦点距離が大きく影響する
。この集光レンズにより光検出器入射面上に結像される
光線の射出主点と結像面(光検出器入射面)の間隔と、
対物レンズの焦点距離の間には、変位計の感度の点から
規定される関係があり、集光レンズの焦点距離短縮が困
難であった。射出主点とは、レンズ系に平行光線が入射
して結像するとき、同一位置に結像させる単レンズ位置
である。
The length of the displacement meter is determined by the optical path length between the objective lens of the displacement meter and the photodetector, and is greatly influenced by the focal length of the condenser lens for focusing the detection beam on the incident surface of the photodetector. The distance between the emission principal point of the light ray that is imaged on the photodetector entrance surface by this condensing lens and the image formation surface (photodetector entrance surface),
There is a relationship between the focal lengths of the objective lenses, which is defined from the viewpoint of the sensitivity of the displacement meter, and it has been difficult to shorten the focal length of the condenser lens. The principal point of exit is a single lens position at which when parallel light rays are incident on the lens system and are imaged, the images are formed at the same position.

本発明の課題は、ガイドビームを用いて変位計のアライ
メントを容易にすると同時に、ガイドビームによる変位
測定値への影響を排除するにある。
An object of the present invention is to facilitate the alignment of a displacement meter using a guide beam, and at the same time eliminate the influence of the guide beam on displacement measurement values.

また、取扱いの容易な変位計を提供するにある。Another object of the present invention is to provide a displacement meter that is easy to handle.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の課題は、第1の光源が発する光線を検出ビームと
して対物レンズを介して被測定物に照射し、その反射光
の変動を光検出器で検出して被測定物の変位を検出する
結像型変位計に、可視波長の光線を放射する第2の光源
と、該光源から放射される光線をガイドビームとして前
記検出ビームと同じ光軸上で重畳させて前記被測定物に
照射させる手段と、被測定物から反射される反射光中に
含まれるガイドビームと検出ビームとを分離する手段と
を備えることにより達成される。
The above problem is solved by irradiating the object to be measured with the light beam emitted by the first light source as a detection beam through an objective lens, and detecting the fluctuation of the reflected light with a photodetector to detect the displacement of the object. The image type displacement meter includes a second light source that emits a visible wavelength light beam, and a means for making the light beam emitted from the light source as a guide beam superimposed on the same optical axis as the detection beam and irradiating the object to be measured. This is achieved by including means for separating a guide beam and a detection beam included in the reflected light reflected from the object to be measured.

ガイドビームと検出ビームとを分離する手段としては、
第1の光源と第2の光源のいづれか一方のみに光線の発
射を指示する切換えスイッチとしてもよく、ガイドビー
ムと検出ビームが重畳された位置と光検出器の間に配設
された波長フィルタもしくは波長フィルタプリズムとし
てもよい。
As a means of separating the guide beam and detection beam,
It may also be a changeover switch that instructs only one of the first light source and the second light source to emit a light beam, and a wavelength filter or It may also be a wavelength filter prism.

また、第2の光源が着脱可能な光ファイバを介して変位
計に接続されている請求項1に記載の結像型変位計によ
っても、第2の光源が発光ダイオードを用いたものであ
る請求項1に記載の結像型変位計によっても上記の課題
は達成される。
Further, in the imaging type displacement meter according to claim 1, wherein the second light source is connected to the displacement meter via a detachable optical fiber, the second light source may be one using a light emitting diode. The above-mentioned problem can also be achieved by the imaging type displacement meter described in Item 1.

さらに、検出ビームに重畳されるガイドビームが変位計
の対物レンズの焦点より該対物レンズ側に結像し、前記
対物レンズの外周にガイドビームの反射光を受けるスク
リーンが設けられている請求項1に記載の結像型変位計
としてもよく、スクリーンが周方向およびまたは半径方
向に分割された。光電変換素子を備えた受光器からなる
請求項6に記載の結像型変位計としてもよい。
Further, the guide beam superimposed on the detection beam forms an image on the side of the objective lens from the focus of the objective lens of the displacement meter, and a screen is provided on the outer periphery of the objective lens to receive the reflected light of the guide beam. It may also be used as an imaging type displacement meter as described in , in which the screen is divided in the circumferential direction and/or the radial direction. The imaging type displacement meter according to claim 6 may include a light receiver equipped with a photoelectric conversion element.

ガイドビームが互いに独立した少なくとも3個の光束か
らなり、該3個の光束の、対物レンズに入射する前の位
置での検出ビームの光軸に垂直な面との交点が三角形を
なしている請求項1に記載の結像型変位計としてもよい
A claim in which the guide beam is composed of at least three mutually independent light beams, and the intersection of the three light beams with a plane perpendicular to the optical axis of the detection beam at a position before entering the objective lens forms a triangle. The imaging type displacement meter described in item 1 may also be used.

さらに、上記の課題は、第1の光源が発する光線を偏光
ビームスプリッタで反射させ、検出ビームとして被測定
物に照射し、その反射光を前記偏光ビームスプリッタを
経て光検出器に入射させ、該光検出器で反射光の変動に
基づいて被測定物の変位を検出する結像型変位計に前記
偏光ビームスプリッタと光検出器の間の光軸上に集光レ
ンズおよび凹レンズを設けることによっても達成される
Furthermore, the above problem is solved by reflecting the light beam emitted by the first light source by a polarizing beam splitter, irradiating the object to be measured as a detection beam, and making the reflected light enter a photodetector through the polarizing beam splitter. It is also possible to provide a condensing lens and a concave lens on the optical axis between the polarizing beam splitter and the photodetector in an imaging type displacement meter that detects the displacement of the object to be measured based on fluctuations in reflected light with a photodetector. achieved.

また、集光レンズが対物レンズと偏光ビームスプリッタ
の間に設けられている請求項9に記載の結像型変位計と
してもよく、対物レンズと光検出器の間の光軸上に集光
レンズと凹レンズ設けられている請求項1に記載の結像
型変位計としてもよい。
Further, it may be an imaging type displacement meter according to claim 9, in which the condenser lens is provided between the objective lens and the polarizing beam splitter, and the condenser lens is provided on the optical axis between the objective lens and the photodetector. The imaging type displacement meter according to claim 1 may be provided with a concave lens and a concave lens.

〔作用〕[Effect]

第2の光源から可視波長の光線が放射され、この光線が
ガイドビームとして検出ビームに同一光軸上に重畳され
て、被測定物に照射される。ガイドビームは検出ビーム
と同一光路を通って照射されるから、検出ビームとガイ
ドビームは、被測定物の同一位置に結像し、ガイドビー
ムの結像位置から検出ビームの結像位置も確認される。
A visible wavelength light beam is emitted from the second light source, and this light beam is superimposed on the same optical axis as the detection beam as a guide beam, and is irradiated onto the object to be measured. Since the guide beam is irradiated through the same optical path as the detection beam, the detection beam and guide beam are imaged at the same position on the object to be measured, and the image formation position of the detection beam can also be confirmed from the image formation position of the guide beam. Ru.

さらに被測定物から反射される反射光から、ガイドビー
ムと検出ビームが分離され、光検出器にガイドビームの
反射光が入射しないので、ガイドビームによる被測定物
の変位の誤差がなくなる。
Further, the guide beam and the detection beam are separated from the reflected light reflected from the object to be measured, and the reflected light of the guide beam does not enter the photodetector, thereby eliminating errors in displacement of the object to be measured due to the guide beam.

また、可視光線を放射する第2の光源を、発光ダイオー
ドを用いるものとすると第2の光源が小型化されるので
、変位計本体の大型化が避けられ、第2の光源を可視波
長のレーザ光を放射する光源とし、光源と変位計本体と
を着脱可能な光ファイバで接続しても変位計本体の大型
化が避けられる。
Furthermore, if a light emitting diode is used as the second light source that emits visible light, the second light source can be miniaturized, thereby avoiding an increase in the size of the displacement meter body. Even if the light source emits light and the light source and the displacement meter body are connected by a detachable optical fiber, it is possible to avoid increasing the size of the displacement meter body.

さらに、請求項6に記載の本発明によiばガイドビーム
が、変位計の対物レンズの焦点よりも対物レンズ側に結
像するので、該結像位置よりも対物レンズから離れた位
置にある被測定物により反射されたガイドビームは、対
物レンズの位置で、対物レンズの外径よりも大きく広が
り、対物レンズの外周に設けられたスクリーンに入射す
る0反射されたガイドビームの対物レンズ位置での広が
りの大きさは、ガイドビームの結像位置と被測定物の距
離に比例して増えるから、広がりの大きさから被測定物
と対物レンズの距離を知ることができ、変位計のアライ
メントが可能となる。
Furthermore, according to the present invention as set forth in claim 6, the guide beam is imaged closer to the objective lens than the focal point of the objective lens of the displacement meter, so that the guide beam is located at a position farther from the objective lens than the image formation position. The guide beam reflected by the object to be measured spreads at the position of the objective lens to a greater extent than the outer diameter of the objective lens, and enters the screen provided on the outer periphery of the objective lens. Since the size of the spread increases in proportion to the distance between the guide beam imaging position and the object to be measured, the distance between the object to be measured and the objective lens can be determined from the size of the spread, and the alignment of the displacement meter can be adjusted. It becomes possible.

また、前記スクリーンの各部分に入射するガイドビーム
照射面の量は、変位計の対物レンズから、被測定物まで
の距離の遠近、ガイドビーム光軸(検出ビームの光軸と
同じ)と被測定物のガイドビーム照射面がなす角度によ
って異なる。前記スクリーンの受光面を光電変換素子で
構成し、このスクリーンを半径方向およびまたは円周方
向に分割し1分割された各部分の電気出力を演算すると
、逆に、被測定物と変位計対物レンズとの距離の遠近、
被測定物のガイドビーム照射面の前記角度が検出される
In addition, the amount of the guide beam irradiation surface incident on each part of the screen is determined by the distance from the objective lens of the displacement meter to the measured object, the guide beam optical axis (same as the detection beam optical axis), and the measured object. It varies depending on the angle formed by the guide beam irradiation surface of the object. If the light-receiving surface of the screen is composed of a photoelectric conversion element, and this screen is divided in the radial direction and/or circumferential direction and the electrical output of each divided part is calculated, conversely, the object to be measured and the displacement meter objective lens The distance between
The angle of the guide beam irradiation surface of the object to be measured is detected.

ガイドビームを1個の光束でなく、少くとも3個の互に
独立した平行な光束とし、変位計の対物レンズを通して
被測定面に照射すると、被測定面上に形成される該3個
の光束が作る形状が、被測定面が対物レンズ焦点の該対
物レンズ側にあるがそうでないかによって、変化する。
When the guide beam is not one beam but at least three mutually independent parallel beams and is irradiated onto the surface to be measured through the objective lens of the displacement meter, the three beams are formed on the surface to be measured. The shape created changes depending on whether the surface to be measured is on the objective lens side of the objective lens focal point or not.

対物レンズと光検出器の間の光軸上に凹レンズと組み合
わせた集光レンズが設けられると、第10図に示される
ように被測定物20で反射された光線は該集光レンズ6
の焦点位置に結像するように屈折されたのち凹レンズ9
に入射し、該凹レンズで更に屈折された後に光検出器8
に入射・結像するので、集光レンズ6の焦点距離を短く
して該集光レンズ6と光検出器との間隔を短くしても、
光検出器に入射する光線の射出主点J′の位置は集光レ
ンズの位置より対物レンズ側となり、この射出主点J′
と光検出器8の距離は、必要な距離に維持される。
When a condensing lens combined with a concave lens is provided on the optical axis between the objective lens and the photodetector, the light reflected by the object to be measured 20 is transmitted to the condensing lens 6 as shown in FIG.
after being refracted so as to form an image at the focal position of the concave lens 9
after being further refracted by the concave lens, the photodetector 8
Therefore, even if the focal length of the condenser lens 6 is shortened and the distance between the condenser lens 6 and the photodetector is shortened,
The position of the emission principal point J' of the light beam incident on the photodetector is closer to the objective lens than the position of the condenser lens, and this emission principal point J'
The distance between the photodetector 8 and the photodetector 8 is maintained at a required distance.

また、光源から偏光ビームスプリフタに拡散光線が入射
され、該偏光ビームスプリッタで同様に拡散光線として
反射される光線を平行光線とする集光レンズが光検出器
の前の凹レンズと組合せて設けられると、被測定物で反
射される光線は、前記集光レンズで収縮光線となって前
記偏光ビームスプリッタ3を通過する0次いでこの光線
が前記集光レンズと組み合わされた凹レンズに入射して
屈折されたのち、光検出器8へ入射するので、光検出器
に入射する光線の射出主点と光検出器の距離が必要な大
きさに維持される。
Further, a condensing lens is provided in combination with a concave lens in front of the photodetector, which converts the diffused light beam from the light source into the polarizing beam splitter, and converts the light beam similarly reflected as the diffused beam into parallel light beams from the polarizing beam splitter. Then, the light beam reflected by the object to be measured becomes a condensed light beam by the condensing lens and passes through the polarizing beam splitter 3.Next, this light beam enters a concave lens combined with the condensing lens and is refracted. After that, the light beam enters the photodetector 8, so that the distance between the principal point of emission of the light beam that enters the photodetector and the photodetector is maintained at a required distance.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の第1の実施例を図面を参照して説明する。第1
図は本発明の実施例である光学式結像型変位計の光学系
を示し、不可視光レーザを発生する光源1と、該光源1
で発生される検出用ビームを平行光線とするコリメータ
レンズ2Aと、平行光線となった検出用ビームの方向を
被測定面方向へ90度屈折させるとともに、被測定面か
らの反射光を屈折せずに通過させる偏光ビームスプリッ
タ(以下PBSという)3と、該PB83で屈折された
ビームを、そのまま直進させるハーフミラ−17と、該
ハーフミラ−17とPH10の間に同一光軸上に配置さ
れた1/4波長板4と、前記ハーフミラ−17のさらに
被測定物側に隣接して同一光軸上に配置された対物レン
ズ5と、前記ハーフミラ−17に、前記検出用ビームと
90度をなす方向から可視光のガイドビームを平行光線
として送りこむコリメータレンズ2Bと、該コリメータ
レンズ2Bに可視光レーザであるガイドビームを送りこ
む光源10と、前記PBS3の前記1/4波長板に対し
て反対側に隣接して同一光軸上に設けられPBS3側を
入射側とする集光レンズ6と、該集光レンズの射出側に
隣接して同一光軸上に設けられ該集光レンズ側を入射側
とするシリンドリカルレンズ7と、該シリンドリカルレ
ンズ7の射出側に隣接して同一光軸上に設けられ、該シ
リンドリカルレンズ7側を入射側とする光検出器8とを
備えている。また、この変位計には、前記光源1および
10に2次側を接続された、ガイドビームと検出ビーム
を分離する手段である切換スイッチ19と、該切換スイ
ッチ19の1次側に接続されたレーザ駆動回路11が付
属している。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1st
The figure shows an optical system of an optical imaging type displacement meter which is an embodiment of the present invention, and includes a light source 1 that generates an invisible laser beam, and a light source 1 that generates an invisible laser.
A collimator lens 2A that converts the detection beam generated by the parallel beam into a parallel beam, and refracts the direction of the parallel detection beam by 90 degrees toward the surface to be measured and does not refract the reflected light from the surface to be measured. a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS) 3, a half mirror 17 that allows the beam refracted by the PB 83 to go straight, and a polarizing beam splitter 3 disposed on the same optical axis between the half mirror 17 and the PH 10. The four-wavelength plate 4, the objective lens 5 disposed on the same optical axis adjacent to the object to be measured side of the half mirror 17, and the half mirror 17 from a direction making 90 degrees with the detection beam. A collimator lens 2B that sends a visible light guide beam as a parallel light beam, a light source 10 that sends a visible light laser guide beam to the collimator lens 2B, and a light source 10 that is adjacent to the PBS 3 on the opposite side to the quarter wavelength plate. A condenser lens 6 is provided on the same optical axis and has the PBS 3 side as the incident side, and a cylindrical lens 6 is provided on the same optical axis adjacent to the exit side of the condenser lens and has the condenser lens side as the incident side. It is provided with a lens 7 and a photodetector 8 which is provided on the same optical axis adjacent to the exit side of the cylindrical lens 7 and whose incidence side is the cylindrical lens 7 side. This displacement meter also includes a changeover switch 19, which is a means for separating the guide beam and detection beam, whose secondary side is connected to the light sources 1 and 10, and a changeover switch 19, which is connected to the primary side of the changeover switch 19. A laser drive circuit 11 is attached.

光源1は波長780nm、830nmの赤外光を発する
半導体レーザである。
The light source 1 is a semiconductor laser that emits infrared light with wavelengths of 780 nm and 830 nm.

図に示す変位計の動作を説明する。まず、アライメント
を行うため、切り換えスイッチ19が、光:g10側に
切り換えられ、光[10はレーザ駆動回路11に駆動さ
れて可視波長のレーザビーム(以下ガイドビームという
)を発生する。発生したガイドビームはコリメータレン
ズ2Bで平行光線にされた後、ハーフミラ−17で、9
0度方向を曲げられる。ハーフミラ−17を出たガイド
ビームは対物レンズ5で屈折され、被測定物20上に照
射される。被測定物20もしくは変位計の位置は、被測
定物20上のガイドビームの像の位置が、被測定物の変
位測定位置となるように調整される。
The operation of the displacement meter shown in the figure will be explained. First, in order to perform alignment, the changeover switch 19 is switched to the light: g10 side, and the light [10 is driven by the laser drive circuit 11 to generate a visible wavelength laser beam (hereinafter referred to as a guide beam). The generated guide beam is made into a parallel beam by the collimator lens 2B, and then converted into a parallel beam by the half mirror 17.
Can be bent in the 0 degree direction. The guide beam exiting the half mirror 17 is refracted by the objective lens 5 and irradiated onto the object 20 to be measured. The position of the object to be measured 20 or the displacement meter is adjusted so that the position of the image of the guide beam on the object to be measured 20 is the displacement measurement position of the object to be measured.

調整(アライメント)が終了したら、切換スイッチ19
が、光源1側に切り換えられ、光源lがレーザ駆動回路
11に駆動されて不可視波長のレーザビーム(以下、検
出ビームという)を発生するとともに、光源10からの
ガイドビームの発生が停止される。光源1で発生された
検出ビームはコリメータレンズ2Aを通過して平行光線
となり、次いで、PH10に入射して被測定物方向へ9
0度屈折される。90度屈折された検出ビームは次いで
、1/4波長板を通過した後、ハーフミラ−17を直進
通過して対物レンズ5に入射し、屈折されて、被測定物
20上に結像する。すなわち、検出ビームは、ハーフミ
ラ−17、対物レンズ5を前記ガイドビームと同一光軸
で通過し、被測定物20上のガイドビームが照射された
位置に照射・結像される。被測定物20に照射された検
出ビームは反射されて、入射時と同一径路を逆行する。
When adjustment (alignment) is completed, selector switch 19
is switched to the light source 1 side, and the light source 1 is driven by the laser drive circuit 11 to generate a laser beam of an invisible wavelength (hereinafter referred to as a detection beam), and the generation of the guide beam from the light source 10 is stopped. The detection beam generated by the light source 1 passes through the collimator lens 2A and becomes a parallel beam, and then enters the PH 10 and is directed toward the object to be measured.
It is refracted 0 degrees. The detection beam refracted by 90 degrees then passes through a quarter-wave plate, passes straight through a half mirror 17, enters the objective lens 5, is refracted, and forms an image on the object to be measured 20. That is, the detection beam passes through the half mirror 17 and the objective lens 5 along the same optical axis as the guide beam, and is irradiated and imaged at the position on the object to be measured 20 that is irradiated with the guide beam. The detection beam irradiated onto the object to be measured 20 is reflected and travels back along the same path as when it was incident.

ただし、反射された検出ビームはPBS3では屈折され
ずに直進し、集光レンズ6、シリンドリカルレンズ7を
経て、光検出器8に入射される。被測定物20の変位に
よる検出ビーム反射光の変化が光検出器8によって検出
され、被測定物の変位量が検知される。
However, the reflected detection beam is not refracted by the PBS 3 and travels straight, passes through a condenser lens 6 and a cylindrical lens 7, and then enters a photodetector 8. A change in the detection beam reflected light due to the displacement of the object to be measured 20 is detected by the photodetector 8, and the amount of displacement of the object to be measured is detected.

本実施例によれば、検出ビームによる変位検出時にはガ
イドビームは発出されず、該ガイドビームが変位検出の
誤差の原因となることはない。また、2基の光源を共通
のレーザ駆動回路で駆動するので回路が簡単である。
According to this embodiment, the guide beam is not emitted when displacement is detected by the detection beam, and the guide beam does not cause an error in displacement detection. Furthermore, since the two light sources are driven by a common laser drive circuit, the circuit is simple.

第2図は、本発明の第2の実施例を示し、光源10とし
て、レーザを発生するものでなく、それ以外の例えば発
光ダイオード(LED)を用いた場合であり、その他の
構成は切換スイッチ19を含め、第1図に示す第1の実
施例を同一である。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which a light source 10 that does not generate a laser is used, for example, a light emitting diode (LED), and the other configuration is a changeover switch. 19 are identical to the first embodiment shown in FIG.

本実施例によれば、可視波長のレーザを発生する光源を
用いる場合よりも、変位計本体の小型化が可能である。
According to this embodiment, the displacement meter main body can be made smaller than when using a light source that generates a visible wavelength laser.

第3図は、第3の実施例を示し、第1の実施例で変位計
に取付けられた可視波長のレーザを発生する光源10が
、両端にコネクタ21を設けた光ファイバ13を介して
着脱自在に変位計本体に接続されたものである。He−
Neレーザ、アルゴンレーザ等は光源として大型であり
、変位計に直接取付けると、変位計が大型化して操作が
不便となるが本実施例のように光ファイバ13を介して
接続することにより、変位計本体の操作性の低下を防ぐ
ことができる。
FIG. 3 shows a third embodiment, in which the light source 10 that generates a visible wavelength laser attached to the displacement meter in the first embodiment is connected and detached via an optical fiber 13 with connectors 21 at both ends. It is freely connected to the displacement meter body. He-
Ne lasers, argon lasers, etc. are large light sources, and if they are directly attached to a displacement meter, the displacement meter will become large and inconvenient to operate. This can prevent a decrease in the operability of the meter body.

第4A図および第4B図は、本発明の第4.第5の実施
例を示し、第1の実施例に備えられた切換スイッチ19
を設けることなく、ガイドビームが光検出器8へ入射す
るのを防止しているものである。
FIGS. 4A and 4B illustrate the fourth embodiment of the present invention. Showing a fifth embodiment, a changeover switch 19 provided in the first embodiment
This prevents the guide beam from entering the photodetector 8 without providing a guide beam.

第4A図に示す実施例においては、光検出器8の前にガ
イドビームと検出ビームを分離する手段である波長フィ
ルタ12が設けられていることと、切換スイッチが設け
られていないこと以外は前記第1図に示された実施例と
同じである。本実施例においては、検出ビームとガイド
ビームの波長に差があることを利用し、検出ビームのみ
を通過させる波長フィルタ12を設け、ガイドビームや
その他の外乱となる波長の光を光検出器8の前で遮断し
て変位検出への影響をなくしている。
In the embodiment shown in FIG. 4A, a wavelength filter 12, which is a means for separating a guide beam and a detection beam, is provided in front of the photodetector 8, and a changeover switch is not provided. This is the same as the embodiment shown in FIG. In this embodiment, taking advantage of the difference in wavelength between the detection beam and the guide beam, a wavelength filter 12 is provided that allows only the detection beam to pass, and the light at the wavelength that causes the guide beam and other disturbances is filtered to the photodetector 8. It is cut off in front of the sensor to eliminate any effect on displacement detection.

第4B図に示す実施例においては、光検出器8の前の波
長フィルタ12のかわりに、波長フィルタプリズム14
がPH10と集光レンズ6の間に設けられていること以
外は、第4A図に示されている実施例と同一である。波
長フィルタプリズム14はガイドビームと検出ビームを
分離する手段である。本実施例においても、ガイドビー
ムが波長フィルタプリズムにより、屈折されて、光検出
器8へ入射しないため、変位測定にガイドビームが影響
を及ぼすことはない。
In the embodiment shown in FIG. 4B, instead of the wavelength filter 12 in front of the photodetector 8, a wavelength filter prism 14 is used.
The embodiment is the same as the embodiment shown in FIG. 4A, except that it is provided between the PH 10 and the condenser lens 6. The wavelength filter prism 14 is a means for separating a guide beam and a detection beam. Also in this embodiment, the guide beam is refracted by the wavelength filter prism and does not enter the photodetector 8, so the guide beam does not affect displacement measurement.

上記第4.第5の実施例によれば、検出ビームを発生す
る光源1は常時ビームを発生しており、計測の都度、ビ
ームを発生、停止するものではないので、光源起動後、
ビーム安定まで待つ必要がない。
4 above. According to the fifth embodiment, the light source 1 that generates the detection beam constantly generates the beam, and does not generate or stop the beam every time a measurement is performed.
There is no need to wait until the beam stabilizes.

第4C図は本発明の第6の実施例を示す。本実施例が前
記第4の実施例と異なるのは、波長フィルタ12を設け
るかわりに、ハーフミラ−17を第2の偏光ビームスプ
リッタPB33’ とし、ガイドビームが該PBS3’
 を直進通過するように構成した点にあり、他の構成要
素は第4の実施例と同一である。PB83’ がガイド
ビームと検出ビームを分離する手段となっている。本実
施例においても光源1は半導体レーザ(波長780nm
FIG. 4C shows a sixth embodiment of the invention. This embodiment differs from the fourth embodiment in that, instead of providing a wavelength filter 12, a half mirror 17 is used as a second polarizing beam splitter PB33', and the guide beam is directed to the second polarizing beam splitter PB33'.
The other components are the same as those of the fourth embodiment. PB83' serves as a means for separating the guide beam and detection beam. In this embodiment as well, the light source 1 is a semiconductor laser (wavelength: 780 nm).
.

830nm)を用いているので、PBS3は波長800
nm付近用のものである。これに対し。
830nm), PBS3 uses a wavelength of 800nm.
This is for near nm. Against this.

PB33’は可視光線用の波長600nm用のものであ
る。この構成においては、検出ビームは適用波長域と異
なるため、PBS3’で入射する全光量が90度屈折さ
れて射出されるのに対し、可視光であるガイドビームは
、PBS3’で反射、屈折されることなく直進して対物
レンズを経て、被測定物に照射される。さらに反射され
た検出ビームはPBS3’で全光量が反射され、光検出
器8に入射するが、ガイドビームの反射光はPB83′
で屈折、反射されることなく直進するので。
PB33' is for visible light with a wavelength of 600 nm. In this configuration, since the detection beam is different from the applicable wavelength range, the total amount of light incident on PBS 3' is refracted by 90 degrees and emitted, whereas the guide beam, which is visible light, is reflected and refracted by PBS 3'. The light travels straight through the objective lens and is irradiated onto the object to be measured. Furthermore, the entire amount of the reflected detection beam is reflected by PBS 3' and enters the photodetector 8, but the reflected light of the guide beam is reflected by PB 83'.
Because it travels straight without being refracted or reflected.

光検出器8に入射することがない。The light does not enter the photodetector 8.

本実施例によれば、切換スイッチ、波長フィルタ、波長
フィルタプリズム等を設けることなく、光検出器に対す
るガイドビームの影響を排除することができる他、PB
83’では入射する検出ビームの全光量が反射されるの
で、検出ビーム光量の低下がすくなく、変位検出の精度
が向上する。
According to this embodiment, in addition to being able to eliminate the influence of the guide beam on the photodetector without providing a changeover switch, wavelength filter, wavelength filter prism, etc., the PB
Since the entire amount of light of the incident detection beam is reflected at 83', the amount of detection beam light decreases little and the accuracy of displacement detection is improved.

測定物20の変位計測のためのアライメント調整は、変
位計に対する被測定点の軸芯合せと共に、検出ビーム光
軸に対する被測定面の傾き調整をも含んでいる。
The alignment adjustment for measuring the displacement of the object to be measured 20 includes aligning the axis of the point to be measured with respect to the displacement meter, as well as adjusting the inclination of the surface to be measured with respect to the optical axis of the detection beam.

第5図は、第7の実施例の光学系の一部一を示し、第4
B図に示す実施例とは、ガイドビームを平行光線とする
コリメータレンズ2Bの代りにガイドビームを収縮光線
とする凸レンズ18が設けられ、合焦時表示ライン16
を備えたスクリーン15が対物レンズ5の射出面上外周
に同心円状に設けられている点で異なる。その他の構成
は第4B図と同じである0本実施例においては、検出ビ
ームは他の実施例と同様、平行光線として対物レンズ5
へ入射し、被測定物20上で結像するが、ガイドビーム
は、凸レンズ18.ハーフミラ−17を経て対物レンズ
5へ収縮光として入射するので、検出ビームの結像面す
よりも対物レンズ側の面で像を結ぶ、ガイドビームは被
測定物20で反射され、スクリーン15へ入射するが、
被測定面位置が、検出ビームの結像位If(被測定物の
基準位置)Cに一致してかつ、被測定面が検出ビーム(
ガイドビーム)光軸に垂直になっている場合は、第6図
(b)のような反射像がスクリーン15上に投影される
。この時の反射像の外周位置に合致するように合焦時表
示ライン16が設けられている。被測定物が対物レンズ
5の焦点面位11cより遠方aにある場合は、第6図(
a)に示すように、スクリーン15上のガイドビーム反
射像が合焦時表示ライン16よりも大きくなり、逆に近
ければ第6図(c)のように反射像は小さくなる。被測
定面がガイドビーム光軸に対して垂直でなく傾いている
と、第6図(8)(d)に示すような反射像となる。ス
クリーン15を半透明な材質で構成すると、変位計の後
方(図上右方)からの観察が可能である。
FIG. 5 shows a part of the optical system of the seventh embodiment.
In the embodiment shown in Fig. B, instead of the collimator lens 2B that makes the guide beam a parallel beam, a convex lens 18 that makes the guide beam a constricted beam is provided, and the display line 16 when focused.
The difference is that a screen 15 having a screen 15 is provided concentrically on the outer periphery of the exit surface of the objective lens 5. The rest of the configuration is the same as that in FIG.
The guide beam is incident on the object to be measured 20 and is imaged on the object to be measured 20 . The guide beam enters the objective lens 5 through the half mirror 17 as a contracted light, so it forms an image on a surface closer to the objective lens than the imaging surface of the detection beam.The guide beam is reflected by the object to be measured 20 and enters the screen 15. But,
The position of the surface to be measured matches the imaging position If of the detection beam (reference position of the object to be measured) C, and the surface to be measured coincides with the detection beam (
When the guide beam is perpendicular to the optical axis, a reflected image as shown in FIG. 6(b) is projected onto the screen 15. A focus display line 16 is provided so as to coincide with the outer peripheral position of the reflected image at this time. If the object to be measured is located at a distance a from the focal plane 11c of the objective lens 5,
As shown in FIG. 6(a), the reflected image of the guide beam on the screen 15 becomes larger than the display line 16 when in focus, and conversely, if it is closer, the reflected image becomes smaller as shown in FIG. 6(c). If the surface to be measured is not perpendicular to the optical axis of the guide beam but is inclined, a reflected image as shown in FIG. 6(8)(d) will result. When the screen 15 is made of a semi-transparent material, it is possible to observe the displacement meter from behind (to the right in the figure).

スクリーン15を第7図に示すような4分割。The screen 15 is divided into four as shown in FIG.

2分割、あるいは8分割の光電変換素子からなる受光器
で構成し、各分割部分の出力を信号処理することにより
、被測定面の基準位置からのずれ、被測定面の傾斜が検
出される。第7図(a)のように4分割の受光器とし、
各分割部分A、B、C。
It consists of a photoreceiver made up of two or eight divided photoelectric conversion elements, and by signal processing the output of each divided part, the deviation of the surface to be measured from the reference position and the inclination of the surface to be measured are detected. As shown in Fig. 7(a), the receiver is divided into four parts,
Each divided part A, B, C.

Dの受光量をA’ 、B’ 、C’ 、D’ とすると
、次の式の演算を行うことにより、傾斜の方向が得られ
る。
Assuming that the amount of light received at D is A', B', C', and D', the direction of inclination can be obtained by calculating the following equation.

X= (A′ +D′ )−(B′ +C′ )y= 
(A’ +B’ )−(c’ +D’ )x=y=oの
場合は傾きがないと判定される。
X= (A'+D')-(B'+C')y=
If (A'+B')-(c'+D')x=y=o, it is determined that there is no slope.

第7図(b)のように受光器が分割された場合は、下式
により基準位置からの被測定面の位置ずれが検出される
0合焦時の信号値を基準値とする。
When the light receiver is divided as shown in FIG. 7(b), the signal value at zero focus, in which the positional deviation of the surface to be measured from the reference position is detected by the equation below, is taken as the reference value.

合焦時  基準値 =A’ +B’ 近い時  基準値 <A’ +B’ 遠い時  基準値 >A’ +B’ 第7図(Q)のように受光器が分割された場合は、上述
の演算を組み合わせることにより、遠近。
When in focus, reference value = A' + B' When close, reference value <A' + B' When far, reference value >A' + B' When the receiver is divided as shown in Figure 7 (Q), the above calculation is performed. By combining, perspective.

傾斜の両方の検出が可能である。Both tilt detections are possible.

上述の方法によ仝と、被測定面の遠、近、傾斜の検出を
受光器と演算装置を組み合わせて自動的に行うことがで
きると共に、光電変換素子を適当に選定することにより
、不可視波長の光線を用いて遠近、傾斜の検出を行うこ
ともできる。
By using the method described above, it is possible to automatically detect the distance, near, and inclination of the surface to be measured using a combination of a photoreceiver and a calculation device, and by appropriately selecting a photoelectric conversion element, invisible wavelength It is also possible to detect distance and inclination using the light beam.

第8図は被測定面の傾斜、遠近の検出を行う本発明の第
8の実施例の光学系の一部を示す。本実施例が第4A図
に示す実施例と異なるのは、対物レンズ5に入射するガ
イドビームが互いに分離された少くとも3個の光軸に平
行な光束からなり、この3個の光束は対物レンズ5に入
射する前の位置で、検出ビームの光軸に垂直な平面との
交点が、直線上にないことである。第8図(b)は対物
レンズ5入射時のガイドビーム配置を示す、このように
構成された本実施例においては、被測定面が対物レンズ
の焦点位置にあるとき、前記3個のガイドビームは、第
9図(b)に示されるように。
FIG. 8 shows a part of an optical system according to an eighth embodiment of the present invention, which detects the inclination and distance of a surface to be measured. The difference between this embodiment and the embodiment shown in FIG. 4A is that the guide beam incident on the objective lens 5 is composed of at least three light beams parallel to the optical axis and separated from each other, and these three light beams are parallel to the optical axis. The point of intersection of the detection beam with a plane perpendicular to the optical axis at a position before entering the lens 5 is not on a straight line. FIG. 8(b) shows the arrangement of the guide beams when they enter the objective lens 5. In this embodiment configured in this way, when the surface to be measured is at the focal position of the objective lens, the three guide beams are As shown in FIG. 9(b).

被測定面の一点に集り、焦点面より遠ければ、第9図(
a)に余す形に被測定面上に結像し、焦点面より近けれ
ば、第9図(c)に示す形に結像する。被測定面が、検
出ビームの光軸に垂直でない場合は、第9図(d)(e
)のように、像の位置に乱れが生じる。すなわちアライ
メントするには、第9図(b)のように3個のガイドビ
ームが1点に集るように被測定物もしくは変位計を調整
すればよい。
If they converge at one point on the surface to be measured and are further away from the focal plane, then as shown in Figure 9 (
An image is formed on the surface to be measured in the shape shown in a), and if it is closer than the focal plane, the image is formed in the shape shown in FIG. 9(c). If the surface to be measured is not perpendicular to the optical axis of the detection beam, the
), the position of the image is disturbed. That is, for alignment, it is sufficient to adjust the object to be measured or the displacement meter so that the three guide beams converge at one point as shown in FIG. 9(b).

本実施例によれば、このように直接、目視確認しながら
アライメント調整ができるので、使い勝手のよい変位計
が得られる。
According to this embodiment, alignment adjustment can be performed while directly checking visually in this way, so a displacement meter that is easy to use can be obtained.

本発明の第9の実施例を第11図により説明する。光源
1で生成された光線の光軸上に光源1に隣接してリレー
レンズ2Cが設けられ、該リレーレンズ2cに隣接して
偏光ビームスプリッタ3が設けられている。該偏光ビー
ムスプリッタ3の、光源1から偏光ビームスプリッタ3
に入射する光線が反射される側に隣接して、該反射され
る光線(検出ビーム)の光軸上に集光レンズ6が設けら
れ、該集光レンズ6に隣接して同光軸上に174波長板
4が設けられ、さらに1/4波長板4に隣接して対物レ
ンズ5が設けられている。また、偏光ビームスプリッタ
3の集光レンズ6と反対の側にシリンドリカルレンズ7
が、該偏光ビームスプリッタ3側を入射側として同光軸
上に設けられ。
A ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A relay lens 2C is provided adjacent to the light source 1 on the optical axis of the light beam generated by the light source 1, and a polarizing beam splitter 3 is provided adjacent to the relay lens 2c. of the polarizing beam splitter 3 from the light source 1 to the polarizing beam splitter 3
A condenser lens 6 is provided on the optical axis of the reflected light beam (detection beam) adjacent to the side on which the incident light beam is reflected, and a condenser lens 6 is provided adjacent to the condenser lens 6 on the optical axis of the reflected light beam (detection beam). A 174 wavelength plate 4 is provided, and an objective lens 5 is further provided adjacent to the 1/4 wavelength plate 4. In addition, a cylindrical lens 7 is provided on the opposite side of the polarizing beam splitter 3 from the condenser lens 6.
are provided on the same optical axis with the polarizing beam splitter 3 side as the incident side.

該シリンドリカルレンズ7に隣接して同光軸上に平凹レ
ンズ9が設けられ、凹レンズ9に隣接して同光軸上に光
検出器8が設けられている。集光レンズ6は偏光ビーム
スプリッタ3で反射される検出ビームを平行光線として
174波長板4へ送りこむと共に、174波長板4から
送りこまれる平行光線である反射光を収縮光線として偏
光ビームスプリッタ3へ送りこむものである。
A plano-concave lens 9 is provided adjacent to the cylindrical lens 7 on the same optical axis, and a photodetector 8 is provided adjacent to the concave lens 9 on the same optical axis. The condenser lens 6 sends the detection beam reflected by the polarizing beam splitter 3 as a parallel beam to the 174-wave plate 4, and also sends the reflected light, which is a parallel beam sent from the 174-wave plate 4, to the polarizing beam splitter 3 as a contracted beam. It is something that is complicated.

光源1で生成された検出ビームはリレーレンズ2cを通
り、拡散光線として偏光ビームスプリッタ3へ入射する
。偏光ビームスプリッタ3へ入射した検出ビームは反射
されて90’光軸を変換し、拡散光線のまま集光レンズ
6へ入射する。集光レンズ6で屈折されて平行光線にな
った検出ビームは1/4波長板4、対物レンズ5を経て
被測定物へ照射され1反射されて同じ光路を逆行するが
The detection beam generated by the light source 1 passes through the relay lens 2c and enters the polarizing beam splitter 3 as a diffused beam. The detection beam incident on the polarizing beam splitter 3 is reflected, changes its 90' optical axis, and enters the condenser lens 6 as a diffused beam. The detection beam, which is refracted by the condenser lens 6 and turned into a parallel beam, passes through the quarter-wave plate 4 and the objective lens 5, is irradiated onto the object to be measured, is reflected once, and travels back along the same optical path.

偏光ビームスプリッタ3へは収縮光線として入射し、そ
のまま通過する。偏光ビームスプリッタ3を通過した検
出ビーム反射光は、シリンドリカルレンズ7で屈折され
、゛次いで凹レンズ9で屈折されたのち、光検出器8へ
入射する。1/4波長板4は偏光ビームスプリッタ3と
組合わされて光の有効利用を可能にしている。
The light enters the polarizing beam splitter 3 as a contracted light beam and passes through as it is. The detection beam reflected light that has passed through the polarizing beam splitter 3 is refracted by a cylindrical lens 7, then refracted by a concave lens 9, and then enters a photodetector 8. The quarter-wave plate 4 is combined with the polarizing beam splitter 3 to enable effective use of light.

従来技術の例を示す第12図においては、被測定物20
の光軸方向の変位を光検出器でとらえるため1反射光を
光検出器8上に結像させる結像系に非点収差の理論を適
用できるようシリンドリカルレンズ7を設け、光検出器
8上で非点隔差を発生させている0本実施例においては
、シリンドリカルレンズ7と光検出器8の間に平凹レン
ズ9を設けたので、組合せレンズ効果により、集光レン
ズ6の射出主点が集光レンズ6の対物レンズ側になり、
光検出器8と射出主点の距離を短縮することなく、集光
レンズ6と光検出器8間の光路が短縮され、かつ、同様
に光検出器8上で非点隔差を発生させている。尚この集
光レンズ6はリレーレンズ2cと組み合わされ、集光レ
ンズ6を対物レンズ方向へ通過した検出ビームを平行光
線としている。第11図に示す実施例においては対物レ
ンズ5と光検出器8の距離は67.5mmであるが、第
13図に示す従来例においては228.81a+mであ
り、変位計の長さが短縮されているのが明らかである。
In FIG. 12 showing an example of the prior art, an object to be measured 20
A cylindrical lens 7 is provided so that the theory of astigmatism can be applied to the imaging system that images the reflected light onto the photodetector 8 in order to capture the displacement in the optical axis direction of the photodetector 8. In this embodiment, since the plano-concave lens 9 is provided between the cylindrical lens 7 and the photodetector 8, the emission principal point of the condenser lens 6 is focused due to the combined lens effect. Becomes the objective lens side of the optical lens 6,
The optical path between the condenser lens 6 and the photodetector 8 is shortened without shortening the distance between the photodetector 8 and the emission principal point, and an astigmatism difference is also generated on the photodetector 8. . The condensing lens 6 is combined with a relay lens 2c, and the detection beam passing through the condensing lens 6 in the direction of the objective lens is made into a parallel beam. In the embodiment shown in FIG. 11, the distance between the objective lens 5 and the photodetector 8 is 67.5 mm, but in the conventional example shown in FIG. 13, it is 228.81 a+m, and the length of the displacement meter is shortened. It is clear that

これは単レンズに平行光線が入射した場合、該レンズの
射出主点はレンズのほぼ中心となるが1本実施例は集光
レンズと凹レンズを組み合わせたレンズとしたので射出
主点が集光レンズ手前位置となり、同一の性能を維持し
つつ光路を短縮する効果が得られた。
This is because when a parallel ray enters a single lens, the principal point of exit of the lens is approximately at the center of the lens, but in this example, the lens is a combination of a condenser lens and a concave lens, so the principal point of exit is from the condenser lens. This position has the effect of shortening the optical path while maintaining the same performance.

ガイドビームを検出ビームに重畳するために、光路中に
ハーフミラ−を設けた場合にも上述の構成で光路を短縮
することにより、変位計大形化を抑制する効果が得られ
た。
Even when a half mirror was provided in the optical path in order to superimpose the guide beam on the detection beam, by shortening the optical path with the above-mentioned configuration, the effect of suppressing the increase in the size of the displacement meter was obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、不可視波長の検出ビームに加えて、可
視波長のガイドビームを照射するとともに、変位検出用
の光検出器に入射する反射光から、ガイドビームを分離
する手段を備えたので、ガイドビーム反射光が光検出器
に入射するのを防止す ・ることが可能となり、変位検
出の精度を向上する効果がある。
According to the present invention, in addition to the detection beam of invisible wavelength, the guide beam of visible wavelength is irradiated, and the means is provided for separating the guide beam from the reflected light incident on the photodetector for displacement detection. It is possible to prevent the guide beam reflected light from entering the photodetector, which has the effect of improving the accuracy of displacement detection.

ガイドビームを発生するレーザ光源を変位計本体から分
離し、着脱可能な光ファイバを介して変位計本体と結合
するので、変位計の操作が容易になる効果がある。
Since the laser light source that generates the guide beam is separated from the displacement gauge body and coupled to the displacement gauge body via a detachable optical fiber, the displacement gauge can be easily operated.

ガイドビームが、被測定面の基準位置である対物レンズ
の焦点面より、対物レンズ側で結像するようにし、対物
レンズの外周にガイドビームの反射光を受光するスクリ
ーンを設けたので、該スクリーンへ入射される反射光の
位置の偏りから被測定面の基準位置からの遠近、検出ビ
ーム光軸に対する傾斜を検出することが可能となり、変
位検出のための7ライメントを容易にする効果がある。
The guide beam forms an image on the objective lens side from the focal plane of the objective lens, which is the reference position of the surface to be measured, and a screen is provided around the objective lens to receive the reflected light of the guide beam. It becomes possible to detect the distance of the surface to be measured from the reference position and the inclination with respect to the optical axis of the detection beam from the deviation in the position of the reflected light incident on the surface, which has the effect of facilitating the seven alignments for displacement detection.

請求項9,10.11に記載の本発明によれば、変位計
に凹レンズと組み合わせた集光レンズを用いたので、反
射光の光路の短縮が可能となり、変位計を小型化する効
果もしくは大型化を抑制する効果が得られた。
According to the present invention as set forth in claims 9 and 10.11, since a condensing lens combined with a concave lens is used in the displacement meter, the optical path of the reflected light can be shortened, and the displacement meter can be made smaller or larger. The effect of suppressing the oxidation was obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図。 第2図は本発明の第2の実施例を示す一部省略断面図、
第3図は第3の実施例を示す斜視図、第4B、4b、4
c図は、それぞれ第4.5.6の実施例を示す断面図、
第5図は第7の実施例を示す部分断面図、第6図は第5
図のVI−VI線に沿って見た正面図、第7図は第6図
に示す例の変形例を示す正面図、第8図は第8の実施例
を示す部分断面図、第9図は第8図の■−■線に沿って
みた正面図、第10図は光路短縮の原理を示す光路図。 第11図は本発明の第9の実施例を示す光路図。 第12図は従来技術の例を示す概略図であり、第13図
は従来技術の例を示す光路図である。 1・・・第1の光源、5・・・対物レンズ、6・・・集
光レンズ、8・・・光検出器、9・・・凹レンズ、10
・・・第2の光源、12・・・波長フィルタ、13・・
・光ファイバ、14・・・波長フィルタプリズム、15
・・・スクリーン、19・・・切り換えスイッチ、20
・・・被測定物。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially omitted sectional view showing a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a perspective view showing the third embodiment, 4B, 4b, 4
Figure c is a sectional view showing the 4th, 5th and 6th embodiments, respectively;
FIG. 5 is a partial sectional view showing the seventh embodiment, and FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the seventh embodiment.
7 is a front view showing a modification of the example shown in FIG. 6, FIG. 8 is a partial sectional view showing the eighth embodiment, and FIG. 9 is a front view taken along line VI-VI in the figure. 8 is a front view taken along the line ■-■ in FIG. 8, and FIG. 10 is an optical path diagram showing the principle of optical path shortening. FIG. 11 is an optical path diagram showing a ninth embodiment of the present invention. FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of the prior art, and FIG. 13 is an optical path diagram showing an example of the prior art. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... First light source, 5... Objective lens, 6... Condenser lens, 8... Photodetector, 9... Concave lens, 10
...Second light source, 12...Wavelength filter, 13...
・Optical fiber, 14...Wavelength filter prism, 15
... Screen, 19 ... Changeover switch, 20
...Object to be measured.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1の光源が発する光線を検出ビームとして対物レ
ンズを介して被測定物に照射し、その反射光の変動を光
検出器で検出して被測定物の変位を検出する結像型変位
計において、可視波長の光線を放射する第2の光源と、
該光源から放射される光線をガイドビームとして前記検
出ビームと同じ光軸上で重畳させて前記被測定物に照射
させる手段と、被測定物から反射される反射光中に含ま
れるガイドビームと検出ビームとを分離する手段とを備
えていることを特徴とする結像型変位計。 2、ガイドビームと検出ビームとを分離する手段が、第
1の光源と第2の光源のいづれか一方のみに光線の発射
を指示する切換えスイッチであることを特徴とする請求
項1に記載の結像型変位計。 3、ガイドビームと検出ビームとを分離する手段が、ガ
イドビームと検出ビームが重畳された位置と光検出器の
間に配設された波長フィルタもしくは波長フィルタプリ
ズムであることを特徴とする請求項1に記載の結像型変
位計。 4、第2の光源が着脱可能な光ファイバを介して変位計
に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の結
像型変位計。 5、第2の光源が発光ダイオードを用いたものであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の結像型変位計。 6、検出ビームに重畳されるガイドビームが変位計の対
物レンズの焦点より該対物レンズ側に結像し、前記対物
レンズの外周にガイドビームの反射光を受けるスクリー
ンが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の
結像型変位計。 7、スクリーンが周方向およびまたは半径方向に分割さ
れた、光電変換素子を備えた受光器からなることを特徴
とする請求項6に記載の結像型変位計。 8、ガイドビームが互いに独立した少なくとも3個の光
束からなり、該3個の光束の、対物レンズに入射する前
の位置での検出ビームの光軸に垂直な面との交点が三角
形をなしていることを特徴とする請求項1に記載の結像
型変位計。 9、第1の光源が発する光線を偏光ビームスプリッタで
反射させ、検出ビームとして被測定物に照射し、その反
射光を前記偏光ビームスプリッタを経て光検出器に入射
させ、該光検出器で反射光の変動に基づいて被測定物の
変位を検出する結像型変位計において、前記偏光ビーム
スプリッタと光検出器の間の光軸上に集光レンズおよび
凹レンズが設けられたことを特徴とする結像型変位計。 10、集光レンズが対物レンズと偏光ビームスプリッタ
の間に設けられていることを特徴とする請求項9に記載
の結像型変位計。 11、対物レンズと光検出器の間の光軸上に集光レンズ
と凹レンズ設けられていることを特徴とする請求項1に
記載の結像型変位計。
[Claims] 1. The light beam emitted by the first light source is used as a detection beam to irradiate the object to be measured through an objective lens, and the variation of the reflected light is detected by a photodetector to determine the displacement of the object to be measured. In the imaging type displacement meter for detection, a second light source that emits light of visible wavelength;
means for superimposing a light beam emitted from the light source as a guide beam on the same optical axis as the detection beam and irradiating the object to be measured, and detecting the guide beam contained in the reflected light reflected from the object to be measured; An imaging type displacement meter characterized by comprising means for separating the beam from the beam. 2. The arrangement according to claim 1, wherein the means for separating the guide beam and the detection beam is a changeover switch that instructs only one of the first light source and the second light source to emit a light beam. Image type displacement meter. 3. Claim characterized in that the means for separating the guide beam and the detection beam is a wavelength filter or a wavelength filter prism disposed between the position where the guide beam and the detection beam are superimposed and the photodetector. 1. The imaging type displacement meter according to 1. 4. The imaging type displacement meter according to claim 1, wherein the second light source is connected to the displacement meter via a detachable optical fiber. 5. The imaging type displacement meter according to claim 1, wherein the second light source uses a light emitting diode. 6. The guide beam superimposed on the detection beam forms an image on the objective lens side from the focus of the objective lens of the displacement meter, and a screen is provided on the outer periphery of the objective lens to receive the reflected light of the guide beam. The imaging type displacement meter according to claim 1. 7. The imaging type displacement meter according to claim 6, characterized in that the screen is composed of a light receiver equipped with a photoelectric conversion element, and the screen is divided in the circumferential direction and/or the radial direction. 8. The guide beam consists of at least three light beams independent of each other, and the intersection of the three light beams with a plane perpendicular to the optical axis of the detection beam at a position before entering the objective lens forms a triangle. The imaging type displacement meter according to claim 1, characterized in that: 9. The light beam emitted by the first light source is reflected by a polarizing beam splitter and irradiated onto the object to be measured as a detection beam, and the reflected light is incident on a photodetector via the polarizing beam splitter and reflected by the photodetector. An imaging type displacement meter that detects displacement of an object to be measured based on fluctuations in light, characterized in that a condensing lens and a concave lens are provided on the optical axis between the polarizing beam splitter and the photodetector. Imaging type displacement meter. 10. The imaging type displacement meter according to claim 9, wherein the condenser lens is provided between the objective lens and the polarizing beam splitter. 11. The imaging type displacement meter according to claim 1, further comprising a condenser lens and a concave lens provided on the optical axis between the objective lens and the photodetector.
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