JPH03195918A - 位置決めセンサ - 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） 本発明はワークの位置決め等に用いる位置決めセンサに
関する。

（従来の技術） ワークを位置決めしたりする際に用いられる位置決めセ
ンサには従来各種のものが提供されている。このうちで
光学的手段を用いた位置決めセンサは非接触式のセンサ
としてとくに有用である。

本出願人は先に、光学的手段による位置決めセンサを用
いる例として顕微鏡のオートフォーカスに利用する例に
ついて出願した（特開昭６４−３１１１０号）、この顕
微鏡のオートフォーカス方法は、複数本の投光用光ファ
イバーと複数本の受光用光ファイバーとをひとつの束状
にしたプローブを用いてオー１−フォーカスするもので
、投光用光ファイバーから被測定体に投射した光による
反射光を受光用光ファイバーで受は反射光の光量に基づ
いてフォーカス位置を決める方法である。これは被測定
体が光学系のフォーカス位置から外れるにしたがって光
の散乱が大きくなり、したがって反射光量が減少するこ
とを利用したもので、被測定体を僅かずつ移動させなが
ら受光用光ファイバーで受光される光量をモニターし、
その極大位置を検出して自動的に被測定体をフォーカス
位置にセラＩ−させるようにしている。

また、この光ファイバーから成るプローブを用れば、光
学系の焦点位置からのずれ址に対する受光量の関係をあ
らかじめ知ることにより、受光量から被測定体の焦点位
置からの変位量を求めることができ、正確な位置センサ
として用いることができる。

（発明が解決しようとする課題） このように投光用光ファイバーと受光用光ファイバーを
用いたプローブは非接触式の位置センサとしてきわめて
高精度を有するものであるが、被測定体から反射される
光量をｌｌＩ　Ｗｌｌｌして位置決めしたり極大位置を
決めるため、プローブに入射する外光による影響を受け
やすいという問題点があった。

すなわち、上記のプローブを利用した位置センサを使用
する場合は、投光用光ファイバーから投射された光景外
による反射光ができるだけ受光用光ファイバーにはいり
込まないようにするため、そのつど外光を遮断して操作
するようにしていた。

しかしながら、顕微鏡などを使用する場合、フォーカス
のつど外光を遮断するのは非常に煩わしく、また１位置
測定などの場合も外光によって測定精度が低下すること
があるという問題点があった。

そこで、本発明は上記問題点を解消すべくなされたもの
であり、その目的とするところは、光ファイバーを用い
た非接触式の位置センサであって、外光による影響を有
効に除去することができ、外光を遮断したすせずに取り
扱いできて操作がきわめて容易にできる位置センサを提
供しようとするものである。

（ｉｌ１題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえる。

すなわち、一端において多数本の投光用光ファイバーお
よび受光用光ファイバーがその端面をそろえて所定分布
で一束状に形成され、他端において投光用光ファイバー
群および受光用光ファイバー群の２群に分離されたプロ
ーブと、投光用光ファイバー群の後部側に設置した光源
と、受光用光ファイバー群の後部側に設置した受光素子
とを有し、前記光源から放射された光がプローブの一端
側から被検査体に投射され被検査体からの反射光のうち
プローブの一端側の受光用光ファイバーに入射して受光
素子によって検知される光量に基づいて被検査体の位置
を検知する位置決めセンサにおいて、前記光源として所
定周波数で点灯する発光素子を設けると共に、前記受光
素子による受光信号のうちの前記所定周波数に基づく受
光信号を検知して受光量を検知する検出部を設けたこと
を特徴とする。

（作用） 発光素子を所定周波数で点灯させた光をプローブの投光
用光ファイバーから被検査体に向けて投射し、被検査体
から反射された光で受光用光ファイバーに入射した光を
受光素子で受ける。受光信号のうち前記所定周波数の信
号を検出して投射光に対する受光量を検知することによ
り被検査体の位置決めを行う。

（実施例） 以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

本発明に係る位置センサはワークの位置決め、ワークの
変位量測定、オートフォーカス等の種々の用途に利用で
きるが、以下、顕微鏡のオートフォーカスに用いた例に
ついて説明する。

第１図は本発明に係る位置センサを組み込んだオートフ
ォーカス顕微鏡の一実施例を示す説明図である。

１０は被検査体であり、ステップモータによって上下方
向に移動される移動台上に載置されている。１２ａ、１
２ｂは顕微鏡のレンズ系で、１２ａは対物レンズ、１２
ｂは接眼レンズである。１４はハーフミラ−である。

１６はハーフミラ−１４の後部側に設けた投受光レンズ
で、プローブ１８端面の前方に位置する。

プローブ１８は投光用光ファイバー１８ａおよび受光用
光ファイバー１８ｂが一端において１本の束状にまとめ
られたものであり、プローブ１８の一端面に多数本の投
光用光ファイバー１８ａと受光用光ファイバー１８ｂの
端面を臨ませ、それぞれ端面上で均等に分布するように
配分している。

なお、この投光用光ファイバー１８ａと受光用光ファイ
バー１８ｂの配置のしかたには種々の方法がある。

プローブ１８の他端側は図のように投光用光ファイバー
１８ａと受光用光ファイバー１８ｂにそれぞれ分離され
、投光用光ファイバー１８ａの端面には発光ダイオード
２０がその光投射方向を投光用光ファイバー１８ａの端
面に向けて設置され、受光用光ファイバー１８ｂの端面
には受光素子２２がその受光面を受光用光ファイバー１
８ｂの端面に向けて設置される。

発光素子２０は電源部２４に接続されて所定の周波数で
点灯され、受光素子２２の出力信号は増幅器２６に人力
されるとともに検出部２８において発光素子２０の前記
点灯周波数に基づいて検出される。

実施例では発光素子２０としてＬＥＤを用い、点灯周波
数を１ｏｋｌｌｚに設定した。すなわち、発光素子２０
をｌ０ｋｌｌｚで点灯し、受光素子２２において１０ｋ
ｌｌｚ信号を検出することによって投光用光ファイバー
１８ａによって投射された光に対する反射光量を取り出
した。

第２図は被検査体が変位した場合に光量（受光信号）が
変化する様子を説明的に示す。受光信号は外光等のバッ
クグラウンドである直流成分に１０ｋｌｌｚの正弦波信
号（投射光による反射光）がのったものであって、この
正弦波信号はそのρａａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値（振幅の
幅）が焦点位置においてもっとも大きく焦点位置から外
れると小さくなる。

したがって、この１Ｏｋｌｌｚ信号の山と谷との差を検
知することによって受光量を検知することができる。実
際には、被検査体１０をステップ的に移動させながらそ
のつど１０ｋｌｌｚ信号の山の値と谷の値をサンプリン
グしそのうちの最大値と最小値をもって当該ステップ位
置におけるｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値として決め、徐
々に被検査体１０を移動させて振幅の幅を検出していく
。このようにｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値を検出するよ
うにしているのは、データ解析の速度を上げるためであ
る。

焦点位置においてはｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値がもっ
とも人きくなるからこの振幅の差がもっとも大きくなる
位置を焦点位置とすればよいが、振幅の幅は焦点位置近
傍では被検査体１０を移動させてもきわめてわずかしか
変わらないから、振幅の幅の絶対量のみをみていたので
は正確に判断できない。そのため、実施例では被検査体
が複数ステップ移動する間のデータを積分し、その積分
値から焦点位置を判断するようにしている。

すなわち、被検査体１０は焦点位置にあるときにもっと
もｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｃａｋの幅が大きくなり、焦点位
置の前後ではその幅が小さくなるが、焦点位置の前後で
その値をプロットすると焦点位置の前後で対称な曲線と
なる。すなわち、前記の積分範囲が焦点位置をまん中に
して前後同一範囲になると。

前後１／２範囲の積分値は同一になるから、被検査体１
０をステップ的に移動させながら積分範囲の１／２範囲
の積分値をそのつど解析して求め、その値が等しくなっ
たときに焦点位置が定められる。

このとき、被検査体１０は焦点位置から積分範囲の１７
２の範囲（距離、ステップ移動した分）先へ移動してい
るから１／２のステップ分だけちとに戻して焦点位置に
被検査体１０をセットする。すなわち、オートフォーカ
ス位置にセットされる。

このオーｌ−フォーカス方法においては、発光素子２０
を所定の周波数で点灯してその周波数に基づいた信号を
検出しいるから、投光用光ファイバー１８ａから投射さ
れた光による反射光成分のみを抽出することができ、こ
れによって外光による影響を排除することができる。こ
の結果、外光を遮断したりすることなく自動的にフォー
カスさせることができ、外光を遮断するための特別の作
業空１ｆ［も必要なくなりきわめて取り扱いが容易にな
る。

このように外光による影響を排除することができたのは
、ひとつにＬＥＤ等の発光素子の改良によってきわめて
高輝度の発光素子が使用できるようになったことにある
。発光素子がある程度以上の輝度を有することにより外
光等のノイズに影響されずに信号を検出できるからであ
る。

上記実施例は位置決めセンサを顕微鏡のオー１〜フオー
カスに使用した例であるが、この位置決めセンサは前述
したように所定の光学系等と組合わせることによってワ
ークの位置決め、変位ｆｌｌ’ｌ定等に同様に利用する
ことができるものであり、これらの場合も発光素子を所
定周波数で点灯してその周波数成分を取り出すことによ
って外光の影響を排除して測定することができる。これ
により、位置決めセンサの取り扱いがきわめて容易にな
るとともに、投射光を一定としてこれに対する反射光量
をΔ１り定することによって一層正確に測定を行うこと
ができる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて種々説明し
たが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、
発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得る
のはもちろんのことである。

（発明の効果） 本発明によれば、上述したように構成したことにより、
測定等の作業時に外光による影響を排除することができ
るから、外光を遮断したりする必要がなくなり、操作が
きわめて容易になる。また、この結果通常の作業室内で
取り扱うことができ、より取り扱いやすくなる。また、
外光による影響を除去したことによってさらに精度を向
上させることができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る位置決めセンサを利用した一実施
例を示す説明図、第２図は被検査体が変位した際の受光
用光ファイバーでの受光信号を示す説明図である。 １０・・・被検査体、　１６ ズ、　　１８・・・プローブ、 用光ファイバー、　　１８ｂ・・ バー、　２０・・・発光素子、 素子、　２４・・・電源部、 ２８・・・検出部。 ・・・投受光レン １８ａ・・・投光 ・受光用光ファイ ２２・・・受光 ２６・・・増幅器、 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端において多数本の投光用光ファイバーおよび受
   光用光ファイバーがその端面をそろえて所定分布で一束
   状に形成され、他端において投光用光ファイバー群およ
   び受光用光ファイバー群の２群に分離されたプローブと
   、投光用光ファイバー群の後部側に設置した光源と、受
   光用光ファイバー群の後部側に設置した受光素子とを有
   し、前記光源から放射された光がプローブの一端側から
   被検査体に投射され被検査体からの反射光のうちプロー
   ブの一端側の受光用光ファイバーに入射して受光素子に
   よって検知される光量に基づいて被検査体の位置を検知
   する位置決めセンサにおいて、 前記光源として所定周波数で点灯する発光素子を設ける
   と共に、 前記受光素子による受光信号のうちの前記所定周波数に
   基づく受光信号を検知して受光量を検知する検出部を設
   けたことを特徴とする位置決めセンサ。