JPH03249517A - 光リング式非接触測長センサー - Google Patents
光リング式非接触測長センサーInfo
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- JPH03249517A JPH03249517A JP4573190A JP4573190A JPH03249517A JP H03249517 A JPH03249517 A JP H03249517A JP 4573190 A JP4573190 A JP 4573190A JP 4573190 A JP4573190 A JP 4573190A JP H03249517 A JPH03249517 A JP H03249517A
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- Japan
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- convex lens
- optical axis
- slit
- sensor
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 46
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
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- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
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- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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。
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）
本発明は位置測定装置に関し、特に光学的に非接触で被
測定面の位置を測定する非接触測長センサーに関する。
測定面の位置を測定する非接触測長センサーに関する。
第３図、第４図はそれぞれこの種の非接触測長センサー
の従来例を示す図である。
の従来例を示す図である。
第３図で示されているものは、三角測量の原理を用い、
被測定面の位置の変化による入射角θの変化を光電変換
素子を用いて測定するものである。この原理によるとレ
ーザビームの照射光軸と非測定位置と充電変換素子とを
結ぶ直線とのなす角度φか大きい程、測定感度は高くな
るが、角度φが大きいと被測定表面で反射されたレーザ
ビームが、被測定位置の近傍にある突出部によって遮ら
れて光電変換素子に入射できなくなるシャドウ効果を生
ずるという欠点がある。また、被測定面が傾斜している
場合、レーザスポットを光電変換素子から見ると楕円と
なるので、どこを中心とするかで測定結反が劣るという
欠点もある。
被測定面の位置の変化による入射角θの変化を光電変換
素子を用いて測定するものである。この原理によるとレ
ーザビームの照射光軸と非測定位置と充電変換素子とを
結ぶ直線とのなす角度φか大きい程、測定感度は高くな
るが、角度φが大きいと被測定表面で反射されたレーザ
ビームが、被測定位置の近傍にある突出部によって遮ら
れて光電変換素子に入射できなくなるシャドウ効果を生
ずるという欠点がある。また、被測定面が傾斜している
場合、レーザスポットを光電変換素子から見ると楕円と
なるので、どこを中心とするかで測定結反が劣るという
欠点もある。
第４図のものは第３図のものの原理の欠点を克服するた
め考案された光学式非接触センサーであるか、レーザ光
の当る被測定面の粗さなどによフては、理想的散乱光と
ならないため、ＣＣＤラインセンサーで受光する光が第
５図（ａ）に示すように十分な強度と良好な分布になら
ず、第５図（ｂ）に示すようになり計測Ｈ度が落ちるこ
とかある。この場合の実用上の対策として、良好な光の
みを採用するために光軸に対称に複数の光路系及びＣＣ
Ｄラインセンサーを用いなければならないという欠点か
ある。
め考案された光学式非接触センサーであるか、レーザ光
の当る被測定面の粗さなどによフては、理想的散乱光と
ならないため、ＣＣＤラインセンサーで受光する光が第
５図（ａ）に示すように十分な強度と良好な分布になら
ず、第５図（ｂ）に示すようになり計測Ｈ度が落ちるこ
とかある。この場合の実用上の対策として、良好な光の
みを採用するために光軸に対称に複数の光路系及びＣＣ
Ｄラインセンサーを用いなければならないという欠点か
ある。
本発明は上記欠点のない非接触測長センサーである光リ
ング式非接触センサーを提供することを目的とする。
ング式非接触センサーを提供することを目的とする。
本発明の光リング式非接触測長センサーは、入射する平
行レーザ光線を被測定面に出射し、被測定面から反射さ
れたレーザ光線を受光する第１の凸レンズと、平行レー
ザ光線を発生し、第１の凸レンズの光軸に沿った前記平
行レーザ光線を第１の凸レンズに入射させる照射装置と
、第１の凸レンズに文ずして被測定面の反対側に第１の
凸レンズの焦点距離離てて、前記光軸に垂直な面上に配
設され、前記光軸を中心とし所定の半径を有する環状の
スリットと、前記光軸に中心を合わせ前記スリットに対
して第１の凸レンズの反対側の位置に置かれた第２の凸
レンズと、第２の凸レンズに対し前記スリットの反対側
に第２の凸レンズの焦点距離離てて、前記光軸に垂直な
面上に配設され、前記光軸に中心を合わされたプレート
状の光センサーと、前記光センサーからの信号をうけ、
前記光センサー上に形成された前記スリットの結像の半
径を求める演算装置とを有する。
行レーザ光線を被測定面に出射し、被測定面から反射さ
れたレーザ光線を受光する第１の凸レンズと、平行レー
ザ光線を発生し、第１の凸レンズの光軸に沿った前記平
行レーザ光線を第１の凸レンズに入射させる照射装置と
、第１の凸レンズに文ずして被測定面の反対側に第１の
凸レンズの焦点距離離てて、前記光軸に垂直な面上に配
設され、前記光軸を中心とし所定の半径を有する環状の
スリットと、前記光軸に中心を合わせ前記スリットに対
して第１の凸レンズの反対側の位置に置かれた第２の凸
レンズと、第２の凸レンズに対し前記スリットの反対側
に第２の凸レンズの焦点距離離てて、前記光軸に垂直な
面上に配設され、前記光軸に中心を合わされたプレート
状の光センサーと、前記光センサーからの信号をうけ、
前記光センサー上に形成された前記スリットの結像の半
径を求める演算装置とを有する。
距離測定の対象面から反射されるレーザ光は、第１の凸
レンズで集光され、環状スリットに対応する光のみか第
２の凸レンズにより、さらに集光され、ＣＣＤエリアセ
ンサー上に環状スリットに対応する環状の結像を形成し
、この結像に基づく信号がＣＣＤエリアセンサーから読
み出され、演算装置により、対象面からの距離に対応し
て変化する結像の半径か算出される。
レンズで集光され、環状スリットに対応する光のみか第
２の凸レンズにより、さらに集光され、ＣＣＤエリアセ
ンサー上に環状スリットに対応する環状の結像を形成し
、この結像に基づく信号がＣＣＤエリアセンサーから読
み出され、演算装置により、対象面からの距離に対応し
て変化する結像の半径か算出される。
さらにこの原理を第２図を参照して詳細に説明すると、
環状スリットは第１の凸レンズの焦点側１１ｆ、ｌ！ｉ
てて、第１の凸レンズの光軸に垂直な面上に置かれ、光
軸を中心とした半径ａの環状となっている。第２の凸レ
ンズは、光軸が第１の凸レンズの光軸と重なるように、
環状スリットから距１１１だけ離でて置かれる。第２の
凸レンズの結像面は第２の凸レンズの焦点側ｌｌｔ ２
離てて光軸に垂直になるように設定されている。
環状スリットは第１の凸レンズの焦点側１１ｆ、ｌ！ｉ
てて、第１の凸レンズの光軸に垂直な面上に置かれ、光
軸を中心とした半径ａの環状となっている。第２の凸レ
ンズは、光軸が第１の凸レンズの光軸と重なるように、
環状スリットから距１１１だけ離でて置かれる。第２の
凸レンズの結像面は第２の凸レンズの焦点側ｌｌｔ ２
離てて光軸に垂直になるように設定されている。
このような
光学系においては被測定面が焦点距離ｆ。
から距
ｍｚ＋
変位すると第１の凸レンズにおけるニュートンの結像式
から式 （ ） が成立する。
から式 （ ） が成立する。
△ＳＣＱと△ＦＥＳの相似形から式（２）式（１
）
（２）から式（３）
が成立する。
スリッ
トＳにおける像が第２の凸レンズによフて結像する位置
は虚像点Ｖであるから、 ニュートン の結像式を使フて式（４） が成立する。
は虚像点Ｖであるから、 ニュートン の結像式を使フて式（４） が成立する。
△ＣＲＴと△ＶＵＴの相似形から式（５）△ＰＱＲと△
ＰＶＵの相似形から式（６）が成立 する。
ＰＶＵの相似形から式（６）が成立 する。
△ＰＱＲと△ＰＷＴの相似形から式（７）式（４）
（５）。
（６）。
（７）から式（８）
か成立する。
さらに式（３）
（８）から式（９）
が導かれ
る。
この式（９）
とリング結像の半径ｒか
線型の関係になることを示している。
したがって
Ｉ
はｒから容易に求められる。
次に、
本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の光ソング式非接触測長センサーの一実
施例を示す構成図である。
施例を示す構成図である。
Ｈｅ−Ｎｅレーサ９から出射されたレーザビーム１２は
微少ミラー１０．１１で反射し、第１の凸レンズ１（焦
点側ＩＩ ｆ＋ ）の光軸２十に出射され、測定対象物
１３の被測定面Ｓて散乱光として反射される。この反射
光のうちスリットプレート３に設けられた環状のスリッ
トであるリング゛スリット４（光軸２を中心として半径
２０ｍｍ、スリット幅０．２ ｍｍ）を通過した環状の
光のみが第２の凸レンズ５（焦点側Ｍｆ２ ）を通過し
て光軸２に垂直な垂直プレート６に取り付けられたＣＣ
Ｄエリアセンサー７にリング状の結像を形成する。
微少ミラー１０．１１で反射し、第１の凸レンズ１（焦
点側ＩＩ ｆ＋ ）の光軸２十に出射され、測定対象物
１３の被測定面Ｓて散乱光として反射される。この反射
光のうちスリットプレート３に設けられた環状のスリッ
トであるリング゛スリット４（光軸２を中心として半径
２０ｍｍ、スリット幅０．２ ｍｍ）を通過した環状の
光のみが第２の凸レンズ５（焦点側Ｍｆ２ ）を通過し
て光軸２に垂直な垂直プレート６に取り付けられたＣＣ
Ｄエリアセンサー７にリング状の結像を形成する。
被測定面Ｓ、第１の凸レンズ１．スリットプレート３．
第２の凸レンズ５およびＣＣＤエソアセンサーフの各間
隔はそれぞれｚ、 ＋ｆ、。
第２の凸レンズ５およびＣＣＤエソアセンサーフの各間
隔はそれぞれｚ、 ＋ｆ、。
ｆ、、Ｊ２．第２て本実施例ではｆ、＝７０ｍｍ。
第２＝１２０ｍｍ、ｕ＝３０ｍｍとした。従って前述の
式（９）を用いて式（１０）が得られる。
式（９）を用いて式（１０）が得られる。
ｒ ＝ ０．４９２１ −−−−−−−− （１０
）ＣＣＤエリアセンサーとしては１／２インチ３８万画
素（１３，７μｍ／１画素）のものを使用し分解塵は７
８６（Ｈ）Ｘ４８８（Ｖ）である。従ってサーが得られ
る。
）ＣＣＤエリアセンサーとしては１／２インチ３８万画
素（１３，７μｍ／１画素）のものを使用し分解塵は７
８６（Ｈ）Ｘ４８８（Ｖ）である。従ってサーが得られ
る。
ＣＣＤエリアセンサーで得られるリングの画像から演算
装置８で半径ｒを求めるが、反射光の内十分な強度をも
たないもの、スペックル現象により干渉をうけた不適な
値のものは除外して、残された良質のデータから最小２
乗法などを使って高結反の測定値を得られる。
装置８で半径ｒを求めるが、反射光の内十分な強度をも
たないもの、スペックル現象により干渉をうけた不適な
値のものは除外して、残された良質のデータから最小２
乗法などを使って高結反の測定値を得られる。
したがって、求められたｒから２１が求まりｆｌは既知
であるから距１ｔｉ（２１＋ｆｌ ）も求まる。
であるから距１ｔｉ（２１＋ｆｌ ）も求まる。
なお、この発明においては結像抽出のためのプレート状
の光センサーは平面的な光電センサーであればよ＜ Ｃ
ＣＤエリアセンサーには限られることはない。
の光センサーは平面的な光電センサーであればよ＜ Ｃ
ＣＤエリアセンサーには限られることはない。
以上説明したように本発明は、光軸を一致するように配
設した第１．第２の凸レンズ間に環状のスリットを配設
し、第２の凸レンズの焦点距離の位置にプレート状の光
センサーを配設し、被測定面から反射されてくるレーザ
ビームを第１の凸レンズ、環状スリット、第２の凸レン
ズを通過させ、光センサー上に形成された環状スリット
の像の半径の大きさを演算装置により算出することによ
り、下記の効果かある。
設した第１．第２の凸レンズ間に環状のスリットを配設
し、第２の凸レンズの焦点距離の位置にプレート状の光
センサーを配設し、被測定面から反射されてくるレーザ
ビームを第１の凸レンズ、環状スリット、第２の凸レン
ズを通過させ、光センサー上に形成された環状スリット
の像の半径の大きさを演算装置により算出することによ
り、下記の効果かある。
１、光センサー上の結像の半径と被測定面の変位は線型
の関係になり、装置の調整が容易になるとともに該半径
から変位を求める演算か容易になる。
の関係になり、装置の調整が容易になるとともに該半径
から変位を求める演算か容易になる。
２、環状のスリットとプレート状の光センサーを用いる
ことにより、半径に関する情報は３６０°全角度におい
て得られるので被測定面の性状（粗さなと）によっては
良好な反射光が得られない角度があっても、そのような
データを除外して照度の高い測長かできる。
ことにより、半径に関する情報は３６０°全角度におい
て得られるので被測定面の性状（粗さなと）によっては
良好な反射光が得られない角度があっても、そのような
データを除外して照度の高い測長かできる。
３．レーザ光を出射する軸と受光軸が同一であるから三
角測量法におけるシャドウ効果や急傾斜面での粒度劣化
などが起らない。
角測量法におけるシャドウ効果や急傾斜面での粒度劣化
などが起らない。
第１図は本発明の光リング式非接触測長センサーの一実
施例を示す構成図、第２図は本発明の詳細な説明する図
、第３図、第４図はそわそれ従来例を示す図、第５図（
ａ） 、 （ｂ）は第４図の動作を説明する図である。 １・・・第１の凸レンズ、 ２・・・光軸、 ３・・・スリットプレート、 ４・・・リングスリット、 ５・・・第２の凸レンズ、 ６・・・垂直プレート、 ７・・・ＣＣＤエリアセンサー ８・・・演算装置、 ９・＝ Ｈｅ −Ｎ ｅレーザ、 １０．１１・・・微小ミラー ２・・・レーザビーム。
施例を示す構成図、第２図は本発明の詳細な説明する図
、第３図、第４図はそわそれ従来例を示す図、第５図（
ａ） 、 （ｂ）は第４図の動作を説明する図である。 １・・・第１の凸レンズ、 ２・・・光軸、 ３・・・スリットプレート、 ４・・・リングスリット、 ５・・・第２の凸レンズ、 ６・・・垂直プレート、 ７・・・ＣＣＤエリアセンサー ８・・・演算装置、 ９・＝ Ｈｅ −Ｎ ｅレーザ、 １０．１１・・・微小ミラー ２・・・レーザビーム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、入射する平行レーザ光線を被測定面に出射し、被測
定面から反射されたレーザ光線を受光する第１の凸レン
ズ（１）と、 平行レーザ光線を発生し、第１の凸レンズ （１）の光軸（２）に沿った前記平行レーザ光線を第１
の凸レンズ（１）に入射させる照射装置（９、１０、１
１）と、 第１の凸レンズ（１）に対して被測定面の反対側に第１
の凸レンズ（１）の焦点距離（ｆ＿１）離てて、前記光
軸（２）に垂直な面（３）上に配設され、前記光軸（２
）を中心とし所定の半径（ａ）を有する環状のスリット
（４）と、 前記光軸（２）に中心を合わせ前記スリット（４）に対
して第１の凸レンズ（１）の反対側の位置（ｌ）に置か
れた第２の凸レンズ（５）と、第２の凸レンズ（５）に
対し前記スリット （４）の反対側に第２の凸レンズ（５）の焦点距離（ｆ
＿２）離てて、前記光軸（２）に垂直な面（６）上に配
設され、前記光軸（２）に中心を合わされたプレート状
の光センサー（７）と、前記光センサー（７）からの信
号をうけ、前記光センサー（７）上に形成された前記ス
リット（４）の結像の半径（ｒ）を求める演算装置（８
）とを有する光リング式非接触測長センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4573190A JPH0663764B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 光リング式非接触測長センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4573190A JPH0663764B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 光リング式非接触測長センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03249517A true JPH03249517A (ja) | 1991-11-07 |
| JPH0663764B2 JPH0663764B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=12727467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4573190A Expired - Fee Related JPH0663764B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 光リング式非接触測長センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0663764B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009063446A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Disco Abrasive Syst Ltd | チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置検出装置 |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP4573190A patent/JPH0663764B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009063446A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Disco Abrasive Syst Ltd | チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0663764B2 (ja) | 1994-08-22 |
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Legal Events
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