JPH0357914A - 光学式プローブ - 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〕 本発明は物体の表面に微小なレーザースポット光を当て
、その反射光から物体の変位を非接触で測定するレーザ
ー変位計あるいは物体の表面上の微小段差や色を検出す
るための光学センサーに使用する光学ブロープに関する
。

〔従来の技術〕

従来から製品化されている三角測量法による光学系を第
１図に示す。従来の方式ではレーザー発振器（１）から
の放射光線を集光レンズ（３）で絞り、測定面（６）に
垂直にスポット光を当てた時の拡散反射光を斜め上方か
らコンデンサーレンズ（４）で集光し、光検出センサー
（５）上に結像させるものが一般的であり、鏡面に近い
物体やつやのある物体に対しては正反射成分が反射光中
支配的となるため、十分な受光量が得られないという欠
点があった。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

本発明は鏡面に近い物体や光沢のある物体に対しては、
高い分解能が得られたいという問題点を解決するため、
新しい光学系を提案する。

又従来の三角測量方式の光学系では測定面の基準位置以
外では、反射光が受光レンズに直交しないため非線形な
結像となるといった欠点もあった。

〔問題を解決するための手段〕

て対称になるよう配置する。

２．測定面の基準位置以外でも反射光を受光レンズに直
交させるために、レーザー出射光軸と反射光の受光光軸
とを平行に配置するためのコンデンサーレンズ（３）を
備えると共に、反射光に常に光軸の直交する受光レンズ
（４）を備える。

本発明は以上を基本構戚とする光学式ブローフである。

〔実施例と作用〕

以下本発明を図に示す実施例を用いて具体的に説明する
。第２図は本発明の構成を示す断面図である。レーザー
発振器（１）から放射された光線はコリメートレンズ（
２）でレーザー出射光軸に平行なビムとされ、コンデン
サーレンズ（３）で微小スポットに絞られる。コンデン
サーレンズ（３）の焦点位置に置かれた物体の測定面（
基準面（６））に当たり、拡散反射された光は正反射光
線（９）を中心として、コンデンサーレンズ（３）によ
り受光光軸と平行に集光される。さらにコンデンサーレ
ンズ（４）により、その焦点上に配置された光センサー
（５）に集光される０ 第３図は本発明をレーザー変位計に応用した時の一実施
例を示す断面図である。

以下第３図に従って三角測量法の原理を説明する。光線
は中心のみ示し、物体の測定面［６）　．　（７１　．
（８）　（　（６）が基準面）のそれぞれからの正反射
光線を同時に記載してある。測定面（７）は被測定物体
が基準面（６）より高い時、測定面（８）は低い時であ
る。本実施例の場合光センサー（５）は半導体位置検出
素子（ＰＳＤ）で構威している。１ず被測定物体が基準
面（６）の位置の時、レーザー光は入射角θで基準面（
６）に入ジ同じ反射角θで正反射される。基準面（６）
はコンデンサーレンズ（３）の焦点位置であるので反射
光線（９）はレンズ（３）通過後、レーザー出射光軸と
平行となる。さらにコンデンサーレンズ（４）の中心を
通り、位置検出素子（５）の中心に入いる。次に被測定
物体表面が基準面（６）より微小距離Ｘ下がった時、測
定面（８）で反射した正反射光線００はやはり反射角θ
で反躬されるので、反射光線は互いに平行となる。図中
の基準面（６）からの反射光線（９）との水平方向の距
離をｄとすると、ｘ　＝　ａ／　２　ｔａｎθが成立す
る。さらにコンデンサーレンズ（３）通過後も距離ｄが
微小であるので、反射光線（１（Ｉ１は出射光軸と平行
であり、レンズ（３）の直後に置いた集光レンズ（４）
に入射の時の反射光線（９）との水平距離もｄに近似で
きる。従ってレンズ（４）の焦点の後方に置いた位置検
出素子（５）上に結ぶスポットの中心からの距離Ｘはレ
ンズ（４）による倍率をＭとするとＸ　＝　ｄ／’Ｍ　
となる。これより、物体の基準面（６）からの微小変位
Ｘは　ｘ　＝　ＭＸ　／　２　ｔａｎθで与えられる。

よって位置検出素子（５）で前記中心からの距離Ｘを光
電変換して、電気信号として得れば変位Ｘは固有の定数
Ｍ／　２　ｔａｎθを掛けることにより、簡単に計算で
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば被測定物体に対し、斜め上方からレーザ
ー光を当て物体測定面からの拡散反射光のうちの正反射
戚分を受光する構威にしたので、鏡面に近い物体やつや
のある物体に対しても十分な受光量が得られ、高い分解
能で物体面を検出、測定が可能となる。又従来の三角測
量方式の光学系では、測定の基準面（６）以外では、反
射光が受光レンズ（４）に直交しないため、非線形な結
像となる欠点を有するのに対し、本発明を用いれば、コ
ンデンサーレンズ（３）により受光レンズ（４）に常に
直交する反射光が入射する。これにより、線形な一次式
ｘ　＝　ＭＸ　／　２　ｔａｎθで、変位Ｘが求められ
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の三角測量法の原理を示す断面図、第２図
は本発明の構成を示す断面図、第３図は本発明をレーザ
ー変位計に応用した時の一実施例を示す断面図である。 １・・・レーザー発振器、２・・・コリメートレンズ、
３・・・コンデンサーレンズ、４・・・コンデンサーレ
ンズ、５・・・光センサー　６・・・被測定物体の基準
面、７〜８・・・被測定物体の測定面、９・・・基準面
６で拡散反射された正反射光線、１０・・・測定面８で
拡散反射された正反射光線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー発振器（１）とその出射光線を光軸に平行にす
   るコリメートレンズ（２）とコリメート光をさらに微小
   スポットに絞るコンデンサーレンズ（３）と、測定面か
   らの前記スポットの反射光を前記コンデンサーレンズ（
   ３）で光軸に平行に集光した後、さらに絞るためのコン
   デンサーレンズ（４）と前記レンズ（４）による集光ス
   ポット光を検出する光センサー（５）とを備えたことを
   特徴とする光学式プローブ