JPH0371041B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0371041B2 JPH0371041B2 JP21509985A JP21509985A JPH0371041B2 JP H0371041 B2 JPH0371041 B2 JP H0371041B2 JP 21509985 A JP21509985 A JP 21509985A JP 21509985 A JP21509985 A JP 21509985A JP H0371041 B2 JPH0371041 B2 JP H0371041B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- reflected light
- measured
- psd
- receiving surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は光ビームを被測定物に照射し、その
反射光を利用して被測定物の位置、および変位を
測定し、被測定物の形状寸法等を算出することが
できる位置変位測定装置に関するものである。
反射光を利用して被測定物の位置、および変位を
測定し、被測定物の形状寸法等を算出することが
できる位置変位測定装置に関するものである。
第１図は位置変位測定装置の主要部を図示した
もので、１１はレーザ光などが出力される光源、
１２は照射レンズ、１３ａは被測定物１４上に集
束される照射光、１３ｂは被測定物１４において
反射・散乱した光の一部が集束レンズ１５によつ
て捕捉された反射光、１６は変位検出器であつて
前記反射光１３ｂが照射されている位置検出用の
ホトダイオード１７、および検出した信号の演算
器１８によつて構成されている。
もので、１１はレーザ光などが出力される光源、
１２は照射レンズ、１３ａは被測定物１４上に集
束される照射光、１３ｂは被測定物１４において
反射・散乱した光の一部が集束レンズ１５によつ
て捕捉された反射光、１６は変位検出器であつて
前記反射光１３ｂが照射されている位置検出用の
ホトダイオード１７、および検出した信号の演算
器１８によつて構成されている。
第２図はかかる位置変位測定装置において使用
されている従来の位置検出用のホトダイオード
（Position Sensitive Device：以下PSDという）
の構造を模式図としたもので、１はｎ型の高抵抗
半導体基板、１′は薄い半導体絶縁層（ｉ層）、２
はｐ型の半導体表面層、３は前記ｎ型の高抵抗半
導体基板１のn+層に設けられている電極、４，
５は前記Ｐ型の半導体表面層２の両端に設けられ
ている電極である。
されている従来の位置検出用のホトダイオード
（Position Sensitive Device：以下PSDという）
の構造を模式図としたもので、１はｎ型の高抵抗
半導体基板、１′は薄い半導体絶縁層（ｉ層）、２
はｐ型の半導体表面層、３は前記ｎ型の高抵抗半
導体基板１のn+層に設けられている電極、４，
５は前記Ｐ型の半導体表面層２の両端に設けられ
ている電極である。
このようなPIN構造とされたダイオードは、図
に示したように直流電源６、負荷抵抗７，８を接
続してｐ型の半導体表面層２にスポツト状の光ビ
ームＬを照射すると、負荷抵抗７，８には光電効
果によつて発生した電流が半導体表面層２の表面
抵抗によつて分流した光電流i1およびi2が流れる
ことが知られている。
に示したように直流電源６、負荷抵抗７，８を接
続してｐ型の半導体表面層２にスポツト状の光ビ
ームＬを照射すると、負荷抵抗７，８には光電効
果によつて発生した電流が半導体表面層２の表面
抵抗によつて分流した光電流i1およびi2が流れる
ことが知られている。
この光電流i1、i2は負荷抵抗７，８が半導体表
面層２の表面抵抗より十分に小さいとき、光ビー
ムＬの位置が中心ｏよりｙだけ変位した位置にあ
ると、前記負荷抵抗７，８に流れる光電流i1、i2
は、第３図ａに示すようにｙ＝０であるときはi1
＝i2となり、中心ｏより離れると互いに逆方向に
増減する。そのため、光ビームＬが中心ｏから変
位した位置ｙは、第３図ｂの実線で示すように ｙ＝Ｋ・i1−i2／i1＋i2（但し、Ｋは比例定数） によつて計算することができる。
面層２の表面抵抗より十分に小さいとき、光ビー
ムＬの位置が中心ｏよりｙだけ変位した位置にあ
ると、前記負荷抵抗７，８に流れる光電流i1、i2
は、第３図ａに示すようにｙ＝０であるときはi1
＝i2となり、中心ｏより離れると互いに逆方向に
増減する。そのため、光ビームＬが中心ｏから変
位した位置ｙは、第３図ｂの実線で示すように ｙ＝Ｋ・i1−i2／i1＋i2（但し、Ｋは比例定数） によつて計算することができる。
ところで、前記した第１図の位置変位測定装置
において、被測定物１４の位置が点線のように変
位するとPSD１７に照射されている反射光１３
ｂも点線で示すように結像点が移動するから、こ
の結像点の移動した位置ｙを光電流i1、i2の値か
ら演算すると被測定物１４の変位またはその形状
等を測定することができる。
において、被測定物１４の位置が点線のように変
位するとPSD１７に照射されている反射光１３
ｂも点線で示すように結像点が移動するから、こ
の結像点の移動した位置ｙを光電流i1、i2の値か
ら演算すると被測定物１４の変位またはその形状
等を測定することができる。
しかしながら、前記変位した位置ｙの値は、光
電流i1、i2が得られる測定範囲、すなわち、反射
光１３ｂがPSD１７の半導体表面層２に照射さ
れるような被測定物１４のセツト位置において計
算可能になり、例えば、反射光１３ｂが半導体表
面層２の測定範囲から完全に外れたとき、つま
り、被測定物１４の位置が測定範囲より外れたと
きは、暗電流による影響や、熱雑音による電流に
よつて前記式のi1−i2／i1＋i2の値は第３図ｂの点線で
示 すように不定となり、被測定物１４の位置と無関
係な出力が発生する。
電流i1、i2が得られる測定範囲、すなわち、反射
光１３ｂがPSD１７の半導体表面層２に照射さ
れるような被測定物１４のセツト位置において計
算可能になり、例えば、反射光１３ｂが半導体表
面層２の測定範囲から完全に外れたとき、つま
り、被測定物１４の位置が測定範囲より外れたと
きは、暗電流による影響や、熱雑音による電流に
よつて前記式のi1−i2／i1＋i2の値は第３図ｂの点線で
示 すように不定となり、被測定物１４の位置と無関
係な出力が発生する。
受光レンズによる結像スポツトが半導体表面層
２から外れたとき、つまり被測定物１４の位置が
測定範囲から外れたとき不定出力が生じ、この不
定出力により、被測定物１４の位置が測定範囲内
か、外れているかの判断が困難になる場合が多発
する。特に受光倍率を高くした高精度装置では数
mm離れた位置にある空間の被測定物１４を0.1mm
程度を測定範囲とするため、被測定物１４を位置
変位測定装置にセツトする際に、その初期位置を
定めることがきわめて困難になると同時に、被測
定物１４の設定を自動的にセツトする際もサーボ
回路を構成することができないという問題があつ
た。
２から外れたとき、つまり被測定物１４の位置が
測定範囲から外れたとき不定出力が生じ、この不
定出力により、被測定物１４の位置が測定範囲内
か、外れているかの判断が困難になる場合が多発
する。特に受光倍率を高くした高精度装置では数
mm離れた位置にある空間の被測定物１４を0.1mm
程度を測定範囲とするため、被測定物１４を位置
変位測定装置にセツトする際に、その初期位置を
定めることがきわめて困難になると同時に、被測
定物１４の設定を自動的にセツトする際もサーボ
回路を構成することができないという問題があつ
た。
この発明は、かかる点にかんがみてなされたも
ので、PSDの受光面を改良することによつて被
測定物のセツト位置が測定範囲内にない場合で
も、その外れている方向が検出できるようにした
位置変位測定装置を提供するものである。
ので、PSDの受光面を改良することによつて被
測定物のセツト位置が測定範囲内にない場合で
も、その外れている方向が検出できるようにした
位置変位測定装置を提供するものである。
第４図はこの発明の位置変位測定装置に採用で
きるPSD（位置検出用のホトダイオード）を示す
もので、符号１〜８の構造は第２図のものと同一
である。しかしながら、この発明の位置変位測定
装置に装着されるPSDでは受光面となるｐ型の
半導体表面層２に取り付けた電極４，５の外側に
延長して２つの受光面S1、S2が設けてある。
きるPSD（位置検出用のホトダイオード）を示す
もので、符号１〜８の構造は第２図のものと同一
である。しかしながら、この発明の位置変位測定
装置に装着されるPSDでは受光面となるｐ型の
半導体表面層２に取り付けた電極４，５の外側に
延長して２つの受光面S1、S2が設けてある。
つづいて、かかるPSDに反射光１３ｂが入射
した場合について説明する。
した場合について説明する。
前述したように、PSDの中心点ｏに反射光１
３ｂがある場合は、受光面に設けてある２つの電
極にはほぼ同一の光電流i1、i2が流れる。また、
この反射光の位置が変位し、中心点ｏよりはずれ
た位置に来たときは第５図ａに示すように２つの
光電流i1，i2は中心からずれた位置ｙに応じて互
いに逆方向に増減する。
３ｂがある場合は、受光面に設けてある２つの電
極にはほぼ同一の光電流i1、i2が流れる。また、
この反射光の位置が変位し、中心点ｏよりはずれ
た位置に来たときは第５図ａに示すように２つの
光電流i1，i2は中心からずれた位置ｙに応じて互
いに逆方向に増減する。
そして、反射光１３ｂのずれがさらに大きくな
り、前記した延長してある受光面S1に到達する
と、反射光１３ｂによる光電流は全部電極５に流
入し、光電流i2、すなわち電極４の電流は０とな
る。逆に延長した受光面S2の方に反射光１３ｂが
ずれると、光電流i1の方が０となる。
り、前記した延長してある受光面S1に到達する
と、反射光１３ｂによる光電流は全部電極５に流
入し、光電流i2、すなわち電極４の電流は０とな
る。逆に延長した受光面S2の方に反射光１３ｂが
ずれると、光電流i1の方が０となる。
したがつて、演算器１８の出力は第５図ｂのよ
うに測定範囲となる正規の受光面内では従来と同
様に、ｙ＝Ｋ・i1−i2／i1＋i2になり入射光の位置を検
出 すると同時に、延長した受光面S1、S2に入つた場
合もフルスケールの出力電圧＋Ｖ、および−Ｖが
得られる。そのため、反射光１３ｂが正規の受光
面からどの方向に変位しているかを知ることがで
き、前述した第２図のPSDのように検出値が不
定を示すことがない。
うに測定範囲となる正規の受光面内では従来と同
様に、ｙ＝Ｋ・i1−i2／i1＋i2になり入射光の位置を検
出 すると同時に、延長した受光面S1、S2に入つた場
合もフルスケールの出力電圧＋Ｖ、および−Ｖが
得られる。そのため、反射光１３ｂが正規の受光
面からどの方向に変位しているかを知ることがで
き、前述した第２図のPSDのように検出値が不
定を示すことがない。
反射光１３ｂが電極４，５上に入射した場合は
問題があるが、この電極４，５を薄くまたは細く
形成するか、または電極の素材に透明で導電性を
もつ酸化すずなどを用いれば、この点でもフルス
ケールに相当する電圧＋Ｖ、−Ｖが得られる。
問題があるが、この電極４，５を薄くまたは細く
形成するか、または電極の素材に透明で導電性を
もつ酸化すずなどを用いれば、この点でもフルス
ケールに相当する電圧＋Ｖ、−Ｖが得られる。
第６図ａ，ｂはこの発明の位置変位測定装置に
装着される他のPSDの形状を示したもので、第
４図のものと比較して延長した受光面S11、S12幅
Ｄを狭くしたものである。
装着される他のPSDの形状を示したもので、第
４図のものと比較して延長した受光面S11、S12幅
Ｄを狭くしたものである。
延長した受光面S11、S12は反射光１３ｂの一部
分でも受光できれば演算出力をフルスケールの値
に保つことができるので、受光面を狭くしても支
障はない。
分でも受光できれば演算出力をフルスケールの値
に保つことができるので、受光面を狭くしても支
障はない。
このような構造にすると、
(1) 延長した受光面S11、S12によつて接合容量が
増加し、応答性が悪くなることを防止すること
ができる。
増加し、応答性が悪くなることを防止すること
ができる。
(2) 延長した受光面S11、S12によつて増加する漏
えい電流を小さくすることができるので、検出
値のＳ／Ｎが増加する。
えい電流を小さくすることができるので、検出
値のＳ／Ｎが増加する。
などの利点がある。
なお、延長した受光面S1、S2（S11、S12）のｐ
型半導体領域における層抵抗は特に均一にする必
要がなく、その光電変換の感度は低くても、作用
効果に支障が生じることがない。
型半導体領域における層抵抗は特に均一にする必
要がなく、その光電変換の感度は低くても、作用
効果に支障が生じることがない。
以上の説明から理解できるように、この発明の
位置変位測定装置では、PSDの受光面を測定範
囲となる電極４，５からさらに外側に延長して反
射光の捕捉範囲を広くしているので、位置変位測
定装置にセツトされる被測定物の位置が従来の位
置変位測定装置よりも広い範囲で検出することが
でき、被測定物のセツトの位置が多少ずれていて
もPSDから得られた光電流の演算値でそのずれ
方向が検出できるようになる。
位置変位測定装置では、PSDの受光面を測定範
囲となる電極４，５からさらに外側に延長して反
射光の捕捉範囲を広くしているので、位置変位測
定装置にセツトされる被測定物の位置が従来の位
置変位測定装置よりも広い範囲で検出することが
でき、被測定物のセツトの位置が多少ずれていて
もPSDから得られた光電流の演算値でそのずれ
方向が検出できるようになる。
以上説明したように、この発明の位置変位測定
装置は、被測定物のセツト位置がきわめて広い範
囲で捕捉できるという効果がある。特に、受光倍
率を高くした高精度の装置では数mmの空間距離を
おいて0.1mm程度の位置変位を測定する必要があ
るが、この場合も位置変位測定装置と被測定物と
の位置合わせが容易になるという利点がある。
装置は、被測定物のセツト位置がきわめて広い範
囲で捕捉できるという効果がある。特に、受光倍
率を高くした高精度の装置では数mmの空間距離を
おいて0.1mm程度の位置変位を測定する必要があ
るが、この場合も位置変位測定装置と被測定物と
の位置合わせが容易になるという利点がある。
また、被測定物を自動的に初期位置に設定する
ためのサーボ系も容易に構成できるようになると
いう効果がある。
ためのサーボ系も容易に構成できるようになると
いう効果がある。
第１図は被測定物の位置変位からその形状を測
定する位置変位測定装置の概要図、第２図は位置
検出用ダイオード（PSD）の構造図、第３図ａ，
ｂはPSDの光電流の特性図、第４図はこの発明
の位置変位測定装置に採用されたPSDの構造図、
第５図はこの発明の位置変位測定装置で検出され
る光電流の特性図と演算値を示す図、第６図ａ，
ｂはPSDの他の実施例を示す構造図である。 図中、１１は光源、１２は照射レンズ、１３ａ
は照射光、１３ｂは反射光、１４は被測定物、１
５は集束レンズ、１７はホトダイオード、１８は
演算器を示す。
定する位置変位測定装置の概要図、第２図は位置
検出用ダイオード（PSD）の構造図、第３図ａ，
ｂはPSDの光電流の特性図、第４図はこの発明
の位置変位測定装置に採用されたPSDの構造図、
第５図はこの発明の位置変位測定装置で検出され
る光電流の特性図と演算値を示す図、第６図ａ，
ｂはPSDの他の実施例を示す構造図である。 図中、１１は光源、１２は照射レンズ、１３ａ
は照射光、１３ｂは反射光、１４は被測定物、１
５は集束レンズ、１７はホトダイオード、１８は
演算器を示す。
Claims (1)
- １ 光ビームを照射して被測定物の表面に輝点を
発生し、前記輝点からの反射光を前記光ビームの
照射方向に対して一定の角度で捕捉する集光レン
ズによつて位置検出用のホトダイオード上に結像
し、前記被測定物の位置変位を非接触の状態で検
出する位置変位検出装置において；前記位置検出
用のホトダイオードは前記反射光を受光する位置
検出用の受光面と、該受光面の両側に配置され前
記反射光の位置を検出するための２個の電極と、
前記２個の電極からさらに外側に延在し、前記反
射光が前記受光面外に移動するオーバレンジ領域
を検出する２個の受光面を備えていることを特徴
とする位置変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21509985A JPS61180104A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 位置変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21509985A JPS61180104A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 位置変位測定装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57034090A Division JPS58151507A (ja) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | 位置検出用ホトダイオ−ド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61180104A JPS61180104A (ja) | 1986-08-12 |
| JPH0371041B2 true JPH0371041B2 (ja) | 1991-11-11 |
Family
ID=16666736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21509985A Granted JPS61180104A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 位置変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61180104A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5272517A (en) * | 1990-06-13 | 1993-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Height measurement apparatus using laser light beam |
| CN102802509B (zh) * | 2009-05-27 | 2017-06-09 | 美国亚德诺半导体公司 | 多用途光学传感器 |
| CN105932090B (zh) * | 2016-04-27 | 2017-10-31 | 河北大学 | 一种基于侧向光伏效应的薄膜结构位置灵敏探测器 |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP21509985A patent/JPS61180104A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61180104A (ja) | 1986-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR920009799B1 (ko) | 공간 필터식 속도 측정장치 | |
| JPS5852514A (ja) | 光源−観測面間距離測定装置 | |
| US4484069A (en) | Apparatus and method for sensing distance | |
| US3742223A (en) | Wide angle lateral photo-detector means | |
| JP2007225565A (ja) | 光学式測距センサ | |
| Song et al. | Design and performance analysis of laser displacement sensor based on position sensitive detector (PSD) | |
| JPS59762B2 (ja) | 変位測定装置 | |
| JPH0371041B2 (ja) | ||
| EP0312332B1 (en) | Barometric meter | |
| US4061917A (en) | Bolometer | |
| US4888491A (en) | Device for measuring angular deviation of flat plate | |
| JPS629841B2 (ja) | ||
| Kelly et al. | Techniques for using the position sensitivity of silicon photodetectors to provide remote machine control | |
| JPH0429477B2 (ja) | ||
| JPS61170605A (ja) | 半導体ウエ−ハの傾き検出装置 | |
| JPH0242311A (ja) | 傾斜角検出器 | |
| US8803059B2 (en) | Sensor for determination of the incidence angle of radiation and method for measurement the incidence angle using such a sensor | |
| JPH0433164B2 (ja) | ||
| JP3270176B2 (ja) | 三角測距式光電センサ | |
| JPS62264678A (ja) | アレイ型ホトダイオ−ド | |
| Xing et al. | A new angular-position detector utilizing the lateral photoeffect in Si | |
| JPH01156694A (ja) | 光電スイッチ | |
| JPH0688726A (ja) | 測距センサ | |
| Lindholm et al. | Position sensitive photodetectors with high linearity | |
| JPS63169509A (ja) | 傾き計測装置 |