JPH04290914A - 光学式変位センサおよび光学式変位測定方法 - Google Patents
光学式変位センサおよび光学式変位測定方法Info
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- JPH04290914A JPH04290914A JP5522291A JP5522291A JPH04290914A JP H04290914 A JPH04290914 A JP H04290914A JP 5522291 A JP5522291 A JP 5522291A JP 5522291 A JP5522291 A JP 5522291A JP H04290914 A JPH04290914 A JP H04290914A
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学式変位センサおよび
光学式変位測定方法に関するものである。
光学式変位測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光学式変位センサとしては、三角
測量方式のものと、自動焦点方式のものがある。
測量方式のものと、自動焦点方式のものがある。
【０００３】上記三角測量方式のものは、図３に示すよ
うに、光源３１からの測定光を測定面３２に照射し、測
定面３２からの反射光を撮像素子３３上に導き、この撮
像素子３３上のスポット像の変位量Δｙを測定すること
により、測定面３２の変位量Δｘを検出するようにした
ものである。
うに、光源３１からの測定光を測定面３２に照射し、測
定面３２からの反射光を撮像素子３３上に導き、この撮
像素子３３上のスポット像の変位量Δｙを測定すること
により、測定面３２の変位量Δｘを検出するようにした
ものである。
【０００４】また、上記自動焦点方式のものは、図４に
示すように、光源４１からの測定光を測定面４２に照射
し、常に対物レンズ４３の焦点位置で結像するように、
対物レンズ４３をその光軸方向で移動させ、その移動量
Δｙから測定面４２の変位量Δｘを検出するようにした
ものである。
示すように、光源４１からの測定光を測定面４２に照射
し、常に対物レンズ４３の焦点位置で結像するように、
対物レンズ４３をその光軸方向で移動させ、その移動量
Δｙから測定面４２の変位量Δｘを検出するようにした
ものである。
【０００５】なお、上記自動焦点方式の構成において、
常に、その焦点位置に結像させる構成は、図４に示すよ
うに、測定面４２からの反射光をハーフミラー４４で取
り出した後、集光レンズ４５およびプリズム４６を介し
て、２個の光量検出素子４７Ａ，４７Ｂに入射し、そし
てこの入射された両信号差がなくなるように、対物レン
ズ４３の駆動装置４８をコントローラ４９を介して作動
させるようにしたものである。
常に、その焦点位置に結像させる構成は、図４に示すよ
うに、測定面４２からの反射光をハーフミラー４４で取
り出した後、集光レンズ４５およびプリズム４６を介し
て、２個の光量検出素子４７Ａ，４７Ｂに入射し、そし
てこの入射された両信号差がなくなるように、対物レン
ズ４３の駆動装置４８をコントローラ４９を介して作動
させるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記三角測量方式によ
ると、変位センサが振動した場合、撮像素子３３と光源
３１との位置関係が変化して測定に誤差が生じるという
問題があった。
ると、変位センサが振動した場合、撮像素子３３と光源
３１との位置関係が変化して測定に誤差が生じるという
問題があった。
【０００７】また、自動焦点方式によると、測定面４２
で結像するスポット像が常に焦点位置にくるように、対
物レンズ４３を光軸方向に移動させ、その移動量から測
定面４２の変位量を検出するため、測定面４２の急激な
変位に対応できない場合があり、この場合には、測定面
４２が停止した後においても、移動前と移動後の変位量
を検出することができないという問題があった。
で結像するスポット像が常に焦点位置にくるように、対
物レンズ４３を光軸方向に移動させ、その移動量から測
定面４２の変位量を検出するため、測定面４２の急激な
変位に対応できない場合があり、この場合には、測定面
４２が停止した後においても、移動前と移動後の変位量
を検出することができないという問題があった。
【０００８】そこで、本発明は上記問題を解消し得る光
学式変位センサおよび光学式変位測定方法を提供するこ
とを目的とする。
学式変位センサおよび光学式変位測定方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明の光学式変位センサは、光源から測定面に照射
された反射光を入射する対物レンズと、この対物レンズ
からの出射光を検出面に結像させる結像レンズと、上記
両レンズ間位置で、しかも測定光学系をテレセントリッ
ク系とするための絞り穴が２個形成された絞り坂を配置
するとともに、上記２個の絞り穴を各レンズの光軸に対
して互いに対称位置に設け、かつ２個の絞り穴を通過し
て検出面に結像された２個のスポット像間の距離を検出
することにより測定面の変位量を測定するように構成し
たものである。
、本発明の光学式変位センサは、光源から測定面に照射
された反射光を入射する対物レンズと、この対物レンズ
からの出射光を検出面に結像させる結像レンズと、上記
両レンズ間位置で、しかも測定光学系をテレセントリッ
ク系とするための絞り穴が２個形成された絞り坂を配置
するとともに、上記２個の絞り穴を各レンズの光軸に対
して互いに対称位置に設け、かつ２個の絞り穴を通過し
て検出面に結像された２個のスポット像間の距離を検出
することにより測定面の変位量を測定するように構成し
たものである。
【００１０】また、上記課題を解消するため、本発明の
光学式変位測定方法は、上記光学式変位センサにおいて
、検出面としてＣＣＤ撮像素子を使用するとともに、２
個の絞り穴を通過して検出面に結像した２個のスポット
像の輝度分布を測定し、この輝度分布データを相関演算
して両スポット間距離をＣＣＤ撮像素子の絵素ピッチで
求め、さらに内挿演算により絵素ピッチ以下の精度で両
スポット間の距離を求めて測定面の変位量を測定する方
法である。
光学式変位測定方法は、上記光学式変位センサにおいて
、検出面としてＣＣＤ撮像素子を使用するとともに、２
個の絞り穴を通過して検出面に結像した２個のスポット
像の輝度分布を測定し、この輝度分布データを相関演算
して両スポット間距離をＣＣＤ撮像素子の絵素ピッチで
求め、さらに内挿演算により絵素ピッチ以下の精度で両
スポット間の距離を求めて測定面の変位量を測定する方
法である。
【００１１】
【作用】上記光学式変位センサの構成によると、測定面
からの反射光は２個の絞り穴を通過した後、同一の結像
レンズを通過して、１つの検出面上に結像されるととも
に、この結像された２個のスポット像間の距離を測定す
ることにより、測定面の変位量を検出することができる
。
からの反射光は２個の絞り穴を通過した後、同一の結像
レンズを通過して、１つの検出面上に結像されるととも
に、この結像された２個のスポット像間の距離を測定す
ることにより、測定面の変位量を検出することができる
。
【００１２】また、上記光学式変位測定方法によると、
上記光学式変位センサにおいて、検出面としてＣＣＤ撮
像素子を使用して、検出面に結像した２個のスポット像
の距離を撮像素子の絵素ピッチで求め、さらに内挿演算
によりこの絵素ピッチ以下の精度で２個のスポット像間
の距離を求めることができるので、測定面の変位量を高
精度に測定し得る。
上記光学式変位センサにおいて、検出面としてＣＣＤ撮
像素子を使用して、検出面に結像した２個のスポット像
の距離を撮像素子の絵素ピッチで求め、さらに内挿演算
によりこの絵素ピッチ以下の精度で２個のスポット像間
の距離を求めることができるので、測定面の変位量を高
精度に測定し得る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２に
基づき説明する。図１は光学式変位センサの概略構成を
示す側面図である。
基づき説明する。図１は光学式変位センサの概略構成を
示す側面図である。
【００１４】図１に示すように、この光学式変位センサ
は、測定光を測定面１に出射する半導体レーザ（光源）
２と、測定面１で反射した反射光を検出する検出面３と
、測定面１に対向して設けられる対物レンズ４と、この
対物レンズ４からの出射光を検出面３に結像させる結像
レンズ５と、これら両レンズ４，５間位置にかつ両レン
ズ４，５の焦点位置に配置されるとともに、対物レンズ
４からの出射光を絞るため（測定光学系をテレセントリ
ック系とするため）の絞り穴６がレンズの光軸に対して
対称位置に２個形成された絞り板７と、上記半導体レー
ザ２からの測定光を上記対物レンズ４の中央から測定面
１に導くレーザ光反射ミラー８とから構成され、さらに
上記検出面３としてＣＣＤ撮像素子９が使用されている
。
は、測定光を測定面１に出射する半導体レーザ（光源）
２と、測定面１で反射した反射光を検出する検出面３と
、測定面１に対向して設けられる対物レンズ４と、この
対物レンズ４からの出射光を検出面３に結像させる結像
レンズ５と、これら両レンズ４，５間位置にかつ両レン
ズ４，５の焦点位置に配置されるとともに、対物レンズ
４からの出射光を絞るため（測定光学系をテレセントリ
ック系とするため）の絞り穴６がレンズの光軸に対して
対称位置に２個形成された絞り板７と、上記半導体レー
ザ２からの測定光を上記対物レンズ４の中央から測定面
１に導くレーザ光反射ミラー８とから構成され、さらに
上記検出面３としてＣＣＤ撮像素子９が使用されている
。
【００１５】次に、測定方法について説明する。まず、
測定原理について説明する。図１において、対物レンズ
４の焦点位置にある測定面１がΔｘだけ変位して（イ）
から（ロ）に移動したとすると、測定面１で反射した反
射光は２個の絞り穴６を通過して検出面３上に２個のス
ポット像を結像することになる。すなわち、検出面３上
のスポット像が１１→１２，１２′に移動する。
測定原理について説明する。図１において、対物レンズ
４の焦点位置にある測定面１がΔｘだけ変位して（イ）
から（ロ）に移動したとすると、測定面１で反射した反
射光は２個の絞り穴６を通過して検出面３上に２個のス
ポット像を結像することになる。すなわち、検出面３上
のスポット像が１１→１２，１２′に移動する。
【００１６】ここで、両スポット像１２，１２′間の距
離をΔｙとすると、ΔｙとΔｘとの関係は下記■式のよ
うに表される。 Δｙ＝２×（ｈ×ｆ２ ／ｆ１ ）×Δｘ…■但し、ｆ
１ ：対物レンズの焦点距離 ｆ２ ：結像レンズの焦点距離 ｈ ：光軸から各絞り穴までの距離 上記■式から測定面１の変位Δｘは、ＣＣＤ撮像素子９
上の２個のスポット像間の距離Δｙと線形の関係を有し
ているとともに、その係数は両レンズ４，５の焦点距離
（ｆ１ ，ｆ２ ）および絞り穴６の位置により決定さ
れることが判る。
離をΔｙとすると、ΔｙとΔｘとの関係は下記■式のよ
うに表される。 Δｙ＝２×（ｈ×ｆ２ ／ｆ１ ）×Δｘ…■但し、ｆ
１ ：対物レンズの焦点距離 ｆ２ ：結像レンズの焦点距離 ｈ ：光軸から各絞り穴までの距離 上記■式から測定面１の変位Δｘは、ＣＣＤ撮像素子９
上の２個のスポット像間の距離Δｙと線形の関係を有し
ているとともに、その係数は両レンズ４，５の焦点距離
（ｆ１ ，ｆ２ ）および絞り穴６の位置により決定さ
れることが判る。
【００１７】すなわち、ＣＣＤ撮像素子９上の２個のス
ポット像の距離Δｙを検出することにより測定面１の変
位量Δｘを測定することができる。次に、ＣＣＤ撮像素
子９上における２個のスポット像の距離を検出する方法
を、図２に基づき説明する。
ポット像の距離Δｙを検出することにより測定面１の変
位量Δｘを測定することができる。次に、ＣＣＤ撮像素
子９上における２個のスポット像の距離を検出する方法
を、図２に基づき説明する。
【００１８】図２はＣＣＤ撮像素子上に２個のスポット
像が結像している状態を示しており、ｆ（ｘｉ ），ｇ
（ｘｉ ）は各スポット像の信号値を示している。ここ
で、ＣＣＤ撮像素子の絵素間隔をΔ、スポット像の間隔
をｄとすると、ｄは下記■式のように表される。
像が結像している状態を示しており、ｆ（ｘｉ ），ｇ
（ｘｉ ）は各スポット像の信号値を示している。ここ
で、ＣＣＤ撮像素子の絵素間隔をΔ、スポット像の間隔
をｄとすると、ｄは下記■式のように表される。
【００１９】ｄ＝ａ×Δ＋ｂ…■
すなわち、２個のスポット像の間隔ｄは、絵素間隔の整
数（ａ）倍した値に、絵素間隔より小さい値（ｂ）を加
えたものである。
数（ａ）倍した値に、絵素間隔より小さい値（ｂ）を加
えたものである。
【００２０】絵素間隔Δを単位としたスポット像間の距
離（ａ×Δ）は、従来から用いられている２個のスポッ
ト像の信号値ｆ（ｘｉ ），ｇ（ｘｉ ）の重心位置ま
たはその最大値位置から求めることができる。
離（ａ×Δ）は、従来から用いられている２個のスポッ
ト像の信号値ｆ（ｘｉ ），ｇ（ｘｉ ）の重心位置ま
たはその最大値位置から求めることができる。
【００２１】一方、絵素間隔以下の値（ｂ）は相関演算
により求めることができる。以下、相関演算について説
明する。まず、ｇ（ｘｉ ）を（ａ×Δ）だけｆ方向に
ずらせた信号値をｈ（ｘｉ ）として、下記■式に示す
関数を得る。
により求めることができる。以下、相関演算について説
明する。まず、ｇ（ｘｉ ）を（ａ×Δ）だけｆ方向に
ずらせた信号値をｈ（ｘｉ ）として、下記■式に示す
関数を得る。
【００２２】
【数１】
【００２３】上記関数Φは、下記■式に示すように簡略
化される。
化される。
【００２４】
【数２】
【００２５】なお、■式中、ｆ′（ｘｉ ）はｆ（ｘｉ
）のｘ方向における微分値である。■式から、下記の
ことがわかる。 Φ＞０ならばｈは左シフトしたもの（右方向をプラスと
する） Φ＜０ならばｈは右シフトしたもの Φ＝０ならば、δ＝０ したがって、Φが符号を変える位置を、ＫおよびＫ＋１
とすると、Φ＝０となる位置δは、下記■式により直接
近似で表すことができる。
）のｘ方向における微分値である。■式から、下記の
ことがわかる。 Φ＞０ならばｈは左シフトしたもの（右方向をプラスと
する） Φ＜０ならばｈは右シフトしたもの Φ＝０ならば、δ＝０ したがって、Φが符号を変える位置を、ＫおよびＫ＋１
とすると、Φ＝０となる位置δは、下記■式により直接
近似で表すことができる。
【００２６】
【数３】
【００２７】なお、■式中、ΦＫ＋１ ，ΦＫ は、位
置Ｋ＋１，ＫにおけるΦの値である。このように、内挿
演算によりＣＣＤ撮像素子の絵素間隔よりも、短い単位
でスポット像間の距離を測定することができる。
置Ｋ＋１，ＫにおけるΦの値である。このように、内挿
演算によりＣＣＤ撮像素子の絵素間隔よりも、短い単位
でスポット像間の距離を測定することができる。
【００２８】上述したように、測定面１からの反射光は
２個の絞り穴６を通過した後、同一の結像レンズ５を通
過して、１個のＣＣＤ撮像素子９上に結像し、そしてこ
のＣＣＤ撮像素子９上で検出されるため、変位センサ全
体が振動しても、両スポット像間の距離は変化しないの
で、振動に強い光学式変位センサが得られる。
２個の絞り穴６を通過した後、同一の結像レンズ５を通
過して、１個のＣＣＤ撮像素子９上に結像し、そしてこ
のＣＣＤ撮像素子９上で検出されるため、変位センサ全
体が振動しても、両スポット像間の距離は変化しないの
で、振動に強い光学式変位センサが得られる。
【００２９】また、上記の光学式変位センサによると、
可動部がなく、ＣＣＤ撮像素子９上に結像される両スポ
ット像間の距離を検出することにより、測定面の変位量
を知ることができるので、対物レンズを移動させる自動
焦点方式のように、測定面が急激に変位した場合に、追
従ができなくなるような問題も生じない。
可動部がなく、ＣＣＤ撮像素子９上に結像される両スポ
ット像間の距離を検出することにより、測定面の変位量
を知ることができるので、対物レンズを移動させる自動
焦点方式のように、測定面が急激に変位した場合に、追
従ができなくなるような問題も生じない。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明の光学式変位センサ
および光学式変位測定方法によると、測定面からの反射
光は２個の絞り穴を通過した後、同一の結像レンズを通
過して、１つの検出面上に結像するとともに、この結像
された２個のスポット像間の距離を検出することにより
、測定面の変位量が検出できるため、変位センサ自体が
振動しても、両スポット像間の距離は変化しないので、
したがって振動に強い光学式変位センサが得られる。
および光学式変位測定方法によると、測定面からの反射
光は２個の絞り穴を通過した後、同一の結像レンズを通
過して、１つの検出面上に結像するとともに、この結像
された２個のスポット像間の距離を検出することにより
、測定面の変位量が検出できるため、変位センサ自体が
振動しても、両スポット像間の距離は変化しないので、
したがって振動に強い光学式変位センサが得られる。
【００３１】また、光学式変位センサによると、可動部
がないため、対物レンズを移動させる自動焦点方式のよ
うに、測定面が急激に変位した場合に、追従ができなく
なるような問題も生じない。
がないため、対物レンズを移動させる自動焦点方式のよ
うに、測定面が急激に変位した場合に、追従ができなく
なるような問題も生じない。
【図１】図１は本発明の一実施例における光学式変位セ
ンサの概略構成を示す側面図である。
ンサの概略構成を示す側面図である。
【図２】図２は本発明の一実施例における光学式変位セ
ンサの測定方法を説明するためのスポット像の位置とそ
の信号値との関係を示すグラフ図である。
ンサの測定方法を説明するためのスポット像の位置とそ
の信号値との関係を示すグラフ図である。
【図３】図３は従来例の三角測量方式を説明する原理図
である。
である。
【図４】図４は従来例の自動焦点方式を説明する原理図
である。
である。
１ 測定面
２ 半導体レーザ
３ 検出面
４ 対物レンズ
５ 結像レンズ
６ 絞り穴
７ 絞り板
９ ＣＣＤ撮像素子
Claims (2)
- 【請求項１】 光源から測定面に照射された反射光を
入射する対物レンズと、この対物レンズからの出射光を
検出面に結像させる結像レンズと、上記両レンズ間位置
で、しかも測定光学系をテレセントリック系とするため
の絞り穴が２個形成された絞り板を配置するとともに、
上記２個の絞り穴を各レンズの光軸に対して互いに対称
位置に設け、かつ２個の絞り穴を通過して検出面に結像
された２個のスポット像間の距離を検出することにより
測定面の変位量を測定するように構成したことを特徴と
する光学式変位センサ。 - 【請求項２】 上記光学式変位センサにおいて、検出
面としてＣＣＤ撮像素子を使用するとともに、２個の絞
り穴を通過して検出面に結像した２個のスポット像の輝
度分布を測定し、この輝度分布データを相関演算して両
スポット間距離をＣＣＤ撮像素子の絵素ピッチで求め、
さらに内挿演算により絵素ピッチ以下の輝度で両スポッ
ト間の距離を求めて測定面の変位量を測定することを特
徴とする光学式変位測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5522291A JPH04290914A (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光学式変位センサおよび光学式変位測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5522291A JPH04290914A (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光学式変位センサおよび光学式変位測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04290914A true JPH04290914A (ja) | 1992-10-15 |
Family
ID=12992584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5522291A Pending JPH04290914A (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 光学式変位センサおよび光学式変位測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04290914A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100967046B1 (ko) * | 2008-06-13 | 2010-06-29 | 삼성전기주식회사 | 거리 측정 장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61116611A (ja) * | 1984-11-12 | 1986-06-04 | Canon Inc | 距離測定方法 |
| JPS6325507A (ja) * | 1986-06-04 | 1988-02-03 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 光学式距離測定装置及び支持部材上の部品の位置を決定する装置 |
| JPS63142210A (ja) * | 1986-12-05 | 1988-06-14 | Raitoron Kk | 距離測定方法及びその装置 |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP5522291A patent/JPH04290914A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61116611A (ja) * | 1984-11-12 | 1986-06-04 | Canon Inc | 距離測定方法 |
| JPS6325507A (ja) * | 1986-06-04 | 1988-02-03 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ | 光学式距離測定装置及び支持部材上の部品の位置を決定する装置 |
| JPS63142210A (ja) * | 1986-12-05 | 1988-06-14 | Raitoron Kk | 距離測定方法及びその装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100967046B1 (ko) * | 2008-06-13 | 2010-06-29 | 삼성전기주식회사 | 거리 측정 장치 |
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