JPH0511451Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、光学式の変位変換器の改良に関する
ものである。

更に詳しくは、レンズを介して測定対象面に光
を照射するとともに、測定対象面上に常に焦点が
合うようにレンズの位置を移動させ、この時のレ
ンズの移動量から前記測定対象面の変位量を測定
するようにした変位変換器の改良に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、光学式の変位変換器の一例としては、第
２図に示す如き装置が実用化されている。図に示
す変位変換器は、光源１から出射された平行光線
を、レンズ２を介して測定対象面３に照射すると
ともに、この光束が測定対象面３上に常に焦点を
結ぶようにレンズ２の位置をＺ軸方向に移動さ
せ、この時のレンズ２の移動量から測定対象面３
の変位量を測定するようにしたものである。ここ
で、測定対象面３上に焦点が合つているか否かの
検出には、シリンドリカルレンズ４および４分割
センサ５が使用され、測定対象面３からの反射光
をレンズ２の後方に配置したハーフミラー６によ
りシリンドリカルレンズ４に導くとともに、シリ
ンドリカルレンズ４により得られる光スポツトの
形状変化を４分割センサ５によつて検出してい
る。

すなわち、４分割センサ５上に投影される光ス
ポツトの形状は第３図に示すようなもので、測定
対象面３上に焦点が合つている時（以下、これを
合焦状態という）には、シリンドリカルレンズ４
に入射する光束は平行光線となつているので、４
分割センサ５上の光スポツトの形状は、図中に実
線ａで示す如く、円形となつている。また、焦点
が合つていない時には、シリンドリカルレンズ４
に入射する光束が平行光線ではなくなるので、光
スポツトは破線ｂおよびｃで示す如く、焦点にず
れが応じて傾きの方向が異なる楕円形となる。し
たがつて、４分割センサ５における出力Ｓ１〜Ｓ
４を、例えば、（Ｓ１＋Ｓ３）−（Ｓ２＋Ｓ４）の
如く演算処理することにより、光スポツトの形状
を検出して、焦点の位置を知ることができる。な
お、この４分割センサ５の出力は、レンズ２を移
動させて、常に測定対象面３上に焦点を合わせる
自動焦点機構の帰還信号として利用されている。

また、測定対象面３に傾きがあつた場合には、
４分割センサ５に入射する反射光の光軸がずれる
ので、４分割センサ５上に投影される光スポツト
の位置も、第４図に示す如く、中心からずれたも
のとなる。したがつて、このような場合には、レ
ンズ２をＸおよびＹ軸方向に移動させ、測定対象
面３における入射光と反射光との光軸が一致する
ように、測定対象面３に照射する光束の角度を変
化させている。なお、このような調節機構は、４
分割センサ５の出力を利用して構成することがで
き、この時のレンズ２の移動量（測定対象面３の
傾き）に応じて測定結果が補正される。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような変位変換器におい
ては、レンズ２をＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に移動さ
せなければならないので、駆動系が複雑となつて
しまう。また、レンズ２と測定対象面３との距離
および測定対象面３の傾きを大きくとる場合に
は、レンズ２の径が大きくなつてしまう。

本考案は、上記のような従来装置の欠点をなく
し、レンズの駆動に多次元のサーボ系を必要とし
ないとともに、光学系を小型化することのできる
変位変換器を簡単な構成により実現することを目
的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の変位変換器は、レンズを介して測定対
象面に光を照射するとともにこの測定対象面上に
常に焦点が合うように前記レンズの位置を移動さ
せこの時のレンズの移動量から前記測定対象面の
変位量を測定するようにした変位変換器におい
て、前記レンズと前記測定対象面との間にミラー
を配置するとともに、前記測定対象面における入
射光と反射光との光軸が一致するようにこのミラ
ーの角度を調節するようにしたものである。

〔作用〕

このように、レンズと測定対象面との間にミラ
ーを配置し、測定対象面における入射光と反射光
との光軸が一致するようにこのミラーの角度を調
節するようにすると、４分割センサに入射する反
射光の光軸は常に一定となるので、レンズの駆動
は一軸方向のみで良くなり、その駆動系を簡素化
することができる。また、常にレンズの中心を使
用することになるので、レンズの径を小さくし、
光学系を小型化することができる。

〔実施例〕

第１図は本考案の変位変換器の一実施例を示す
構成図である。図において、前記第２図と同様の
ものは同一符号を付して示す。７はミラーで、レ
ンズ２と測定対象面３との間に配置されている。
光源１から出射された光束は、ハーフミラー６に
より反射された後、レンズ２およびミラー７を介
して測定対象面３に照射される。また、測定対象
面３により反射された反射光は、ミラー７および
レンズ２を介してシリンドリカルレンズ４に入射
し、４分割センサ５上にスポツトを形成する。

このように構成された変位変換器において、ミ
ラー７は測定対象面３における入射光と反射光と
の光軸が一致するように、その角度θx，θyが調
節されるもので、例えば、４分割センサ５の出力
を受けたサーボ機構により駆動される。すなわ
ち、４分割センサ５における入射スポツトの状態
は、反射光における光軸の変化（測定対象面３の
傾き）に対して、前記第４図に示す如く変化する
ので、この出力Ｓ１〜Ｓ４がそれぞれＳ１＝Ｓ
３，Ｓ２＝Ｓ４となるようにミラー７の角度θx，
θyを制御すれば、測定対象面３における入射光
と反射光との光軸を一致させ、反射光をシリンド
リカルレンズ４および４分割センサ５の中心に入
射させることができる。

ここで、測定対象面３の表面に焦点を合せるた
めの自動焦点動作は、前記した第２図の装置と同
様に、４分割センサ５の出力を帰還信号として、
レンズ２を図中のＺ軸方向に移動させることによ
り行なわれる。なお、この時のレンズ２の移動量
より求められる測定対象面３の変位量は、ミラー
７の角度θx，θyに応じて補正される。

このように、測定対象面３の傾きに応じた光軸
の変更を、ミラー７により行なうようにすると、
レンズ２の駆動は一次元（Ｚ軸）のサーボ系、ミ
ラー７の駆動は二次元（θx，θy）のサーボ系に
より実現することができるので、使用するサーボ
系を簡素化することができる。また、レンズ２は
常にその中心が使用されることになるので、レン
ズ２の径を小さくして、光学系を小型化すること
ができる。

なお、上記の説明においては、１つのミラー７
により光軸の変更を行なう場合を例示したが、ミ
ラーの数は１つに限られるものではなく、θx方
向およびθy方向にそれぞれ駆動される２つのミ
ラーを組み合わせたものであつてもよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の変位変換器で
は、レンズを介して測定対象面に光を照射すると
ともにこの測定対象面上に常に焦点が合うように
前記レンズの位置を移動させこの時のレンズの移
動量から前記測定対象面の変位量を測定するよう
にした変位変換器において、前記レンズと前記測
定対象面との間にミラーを配置するとともに、前
記測定対象面における入射光と反射光との光軸が
一致するようにこのミラーの角度を調節するよう
にしているので、レンズはその一軸方向にのみ移
動させればよく、レンズの駆動に多次元のサーボ
系を必要としないとともに、光学系を小型化する
ことのできる変位変換器を簡単な構成により実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の変位変換器の一実施例を示す
構成図、第２図は従来の変位変換器の一例を示す
構成図、第３図および第４図は第２図に示す変位
変換器に使用される４分割センサにおける入射光
のスポツト形状を示す説明図である。 １……光源、２……レンズ、３……測定対象
面、４……シリンドリカルレンズ、５……４分割
センサ、６……ハーフミラー、７……ミラー。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. レンズを介して測定対象面に光を照射するとと
   もにこの測定対象面上に常に焦点が合うように前
   記レンズの位置を移動させこの時のレンズの移動
   量から前記測定対象面の変位量を測定するように
   した変位変換器において、前記レンズと前記測定
   対象面との間に配置され前記レンズにより集光さ
   れた光束の光軸を変更するミラーを具備し、前記
   測定対象面における入射光と反射光との光軸が一
   致するように前記ミラーの角度を調節するように
   してなる変位変換器。