JPH05134040A - レーザ倣い式変位計 - Google Patents
レーザ倣い式変位計Info
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- JPH05134040A JPH05134040A JP29707191A JP29707191A JPH05134040A JP H05134040 A JPH05134040 A JP H05134040A JP 29707191 A JP29707191 A JP 29707191A JP 29707191 A JP29707191 A JP 29707191A JP H05134040 A JPH05134040 A JP H05134040A
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- pinhole
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物の測定距離が長い場合でも、被測定
物の変位量を安定して非接触測定するレーザ倣い式変位
計を得る。 【構成】 レーザ光を被測定物に収束させかつ被測定物
からの散乱光を集光し平行光にする対物レンズ４と、上
記平行光を集光する集光レンズ５の後にビームスプリッ
タ２２を設けて集光ビームを２分割し、上記２つのビー
ムの一方の結像位置後方に第１のピンホール２３ａを光
検出器８ａを、他方のビームの結像位置前方に第２のピ
ンホール２３ｂと光検出器８ｂとを設け、上記第１の光
検出器８ａと第２の光検出器８ｂとの差信号でもって被
測定物の変位変動に追従して光学系を倣い制御する制御
系と、光学系の追従移動量から被測定物の変位量を検出
する変位演算手段から構成する。
物の変位量を安定して非接触測定するレーザ倣い式変位
計を得る。 【構成】 レーザ光を被測定物に収束させかつ被測定物
からの散乱光を集光し平行光にする対物レンズ４と、上
記平行光を集光する集光レンズ５の後にビームスプリッ
タ２２を設けて集光ビームを２分割し、上記２つのビー
ムの一方の結像位置後方に第１のピンホール２３ａを光
検出器８ａを、他方のビームの結像位置前方に第２のピ
ンホール２３ｂと光検出器８ｂとを設け、上記第１の光
検出器８ａと第２の光検出器８ｂとの差信号でもって被
測定物の変位変動に追従して光学系を倣い制御する制御
系と、光学系の追従移動量から被測定物の変位量を検出
する変位演算手段から構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鉄鋼、非鉄金属等製
造ラインの移動物体のカテナリー等を非接触で測定する
レーザ倣い式変位計に関するものである。
造ラインの移動物体のカテナリー等を非接触で測定する
レーザ倣い式変位計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、物体の変位を光学的手段を利用
して測定するには、図４に示すような構成のレーザ倣い
式変位計が用いられていた。図４は例えば三菱電機技法
Ｖｏｌ．４１・Ｎｏ．４・１９６７第５７３頁〜第５８
０頁に記載のレーザ無接触ならい計測装置に示された従
来のレーザ倣い式変位計の構成図であり、図において１
は被測定物、２はレーザ装置、３はレーザ光の方向を変
えるハーフミラー、４は被測定物１上にレーザ光を収束
させ、かつ被測定物１からの散乱光を集め平行光にする
対物レンズ、５は対物レンズ４からの平行光を集光する
集光レンズ、６は集光レンズ５の焦点位置で距離変調を
かけるために一定周波数で振動するピンホール付振動
子、７はピンホール付振動子６を一定周波数で駆動する
正弦波発振器、８はピンホール付振動子６のピンホール
を通過した光を電気信号に変換する光検出器、９はレー
ザ装置２、ハーフミラー３、対物レンズ４、集光レンズ
５、ピンホール付振動子６、正弦波発振器７、および光
検出器８を固定する光学ベース、１０は光検出器７の出
力信号のうち上記ピンホール付振動子６の振動周波数で
距離変調かけられた信号のみを取り出す選択増幅器、１
１は選択増幅器１０の出力信号のレベルと上記正弦波発
振器７の信号との位相を検出する位相検波器、１２はサ
ーボ増幅器、１３はサーボモータ、１４はサーボモータ
１３に直結してサーボモータ１３の回転角を検出するロ
ータリエンコーダ、１５はサーボモータ１３のロータに
結合されて回転するボールネジのスクリュウ、１６は光
学ベース９に固定されたボールネジのナット、１７はサ
ーボモータ１３のステータを固定しているケース、１８
はケース１７に両端を固定されその上を光学ベース９が
自由に直線運動するよう光学ベース９を支持するガイ
ド、１９はロータリエンコーダ１４の出力パルス信号を
受けてサーボモータ１３の回転角を検出するカウンタ回
路、２０はカウンタ回路１９で検出されたサーボモータ
１３の回転角から光学ベース９の直線移動量を演算する
変位演算器である。
して測定するには、図４に示すような構成のレーザ倣い
式変位計が用いられていた。図４は例えば三菱電機技法
Ｖｏｌ．４１・Ｎｏ．４・１９６７第５７３頁〜第５８
０頁に記載のレーザ無接触ならい計測装置に示された従
来のレーザ倣い式変位計の構成図であり、図において１
は被測定物、２はレーザ装置、３はレーザ光の方向を変
えるハーフミラー、４は被測定物１上にレーザ光を収束
させ、かつ被測定物１からの散乱光を集め平行光にする
対物レンズ、５は対物レンズ４からの平行光を集光する
集光レンズ、６は集光レンズ５の焦点位置で距離変調を
かけるために一定周波数で振動するピンホール付振動
子、７はピンホール付振動子６を一定周波数で駆動する
正弦波発振器、８はピンホール付振動子６のピンホール
を通過した光を電気信号に変換する光検出器、９はレー
ザ装置２、ハーフミラー３、対物レンズ４、集光レンズ
５、ピンホール付振動子６、正弦波発振器７、および光
検出器８を固定する光学ベース、１０は光検出器７の出
力信号のうち上記ピンホール付振動子６の振動周波数で
距離変調かけられた信号のみを取り出す選択増幅器、１
１は選択増幅器１０の出力信号のレベルと上記正弦波発
振器７の信号との位相を検出する位相検波器、１２はサ
ーボ増幅器、１３はサーボモータ、１４はサーボモータ
１３に直結してサーボモータ１３の回転角を検出するロ
ータリエンコーダ、１５はサーボモータ１３のロータに
結合されて回転するボールネジのスクリュウ、１６は光
学ベース９に固定されたボールネジのナット、１７はサ
ーボモータ１３のステータを固定しているケース、１８
はケース１７に両端を固定されその上を光学ベース９が
自由に直線運動するよう光学ベース９を支持するガイ
ド、１９はロータリエンコーダ１４の出力パルス信号を
受けてサーボモータ１３の回転角を検出するカウンタ回
路、２０はカウンタ回路１９で検出されたサーボモータ
１３の回転角から光学ベース９の直線移動量を演算する
変位演算器である。
【０００３】以上の構成のレーザ倣い式変位計におい
て、レーザ装置２から発信したレーザ光はハーフミラー
３で方向を変え対物レンズ４で被測定物１面上に収束さ
せる。被測定物１から散乱光は対物レンズ４で集められ
平行光にされた後、ハーフミラー３を透過し集光レンズ
５で集光させている。すなわち、対物レンズ４、集光レ
ンズ５とハーフミラー３で構成された光学系で被測定物
１面上のレーザスポットの実像を集光レンズ５の焦点近
傍に結ばせていることになる。
て、レーザ装置２から発信したレーザ光はハーフミラー
３で方向を変え対物レンズ４で被測定物１面上に収束さ
せる。被測定物１から散乱光は対物レンズ４で集められ
平行光にされた後、ハーフミラー３を透過し集光レンズ
５で集光させている。すなわち、対物レンズ４、集光レ
ンズ５とハーフミラー３で構成された光学系で被測定物
１面上のレーザスポットの実像を集光レンズ５の焦点近
傍に結ばせていることになる。
【０００４】図５（ａ）〜図５（ｃ）は対物レンズ４、
ハーフミラー３、集光レンズ５から構成される光学系の
結像状況を示す図である。図５（ａ）で示すように対物
レンズ４の焦点距離ｆ1 の位置に被測定物１の表面があ
るとき被測定物１からの散乱光が対物レンズ４、焦点距
離ｆ2 の集光レンズ５で集光した結像点（最小ビームス
ポット径位置すなわち集光レンズ５の焦点位置）にピン
ホール付振動子６を配置しピンホール付振動子６のピン
ホールを光軸の中心においている。図５（ｂ）に示すよ
うに被測定物１の反射面の距離が対物レンズ４に−ｘだ
け近づくと集光レンズ５の結像点はピンホール付振動子
６の後方＋ｘだけシフトし、反対に図５（ｃ）に示すよ
うに被測定物１の反射面の距離が対物レンズ４より＋ｘ
だけ遠ざかると集光レンズ５の結像点はピンホール付振
動子６の前方−ｘだけシフトする。ピンホール付振動子
６のピンホールを通過する受信光の強度はピンホール付
振動子６のピンホールを位置と結像点が一致する点が最
っとも大きくピンホール付振動子６のピンホール位置か
ら結像点が前後にシフトした場合、ピンホールを通過す
るビームが拡がるため小さくなる。従って、光検出器８
で電気変換された信号は図６（ａ）に示すように被測定
物１と対物レンズ４の距離ｌが対物レンズ４の焦点距離
ｆ1 のときピークとなり被測定物１との距離が対物レン
ズ４の焦点距離ｆ1 から前後にシフトすると小さくなる
ガウシアン曲線となる。
ハーフミラー３、集光レンズ５から構成される光学系の
結像状況を示す図である。図５（ａ）で示すように対物
レンズ４の焦点距離ｆ1 の位置に被測定物１の表面があ
るとき被測定物１からの散乱光が対物レンズ４、焦点距
離ｆ2 の集光レンズ５で集光した結像点（最小ビームス
ポット径位置すなわち集光レンズ５の焦点位置）にピン
ホール付振動子６を配置しピンホール付振動子６のピン
ホールを光軸の中心においている。図５（ｂ）に示すよ
うに被測定物１の反射面の距離が対物レンズ４に−ｘだ
け近づくと集光レンズ５の結像点はピンホール付振動子
６の後方＋ｘだけシフトし、反対に図５（ｃ）に示すよ
うに被測定物１の反射面の距離が対物レンズ４より＋ｘ
だけ遠ざかると集光レンズ５の結像点はピンホール付振
動子６の前方−ｘだけシフトする。ピンホール付振動子
６のピンホールを通過する受信光の強度はピンホール付
振動子６のピンホールを位置と結像点が一致する点が最
っとも大きくピンホール付振動子６のピンホール位置か
ら結像点が前後にシフトした場合、ピンホールを通過す
るビームが拡がるため小さくなる。従って、光検出器８
で電気変換された信号は図６（ａ）に示すように被測定
物１と対物レンズ４の距離ｌが対物レンズ４の焦点距離
ｆ1 のときピークとなり被測定物１との距離が対物レン
ズ４の焦点距離ｆ1 から前後にシフトすると小さくなる
ガウシアン曲線となる。
【０００５】今、ピンホール付振動子６を正弦波発振器
７によりある一定周波数で振動させると光検出器８の出
力信号は図６（ａ）のガウシアン曲線の傾きに対応した
ピンホール付振動子６の振動周波数で輝度変調された交
流信号が得られる。この交流信号は被測定物１の距離が
対物レンズ４の焦点距離ｆ1 より手前に位置するときす
なわち図６（ａ）のガウシアン曲線のピークの左側では
ピンホール付振動子６の振動方向と同位相、反対に被測
定物１が遠ざかる位置であるガウシアン曲線の右側では
逆位相、被測定物１が丁度対物レンズ４の焦点距離ｆ1
に位置するガウシアン曲線のピークでは、振動周波数の
２倍高調波となる。又、上記交流信号のレベルはガウシ
アン曲線の傾きに比例する。
７によりある一定周波数で振動させると光検出器８の出
力信号は図６（ａ）のガウシアン曲線の傾きに対応した
ピンホール付振動子６の振動周波数で輝度変調された交
流信号が得られる。この交流信号は被測定物１の距離が
対物レンズ４の焦点距離ｆ1 より手前に位置するときす
なわち図６（ａ）のガウシアン曲線のピークの左側では
ピンホール付振動子６の振動方向と同位相、反対に被測
定物１が遠ざかる位置であるガウシアン曲線の右側では
逆位相、被測定物１が丁度対物レンズ４の焦点距離ｆ1
に位置するガウシアン曲線のピークでは、振動周波数の
２倍高調波となる。又、上記交流信号のレベルはガウシ
アン曲線の傾きに比例する。
【０００６】上記光検出器８の出力信号のうちピンホー
ル付振動子６の振動周波数成分のみ選択して増幅する選
択増幅器１０で信号Ｓ／Ｎを改善した後、ピンホール付
振動子６の振動位相の基準である正弦波発振器７の出力
と位相検波器１１で位相検波すると、図６（ｂ）に示す
ように被測定物１の距離ｌが対物レンズ４の焦点距離ｆ
1 を０とし被測定物１の距離変動ｘに比例した変位検出
信号が得られる。
ル付振動子６の振動周波数成分のみ選択して増幅する選
択増幅器１０で信号Ｓ／Ｎを改善した後、ピンホール付
振動子６の振動位相の基準である正弦波発振器７の出力
と位相検波器１１で位相検波すると、図６（ｂ）に示す
ように被測定物１の距離ｌが対物レンズ４の焦点距離ｆ
1 を０とし被測定物１の距離変動ｘに比例した変位検出
信号が得られる。
【０００７】被測定物１が距離変動ｘすると、距離変動
ｘに比例した正負の電圧がサーボ増幅器１２に入力され
サーボモータ１３を駆動する。サーボモータ１３のロー
タはサーボ増幅器１２の出力の正負に応じて正逆回転
し、サーボモータ１３のロータに直結されたボールネジ
のスクリュウ１５を回転させ、光学ベース９に固定され
たボールネジのナット１６を経由して光学ベース９を被
測定物１の方向に直線運動させる。光学ベース９はガイ
ド１８を介して回転方向に拘束されて被測定物１の方向
のみ自由に摺動するようになっている。今、被測定物１
の距離が対物レンズ４の焦点距離ｆ1 より大きくなった
場合、光学ベース９が被測定物１に近づく方向に、反対
に被測定物１が近づくと光学ベース９が被測定物から遠
ざかる方向に摺動するようにサーボモータ１３の回転方
向を定めることにより、被測定物１の距離が変動しても
対物レンズ４の焦点位置に被測定物１が位置するよう光
学ベース９が倣い制御している。従って、光学ベース９
の基準位置を定め基準位置からの移動量をサーボモータ
１３に直結して回転するロータリエンコーダ１４の回転
角からカウンタ回路１９及び変位演算器２０で測定する
ことにより被測定物１の変位量を求めることができる。
このことは公知の事実である。
ｘに比例した正負の電圧がサーボ増幅器１２に入力され
サーボモータ１３を駆動する。サーボモータ１３のロー
タはサーボ増幅器１２の出力の正負に応じて正逆回転
し、サーボモータ１３のロータに直結されたボールネジ
のスクリュウ１５を回転させ、光学ベース９に固定され
たボールネジのナット１６を経由して光学ベース９を被
測定物１の方向に直線運動させる。光学ベース９はガイ
ド１８を介して回転方向に拘束されて被測定物１の方向
のみ自由に摺動するようになっている。今、被測定物１
の距離が対物レンズ４の焦点距離ｆ1 より大きくなった
場合、光学ベース９が被測定物１に近づく方向に、反対
に被測定物１が近づくと光学ベース９が被測定物から遠
ざかる方向に摺動するようにサーボモータ１３の回転方
向を定めることにより、被測定物１の距離が変動しても
対物レンズ４の焦点位置に被測定物１が位置するよう光
学ベース９が倣い制御している。従って、光学ベース９
の基準位置を定め基準位置からの移動量をサーボモータ
１３に直結して回転するロータリエンコーダ１４の回転
角からカウンタ回路１９及び変位演算器２０で測定する
ことにより被測定物１の変位量を求めることができる。
このことは公知の事実である。
【０００８】レーザ倣い式変位計における測定精度は、
図６（ｂ）に示す変位検出信号のリニアゾーン幅ＬX に
よって決まる。このリニアゾーン幅ＬX 、式（１）で与
えられる。
図６（ｂ）に示す変位検出信号のリニアゾーン幅ＬX に
よって決まる。このリニアゾーン幅ＬX 、式（１）で与
えられる。
【０００９】 ＬX ＝ｋ・（ｆ1 ／ｆ2 ）2 ・（ｆ2 ／Ｄ）・ｄ・・・・・（１）
【００１０】ここに ｋ：比例定数 ｆ1 ：対物レンズの焦点距離 ｆ2 ：集光レンズの焦点距離 Ｄ：対物レンズ、集光レンズの有効径 ｄ：ピンホール径 リニアゾーン幅ＬX が小さい程変位検出信号の分解能が
上がり変位測定精度も向上する。リニアゾーン幅ＬX は
（ｆ1 ／ｆ2 ）2 にほぼ比例することから、被測定物１
の測定距離が長くする必要がある場合すなわち対物レン
ズ４の焦点距離ｆ1 が大きい場合リニアゾーン幅ＬX は
対物レンズ４の焦点距離ｆ1 の二乗で大きくなる。この
ことに対応するためには集光レンズ５の焦点距離ｆ2 を
長焦点化すれば良いが光学系が大きくなり構造上限界が
ある。ここで述べたリニアゾーン幅ＬX は被測定物１換
算であり、ピンホール面換算のリニアゾーン幅ＬX は、
（ｆ2 ／ｆ1 ）2 ・ＬX で与えられるから、式（１）に
代入すると集光レンズ５の焦点距離ｆ2 に比例して大き
くなる。一例をあげると、ｆ1 ＝１５００ｍｍ、ｆ2 ＝
６００ｍｍ、Ｄ＝７０ｍｍの場合、ＬX ＝１００ｍｍ、
ＬX ＝１６ｍｍ程度となる。
上がり変位測定精度も向上する。リニアゾーン幅ＬX は
（ｆ1 ／ｆ2 ）2 にほぼ比例することから、被測定物１
の測定距離が長くする必要がある場合すなわち対物レン
ズ４の焦点距離ｆ1 が大きい場合リニアゾーン幅ＬX は
対物レンズ４の焦点距離ｆ1 の二乗で大きくなる。この
ことに対応するためには集光レンズ５の焦点距離ｆ2 を
長焦点化すれば良いが光学系が大きくなり構造上限界が
ある。ここで述べたリニアゾーン幅ＬX は被測定物１換
算であり、ピンホール面換算のリニアゾーン幅ＬX は、
（ｆ2 ／ｆ1 ）2 ・ＬX で与えられるから、式（１）に
代入すると集光レンズ５の焦点距離ｆ2 に比例して大き
くなる。一例をあげると、ｆ1 ＝１５００ｍｍ、ｆ2 ＝
６００ｍｍ、Ｄ＝７０ｍｍの場合、ＬX ＝１００ｍｍ、
ＬX ＝１６ｍｍ程度となる。
【００１１】通常、被測定物１の反射光の強度変動の影
響を受けにくく安定な変位検出信号を得るためにはピン
ホール付振動子６の振動振幅は、上記ピンホール面換算
のリニアゾーン幅ＬX 程度必要となる。しかしながら、
一般的にピンホール付振動子６は圧電型が使用されその
振幅は０．５ｍｍ程度が限界である。このため、特に、
対物レンズ４の焦点距離ｆ1 を長くする必要のある場合
は、振動子を使用したこの従来例は安定な計測が得にく
くなっている。
響を受けにくく安定な変位検出信号を得るためにはピン
ホール付振動子６の振動振幅は、上記ピンホール面換算
のリニアゾーン幅ＬX 程度必要となる。しかしながら、
一般的にピンホール付振動子６は圧電型が使用されその
振幅は０．５ｍｍ程度が限界である。このため、特に、
対物レンズ４の焦点距離ｆ1 を長くする必要のある場合
は、振動子を使用したこの従来例は安定な計測が得にく
くなっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザ倣い
式変位計は、被測定物１の測定距離が長い場合、ピンホ
ール面換算のリニアゾーン幅ＬX が大きくなり、振動振
幅の小さい振動子で輝度変調をかける方式では、被測定
物１の表面性状等による受信光のレベル変動の影響を受
けやすく安定な計測ができないという課題を有してい
た。
式変位計は、被測定物１の測定距離が長い場合、ピンホ
ール面換算のリニアゾーン幅ＬX が大きくなり、振動振
幅の小さい振動子で輝度変調をかける方式では、被測定
物１の表面性状等による受信光のレベル変動の影響を受
けやすく安定な計測ができないという課題を有してい
た。
【００１３】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたもので、ピンホール面換算のリニアゾーン幅Ｌ
X が大きな場合でも被測定物１からの受信光レベル変動
の影響の受けにくく安定な計測が実現できるレーザ倣い
式変位計を得ることを目的としたものである。
なされたもので、ピンホール面換算のリニアゾーン幅Ｌ
X が大きな場合でも被測定物１からの受信光レベル変動
の影響の受けにくく安定な計測が実現できるレーザ倣い
式変位計を得ることを目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係わるレーザ
倣い式変位計は、集光レンズ５の焦点位置に配置したピ
ンホール付振動子６による輝度変調方式の代りに、変位
検出信号を得るために集光レンズ５の後に受信光を２分
割するビームスプリッタと２分割された一方のビームの
結像位置の前にピンホールを他方のビームの結像位置の
後にピンホールを各々配置し、各々のピンホールの後に
各々光検出器で電気変換した後上記２つの光検出器の出
力信号の差分をとる手段を設けたものである。
倣い式変位計は、集光レンズ５の焦点位置に配置したピ
ンホール付振動子６による輝度変調方式の代りに、変位
検出信号を得るために集光レンズ５の後に受信光を２分
割するビームスプリッタと２分割された一方のビームの
結像位置の前にピンホールを他方のビームの結像位置の
後にピンホールを各々配置し、各々のピンホールの後に
各々光検出器で電気変換した後上記２つの光検出器の出
力信号の差分をとる手段を設けたものである。
【００１５】
【作用】この発明においては、変位検出信号は、集光レ
ンズ５の受信光を２分割し、各々の結像点前後に適当な
距離をおいてピンホールを配置し各々のピンホール通過
の光レベルの差でもって、変位検出信号を得ているた
め、ピンホール面換算のリニアゾーン幅ＬX が長い場合
でも、ピンホールの位置を受信光の結像点の前後最適位
置に配置することが可能で計測上安定な変位検出信号が
得られる。
ンズ５の受信光を２分割し、各々の結像点前後に適当な
距離をおいてピンホールを配置し各々のピンホール通過
の光レベルの差でもって、変位検出信号を得ているた
め、ピンホール面換算のリニアゾーン幅ＬX が長い場合
でも、ピンホールの位置を受信光の結像点の前後最適位
置に配置することが可能で計測上安定な変位検出信号が
得られる。
【００１６】
実施例１．図１は、この発明の一実施例を示すレーザ倣
い式変位計の構成図であり、以下図面に従い説明する。
図中１〜７、９、１２〜２０は上記従来と同じものであ
る。８ａ、８ｂは第１、第２の光検出器、２１は受信光
のうちレーザ光以外の波長をカットする干渉フィルタ、
２２は集光レンズ５で集光した受信光を２分割するビー
ムスプリッタ、２３ａ、２３ｂは第１、第２のピンホー
ル、２４は光検出器８ａ、８ｂの出力信号の差を取り出
す引算器、２５は光検出器８ａ、８ｂの出力信号の和を
取り出す加算器、２６は受信光のレベル変動を抑えるた
めの引き算器２４の出力を加算器２５の出力で割算する
割算器である。
い式変位計の構成図であり、以下図面に従い説明する。
図中１〜７、９、１２〜２０は上記従来と同じものであ
る。８ａ、８ｂは第１、第２の光検出器、２１は受信光
のうちレーザ光以外の波長をカットする干渉フィルタ、
２２は集光レンズ５で集光した受信光を２分割するビー
ムスプリッタ、２３ａ、２３ｂは第１、第２のピンホー
ル、２４は光検出器８ａ、８ｂの出力信号の差を取り出
す引算器、２５は光検出器８ａ、８ｂの出力信号の和を
取り出す加算器、２６は受信光のレベル変動を抑えるた
めの引き算器２４の出力を加算器２５の出力で割算する
割算器である。
【００１７】以上の構成のレーザ倣い式変位計におい
て、被測定物１からの受信光は干渉フィルタ２１で背景
光を除去した後、集光レンズ５を経由してビームスプリ
ッタ２２で２分割され結像される。ビームスプリッタ２
２の透過光は、集光レンズ５の焦点位置から＋△ｘ後に
配置した第１のピンホール２３ａを経由して第１の光検
出器８ａで電気信号に変換される。一方、ビームスプリ
ッタ２２の反射光は集光レンズ５の焦点位置から−△ｘ
前に配置した第２のピンホール２３ｂを経由して第２の
光検出器８ｂで電気信号に変換される。
て、被測定物１からの受信光は干渉フィルタ２１で背景
光を除去した後、集光レンズ５を経由してビームスプリ
ッタ２２で２分割され結像される。ビームスプリッタ２
２の透過光は、集光レンズ５の焦点位置から＋△ｘ後に
配置した第１のピンホール２３ａを経由して第１の光検
出器８ａで電気信号に変換される。一方、ビームスプリ
ッタ２２の反射光は集光レンズ５の焦点位置から−△ｘ
前に配置した第２のピンホール２３ｂを経由して第２の
光検出器８ｂで電気信号に変換される。
【００１８】光検出器８ａ、８ｂの出力は、被測定物１
の距離が対物レンズ４の焦点距離ｆ1 の位置から前後に
変化すると図２（２）に示すガウシアン曲線となる。こ
のとき、光検出器８ａ、８ｂのピークは集光レンズ５の
焦点位置から前後±△ｘだけブラシにピンホール２３の
位置の点であり被測定物１面換算で±（ｆ1 ／ｆ2 ）2
△ｘの点である。これら２つの光検出器８ａ、８ｂの差
をとった引算器の出力信号は図２（ｂ）で示す変位検出
信号となる。この変位検出信号は上記従来例のピンホー
ル付振動子６の振動振幅を±△ｘにしたことと等価であ
り、被測定物１面換算のリニアゾーン幅ＬX の大きさに
対応した等価振動振幅±△ｘは、ピンホール２３ａ、２
３ｂの集光レンズ５の焦点位置からのズレ量で決定され
るため任意に調整できる。
の距離が対物レンズ４の焦点距離ｆ1 の位置から前後に
変化すると図２（２）に示すガウシアン曲線となる。こ
のとき、光検出器８ａ、８ｂのピークは集光レンズ５の
焦点位置から前後±△ｘだけブラシにピンホール２３の
位置の点であり被測定物１面換算で±（ｆ1 ／ｆ2 ）2
△ｘの点である。これら２つの光検出器８ａ、８ｂの差
をとった引算器の出力信号は図２（ｂ）で示す変位検出
信号となる。この変位検出信号は上記従来例のピンホー
ル付振動子６の振動振幅を±△ｘにしたことと等価であ
り、被測定物１面換算のリニアゾーン幅ＬX の大きさに
対応した等価振動振幅±△ｘは、ピンホール２３ａ、２
３ｂの集光レンズ５の焦点位置からのズレ量で決定され
るため任意に調整できる。
【００１９】割算器２６は、入力受信光レベル変動等に
よる変位検出信号の利得を一定にするためのものであ
り、倣いサーボ系のループゲインを一定にする役目を果
たしており、被測定物１の表面性状等による受信光の変
動による影響の受けにくく計測を安定化したレーザ倣い
式変位計となる。
よる変位検出信号の利得を一定にするためのものであ
り、倣いサーボ系のループゲインを一定にする役目を果
たしており、被測定物１の表面性状等による受信光の変
動による影響の受けにくく計測を安定化したレーザ倣い
式変位計となる。
【００２０】実施例２．図３は、被測定物１の距離変動
に追従して可動する光学ベース９を可動部と固定部に分
離した場合の他の実施態様を示すもので、９ａは可動光
学ベースで対物レンズ４を固定し、９ｂはレーザ装置
２、ハーフミラー３、集光レンズ５、干渉フィルタ２
１、ビームスプリッタ２２、ピンホール２３、光検出器
８ａ、８ｂを固定する固定光学ベースである。この図３
によれば、図１に示した光学ベース９全体を可動するこ
となく対物レンズ４のみ可動させているため、可動部の
小型、軽量化ができるとともに信頼性も高くなる。
に追従して可動する光学ベース９を可動部と固定部に分
離した場合の他の実施態様を示すもので、９ａは可動光
学ベースで対物レンズ４を固定し、９ｂはレーザ装置
２、ハーフミラー３、集光レンズ５、干渉フィルタ２
１、ビームスプリッタ２２、ピンホール２３、光検出器
８ａ、８ｂを固定する固定光学ベースである。この図３
によれば、図１に示した光学ベース９全体を可動するこ
となく対物レンズ４のみ可動させているため、可動部の
小型、軽量化ができるとともに信頼性も高くなる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、被測
定物１の距離変動に対応した変位検出信号を集光レンズ
５の後に受信光を２分割するビームスプリッタ２２と各
々のビームの集光レンズ５の焦点位置前後に配置したピ
ンホール２３を通過した光信号の差分として検出するこ
とにより、被測定物１までの距離が長い場合でも安定し
た計測ができるレーザ倣い式変位計が提供できる。
定物１の距離変動に対応した変位検出信号を集光レンズ
５の後に受信光を２分割するビームスプリッタ２２と各
々のビームの集光レンズ５の焦点位置前後に配置したピ
ンホール２３を通過した光信号の差分として検出するこ
とにより、被測定物１までの距離が長い場合でも安定し
た計測ができるレーザ倣い式変位計が提供できる。
【図１】この発明の実施例１を示すレーザ倣い式変位計
の構成図である。
の構成図である。
【図２】この発明の変位検出信号の特性図である。
【図３】この発明の実施例２を示すレーザ倣い式変位計
の構成図である。
の構成図である。
【図４】従来のレーザ倣い式変位計の構成図である。
【図５】従来の光学系の結像点を示す図である。
【図６】従来の変位検出信号の特性図である。
８ａ 光検出器 ８ｂ 光検出器 ９ａ 可動光学ベース ９ｂ 固定光学ベース ２１ 干渉フィルタ ２２ ビームスプリッタ ２３ ピンホール ２４ 引算器 ２５ 加算器 ２６ 割算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨加見 彰 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会社 鎌倉製作所内 (72)発明者 小川 恭弘 倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川 崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 相澤 均 倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川 崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 中西 敏彦 倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川 崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 川上 良雄 倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし） 川 崎製鉄株式会社水島製鉄所内
Claims (2)
- 【請求項１】 特定の波長の光を出力するレーザ装置
と、上記レーザ装置の出力ビームの方向を変えるハーフ
ミラーと、上記ハーフミラーで方向を変えたレーザビー
ムを被測物面上に収束させかつ被測定物からの散乱光を
集め平行光にする対物レンズと、上記対物レンズの後で
受信した散乱光のうち上記レーザビームの波長のみを選
択する干渉フィルタと、上記対物レンズからの平行光を
集光する集光レンズと、上記集光レンズのビームを２分
割するビームスプリッタと、上記２分割された一方のビ
ームの光軸上に上記集光レンズの焦点位置から後方一定
距離離して配置した第１のピンホールと光検出器と、上
記ビームスプリッタで２分割された他方のビームの光軸
上に上記集光レンズの焦点位置から前方一定距離離して
配置した第２のピンホールと光検出器と、上記全ての構
成品を収納する光学ベースと、上記第１の光検出器の出
力信号と上記第２の光検出器の出力信号の和と差を求め
る加算器と引算器と、上記引算器の出力を上記加算器の
出力で割算する割算器と、上記割算器の出力信号により
被測定物と上記対物レンズの距離変動に追従して上記被
測定物と上記対物レンズの距離を常に一定になるよう制
御する倣い手段と、上記光学ベースの基準点からの移動
量を検出する手段とを具備したことを特徴とするレーザ
倣い式変位計。 - 【請求項２】 上記光学ベースを可動光学ベースと固定
光学ベースに分離し、上記可動光学ベースに上記対物レ
ンズのみを配置し上記被測定物と上記対物レンズの距離
を常に一定に倣い制御し得ることを特徴とする請求項第
１項記載のレーザ倣い式変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29707191A JPH05134040A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | レーザ倣い式変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29707191A JPH05134040A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | レーザ倣い式変位計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05134040A true JPH05134040A (ja) | 1993-05-28 |
Family
ID=17841838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29707191A Pending JPH05134040A (ja) | 1991-11-13 | 1991-11-13 | レーザ倣い式変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05134040A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019039241A1 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | 京セラ株式会社 | 電磁波検出装置、プログラム、および電磁波検出システム |
| JP2020067361A (ja) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | パイオニア株式会社 | 測距装置、測距方法、プログラム及び記録媒体 |
| JP2022008880A (ja) * | 2016-10-13 | 2022-01-14 | ウェイモ エルエルシー | 開口部を用いた光検出器における雑音の制限 |
-
1991
- 1991-11-13 JP JP29707191A patent/JPH05134040A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022008880A (ja) * | 2016-10-13 | 2022-01-14 | ウェイモ エルエルシー | 開口部を用いた光検出器における雑音の制限 |
| US11536834B2 (en) | 2016-10-13 | 2022-12-27 | Waymo Llc | Limitation of noise on light detectors using an aperture |
| US11921206B2 (en) | 2016-10-13 | 2024-03-05 | Waymo Llc | Limitation of noise on light detectors using an aperture |
| WO2019039241A1 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | 京セラ株式会社 | 電磁波検出装置、プログラム、および電磁波検出システム |
| JP2019039829A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 京セラ株式会社 | 電磁波検出装置、プログラム、および電磁波検出システム |
| JP2020067361A (ja) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | パイオニア株式会社 | 測距装置、測距方法、プログラム及び記録媒体 |
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