JPH05196416A - 光学式変位測定装置 - Google Patents
光学式変位測定装置Info
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- JPH05196416A JPH05196416A JP2591192A JP2591192A JPH05196416A JP H05196416 A JPH05196416 A JP H05196416A JP 2591192 A JP2591192 A JP 2591192A JP 2591192 A JP2591192 A JP 2591192A JP H05196416 A JPH05196416 A JP H05196416A
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- reflected light
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定対象物体に光点を形成し、この光点から
の反射光を集光レンズを介して検出器上に集光させて光
点の像の位置を検出して測定対象物体の位置や変位を測
定する光学式変位測定装置において、安定した変位測定
ができる汎用な装置を得る。 【構成】 正反射光の光軸と上記光点と上記集光レンズ
の光軸とが形成する角度θを、所定角度以上大きくした
光学系を採用し、正反射光が集光レンズに入射しないよ
うな構成としたことを特徴とする。
の反射光を集光レンズを介して検出器上に集光させて光
点の像の位置を検出して測定対象物体の位置や変位を測
定する光学式変位測定装置において、安定した変位測定
ができる汎用な装置を得る。 【構成】 正反射光の光軸と上記光点と上記集光レンズ
の光軸とが形成する角度θを、所定角度以上大きくした
光学系を採用し、正反射光が集光レンズに入射しないよ
うな構成としたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光を照射して非接触で
測定対象物体までの距離や測定対象物体の変位を測定す
る光学式変位測定装置に関する。
測定対象物体までの距離や測定対象物体の変位を測定す
る光学式変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ビームを測定対象物体に照射して、こ
の光点の移動を異なる方向から観測して測定対象物体の
変位を測定する装置は、図３に示す光学系配置を有す
る。図３は、この種の装置の原理を説明するための図
で、図において、３は照射レンズ、４は照射光ビーム、
５は測定対象物体、６は測定用反射光、７は集光レン
ズ、８は位置検出器、６０は正反射光である。
の光点の移動を異なる方向から観測して測定対象物体の
変位を測定する装置は、図３に示す光学系配置を有す
る。図３は、この種の装置の原理を説明するための図
で、図において、３は照射レンズ、４は照射光ビーム、
５は測定対象物体、６は測定用反射光、７は集光レン
ズ、８は位置検出器、６０は正反射光である。
【０００３】光源（図示せず）から放射された光は、照
射レンズ３により細く指向性の良い照射光ビーム４とな
り、測定対象物体５に照射され、測定対象物体５表面上
に光点Ｏ（光スポット）を生じさせる。そして、この光
点Ｏから放射される反射光のうち、測定用反射光６は集
光レンズ７により集光され、位置検出器８の受光面上に
像Ｏ1 を形成する。ここで、測定対象物体５が照射光ビ
ーム４の光軸上を、＋Ｌ〜−Ｌの範囲で変位した場合、
受光面上の光点の像Ｏ1 も＋Ｌ1 〜−Ｌ1 へと移動する
ので、受光面上の光点の像Ｏ1 の移動を検出することに
より、測定対象物体５の変位量を測定できる。
射レンズ３により細く指向性の良い照射光ビーム４とな
り、測定対象物体５に照射され、測定対象物体５表面上
に光点Ｏ（光スポット）を生じさせる。そして、この光
点Ｏから放射される反射光のうち、測定用反射光６は集
光レンズ７により集光され、位置検出器８の受光面上に
像Ｏ1 を形成する。ここで、測定対象物体５が照射光ビ
ーム４の光軸上を、＋Ｌ〜−Ｌの範囲で変位した場合、
受光面上の光点の像Ｏ1 も＋Ｌ1 〜−Ｌ1 へと移動する
ので、受光面上の光点の像Ｏ1 の移動を検出することに
より、測定対象物体５の変位量を測定できる。
【０００４】位置検出器８には、一次元または二次元の
ＰＳＤ，ＰＣＤ，ＣＣＤなどが使用される。例えばＰＳ
Ｄ(position sensitive detector) は、入射した光を光
電変換し、光の入射位置に応じた比率で、両端の電極
Ａ，Ｂから出力が得られる素子で、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋
Ｂ）の演算によって光点の像Ｏ1 の位置を求めることが
できる。ところが、従来の装置では、正反射光６０の光
軸と光点Ｏと測定用反射光６の光軸の成す角θ、または
照射光ビーム４と光点Ｏと測定用反射光６の光軸の成す
角ψを規定していなかった。
ＰＳＤ，ＰＣＤ，ＣＣＤなどが使用される。例えばＰＳ
Ｄ(position sensitive detector) は、入射した光を光
電変換し、光の入射位置に応じた比率で、両端の電極
Ａ，Ｂから出力が得られる素子で、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋
Ｂ）の演算によって光点の像Ｏ1 の位置を求めることが
できる。ところが、従来の装置では、正反射光６０の光
軸と光点Ｏと測定用反射光６の光軸の成す角θ、または
照射光ビーム４と光点Ｏと測定用反射光６の光軸の成す
角ψを規定していなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の光
学式変位測定装置は以上のようにして非接触で測定対象
物体までの距離や測定対象物体の変位を測定している
が、集光レンズの収差が零でないため、強度分布変動の
大きい光ビームの正反射光（照射光ビームの入射角と等
しい角度で反射する反射光）の一部が集光レンズに入射
すると、光点の像の重心が移動して測定結果に誤差が生
じるという問題点があった。従って、測定対象物体が種
々変化し、光学的反射特性がそれに連れて変化するよう
な用途では、測定精度が低下する場合があった。
学式変位測定装置は以上のようにして非接触で測定対象
物体までの距離や測定対象物体の変位を測定している
が、集光レンズの収差が零でないため、強度分布変動の
大きい光ビームの正反射光（照射光ビームの入射角と等
しい角度で反射する反射光）の一部が集光レンズに入射
すると、光点の像の重心が移動して測定結果に誤差が生
じるという問題点があった。従って、測定対象物体が種
々変化し、光学的反射特性がそれに連れて変化するよう
な用途では、測定精度が低下する場合があった。
【０００６】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたものであり、光学的反射特性が変化するような
場合でも安定した変位測定ができる光学式変位測定装置
を提供することを目的としている。
なされたものであり、光学的反射特性が変化するような
場合でも安定した変位測定ができる光学式変位測定装置
を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる光学式変
位測定装置は、正反射光周辺の強い反射光成分が集光レ
ンズに入射しないように、正反射光の光軸と測定対象物
体上にできる光点と集光レンズの光軸とで形成される角
度θを、所定角度以上大きくした光学系配置を有するこ
とを特徴とする。
位測定装置は、正反射光周辺の強い反射光成分が集光レ
ンズに入射しないように、正反射光の光軸と測定対象物
体上にできる光点と集光レンズの光軸とで形成される角
度θを、所定角度以上大きくした光学系配置を有するこ
とを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明においては、以上のような光学系を採用
することにより、集光レンズに入射する反射光の強度分
布を一様にでき、集光レンズの収差に伴う光点の像の重
心移動を軽減することが可能となる。
することにより、集光レンズに入射する反射光の強度分
布を一様にでき、集光レンズの収差に伴う光点の像の重
心移動を軽減することが可能となる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。図
において、１は本発明における光学式変位測定装置全
体、２は光源、３は照射レンズ、４は照射光ビーム、５
は測定対象物体、６は測定用反射光、７は集光レンズ、
８は位置検出器、９は演算回路、１０は補正回路、６０
は正反射光を示す。
る。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。図
において、１は本発明における光学式変位測定装置全
体、２は光源、３は照射レンズ、４は照射光ビーム、５
は測定対象物体、６は測定用反射光、７は集光レンズ、
８は位置検出器、９は演算回路、１０は補正回路、６０
は正反射光を示す。
【００１０】次に動作について説明する。光源２から放
射された光は、照射レンズ３で細く絞られ、指向性の良
い照射光ビーム４となって測定対象物体５に照射され、
光点Ｏを生じる。光点Ｏからは、種々の方向へ反射光が
放射されるが、この反射光は照射光ビーム４の光軸とほ
ぼ平行な方向に向かって反射する反射光、すなわち、照
射光ビーム４の入射角と等しい角度で反射する反射光
（正反射光６０）と、その他の方向に反射する拡散反射
光を合成したものになる。ここで正反射光６０は、測定
対象物体５の表面粗度や照射光ビーム４のビーム形状に
起因して、所定の拡がり角をもって反射される。本発明
に係る光学式変位測定装置では、図１に示すように、正
反射光６０の光軸と測定対象物体５上にできる光点Ｏと
集光レンズ７の光軸とで形成される角度θに、所定角度
（実施例では４５度）以上の大きな角度を持たせた構成
としている。従って、集光レンズ７には、正反射光６０
は入射されず、測定用反射光６が入射し、集光レンズ７
によって集光されて位置検出器８の受光面上に光点の像
Ｏ1 を形成する。
射された光は、照射レンズ３で細く絞られ、指向性の良
い照射光ビーム４となって測定対象物体５に照射され、
光点Ｏを生じる。光点Ｏからは、種々の方向へ反射光が
放射されるが、この反射光は照射光ビーム４の光軸とほ
ぼ平行な方向に向かって反射する反射光、すなわち、照
射光ビーム４の入射角と等しい角度で反射する反射光
（正反射光６０）と、その他の方向に反射する拡散反射
光を合成したものになる。ここで正反射光６０は、測定
対象物体５の表面粗度や照射光ビーム４のビーム形状に
起因して、所定の拡がり角をもって反射される。本発明
に係る光学式変位測定装置では、図１に示すように、正
反射光６０の光軸と測定対象物体５上にできる光点Ｏと
集光レンズ７の光軸とで形成される角度θに、所定角度
（実施例では４５度）以上の大きな角度を持たせた構成
としている。従って、集光レンズ７には、正反射光６０
は入射されず、測定用反射光６が入射し、集光レンズ７
によって集光されて位置検出器８の受光面上に光点の像
Ｏ1 を形成する。
【００１１】そして、位置検出器８からは、従来の装置
と同様に光点の像Ｏ1 の位置情報を含んだ信号が出力さ
れ、演算回路９で光点の像Ｏ1 の位置が算出される。こ
の演算回路９の出力は、補正回路１０で測定対象物体５
が照射光ビーム４の光軸上を移動する際の実変位量＋Ｌ
〜−Ｌに補正・換算され、変位出力を得る。ここで、照
射光ビーム４によって生じる正反射光６０と光点Ｏと集
光レンズ７の軸のなす角度θを、４５度以上とすること
によって、集光レンズ７に入射する測定用反射光６の強
度分布を均一にでき、測定対象物体５の光学的反射特性
の変化に伴う位置検出器８の受光面上の光点の像Ｏ1 の
重心位置の移動を低減させ、広範な条件下での変位測定
において安定した直線性が得られる。
と同様に光点の像Ｏ1 の位置情報を含んだ信号が出力さ
れ、演算回路９で光点の像Ｏ1 の位置が算出される。こ
の演算回路９の出力は、補正回路１０で測定対象物体５
が照射光ビーム４の光軸上を移動する際の実変位量＋Ｌ
〜−Ｌに補正・換算され、変位出力を得る。ここで、照
射光ビーム４によって生じる正反射光６０と光点Ｏと集
光レンズ７の軸のなす角度θを、４５度以上とすること
によって、集光レンズ７に入射する測定用反射光６の強
度分布を均一にでき、測定対象物体５の光学的反射特性
の変化に伴う位置検出器８の受光面上の光点の像Ｏ1 の
重心位置の移動を低減させ、広範な条件下での変位測定
において安定した直線性が得られる。
【００１２】図４は、測定対象物体５の反射表面の相違
による反射光の特性を説明する図であり、図中、６ａ〜
６ｅは何れも反射光強度分布を示す。照射光ビーム４が
微小な径を有する平行光だと仮定した場合、測定対象物
体５の光学的反射特性の相違、すなわち反射面の相違に
応じて、図（Ａ）〜（Ｃ）の様な反射光強度分布が得ら
れる。図（Ａ）は完全拡散面の場合で、この場合反射光
の強度分布６ａは円に近くなる。図（Ｂ）は鏡に近い面
の場合で、この場合反射光の強度分布６ｂは正反射方向
に鋭い分布形状を示す。図（Ｃ）は一般的な物体表面の
場合で、この場合反射光の強度分布６ｃは６ａと６ｂと
を合成したような分布形状を示す。
による反射光の特性を説明する図であり、図中、６ａ〜
６ｅは何れも反射光強度分布を示す。照射光ビーム４が
微小な径を有する平行光だと仮定した場合、測定対象物
体５の光学的反射特性の相違、すなわち反射面の相違に
応じて、図（Ａ）〜（Ｃ）の様な反射光強度分布が得ら
れる。図（Ａ）は完全拡散面の場合で、この場合反射光
の強度分布６ａは円に近くなる。図（Ｂ）は鏡に近い面
の場合で、この場合反射光の強度分布６ｂは正反射方向
に鋭い分布形状を示す。図（Ｃ）は一般的な物体表面の
場合で、この場合反射光の強度分布６ｃは６ａと６ｂと
を合成したような分布形状を示す。
【００１３】実際に種々の物体表面に対して反射光の強
度分布を測定したところ、そのバラツキが最も大きいの
は、測定対象物体５の表面が金属面の場合であった。こ
れは金属面が基本的には光沢の強い面であるにも係わら
ず、表面の酸化などで部分的に且つ不均一に光沢がくす
んだり、傷やヘアライン加工などによって、反射が乱さ
れ易いためである。尚、反射光強度分布のバラツキが顕
著なのは、正反射光成分であり、同一物体表面でも当該
物体表面の位置が若干ずれただけで正反射光成分の強度
分布は大幅な変動をきたし、このような若干の位置ずれ
で、図（Ｄ）から図（Ｅ）のように反射光強度分布が変
化してしまう。従来の装置では、この変化をまともに受
けてしまうため、測定が困難になるという問題があった
が、本実施例では、角度θを十分に大きく取ることによ
って、強度分布の変動が激しい正反射光成分が集光レン
ズ７に入射しないようにして、反射光６ａに類似する拡
散反射光成分のみを集光し、測定を行うこととしてい
る。
度分布を測定したところ、そのバラツキが最も大きいの
は、測定対象物体５の表面が金属面の場合であった。こ
れは金属面が基本的には光沢の強い面であるにも係わら
ず、表面の酸化などで部分的に且つ不均一に光沢がくす
んだり、傷やヘアライン加工などによって、反射が乱さ
れ易いためである。尚、反射光強度分布のバラツキが顕
著なのは、正反射光成分であり、同一物体表面でも当該
物体表面の位置が若干ずれただけで正反射光成分の強度
分布は大幅な変動をきたし、このような若干の位置ずれ
で、図（Ｄ）から図（Ｅ）のように反射光強度分布が変
化してしまう。従来の装置では、この変化をまともに受
けてしまうため、測定が困難になるという問題があった
が、本実施例では、角度θを十分に大きく取ることによ
って、強度分布の変動が激しい正反射光成分が集光レン
ズ７に入射しないようにして、反射光６ａに類似する拡
散反射光成分のみを集光し、測定を行うこととしてい
る。
【００１４】図５は、正反射光６０の拡がりを説明する
ための図である。上述のように光源２から放射された光
は、照射レンズ３により整形され、照射光ビーム４とな
って測定対象物体５に照射されるが、実際には測定精度
を向上させるため照射光ビーム４は平行ビーム（径が大
きい）ではなく、光点Ｏを極力小さくして測定範囲＋Ｌ
〜−Ｌ内において最小径となるように絞り込みが行われ
る。そのため、測定対象物体５からの正反射光成分は、
図面の破線で示すように拡がりを持っている。従って、
図４の６ｃ，６ｄ，６ｅに含まれる正反射光成分は、実
際はこの図に示すより更に拡がったものとなっており、
上述の角度θ（正反射光６０の光軸と測定対象物体５上
にできる光点Ｏと集光レンズ７の光軸とで形成される角
度θ）を定めるにあたっても、この拡がりを考慮して定
める必要がある。この実施例で角度θを４５度以上とし
たのは、これらの理由による。
ための図である。上述のように光源２から放射された光
は、照射レンズ３により整形され、照射光ビーム４とな
って測定対象物体５に照射されるが、実際には測定精度
を向上させるため照射光ビーム４は平行ビーム（径が大
きい）ではなく、光点Ｏを極力小さくして測定範囲＋Ｌ
〜−Ｌ内において最小径となるように絞り込みが行われ
る。そのため、測定対象物体５からの正反射光成分は、
図面の破線で示すように拡がりを持っている。従って、
図４の６ｃ，６ｄ，６ｅに含まれる正反射光成分は、実
際はこの図に示すより更に拡がったものとなっており、
上述の角度θ（正反射光６０の光軸と測定対象物体５上
にできる光点Ｏと集光レンズ７の光軸とで形成される角
度θ）を定めるにあたっても、この拡がりを考慮して定
める必要がある。この実施例で角度θを４５度以上とし
たのは、これらの理由による。
【００１５】なお、上記実施例の構成では、測定対象物
体５の反射表面に、照射光ビーム４が垂直に照射される
ので、照射光ビーム４と、これにより生じる正反射光６
０の光軸とが一致し、角度θは、照射光ビーム４と集光
レンズ７の集光軸とが光点Ｏでなす角度ψと一致する構
成となっているが、角度θと角度ψとは必ずしも一致す
る必要はない。図２は、本発明の他の実施例を示す構成
図で、本実施例では、測定対象物体５に照射光ビーム４
を斜めに照射することで、角度ψを小さくして装置の小
形化を図っている。このような構成としても、角度θを
図１に示す実施例と同様４５度以上とすることで、強度
分布変動の激しい正反射光６０成分を集光レンズ７に入
射させないようにでき、安定した直線性の変位出力が得
られる。
体５の反射表面に、照射光ビーム４が垂直に照射される
ので、照射光ビーム４と、これにより生じる正反射光６
０の光軸とが一致し、角度θは、照射光ビーム４と集光
レンズ７の集光軸とが光点Ｏでなす角度ψと一致する構
成となっているが、角度θと角度ψとは必ずしも一致す
る必要はない。図２は、本発明の他の実施例を示す構成
図で、本実施例では、測定対象物体５に照射光ビーム４
を斜めに照射することで、角度ψを小さくして装置の小
形化を図っている。このような構成としても、角度θを
図１に示す実施例と同様４５度以上とすることで、強度
分布変動の激しい正反射光６０成分を集光レンズ７に入
射させないようにでき、安定した直線性の変位出力が得
られる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係わる光学
式変位測定装置は、正反射光の光軸と測定対象物体上に
できる光点と集光レンズの光軸とが形成する角度θを、
所定角度以上大きくした光学系を採用することにより、
集光レンズに入射する反射光の強度分布を一様にでき、
集光レンズの収差に伴う光点の像の重心移動を軽減して
安定した変位測定が行える。従って測定対象物体が種々
変化する生産ラインへの応用や、従来では測定が困難で
あった金属面の変位測定も高精度で行え、汎用な装置と
できる等の効果がある。
式変位測定装置は、正反射光の光軸と測定対象物体上に
できる光点と集光レンズの光軸とが形成する角度θを、
所定角度以上大きくした光学系を採用することにより、
集光レンズに入射する反射光の強度分布を一様にでき、
集光レンズの収差に伴う光点の像の重心移動を軽減して
安定した変位測定が行える。従って測定対象物体が種々
変化する生産ラインへの応用や、従来では測定が困難で
あった金属面の変位測定も高精度で行え、汎用な装置と
できる等の効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】この種の装置の動作原理を説明するための図で
ある。
ある。
【図４】反射表面の相違による反射光の特性を説明する
図である。
図である。
【図５】正反射光の拡がりを説明するための図である。
１ 光学式変位測定装置全体 ２ 光源 ３ 照射レンズ ４ 照射光ビーム ５ 測定対象物体 ６ 測定用反射光 ７ 集光レンズ ８ 位置検出器 ９ 演算回路 １０ 補正回路 ６０ 正反射光
Claims (1)
- 【請求項１】 測定対象物体に光ビームを照射して光点
（光スポット）を形成し、この光点からの反射光を集光
レンズを介して検出器上に集光させて光点の像を形成
し、検出器上のどの位置に光点の像が形成されるかによ
って測定対象物体までの距離や測定対象物体の変位を測
定する光学式変位測定装置において、 照射光ビームの入射角と等しい角度で反射する反射光を
正反射光とした場合、正反射光の光軸と上記光点と上記
集光レンズの光軸とが形成する角度θを、所定角度以上
大きく設定することによって、上記正反射光方向に所定
の拡がり角をもって生じる強い反射光成分が上記集光レ
ンズに入射しない光学系配置を有することを特徴とした
光学式変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2591192A JPH05196416A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 光学式変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2591192A JPH05196416A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 光学式変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196416A true JPH05196416A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=12178963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2591192A Pending JPH05196416A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 光学式変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05196416A (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6144309A (ja) * | 1984-08-08 | 1986-03-04 | Hitachi Ltd | プリント基板上の配線パターンの検査装置 |
| JPS62259044A (ja) * | 1986-04-16 | 1987-11-11 | Inax Corp | 表面検査方法 |
| JPS6329208A (ja) * | 1986-07-23 | 1988-02-06 | Fuji Photo Optical Co Ltd | モアレ縞による平坦度測定方法 |
| JPH0377006A (ja) * | 1989-08-21 | 1991-04-02 | Fujitsu Ltd | 物体形状計測装置 |
| JPH03257307A (ja) * | 1990-03-08 | 1991-11-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 三次元形状認識方法及び装置 |
| JPH04181108A (ja) * | 1990-11-15 | 1992-06-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 三次元形状認識方法 |
-
1992
- 1992-01-17 JP JP2591192A patent/JPH05196416A/ja active Pending
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