JPH05288544A - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
- Publication number
- JPH05288544A JPH05288544A JP11955692A JP11955692A JPH05288544A JP H05288544 A JPH05288544 A JP H05288544A JP 11955692 A JP11955692 A JP 11955692A JP 11955692 A JP11955692 A JP 11955692A JP H05288544 A JPH05288544 A JP H05288544A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- point
- position detector
- optical system
- reflected light
- 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.)
- Pending
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 細い光ビームを測定対象に投光し、これによ
って生じる光点を光学系を介して位置検出器上に放像
し、三角測量の原理により距離や変位を測定する変位測
定装置において、光点の大きさや、測定対象の材質，表
面処理等が起因する測定誤差を軽減させる。 【構成】 ２群のレンズを各レンズの焦点位置が一致す
るように配置し、この焦点位置に光点の移動方向からの
反射光を制限する矩形絞りを挿入した光学系を用いる。
って生じる光点を光学系を介して位置検出器上に放像
し、三角測量の原理により距離や変位を測定する変位測
定装置において、光点の大きさや、測定対象の材質，表
面処理等が起因する測定誤差を軽減させる。 【構成】 ２群のレンズを各レンズの焦点位置が一致す
るように配置し、この焦点位置に光点の移動方向からの
反射光を制限する矩形絞りを挿入した光学系を用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ビームを測定対象に
投光し、測定対象表面上に生じる光点からの反射光を用
いて測定対象までの距離や測定対象の変位を測定する変
位測定装置に関する。
投光し、測定対象表面上に生じる光点からの反射光を用
いて測定対象までの距離や測定対象の変位を測定する変
位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の装置は、細い光ビームを測
定対象に投光し、これによって生じる対象表面上の光点
からの反射光を、投射光ビームの方向と異なる方向に位
置させた受光レンズで受光し、結像面上に集光スポット
として結像させる。測定対象上の光点が変位すると、結
像面上の集光スポットの位置も変位するため、この集光
スポットの位置を光学位置検出素子を用いて検出するこ
とにより、測定対象までの距離や測定対象の変位を算出
する。
定対象に投光し、これによって生じる対象表面上の光点
からの反射光を、投射光ビームの方向と異なる方向に位
置させた受光レンズで受光し、結像面上に集光スポット
として結像させる。測定対象上の光点が変位すると、結
像面上の集光スポットの位置も変位するため、この集光
スポットの位置を光学位置検出素子を用いて検出するこ
とにより、測定対象までの距離や測定対象の変位を算出
する。
【０００３】図３は、従来のこの種の装置の一構成例を
示す図であり、投光部１から出射した出射光ビーム２
は、測定対象３の表面にあたり光点４を形成する。そし
て、光点４から反射する反射光の一部は、受光レンズ６
で集光され、位置検出器８上の所定の位置に集光スポッ
ト７を形成する。演算器９は位置検出器８の２つの出力
１０（ＩA ），１１（ＩB ）に対して、 （ＩA −ＩB ）／（ＩA ＋ＩB ） なる演算を行い、位置検出器８上の集光スポット７の重
心位置を求め、さらに補正回路１２で光ビーム２に沿っ
た移動量と直線的な移動量となるような補正を施し、測
定対象３までの距離あるいは変位量を出力１３で得てい
る。
示す図であり、投光部１から出射した出射光ビーム２
は、測定対象３の表面にあたり光点４を形成する。そし
て、光点４から反射する反射光の一部は、受光レンズ６
で集光され、位置検出器８上の所定の位置に集光スポッ
ト７を形成する。演算器９は位置検出器８の２つの出力
１０（ＩA ），１１（ＩB ）に対して、 （ＩA −ＩB ）／（ＩA ＋ＩB ） なる演算を行い、位置検出器８上の集光スポット７の重
心位置を求め、さらに補正回路１２で光ビーム２に沿っ
た移動量と直線的な移動量となるような補正を施し、測
定対象３までの距離あるいは変位量を出力１３で得てい
る。
【０００４】図４は、図３に示す位置検出器８に半導体
位置検出器を用いた場合の構成を示す図である。高抵抗
の半導体基板１１１の表面にｐ層１１２，裏面にｎ層１
１３を形成し、その両端に信号取り出し用の電極１０，
１１が設けられている。この半導体位置検出器に反射光
が入射すると、その光強度に比例する電流が発生する。
この電流はｐ層１１２を通って両端の電極１０，１１か
ら取り出されるが、ｐ層１１２は均一な抵抗層で形成さ
れているため、左右の電極１０，１１から取り出される
電流量は、集光スポット７の重心位置から各電極１０，
１１までの距離に逆比例することになる。従って、２つ
の出力１０（ＩA ），１１（ＩB ）に対して、上述のよ
うな、（ＩA −ＩB ）／（ＩA ＋ＩB ）なる演算を行え
ば、位置検出器８上の集光スポットの重心位置が算出で
きる。なお、上式の分母（ＩA ＋ＩB ）は全入射光強度
に対応しており、上式で算出される集光スポットの重心
位置は入射光強度に依存しなくなる。
位置検出器を用いた場合の構成を示す図である。高抵抗
の半導体基板１１１の表面にｐ層１１２，裏面にｎ層１
１３を形成し、その両端に信号取り出し用の電極１０，
１１が設けられている。この半導体位置検出器に反射光
が入射すると、その光強度に比例する電流が発生する。
この電流はｐ層１１２を通って両端の電極１０，１１か
ら取り出されるが、ｐ層１１２は均一な抵抗層で形成さ
れているため、左右の電極１０，１１から取り出される
電流量は、集光スポット７の重心位置から各電極１０，
１１までの距離に逆比例することになる。従って、２つ
の出力１０（ＩA ），１１（ＩB ）に対して、上述のよ
うな、（ＩA −ＩB ）／（ＩA ＋ＩB ）なる演算を行え
ば、位置検出器８上の集光スポットの重心位置が算出で
きる。なお、上式の分母（ＩA ＋ＩB ）は全入射光強度
に対応しており、上式で算出される集光スポットの重心
位置は入射光強度に依存しなくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の変
位測定装置では、光点４の大きさや、測定対象３の材
質，表面処理等が起因して反射光パターンが変動し、測
定誤差が生じるという問題がある。図５は、従来の装置
における問題点を説明するための図であり、図に示すよ
うに光点４が有限の大きさを持つため、図５の測定対象
３上の点（Ｍ）は結像条件（シャイン・プルーク条件）
を満たし、位置検出器８上の点（Ｍ’）に集光するが、
点（Ｎ）は結像条件から外れ、従って位置検出器８から
離れた点（Ｎ’）に集光する。そして従来の装置では、
光学系に１枚の受光レンズ６が使われていているため、
この受光レンズ６を通った反射光の殆どは平行光でな
く、従って、点（Ｎ’）に集光した反射光が位置検出器
８の表面に投射される場合、不規則に拡がってしまう。
また、上述のような従来の装置の光学系では、測定対象
の材質，表面処理等により光点４がいわゆる乱反射する
場合、反射光パターンが変動するため、測定誤差が生じ
る等の問題点があった。
位測定装置では、光点４の大きさや、測定対象３の材
質，表面処理等が起因して反射光パターンが変動し、測
定誤差が生じるという問題がある。図５は、従来の装置
における問題点を説明するための図であり、図に示すよ
うに光点４が有限の大きさを持つため、図５の測定対象
３上の点（Ｍ）は結像条件（シャイン・プルーク条件）
を満たし、位置検出器８上の点（Ｍ’）に集光するが、
点（Ｎ）は結像条件から外れ、従って位置検出器８から
離れた点（Ｎ’）に集光する。そして従来の装置では、
光学系に１枚の受光レンズ６が使われていているため、
この受光レンズ６を通った反射光の殆どは平行光でな
く、従って、点（Ｎ’）に集光した反射光が位置検出器
８の表面に投射される場合、不規則に拡がってしまう。
また、上述のような従来の装置の光学系では、測定対象
の材質，表面処理等により光点４がいわゆる乱反射する
場合、反射光パターンが変動するため、測定誤差が生じ
る等の問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】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、従来の装置の受光
レンズに換えて、２群のレンズを各レンズの焦点位置が
一致するように配置し、この焦点位置に光点の移動方向
からの反射光を制限する矩形絞りを挿入した光学系を用
いる構成とした。
解決するためになされたものであり、従来の装置の受光
レンズに換えて、２群のレンズを各レンズの焦点位置が
一致するように配置し、この焦点位置に光点の移動方向
からの反射光を制限する矩形絞りを挿入した光学系を用
いる構成とした。
【０００７】
【作用】本発明においては、上述のような光学系を用い
ることにより、この光学系の光軸にほぼ平行な反射光だ
けを位置検出器に入射させることができ、光点の大きさ
や、測定対象の材質，表面処理等による反射光パターン
の変動があっても、測定誤差を大幅に軽減できる。
ることにより、この光学系の光軸にほぼ平行な反射光だ
けを位置検出器に入射させることができ、光点の大きさ
や、測定対象の材質，表面処理等による反射光パターン
の変動があっても、測定誤差を大幅に軽減できる。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明にかかる変位測定装置の光学
系の一実施例を示す図である。図において、６１は第１
のレンズ、６２は第２のレンズ、６３は矩形絞りであ
る。図１に示すように本実施例における光学系は、第１
のレンズ６１と第２のレンズ６２の各焦点位置が一致す
るように配置され、いわゆるテレセントリック光学系を
構成し、この焦点位置に矩形絞り６３が設けられてい
る。図２は、矩形絞り６３の構成を示す図で、図に示す
ように、この矩形絞り６３は図面Ｘ方向からの光を制限
する構成となっている。
系の一実施例を示す図である。図において、６１は第１
のレンズ、６２は第２のレンズ、６３は矩形絞りであ
る。図１に示すように本実施例における光学系は、第１
のレンズ６１と第２のレンズ６２の各焦点位置が一致す
るように配置され、いわゆるテレセントリック光学系を
構成し、この焦点位置に矩形絞り６３が設けられてい
る。図２は、矩形絞り６３の構成を示す図で、図に示す
ように、この矩形絞り６３は図面Ｘ方向からの光を制限
する構成となっている。
【０００９】図１に示すような光学系においても点
（Ｎ）は結像条件から外れるため、位置検出器８から離
れた点（Ｎ’）に集光する。然しながら図１に示す光学
系を通過する光の殆どは、この光学系の光軸と平行に進
むため、点（Ｎ’）を通過した後も位置的な広がりを持
たずに光軸と平行のまま位置検出器８へ入射する。ま
た、矩形絞り６３を挿入することにより、光点４からの
反射パターンのうち、光学系の光軸に平行な成分のみを
取り出すため、これによって光点４の大きさや測定対象
３の材質，表面処理等により光点４の反射光パターンが
変動しても、測定誤差を大幅に軽減することができる。
（Ｎ）は結像条件から外れるため、位置検出器８から離
れた点（Ｎ’）に集光する。然しながら図１に示す光学
系を通過する光の殆どは、この光学系の光軸と平行に進
むため、点（Ｎ’）を通過した後も位置的な広がりを持
たずに光軸と平行のまま位置検出器８へ入射する。ま
た、矩形絞り６３を挿入することにより、光点４からの
反射パターンのうち、光学系の光軸に平行な成分のみを
取り出すため、これによって光点４の大きさや測定対象
３の材質，表面処理等により光点４の反射光パターンが
変動しても、測定誤差を大幅に軽減することができる。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の変位測定装
置は、光点の大きさや、測定対象の材質，表面処理等が
起因して反射光パターンが変動するような場合であって
も測定誤差を大幅に軽減できるという効果がある。
置は、光点の大きさや、測定対象の材質，表面処理等が
起因して反射光パターンが変動するような場合であって
も測定誤差を大幅に軽減できるという効果がある。
【図１】本発明の変位測定装置の光学系の一実施例を示
す図である。
す図である。
【図２】図１に示す矩形絞りを説明するための図であ
る。
る。
【図３】従来の装置を説明するための図である。
【図４】位置検出器の構成例を示す図である。
【図５】従来の装置の問題点を説明するための図であ
る。
る。
１ 投光部 ２ 光ビーム ３ 測定対象 ４ 光点 ８ 位置検出器 ９ 演算器 １２ 補正回路 ６１ 第１のレンズ ６２ 第２のレンズ ６３ 矩形絞り
Claims (1)
- 【請求項１】 細い光ビームを測定対象に投光し、これ
によって生じる上記測定対象上の光点からの反射光を光
学系を介して位置検出器上導き、この位置検出器上に集
光させ、三角測量の原理により上記測定対象までの距離
や変位を測定する変位測定装置において、 上記光学系として、２群のレンズを各レンズの焦点位置
が一致するように配置し、この焦点位置に光点の移動方
向からの反射光を制限する矩形絞りを挿入した光学系を
用いて装置を構成したことを特徴とする変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11955692A JPH05288544A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11955692A JPH05288544A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05288544A true JPH05288544A (ja) | 1993-11-02 |
Family
ID=14764244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11955692A Pending JPH05288544A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05288544A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005090923A1 (ja) * | 2004-03-19 | 2008-05-22 | 株式会社ミツトヨ | 光電式エンコーダ |
-
1992
- 1992-04-14 JP JP11955692A patent/JPH05288544A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005090923A1 (ja) * | 2004-03-19 | 2008-05-22 | 株式会社ミツトヨ | 光電式エンコーダ |
| JP4838117B2 (ja) * | 2004-03-19 | 2011-12-14 | 株式会社ミツトヨ | 光電式エンコーダ |
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