JPH06258040A - レーザー変位計 - Google Patents
レーザー変位計Info
- Publication number
- JPH06258040A JPH06258040A JP6488193A JP6488193A JPH06258040A JP H06258040 A JPH06258040 A JP H06258040A JP 6488193 A JP6488193 A JP 6488193A JP 6488193 A JP6488193 A JP 6488193A JP H06258040 A JPH06258040 A JP H06258040A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scanning
- measurement surface
- laser beam
- displacement meter
- axis direction
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高精度、広視野の二次元測定レーザー変位計
を簡単な構成により提供する。 【構成】 レーザービームを測定面Ａ上に走査させるレ
ーザービーム走査手段２４と、測定面Ａから反射された
散乱光を集光して位置検出素子２９に結像する集光レン
ズ２７との間の光路中に一軸方向のビーム幅を圧縮する
光学手段２８を配置してなる。
を簡単な構成により提供する。 【構成】 レーザービームを測定面Ａ上に走査させるレ
ーザービーム走査手段２４と、測定面Ａから反射された
散乱光を集光して位置検出素子２９に結像する集光レン
ズ２７との間の光路中に一軸方向のビーム幅を圧縮する
光学手段２８を配置してなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー変位計に関
し、特には、平行走査されたレーザービームを物体の測
定面にそれを横切るように照射し、それによって形成さ
れたライン状光点の位置を二次元的に測定してなるレー
ザー変位計に関する。
し、特には、平行走査されたレーザービームを物体の測
定面にそれを横切るように照射し、それによって形成さ
れたライン状光点の位置を二次元的に測定してなるレー
ザー変位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣの足曲がりの検査、あるいはプリン
ト基板上に実装した部品の位置ずれの検査、あるいは連
続する面の歪みや反りの測定など、物品の外観検査また
は測定を光学機械的に行なう装置の一つとしてレーザー
変位計が知られる。
ト基板上に実装した部品の位置ずれの検査、あるいは連
続する面の歪みや反りの測定など、物品の外観検査また
は測定を光学機械的に行なう装置の一つとしてレーザー
変位計が知られる。
【０００３】図２は、従来の一次元測定のレーザー変位
計の一例を示し、半導体レーザー光源１から放射された
ビーム２は、ミラー３、投光レンズ４を介して被測定物
の測定面Ａにスポット的に照射され、これにより測定面
Ａからの拡散反射された光が集光レンズ６により集光さ
れてＰＳＤ（ポジション・センシティブ・ディテクタ：
半導体位置検出素子）７上に結像され、光点像ａを形成
する。測定すべき面が測定面Ｂで示す位置に移動する
と、ＰＳＤ７上の光点像はａからｂの位置へと移動す
る。いわゆる三角測量方式で測定面（点）の移動量をＰ
ＳＤ７上の光点像の位置変化として検出することができ
る。ＰＳＤ７の一対の端子からは、光電効果より、受光
強度（照度）および受光面上の結像位置に応じた電流信
号Ｉ1、Ｉ2が取り出され、かかる信号は増幅回路８によ
りＩ／Ｖ変換されて電圧信号Ｖ1、Ｖ2に変換且つ増幅さ
れて演算回路９に供給される。演算回路９は、この供給
された信号に基づき、ＰＳＤ７上での光点位置を算出す
る。光点位置はＰＳＤ７の一対の出力端子の一端から他
端へ向けて座標軸Ｘをとり、受光面の中点を原点とした
ときの受光面上の光点像の位置であり、測定面上の光点
の高さに対応している。
計の一例を示し、半導体レーザー光源１から放射された
ビーム２は、ミラー３、投光レンズ４を介して被測定物
の測定面Ａにスポット的に照射され、これにより測定面
Ａからの拡散反射された光が集光レンズ６により集光さ
れてＰＳＤ（ポジション・センシティブ・ディテクタ：
半導体位置検出素子）７上に結像され、光点像ａを形成
する。測定すべき面が測定面Ｂで示す位置に移動する
と、ＰＳＤ７上の光点像はａからｂの位置へと移動す
る。いわゆる三角測量方式で測定面（点）の移動量をＰ
ＳＤ７上の光点像の位置変化として検出することができ
る。ＰＳＤ７の一対の端子からは、光電効果より、受光
強度（照度）および受光面上の結像位置に応じた電流信
号Ｉ1、Ｉ2が取り出され、かかる信号は増幅回路８によ
りＩ／Ｖ変換されて電圧信号Ｖ1、Ｖ2に変換且つ増幅さ
れて演算回路９に供給される。演算回路９は、この供給
された信号に基づき、ＰＳＤ７上での光点位置を算出す
る。光点位置はＰＳＤ７の一対の出力端子の一端から他
端へ向けて座標軸Ｘをとり、受光面の中点を原点とした
ときの受光面上の光点像の位置であり、測定面上の光点
の高さに対応している。
【０００４】現在、広く販売または発表されているレー
ザー変位計は概ね上述した原理を応用したもので、測定
はビームスポットの一点のみでしか行えないのが一般的
である。このため、凹凸のある面をある直線で切った断
面形状として測定が必要な場合、レーザー変位計または
被測定物のいずれかを相対的にその方向に直線移動させ
て同方向の変位を測定しなければならず、かかる移動を
行なうための駆動装置等、付加の手段を備えなければな
らなかった。
ザー変位計は概ね上述した原理を応用したもので、測定
はビームスポットの一点のみでしか行えないのが一般的
である。このため、凹凸のある面をある直線で切った断
面形状として測定が必要な場合、レーザー変位計または
被測定物のいずれかを相対的にその方向に直線移動させ
て同方向の変位を測定しなければならず、かかる移動を
行なうための駆動装置等、付加の手段を備えなければな
らなかった。
【０００５】これに対し、図３に示すように、光切断法
と通称される二次元的測定方法を利用した変位計が提案
されている。この変位計は、レーザービーム発生器１１
により生成された平行ビーム１２を被測定物１３の測定
面１４にそれを横切るようにライン状に照射し、この光
ラインをビーム１２の光軸に対しθ方向に配置されたＣ
ＣＤカメラ（二次元ＣＣＤ素子）１６により撮像するこ
とにより、点の三角測量をライン方向に多数（例えば４
８０ポイント）同時に行ない、必要な位置データを得て
いる。
と通称される二次元的測定方法を利用した変位計が提案
されている。この変位計は、レーザービーム発生器１１
により生成された平行ビーム１２を被測定物１３の測定
面１４にそれを横切るようにライン状に照射し、この光
ラインをビーム１２の光軸に対しθ方向に配置されたＣ
ＣＤカメラ（二次元ＣＣＤ素子）１６により撮像するこ
とにより、点の三角測量をライン方向に多数（例えば４
８０ポイント）同時に行ない、必要な位置データを得て
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかる変位計は、先に
述べたビームスポット型に対してラインによる位置測定
を簡単な構成により行なうことができるという利点を有
する反面、ＣＣＤカメラ１６の持つ電荷結合素子数の制
約（約５００×６００）に因り、測定視野を拡げるに従
って分解能が落ち測定精度も悪くなるという問題を残し
ている。
述べたビームスポット型に対してラインによる位置測定
を簡単な構成により行なうことができるという利点を有
する反面、ＣＣＤカメラ１６の持つ電荷結合素子数の制
約（約５００×６００）に因り、測定視野を拡げるに従
って分解能が落ち測定精度も悪くなるという問題を残し
ている。
【０００７】また、ＣＣＤカメラに代えて、二次元ＰＳ
Ｄを用いることで上記の問題の一部を解決し得るが、二
次元ＰＳＤが非常に高価であること、またリニアリティ
にも問題を残していることから、有効な解決手段ではな
い。
Ｄを用いることで上記の問題の一部を解決し得るが、二
次元ＰＳＤが非常に高価であること、またリニアリティ
にも問題を残していることから、有効な解決手段ではな
い。
【０００８】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなさ
れたもので、高精度、広視野のレーザー変位計を簡単な
構成により提供することを課題とする。
れたもので、高精度、広視野のレーザー変位計を簡単な
構成により提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、レーザービームを測定面上に走査させるレーザービ
ーム走査手段と、該レーザービームの走査により前記測
定面からの反射された散乱光を集光して位置検出素子に
結像する集光レンズとを有するレーザー変位計におい
て、前記集光レンズと位置検出素子との間の光路中にシ
リンドリカルレンズを配置したことを特徴とする。
め、レーザービームを測定面上に走査させるレーザービ
ーム走査手段と、該レーザービームの走査により前記測
定面からの反射された散乱光を集光して位置検出素子に
結像する集光レンズとを有するレーザー変位計におい
て、前記集光レンズと位置検出素子との間の光路中にシ
リンドリカルレンズを配置したことを特徴とする。
【００１０】また更には、レーザービームを測定面上に
一定のタイミングでＸ軸方向に走査させるレーザービー
ム走査手段と、該レーザービームの走査により前記測定
面から反射して得られる散乱光を集光して前記測定面を
走査するビームの光軸に対してθ方向に配置された位置
検出素子に結像する集光レンズと、該集光レンズと位置
検出素子との間の光路中に配置され前記Ｘ軸方向のビー
ム幅を圧縮して前記位置検出素子上にＹ軸方向のみの一
次元像を提供する光学手段（例えばシリンドカルレン
ズ）とを有し、測定面のＸ軸方向の位置データを前記レ
ーザービーム走査手段のビームの走査タイミングによ
り、測定面のＹ軸方向の位置データを前記位置検出素子
からのデータとしてそれぞれ入力し、これらＸ軸Ｙ軸位
置データを演算することにより測定面の二次元位置測定
を行なうことを特徴とする。
一定のタイミングでＸ軸方向に走査させるレーザービー
ム走査手段と、該レーザービームの走査により前記測定
面から反射して得られる散乱光を集光して前記測定面を
走査するビームの光軸に対してθ方向に配置された位置
検出素子に結像する集光レンズと、該集光レンズと位置
検出素子との間の光路中に配置され前記Ｘ軸方向のビー
ム幅を圧縮して前記位置検出素子上にＹ軸方向のみの一
次元像を提供する光学手段（例えばシリンドカルレン
ズ）とを有し、測定面のＸ軸方向の位置データを前記レ
ーザービーム走査手段のビームの走査タイミングによ
り、測定面のＹ軸方向の位置データを前記位置検出素子
からのデータとしてそれぞれ入力し、これらＸ軸Ｙ軸位
置データを演算することにより測定面の二次元位置測定
を行なうことを特徴とする。
【００１１】
【作用】上記手段により、測定面からの反射光情報は、
そのＸ軸方向のデータはシリンドリカルレンズにより圧
縮され、位置検出素子上にＹ軸方向のデータとして線状
に投射される。
そのＸ軸方向のデータはシリンドリカルレンズにより圧
縮され、位置検出素子上にＹ軸方向のデータとして線状
に投射される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照と
して説明する。図１において、被測定物２０の測定面２
１はＸ軸方向中央に隆起した部分２３を有しており、レ
ーザービーム発生器２４により放射された平行走査する
ビーム２６は測定面２１をその垂直上方側からＸ軸方向
に横断するように走査する。レーザービーム発生器２４
は、レーザー光源（不図示）からのビームを直線上に平
行して走査する機能を持つもので、レーザー光源からの
入射ビームを反射して光走査するための定回転するポリ
ゴンミラーとｆθレンズとの組合せ、または一定角度範
囲で角振動して入射したビームを走査するガルバノミラ
ー等の周知の走査手段から構成することができ、ビーム
の走査時にビームがＸ軸上のどの位置にあるかをビーム
の走査タイミングまたはその他のファクターにより確定
し得る構成よりなる。かかる位置測定は、例えばポリゴ
ンミラーの回転軸と同軸に設けたエンコーダーからの同
期パルス信号により、あるいは定周波数出力のタイミン
グパルスを計数することにより得ることができる。後に
記載するように、これらにより得られた位置信号は測定
面２１のＸ軸方向の位置データとして使用することがで
きる。
して説明する。図１において、被測定物２０の測定面２
１はＸ軸方向中央に隆起した部分２３を有しており、レ
ーザービーム発生器２４により放射された平行走査する
ビーム２６は測定面２１をその垂直上方側からＸ軸方向
に横断するように走査する。レーザービーム発生器２４
は、レーザー光源（不図示）からのビームを直線上に平
行して走査する機能を持つもので、レーザー光源からの
入射ビームを反射して光走査するための定回転するポリ
ゴンミラーとｆθレンズとの組合せ、または一定角度範
囲で角振動して入射したビームを走査するガルバノミラ
ー等の周知の走査手段から構成することができ、ビーム
の走査時にビームがＸ軸上のどの位置にあるかをビーム
の走査タイミングまたはその他のファクターにより確定
し得る構成よりなる。かかる位置測定は、例えばポリゴ
ンミラーの回転軸と同軸に設けたエンコーダーからの同
期パルス信号により、あるいは定周波数出力のタイミン
グパルスを計数することにより得ることができる。後に
記載するように、これらにより得られた位置信号は測定
面２１のＸ軸方向の位置データとして使用することがで
きる。
【００１３】ビーム２６の走査により測定面２１から散
乱反射された光は、ビーム２６の光軸に対してθ方向に
配置された集光レンズ２７により集光され、この集光さ
れた光情報は、シリンドリカルレンズ２８を介して位置
検出素子２９へと投射される。位置検出素子２９はＰＳ
Ｄまたはこれと同一または以上の機能を有するものであ
る。シリンドリカルレンズ２８はその圧縮の方向性にお
いて、測定面２１からの二次元像をＸ軸方向のビーム幅
を圧縮してＹ軸方向の一次元像として線状に位置検出素
子２９に投射する向きに配置されている。かかる圧縮に
より、位置検出素子２９に対してはＹ軸方向の位置デー
タｙのみが有効に取得され、これにより位置検出素子２
９として一次元ＰＳＤまたは一次元ＣＣＤを使用するこ
とが可能となる。かかるＰＳＤとしては、ＰＳＤ上に投
射された光の強度（照度）およびＰＳＤ上での入射位置
に応じた電流が取り出され、例えば限定されるものでは
ないが、ＰＳＤに入射する入射位置に対し、ＰＳＤの両
端電極に流れる電流が各電極間の距離に反比例するもの
などが使用できる。
乱反射された光は、ビーム２６の光軸に対してθ方向に
配置された集光レンズ２７により集光され、この集光さ
れた光情報は、シリンドリカルレンズ２８を介して位置
検出素子２９へと投射される。位置検出素子２９はＰＳ
Ｄまたはこれと同一または以上の機能を有するものであ
る。シリンドリカルレンズ２８はその圧縮の方向性にお
いて、測定面２１からの二次元像をＸ軸方向のビーム幅
を圧縮してＹ軸方向の一次元像として線状に位置検出素
子２９に投射する向きに配置されている。かかる圧縮に
より、位置検出素子２９に対してはＹ軸方向の位置デー
タｙのみが有効に取得され、これにより位置検出素子２
９として一次元ＰＳＤまたは一次元ＣＣＤを使用するこ
とが可能となる。かかるＰＳＤとしては、ＰＳＤ上に投
射された光の強度（照度）およびＰＳＤ上での入射位置
に応じた電流が取り出され、例えば限定されるものでは
ないが、ＰＳＤに入射する入射位置に対し、ＰＳＤの両
端電極に流れる電流が各電極間の距離に反比例するもの
などが使用できる。
【００１４】このようにして得られる位置検出素子２９
からのＹ軸方向のデータ信号は増幅回路３１を介して演
算回路３２に入力される。演算回路３２には、又、レー
ザービーム発生器２４から、測定面２１上を走査するビ
ームのＸ軸方向のデータ信号が入力されている。演算回
路３２は、入力されたＸ軸方向データおよびＹ軸方向デ
ータを演算し、測定面２１の二次元位置情報を出力す
る。この出力値は、例えば、実測値（ｘ、ｙ）として適
当なモニターに表示され、あるいは、多量生産時の外観
検査等に用いる場合には、予め定めておいたＸ軸方向デ
ータおよびＹ軸方向データと比較され、当該測定面が基
準の寸法を満たしているか否かが判断される。
からのＹ軸方向のデータ信号は増幅回路３１を介して演
算回路３２に入力される。演算回路３２には、又、レー
ザービーム発生器２４から、測定面２１上を走査するビ
ームのＸ軸方向のデータ信号が入力されている。演算回
路３２は、入力されたＸ軸方向データおよびＹ軸方向デ
ータを演算し、測定面２１の二次元位置情報を出力す
る。この出力値は、例えば、実測値（ｘ、ｙ）として適
当なモニターに表示され、あるいは、多量生産時の外観
検査等に用いる場合には、予め定めておいたＸ軸方向デ
ータおよびＹ軸方向データと比較され、当該測定面が基
準の寸法を満たしているか否かが判断される。
【００１５】また、上記構成において、レーザー変位計
または被測定物をＺ方向に移動することにより容易に三
次元的に位置測定し得ることすることができる。
または被測定物をＺ方向に移動することにより容易に三
次元的に位置測定し得ることすることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、Ｘ軸方
向データをレーザービームの走査タイミング等から、Ｙ
軸方向データをシリンドリカルレンズの作用により一次
元的に得られる位置検出素子からのデータとして得る構
成よりなるため、位置検出素子として、従来の如き素子
数の制限があり且つ高価であるＣＣＤカメラに対し、素
子数が大きく且つ比較的安価な一次元ＰＳＤまたは一次
元ＣＣＤを使用することができるもので、測定視野が広
く且つ分解能を低下することのないレーザー変位形を提
供することができる。
向データをレーザービームの走査タイミング等から、Ｙ
軸方向データをシリンドリカルレンズの作用により一次
元的に得られる位置検出素子からのデータとして得る構
成よりなるため、位置検出素子として、従来の如き素子
数の制限があり且つ高価であるＣＣＤカメラに対し、素
子数が大きく且つ比較的安価な一次元ＰＳＤまたは一次
元ＣＣＤを使用することができるもので、測定視野が広
く且つ分解能を低下することのないレーザー変位形を提
供することができる。
【００１７】また更に、上記構成において、レーザー変
位計または被測定物のいずれかをＺ方向に移動すること
により、三次元的測定を行なうことができる。
位計または被測定物のいずれかをＺ方向に移動すること
により、三次元的測定を行なうことができる。
【図１】 本発明によるレーザー変位計の原理構成図。
【図２】 従来のレーザー変位計の原理構成図。
【図３】 他の従来のレーザー変位計の原理構成図。
２１ 測定面 ２４ レーザービーム発生器 ２７ 集光レンズ ２８ シリンドリカルレンズ ２９ 位置検出素子
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザービームを測定面上に走査させる
レーザービーム走査手段と、該レーザービームの走査に
より前記測定面から反射された散乱光を集光して位置検
出素子に結像する集光レンズとを有するレーザー変位計
において、前記集光レンズと位置検出素子との間の光路
中に一軸方向のビーム幅を圧縮する光学手段を配置した
ことを特徴とするレーザー変位計。 - 【請求項２】 レーザービームを測定面上に一定のタイ
ミングでＸ軸方向に走査させるレーザービーム走査手段
と、該レーザービームの走査により前記測定面から反射
して得られる散乱光を集光して前記測定面を走査するビ
ームの光軸に対してθ方向に配置された位置検出素子に
結像する集光レンズと、該集光レンズと位置検出素子と
の間の光路中に配置され前記Ｘ軸方向のビーム幅を圧縮
して前記位置検出素子上にＹ軸方向のみの一次元像を提
供する光学手段とを有し、測定面のＸ軸方向の位置デー
タを前記レーザービーム走査手段のビームの走査タイミ
ングにより、測定面のＹ軸方向の位置データを前記位置
検出素子からのデータとしてそれぞれ入力し、これらＸ
軸Ｙ軸位置データを演算することにより測定面の二次元
位置測定を行なうことを特徴とするレーザー変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6488193A JPH06258040A (ja) | 1993-03-02 | 1993-03-02 | レーザー変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6488193A JPH06258040A (ja) | 1993-03-02 | 1993-03-02 | レーザー変位計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06258040A true JPH06258040A (ja) | 1994-09-16 |
Family
ID=13270902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6488193A Pending JPH06258040A (ja) | 1993-03-02 | 1993-03-02 | レーザー変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06258040A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003535319A (ja) * | 2000-05-30 | 2003-11-25 | カール ツァイス イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 距離測定用および／または面傾斜度測定用の光センサ |
| CN102944201A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-02-27 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法 |
| JP2014168935A (ja) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Dainippon Printing Co Ltd | 中綴検査装置 |
| WO2016151938A1 (ja) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | 三菱重工業株式会社 | レーザレーダ装置及び走行体 |
| WO2016151939A1 (ja) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | 三菱重工業株式会社 | レーザレーダ装置及び走行体 |
-
1993
- 1993-03-02 JP JP6488193A patent/JPH06258040A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003535319A (ja) * | 2000-05-30 | 2003-11-25 | カール ツァイス イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 距離測定用および／または面傾斜度測定用の光センサ |
| CN102944201A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-02-27 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种飞机高速颤振模型四耳片空心梁截面尺寸的确定方法 |
| JP2014168935A (ja) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Dainippon Printing Co Ltd | 中綴検査装置 |
| WO2016151938A1 (ja) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | 三菱重工業株式会社 | レーザレーダ装置及び走行体 |
| WO2016151939A1 (ja) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | 三菱重工業株式会社 | レーザレーダ装置及び走行体 |
| JP2016180624A (ja) * | 2015-03-23 | 2016-10-13 | 三菱重工業株式会社 | レーザレーダ装置及び走行体 |
| JP2016180623A (ja) * | 2015-03-23 | 2016-10-13 | 三菱重工業株式会社 | レーザレーダ装置及び走行体 |
| US10534085B2 (en) | 2015-03-23 | 2020-01-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser radar device and traveling body |
| US11009606B2 (en) | 2015-03-23 | 2021-05-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser radar device and traveling body |
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