JPH0628610U - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定物の変位に感応する領域を広げるこ
と。 【構成】 半導体レーザ３８と、被測定物１４からの光
を集光する集光部１６、集光部１６からの光を３つのビ
ームに分けるコーナープリズム２８、集光部１６の合焦
位置に配置されて各ビームを受光し、各ビームの受光位
置に応じた電気信号を発生する受光素子４０，４２，４
４、受光素子４０，４２，４４の出力から被測定物１４
の位置を算出するコントローラ４６を備え、３つの受光
素子のうち一つの受光素子の受光領域が他の受光素子の
受光領域よりも長く形成され、被測定物の微小変位を受
光素子４２，４４によって検知し、被測定物１４の大き
い変位を受光素子４０によって検知するようにしたも
の。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は変位検出装置に係り、特に、非接触で被測定物の変位を測定するに好 適な変位検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来のこの種の装置において、被測定物の表面の変位を検出するに際してフー コプリズム法が採用されている。このフーコプリズム法は、コンパクトディスク プレイヤーのヘッドの位置を検出する時の技術等に使用されている。この方法を 用いて被測定物の変位を測定する場合、被測定物からの反射光を集光レンズで集 光した後フーコプリズムによって反射光を２つのビームに分割し、この光学系の 焦点位置に配置されたそれぞれの受光素子によって各ビームを受光し、各受光素 子の出力の差によって変位を検出するようになっている。この方法によれば、被 測定物の像が受光素子の指定の位置に形成された時に被測定物が合焦位置にある ことを検出することができ、被測定物の像が指定の位置からずれた時には、その ずれ量から変位を検出することができるので、被測定物の結像の位置をこのずれ 量によって判別できるというものである。

【０００３】

【考案の解決しようとする課題】

しかしながら、従来のフーコプリズム法を用いた装置では、受光素子として同 一特性のものを用いているため、ピントが合焦位置の近くにあって、その差がわ ずかである時には被測定物の微小変位を精度よく検出することはできるが、ピン トが合焦位置から大きくずれた時には被測定物の像が受光素子の感応領域から外 れ、変位検出装置の移動量を算出するのに時間を要することがある。

【０００４】 本考案は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、被測定物 の変位に感応する領域を広げることができる変位検出装置を提供することにある 。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するために、本考案は、被測定物の表面に光を照射する光源と 、被測定物からの反射光を集光する集光手段と、集光手段で集光された光を３つ のビームに分けて伝送するコーナープリズムと、一つの受光素子は他の受光素子 より長く形成され、集光手段の合焦位置に配置されて各ビームを受光し、各ビー ムの受光位置に応じた電気信号を発生する３つの光電変換手段と、光電変換手段 の出力信号から被測定物の位置を算出する位置算出手段とを備え、集光手段とコ ーナープリズムび光電変換手段群は共に光軸に沿って往復動可能に構成され、光 電変換手段群は入射光の変位に感応する領域の大きさにより複数のグループに分 かれて構成するようにしたものである。

【０００６】 また請求項２では、前記３つの光電変換手段をそれぞれ構成する各受光素子は すべて同一長さとされるとともに、１つの受光素子とコーナープリズム間に集光 レンズを設けるようにしたものである。

【０００７】

【作用】

前記した手段によれば、光電変換手段群は入射光の変位に感応する領域の大き さによって複数のグループに分かれて構成されているため、被測定物の像が合焦 位置にあることが検出された時には入射光の変位に感応する領域として小さいグ ループに属する光電変換手段群によって被測定物の像が合焦位置にあることを検 出することができる。そして被測定物の像が合焦位置から大きくずれている時に は入射光の変位に関する領域として大きい領域のグループに属する光電変換手段 によって被測定物の像を検出することができる。そしてこの時の位置と合焦位置 との差を求めることによって合焦位置までの距離を求めることができ、位置合わ せが容易となる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。 図１において、変位検出装置１０は箱型の本体１２を備えており、本体１２の 一端に被測定物１４に相対向して配置される集光部１６が設けられている。集光 部１６は複数の対物レンズを備えており、集光部１６の光軸に沿ってビームスプ リッタ１８，２０，２２、可視光カットフィルタ２４、コリメーターレンズ２６ 、コーナープリズム２８が配置されている。ビームスプリッタ２０近傍にはコリ メーターレンズ３０を介して照明用のランプ３２が配置されており、ランプ３２ からの光がコリメーターレンズ３０、ビームスプリッタ２０，１８、集光部１６ を介して被測定物１４に照射されるようになっている。即ちランプ３２は落射照 明用の光源として用いられている。さらにビームスプリッタ２２にはプリズム３ ４が連結されており、このプリズム３４にはコリメーターレンズ３６を介して半 導体レーザ３８からのレーザ光が入射されるようになっている。このプリズム３ ４は半導体レーザ３８の楕円形状のビームを円形形状に変換し、変換したビーム をビームスプリッタ２２へ出力するようになっている。

【０００９】 また集光部１６の焦点位置には図２に示されるように、光電変換手段として３ 個の受光素子４０，４２，４４が配置されている。各受光素子４０〜４４はコー ナープリズム２８の頂部２８Ａを中心として正三角形の陵線上に配置されている 。コーナプリズム２８は集光部１６の光軸と頂点を一致させ、反射光はコーナプ リズムの頂点方向から入射させる。受光素子４０は略長方形形状に形成され、受 光素子４２，４４は略円形形状に形成されている。そして受光素子４０の受光部 ４０Ａは受光素子４２，４４の受光部４２Ａ，４４Ａよりも長く受光面積が約２ 倍になっている。即ち、被測定物１４の像が各受光素子４０〜４４の中心位置か ら変化した時、受光素子４０は受光素子４２，４４よりも２倍の範囲で被測定物 １４の変位を検出できるようになっている。そして各受光素子４０，４２，４４ の出力信号はコントローラ４６に入力されており、コントローラ４６は各受光素 子４０〜４４からの信号を基に被測定物の変位を算出するようになっている。こ の算出値はモータ駆動部４８に与えられ、モータ駆動部４８からの指令によって モータ５０が本体１２を駆動するようになっている。本体１２はピント合せのた めに被測定物１４に対して往復運動可能に構成されており、モータ５０の駆動に よって本体１２が移動すると、本体１２の位置に応じて被測定物１４からの反射 光が各受光素子４０，４２，４４に入射されるようになっている。

【００１０】 一方、本体１２には、前述した光学系とは別の光学系として、ミラー５２、赤 外線カットフィルター５４が設けられており、被測定物１４からの反射光が集光 部１６、ビームスプリッタ１８、ミラー５２、赤外線カットフィルター５４に入 射されている。赤外線カットフィルター５４の背面側にはＣＣＤカメラ５６が設 けられており、被測定物１４からの反射光がＣＣＤカメラ５６によって被測定物 の広範囲が撮像され、表示部５８の画面上に被測定物１４の像が画像表示される ようになっている。

【００１１】 上記構成において、ランプ３２からの光及び半導体レーザ３８からのレーザ光 をそれぞれ被測定物１４に照射した状態で、被測定物１４の像を表示部５８の画 面上に表示しながらモータ５０を駆動し本体１２を上下に移動させ、概略合焦さ せるのである。この時被測定物１４からの反射光は集光部１６、ビームスプリッ タ１８，２０，２２、可視光カットフィルタ２４、コリメーターレンズ２６、コ ーナープリズム２８を介して受光素子４０〜４４に入射される。この時被測定物 １４が合焦位置よりずれている時には、コーナープリズム２８への入射角が被測 定物１４が合焦位置にある時よりも変化するため、各受光素子４０，４２，４４ の受光部には合焦位置である中心位置よりも外れた位置に像が形成される。例え ば被測定物１４が遠すぎた場合には、各受光素子４０〜４４の外側の領域にレー ザ光が集光され、逆に近すぎた時には、受光部の内側の領域に集光される。そし て被測定物１４が合焦位置から大きくずれた時には受光素子４０に被測定物１４ の光線が受光される。この時の光線の位置と基準合焦（中心）中心位置とのずれ 量を求め、そのずれ量及びずれた方向を基にモータ５０に対する駆動方向及び駆 動量を算出してモータ５０を駆動すると、本体１２を合焦位置側へ即座に移動さ せることができる。そして被測定物１４が基準合焦位置より僅かにずれた状態に なった時には受光素子４２，４４で受光される。この時受光素子４２，４４の出 力に従ってモータ５０の駆動量及び駆動方向を算出すると、受光素子４２，４４ の出力から被測定物１４の微小変位を感知することができ、本体１２を基準合焦 位置に即座に位置合わせすることができる。

【００１２】 このように、本実施例によれば、受光部の面積の異なる受光素子によって被測 定物１４の基準合焦位置を検出するようにしているため、測定前のティーチング 動作において位置合わせ範囲を小さくしておけば高分解能を維持した状態で合焦 動作範囲を広げることができる。

【００１３】 次に、本考案の他の実施例を図３及び図４に基づいて説明する。 本実施例は、受光素子４０の代わりに、受光素子４２，４４と同一特性の受光 素子６０を用い、受光素子６０とコーナープリズム２８との間に集光レンズ６２ を配置したものであり、集光部１６に短い焦点距離のレンズを使用すれば変位量 が縮小され、大きな変化範囲を受光できる。即ち大きなピントずれがあっても、 上述の構成により受光素子からはずれず容易に自動的にフォーカスさせることが できると共に、他の受光素子と同じものなので、コストを安くすることができる 。なお他の構成は前記実施例と同様であるので、同一のものには同一符号を付し てそれらの説明は省略する。

【００１４】 本実施例においては、受光素子６０の受光部に結像される像の動きの範囲を集 光レンズ６２で受光素子４２，４４の半分以下にしているため、受光素子６０の 出力信号によって被測定物１４が基準合焦位置から大きくずれたことを検出する ことができる。また受光素子４２，４４の出力によって被測定物１４の微小変位 を検知することができる。このため、本実施例によっても前記実施例と同様な効 果を得ることができる。

【００１５】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、被測定物の変位に感応する領域を広げ ることができるため、被測定物を基準合焦位置にするための位置合わせを容易に 行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す全体構成図

【図２】受光素子の構成説明図

【図３】本考案の他の実施例を示す全体構成図

【図４】本考案の他の受光素子の構成説明図

【符号の説明】

１０ 変位検出装置 １２ 本体 １４ 被測定物 １６ 集光部 １８，２０，２２ ビームスプリッタ ２８ コーナープリズム ３８ 半導体レーザ ４０，４２，４４ 受光素子 ５６ ＣＣＤカメラ ５８ 表示部 ６０ 受光素子 ６２ 集光レンズ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面に光を照射する光源と、
   被測定物からの反射光を集光する集光手段と、集光手段
   で集光された光を３つのビームに分けて伝送するコーナ
   ープリズムと、一つの受光素子は他の受光素子より長く
   形成され、集光手段の合焦位置に配置されて各ビームを
   受光し、各ビームの受光位置に応じた電気信号を発生す
   る３つの光電変換手段と、光電変換手段の出力信号から
   被測定物の位置を算出する位置算出手段とを備え、集光
   手段とコーナープリズム及び光電変換手段群は共に光軸
   に沿って往復動可能に構成され、光電変換手段群は入射
   光の変位に感応する領域の大きさにより複数のグループ
   に分かれて構成されている変位検出装置。
2. 【請求項２】 前記３つの光電変換手段をそれぞれ構成
   する各受光素子はすべて同一長さとされるとともに、１
   つの受光素子とコーナープリズム間に集光レンズが設け
   られたことを特徴とする請求項１記載の変位検出装置。