JPH0642929A - 表面変位計 - Google Patents
表面変位計Info
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- JPH0642929A JPH0642929A JP5861892A JP5861892A JPH0642929A JP H0642929 A JPH0642929 A JP H0642929A JP 5861892 A JP5861892 A JP 5861892A JP 5861892 A JP5861892 A JP 5861892A JP H0642929 A JPH0642929 A JP H0642929A
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- JP
- Japan
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- light
- optical system
- measured
- position detecting
- laser beam
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物体に対して垂直に投光されたレーザ
ービームに対し、このレーザービームを挟むようにして
同一角度で生じる２つの反射光を個別に集光し、その集
光されたスポット光の各々を２つの検出素子上に個別に
結像することで、測定における死角の発生を低減できる
ようにする。 【構成】 レーザー光を発生する半導体レーザー１、入
光されるスポット像の移動に応じた信号を出力する位置
検出素子８，１１、半導体レーザー１からのレーザー光
を被測定物体４の表面へ垂直に投光するコリメートレン
ズ２及び合焦レンズ３、このレンズによる投光に対する
反射光６を位置検出素子８へ導く集光レンズ７、投光さ
れたレーザービームを中心にして反射光６の光路とは対
称な位置に反射する反射光９を位置検出素子１１へ導く
集光レンズ１０の各々を設けて構成する。
ービームに対し、このレーザービームを挟むようにして
同一角度で生じる２つの反射光を個別に集光し、その集
光されたスポット光の各々を２つの検出素子上に個別に
結像することで、測定における死角の発生を低減できる
ようにする。 【構成】 レーザー光を発生する半導体レーザー１、入
光されるスポット像の移動に応じた信号を出力する位置
検出素子８，１１、半導体レーザー１からのレーザー光
を被測定物体４の表面へ垂直に投光するコリメートレン
ズ２及び合焦レンズ３、このレンズによる投光に対する
反射光６を位置検出素子８へ導く集光レンズ７、投光さ
れたレーザービームを中心にして反射光６の光路とは対
称な位置に反射する反射光９を位置検出素子１１へ導く
集光レンズ１０の各々を設けて構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物体の表面変位
を測定する技術、特に、光学的に非接触により表面変位
を測定するために用いて効果のある技術に関するもので
ある。
を測定する技術、特に、光学的に非接触により表面変位
を測定するために用いて効果のある技術に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】被測定物体の表面の形状（凹凸形状な
ど）を測定する装置として、三角測量の原理を応用した
表面変位計がある。
ど）を測定する装置として、三角測量の原理を応用した
表面変位計がある。
【０００３】図３は従来の表面変位計の一例を示すレン
ズ系の図である。
ズ系の図である。
【０００４】レーザー光を発生する半導体レーザー１
（光源）の出射光路上には、レーザービームを作るコリ
メートレンズ２が配設され、このコリメートレンズ２の
出射光路上に合焦レンズ３が配設されている（コリメー
トレンズ２と合焦レンズ３によって投光光学系が形成さ
れる）。この合焦レンズ３の焦点位置に被測定物体４が
配設されている。この場合、被測定物体４の表面と合焦
レンズ３との成す角は直角である。
（光源）の出射光路上には、レーザービームを作るコリ
メートレンズ２が配設され、このコリメートレンズ２の
出射光路上に合焦レンズ３が配設されている（コリメー
トレンズ２と合焦レンズ３によって投光光学系が形成さ
れる）。この合焦レンズ３の焦点位置に被測定物体４が
配設されている。この場合、被測定物体４の表面と合焦
レンズ３との成す角は直角である。
【０００５】合焦レンズ３からの入射光５に対し、角度
θで被測定物体４の表面から反射する反射光６の光路上
には、集光光学系としての集光レンズ７が配設され、そ
の焦点位置に位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensiti
ve Detector 、入射スポット光の位置に比例したアナロ
グ信号を出力する半導体光センサ）８が配設されてい
る。
θで被測定物体４の表面から反射する反射光６の光路上
には、集光光学系としての集光レンズ７が配設され、そ
の焦点位置に位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensiti
ve Detector 、入射スポット光の位置に比例したアナロ
グ信号を出力する半導体光センサ）８が配設されてい
る。
【０００６】このような構成の表面変位計において表面
変位を測定する場合、まず、半導体レーザー１及びコリ
メートレンズ２によってレーザービームを生成し、この
レーザービームを被測定物体４の表面に垂直方向から投
光する。この投光ビームに対して生じる反射光６は、集
光レンズ７によって検出素子としての位置検出素子８に
結像される。被測定物体４の厚みに変位が無ければ、位
置検出素子８上の結像点は不動であるが、厚みに変位が
ある場合、その変位に応じて結像点が移動する。この移
動量Δｘから形状を決定することができる。
変位を測定する場合、まず、半導体レーザー１及びコリ
メートレンズ２によってレーザービームを生成し、この
レーザービームを被測定物体４の表面に垂直方向から投
光する。この投光ビームに対して生じる反射光６は、集
光レンズ７によって検出素子としての位置検出素子８に
結像される。被測定物体４の厚みに変位が無ければ、位
置検出素子８上の結像点は不動であるが、厚みに変位が
ある場合、その変位に応じて結像点が移動する。この移
動量Δｘから形状を決定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれ
ば、上記のようにレーザービームを用いて三角測量方式
により表面変位を測定する技術は、レーザービームを被
測定物体に対して垂直に投下し、その反射光を斜め方向
から集光して位置検出素子に結像させ（或いは、逆にレ
ーザービームを被測定物体に対して斜め方向から投光
し、その正反射光を集光して位置検出素子に結像させる
技術は、被測定物体の表面に大きな凹凸がある場合、検
出素子とエッジの位置関係が不適当であると反射光が遮
られ、集光レンズまで反射光が到達しない（すなわち、
死角の発生）ことがあり、測定不能を生じるという問題
がある。
ば、上記のようにレーザービームを用いて三角測量方式
により表面変位を測定する技術は、レーザービームを被
測定物体に対して垂直に投下し、その反射光を斜め方向
から集光して位置検出素子に結像させ（或いは、逆にレ
ーザービームを被測定物体に対して斜め方向から投光
し、その正反射光を集光して位置検出素子に結像させる
技術は、被測定物体の表面に大きな凹凸がある場合、検
出素子とエッジの位置関係が不適当であると反射光が遮
られ、集光レンズまで反射光が到達しない（すなわち、
死角の発生）ことがあり、測定不能を生じるという問題
がある。
【０００８】そこで、本発明の目的は、被測定物体の表
面に大きな凹凸がある場合でも死角の発生を低減できる
ようにする技術を提供することにある。
面に大きな凹凸がある場合でも死角の発生を低減できる
ようにする技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【００１０】すなわち、レーザー光を発生する光源と、
入光されるスポット像の移動に応じた信号を出力する第
１，第２の位置検出素子と、前記光源からのレーザー光
を被測定物体の表面へ垂直に投光する投光光学系と、該
レンズによる投光に対する第１の反射光を前記第１の検
出素子へ導く第１の集光光学系と、前記投光光学系から
のレーザービームを中心にして前記第１の反射光の光路
とは対称な位置に反射する第２の反射光を前記第２の検
出素子へ導く第２の集光光学系とを設けるようにしてい
る。
入光されるスポット像の移動に応じた信号を出力する第
１，第２の位置検出素子と、前記光源からのレーザー光
を被測定物体の表面へ垂直に投光する投光光学系と、該
レンズによる投光に対する第１の反射光を前記第１の検
出素子へ導く第１の集光光学系と、前記投光光学系から
のレーザービームを中心にして前記第１の反射光の光路
とは対称な位置に反射する第２の反射光を前記第２の検
出素子へ導く第２の集光光学系とを設けるようにしてい
る。
【００１１】
【作用】上記した手段によれば、被測定物体に対して垂
直に投光されたレーザービームに対し、このレーザービ
ームを挟むようにして同一角度で生じる２つの反射光は
個別に２つの光学系によって集光され、この集光された
スポット光の各々が第１，第２の検出素子上に結像され
る。したがって、一方の集光系が障害物などで遮られて
も他方の集光系が正常に機能するので、死角の発生を低
減することができる。
直に投光されたレーザービームに対し、このレーザービ
ームを挟むようにして同一角度で生じる２つの反射光は
個別に２つの光学系によって集光され、この集光された
スポット光の各々が第１，第２の検出素子上に結像され
る。したがって、一方の集光系が障害物などで遮られて
も他方の集光系が正常に機能するので、死角の発生を低
減することができる。
【００１２】
【実施例１】図１は本発明による表面変位計の一実施例
を示す正面図である。なお、本実施例においては、図３
に用いたと同一であるものには、同一引用数字を用いた
ので、ここでは重複する説明を省略する。
を示す正面図である。なお、本実施例においては、図３
に用いたと同一であるものには、同一引用数字を用いた
ので、ここでは重複する説明を省略する。
【００１３】本実施例は、図３の構成に加えて、反射光
６と共に同一角度（θ）で反射する反射光９を集光する
集光光学系としての集光レンズ１０、及びこの集光レン
ズ１０の焦点位置に配設される検出素子としての位置検
出素子１１を設けたところに特徴がある。
６と共に同一角度（θ）で反射する反射光９を集光する
集光光学系としての集光レンズ１０、及びこの集光レン
ズ１０の焦点位置に配設される検出素子としての位置検
出素子１１を設けたところに特徴がある。
【００１４】次に、以上の構成による実施例の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１５】半導体レーザー１、コリメートレンズ２及
び合焦レンズ３によってスポット径３０μｍ〜１００μ
ｍのレーザービームが作られ、このレーザービームは被
測定物体４に対して垂直に投光される。このレーザービ
ームに対する乱反射光は、入射レーザービームに対して
左右対象に反射光６，９として反射する。このうち反射
光６は集光レンズ７を介して位置検出素子８に到達し、
一方、反射光９は集光レンズ１０を介して位置検出素子
１１に到達する。
び合焦レンズ３によってスポット径３０μｍ〜１００μ
ｍのレーザービームが作られ、このレーザービームは被
測定物体４に対して垂直に投光される。このレーザービ
ームに対する乱反射光は、入射レーザービームに対して
左右対象に反射光６，９として反射する。このうち反射
光６は集光レンズ７を介して位置検出素子８に到達し、
一方、反射光９は集光レンズ１０を介して位置検出素子
１１に到達する。
【００１６】被測定物体４上の反射点が上下動したとす
ると、位置検出素子８，１１の各々の像点が移動し、こ
の移動量から表面変位を三角測量の原理により測定する
ことができる。ここで、位置検出素子８，１１の一方の
側の集光々学系が測定不能になった場合、残る１つで測
定を行うことができるので死角の発生を防止することが
できる。
ると、位置検出素子８，１１の各々の像点が移動し、こ
の移動量から表面変位を三角測量の原理により測定する
ことができる。ここで、位置検出素子８，１１の一方の
側の集光々学系が測定不能になった場合、残る１つで測
定を行うことができるので死角の発生を防止することが
できる。
【００１７】
【実施例２】図２は本発明による表面変位計の他の実施
例を示す正面図である。なお、図２においては、図１に
示したと同一であるものには同一引用数字を用いたの
で、ここでは重複する説明を省略する。
例を示す正面図である。なお、図２においては、図１に
示したと同一であるものには同一引用数字を用いたの
で、ここでは重複する説明を省略する。
【００１８】本実施例においては、コリメートレンズ２
の出射光路上に合焦レンズ３より大径の合焦レンズ１２
を配設し、この合焦レンズ１２によってコリメートレン
ズ２からのレーザービームを合焦した状態で垂直方向か
ら投光する。この投光による反射強度分布Ｓのうち、中
心から両側の反射光成分が同一角度で合焦レンズ１２の
周辺部に進行する。合焦レンズ１２より出射される２つ
の反射光路上には、一対の反射鏡としての直角プリズム
１３及び直角プリズム１４が配設され、その各々の反射
光路上に位置検出素子１５及び位置検出素子１６が配設
されている。
の出射光路上に合焦レンズ３より大径の合焦レンズ１２
を配設し、この合焦レンズ１２によってコリメートレン
ズ２からのレーザービームを合焦した状態で垂直方向か
ら投光する。この投光による反射強度分布Ｓのうち、中
心から両側の反射光成分が同一角度で合焦レンズ１２の
周辺部に進行する。合焦レンズ１２より出射される２つ
の反射光路上には、一対の反射鏡としての直角プリズム
１３及び直角プリズム１４が配設され、その各々の反射
光路上に位置検出素子１５及び位置検出素子１６が配設
されている。
【００１９】以上の構成において、半導体レーザー１、
コリメートレンズ２及び合焦レンズ１２によってスポッ
ト径３０μｍ〜１００μｍのレーザービームが作られ、
このレーザービームが被測定物体４に対し、垂直方向か
ら投光される。このレーザービームに対する乱反射光
は、入射レーザービームに対して左右対象に反射光１７
及び反射光１８として反射し、各々は合焦レンズ１２の
両側の周辺部を通って直角プリズム１３及び直角プリズ
ム１４へ入光する。直角プリズム１３の反射光は、合焦
レンズ１２の焦点位置に配設された位置検出素子１５に
到達し、そして、直角プリズム１４の反射光は同様に合
焦レンズ１２の焦点位置に配設された位置検出素子１６
に到達する。
コリメートレンズ２及び合焦レンズ１２によってスポッ
ト径３０μｍ〜１００μｍのレーザービームが作られ、
このレーザービームが被測定物体４に対し、垂直方向か
ら投光される。このレーザービームに対する乱反射光
は、入射レーザービームに対して左右対象に反射光１７
及び反射光１８として反射し、各々は合焦レンズ１２の
両側の周辺部を通って直角プリズム１３及び直角プリズ
ム１４へ入光する。直角プリズム１３の反射光は、合焦
レンズ１２の焦点位置に配設された位置検出素子１５に
到達し、そして、直角プリズム１４の反射光は同様に合
焦レンズ１２の焦点位置に配設された位置検出素子１６
に到達する。
【００２０】ここで、被測定物体４上の反射点が上下動
した場合、位置検出素子８及び位置検出素子１１の各々
の像点が共に移動し、この移動量から表面変位を測定す
ることができる。そして、位置検出素子８及び位置検出
素子１１の一方の側の集光々学系が測定不能になった場
合、残る１つで測定を行うことができるので死角の発生
を防止することができる。
した場合、位置検出素子８及び位置検出素子１１の各々
の像点が共に移動し、この移動量から表面変位を測定す
ることができる。そして、位置検出素子８及び位置検出
素子１１の一方の側の集光々学系が測定不能になった場
合、残る１つで測定を行うことができるので死角の発生
を防止することができる。
【００２１】この実施例においては、合焦レンズ１２を
投光の合焦と反射光の集光とに用い、１つの集光レンズ
で済ませる構成にしているため、図１の実施例に比べ装
置の小型化を図ることができる。
投光の合焦と反射光の集光とに用い、１つの集光レンズ
で済ませる構成にしているため、図１の実施例に比べ装
置の小型化を図ることができる。
【００２２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００２３】例えば、半導体レーザーに代えて気体レー
ザー（例えば、Ｈｅ−Ｎｅなど）を用いてもよい。ま
た、位置検出素子８，１１，１５，１６の各々に代えて
他の素子、例えば、ＣＣＤなどのイメージセンサを用い
ることもできる。
ザー（例えば、Ｈｅ−Ｎｅなど）を用いてもよい。ま
た、位置検出素子８，１１，１５，１６の各々に代えて
他の素子、例えば、ＣＣＤなどのイメージセンサを用い
ることもできる。
【００２４】また、直角プリズム１３，１４に代えて、
平面反射鏡を用いることも可能である。
平面反射鏡を用いることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
【００２６】すなわち、レーザー光を発生する光源と、
入光されるスポット像の移動に応じた信号を出力する第
１，第２の検出素子と、前記光源からのレーザー光を被
測定物体の表面へ垂直に投光する投光光学系と、該レン
ズによる投光に対する第１の反射光を前記第１の検出素
子へ導く第１の集光光学系と、前記投光光学系からのレ
ーザービームを中心にして前記第１の反射光の光路とは
対称な位置に反射する第２の反射光を前記第２の検出素
子へ導く第２の集光光学系とを設けたので、一方の集光
系が障害物などで遮られても他方の集光系が正常に機能
するので、死角の発生を低減し或いは無くすことができ
る。
入光されるスポット像の移動に応じた信号を出力する第
１，第２の検出素子と、前記光源からのレーザー光を被
測定物体の表面へ垂直に投光する投光光学系と、該レン
ズによる投光に対する第１の反射光を前記第１の検出素
子へ導く第１の集光光学系と、前記投光光学系からのレ
ーザービームを中心にして前記第１の反射光の光路とは
対称な位置に反射する第２の反射光を前記第２の検出素
子へ導く第２の集光光学系とを設けたので、一方の集光
系が障害物などで遮られても他方の集光系が正常に機能
するので、死角の発生を低減し或いは無くすことができ
る。
【図１】本発明による表面変位計の一実施例を示す正面
図である。
図である。
【図２】本発明による表面変位計の他の実施例を示す正
面図である。
面図である。
【図３】従来の表面変位計の一例を示すレンズ系の図で
ある。
ある。
１ 半導体レーザー ２ コリメートレンズ ３，１２ 合焦レンズ ４ 被測定物体 ５ 入射光 ６，９，１７，１８ 反射光 ７，１０ 集光レンズ ８，１１，１５，１６ 位置検出素子 １３，１４ 直角プリズム
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザー光を発生する光源と、入光され
るスポット像の移動に応じた信号を出力する第１，第２
の検出素子と、前記光源からのレーザー光を被測定物体
の表面へ垂直に投光する投光光学系と、該光学系による
投光に対する第１の反射光を前記第１の検出素子へ導く
第１の集光光学系と、前記投光光学系からのレーザービ
ームを中心にして前記第１の反射光の光路とは対称な位
置に反射する第２の反射光を前記第２の検出素子へ導く
第２の集光光学系とを具備することを特徴とする表面変
位計。 - 【請求項２】 レーザー光を発生する光源と、入光され
るスポット像の移動に応じた信号を出力する第１，第２
の検出素子と、前記光源からのレーザー光を集光して被
測定物体の表面へ垂直に投光すると共に該投光レーザー
光に対し前記被測定物体の表面から同一角度で反射する
２つの反射光を集光する光学系と、該光学系からの２つ
の反射光の各々を前記第１，第２の検出素子に導く第
１，第２の反射鏡とを具備することを特徴とする表面変
位計。 - 【請求項３】 前記各検出素子は、位置検出素子または
イメージセンサであることを特徴とする請求項１または
２記載の表面変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5861892A JPH0642929A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5861892A JPH0642929A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面変位計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642929A true JPH0642929A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=13089553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5861892A Pending JPH0642929A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 表面変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642929A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008071106A1 (en) * | 2006-12-12 | 2008-06-19 | Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co. Ltd. | Optical displacement sensor and distance measuring apparatus |
| CN107883895A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-06 | 苏州睿牛机器人技术有限公司 | 多光源激光检测传感器及其检测方法 |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP5861892A patent/JPH0642929A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008071106A1 (en) * | 2006-12-12 | 2008-06-19 | Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co. Ltd. | Optical displacement sensor and distance measuring apparatus |
| CN107883895A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-06 | 苏州睿牛机器人技术有限公司 | 多光源激光检测传感器及其检测方法 |
| CN107883895B (zh) * | 2017-11-21 | 2024-02-13 | 苏州睿牛机器人技术有限公司 | 多光源激光检测传感器及其检测方法 |
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