JPH0697163B2 - Displacement converter - Google Patents

Displacement converter

Info

Publication number
JPH0697163B2
JPH0697163B2 JP60213335A JP21333585A JPH0697163B2 JP H0697163 B2 JPH0697163 B2 JP H0697163B2 JP 60213335 A JP60213335 A JP 60213335A JP 21333585 A JP21333585 A JP 21333585A JP H0697163 B2 JPH0697163 B2 JP H0697163B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
position sensor
target surface
measurement target
incident
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60213335A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6271803A (en
Inventor
健太 御厨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP60213335A priority Critical patent/JPH0697163B2/en
Publication of JPS6271803A publication Critical patent/JPS6271803A/en
Publication of JPH0697163B2 publication Critical patent/JPH0697163B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式の変位変換器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of use] The present invention relates to an optical displacement transducer.

更に詳しくは、レンズを介して測定対象面に光を照射す
るとともに、測定対象面上に常に焦点が合うようにレン
ズの位置を移動させ、この時のレンズの移動量から前記
測定対象面の変位量を測定するようにした変位変換器に
関するものである。
More specifically, the position of the lens is moved so that the measurement target surface is irradiated with light through the lens and the focus is always on the measurement target surface, and the displacement of the measurement target surface is calculated from the movement amount of the lens at this time. It relates to a displacement transducer adapted to measure a quantity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、光学式の変位変換器の一例としては、第9図に示
す如き装置が実用化されている。図に示す変位変換器
は、光源1から出射された平行光線を、レンズ2を介し
て測定対象面3に照射するとともに、この光束が測定対
象面3上に常に焦点を結ぶようにレンズ2の位置を動か
し、この時のレンズ2の移動量から測定対象面3の変位
量を測定するようにしたものである。ここで、測定対象
面3上に焦点が合っているか否かの検出には、シリンド
リカルレンズ4および4分割センサ5が使用され、測定
対象面3からの反射光をレンズ2の後方に配置したハー
フミラー6によりシリンドリカルレンズ4に導くととも
に、シリンドリカルレンズ4により得られる光スポット
の形状変化を4分割センサ5によって検出している。
Conventionally, as an example of an optical displacement transducer, a device as shown in FIG. 9 has been put into practical use. The displacement converter shown in the figure irradiates a parallel light beam emitted from a light source 1 onto a measurement target surface 3 via a lens 2, and the luminous flux of the lens 2 is always focused on the measurement target surface 3. The position is moved, and the displacement amount of the measurement target surface 3 is measured from the movement amount of the lens 2 at this time. Here, the cylindrical lens 4 and the four-division sensor 5 are used to detect whether or not the measurement target surface 3 is in focus, and the reflected light from the measurement target surface 3 is arranged behind the lens 2. The mirror 6 guides the light to the cylindrical lens 4, and the four-division sensor 5 detects the shape change of the light spot obtained by the cylindrical lens 4.

すなわち、4分割センサ5上に投影される光スポットの
形状は第10図に示すようなもので、測定対象面3上に焦
点が合っている時(以下、これを合焦状態という)に
は、シリンドリカルレンズ4に入射する光束は平行光線
となっているので、4分割センサ5上の光スポットの形
状は、図中に実線aで示す如く、円形となっている。ま
た、焦点が合っていない時には、シリンドリカルレンズ
4に入射する光束が平行光線ではなくなるので、光スポ
ットは破線bおよびcで示す如く、焦点のずれに応じて
傾きの方向が異なる惰円形となる。したがって、4分割
センサ5における出力S1〜S4を、例えば、(S1+S3)−
(S2+S4)の如く演算処理することにより、光スポット
の形状を検出して、焦点の位置を知ることができる。な
お、この4分割センサ5の出力は、レンズ2を移動させ
て、常に測定対象面3上に焦点を合わせる自動焦点機構
の帰還信号として利用されている。
That is, the shape of the light spot projected on the four-division sensor 5 is as shown in FIG. 10, and when the focus is on the measurement target surface 3 (hereinafter, this is referred to as a focused state). Since the light beam incident on the cylindrical lens 4 is a parallel light beam, the shape of the light spot on the four-division sensor 5 is circular as shown by the solid line a in the figure. Further, when the light beam is not in focus, the light beam incident on the cylindrical lens 4 is not a parallel light beam, so that the light spot has a coasting circular shape in which the tilt direction differs depending on the focus shift, as indicated by broken lines b and c. Therefore, the outputs S1 to S4 in the four-division sensor 5 are, for example, (S1 + S3) −
By performing the arithmetic processing as (S2 + S4), the shape of the light spot can be detected and the position of the focal point can be known. The output of the four-division sensor 5 is used as a feedback signal of an automatic focusing mechanism that moves the lens 2 and always focuses on the measurement target surface 3.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記のようなシリンドリカルレンズ4お
よび4分割センサ5を使用した変位変換器においては、
測定対象面3に傾きがあると、第11図に示す如く、4分
割センサ5上に投影される光スポットの位置が中心から
ずれたものとなるので、合焦状態においても、4分割セ
ンサ5の出力S1〜S4がバランスせず、正確な自動焦点動
作を行なうことができなくなってしまう。このため、測
定対象面3の傾きは±1゜以内に抑えなければならな
い。
However, in the displacement converter using the cylindrical lens 4 and the four-division sensor 5 as described above,
If the surface 3 to be measured is tilted, the position of the light spot projected on the four-division sensor 5 deviates from the center, as shown in FIG. Outputs S1 to S4 are not balanced and accurate autofocus operation cannot be performed. Therefore, the inclination of the surface 3 to be measured must be suppressed within ± 1 °.

本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、測定
対象面に比較的大きな傾きがあった場合にも、その変位
量を正確に測定することのできる変位変換器を簡単な構
成により実現することを目的としたものである。
The present invention eliminates the drawbacks of the conventional device as described above, and realizes a displacement converter with a simple configuration that can accurately measure the displacement amount even when the surface to be measured has a relatively large inclination. The purpose is to do.

また、本発明の他の目的は、測定対象面の変位量と共に
その傾きをも同時に測定することのできる変位変換器を
実現することである。
Another object of the present invention is to realize a displacement converter capable of simultaneously measuring the amount of displacement of the surface to be measured and its inclination.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の変位変換器は、レンズを介して測定対象面に光
を照射するとともに、この測定対象面上に常に焦点が合
うように前記レンズの位置を移動させ、この時のレンズ
の移動量から前記測定対象面の変位量を測定するように
した変位変換器において、点光源から出射される光束を
レンズを介して測定対象面上に照射するとともに、光の
入射位置を検出することのできるポジションセンサを等
価的に点光源と同じ位置およびこれと一定の間隔をおい
た位置に配置して、前者のポジションセンサの出力をレ
ンズおよび点光源等の位置を移動させる自動焦点機構の
帰還信号として利用するとともに、2つのポジションセ
ンサにおける出力の差を利用して測定対象面の傾きを測
定するようにしたものである。
Displacement transducer of the present invention, while irradiating light to the measurement target surface through the lens, the position of the lens is moved so as to always focus on the measurement target surface, from the amount of movement of the lens at this time In a displacement converter configured to measure the amount of displacement of the measurement target surface, a position where light incident from a point light source is irradiated onto the measurement target surface through a lens and the incident position of light can be detected The sensor is equivalently placed at the same position as the point light source or at a certain distance from it, and the output of the former position sensor is used as a feedback signal for the automatic focusing mechanism that moves the position of the lens and point light source. In addition, the inclination of the measurement target surface is measured by utilizing the difference between the outputs of the two position sensors.

〔作 用〕[Work]

このように、光源として点光源を使用するとともに、等
価的に点光源と同じ位置に第1のポジションセンサを配
置するようにすると、合焦状態においては、測定対象面
からの反射光が第1のポジションセンサ(点光源)の位
置で実像を結ぶことになり、しかもこの時の反射光にお
ける第1のポジションセンサへの入射位置は常に一定と
なるので、第1のポジションセンサの出力状態から測定
対象面上に焦点が合っているか否かを検出することがで
き、第1のポジションセンサの出力を自動焦点機構の帰
還信号として利用することにより、測定対象面の変位量
を自動的に測定することができる。また、測定対象面か
らの反射光が実像を結ぶ位置は、光束の経路にかかわら
ず一定(点光源の位置)であるので、測定対象面が傾い
ていた場合にも、その反射光がレンズに入射しさえすれ
ば、変位量の測定を正確に行なうことができる。さら
に、上記のように変位量の測定に使用される第1のポジ
ションセンサに対して、一定の間隔をおいて第2のポジ
ションセンサを配置しているので、第2のポジションセ
ンサの出力は測定対象面の傾きに対応したものとなり、
これらのポジションセンサにおける出力の差を検出する
ことにより、測定対象面の傾きをも同時に測定すること
ができる。
As described above, when the point light source is used as the light source and the first position sensor is equivalently arranged at the same position as the point light source, in the focused state, the reflected light from the measurement target surface is the first light source. Since a real image is formed at the position of the position sensor (point light source), and the incident position of the reflected light at this time on the first position sensor is always constant, measurement is performed from the output state of the first position sensor. It is possible to detect whether or not the target surface is in focus, and by using the output of the first position sensor as a feedback signal of the automatic focusing mechanism, the displacement amount of the measuring target surface is automatically measured. be able to. Further, since the position where the reflected light from the surface to be measured forms a real image is constant (the position of the point light source) regardless of the path of the light flux, even if the surface to be measured is inclined, the reflected light is reflected on the lens. The amount of displacement can be accurately measured as long as it is incident. Further, as described above, since the second position sensor is arranged at a constant interval with respect to the first position sensor used for measuring the displacement amount, the output of the second position sensor is measured. It corresponds to the inclination of the target surface,
By detecting the difference between the outputs of these position sensors, the inclination of the measurement target surface can be measured at the same time.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の変位変換器の一実施例を示す構成図で
ある。図において、前記第9図と同様のものは同一符号
を付して示す。7は例えばレンズ2の軸上に配置された
点光源、8はハーフミラー6を介して等価的に点光源7
と同じ位置に配置された第1のポジションセンサ、9は
ハーフミラー10を介して第1のポジションセンサ8と一
定の間隔をおいた位置に配置された第2のポジションセ
ンサである。点光源7から出射された光束は、レンズ2
の軸に対して一定の角度を有しており、レンズ2を介し
て測定対象面3上に照射されている。また、測定対象面
3により反射された光は、レンズ2およびハーフミラー
6,10を介して第1および第2のポジションセンサ8,9に
入射している。さらに、レンズ2,ハーフミラー6,10,点
光源7およびポジションセンサ8,9は一体に支持される
とともに、自動焦点機構(図示せず)によって移動させ
られ、測定対象面3との距離を任意に調節されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the displacement converter of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 9 are designated by the same reference numerals. Reference numeral 7 is a point light source arranged on the axis of the lens 2, and 8 is equivalently a point light source 7 via the half mirror 6.
The first position sensor 9 is arranged at the same position as, and the second position sensor 9 is arranged at a certain distance from the first position sensor 8 via the half mirror 10. The light flux emitted from the point light source 7 is reflected by the lens 2
Has a constant angle with respect to the axis of, and is irradiated onto the measurement target surface 3 via the lens 2. The light reflected by the surface 3 to be measured is reflected by the lens 2 and the half mirror.
It is incident on the first and second position sensors 8 and 9 via 6 and 10. Further, the lens 2, the half mirrors 6 and 10, the point light source 7 and the position sensors 8 and 9 are integrally supported, and are moved by an automatic focusing mechanism (not shown) so that the distance to the measurement target surface 3 can be arbitrarily set. Is adjusted to.

第2図はレンズ2を介して入射する反射光の入射位置を
検出するポジションセンサ8,9の一例を示す構成図であ
る。図においては、第1のポジションセンサ8を例示す
る。図に示すように、ポジションセンサ8は高抵抗シリ
コン81(i層)の片面あるいは両面に均一なp形抵抗層
82を設けるとともに、表面層に光電効果を持ったPN接合
を形成し、さらに、層の両端に信号を取り出すための一
対の電極A,Bを設けたものである。このような構成を有
するポジションセンサ8においては、電極A,B間の距離
をL、抵抗をRLとし、電極Aより光の入射位置までの距
離をx、その部分の抵抗をRxとすれば、光の入射位置で
発生した光生成電荷は、光の入射エネルギーに比例する
光電流Ioとなり、抵抗値Rxおよび(RL−Rx)に応じて分
割されて、電流IA,IBとして両端の電極A,Bから取り出さ
れる。したがって、この電流IA,IBは IA=Io(RL−Rx)/RL=Io(L−x)/L IB=Io.Rx/RL=Io・x/L となり、各電流IA,IBの比IA/IBは IA/IB=(L−x)/x となるので、電流IA,IBの値を求めることにより、入射
エネルギーの大きさとは無関係に、光の入射位置を知る
ことができる。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of the position sensors 8 and 9 for detecting the incident position of the reflected light incident through the lens 2. In the figure, the first position sensor 8 is illustrated. As shown in the figure, the position sensor 8 has a uniform p-type resistance layer on one or both sides of the high resistance silicon 81 (i layer).
82 is provided, a PN junction having a photoelectric effect is formed in the surface layer, and a pair of electrodes A and B for extracting a signal is further provided at both ends of the layer. In the position sensor 8 having such a configuration, if the distance between the electrodes A and B is L, the resistance is RL, the distance from the electrode A to the incident position of light is x, and the resistance of that portion is Rx, The photo-generated electric charge generated at the incident position of light becomes a photocurrent Io proportional to the incident energy of light and is divided according to the resistance values Rx and (RL−Rx), and the currents IA and IB are divided into electrodes A, Taken from B. Therefore, this current IA, IB becomes IA = Io (RL−Rx) / RL = Io (L−x) / L IB = Io.Rx / RL = Io · x / L, and the ratio IA of each current IA, IB Since / IB is IA / IB = (L−x) / x, the light incident position can be known by obtaining the values of the currents IA and IB, regardless of the magnitude of incident energy.

第3図は上記のような動作原理を有するポジションセン
サ8を二次元的に構成したものである。図に示すよう
に、各電極Ax,Ay,Bx,Byから取り出される電流の比は、
光の入射位置におけるX軸方向およびY軸方向の位置情
報を含んでおり、これらを演算処理することにより、二
次元的な入射位置を知ることができる。
FIG. 3 shows a two-dimensional structure of the position sensor 8 having the above-described operation principle. As shown in the figure, the ratio of the current drawn from each electrode Ax, Ay, Bx, By is
The position information in the X-axis direction and the Y-axis direction at the incident position of light is included, and the two-dimensional incident position can be known by calculating these.

さて、第1図に戻って、測定対象面3上に焦点が合って
いる場合(合焦状態)には、点光源7とレンズ2との距
離をl1、レンズ2と測定対象面3との距離をl2、レンズ
2の焦点距離をfとすれば、 1/l1+1/l2=1/f の関係式が成り立ち、測定対象面3からの反射光はレン
ズ2を通った後、点光源7の位置で実像を結ぶように返
ってくることになる。この時、点光源7の位置には等価
的に第1のポジションセンサ8が配置されているので、
反射光はこのポジションセンサ8上に入射し、その入射
位置がポジションセンサ8によって検出される。
Now, returning to FIG. 1, when the measurement target surface 3 is in focus (in focus), the distance between the point light source 7 and the lens 2 is l1, and the distance between the lens 2 and the measurement target surface 3 is If the distance is l2 and the focal length of the lens 2 is f, the relational expression of 1 / l1 + 1 / l2 = 1 / f is established, and the reflected light from the measurement target surface 3 passes through the lens 2 and then the point light source 7 It will come back to form a real image at the position. At this time, since the first position sensor 8 is equivalently arranged at the position of the point light source 7,
The reflected light is incident on the position sensor 8, and the incident position is detected by the position sensor 8.

以下、第1のポジションセンサ8における反射光の入射
状態に着目して説明を進める。
Hereinafter, the description will be made focusing on the incident state of the reflected light on the first position sensor 8.

いま、測定対象面3が図中の3′の位置まで変位したと
すると、測定対象面3が照射される光束の焦点位置から
外れるので、反射光の経路は破線で示す如く移動し、こ
れに伴って、反射光におけるポジションセンサ8への入
射位置も移動することになる。また、この時には、反射
光の結像位置もポジションセンサ8上からずれているの
で、ポジションセンサ8にはある程度広がりを持ったス
ポットが入射するようになる。
Now, assuming that the measurement target surface 3 is displaced to the position 3'in the figure, the measurement target surface 3 is out of the focus position of the illuminating light flux, so the path of the reflected light moves as shown by the broken line. Along with this, the incident position of the reflected light on the position sensor 8 also moves. Further, at this time, the image forming position of the reflected light is also deviated from the position sensor 8, so that a spot having a certain extent of spread enters the position sensor 8.

第4図はポジションセンサ8上における反射光の入射位
置とスポットの大きさとの関係を示したものである。図
において、合焦点状態における反射光の入射位置をP0と
すれば、この時のスポット径が最も小さく、測定対象面
3が焦点位置からずれるにつれて、入射位置もP1,P2方
向あるいはP3,P4方向へと移動し、スポット径もしだい
に大きくなってゆく。例えば、測定対象面3が焦点位置
より近くなった時に、入射位置がP1方向へ移動したとす
ると、測定対象面3が焦点位置より遠くなった時には、
入射位置は逆にP3方向へと移動する。
FIG. 4 shows the relationship between the incident position of reflected light on the position sensor 8 and the size of the spot. In the figure, if the incident position of the reflected light in the in-focus state is P0, the spot diameter at this time is the smallest, and as the measurement target surface 3 shifts from the focal position, the incident position also becomes the P1, P2 direction or P3, P4 direction. The spot diameter gradually increases. For example, if the incident position moves in the P1 direction when the measurement target surface 3 is closer to the focus position, then when the measurement target surface 3 is further from the focus position,
On the contrary, the incident position moves in the P3 direction.

このように、ポジションセンサ8を等価的に点光源7と
同じ位置に置いておくと、測定対象面3の位置に応じて
ポジションセンサ8上の反射光の入射位置が変化するの
で、ポジションセンサ8の出力から合焦状態を知ること
ができ、この出力を帰還信号として自動焦点機構を構成
すれば、点光源7から出射された光束が常に測定対象面
3上に焦点を結ぶように、レンズ2等を移動させること
ができ、この時の移動量から測定対象面3の変位量を自
動的に測定することができる。
In this way, if the position sensor 8 is equivalently placed at the same position as the point light source 7, the incident position of the reflected light on the position sensor 8 changes according to the position of the measurement target surface 3, so the position sensor 8 The in-focus state can be known from the output of the lens 2, and if this output is used as a feedback signal to configure an automatic focusing mechanism, the lens 2 can always focus the light beam emitted from the point light source 7 on the measurement target surface 3. Etc. can be moved, and the displacement amount of the measurement target surface 3 can be automatically measured from the movement amount at this time.

ここで、測定対象面3に傾きがあった場合を考えてみ
る。この場合には、測定対象面3から反射される光の経
路が第1図の場合と異なることになるが、レンズ2の性
質上、焦点位置が測定対象面3上にあれば、その反射光
が結像する位置は変化しないので、反射光におけるポジ
ションセンサ8上の入射位置も変化せず、上記の場合と
同様に、ポジションセンサ8の出力から合焦状態を正確
に検出することができる。なお、測定対象面3が傾いて
いる時には、ポジションセンサ8における反射光の入射
位置は、例えば第5図の如く変化し、測定対象面3の変
位とともに移動する。図から明らかなように、測定対象
面3が焦点位置にある時の入射位置P0は前記した第4図
の位置と等しいので、この時のポジションセンサ8の出
力も等しい値であり、測定対象面3の傾きの影響を受け
ることなく、変位量の測定を行なうことができる。
Here, consider the case where the surface 3 to be measured is tilted. In this case, the path of the light reflected from the measurement target surface 3 is different from that in the case of FIG. 1, but due to the nature of the lens 2, if the focus position is on the measurement target surface 3, the reflected light Since the position where the image is formed does not change, the incident position of the reflected light on the position sensor 8 does not change, and the focus state can be accurately detected from the output of the position sensor 8 as in the case described above. When the measurement target surface 3 is inclined, the incident position of the reflected light on the position sensor 8 changes as shown in FIG. 5, for example, and moves with the displacement of the measurement target surface 3. As is apparent from the figure, since the incident position P0 when the measurement target surface 3 is at the focus position is equal to the position shown in FIG. 4, the output of the position sensor 8 at this time is also the same value. The displacement amount can be measured without being affected by the inclination of 3.

次に、第2のポジションセンサ9の出力を利用した、測
定対象面3における傾きの測定動作について説明する。
Next, the operation of measuring the inclination of the measurement target surface 3 using the output of the second position sensor 9 will be described.

前記第1図に示されるように、第2のポジションセンサ
9は第1のポジションセンサ8に対して、等価的に一定
の間隔を持つように配置されている。このため、自動焦
点機構が働き、測定対象面3上に焦点が合っている状態
では、レンズ2を介して戻って来る反射光は、第1のポ
ジションセンサ8に対しては結像状態となって、定位置
(P0)に入射し、第2のポジションセンサ9に対して
は、結像状態からずれた光束が入射するようになる。
As shown in FIG. 1, the second position sensor 9 is arranged so as to have an equivalent constant interval with respect to the first position sensor 8. Therefore, in a state where the automatic focusing mechanism is activated and the measurement target surface 3 is in focus, the reflected light returning through the lens 2 is in an image forming state with respect to the first position sensor 8. Then, the light beam that enters the fixed position (P0) and deviates from the image forming state enters the second position sensor 9.

第6図はこのような第1および第2のポジションセンサ
8,9における反射光の入射状態を、光軸を合わせて例示
したものである。図に示すように、合焦状態において
は、第1のポジションセンサ8における定位置(P0)を
通った光が第2のポジションセンサ9に入射するように
なり、この定位置(P0)は変化しないので、測定対象面
3の傾きに応じて反射光の経路が変化すると、第2のポ
ジションセンサ9における入射位置のみが変化すること
になる。
FIG. 6 shows such first and second position sensors.
The incident states of the reflected light in 8 and 9 are illustrated along with the optical axes. As shown in the figure, in the in-focus state, the light passing through the fixed position (P0) of the first position sensor 8 enters the second position sensor 9, and the fixed position (P0) changes. Therefore, if the path of the reflected light changes according to the inclination of the measurement target surface 3, only the incident position on the second position sensor 9 changes.

第7図は第2のポジションセンサ9上における反射光の
入射位置を示したもので、例えば、測定対象面3がX軸
を中心に傾いた時に、その入射位置が矢印xの方向に移
動したとすると、測定対象面3がY軸を中心に傾いた時
には、矢印yの方向に移動することになる。
FIG. 7 shows the incident position of the reflected light on the second position sensor 9. For example, when the measurement target surface 3 is tilted about the X axis, the incident position moves in the direction of the arrow x. Then, when the surface 3 to be measured is tilted around the Y axis, it moves in the direction of the arrow y.

このように、第2のポジションセンサ9における反射光
の入射位置は、測定対象面3の傾きに応じて変化するの
で、第2のポジションセンサ9の出力から測定対象面3
の傾きを測定することが可能である。本発明の変位変換
器では、第1および第2のポジションセンサ8,9におけ
る出力の差を求めるとともに、これを予め測定しておい
たデータと比較することにより、測定対象面3の傾きを
測定している。なお、前記したように、第1のポジショ
ンセンサ8における出力(入射位置)は常に一定である
ので、第2のポジションセンサ9の出力のみから測定対
象面3の傾きを求めることも可能である。
In this way, the incident position of the reflected light on the second position sensor 9 changes according to the inclination of the measurement target surface 3, so that the output of the second position sensor 9 determines the measurement target surface 3
It is possible to measure the slope of. In the displacement transducer of the present invention, the difference between the outputs of the first and second position sensors 8 and 9 is obtained, and the inclination of the measurement target surface 3 is measured by comparing this with the data measured in advance. is doing. As described above, since the output (incident position) of the first position sensor 8 is always constant, it is possible to obtain the inclination of the measurement target surface 3 only from the output of the second position sensor 9.

また、上記のようにして、第1および第2のポジション
センサ8,9における出力の差から反射光の経路を検出す
ることができるので、この情報を利用すれば、測定時に
反射光がレンズ2におけるどの部分を通過しているのか
を知ることができ、レンズ2の収差による測定誤差を補
正することができる。一般に、レンズ2においては、反
射光が通過する位置によって、受ける収差の影響が異な
るので、予め反射光の経路がわかっていれば、それに応
じて測定結果を補正することができ、より正確な測定を
行なうことができる。
Further, as described above, the path of the reflected light can be detected from the difference between the outputs of the first and second position sensors 8 and 9. Therefore, if this information is used, the reflected light can be reflected by the lens 2 when measuring. It is possible to know which part of the lens is passing through and it is possible to correct the measurement error due to the aberration of the lens 2. In general, in the lens 2, the influence of the received aberration is different depending on the position where the reflected light passes. Therefore, if the path of the reflected light is known in advance, the measurement result can be corrected accordingly, and more accurate measurement can be performed. Can be done.

第8図は本発明の変位変換器に使用される自動焦点機構
の一例を示す構成図である。図において、8は第1のポ
ジションセンサであり、前記した如く、反射光の入射位
置に応じた出力信号S(X,Y)を発生する。11はサーボ
アンプで、目標値SETと帰還信号S(X,Y)との差ΔSに
応じて、前記レンズ2等を移動させるための駆動信号Sd
を発生する。12はパワーアンプ、13はレンズ2等を移動
させるモータである。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of an automatic focusing mechanism used in the displacement converter of the present invention. In the figure, reference numeral 8 is a first position sensor, which generates an output signal S (X, Y) corresponding to the incident position of the reflected light, as described above. Reference numeral 11 denotes a servo amplifier, which is a drive signal Sd for moving the lens 2 or the like according to the difference ΔS between the target value SET and the feedback signal S (X, Y).
To occur. Reference numeral 12 is a power amplifier, and 13 is a motor for moving the lens 2 and the like.

上記のように構成された自動焦点機構においては、目標
値SETは合焦状態におけるポジションセンサ8の出力S
(X,Y)と等しく設定されており、サーボアンプ11は偏
差ΔSが零となるようにモータ13を駆動するので、レン
ズ2等は照射する光束の焦点が常に測定対象面3上に来
るように移動させられる。したがって、このモータ13の
駆動量は測定対象面3の変位量に比例したものとなるの
で、この駆動量またはレンズ2等の移動量を検出するこ
とにより、測定対象面3の変位量を測定することができ
る。
In the automatic focusing mechanism configured as described above, the target value SET is the output S of the position sensor 8 in the focused state.
Since the servo amplifier 11 drives the motor 13 so that the deviation ΔS becomes zero, the lens 2 and the like keep the focal point of the luminous flux always on the measurement target surface 3. Be moved to. Therefore, since the drive amount of the motor 13 is proportional to the displacement amount of the measurement target surface 3, the displacement amount of the measurement target surface 3 is measured by detecting the drive amount or the movement amount of the lens 2 or the like. be able to.

また、前記したように、測定対象面3が傾きを持ってい
た場合には、ポジションセンサ8上における反射光の入
射角が変化するので、測定対象面3の変位に対してポジ
ションセンサ8の出力が変化する割合(ゲイン)はこの
測定対象面3の傾きに応じて変化することができる。し
たがって、前記のようにして測定した測定対象面3の傾
きを基にして、これに応じたポジションセンサ8のゲイ
ンを推定し、予め与えられたデータに従ってサーボアン
プ11のサーボゲインを変更するようにすれば、自動焦点
機構における制御性を向上させることができる。
Further, as described above, when the measurement target surface 3 has an inclination, the incident angle of the reflected light on the position sensor 8 changes, and therefore the output of the position sensor 8 with respect to the displacement of the measurement target surface 3 The change rate (gain) of can be changed according to the inclination of the measurement target surface 3. Therefore, based on the inclination of the measurement target surface 3 measured as described above, the gain of the position sensor 8 corresponding thereto is estimated, and the servo gain of the servo amplifier 11 is changed according to the data given in advance. Then, the controllability of the automatic focusing mechanism can be improved.

なお、上記の説明においては、点光源7をレンズ2の軸
上に配置するとともに、ポジションセンサ8をハーフミ
ラー6を使用して等価的に点光源7と同じ位置に配置し
た場合を例示したが、点光源7とポジションセンサ8と
の配置関係はこれに限られるものではない。また、点光
源7から出射された光および測定対象面3からの反射光
の経路を変更する手段はハーフミラー6,10に限られるも
のではなく、例えば、プリズムや偏光ビームスプリッタ
のようなものであってもよい。さらに、測定対象面3に
光束を照射するとともに、測定対象面3からの反射光を
ポジションセンサ8上に結像させるレンズ2は、一枚の
レンズに限られるものではなく、独立した部分レンズを
組み合わせたものであってもよい。特に、点光源7から
出射された光がレンズ2に入射する位置は常に変化しな
いので、その周囲のレンズ部分は必要とされない場合が
多い。
In the above description, the point light source 7 is arranged on the axis of the lens 2, and the position sensor 8 is equivalently arranged at the same position as the point light source 7 using the half mirror 6. The positional relationship between the point light source 7 and the position sensor 8 is not limited to this. Further, the means for changing the paths of the light emitted from the point light source 7 and the reflected light from the measurement target surface 3 is not limited to the half mirrors 6 and 10, and may be, for example, a prism or a polarization beam splitter. It may be. Furthermore, the lens 2 that irradiates the measurement target surface 3 with a light beam and forms an image of the reflected light from the measurement target surface 3 on the position sensor 8 is not limited to a single lens, but an independent partial lens may be used. It may be a combination. In particular, since the position where the light emitted from the point light source 7 is incident on the lens 2 does not change at all times, the lens portion around it is often unnecessary.

また、上記の説明においては、2つのポジションセンサ
8,9を使用して測定対象面3の傾きを測定する場合を例
示したが、レンズ2を一定量だけ移動させ、第1のポジ
ションセンサ8上に第2のポジションセンサ9と等価な
入射状態を作り出すようにすれば、1つのポジションセ
ンサ8のみによっても、測定対象面3の傾きを測定する
ことができる。すなわち、合焦状態からレンズ2等を一
定量だけ変位させるとともに、この時のポジションセン
サ8における出力変化を測定すれば、この時の反射光の
入射位置の変化量および変化する方向は反射光の経路に
対応したものとなっているので、予め測定しておいたデ
ータと比較することにより、測定対象面3の傾きを知る
ことができる。
Also, in the above description, two position sensors
Although the case where the inclination of the measurement target surface 3 is measured using 8 and 9 is illustrated, the lens 2 is moved by a certain amount and the incident state equivalent to that of the second position sensor 9 is provided on the first position sensor 8. Is generated, the inclination of the measurement target surface 3 can be measured by only one position sensor 8. That is, when the lens 2 and the like are displaced from the focused state by a certain amount and the output change in the position sensor 8 at this time is measured, the change amount and the changing direction of the incident position of the reflected light at this time are Since it corresponds to the route, the inclination of the measurement target surface 3 can be known by comparing with the data measured in advance.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の変位変換器では、レンズ
を介して測定対象面に光を照射するとともに、測定対象
面上に常に焦点が合うようにレンズの位置を移動させ、
この時のレンズの移動量から前記測定対象面の変位量を
測定するようにした変位変換器において、点光源から出
射される光束をレンズを介して測定対象面上に照射する
とともに、光の入射位置を検出することのできるポジシ
ョンセンサを等価的に点光源と同じ位置およびこれと一
定の間隔をおいた位置に配置して、前者のポジションセ
ンサの出力をレンズおよび点光源等の位置を移動させる
自動焦点機構の帰還信号として利用するとともに、2つ
のポジションセンサにおける出力の差を利用して測定対
象面の傾きを測定するようにしているので、合焦状態に
おいては、測定対象面からの反射光がポジションセンサ
(点光源)の位置で実線を結ぶことになり、しかもこの
時の反射光におけるポジションセンサへの入射位置は常
に一定となるので、ポジションセンサの出力状態から測
定対象面上に焦点が合っているか否かを検出することが
でき、測定対象面に比較的大きな傾きがあった場合に
も、その変位量を正確に測定することができるととも
に、測定対象面における傾きをも同時に測定することの
できる変位変換器を簡単な構成により実現することがで
きる。
As described above, in the displacement converter of the present invention, while irradiating the measurement target surface with light through the lens, the position of the lens is moved so that the measurement target surface is always in focus,
In the displacement converter configured to measure the displacement amount of the measurement target surface from the movement amount of the lens at this time, the light beam emitted from the point light source is irradiated onto the measurement target surface through the lens, and the light is incident. A position sensor capable of detecting the position is equivalently arranged at the same position as the point light source or at a position with a certain distance from the position, and the output of the former position sensor moves the positions of the lens and the point light source. In addition to being used as a feedback signal of the automatic focusing mechanism, the difference between the outputs of the two position sensors is used to measure the tilt of the measurement target surface. Will connect the solid line at the position of the position sensor (point light source), and the incident position of the reflected light on the position sensor will always be constant. It is possible to detect from the output state of the position sensor whether or not the measurement target surface is in focus, and the displacement amount can be accurately measured even when the measurement target surface has a relatively large inclination. In addition, the displacement transducer capable of simultaneously measuring the inclination of the measurement target surface can be realized with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の変位変換器の一実施例を示す構成図、
第2図および第3図は本発明の変位変換器に使用される
ポジションセンサの一例を示す構成図、第4図および第
5図はポジションセンサ上における反射光の入射位置お
よびスポットの状態を示す説明図、第6図および第7図
は第1および第2のポジションセンサ8,9における反射
光の入射状態を示す説明図、第8図は本発明の変位変換
器に使用される自動焦点機構の一例を示す構成図、第9
図は従来の変位変換器の一例を示す構成図、第10図およ
び第11図は第9図に示す変位変換器に使用される4分割
センサにおける入射光のスポット形状を示す説明図であ
る。 1……光源、2……レンズ、3……測定対象面、4……
シリンドリカルレンズ、5……4分割センサ、6,10……
ハーフミラー、7……点光源、8,9……ポジションセン
サ、11……サーボアンプ、12……パワーアンプ、13……
モータ、SW……スイッチ。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a displacement converter of the present invention,
2 and 3 are configuration diagrams showing an example of the position sensor used in the displacement converter of the present invention, and FIGS. 4 and 5 show the incident position of reflected light and the state of the spot on the position sensor. Explanatory diagrams, FIGS. 6 and 7 are explanatory diagrams showing incident states of reflected light on the first and second position sensors 8 and 9, and FIG. 8 is an automatic focusing mechanism used in the displacement converter of the present invention. 9 is a configuration diagram showing an example of
FIG. 10 is a configuration diagram showing an example of a conventional displacement converter, and FIGS. 10 and 11 are explanatory diagrams showing spot shapes of incident light in a four-division sensor used in the displacement converter shown in FIG. 1 ... Light source, 2 ... Lens, 3 ... Measurement surface, 4 ...
Cylindrical lens, 5 ... 4-division sensor, 6, 10 ...
Half mirror, 7 …… Point light source, 8,9 …… Position sensor, 11 …… Servo amplifier, 12 …… Power amplifier, 13 ……
Motor, SW ... Switch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レンズを介して測定対象面に光を照射する
とともにこの測定対象面上に常に焦点が合うように前記
レンズの位置を移動させこの時のレンズの移動量から前
記測定対象面の変位量を測定するようにした変位変換器
において、前記レンズの軸上に配置されこのレンズの軸
に対して一定の角度を持った光束を出射するとともにこ
のレンズとともに移動する点光源と、等価的に前記点光
源と同一位置に配置され前記レンズとともに移動する第
1のポジションセンサと、この第1のポジションセンサ
に対して等価的に一定の間隔をおいた位置に配置された
第2のポジションセンサと、前記第1のポジションセン
サの出力を受けこの出力が一定の値となるように前記レ
ンズの位置を移動させる自動焦点機構とを具備し、前記
レンズの移動量から前記測定対象面の変位量を測定する
とともに、前記第1および第2のポジションセンサにお
ける出力の差から前記測定対象面の傾きを測定するよう
にしてなる変位変換器。
1. A surface to be measured is irradiated with light through a lens, and the position of the lens is moved so that the surface of the object to be measured is always in focus. In a displacement converter configured to measure the amount of displacement, it is equivalent to a point light source that is arranged on the axis of the lens, emits a light beam having a certain angle with respect to the axis of the lens, and moves with the lens. A first position sensor arranged at the same position as the point light source and moving together with the lens, and a second position sensor arranged at a position equivalent to the first position sensor at a constant distance. And an automatic focusing mechanism that receives the output of the first position sensor and moves the position of the lens so that the output has a constant value. The addition to measuring the amount of displacement of the object surface, displacement transducer formed by the difference between the outputs of the first and second position sensor to measure the inclination of the object surface.
JP60213335A 1985-09-26 1985-09-26 Displacement converter Expired - Lifetime JPH0697163B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60213335A JPH0697163B2 (en) 1985-09-26 1985-09-26 Displacement converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60213335A JPH0697163B2 (en) 1985-09-26 1985-09-26 Displacement converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6271803A JPS6271803A (en) 1987-04-02
JPH0697163B2 true JPH0697163B2 (en) 1994-11-30

Family

ID=16637449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60213335A Expired - Lifetime JPH0697163B2 (en) 1985-09-26 1985-09-26 Displacement converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0697163B2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS597926B2 (en) * 1979-12-20 1984-02-21 横河電機株式会社 position detection device
JPS59154313A (en) * 1983-02-24 1984-09-03 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Apparatus for measuring distance and slanting angle

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6271803A (en) 1987-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6155047B2 (en)
JPH0697163B2 (en) Displacement converter
JPH0619244B2 (en) Displacement converter
JPS6275308A (en) Displacement convertor
JPS6275309A (en) Displacement convertor
JPS6125011A (en) Optical distance measuring device
JPS6271810A (en) Displacement transducer
JPH0558483B2 (en)
JPH0528761B2 (en)
JPS61112905A (en) Optical measuring apparatus
JPH05164556A (en) Focusing type non-contact displacement gage
JP2609606B2 (en) Optical pickup objective lens position detector
JPH0511451Y2 (en)
JP2529049B2 (en) Optical displacement meter
JPS635208A (en) Apparatus for measuring surface shape
JP2594105Y2 (en) Optical displacement meter
JPS62218802A (en) Optical type distance and inclination measuring apparatus
JPS6012693B2 (en) Automatic focusing device in optical information reproducing device
JPS6281525A (en) Displacement converter
JP2674467B2 (en) Optical pickup
JP2533879B2 (en) Position detection device
JP2794855B2 (en) Position detection mechanism
JPS63169509A (en) Inclination measuring instrument
JPH0968408A (en) Optical displacement sensor
JPH07113610A (en) Detecting device for displacement in optical axis direction on object surface