JPH07128009A - Optical position measuring instrument - Google Patents

Optical position measuring instrument

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Publication number
JPH07128009A
JPH07128009A JP29890393A JP29890393A JPH07128009A JP H07128009 A JPH07128009 A JP H07128009A JP 29890393 A JP29890393 A JP 29890393A JP 29890393 A JP29890393 A JP 29890393A JP H07128009 A JPH07128009 A JP H07128009A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light beam
light
light receiving
scanning
origin
Prior art date
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Pending
Application number
JP29890393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuko Kiriyama
勇子 桐山
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.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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 Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP29890393A priority Critical patent/JPH07128009A/en
Publication of JPH07128009A publication Critical patent/JPH07128009A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an optical position measuring instrument with an improved environmental resistance. CONSTITUTION:The title instrument is provided with a light beam scanning part 1 for outputting parallel light beams which are scanned with a certain angular velocity around a certain origin 3 and a light reception part 4 with a light reception surface with a specific width (a) which is laid out opposite to it and where optical beams cross and a data processing circuit 8 calculates a distance (x) from the origin 3 of the light beam scanning part 1 to a light reception surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、位置決めセンサ,測長
スケール,XYエンコーダ等に利用される光学式位置測
定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical position measuring device used for a positioning sensor, a length measuring scale, an XY encoder and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、静電容量式や光学式等の各種
位置センサが実用化されている。これら従来の位置セン
サは、目盛りが刻まれたスケールを用いて、静電容量式
であれば対向するスケール間の容量変化を検出し、光学
式であれば対向するスケールによる光の透過,遮断によ
る明暗パターンを検出するという方式を用いている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various position sensors such as capacitance type and optical type have been put into practical use. These conventional position sensors use a scale with graduations to detect a capacitance change between the opposing scales if the capacitance type is used, and to transmit or block light by the opposing scale if the optical type is used. The method of detecting the light and dark pattern is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の位置センサで
は、スケールの温度変化による伸縮やゴミの付着等が測
定誤差の原因となる。本発明は、新しい原理を採用して
耐環境性に優れた光学式位置測定装置を提供することを
目的としている。
In the conventional position sensor, expansion and contraction due to temperature change of the scale, adhesion of dust, and the like cause measurement errors. It is an object of the present invention to provide an optical position measuring device adopting a new principle and having excellent environment resistance.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学式位置
測定装置は、第1に、ある原点周りに一定の角速度で走
査される平行光ビームを出力する光ビーム走査手段と、
この走査手段に対向して配置された走査手段からの光ビ
ームが横切る所定幅の受光面を持つ受光手段と、この受
光手段の出力信号と前記光ビームが横切る受光面の幅と
から前記走査手段の原点から前記受光面までの距離を算
出する演算手段とを有することを特徴としている。本発
明に係る光学式位置測定装置は、第2に、ある原点周り
に一定の角速度で走査される平行光ビームを出力する光
ビーム走査手段と、この走査手段に対向して配置された
走査手段からの入射光ビームをこれと平行な方向に反射
する所定幅の反射面を持つ反射手段と、この反射手段か
らの反射光ビームを受光する前記光ビーム走査手段の後
方に配置された受光手段と、この受光手段の出力信号と
前記反射手段の光ビームが横切る幅とから前記走査手段
の原点から前記受光面までの距離を算出する演算手段と
を有することを特徴としている。
An optical position measuring device according to the present invention comprises, firstly, a light beam scanning means for outputting a parallel light beam scanned around an origin at a constant angular velocity,
The light receiving means having a light receiving surface of a predetermined width across which the light beam from the scanning means arranged opposite to the scanning means and the output signal of the light receiving means and the width of the light receiving surface across which the light beam crosses the scanning means. And a calculation means for calculating the distance from the origin to the light receiving surface. Secondly, the optical position measuring device according to the present invention comprises a light beam scanning means for outputting a parallel light beam scanned around an origin at a constant angular velocity, and a scanning means arranged to face the scanning means. A reflecting means having a reflecting surface of a predetermined width for reflecting the incident light beam from the light beam in a direction parallel to the light beam, and a light receiving means arranged behind the light beam scanning means for receiving the reflected light beam from the reflecting means. And a calculating means for calculating the distance from the origin of the scanning means to the light receiving surface from the output signal of the light receiving means and the width across which the light beam of the reflecting means crosses.

【0005】[0005]

【作用】平行光ビームを走査する角速度、及びその平行
光ビームを受ける受光面の大きさが予め決められている
と、受光信号の時間幅から平行光ビームの回転角度が分
かる。この回転角度と受光面の大きさとから、簡単な幾
何学的計算により、受光面の位置、即ち走査手段の原点
から受光面までの距離が求められる。本発明の測定装置
は、従来のような目盛りが刻まれたスケールを用いず、
また光ビーム走査手段と受光手段をそれぞれ密閉するこ
とができるので、耐環境性が優れたものとなる。また、
入射光ビームを常にこれと同じ方向に反射するコーナー
キューブミラーのような反射手段を組み合わせれば、発
光部と受光部を一体として構成することができ、アライ
ンメントが容易になる。
When the angular velocity for scanning the parallel light beam and the size of the light receiving surface for receiving the parallel light beam are predetermined, the rotation angle of the parallel light beam can be known from the time width of the light receiving signal. From this rotation angle and the size of the light receiving surface, the position of the light receiving surface, that is, the distance from the origin of the scanning means to the light receiving surface can be obtained by a simple geometrical calculation. The measuring device of the present invention does not use a scale in which conventional scales are engraved,
Further, since the light beam scanning means and the light receiving means can be hermetically sealed, the environment resistance becomes excellent. Also,
If a reflecting means such as a corner cube mirror that always reflects the incident light beam in the same direction as that is combined, the light emitting portion and the light receiving portion can be integrally formed, and the alignment becomes easy.

【0006】[0006]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図1は本発明の一実施例による距離測定装置の
原理構成を示す。光ビーム走査部1は、平行光ビーム2
を原点3の周りに一定の角速度ωで走査する。この光ビ
ーム走査部1の具体構成例は後に説明する。この光ビー
ム走査部1に対向して、その出力光ビーム2を検出する
受光部4が配置されている。受光部4は、受光面の大き
さがaに設定された受光素子5を有する。受光素子5は
例えば一個のフォトダイオードでもよいし、小さいフォ
トダイオードのアレイであってもよく、あるいはまた、
距離aの間隔をおいて配置された2個のフォトダイオー
ドでもよい。受光部4は、光ビーム走査部1に対して、
図に示すXY座標のX方向に一次元的に、あるいはXY
の二次元的に移動可能に設置される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a principle configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present invention. The light beam scanning unit 1 includes a parallel light beam 2
Is scanned around the origin 3 at a constant angular velocity ω. A specific configuration example of the light beam scanning unit 1 will be described later. A light receiving section 4 for detecting the output light beam 2 is arranged opposite to the light beam scanning section 1. The light-receiving section 4 has a light-receiving element 5 whose light-receiving surface size is set to a. The light receiving element 5 may be, for example, a single photodiode, an array of small photodiodes, or
Two photodiodes arranged at a distance a may be used. The light receiving unit 4 is different from the light beam scanning unit 1 in that
One-dimensionally in the X direction of the XY coordinates shown in the figure, or XY
It is installed so that it can be moved in two dimensions.

【0007】光ビーム走査部1及び受光部4は、それぞ
れケース6,7に密閉されるものとする。図1では光照
射端及び受光端が開放されているように示しているが、
実際には透明窓が設けられる。受光部4の出力信号は、
図では省略した電流電圧変換回路,増幅回路等を介して
データ処理回路8に送られる。このデータ処理回路8に
おいて検出された信号に基づいて所望の演算が行われ、
図1に示す光ビーム走査部1の原点3から受光部4の受
光面までの距離xが求められる。求められた距離データ
は表示装置9に表示される。
The light beam scanning section 1 and the light receiving section 4 are sealed in cases 6 and 7, respectively. Although FIG. 1 shows that the light emitting end and the light receiving end are open,
In reality, a transparent window is provided. The output signal of the light receiving unit 4 is
It is sent to the data processing circuit 8 via a current-voltage conversion circuit, an amplification circuit, etc., which are omitted in the figure. A desired calculation is performed based on the signal detected by the data processing circuit 8,
The distance x from the origin 3 of the light beam scanning unit 1 shown in FIG. 1 to the light receiving surface of the light receiving unit 4 is obtained. The calculated distance data is displayed on the display device 9.

【0008】この実施例での距離測定の原理は、次の通
りである。光ビーム走査部1の回転の角速度をω[ra
d/sec]、受光部4で得られる受光面の大きさaに
対応する出力信号の時間幅をt[sec]とすると、こ
の間の光源の回転角度θ[rad]は、θ=ωtであ
る。そうすると、距離xは次式により求められる。
The principle of distance measurement in this embodiment is as follows. The angular velocity of rotation of the light beam scanning unit 1 is ω [ra
d / sec], and the time width of the output signal corresponding to the size a of the light receiving surface obtained by the light receiving unit 4 is t [sec], the rotation angle θ [rad] of the light source during this period is θ = ωt. . Then, the distance x is obtained by the following equation.

【0009】[0009]

【数1】x=a/tan(ωt)## EQU1 ## x = a / tan (ωt)

【0010】図2及び図3は、検出される出力信号の時
間幅が距離xに応じて変化する様子を示している。光源
の回転角速度ωが一定であるから、大きさaの受光面で
得られる出力信号の時間幅tは距離xの関数であって、
図3のような曲線で表される。図2(a)(b)に示す
ように、出力信号の周期Tは一定であって、距離xに応
じて出力信号時間幅がt1 ,t2 のように変化する。以
上の測定原理から容易に理解されるように、本発明の装
置は、光ビーム走査部1と受光部4とが近接するほど、
受光面の大きさaに対応する回転角度θが大きくなるか
ら高精度になる。従って近接センサや原点センサとして
特に有効である。
FIGS. 2 and 3 show how the time width of the detected output signal changes according to the distance x. Since the rotational angular velocity ω of the light source is constant, the time width t of the output signal obtained on the light receiving surface of the size a is a function of the distance x,
It is represented by a curve as shown in FIG. As shown in FIGS. 2A and 2B, the cycle T of the output signal is constant, and the output signal time width changes like t1 and t2 according to the distance x. As can be easily understood from the above measurement principle, the device of the present invention is such that the closer the light beam scanning unit 1 and the light receiving unit 4 are to each other,
Since the rotation angle θ corresponding to the size a of the light receiving surface is large, the accuracy is high. Therefore, it is particularly effective as a proximity sensor or an origin sensor.

【0011】なお、図2の出力信号は、受光面の大きさ
がaである一つのフォトダイオードあるいはフォトダイ
オードアレイの場合を示しているが、前述のように距離
aをおいて2個のフォトダイオードを配置することも可
能である。この場合には、図2の出力信号時間t1 ある
いはt2 の立上がりタイミングと立下がりタイミングに
得られる二つの出力パルスの間隔として、同様の時間デ
ータが得られることになる。
The output signal of FIG. 2 shows the case of one photodiode or photodiode array having a light receiving surface of size a, but as described above, the two photodiodes are separated by a distance a. It is also possible to arrange diodes. In this case, similar time data is obtained as the interval between the two output pulses obtained at the rising timing and the falling timing of the output signal time t1 or t2 in FIG.

【0012】図4は、光ビーム走査部の光源の構成例で
ある。角速度ωで回転駆動されるテーブル41の上に、
放射状に4個のレーザダイオード(又は発光ダイオー
ド)42a〜42dが配置され、それぞれの出力端にコ
リメータレンズ43a〜43dが配置されて構成され
る。この場合テーブル41の回転中心が走査光ビームの
回転中心となる。
FIG. 4 shows an example of the structure of the light source of the light beam scanning section. On the table 41 that is rotationally driven at the angular velocity ω,
Four laser diodes (or light emitting diodes) 42a to 42d are radially arranged, and collimator lenses 43a to 43d are arranged at respective output ends. In this case, the rotation center of the table 41 becomes the rotation center of the scanning light beam.

【0013】図5は、光ビーム走査部の別の光源構成例
である。この例では、角速度ωで回転駆動されるポリゴ
ンミラー51が用いられ、固定のレーザダイオード(又
は発光ダイオード)52の出力光ビームをコリメータレ
ンズ53により平行光にしてポリゴンミラー51により
反射して走査ビームを得ている。この場合、ポリゴンミ
ラー51の回転中心と走査光ビームの回転中心とは異な
るが、走査光ビームの回転中心が図1に示す光源の原点
3になる。
FIG. 5 shows another light source configuration example of the light beam scanning unit. In this example, a polygon mirror 51 that is rotationally driven at an angular velocity ω is used, and an output light beam of a fixed laser diode (or light emitting diode) 52 is collimated by a collimator lens 53 and reflected by the polygon mirror 51 to be a scanning beam. Is getting In this case, although the rotation center of the polygon mirror 51 and the rotation center of the scanning light beam are different, the rotation center of the scanning light beam is the origin 3 of the light source shown in FIG.

【0014】図6は、光ビーム走査部の更に別の構成例
である。この例では、一端が固定されたピエゾ圧電素子
64により直線駆動されるテーブル62にレーザダイオ
ード(又は発光ダイオード)61とその出力光を平行光
にするコリメータレンズ62が配置された光源を用いて
いる。そして平行移動する出力光ビームを凸レンズ65
で回転移動に変換して走査光ビームとしている。この場
合図1にいう、走査光ビームの原点3は、凸レンズ65
の焦点位置になる。
FIG. 6 shows another example of the configuration of the light beam scanning section. In this example, a light source in which a laser diode (or a light emitting diode) 61 and a collimator lens 62 that makes its output light parallel light is arranged on a table 62 that is linearly driven by a piezo piezoelectric element 64 whose one end is fixed is used. . Then, the output light beam that moves in parallel is converted into a convex lens 65.
Is converted into rotational movement to be a scanning light beam. In this case, the origin 3 of the scanning light beam shown in FIG.
Becomes the focus position of.

【0015】以上では、図1に示すXY座標のX軸方向
の一次元計測を説明したが、光ビーム走査部1と受光部
4との間で同期をとることにより、図1の構成で2次元
位置計測も可能である。その原理を図7及び図8を参照
して説明する。受光面の大きさがaである受光素子5
が、図7に示すように座標(x,y)にあるとする。X
軸を走査光ビーム回転角度の基準とし、受光素子5側で
同期検出を行えば、受光素子5が走査光ビームの検出を
開始するまでの位相遅れθ1 を知ることができる。また
走査光ビームが受光素子5の受光面を走査する角度θ2
−θ1 は先の実施例と同様に出力信号の時間幅に対応す
る。即ち受光素子5の出力信号波形は図8に示すように
なり、回転の基準時からの時間t11により角度θ1=ω
t11が求められ、これに出力信号の時間幅を加えた時間
t12により角度θ2=ωt12が求められる。一方図7か
ら、次の関係が成り立つ。
Although the one-dimensional measurement of the XY coordinates in the X-axis direction shown in FIG. 1 has been described above, by synchronizing the light beam scanning unit 1 and the light receiving unit 4, the configuration of FIG. Dimensional position measurement is also possible. The principle will be described with reference to FIGS. 7 and 8. Light receiving element 5 having a light receiving surface of size a
Are at coordinates (x, y) as shown in FIG. X
If the axis is used as the reference of the scanning light beam rotation angle and synchronous detection is performed on the light receiving element 5 side, the phase delay θ1 until the light receiving element 5 starts detecting the scanning light beam can be known. Further, the angle θ2 at which the scanning light beam scans the light receiving surface of the light receiving element 5
-.Theta.1 corresponds to the time width of the output signal as in the previous embodiment. That is, the output signal waveform of the light receiving element 5 is as shown in FIG. 8, and the angle θ1 = ω is obtained by the time t11 from the reference time of rotation.
t11 is obtained, and the angle θ2 = ωt12 is obtained from the time t12 obtained by adding the time width of the output signal to t11. On the other hand, the following relationship holds from FIG.

【0016】[0016]

【数2】y=x tanθ1 y+a=x tanθ2[Formula 2] y = x tan θ1 y + a = x tan θ2

【0017】上の式を変形すれば、x,yはそれぞれθ
1 ,θ2 の関数として次のように求められる。
By transforming the above equation, x and y are respectively θ
It is calculated as a function of 1 and θ2 as follows.

【0018】[0018]

【数3】x=a/( tanθ2 − tanθ1 ) y=a tanθ2 /( tanθ2 − tanθ1 )## EQU00003 ## x = a / (tan.theta.2-tan.theta.1) y = a tan.theta.2 / (tan.theta.2-tan.theta.1)

【0019】実際のデータ処理は例えば、基準クロック
発生器を用いて光ビーム走査部と受光部の同期信号を生
成すると共に、回転角度θ1 ,θ2 に相当する時間を基
準クロックの計数により得て、数3の演算を行えばよ
い。
In the actual data processing, for example, a reference clock generator is used to generate a synchronization signal for the light beam scanning unit and the light receiving unit, and the times corresponding to the rotation angles θ1 and θ2 are obtained by counting the reference clocks. It is only necessary to perform the operation of Equation 3.

【0020】なお本発明においては、ミスアラインメン
トが大きな誤差要因となる。例えば、受光面が角度φだ
け傾いていると、数3のxは、次式の誤差分δxを持
つ。
In the present invention, misalignment causes a large error. For example, when the light receiving surface is inclined by the angle φ, x in the equation 3 has an error component δx of the following equation.

【0021】[0021]

【数4】 δx=a(1− cosφ)/( tanθ2 − tanθ1 )## EQU4 ## δx = a (1-cosφ) / (tan θ2-tan θ1)

【0022】したがってこの誤差分δxが分解能以下に
おさまるように、アラインメントを行うことが必要であ
る。次に、具体的な数値を入れた設計例をいくつか挙げ
る。
Therefore, it is necessary to perform the alignment so that the error amount δx is below the resolution. Next, some design examples with specific numerical values will be given.

【0023】絶対測定用XYスケール 角速度 ω=10π[rad/sec ] 走査範囲 Θ=π/2[rad ] 受光面大きさ a=6[mm] クロック 2MHz としたとき、 出力信号周期 T=50[msec ] 測長範囲(分解能) x,y:0 mm(0.3μm)〜500mm(0.5mm) XY scale angular velocity for absolute measurement ω = 10π [rad / sec] Scanning range Θ = π / 2 [rad] Light-receiving surface size a = 6 [mm] When the clock is 2 MHz, the output signal period T = 50 [ msec] Measuring range (resolution) x, y: 0 mm (0.3 μm) to 500 mm (0.5 mm)

【0024】絶対測定用スケール 角速度 ω=π[rad/sec ] 走査範囲 Θ=π/30[rad ] 受光面大きさ a=10[mm] クロック 40MHz としたとき、 出力信号周期 T=40[msec ] 測長範囲(分解能) x,y:110 mm(10nm)〜1100mm(10μm) Absolute measurement scale angular velocity ω = π [rad / sec] Scanning range Θ = π / 30 [rad] Light receiving surface size a = 10 [mm] Clock 40 MHz, output signal period T = 40 [msec ] Measuring range (resolution) x, y: 110 mm (10 nm) to 1100 mm (10 μm)

【0025】膜厚計用高分解能位置センサ 角速度 ω=π[rad/sec ] 走査範囲 Θ=π/30[rad ] 受光面大きさ a=2[mm] クロック 40MHz としたとき、 出力信号周期 T=40[msec ] 測長範囲(分解能) x,y:0 mm(0.3nm)〜100mm(0.3μm) High resolution position sensor for film thickness meter Angular velocity ω = π [rad / sec] Scanning range Θ = π / 30 [rad] Light receiving surface size a = 2 [mm] Clock 40 MHz, output signal cycle T = 40 [msec] Measuring range (resolution) x, y: 0 mm (0.3 nm) to 100 mm (0.3 μm)

【0026】絶対測定用高速位置センサ 角速度 ω=2000π[rad/sec ] 走査範囲 Θ=π/4[rad ] 受光面大きさ a=5[mm] クロック 40MHz としたとき、 出力信号周期 T=0.25[msec ] 測長範囲(分解能) x,y:0 mm(1.5μm)〜100mm(0.3mm) High-speed position sensor for absolute measurement Angular velocity ω = 2000π [rad / sec] Scanning range Θ = π / 4 [rad] Light receiving surface size a = 5 [mm] Clock 40 MHz, output signal period T = 0 0.25 [msec] Measuring range (resolution) x, y: 0 mm (1.5 μm) to 100 mm (0.3 mm)

【0027】図9は、本発明の別の実施例に係る位置測
定器の構成である。この実施例では先の各実施例で説明
したと同様の光ビーム走査部1に対して、その光ビーム
が送られる前方に所定幅の反射体91が配置される。こ
の反射体91は、3つの面が隣接するもの同士互いに直
交する状態で配置されて構成される単位のコーナーキュ
ーブミラーを平面的にあるいは立体的にアレイ配列した
もので、入射角度の如何に拘らず、入射角と等しい角度
で反射する性質を持つ。光ビーム走査部部1のすぐ後ろ
に、反射体91からの反射光ビームを受光する受光部4
が配置される。受光部4の前には必要に応じて、f−θ
レンズ92が配置される。
FIG. 9 shows the structure of a position measuring device according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, a reflector 91 having a predetermined width is arranged in front of the light beam scanning unit 1 similar to that described in each of the previous embodiments, in front of which the light beam is sent. The reflector 91 is a planar or three-dimensional array of corner cube mirrors, each of which is formed by arranging three surfaces adjacent to each other so as to be orthogonal to each other. Instead, it has the property of reflecting at an angle equal to the incident angle. Immediately behind the light beam scanning unit 1, a light receiving unit 4 for receiving the reflected light beam from the reflector 91.
Are placed. In front of the light receiving unit 4, if necessary, f−θ
A lens 92 is arranged.

【0028】この実施例での位置測定の原理を図10を
参照して説明する。まずf−θレンズを用いない場合、
光ビーム走査部1の原点即ち光源位置から反射体91ま
での距離をD、反射体91の光ビームが横切る幅をAと
し、受光部4で出力信号が検出される時間をtとする
と、光ビームの回転角速度をωとして、 D=A/ tanωt となる。従って先の実施例と同様に検出される出力信号
の時間から、求める距離が算出される。XY二次元測定
は、先の実施例の図7で説明したと同じ原理で、同期信
号を利用した信号処理により可能である。
The principle of position measurement in this embodiment will be described with reference to FIG. First, if the f-θ lens is not used,
Assuming that the distance from the origin of the light beam scanning unit 1, that is, the light source position to the reflector 91 is D, the width of the light beam across the reflector 91 is A, and the time when the light receiving unit 4 detects the output signal is t, Letting ω be the rotational angular velocity of the beam, D = A / tan ωt. Therefore, the required distance is calculated from the time of the output signal detected as in the previous embodiment. The XY two-dimensional measurement can be performed by signal processing using a synchronization signal on the same principle as described in the previous embodiment with reference to FIG. 7.

【0029】受光部4が位置検出可能であって、図9に
示すようにf−θレンズ92を用いた場合には、受光部
4で反射体91の大きさAに対応する距離A′が求めら
れ、平行光ビームの走査角度θは、θ=A′/fにより
求まる。従って、 D=A/tanθ により求める距離が得られる。
When the position of the light receiving portion 4 can be detected and the f-θ lens 92 is used as shown in FIG. 9, the distance A'corresponding to the size A of the reflector 91 in the light receiving portion 4 becomes The scanning angle θ of the parallel light beam is obtained by θ = A ′ / f. Therefore, the required distance can be obtained by D = A / tan θ.

【0030】この実施例によると、発光部と受光部が一
体的に構成でき、部品点数を少なくできる。また、f−
θレンズを併用すれば、同期用のクロックも不要にな
る。更にコーナーキューブミラーによる反射体を立体的
に構成すれば、ヨーイング以外の位置合わせは不要にな
り、アラインメントが容易になる。
According to this embodiment, the light emitting portion and the light receiving portion can be integrally formed, and the number of parts can be reduced. Also, f-
If the θ lens is used together, the clock for synchronization becomes unnecessary. Furthermore, if the reflector by the corner cube mirror is configured three-dimensionally, alignment other than yawing becomes unnecessary and alignment becomes easy.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、光ビ
ームを一定速度で回転走査してその回転角度から簡単な
演算により位置を求めるようにした耐環境性に優れた光
学式位置検出装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the optical position detection excellent in the environment resistance is achieved, in which the light beam is rotationally scanned at a constant speed and the position is obtained from the rotational angle by a simple calculation. A device can be provided.

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

【図1】 本発明の一実施例の位置測定装置の構成を示
す。
FIG. 1 shows the configuration of a position measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 同実施例の検出出力信号を示す。FIG. 2 shows a detection output signal of the embodiment.

【図3】 同実施例の信号検出時間と距離の関係を示
す。
FIG. 3 shows the relationship between signal detection time and distance in the same embodiment.

【図4】 光ビーム走査部の具体構成例を示す。FIG. 4 shows a specific configuration example of a light beam scanning unit.

【図5】 光ビーム走査部の他の構成例を示す。FIG. 5 shows another exemplary configuration of the light beam scanning unit.

【図6】 光ビーム走査部の更に他の構成例を示す。FIG. 6 shows still another configuration example of the light beam scanning unit.

【図7】 二次元計測の原理を説明するための図。FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of two-dimensional measurement.

【図8】 同じく二次元計測の原理を説明するための
図。
FIG. 8 is a view for similarly explaining the principle of two-dimensional measurement.

【図9】 他の実施例の位置測定装置の構成を示す。FIG. 9 shows a configuration of a position measuring device according to another embodiment.

【図10】 同実施例の測定原理を説明するための図。FIG. 10 is a view for explaining the measurement principle of the same embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光ビーム走査部、2…平行光ビーム、3…原点、4
…受光部、5…受光素子、6,7…ケース、8…データ
処理回路、9…表示装置。91…反射体、92…f−θ
レンズ。
1 ... Light beam scanning unit, 2 ... Parallel light beam, 3 ... Origin, 4
... light receiving part, 5 ... light receiving element, 6, 7 ... case, 8 ... data processing circuit, 9 ... display device. 91 ... Reflector, 92 ... f-θ
lens.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ある原点周りに一定の角速度で走査され
る平行光ビームを出力する光ビーム走査手段と、 この走査手段に対向して配置された走査手段からの光ビ
ームが横切る所定幅の受光面を持つ受光手段と、 この受光手段の出力信号と前記光ビームが横切る受光面
の幅とから前記走査手段の原点から前記受光面までの距
離を算出する演算手段と、を有することを特徴とする光
学式位置測定装置。
1. A light beam scanning means for outputting a parallel light beam scanned around an origin at a constant angular velocity, and a light beam of a predetermined width which is crossed by the light beam from the scanning means arranged opposite to the scanning means. A light receiving means having a surface; and an arithmetic means for calculating a distance from the origin of the scanning means to the light receiving surface from an output signal of the light receiving means and a width of the light receiving surface traversed by the light beam. Optical position measuring device.
【請求項2】 ある原点周りに一定の角速度で走査され
る平行光ビームを出力する光ビーム走査手段と、 この走査手段に対向して配置された走査手段からの入射
光ビームをこれと平行な方向に反射する所定幅の反射面
を持つ反射手段と、 この反射手段からの反射光ビームを受光する前記光ビー
ム走査手段の後方に配置された受光手段と、 この受光手段の出力信号と前記反射手段の光ビームが横
切る幅とから前記走査手段の原点から前記受光面までの
距離を算出する演算手段と、を有することを特徴とする
光学式位置測定装置。
2. A light beam scanning means for outputting a parallel light beam scanned around an origin at a constant angular velocity, and an incident light beam from the scanning means arranged facing the scanning means in parallel with the light beam scanning means. Direction, a reflecting means having a reflecting surface of a predetermined width, a light receiving means arranged behind the light beam scanning means for receiving the reflected light beam from the reflecting means, an output signal of the light receiving means and the reflection An optical position measuring device, comprising: a calculating unit that calculates a distance from an origin of the scanning unit to the light receiving surface based on a width across which the light beam of the unit crosses.
JP29890393A 1993-11-04 1993-11-04 Optical position measuring instrument Pending JPH07128009A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007309677A (en) * 2006-05-16 2007-11-29 Mitsutoyo Corp Method of estimating absolute distance in tracking laser interferometer, and tracking laser interferometer

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