JPH07301512A - 変位測定装置 - Google Patents

変位測定装置

Info

Publication number
JPH07301512A
JPH07301512A JP11760394A JP11760394A JPH07301512A JP H07301512 A JPH07301512 A JP H07301512A JP 11760394 A JP11760394 A JP 11760394A JP 11760394 A JP11760394 A JP 11760394A JP H07301512 A JPH07301512 A JP H07301512A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
measured
displacement
light beam
output signals
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.)
Pending
Application number
JP11760394A
Other languages
English (en)
Inventor
Mamoru Kuwajima
守 桑島
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 JP11760394A priority Critical patent/JPH07301512A/ja
Publication of JPH07301512A publication Critical patent/JPH07301512A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 2系統の利得可変増幅器の利得差をなくして
高精度の変位測定を可能とした変位測定装置を提供す
る。 【構成】 レーザダイオード1の出力光ビームを被測定
面に照射し、その反射光ビームを光位置検出器2により
検出して三角測量法により変位測定を行う装置であっ
て、位置検出器2の二つの出力Ia,Ibに対して共通
に一つの利得可変増幅器9が用いられ、これが入出力選
択回路8、10により時分割で二つの出力Ia,Ibの
処理に供される。利得可変増幅器9から得られる二つの
出力はそれぞれコンデンサ12a,12bに保持され、
これらが減算器14、加算器15及び除算器16により
演算処理されて変位出力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定面に光ビームを
照射しその反射光ビームを受光して被測定面の変位測定
を行う光学式の変位測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光学式の位置検出器(PSD)を用いた
三角測量測定においては、位置検出器は被測定面からの
反射光ビームの集光スポットの位置、即ち被測定面の変
位に応じて相補的に増減する二つの出力信号を出す。こ
れら二つの出力信号は、それぞれ利得可変増幅器により
増幅され、その後加減算及び除算処理がなされて変位に
対応する出力が得られる。
【0003】位置検出器出力に対して利得可変増幅器を
用いるのは、第1に、測定しようとするワークの材質、
表面粗さ、傾き等によって反射率が大きく変化するた
め、反射率に応じて信号レベルを調整する必要があるか
らである。第2には、演算処理部の除算器の精度が入力
信号レベルに大きく依存するため、その入力信号レベル
を入力限度(通常±10Vmax )の近くで且つ大きく変
動しないように設定することが必要だからである。そこ
で、利得可変増幅器の利得は、位置検出器の二つの出力
信号レベルの和に応じて切替えられるように構成され
る。
【0004】上述のような位置検出器を用いた変位測定
装置における二つの利得可変増幅器の利得差は、直ちに
測定誤差となる。具体的に例えば二つの利得可変増幅器
の利得差が2%あると、約1%の測定誤差が生じる。例
えば、位置検出器の二つの出力をそれぞれ利得可変増幅
器を通した後の信号A,Bが本来、A=1,B=1であ
るべきところ、利得誤差によりA=1.02,B=1.
00になったとする。このとき、(A−B)/(A+
B)なる加減算と除算により得られる変位量は、本来0
となるべきところ、 (A−B)/(A+B) =0.02/2.02 〜0.01 となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、2系統の利得
可変増幅器の利得差をなくすことは、高精密抵抗を用い
たとしても調整が非常に難しい。例えば、14ビット〜
16ビットといった高精度の変位測定が要求される場合
には、2系統の利得可変増幅器の利得差は1/1600
0以下に調整することが必要になるが、これを実現する
ことは極めて困難である。また、2系統の利得可変増幅
器の温度係数の差や経年変化の影響も避けられない。
【0006】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、2系統の利得可変増幅器の利得差をなくして高精
度の変位測定を可能とした変位測定装置を提供すること
を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る変位測定装
置は、第1に、被測定面に光ビームを照射する光ビーム
照射手段と、前記被測定面からの反射光ビームを受光し
て被測定面の変位に応じて一方が大きいときに他方が小
さいという相補関係を持つ二つの出力信号を出す受光手
段と、この受光手段の二つの出力信号に対して共通に設
けられた利得可変増幅器と、この利得可変増幅器に対し
て前記二つの出力信号を時分割で切替えて入力する入力
選択手段と、この入力選択手段と同期して前記二つの出
力信号に対応する前記利得可変増幅器の出力信号を切替
えて取り出す出力選択手段と、この出力選択手段の出力
をそれぞれ保持する保持手段と、この保持手段に保持さ
れた出力を演算処理して前記被測定面の変位に対応する
出力を得る演算処理手段とを有することを特徴としてい
る。
【0008】本発明に係る変位測定装置は、第2に、被
測定面に光ビームを所定周期でオンオフして照射する光
ビーム照射手段と、前記被測定面からの反射光ビームを
受光して被測定面の変位に応じて一方が大きいときに他
方が小さいという相補関係を持つ二つの出力信号を出す
受光手段と、この受光手段の二つの出力信号に対して共
通に設けられた利得可変増幅器と、この利得可変増幅器
に対して前記二つの出力信号を前記光ビーム照射手段の
オンオフ周期に同期してそのオン期間内に時分割で切替
えて入力する入力選択手段と、この入力選択手段と同期
して前記二つの出力信号に対応する前記利得可変増幅器
の出力信号を切替えて取り出す出力選択手段と、この出
力選択手段の出力をそれぞれ保持する保持手段と、この
保持手段に保持された出力を演算処理して前記被測定面
の変位に対応する出力を得る演算処理手段とを有するこ
とを特徴としている。
【0009】
【作用】本発明においては、光学式変位測定装置の位置
検出器等からの出力信号を処理する2系統の信号処理系
において、一つの利得可変増幅器を共用して、これを入
力選択手段と出力選択手段により切替えて、時分割で動
作させている。従って従来のような2系統の利得可変増
幅器の利得差という問題が完全になくなり、極めて高精
度の変位測定が可能になる。
【0010】
【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は一実施例に係る三角測量法による変位測
定装置の処理回路部を示し、図2は光学系の構成を示し
ている。光学系は図2に示すように、レーザダイオード
1、その出力光ビームを変調して被測定面に照射するた
めの非線形光学結晶3やレンズ4、被測定面からの反射
光ビームがレンズ5により集光される光位置検出器2等
を有する。被測定面位置が図に示すように、S1からS
2に変化することにより、反射光ビームの光位置検出器
2上の集光点位置が変化する。光位置検出器2は、この
集光点位置の変化に対応して、一方が増加するとき他方
が減少するという相補的に増減する二つの出力信号を出
す。
【0011】光位置検出器2の二つの出力電流Ia,I
bは、それぞれ電流電圧変換器6a,6bにより電圧値
Va,Vbに変換される。これらの電圧値Va,Vbを
それらのトータル値に応じて利得可変して増幅するため
に、一つの利得可変増幅器9が設けられている。この利
得可変増幅器9に、電圧値Va,Vbを時分割で切替え
て入力するために入力選択回路8が設けられ、利得可変
増幅器9の出力側にも入力選択回路8と同期してオンオ
フされる出力選択回路10が設けられている。利得可変
増幅器9の利得制御は、位置検出器2のトータルの受光
光量に対応する電圧値を加算器7により得て、これに応
じてゲイン選択回路11により切替えスイッチ19を制
御して帰還抵抗を選択することにより行われる。
【0012】出力選択回路10により交互に出力される
2系統の出力値A,Bは、それぞれ電圧保持回路として
のコンデンサ12a,12bに保持される。これらコン
デンサ12a,12bに保持された出力値A,Bは、そ
れぞれバッファ13a,13bを介して、減算器14、
加算器15及び除算器16からなる演算処理部に送られ
る。減算器14でA−Bが、加算器15でA+Bが求め
られ、除算器16でこれらの比即ち、(A−B)/(A
+B)が求められる。A=Bとなるときの被測定面位置
を基準位置として、(A−B)/(A+B)が求める被
測定面の変位に相当する出力となる。
【0013】除算器16の出力は、A/Dコンバータ1
7によりディジタルデータに変換され、バス18を介し
てディジタルデータ処理装置に送られ、記録、表示その
他必要な処理がなされる。
【0014】この実施例においては、レーザダイオード
1はクロック発生器22からの基本クロックにより制御
されたLDドライバ21により、高速のオンオフ制御が
なされる。これは外乱光の影響を除き、利得可変増幅器
9のオフセット電圧を除去するためである。従って、図
では示さないが、レーザダイオードのオン,オフ時の演
算回路が必要になる。そして、利得可変増幅器9の入出
力選択回路8、10を制御するタイミング信号発生器2
3は、やはりクロック発生器22からの基本クロックに
基づいて、レーザダイオード駆動と同期して入出力選択
回路8、10をオンオフ制御するように構成されてい
る。
【0015】図3は、この実施例の変位測定装置の動作
波形である。レーザダイオード1は図示のように所定周
期でオンオフ駆動される。そして、これに同期して駆動
される入出力選択回路8,10により、レーザダイオー
ド1のオン期間内で利得可変増幅器9が二つの出力電圧
値Va,Vbを順次選択して増幅するという動作を繰り
返す。図3に示すように、電圧値Vaの選択動作の立上
がりは、レーザダイオード1の立上がりに対して僅かの
遅延時間τ1を持たせ、電圧値Vbの選択動作の立下が
りレーザダイオード1のそれよりτ2だけ早くなるよう
に設定されている。この様に電圧値Va,Vbの選択動
作を、レーザダイオードのオン期間の立上がり及び立下
がりエッジより所定時間だけ内部で行うという制御は、
タイミング信号発生回路23によりなされる。これによ
り、レーザダイオード1のしきい値のばらつき等に起因
する測定誤差の発生を避けることができる。
【0016】以上のようにこの実施例によれば、一つの
利得可変増幅器9を光位置検出器2の2系統の出力信号
に対して時分割動作するように共用させているから、従
来のような2系統の利得可変増幅器の利得差に起因する
測定誤差がなくなり、非常に高精度の変位測定が可能に
なる。二つの利得可変増幅器を用いた場合の温度係数の
差や経年変化の影響もなくなる。
【0017】本発明は、合焦点型変位測定装置、より具
体的にはそのフォーカス制御部に適用することが可能で
ある。その実施例を以下に説明する。図4は、合焦点型
変位測定装置の概略構成を示している。レーザダイオー
ド31の出力光ビームは、偏光ビームスプリッタ32、
1/4波長板33、コリメータレンズ34を介し、対物
レンズ35を介して被測定面Sに照射される。その反射
光ビームは、結像レンズ36を介しビームスプリッタ3
7で2分割されて受光ダイオード38a,38bに集光
される。対物レンズ35と一体に設けられたコイル42
と、機器本体に取り付けられたマグネット43により、
対物レンズ35を駆動するボイスコイルが構成されてい
る。
【0018】二つの受光ダイオード38a,38bの出
力電流Ia,Ibは、フォーカスエラー信号発生回路4
0に入力されて、フォーカスエラー信号(Sカーブ信
号)が得られる。このフォーカスエラー信号がサーボ制
御回路41に入力されて、合焦点制御がなされる。そし
て対物レンズ35と連動するスケール44と、これに対
向する固定のエンコーダ45とにより、被測定面の変位
測定が行われる。
【0019】フォーカスエラー信号発生回40では、二
つの受光ダイオード38a,38bの出力電流Ia,I
bについて、先の実施例の光位置検出器2の出力電流処
理と同様の処理が行われる。即ち二つの出力電流値は、
合焦点位置からのズレの方向に応じて一方が大きいとき
に他方が小さいという相補関係にあり、これらを電流電
圧変換し、利得可変増幅器で増幅した後、加減算及び除
算処理することによりフォーカスエラー信号が得られ
る。そこでこの実施例においても、フォーカスエラー信
号発生回路40では、図1の実施例で示した位置検出器
2から除算器16までの回路構成と同様の回路構成を用
いて、一つの利得可変増幅器を2系統で共用して、これ
らを時分割で切替えて動作させる。
【0020】以上によりこの実施例でも、高精度の合焦
点制御が可能になる。フォーカスエラー信号発生回路4
0はこの実施例の場合、最終的に求める変位量を出力す
るものではないが、フォーカスエラー信号も基準位置か
らの被測定面の変位に対応する出力を出すので、これも
一種の変位測定装置ということができる。
【0021】本発明は、図5に示すように4個のフォト
ダイオードPD1〜PD4を配置した4分割フォトダイ
オードを位置検出器として用いる変位測定装置にも同様
に適用できる。被測定面からの反射光ビームスポットを
この4分割フォトダイオードで受光して、PD1とPD
3、またはPD2とPD4の出力間で、先の実施例と同
様の加減算及び除算処理を行うことにより、集光スポッ
トの移動を検出し、もって測定対象物の変位を測定する
変位測定装置がある。このような変位測定装置において
も、先の実施例と同様に信号処理部の利得可変増幅器を
2系統で共有として、やはり同様の効果が得られる。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、2系
統の位置検出出力を処理する利得可変増幅器を共用して
これを時分割で切替えて動作させることにより、高精度
の変位測定を可能とした光学式の変位測定装置を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る変位測定装置の出力
信号処理系の構成を示す。
【図2】 同実施例の光学系の構成を示す。
【図3】 同実施例の動作波形を示す。
【図4】 他の実施例の変位測定装置の構成を示す。
【図5】 他の実施例の変位測定装置における位置検出
器を示す。
【符号の説明】
1…レーザダイオード、2…光位置検出器、6a,6b
…電流電圧変換器、7…加算器、8…入力選択回路、9
…利得可変増幅器、10…出力選択回路、11…ゲイン
選択回路、12a,12b…コンデンサ、13a,13
b…バッファ、14…減算器、15…加算器、16…除
算器、17…A/Dコンバータ、21…LDドライバ、
22…クロック発生器、23…タイミング信号発生回
路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定面に光ビームを照射する光ビーム
    照射手段と、 前記被測定面からの反射光ビームを受光して、被測定面
    の変位に応じて一方が大きいときに他方が小さいという
    相補関係を持つ二つの出力信号を出す受光手段と、 この受光手段の二つの出力信号に対して共通に設けられ
    た利得可変増幅器と、 この利得可変増幅器に対して前記二つの出力信号を時分
    割で切替えて入力する入力選択手段と、 この入力選択手段と同期して前記二つの出力信号に対応
    する前記利得可変増幅器の出力信号を切替えて取り出す
    出力選択手段と、 この出力選択手段の出力をそれぞれ保持する保持手段
    と、 この保持手段に保持された出力を演算処理して前記被測
    定面の変位に対応する出力を得る演算処理手段とを有す
    ることを特徴とする変位測定装置。
  2. 【請求項2】 被測定面に光ビームを所定周期でオンオ
    フして照射する光ビーム照射手段と、 前記被測定面からの反射光ビームを受光して、被測定面
    の変位に応じて一方が大きいときに他方が小さいという
    相補関係を持つ二つの出力信号を出す受光手段と、 この受光手段の二つの出力信号に対して共通に設けられ
    た利得可変増幅器と、 この利得可変増幅器に対して前記二つの出力信号を前記
    光ビーム照射手段のオンオフ周期に同期してそのオン期
    間内に時分割で切替えて入力する入力選択手段と、 この入力選択手段と同期して前記二つの出力信号に対応
    する前記利得可変増幅器の出力信号を切替えて取り出す
    出力選択手段と、 この出力切替え手段の出力をそれぞれ保持する保持手段
    と、 この保持手段に保持された出力を演算処理して前記被測
    定面の変位に対応する出力を得る演算処理手段とを有す
    ることを特徴とする変位測定装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記二つの出力信号
    の選択動作を、前記光ビーム照射手段のオン期間のエッ
    ジより所定時間だけ内部で行うためのタイミング制御手
    段を有することを特徴とする変位測定装置。
JP11760394A 1994-05-06 1994-05-06 変位測定装置 Pending JPH07301512A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11760394A JPH07301512A (ja) 1994-05-06 1994-05-06 変位測定装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11760394A JPH07301512A (ja) 1994-05-06 1994-05-06 変位測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07301512A true JPH07301512A (ja) 1995-11-14

Family

ID=14715881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11760394A Pending JPH07301512A (ja) 1994-05-06 1994-05-06 変位測定装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07301512A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620756A (zh) * 2012-03-27 2012-08-01 天津大学 一种基于调制激光的psd信号单通道处理方法及处理电路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620756A (zh) * 2012-03-27 2012-08-01 天津大学 一种基于调制激光的psd信号单通道处理方法及处理电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0458319B1 (en) Servo system for optical recording reproducing drive
US5610887A (en) Error correcting apparatus with error corecting signal holding function
JPH07301512A (ja) 変位測定装置
KR0175292B1 (ko) 초점 착오 검출회로
JPS6224856B2 (ja)
JPH0638294B2 (ja) 光デイスクのトラツキング制御装置
US7224648B2 (en) Optical recording and reproduction apparatus including stable and inexpensive servo control mechanism
JPS63164026A (ja) 情報処理装置
JP3148511B2 (ja) 光学的表面形状測定装置
JPH07139940A (ja) 合焦点型変位測定装置
JP3409917B2 (ja) 透明体の厚み測定方法及び装置
JP2529049B2 (ja) 光学式変位計
JP3369672B2 (ja) 自動焦点補正装置
JPH09318349A (ja) 光学式変位測定装置
JPH07225963A (ja) トラックエラー信号自動調整装置
JPH10162401A (ja) 光ディスク装置およびそのレーザダイオードの発光パワーの基準値補正方法
JPH0528525A (ja) 光デイスク装置のトラツク位置ずれ信号生成装置およびトラツキング制御装置
JP3190783B2 (ja) フォーカシングサーボ機構
JPH0534512U (ja) 光学式変位計
JP2691025B2 (ja) トラッキングサーボ系調整方法
JPS63144428A (ja) 光デイスク記録再生装置のサ−ボ装置
JPH0710244Y2 (ja) 光学式形状測定装置
JPS63242481A (ja) レ−ザ加工機用自動テイ−チング装置
JPS6040534A (ja) トラツキング制御方法及び装置
JPH0763984A (ja) フォーカシングサーボ機構