JPH08247713A

JPH08247713A - 変位センサ

Info

Publication number: JPH08247713A
Application number: JP7825395A
Authority: JP
Inventors: Ritsugan Chiyou; 立岩張; Shinya Otsuki; 真也大槻
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【構成】変位測定用投光素子１２から出射された変位
測定用光２３を変位測定用投光レンズ１３でコリメート
した後、対物レンズ１１で集光させて検出物体１の表面
に照射する。検出物体１で反射した変位測定用光２３を
対物レンズ１１に通過させてコリメートした後、変位測
定用受光レンズ１４で集光して変位測定用受光素子１５
に結像させる。傾き測定用投光素子１９から出射された
傾き測定用光２４を対物レンズ１１でコリメートして検
出物体１の表面に照射する。検出物体１で反射した傾き
測定用光２４を受光レンズ２０で集光し、傾き測定用受
光素子２１に集光させる。【効果】傾き測定用光学系で求めた検出物体の傾き量
βにより、変位測定用光学系で求めた変位量ｄを補正
し、変位量を正確に求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は変位センサに関する。特
に、鏡面物体や光沢材質物体、金属物体等のほぼ鏡面反
射する表面を有する検出物体の変位を測定する、ビーム
偏心法による変位センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、ビーム偏心法により検出物体１
の変位量ｄを測定する変位センサＡの光学系の構成を示
す図である。この変位センサＡは、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）等の投光素子２、焦点距離ｆ₁の投光レンズ３、
焦点距離ｆ₂の対物レンズ４、焦点距離ｆ₃の受光レンズ
５、及び位置検出素子（ＰＳＤ）のような受光素子６か
らなる。投光素子２と投光レンズ３は光軸７を一致させ
て配置されており、投光素子２は投光レンズ３の焦点位
置に置かれている。受光素子６と受光レンズ５も光軸８
を一致させて配置されており、受光素子６も受光レンズ
５の焦点位置に置かれている。投光側の光軸７と受光側
の光軸８とは互いに平行になっており、さらに対物レン
ズ４の光軸９とも平行となり、投光レンズ３及び受光レ
ンズ５はそれぞれ対物レンズ４の片側半分に対向してい
る。以下においては、対物レンズ４の光軸９に垂直で対
物レンズ４の焦点位置を通る平面を測定基準面ＳＦと呼
び、測定基準面ＳＦ上の対物レンズ４の焦点位置を標準
点ＳＰと呼ぶことにする。

【０００３】しかして、投光素子２から出射された測定
用光１０は投光レンズ３で集光されてコリメートされ、
コリメート光として対物レンズ４に入射した測定用光１
０は対物レンズ４で集光されて標準点ＳＰに収束する。
このとき測定基準面ＳＦに検出物体１（ａ）［以下、検
出物体１の表面の位置を検出物体１の位置という。］が
位置していると、図１に実線で示すように、標準点ＳＰ
で検出物体１により鏡面反射された測定用光１０は再び
対物レンズ４を通過してコリメート光となり、さらに受
光レンズ５で集光され、受光素子６上に結像する。この
結果、受光素子６の原点（Ｘ＝０）、つまり光軸８上の
点に受光スポットが生じる。

【０００４】これに対し、測定基準面ＳＦから変位した
検出物体１（ｂ）の場合には、図１に破線で示すよう
に、測定用光１０が受光レンズ５を通して受光素子６上
に集光されて生じる受光スポットの位置が移動するの
で、この受光スポットの移動量（光軸上の原点ｘ＝０か
ら受光強度の重心位置までの距離）ｘを検出することに
より検出物体１の変位量ｄを計算することができる。す
なわち、対物レンズ４と受光レンズ５との距離をｇ、受
光レンズ５の光軸８と対物レンズ４の光軸９との間隔を
ｓ、受光スポットの原点からの移動量をｘ（対物レンズ
４の光軸９に近づく方向を正とする）とすると、測定基
準面ＳＦを基準とする検出物体１の変位量ｄ（測定基準
面ＳＦから遠ざかる方向を正とする）は、次の式で表
わされる。

【０００５】

【数１】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような変位センサＡにあっては、対物レンズ４の光軸方
向に変位し、さらに光軸９に対して傾いている検出物体
１（ｃ）の場合には、図１に２点鎖線で示すように、受
光素子６上の受光スポットはさらに移動し、受光素子６
からの出力が変化する。しかも、この変位量ｄと傾き量
βとを分けて独立に検出することもできなかった。

【０００７】このように受光スポットの移動量ｘは、検
出物体１の変位量ｄだけでなく、検出物体１の傾き量β
によっても変化し、受光素子６上の受光スポットの移動
量ｘが同じであっても、検出物体１に傾きがない場合
（β＝０）と傾きがある場合（β≠０）とで、また傾き
量βの大きさによっても、検出物体１の実際の変位量ｄ
は違ってくる。このため、傾いている可能性のある検出
物体１の変位を検出する場合には、検出物体１の傾きに
よって変位量ｄに測定誤差が発生し、変位センサＡの測
定精度を低下させる原因となっていた。

【０００８】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであって、ビーム偏心法による変位センサに傾
き測定用光学系を付与し、変位と同時に傾きを測定可能
にすることを目的としている。さらに、傾き測定用光学
系により検出した検出物体の傾きを用いて、計測した検
出物体の変位量を補正し、変位量を高精度に測定できる
ようにすることを目的としている。

【０００９】

【発明の開示】請求項１に記載の変位センサは、対物レ
ンズ、対物レンズの光軸から離心した位置に配置されて
いて、対物レンズを通して変位測定用光を検出領域に向
けて出射する変位測定用光源部、対物レンズの光軸から
離心した位置に配置されていて、検出領域で反射された
変位測定用光を対物レンズを通して受光する変位測定用
受光部、からなる変位測定用光学系と；検出領域にある
物体の傾きを検出するための傾き測定用光学系と；を備
えていることを特徴としている。

【００１０】しかして、変位測定用光源部から出射され
た変位測定用光は対物レンズを通過して検出物体上に集
光させられる。検出物体で反射した変位測定用光は対物
レンズを再度通過して変位測定用受光部に結像させられ
る。従って、変位測定用受光部における結像位置の変化
より検出物体の変位量を知ることができる。また、この
変位センサは傾き測定用光学系を備えているので、検出
物体の傾き量も同時に計測することができる。しかも、
変位測定用光学系と傾き測定用光学系とを変位センサと
して一体化することができるので、傾き測定機能を有す
る変位センサを小型化することができる。

【００１１】請求項２に記載の実施態様は、前記傾き測
定用光学系からの出力情報に基づいて、前記変位測定用
光学系の出力情報を補正する補正手段をさらに備えたこ
とを特徴としている。

【００１２】変位量測定の結果は検出物体の傾き量によ
って影響を受けるが、傾き量測定の結果は検出物体の変
位量によって影響を受けないので、傾き量は精度良く検
出することができる。従って、この実施態様により、変
位量測定と同時に測定された傾き量を用いて変位量を補
正すれば、傾きの有無やその大きさに影響されない変位
量を高精度に求めることができる。

【００１３】しかも、変位測定用光学系と傾き測定用光
学系とが一体化されているので、変位量と傾き量とを同
時に計測することができ、測定及び補正の信頼性を高め
ることができる。

【００１４】請求項３に記載の実施態様にあっては、前
記変位測定用光源部は、対物レンズの光軸から外れた位
置にレーザ光を出射するものとなっている。

【００１５】すなわち、変位測定用光としてレーザ光を
用いれば、変位測定用光として放射光を用いた場合のよ
うに変位測定用光を集光したり、コリメートしたりする
ためのレンズが必要なくなり、変位測定用光源部及び変
位測定用受光部の光学的構成を簡単にすることができ
る。従って、変位センサの小型軽量化および低コスト化
に寄与する。

【００１６】請求項４に記載の実施態様にあっては、前
記傾き測定用光学系は、傾き測定用光を出射する傾き測
定用投光素子と、傾き測定用投光素子から出射された傾
き測定用光をコリメートして検出物体に照射させる傾き
測定用投光レンズと、検出物体で反射した傾き測定用光
を集光させる傾き測定用受光レンズと、当該受光レンズ
の焦点位置に配置された傾き測定用受光素子とから構成
されている。

【００１７】しかして、傾き測定用投光素子から出射さ
れた傾き測定用光は傾き測定用投光レンズでコリメート
光に変換されて検出物体に照射され、検出物体で反射さ
れた傾き測定用光は受光レンズを通して測定用受光素子
上に集光させられる。従って、傾き測定用受光素子の受
光位置より検出物体の傾き量を知ることができる。しか
も、コリメート光を検出物体に照射し、傾き測定用受光
素子を傾き測定用受光レンズの焦点位置に配置している
ので、検出物体の変位に影響されることなく、傾き量を
単独で高精度に計測することができる。

【００１８】請求項５に記載の実施態様にあっては、前
記傾き測定用光学系は、傾き測定用光であるレーザ光を
検出物体に向けて出射する傾き測定用投光素子と、検出
物体で反射した傾き測定用光を屈折させる傾き測定用受
光レンズと、当該受光レンズの焦点位置に配置された傾
き測定用受光素子とから構成されている。

【００１９】しかして、傾き測定用投光素子から出射さ
れたレーザ光（傾き測定用光）は検出物体に照射され、
検出物体で反射されたレーザ光は受光レンズを通して測
定用受光素子上に集光させられる。従って、傾き測定用
受光素子の受光位置より検出物体の傾き量を知ることが
できる。しかも、傾き測定用光としてレーザ光を用い、
傾き測定用受光素子を傾き測定用受光レンズの焦点位置
に配置しているので、検出物体の変位に影響されること
なく、傾き量を単独で高精度に計測することができる。
また、傾き測定用光としてレーザ光を用いることにより
傾き測定用投光レンズを不要にでき、傾き測定用光学系
の構成を簡略化し、変位センサの小型軽量化と低コスト
化を図ることができる。

【００２０】請求項６に記載の実施態様にあっては、前
記対物レンズが前記傾き測定用投光レンズを兼ねている
ことを特徴としている。

【００２１】請求項７に記載の実施態様にあっては、前
記対物レンズが、前記傾き測定用受光レンズを兼ねてい
ることを特徴としている。

【００２２】従って、請求項６又は７の実施態様におい
ては、変位センサの構成部品点数を低減させることがで
き、傾き測定用光学系の合理的構成を実現することがで
きる。この結果、変位センサを小型軽量化することがで
き、組み立て工程も簡略化でき、コストも低廉にするこ
とができる。

【００２３】請求項８に記載の実施態様にあっては、前
記傾き測定用受光レンズが、前記対物レンズと別個に設
けられていることを特徴としている。

【００２４】傾き測定用受光レンズを対物レンズと別体
としておけば、傾き測定範囲が大きくなった場合には、
対物レンズを大きくすることなく、傾き測定用受光レン
ズのみを大きくすることによって対応することができ
る。従って、傾き測定範囲が大きくなった場合に却って
変位センサが大型化するのを防止でき、傾き測定範囲が
大きくて小型軽量な変位センサを製作することができ
る。

【００２５】請求項９に記載の実施態様にあっては、前
記傾き測定用受光素子が２次元位置検出素子であること
を特徴としている。

【００２６】傾き測定用受光素子として２次元位置検出
素子を用いれば、２方向の傾きを計測することができる
ので、検出物体の傾きによる変位量補正の効果をさらに
高めることができる。

【００２７】請求項１０に記載の実施態様にあっては、
前記傾き測定用投光素子の光出射側に開口絞りを設けた
ことを特徴としている。

【００２８】傾き測定用投光素子の出射側に開口絞りを
設ければ、傾き測定用投光素子の点光源化を図って傾き
測定用光のコリメート精度を向上させることができ、あ
るいは傾き測定用光を細く絞ることができ、傾き量の計
測精度を向上させることができる。

【００２９】請求項１１に記載の実施態様にあっては、
前記変位測定用光源部が変位測定用光をコリメートして
対物レンズに入射させる変位測定用投光レンズを有し、
前記変位測定用受光部が検出物体で反射され対物レンズ
を通過した変位測定用光を集光する変位測定用受光レン
ズを有し、当該変位測定用受光レンズの開口径が当該変
位測定用投光レンズの開口径以上の寸法を有しているこ
とを特徴としている。

【００３０】変位測定用投光レンズの開口径が小さいほ
ど検出物体に照射される変位測定用光の焦点深度が深く
なり、検出物体が移動しても検出物体上のスポット径の
変化が小さくなり、変位測定用受光素子上での像（受光
強度パターン）にボケが生じにくくなる。一方、変位測
定用受光レンズは検出物体に傾きがある場合などにも変
位測定用光を受光できるよう大きい方が好ましい。従っ
て、受光レンズ径は少なくとも投光レンズ径と等しい
か、投光レンズ径よりも大きいことが望ましい。

【００３１】請求項１２に記載の実施態様にあっては、
変位測定用光により検出物体の表面に生じる光スポット
が、傾き測定用光により検出物体の表面に生じる光スポ
ットの内部にあることを特徴としている。

【００３２】しかして、変位測定用光と傾き測定用光が
検出物体の同一箇所に照射されるので、同一箇所で変位
測定と傾き測定を行え、変位の補正精度が向上する。ま
た、小さな検出物体の場合にも変位測定と傾き測定を行
うことができる。

【００３３】請求項１３に記載の実施態様にあっては、
前記変位測定用光と前記傾き測定用光とが互いに波長を
異にしていることを特徴としている。

【００３４】波長の異なる変位測定用光と傾き測定用光
を用いれば、変位測定と傾き測定とを干渉させることな
く、互いに分離独立させて行なうことができる。従っ
て、互いの計測が他方の計測に影響を与えて計測精度を
低下させるのを防止することができ、変位測定と傾き測
定の各精度を向上させることができる。

【００３５】請求項１４に記載の実施態様にあっては、
前記変位測定用光と前記傾き測定用光がいずれも偏光で
あって、その偏光方向が互いに異なっていることを特徴
としている。

【００３６】偏光方向の異なる変位測定用光と傾き測定
用光を用いれば、変位測定と傾き測定とを干渉させるこ
となく、互いに分離独立させて行なうことができる。従
って、互いの計測が他方の計測に影響を与えて計測精度
を低下させるのを防止することができ、変位測定と傾き
測定の各精度を向上させることができる。

【００３７】

【実施例】図２（ａ）は本発明の一実施例による変位セ
ンサＢの光学系を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）
のＸ１−Ｘ１線断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＹ１
−Ｙ１線断面図である。この変位センサＢにおいては、
変位測定用光学系Ｂ１と傾き測定用光学系Ｂ２とが一体
に構成されている。変位測定用光学系Ｂ１は図２（ａ）
のＸ１−Ｘ１線断面に構成されており、この断面におい
ては対物レンズ１１はほぼ全形を有している。また、傾
き測定用光学系Ｂ２は図２（ａ）のＹ１−Ｙ１線断面に
構成されており、この断面においては、対物レンズ１１
は一部を欠いた形状となっている。この実施例では、変
位測定用光学系Ｂ１の対物レンズ１１が傾き測定用光学
系Ｂ２の投光レンズを兼ねている。傾き測定用投光レン
ズは対物レンズ１１とは別個に設けてもよいが、この実
施例のように兼用させることにより変位センサＢを小型
軽量化し、コストを低減することができる。

【００３８】変位測定用光学系Ｂ１は、図２（ｂ）に示
すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の変位測定用投
光素子１２、焦点距離ｆ₁の変位測定用投光レンズ１
３、焦点距離ｆ₂の対物レンズ１１、焦点距離ｆ₃の変位
測定用受光レンズ１４、及び位置検出素子（ＰＳＤ）の
ような変位測定用受光素子１５からなる。変位測定用光
源部を構成する変位測定用投光素子１２と変位測定用投
光レンズ１３は光軸１６を一致させて配置されており、
変位測定用投光素子１２は変位測定用投光レンズ１３の
焦点位置に置かれている。変位測定用受光部を構成する
変位測定用受光素子１５と変位測定用受光レンズ１４も
光軸１７を一致させて配置されており、変位測定用受光
素子１５も変位測定用受光レンズ１４の焦点位置に置か
れている。投光側の光軸１６と受光側の光軸１７とは互
いに平行になっており、さらに対物レンズ１１の光軸１
８とも平行となり、変位測定用投光レンズ１３及び変位
測定用受光レンズ１４はそれぞれ対物レンズ１１の片側
半分に対向している。

【００３９】傾き測定用光学系Ｂ２は、図２（ｃ）に示
すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の傾き測定用投
光素子１９、焦点距離ｆ₂の対物レンズ１１（傾き測定
用投光レンズ）、焦点距離ｆ₄の傾き測定用受光レンズ
２０、２次元位置検出素子（ＰＳＤ）のような傾き測定
用受光素子２１からなる。傾き測定用光学系Ｂ２の光源
側は傾き測定用投光素子１９と対物レンズ１１とから構
成されており、傾き測定用投光素子１９は対物レンズ１
１からその焦点距離ｆ₂だけ離して対物レンズ１１の光
軸１８から離心した位置に配置されている。したがっ
て、傾き測定用投光素子１９から出射された傾き測定用
光２４は、対物レンズ１１を通過してコリメートされ、
対物レンズ１１の光軸に対して角度αだけ傾いた平行光
となって検出物体１に照射される。傾き測定用受光レン
ズ２０は対物レンズ１１の一部欠いた領域に納められて
いる。傾き測定用光学系Ｂ２の受光側を構成する傾き測
定用受光レンズ２０と傾き測定用受光素子２１の光軸２
２は、測定基準面ＳＦで鏡面反射されたコリメート光
（傾き測定用光２４）の光線方向と一致させられてい
る。すなわち、傾き測定用受光レンズ２０及び傾き測定
用受光素子２１の光軸２２は、対物レンズ１１の光軸１
８に対してαの傾きを有している。さらに、傾き測定用
受光素子２１は、傾き測定用受光レンズ２０の焦点位置
に配置されている。

【００４０】まず、この変位センサＢ（傾き測定用光学
系Ｂ２）により検出物体１の傾きを測定する原理を図３
により説明する。傾き測定用投光素子１９から出射され
た傾き測定用光２４は、対物レンズ１１を通過して光軸
１８からαだけ傾いたコリメート光となり、検出物体１
の表面に照射される。検出物体１が傾いていない（β＝
０）場合には、検出物体１の表面で反射された傾き測定
用光２４は、傾き測定用受光レンズ２０の光軸２２と平
行なコリメート光として傾き測定用受光レンズ２０に入
射する。従って、傾き測定用光２４は傾き測定用受光レ
ンズ２０の焦点に集光し、傾き測定用受光素子２１の原
点位置（ｙ＝０）に集光し、受光スポットを生じる。

【００４１】これに対し、図３に破線で示すように検出
物体１が測定基準面ＳＦに対して傾き量βだけ傾くと、
検出物体１の表面で反射した傾き測定用光２４は光軸２
２に対して２β傾くので、焦点距離ｆ₄の位置で集光す
る受光スポットは原点位置からｙ＝ｆ₄・tan
（２β） … だけ移動することになる。従って、傾き測定用受光素子
２１上における受光スポットの移動量ｙを検出すること
により、検出物体１の傾き量βを求めることができる。

【００４２】一方、検出物体１が一定の傾き量βを保っ
たままで平行移動した場合には、検出物体１で反射され
た傾き測定用光２４の光軸２２に対する角度２βは変化
しないので、傾き測定用受光素子２１上の受光スポット
の位置［ｙ＝ｆ・tan（２β）］は変化しない。すなわ
ち、傾き測定用光学系Ｂ２は検出物体１の変位量ｄに影
響されることなく、傾き量βだけを精度良く検出するこ
とができる。

【００４３】なお、傾き測定用受光素子２１としては、
上記のように２次元位置検出素子や電荷結合素子を用い
るのが好ましいが、１次元位置検出素子をその位置検出
方向が図２（ａ）のＹ１−Ｙ１断面と垂直な方向となる
ように配置しても差し支えない。

【００４４】次に、この変位センサＢ（変位測定用光学
系Ｂ１）により検出物体１の変位を測定する原理を図４
により説明する。変位測定用投光素子１２から出射され
た変位測定用光２３は変位測定用投光レンズ１３でコリ
メートされ、さらに対物レンズ１１により集光されて標
準点ＳＰに収束するので、検出物体１が測定基準面ＳＦ
にあれば、検出物体１の表面で反射された変位測定用光
２３は、変位測定用受光レンズ１４で集光され、変位測
定用受光素子１５上の原点（ｘ＝０）に受光スポットを
生じる。また、図４に破線もしくは２点鎖線で示すよう
に、検出物体１がｄだけ変位すると、標準点ＳＰから２
ｄの位置に標準点ＳＰの鏡像を生じるので、変位測定用
受光素子１５上の受光スポットはｘだけ移動する。この
変位測定用受光素子１５上での受光スポットの移動量ｘ
を検出すれば、結像の関係から検出物体１の変位量ｄを
求めることができる。しかし、変位測定用光学系Ｂ１の
場合には、従来例でも説明したように、検出物体１１の
傾き量βによっても受光スポットの移動量ｘが影響を受
ける。

【００４５】上記のように、変位測定用光学系Ｂ１によ
る変位量ｄの測定結果、つまり移動量ｘの値は検出物体
１の変位量ｄ及び傾き量βの関数となっているが、傾き
量βは傾き測定用光学系Ｂ２によって正確、かつ独立に
求めることができる。従って、傾き測定用受光素子２１
上での受光スポットの移動量ｙから傾き量βを求めれ
ば、変位測定用受光素子１５上での受光スポットの移動
量ｘと傾き量βとから正確に変位量ｄを求めることがで
きる。

【００４６】図５（ａ）（ｂ）はそれぞれ、検出物体１
が対物レンズ１１の光軸１８上でｄだけ変位し、しかも
βだけ傾いたときの、検出物体１の近傍における光線の
様子と、変位測定用受光部の近傍における光線の様子を
示している。このときβだけ傾いた検出物体１による標
準点ＳＰ（集光点）の像が変位測定用受光素子１５上の
原点からｘの位置に結像すると考える。図５（ａ）の方
向にβだけ傾いた検出物体１による標準点ＳＰの鏡像ｉ
₁の位置は、標準点ＳＰから光軸１８の方向へ２ｄ・cos
²β、光軸１８と垂直な方向へ２ｄ・cosβ・sinβの位
置であるから、対物レンズ１１を通過後の標準点ＳＰの
虚像ｉ₂は対物レンズ１１の中心から光軸１８に沿ってｐ＝ｆ₂（ｆ₂＋２ｄ・cos²β）／（２ｄ・cos²β）、光軸からの垂直距離がｑ＝ｆ₂・tanβ の位置に生じる。この虚像ｉ₂が変位測定用受光レンズ
１４により変位測定用受光素子１５上に結像するから、
図５（ｂ）から明らかなように、ｘ／ｆ₃＝（ｑ＋ｓ）
／（ｐ−ｇ）の関係が成り立つ。従って、変位測定用受
光素子１５上の受光スポットの移動量ｘは次の式で表
わされる。但し、ｇは対物レンズ１１と変位測定用受光
レンズ１４の距離、ｓは変位測定用受光レンズ１４の光
軸と対物レンズ１１の光軸との距離である。

【００４７】

【数２】

【００４８】従って、検出物体１の変位量ｄを求める
と、次の式が得られる。

【００４９】

【数３】

【００５０】図６は変位センサＢの信号処理回路２５の
一例を示すブロック図であって、移動量演算回路２８は
傾き測定用受光素子２１の出力から、受光スポットの移
動量ｙを求める。ついで、傾き量演算回路２９は、例え
ば上記式に基づき、移動量演算回路２８で求めた移動
量ｙから検出物体１の傾き量βを求める。求めた傾き量
βは変位量演算部２７及び外部へ出力される。また、移
動量演算回路２６は変位測定用受光素子１５の出力か
ら、受光スポットの移動量ｘを求める。ついで、変位量
演算回路２７は、例えば上記式に基づき、移動量演算
回路２６で求めた移動量ｘと傾き量演算回路２９で求め
た傾き量βから検出物体１の変位量ｄを求める。求めた
変位量ｄは出力される。この結果、変位センサＢから
は、高精度に求めた変位量ｄと傾き量βとを出力するこ
とができる。

【００５１】図７（ａ）は本発明の別な実施例による変
位センサＣの光学系を示す平面図、図７（ｂ）は図７
（ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図であって変位測定用光学系
Ｃ１を示しており、図７（ｃ）は図７（ａ）のＹ２−Ｙ
２線断面図であって傾き測定用光学系Ｃ２を示してい
る。図７（ｂ）から明らかなように、この変位センサＣ
も変位測定用光学系Ｃ１は前記変位センサＢと同じくビ
ーム偏心法を用いた構成となっている。これに対し、傾
き測定用光学系Ｃ２においては対物レンズ１１が全形を
有しており、対物レンズ１１が傾き測定用光学系Ｃ２の
投光レンズを兼ね、さらに対物レンズ１１が傾き測定用
受光レンズを兼ねている。傾き測定用受光素子２１は対
物レンズ１１から対物レンズ１１の焦点距離ｆ₂と等し
い距離に配置されている。従って、この変位センサＣで
は、構成を簡略化して部品点数を減らすことができ、光
学系を小型軽量化し、コストも安価にすることができ
る。

【００５２】この変位センサＣの傾き測定用光学系Ｃ２
においては、傾き測定用投光素子１９は対物レンズ１１
から焦点距離ｆ₂だけ離れた位置において対物レンズ１
１の光軸１８から離心するように設けられている。ま
た、傾き測定用受光素子２１も対物レンズ１１の光軸１
８を挟んで傾き測定用投光素子１９と反対側において、
対物レンズ１１と焦点距離ｆ₂離れた位置に設けられて
いる。しかして、傾き測定用投光素子１９から出射され
た傾き測定用光２４は対物レンズ１１の縁部分を通過し
てコリメートされ、検出物体１に照射される。検出物体
１が傾いていない（β＝０）場合には、検出物体１で反
射された傾き測定用光２４は光軸に対して一定の傾きα
で対物レンズ１１に入射するので、検出物体１の変位量
ｄに関係なく一定位置に集光する。これに対し、図７
（ｃ）に破線で示すように、検出物体１がβだけ傾く
と、対物レンズ１１に入射する傾き測定用光２４の角度
が２βだけ変化するので、傾き測定用受光素子２１上で
の結像位置も変化する。従って、この受光スポットの移
動量ｙを求めることにより、検出物体１の傾き量βを検
出することができる。

【００５３】上記のように傾き測定用受光素子２１を対
物レンズ１１を用いて構成すれば、光学系を簡単にする
ことができる。これに対し、対物レンズ１１と傾き測定
用受光レンズ２０とを別々に構成してあれば、傾き量β
の測定範囲を大きくとりたい場合に有益である。すなわ
ち、傾き測定用受光素子２１と対物レンズ１１が兼用さ
れていれば、傾き量βの測定範囲を大きくとろうとすれ
ば、対物レンズ１１そのものを大きくする必要があり、
非常に大口径で開口数ＮＡの小さな高価な対物レンズ１
１が必要となる。しかし、傾き測定用受光レンズ２０と
対物レンズ１１が別個であれば、図８に示す傾き測定用
光学系Ｄ２ように傾き測定用受光レンズ２０のみを大き
くすればよく、傾き量βの測定範囲を大きくとりたい場
合に光学系が却って大きくなるのを避けることができ、
コストも安価にすることができる。

【００５４】図９は本発明のさらに別な実施例による変
位センサの傾き測定用光学系Ｅ２を示す図である。この
傾き測定用光学系Ｅ２にあっては、傾き測定用投光素子
１９の光出射口に、つまり対物レンズ１１から焦点距離
ｆ₂の位置に開口絞り３０を設けている。しかして、傾
き測定用光２４を開口絞り３０のピンホール３１を通し
て出射させることにより傾き測定用投光素子１９を点光
源とみなすことができ、傾き測定用光２４のコリメート
性を向上させ、傾きがない検出物体１からの反射光を傾
き測定用受光レンズ２０の焦点に、つまり傾き測定用受
光素子２１の原点の小さな領域に集中させることができ
る。つまり、受光スポットのボケを小さくできる。

【００５５】図１０は本発明のさらに別な実施例による
変位センサの傾き測定用光学系Ｆ２を示す図である。こ
の傾き測定用光学系Ｆ２にあっては、傾き測定用投光素
子１９と対物レンズ１１の中間において傾き測定用投光
素子１９から一定距離離れた位置に開口絞り３２を設け
ている。開口絞り３２の開口３３を通して傾き測定用光
２４を対物レンズ１１に入射させることにより傾き測定
用光２４のビーム径を細く絞ることができる。従って、
この変位センサは、非常に小さい検出物体１を検出する
用途に適している。

【００５６】図１１は本発明のさらに別な実施例による
変位センサの傾き測定用光学系Ｇ２を示す図である。こ
の実施例にあっては、傾き測定用光学系Ｇ２の光源側に
おいて、一端でピンホール状に小さくなった円錐状の開
口３５を有する開口絞り３４を用いている。しかして、
この開口絞り３４によれば、受光スポットのボケを小さ
くすると共に傾き測定用光２４のビームサイズを小さく
絞ることができる。

【００５７】図１２（ａ）は本発明のさらに別な実施例
による変位センサの変位測定用光学系Ｈ１を示す図であ
る。この変位測定用光学系Ｈ１にあっては、図１２
（ａ）に示すように、変位測定用投光レンズ１３の開口
径を変位測定用受光レンズ１４の開口径よりも小さくし
ている。変位測定用光学系においては、検出物体１の変
位に従って受光素子上で見た物体からの像にボケが生
じ、このボケは測定誤差の一つの原因となっている。す
なわち、変位測定用投光レンズ１３の開口数ＮＡが小さ
ければ、投光スポット径が大きくなるが、焦点深度は小
さくなり、変位測定範囲内でスポット径の変化が大きく
なる。このため、図１２（ｃ）に示すように、検出物体
１が測定基準面ＳＦにある場合には小さな径の受光スポ
ット３６ａであったものが、検出物体１が変位すると、
受光スポット３６ｂのように広がってボケが生じる。結
像のボケを防ぐためには、できる限り変位測定範囲内で
投光スポット径の変化がないように、あるいは、投光ス
ポット径の変化が小さくなるようにする必要がある。そ
のためには、変位測定用投光レンズ１３はその開口径を
小さく（開口数ＮＡを大きく）すればよく、図１２
（ｂ）に示すように変位前の受光スポット３７ａは検出
物体１が変位しても受光スポット３７ｂのように像のボ
ケを小さくする効果が得られる。従って、受光スポット
のボケ防止ためには、変位測定用投光レンズ１３の開口
径は小さいことが好ましい。特に、変位測定用受光素子
１５よりも小さいことが好ましい。

【００５８】また、検出物体１の変位量ｄの測定範囲を
広くするためには、変位測定用受光レンズ１４の開口径
は大きいことが望ましい。特に、検出物体１に傾きがあ
っても、大きな変位量ｄを検出できるようにするために
は、変位測定用受光レンズ１４の開口径は大きくするの
が好ましい。特に、変位測定用投光レンズ１３の開口径
よりも大きいことが望ましい。

【００５９】図１３（ａ）は本発明のさらに別な実施例
による変位センサＪの光学系を示す平面図、図１３
（ｂ）は図１３（ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図であって変
位測定用光学系Ｊ１を示しており、図１３（ｃ）は図１
３（ａ）のＹ３−Ｙ３線断面図であって傾き測定用光学
系Ｊ２を示している。この変位センサＪにあっては、変
位測定用投光素子１２から出射される変位測定用光２３
と傾き測定用投光素子１９から出射される傾き測定用光
２４の波長が異なっている。このためには変位測定用投
光素子１２と傾き測定用投光素子１９として、発光波長
の異なる発光ダイオード等を用いればよい。あるいは、
変位測定用投光素子１２及び傾き測定用投光素子１９か
ら出射された変位測定用光２３及び傾き測定用光２４を
異なる特性の波長選択フィルタに通すことによって変位
測定用光２３と傾き測定用光２４の波長を異ならせても
よい。一方、変位測定用受光素子１５の入射側には、変
位測定用光２３の波長の光を透過する波長選択フィルタ
３８を配置し、傾き測定用受光素子２１の入射側には、
傾き測定用光２４の波長の光を透過する波長選択フィル
タ３９を配置している。しかして、変位測定用波長の光
（変位測定用光２３）のみを変位測定用受光素子１５に
入射させ、傾き測定用波長の光（傾き測定用光２４）の
みを傾き測定用受光素子２１に入射させることができ、
互いの干渉を防止して変位測定用光学系Ｊ１と傾き測定
用光学系Ｊ２とをはっきりと分離独立させることができ
る。

【００６０】図１４は本発明のさらに別な実施例による
変位センサＫの光学系を示す平面図、図１４（ｂ）は図
１４（ａ）のＸ４−Ｘ４線断面図であって変位測定用光
学系Ｋ１を示しており、図１４（ｃ）は図１４（ａ）の
Ｙ４−Ｙ４線断面図であって傾き測定用光学系Ｋ２を示
している。この変位センサＫにあっては、変位測定用投
光素子１２から出射される変位測定用光２３と傾き測定
用投光素子１９から出射される傾き測定用光２４とをそ
れぞれ直線偏光とし、偏光方向を互いに直交させてい
る。このためには、例えば変位測定用投光素子１２と傾
き測定用投光素子１９の出射側に、偏光方向を互いに直
交させた偏光子を配置すればよい。一方、変位測定用受
光素子１５の入射側には、変位測定用光２３のみを透過
させるように偏光ビームスプリッタ（又は、偏光子）４
０を配置し、傾き測定用受光素子２１の入射側には、傾
き測定用光２４のみを透過させるように偏光ビームスプ
リッタ（又は、偏光子）４１を配置している。

【００６１】しかして、変位測定用偏光（変位測定用光
２３）のみを変位測定用受光素子１５に入射させ、傾き
測定用偏光（傾き測定用光２４）のみを傾き測定用受光
素子２１に入射させることができ、互いの干渉を防止し
て変位測定用光学系Ｋ１と傾き測定用光学系Ｋ２とをは
っきりと分離独立させることができる。

【００６２】図１５（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な
実施例による変位測定用光学系Ｌ１及び傾き測定用光学
系Ｌ２を示す図、図１５（ｃ）（ｄ）（ｅ）は検出物体
１上に照射されている変位測定用光２３及び測定用光２
４を示す図である。この実施例においては、設定されて
いる変位測定範囲において、変位測定用光学系Ｌ１の変
位測定用光２３が傾き測定用光学系Ｌ２の傾き測定用光
２４の内部に含まれるようにしている。すなわち、検出
物体１が変位すると、検出物体１上に照射されている変
位測定用光２３のスポット位置と傾き測定用光２４のス
ポット位置とが移動するが、検出物体１が変位測定範囲
内にある場合には、常に変位測定用光２３が傾き測定用
光２４の内部にあるようにしている。例えば、検出物体
１の変位測定範囲が図１５（ａ）（ｂ）に示すように測
定基準面ＳＦを挟んで境界ＭＢ１とＭＢ２の間に設定さ
れているとすると、境界ＭＢ１にあるときのスポット位
置は図１５（ｃ）のようになり、測定基準面ＳＦにある
ときのスポット位置は図１５（ｄ）のようになり、境界
ＭＢ２にあるときのスポット位置は図１５（ｅ）のよう
になるが、検出物体１が変位測定範囲内にあれば、変位
測定用光２３が傾き測定用光２４の外に出ないようにし
ている。この結果、変位測定箇所と傾き測定箇所とがず
れることがなく、正確に変位測定箇所の傾きを補正して
変位量を精密に測定することができる。

【００６３】図１６（ａ）は本発明のさらに別な実施例
による変位センサＭの光学系を示す平面図、図１６
（ｂ）は図１６（ａ）のＸ５−Ｘ５線断面図であって変
位測定用光学系Ｍ１を示しており、図１６（ｃ）は図１
６（ａ）のＹ５−Ｙ５線断面図であって傾き測定用光学
系Ｍ２を示している。傾き測定用光学系Ｍ２は図８に示
したものと同様な構成を有している。

【００６４】変位測定用光学系Ｍ１にあっては、変位測
定用光源部を構成する変位測定用投光素子１２ａは、ヘ
リウム−ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザや半導体レーザ素
子等のレーザ発振器やレーザ発振器から出射されたレー
ザ光を導く光ファイバのような光導管などから構成され
ており、変位測定用投光素子１２ａからは結像レンズ１
１の光軸１８と平行にコヒーレントなレーザ光（変位測
定用光２３ａ）が出射される。変位測定用受光部を構成
する変位測定用受光素子１５は対物レンズ１１から距離
ｒ（≠ｆ₂）の位置に配置されている。しかして、図１
６（ｂ）に示すように、変位測定用投光レンズも変位測
定用受光レンズもなく、変位測定用投光素子１２ａから
出射された変位測定用光２３ａは対物レンズ１１で屈折
し、検出物体１で反射される。検出物体１で反射された
変位測定用光２３ａは対物レンズ１１で屈折して変位測
定用受光素子１５に入射する。変位測定用受光素子１５
は対物レンズ１１の焦点距離ｆ₂から外れているので、
変位測定用光２３ａは検出物体１の変位によって変位測
定用受光素子１５上での入射点が変化し、この入射点の
移動量ｘから検出物体１の変位量ｄを求めることができ
る。また、検出物体１の傾きによっても変位測定用受光
素子１５上での入射点は移動するが、これは傾き測定用
光学系Ｍ２により求めた傾き量βから補正される。

【００６５】この実施例によれば、変位測定用投光レン
ズと変位測定用受光レンズが必要なくなるので、変位測
定用光学系Ｍ１の構成を非常に簡単にすることができ
る。また、傾き測定用光学系Ｍ２では、傾き測定用受光
レンズ２０が対物レンズ１１と別個になっているので、
対物レンズ１１の寸法を拡大することなく大きな傾き量
も測定できる。

【００６６】図１７（ａ）は本発明のさらに別な実施例
による変位センサＮの光学系を示す平面図、図１７
（ｂ）は図１７（ａ）のＸ６−Ｘ６線断面図であって変
位測定用光学系Ｎ１を示しており、図１７（ｃ）は図１
７（ａ）のＹ６−Ｙ６線断面図であって傾き測定用光学
系Ｎ２を示している。変位測定用光学系Ｎ１は図１６
（ｂ）に示したものと同様な構成を有しており、変位測
定用投光レンズと変位測定用受光レンズがなく、変位測
定用投光素子１２ａからはコヒーレントなレーザ光が出
射される。また、傾き測定用光学系Ｎ２は図７（ｃ）の
傾き測定用光学系Ｃ２と同じものであって、対物レンズ
１１が傾き測定用受光レンズを兼ねている。

【００６７】この実施例によれば、変位測定用投光レン
ズと変位測定用受光レンズと傾き測定用受光レンズが必
要なくなるので、レンズとしては対物レンズ１１のみと
なり、変位センサＮの構成を非常に簡単にして小型軽量
化することができる。

【００６８】図１８（ａ）は本発明のさらに別な実施例
による変位センサＰの光学系を示す平面図、図１８
（ｂ）は図１８（ａ）のＸ７−Ｘ７線断面図であって変
位測定用光学系Ｐ１を示しており、図１８（ｃ）は図１
８（ａ）のＹ７−Ｙ７線断面図であって傾き測定用光学
系Ｐ２を示している。この変位センサＰは、傾き測定用
光学系Ｐ２でもレーザ光を用いるようにしたものであ
る。すなわち、対物レンズ１１の一部を欠いて、その部
分にＨｅ−Ｎｅレーザ、半導体レーザ素子や光ファイバ
等の傾き測定用投光素子１９ａを配置し、傾き測定用投
光素子１９ａから出射された傾き測定用光２４ａ（レー
ザ光）を直接検出物体１に投射させるようにしている。
傾き測定用受光素子２１は対物レンズ１１から焦点距離
ｆ₂の位置に配置されているので、検出物体１が平行変
位しても傾き測定用受光素子２１上での入射点は変化し
ないが、検出物体１が傾くと入射点が移動するので、傾
き測定用受光素子２１上での入射点の移動量ｙを検出す
ることによって検出物体１の傾き量βを求めることがで
きる。なお、変位測定用光学系Ｐ１は図１６や図１７と
同じものを示しているが、これに限るものではない。

【００６９】上記実施例では、変位測定用光学系と傾き
測定用光学系とは互いに直交する面内で構成されている
が、同じ面内に構成することもできる。例えば、図１９
（ａ）（ｂ）に示す変位センサＱは、図７（ｂ）（ｃ）
に示した変位測定用光学系（Ｃ１）と傾き測定用光学系
（Ｃ２）を同一面内に構成したものである。対物レンズ
１１は共用しているが、傾き測定用投光素子１９及び傾
き測定用受光素子２１は変位測定用投光素子１２、変位
測定用投光レンズ１３、変位測定用受光レンズ１４及び
変位測定用受光素子１５の外側に配置している。また、
変位測定用光２３と傾き測定用光２４の混乱を避けるた
め、変位測定用投光素子１２から出射される変位測定用
光２３と傾き測定用投光素子１９から出射される傾き測
定用光２４とを偏光方向の異なる直線偏光とし、変位測
定用受光素子１５の入射側には変位測定用光２３のみを
透過する偏光ビームスプリッタ（又は、偏光子）４２を
配置し、傾き測定用受光素子２１の入射側には傾き測定
用光２４のみを透過する偏光ビームスプリッタ（又は、
偏光子）４３を配置している。

【００７０】また、図２０（ａ）（ｂ）に示す変位セン
サＲは、図１７（ｂ）（ｃ）に示した変位測定用光学系
（Ｎ１）と傾き測定用光学系（Ｎ２）を同一面内に構成
したものである。この変位センサＲでは、傾き測定用投
光素子１９及び傾き測定用受光素子２１の外側に、変位
測定用投光素子１２ａ及び変位測定用受光素子１５を配
置している。また、変位測定用光２３ａ（レーザ光）と
傾き測定用光２４の混乱を避けるため、変位測定用投光
素子１２ａから出射される変位測定用光２３ａと傾き測
定用光２４から出射される傾き測定用光２４とを波長の
異なる光とし、変位測定用受光素子１５の入射側には変
位測定用光２３ａのみを透過する波長選択フィルタ４４
を配置し、傾き測定用受光素子２１の入射側には傾き測
定用光２４のみを透過する波長選択フィルタ４５を配置
している。

【００７１】さらには、変位測定用光と傾き測定用光と
を互いに重ね合わせて検出物体１に照射させるようにす
ることもできる。例えば、図２１（ａ）（ｂ）に示す変
位センサＳでは、変位測定用投光素子１２から出射され
る変位測定用光２３と傾き測定用投光素子１９から出射
される傾き測定用光２４とを偏光方向の異なる直線偏光
とし、変位測定用光２３を透過させ傾き測定用光２４を
反射させる偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４６を対物
レンズ１１と変位測定用投光レンズ１３の間に配置して
いる。しかして、変位測定用投光素子１２から出射され
た変位測定用光２３と傾き測定用投光素子１９から出射
された傾き測定用光２４は、偏光ビームスプリッタ４６
によって共軸状に重ね合わせられ、対物レンズ１１を通
過した後に検出物体１に照射される。

【００７２】また、対物レンズ１１と変位測定用受光レ
ンズ１４の間にも、変位測定用光２３を透過させ傾き測
定用光２４を反射させる偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）４７を配置している。しかして、検出物体１で反射
した変位測定用光２３及び傾き測定用光２４は、対物レ
ンズ１１を通過した後、偏光ビームスプリッタ４７によ
って分離され、偏光ビームスプリッタ４７を透過した変
位測定用光２３は変位測定用受光素子１５に結像し、偏
光ビームスプリッタ４７で反射した傾き測定用光２４は
傾き測定用受光素子２１に集光する。このように変位測
定用光２３と傾き測定用光２４を重ね合わせて検出物体
１に照射すれば、変位測定箇所と傾き測定箇所とのずれ
をなくすことができる。なお、４８は変位測定用光２３
のみを透過させる偏光子、４９は傾き測定用光２４のみ
を透過させる偏光子である。

【００７３】図２２（ａ）（ｂ）に示す変位センサＴ
は、変位測定用光２３ａと傾き測定用光２４とを重ね合
わせたさらに別な実施例である。変位測定用投光素子１
２ａから出射される変位測定用光２３ａ（レーザ光）と
傾き測定用投光素子１９から出射される傾き測定用光２
４とを波長の異なる光とし、変位測定用光２３ａを反射
させ傾き測定用光２４を透過させるダイクロイックミラ
ー５０を対物レンズ１１と傾き測定用投光素子１９の間
に配置している。しかして、変位測定用投光素子１２ａ
から出射された変位測定用光２３ａと傾き測定用投光素
子１９から出射された傾き測定用光２４は、ダイクロイ
ックミラー５０によって共軸状に重ね合わせられ、対物
レンズ１１を通過した後に検出物体１に照射される。

【００７４】また、対物レンズ１１と傾き測定用受光素
子２１の間にも、変位測定用光２３ａを反射させ傾き測
定用光２４を透過させるダイクロイックミラー５１を配
置している。しかして、検出物体１で反射した変位測定
用光２３ａ及び傾き測定用光２４は、対物レンズ１１を
通過した後、ダイクロイックミラー５１によって分離さ
れ、ダイクロイックミラー５１を反射した変位測定用光
２３ａは変位測定用受光素子１５に結像し、ダイクロイ
ックミラー５１を透過した傾き測定用光２４は傾き測定
用受光素子２１に集光する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の変位センサにおける光学系の構成を示す
図である。

【図２】（ａ）は本発明の一実施例による変位センサの
光学系の構成を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ
１−Ｘ１線断面図であって、変位測定用光学系を示す。
（ｃ）は（ａ）のＹ１−Ｙ１線断面図であって、傾き測
定用光学系を示す。

【図３】同上の傾き測定原理を説明するための光線図で
ある。

【図４】同上の変位測定原理を説明するための光線図で
ある。

【図５】（ａ）（ｂ）は検出物体が変位及び傾きを有し
ている場合の変位測定用受光素子の受光スポットの移動
量を求めるための説明図である。

【図６】同上の変位センサの信号処理回路の一例を示す
ブロック図である。

【図７】（ａ）は本発明の別な実施例による変位センサ
の光学系の構成を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）の
Ｘ２−Ｘ２線断面図であって、変位測定用光学系を示
す。（ｃ）は（ａ）のＹ２−Ｙ２線断面図であって、傾
き測定用光学系を示す。

【図８】本発明のさらに別な実施例による変位センサの
傾き測定用光学系を示す図である。

【図９】本発明のさらに別な実施例による変位センサの
傾き測定用光学系を示す図である。

【図１０】本発明のさらに別な実施例による変位センサ
の傾き測定用光学系を示す図である。

【図１１】本発明のさらに別な実施例による変位センサ
の傾き測定用光学系を示す図である。

【図１２】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による変
位センサの変位測定用光学系を示す図である。（ｂ）は
当該変位測定用光学系における変位測定用受光素子上で
の受光強度のパターンを示す図である。（ｃ）は比較の
ために変位測定用投光レンズ１３と受光レンズのレンズ
径が等しい場合における変位測定用受光素子上での受光
強度のパターンを示す図である。

【図１３】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による変
位センサの光学系の構成を示す平面図である。（ｂ）は
（ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図であって、変位測定用光学
系を示す。（ｃ）は（ａ）のＹ３−Ｙ３線断面図であっ
て、傾き測定用光学系を示す。

【図１４】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による変
位センサの光学系の構成を示す平面図である。（ｂ）は
（ａ）のＸ４−Ｘ４線断面図であって、変位測定用光学
系を示す。（ｃ）は（ａ）のＹ４−Ｙ４線断面図であっ
て、傾き測定用光学系を示す。

【図１５】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施例に
よる変位センサの変位測定用光学系と傾き測定用光学系
を示す図である。（ｃ）（ｄ）（ｅ）は検出物体上にお
ける変位測定用光と傾き測定用光のスポットを示す図で
ある。

【図１６】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による変
位センサの光学系の構成を示す平面図である。（ｂ）は
（ａ）のＸ５−Ｘ５線断面図であって、変位測定用光学
系を示す。（ｃ）は（ａ）のＹ５−Ｙ５線断面図であっ
て、傾き測定用光学系を示す。

【図１７】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による変
位センサの光学系の構成を示す平面図である。（ｂ）は
（ａ）のＸ６−Ｘ６線断面図であって、変位測定用光学
系を示す。（ｃ）は（ａ）のＹ６−Ｙ６線断面図であっ
て、傾き測定用光学系を示す。

【図１８】（ａ）は本発明のさらに別な実施例による変
位センサの光学系の構成を示す平面図である。（ｂ）は
（ａ）のＸ７−Ｘ７線断面図であって、変位測定用光学
系を示す。（ｃ）は（ａ）のＹ７−Ｙ７線断面図であっ
て、傾き測定用光学系を示す。

【図１９】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施例に
よる変位センサの光学系の構成を示す平面図及び正面図
である。

【図２０】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施例に
よる変位センサの光学系の構成を示す平面図及び正面図
である。

【図２１】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施例に
よる変位センサの光学系の構成を示す平面図及び正面図
である。

【図２２】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施例に
よる変位センサの光学系の構成を示す平面図及び正面図
である。

【符号の説明】

１検出物体１１対物レンズ１２変位測定用投光素子１３変位測定用投光レンズ１４変位測定用受光レンズ１５変位測定用受光素子１８対物レンズの光軸１９傾き測定用投光素子２０傾き測定用受光レンズ２１傾き測定用受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズ、対物レンズの光軸から離心した位置に配置されていて、
対物レンズを通して変位測定用光を検出領域に向けて出
射する変位測定用光源部、対物レンズの光軸から離心した位置に配置されていて、
検出領域で反射された変位測定用光を対物レンズを通し
て受光する変位測定用受光部、からなる変位測定用光学
系と；検出領域にある物体の傾きを検出するための傾き
測定用光学系と；を備えていることを特徴とする変位セ
ンサ。
【請求項２】前記傾き測定用光学系からの出力情報に
基づいて、前記変位測定用光学系の出力情報を補正する
補正手段をさらに備えた、請求項１に記載の変位セン
サ。
【請求項３】前記変位測定用光源部は、対物レンズの
光軸から外れた位置にレーザ光を出射するものである、
請求項１又は２に記載の変位センサ。
【請求項４】前記傾き測定用光学系は、傾き測定用光
を出射する傾き測定用投光素子と、傾き測定用投光素子
から出射された傾き測定用光をコリメートして検出物体
に照射させる傾き測定用投光レンズと、検出物体で反射
した傾き測定用光を集光させる傾き測定用受光レンズ
と、当該受光レンズの焦点位置に配置された傾き測定用
受光素子とからなる、請求項１又は２に記載の変位セン
サ。
【請求項５】前記傾き測定用光学系は、傾き測定用光
であるレーザ光を検出物体に向けて出射する傾き測定用
投光素子と、検出物体で反射した傾き測定用光を屈折さ
せる傾き測定用受光レンズと、当該受光レンズの焦点位
置に配置された傾き測定用受光素子とからなる、請求項
１又は２に記載の変位センサ。
【請求項６】前記対物レンズが前記傾き測定用投光レ
ンズを兼ねている、請求項４に記載の変位センサ。
【請求項７】前記対物レンズが、前記傾き測定用受光
レンズを兼ねている、請求項４又は５に記載の変位セン
サ。
【請求項８】前記傾き測定用受光レンズが、前記対物
レンズと別個に設けられている、請求項４又は５に記載
の変位センサ。
【請求項９】前記傾き測定用受光素子が２次元位置検
出素子である、請求項４又は５に記載の変位センサ。
【請求項１０】前記傾き測定用投光素子の光出射側に
開口絞りを設けた、請求項４に記載の変位センサ。
【請求項１１】前記変位測定用光源部が変位測定用光
をコリメートして対物レンズに入射させる変位測定用投
光レンズを有し、前記変位測定用受光部が検出物体で反
射され対物レンズを通過した変位測定用光を集光する変
位測定用受光レンズを有し、当該変位測定用受光レンズ
の開口径が当該変位測定用投光レンズの開口径以上の寸
法を有している、請求項１又は２に記載の変位センサ。
【請求項１２】変位測定用光により検出物体の表面に
生じる光スポットが、傾き測定用光により検出物体の表
面に生じる光スポットの内部にあることを特徴とする、
請求項４に記載の変位センサ。
【請求項１３】前記変位測定用光と前記傾き測定用光
とが互いに波長を異にしていることを特徴とする、請求
項１又は２に記載の変位センサ。
【請求項１４】前記変位測定用光と前記傾き測定用光
がいずれも偏光であって、その偏光方向が互いに異なっ
ていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の変位
センサ。