JPH087044B2 - Displacement measuring device for pattern that crosses spatial filter detector and light receiving element - Google Patents

Displacement measuring device for pattern that crosses spatial filter detector and light receiving element

Info

Publication number
JPH087044B2
JPH087044B2 JP7609290A JP7609290A JPH087044B2 JP H087044 B2 JPH087044 B2 JP H087044B2 JP 7609290 A JP7609290 A JP 7609290A JP 7609290 A JP7609290 A JP 7609290A JP H087044 B2 JPH087044 B2 JP H087044B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
characteristic
detection position
changes
output signal
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
JP7609290A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03274401A (en
Inventor
隆之 岡本
一郎 山口
秀徳 長山
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.)
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Ono Sokki Co Ltd
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Ono Sokki 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 RIKEN Institute of Physical and Chemical Research, Ono Sokki Co Ltd filed Critical RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority to JP7609290A priority Critical patent/JPH087044B2/en
Publication of JPH03274401A publication Critical patent/JPH03274401A/en
Publication of JPH087044B2 publication Critical patent/JPH087044B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、非接触計測の分野に係わり、特に、複数の
受光素子組から成る空間フィルター検出器を構成し、こ
の検出器上に形成された被測定物体の規則的または不規
則的パターンの移動を検出し、被測定物体の変位、速
度、振動等を測定する適応型空間フィルター検出器に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of non-contact measurement, and in particular, constitutes a spatial filter detector composed of a plurality of light receiving element groups and is formed on this detector. The present invention relates to an adaptive spatial filter detector that detects movement of a regular or irregular pattern of an object to be measured and measures displacement, velocity, vibration, etc. of the object to be measured.

(従来技術) 基本的な空間フィルター検出器は、櫛の歯状に複数の
受光素子を等間隔に並べて1組の検出器を構成し、この
検出器上に形成された被測定物体のパターンの各部がそ
の受光素子を横ぎる度に検出される周期的な出力変化
と、その繰り返しを数え、これに櫛のピッチを乗じて櫛
に直交する方向のパターンの移動量を求めるものであ
る。しかし、1組の櫛型検出器では出力に大きな直流成
分が乗るので、通常は、それを除去するために2組の櫛
型検出器を噛み合わせた第7図(A)に示すような差動
型空間フィルター検出器が開発されている。具体的に
は、被測定物体面に光を照射して形成されたパターン70
の面上に受光素子71を配列して2組の櫛型検出器72、73
を構成し、パターンの移動に伴うそれぞれの出力を差動
増幅器74で増幅すると、同図(B)に示すような出力信
号が得られる。この信号の周期を数え、櫛のピッチをこ
れとかけ算してパターンの移動量が求められている。
(Prior Art) In a basic spatial filter detector, a plurality of light receiving elements are arranged at equal intervals in a comb-tooth shape to form a set of detectors, and a pattern of an object to be measured formed on the detector is formed. The periodic output change detected each time each unit crosses the light receiving element and the repetition thereof are counted, and this is multiplied by the pitch of the comb to obtain the movement amount of the pattern in the direction orthogonal to the comb. However, since one set of comb-shaped detectors carries a large direct current component on the output, normally, in order to remove them, the difference between the two sets of comb-shaped detectors shown in FIG. Dynamic spatial filter detectors have been developed. Specifically, the pattern 70 formed by irradiating the measured object surface with light
The photodetector 71 is arranged on the surface of the pair of comb-shaped detectors 72, 73.
And each output accompanying the movement of the pattern is amplified by the differential amplifier 74, an output signal as shown in FIG. The movement amount of the pattern is obtained by counting the period of this signal and multiplying it by the pitch of the comb.

(発明が解決しようとする課題) しかし、上述した差動型空間フィルター検出器は規則
的なパターンの計測には適しているが、例えば、スペッ
クルパターンのような不規則的(ランダム)なパターン
の移動を検出するような場合には、空間フィルターで選
択される空間周波数成分をもたないパターンもあり得る
ので、このときは出力信号が消失してしまい、パターン
の移動量を測定することができなかった。更にパターン
が櫛に対してどちらの方向に移動しても出力が同じ変化
を示すため、その移動方向(符号)を求めることができ
なかった。このため物体の変位、振動、変形などを安定
に測定できず測定の範囲も制約されていた。
(Problems to be Solved by the Invention) However, although the differential spatial filter detector described above is suitable for measuring a regular pattern, for example, an irregular (random) pattern such as a speckle pattern is used. In the case of detecting the movement of, there may be a pattern that does not have the spatial frequency component selected by the spatial filter, so the output signal disappears at this time, and the amount of movement of the pattern can be measured. could not. Further, since the output shows the same change regardless of which direction the pattern moves with respect to the comb, the moving direction (sign) cannot be obtained. Therefore, the displacement, vibration, deformation, etc. of the object cannot be measured stably, and the measurement range is limited.

本発明は、以上のような従来の空間フィルター検出器
の問題点に鑑みて、被測定物体面から生じたランダムパ
ターンが移動しても出力信号を消失することなく、その
速度、変位、振動等を高分解能で測定する新型の空間フ
ィルターを提供することを目的とする。
In view of the above problems of the conventional spatial filter detector, the present invention does not lose the output signal even when the random pattern generated from the measured object surface moves, its speed, displacement, vibration, etc. It is an object of the present invention to provide a new type of spatial filter that measures a high resolution.

(課題を解決するための手段) 上記の課題は、等間隔で配列された受光素子の出力間
の接続の組み合わせを変えて複数の空間フィルター検出
器を構成し、この複数の空間フィルター検出器から出力
される各信号の振幅を比較し、そのうち振幅の最も大き
い信号を採用することによって解決することができる。
(Means for Solving the Problem) The above problem is that a plurality of spatial filter detectors are configured by changing the combination of connections between outputs of light receiving elements arranged at equal intervals. This can be solved by comparing the amplitudes of the output signals and adopting the signal with the largest amplitude among them.

また、前記空間フィルター検出器において、構成され
る各検出器上のパターンの移動により検出される正弦成
分と余弦成分の信号を取り出し、その比の逆正接より出
力信号の位相を求め、またその二乗和より出力信号の振
幅を求め、次いで前記振幅の最も大きい信号の位相増分
を累積して前記パターンの移動量及び移動方向を測定す
ることによって解決することができる。
Further, in the spatial filter detector, the signals of the sine component and the cosine component detected by the movement of the pattern on each of the constituted detectors are taken out, the phase of the output signal is obtained from the arctangent of the ratio, and the square thereof is obtained. This can be solved by obtaining the amplitude of the output signal from the sum and then accumulating the phase increments of the signal having the largest amplitude to measure the movement amount and the movement direction of the pattern.

(作用) ここで、本発明の等間隔で配列された複数のスリット
状の受光素子から成る出力間の接続の組み合わせを変え
て4種類の差動出力を取り出した各受光感度について、
第3図中の感度分布図30を用いて説明する。
(Operation) Here, with respect to the respective light receiving sensitivities in which four types of differential outputs are taken out by changing the combination of the connections between the outputs composed of a plurality of slit-shaped light receiving elements arranged at equal intervals of the present invention,
This will be described with reference to the sensitivity distribution chart 30 in FIG.

Asは、従来の差動型空間フィルター検出器の感度分布
を表している。正、負値に対応する2つの素子列を組み
合わせて各受光素子の出力間の差動を取っているのでこ
のように表すことができる。本発明では、これを更にA
c、Bs、Bcの3つの感度分布を与える空間フィルター検
出器を追加し、合計4種類の出力信号を処理してパター
ンの移動を高精度に検出する。まずAsとAcの出力の組み
合わせをSFD1、BsとBcの出力の組み合わせをSFD2とす
る。AsとAc及びBsとBcの間はそれぞれ周波数応答の位相
がπ/2ずれており、それぞれSFD1、SFD2のsin成分とcos
成分を出力させる。またBs、BcはそれぞれAs:Acに比べ
て中間から位相がπずれている。SFD2で中間から位相が
ずらすことにより、SFD1とSFD2の周波数応答にずれが生
じ、一方で消失した時にもたいていは他方が残るように
なる。つまり、パターンが検出器上に移動すると、SFD1
とSFD2からはそれぞれ同一周期でも異なった信号を取り
出すことができ、一方の信号が消失したらもう一方でこ
れを補うようにする。すなわちSFD1、SFD2の振幅の大き
い方のみ〔SFD(1+2)〕を抽出することによって信
号消失の問題を解決することができる。
As represents the sensitivity distribution of the conventional differential spatial filter detector. This can be represented as described above because two element arrays corresponding to positive and negative values are combined to take the differential between the outputs of the respective light receiving elements. In the present invention, this is
A spatial filter detector that gives three sensitivity distributions of c, Bs, and Bc is added, and a total of four types of output signals are processed to detect pattern movement with high accuracy. First, the combination of As and Ac outputs is SFD1, and the combination of Bs and Bc outputs is SFD2. The phase of the frequency response is deviated by π / 2 between As and Ac and Bs and Bc, respectively, and the sin component and cos of SFD1 and SFD2 respectively
Output the component. In addition, Bs and Bc are out of phase with each other by π compared to As: Ac. By shifting the phase from the middle in SFD2, the frequency response of SFD1 and SFD2 shifts, and when they disappear, the other usually remains. That is, when the pattern moves onto the detector, SFD1
Different signals can be taken out from SFD2 and SFD2, respectively, even if they have the same period. If one signal disappears, the other signal is compensated. That is, the problem of signal loss can be solved by extracting [SFD (1 + 2)] only for the larger amplitude of SFD1 and SFD2.

第5図は、上記第3図中の感度分布図30のAs、Acを演
算処理して得られたSFD1の出力波形であり、同図(A)
は物体変位−振幅、同図(B)は物体変位−位相図であ
る。AsとAcはSFD1のsin成分とcos成分を出力してい
るので、それぞれの二乗和の平方からSFD1の振幅及び
それぞれの比のarctanからSFD1の位相が得られてい
る。同図(A)で振幅が小さくなっている箇所(例えば
物体変位が2.6〜2.7mm、3.7〜3.8mmの箇所)は検出器上
のパターンに空間フィルター検出器で選択される空間周
波数成分が消失しているからで、このときは同図(B)
の位相も乱れている。
FIG. 5 is an output waveform of SFD1 obtained by arithmetically processing As and Ac in the sensitivity distribution chart 30 in FIG. 3, and FIG.
Is an object displacement-amplitude, and FIG. 7B is an object displacement-phase diagram. Since As and Ac output the sin and cos components of SFD1, the amplitude of SFD1 is obtained from the square of each square sum, and the phase of SFD1 is obtained from the arctan of each ratio. In the area (A) where the amplitude is small (for example, where the object displacement is 2.6 to 2.7 mm, 3.7 to 3.8 mm), the spatial frequency component selected by the spatial filter detector disappears in the pattern on the detector. Since it is doing, at this time (B) in the same figure
The phase of is also disordered.

第6図は、第5図と同様にBsとBcを演算処理して得ら
れたSFD2の出力波形である。第5図のSFD1の出力と第6
図のSFD2の出力は検出器上の同一パターンを検出してい
るにもかかわらずそれぞれの出力が消失するときが一致
していない。このことによりSFD1及びSFD2の2つの信号
のうち振幅の大きい方のみを抽出すればよいことがわか
る。例えば物体変位が2.6mm付近ではSFD2を採用し、2.0
mm付近ではSFD1を採用する。
FIG. 6 is an output waveform of SFD2 obtained by arithmetically processing Bs and Bc as in FIG. Output of SFD1 in Figure 5 and 6
The outputs of SFD2 in the figure do not match when each output disappears even though the same pattern on the detector is detected. From this, it is understood that only the one having the larger amplitude needs to be extracted from the two signals SFD1 and SFD2. For example, when the object displacement is around 2.6 mm, SFD2 is adopted and 2.0
SFD1 is adopted in the vicinity of mm.

上記得られた出力信号の位相は検出器上のパターンの
移動量を与える。ここで逐次SFD1とSFD2の2つの信号の
振幅を比較し、大きい方の位相増分を累積してその変化
量を物体の移動量に変換することにより物体の移動量を
求めることができる。更に、物体変位に対する位相の増
減によりパターンの移動方向を判別することができる。
The phase of the obtained output signal gives the amount of movement of the pattern on the detector. Here, the amount of movement of the object can be obtained by successively comparing the amplitudes of the two signals SFD1 and SFD2, accumulating the larger phase increments, and converting the amount of change into the amount of movement of the object. Furthermore, the moving direction of the pattern can be determined by increasing or decreasing the phase with respect to the object displacement.

本発明の検出器は、スリット状の受光素子の出力間の
接続の組み合わせを変えるだけで構成できるので、従来
の空間フィルター検出器と全く同じ構造のものを使用で
きる。
Since the detector of the present invention can be constructed only by changing the combination of the connections between the outputs of the slit-shaped light receiving elements, it is possible to use the same structure as the conventional spatial filter detector.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明は受光素子列から成る一
組の空間フィルター検出器を複数組配置して、その得ら
れた各出力信号の中から振幅の最も大きい方を採用する
ので、物体の移動に伴う検出器上のパターンがスペック
ルパターンのようなランダムパターンであっても信号消
失の問題がなくなった。また、信号処理系においては、
パターンの移動量を位相の変化量に変化しているため検
出器のピッチ以下の分解能で測定でき、しかも、物体変
位に対する位相の増減により容易にパターンの移動方向
を求めることが可能になった。
(Effects of the Invention) As described in detail above, the present invention arranges a plurality of sets of spatial filter detectors each including a light receiving element array, and selects the one having the largest amplitude from the obtained output signals. Since it is adopted, there is no problem of signal loss even if the pattern on the detector due to the movement of the object is a random pattern such as a speckle pattern. In the signal processing system,
Since the amount of movement of the pattern is changed to the amount of change of the phase, it is possible to measure with a resolution less than the pitch of the detector, and moreover, it becomes possible to easily obtain the movement direction of the pattern by increasing or decreasing the phase with respect to the object displacement.

本発明の空間フィルター検出器は空間領域において、
並列的に信号処理を行っているため、実時間測定ができ
る。またスペックルパターンを利用することにより物体
の変位や変形量も知ることができる。更に、検出器のピ
ッチ以下の分解能をもっているため、受光素子間のピッ
チを細かくすることにより、分解能はますます高くなり
測定範囲も広くなる。従って、本発明の適応型空間フィ
ルター検出器は、極めて産業上利用価値の高いものにな
った。
The spatial filter detector of the present invention, in the spatial domain,
Real-time measurement is possible because the signals are processed in parallel. Further, by using the speckle pattern, the displacement or deformation amount of the object can be known. Furthermore, since the resolution is less than the pitch of the detector, by making the pitch between the light receiving elements finer, the resolution becomes higher and the measurement range becomes wider. Therefore, the adaptive spatial filter detector of the present invention has an extremely high industrial utility value.

(実施例) 以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。(Example) Below, the Example of this invention is described in detail.

第1図は、本発明を実施するための装置全体の構成図
である。He−Neレーザー光源10から波長が632.8nmで射
出されたレーザービームを面内方向に移動するスッテッ
ピングモーター移動台(10μm/ステップ)11に設置した
アルミ板の粗面物体12面上にスポット径0.6mmで当て
て、拡散反射光の中にスペックルを生じさせ、それを本
発明の空間フィルター検出器13で受光する。前記受光素
子から成る検出器は一次元イメージセンサーで構成し、
櫛のピッチ160μm、素子組数32本とした。スペックル
パターンは、粗面物体の変位に伴って移動するため、こ
の移動量を検出することにより物体の移動量を求めるこ
とができる。処理系は、As、Ac、Bs、Bcの出力をA/Dコ
ンバータ14に取り込み、その値をコンピューター15で演
算処理を行う。得られた結果はプロッター16に記録す
る。また、ステッピングモーター17はコンピューターか
らの信号を受けて最低1μm/ステップで駆動する。
FIG. 1 is a block diagram of the entire apparatus for carrying out the present invention. Spot on the rough surface object 12 surface of the aluminum plate installed on the stepping motor moving table (10 μm / step) 11 that moves the laser beam emitted from the He-Ne laser light source 10 with the wavelength of 632.8 nm in the in-plane direction. With a diameter of 0.6 mm, speckles are generated in the diffusely reflected light, which is received by the spatial filter detector 13 of the present invention. The detector composed of the light receiving element is composed of a one-dimensional image sensor,
The pitch of the comb was 160 μm, and the number of element sets was 32. Since the speckle pattern moves along with the displacement of the rough surface object, the amount of movement of the object can be obtained by detecting this amount of movement. The processing system fetches the outputs of As, Ac, Bs, and Bc into the A / D converter 14, and the computer 15 processes the values thereof. The results obtained are recorded on plotter 16. Further, the stepping motor 17 receives a signal from the computer and drives at a minimum of 1 μm / step.

第2図は、第1図に示す本発明の空間フィルター検出
器13の一例であり、受光素子の構成及び各素子からの出
力間の接続部分を示す検出器の構成図である。受光素子
の数は128本で検出器が第3図中の受光感度図30のAs、A
c、Bs、Bcとなるように接続している。第2図では、受
光素子列(素子番号1〜128)の中間(素子番号64と65
の間、破線部分)から2つに分けて、それぞれの4つの
素子、例えば素子番号1〜4を組み合わせて、1素子目
と3素子目及び2素子目と4素子目の差動増幅を行うよ
うに構成している。4つの素子を一組にしているので素
子組数は32本となる。例えば、第3図中の受光素子がAs
になるようにするには受光素子列の中間から左側及び右
側について2素子目(素子番号2)を正、4素子目(素
子番号4)を負として差動増幅する。これに対してBs
は、受光素子列の中間から左側につていはAsと同様であ
るが、右側については2素子目(素子番号66)を負、4
素子目(素子番号68)を正として差動増幅を行う。Ac、
Bcについても同様である。このように接続の組み合わせ
を構成することにより受光素子を中間からπずらすこと
ができる。
FIG. 2 is an example of the spatial filter detector 13 of the present invention shown in FIG. 1, and is a configuration diagram of a detector showing a configuration of a light receiving element and a connecting portion between outputs from each element. The number of light receiving elements is 128, and the detector has the light receiving sensitivity in Fig. 3 As and A in Fig. 30.
The connections are c, Bs, and Bc. In FIG. 2, in the middle (element numbers 64 and 65) of the light receiving element row (element numbers 1-128).
(Dashed line portion), and each of the four elements, for example, element numbers 1 to 4 is combined to perform differential amplification of the first element and the third element and the second element and the fourth element. Is configured as follows. Since four elements are combined into one group, the number of element groups is 32. For example, the light receiving element in FIG.
In order to achieve this, differential amplification is performed with the second element (element number 2) being positive and the fourth element (element number 4) being negative on the left side and the right side from the middle of the light receiving element array. On the other hand, Bs
Is the same as As from the middle of the light receiving element row to the left side, but the second element (element number 66) is negative on the right side and is 4
Differential amplification is performed with the element number (element number 68) being positive. Ac,
The same applies to Bc. By configuring the combination of connections in this way, the light receiving element can be shifted from the middle by π.

第3図は、上記第2図の検出器で検出した信号(As、
Ac、Bs、Bc)の処理系を示すブロック図である。SFD1と
SFD2の振幅を比較して大きい方の位相成分を累積する。
AsとAcの信号をそれぞれ二乗器31、31′に入力し、
2つの和をとることによりSFD1の振幅を求める。これ
と並行してAsとAcの比をとり、これを逆正接関数発
生回路32に入力してSFD1の位相を求める。この位相と
直前の位相とを引算器35に入力して位相増分を求める。
直前の位相は遅延器33を通して得られ、引算器35からは
常にSFD1の位相増分が出力されている。SFD2についても
同じ処理が行われており、引算器35′からは常にSFD2の
位相増分が出力されている。ここで比較器34でSFD1の振
幅とSFD2の振幅を比較し、大きい方の位相増分のみを取
り出す。これを累積器36で累積して出力とする。尚、第
3図中の記号〜は第5図(A)(B)の記号と対応
している。
FIG. 3 shows signals (As, As, detected by the detector of FIG. 2).
It is a block diagram showing a processing system of Ac, Bs, Bc). With SFD1
The amplitudes of SFD2 are compared and the larger phase component is accumulated.
The As and Ac signals are input to the squarers 31 and 31 ',
Calculate the amplitude of SFD1 by taking the sum of the two. In parallel with this, the ratio of As and Ac is taken, and this is input to the arctangent function generating circuit 32 to obtain the phase of SFD1. This phase and the immediately preceding phase are input to the subtractor 35 to obtain the phase increment.
The immediately preceding phase is obtained through the delay unit 33, and the subtractor 35 always outputs the phase increment of SFD1. The same process is performed for SFD2, and the subtractor 35 'always outputs the phase increment of SFD2. Here, the comparator 34 compares the amplitude of SFD1 with the amplitude of SFD2, and extracts only the larger phase increment. This is accumulated in the accumulator 36 and is output. The symbols 1 to 3 in FIG. 3 correspond to the symbols in FIGS. 5 (A) and 5 (B).

第4図は、第2図の受光素子の構成から成る検出器を
第1図に適用して検出器上のスペックルパターンの移動
量を測定したものである。測定対象の粗面物体を10μm/
ステップで、5mm往復移動させたときの測定値である。
同図中の〔SFD(1+2)〕が本発明による測定結果で
ある。比較するためにSFD1、SFD2のみの場合の測定結果
も記録させた。図中のSFD1の信号消失箇所a、SFD2の信
号消失箇所bからわかるように、一方が測定できない場
合もう一方で補っていることが〔SFD(1+2)〕から
明らかで、しかも精度よく測定されていることが理解さ
れる。また測定時間が5秒から10秒の間は物体が逆方向
に移動しており、このときは位相が減少しているので測
定物体の移動方向の判別もできているので物体の絶対位
置の測定が可能である。つまり、同図からステッピング
モーターの移動量と照合して、本発明の適応型空間フィ
ルター検出器によって忠実に変位測定が行えることがわ
かった。
FIG. 4 shows the amount of movement of the speckle pattern on the detector measured by applying the detector having the configuration of the light receiving element shown in FIG. 2 to FIG. Rough surface object to be measured is 10 μm /
It is a measured value when the step is moved back and forth by 5 mm.
[SFD (1 + 2)] in the figure is the measurement result according to the present invention. For comparison, the measurement results of SFD1 and SFD2 alone were also recorded. As can be seen from the signal loss point a of SFD1 and the signal loss point b of SFD2 in the figure, it is clear from [SFD (1 + 2)] that if one cannot be measured, the other is compensated, and the measurement is performed accurately. It is understood that Also, during the measurement time of 5 to 10 seconds, the object is moving in the opposite direction, and since the phase is decreasing at this time, the moving direction of the measured object can be determined, so the absolute position of the object is measured. Is possible. That is, it was found from the figure that the displacement measurement can be performed faithfully by the adaptive spatial filter detector of the present invention by comparing with the movement amount of the stepping motor.

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

第1図は、本発明を実施するための装置全体の構成図、 第2図は、本発明の受光素子の配列及び各出力間の接続
を示す構成例、 第3図は本発明の第2図の検出器で検出した信号処理系
を示すブロック図、 第4図は、粗面物体を用いて実施した本発明の測定結果
を示す位相図、 第5図(A)(B)は、感度分布As、Acの出力波形及び
これを演算処理して得られたSFD1振幅及び位相の出力波
形図、 第6図(A)(B)は、第5図(A)(B)と同様にB
s、Bcの出力波形及びこれを演算処理して得られたSFD2
の出力波形図、 第7図(A)(B)は、差動型空間フィルター検出器の
構成図及びその出力波形図である。 (符号の説明) 10……レーザー光線、 11……ステッピングモーター移動台、 12……粗面物体、13……空間フィルター検出器、 14……A/Dコンバータ、15……コンピューター、 16……プロッター、17……ステッピングモーター、 30……感度分布図(空間フィルター検出器)、 31、31′、37、37′……二乗器、 32、32′……逆正接関数発生回路、 33、33′……遅延器、34……比較器、 35、35′……引算器、36……累積器、 70……パターン、71……受光素子、 72、73……櫛形空間フィルター検出器、 74……差動増幅器。
FIG. 1 is a configuration diagram of an entire apparatus for carrying out the present invention, FIG. 2 is a configuration example showing an array of light receiving elements and connections between respective outputs of the present invention, and FIG. 3 is a second example of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing a signal processing system detected by the detector shown in FIG. 4, FIG. 4 is a phase diagram showing a measurement result of the present invention performed using a rough surface object, and FIGS. 5 (A) and 5 (B) are sensitivity. Output waveforms of the distributions As and Ac and output waveforms of the SFD1 amplitude and phase obtained by calculating the output waveforms, FIGS. 6 (A) and (B) are the same as those in FIGS. 5 (A) and (B).
Output waveforms of s and Bc and SFD2 obtained by arithmetic processing
FIG. 7 (A) and FIG. 7 (B) are an output waveform diagram of the differential type spatial filter detector and its output waveform diagram. (Description of symbols) 10 …… Laser beam, 11 …… Stepping motor moving base, 12 …… Rough surface object, 13 …… Spatial filter detector, 14 …… A / D converter, 15 …… Computer, 16 …… Plotter , 17 ... Stepping motor, 30 ... Sensitivity distribution map (spatial filter detector), 31, 31 ', 37, 37' ... Squarer, 32, 32 '... Inverse tangent function generation circuit, 33, 33' …… Delay device, 34 …… Comparator, 35,35 ′ …… Subtractor, 36 …… Accumulator, 70 …… Pattern, 71 …… Light receiving element, 72,73 …… Combic spatial filter detector, 74 ...... Differential amplifier.

フロントページの続き (72)発明者 長山 秀徳 東京都大田区矢口1―27―4 株式会社小 野測器技術センター内 (56)参考文献 特開 平2−278312(JP,A) 実開 平2−67214(JP,U)Front page continued (72) Inventor Hidenori Nagayama 1-2-7-4 Yaguchi, Ota-ku, Tokyo Inside Ono Sokki Technical Center Co., Ltd. (56) Reference JP-A-2-278312 (JP, A) -67214 (JP, U)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】等間隔に配列した受光素子を備え、検出位
置に対する受光感度特性が、検出位置の増加につれて周
期的に変化する第1の特性、Asと、この第1の特性の周
期的変化と90度位相を異にして変化する第2の特性Ac
と、所定検出位置に至るまでは前記の第1の特性と同じ
ように変化し、そして前記の所定検出位置を越えると位
相を異にして変化する第3の特性Bsと、前記の所定検出
位置に至るまでは前記の第2の特性と同じように変化
し、そして前記の所定検出位置を越えると位相を異にし
て変化する第4の特性Bcとを含む空間フィルタ検出器。
1. A first characteristic, As, in which light receiving elements arranged at equal intervals are provided, and a light receiving sensitivity characteristic with respect to a detection position changes periodically with an increase in the detection position, and a periodic change of the first characteristic. And the second characteristic Ac which changes by 90 degrees in phase
A third characteristic Bs that changes in the same manner as the first characteristic until reaching the predetermined detection position, and changes in a different phase when the predetermined detection position is exceeded, and the third detection position The spatial filter detector including a fourth characteristic Bc that changes in the same manner as the second characteristic up to the above, and changes in a different phase when the predetermined detection position is exceeded.
【請求項2】等間隔に配列した受光素子を備え、検出位
置に対する受光感度特性が、検出位置の増加につれて周
期的に変化する第1の特性、Asと、この第1の特性の周
期的変化と90度位相を異にして変化する第2の特性Ac
と、所定検出位置に至るまでは前記の第1の特性と同じ
ように変化し、そして前記の所定検出位置を越えると位
相を異にして変化する第3の特性Bsと、前記の所定検出
位置に至るまでは前記の第2の特性と同じように変化
し、そして前記の所定検出位置を越えると位相を異にし
て変化する第4の特性Bcとを含む空間フィルタ検出器、 この空間フィルタ検出器に接続され、前記の第1の特性
Asの第1の出力信号を自乗する第2の自乗回路31、前記
の第2の特性Acの第2の出力信号を自乗する第2の自乗
回路31′、前記の第3の特性Bsの第3の出力信号を自乗
する第3の自乗回路37、前記の第4の特性Bcの第4の出
力信号を自乗する第4の自乗回路37′、 前記の第1と第2の自乗回路31、31′の出力信号を加算
する第1の加算回路、 前記の第3と第4の自乗回路37、37′の出力信号を加算
する第2の加算回路、 前記の第1と第2の加算回路の出力を比較し、いずれの
出力が大きいかを判別する比較判別回路、 前記の第1の出力信号と前記の第2の出力信号との比を
求める第1の割算回路、 前記の第3の出力信号と第4の出力信号との比を求める
第2の割算回路、 前記の第1の割算回路に接続された第1の逆正接関数発
生回路、 前記の第2の割算回路に接続された第2の逆正接関数発
生回路、 前記の第1の逆正接関数発生回路に接続された第1の遅
延回路33、 前記の第2の逆正接関数発生回路に接続された第2の遅
延回路33′、 前記の第1の逆正接関数発生回路と前記の第1の遅延回
路とに接続された第1の引算回路35、 前記の第2の逆正接関数発生回路と前記の第2の遅延回
路とに接続された第2の引算回路35′、 前記の比較判別回路と前記の第1と第2の引算回路35、
35′に接続され、 前記の比較判別回路の出力に応答して振巾の大きい方の
位相差を選択するスイッチ回路、及び このスイッチ回路に接続された累積回路36 を備えたことを特徴とする受光素子を横断するパターン
の変位計測装置。
2. A first characteristic, As, in which light-receiving elements arranged at equal intervals are provided, and a light-receiving sensitivity characteristic with respect to a detection position periodically changes with an increase in the detection position, and a periodical change of this first characteristic. And the second characteristic Ac which changes by 90 degrees in phase
A third characteristic Bs that changes in the same manner as the first characteristic until reaching the predetermined detection position, and changes in a different phase when the predetermined detection position is exceeded, and the third detection position Up to the above-mentioned second characteristic, and a spatial filter detector including a fourth characteristic Bc which changes in a different phase when it exceeds the predetermined detection position. Connected to a container and having the first characteristic
A second square circuit 31 that squares the first output signal of As, a second square circuit 31 ′ that squares the second output signal of the second characteristic Ac, and a second square circuit 31 ′ of the third characteristic Bs. Third square circuit 37 squares the output signal of No. 3, fourth square circuit 37 'squares the fourth output signal of the fourth characteristic Bc, the first and second square circuits 31, A first adder circuit for adding the output signals of 31 ', a second adder circuit for adding the output signals of the third and fourth square circuits 37, 37', and the first and second adder circuits Comparing and discriminating circuit for discriminating which output is larger, a first dividing circuit for obtaining a ratio between the first output signal and the second output signal, and the third Second division circuit for obtaining the ratio of the output signal of the second output signal to the fourth output signal, a first arctangent function generation circuit connected to the first division circuit, and the second Second arctangent function generating circuit connected to the division circuit, first delay circuit 33 connected to the first arctangent function generating circuit, connected to the second arctangent function generating circuit A second delay circuit 33 ', a first subtraction circuit 35 connected to the first arc tangent function generating circuit and the first delay circuit, and a second arc tangent function generating A second subtraction circuit 35 'connected to the circuit and the second delay circuit, the comparison / determination circuit and the first and second subtraction circuits 35,
A switch circuit connected to 35 ', which selects the phase difference having the larger amplitude in response to the output of the comparison / discrimination circuit, and an accumulator circuit 36 connected to this switch circuit. Displacement measuring device that crosses the light receiving element.
JP7609290A 1990-03-26 1990-03-26 Displacement measuring device for pattern that crosses spatial filter detector and light receiving element Expired - Lifetime JPH087044B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7609290A JPH087044B2 (en) 1990-03-26 1990-03-26 Displacement measuring device for pattern that crosses spatial filter detector and light receiving element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7609290A JPH087044B2 (en) 1990-03-26 1990-03-26 Displacement measuring device for pattern that crosses spatial filter detector and light receiving element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03274401A JPH03274401A (en) 1991-12-05
JPH087044B2 true JPH087044B2 (en) 1996-01-29

Family

ID=13595202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7609290A Expired - Lifetime JPH087044B2 (en) 1990-03-26 1990-03-26 Displacement measuring device for pattern that crosses spatial filter detector and light receiving element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH087044B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6642506B1 (en) 2000-06-01 2003-11-04 Mitutoyo Corporation Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities
US6873422B2 (en) 2000-12-08 2005-03-29 Mitutoyo Corporation Systems and methods for high-accuracy displacement determination in a correlation based position transducer
CN1313801C (en) * 2002-02-14 2007-05-02 丹麦科技大学 Optical displacement sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03274401A (en) 1991-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4466067A (en) Multi-detector intensity interferometer and method for processing incoherent radiation signals
US5473436A (en) Surface shape measurement device with slit plate and single photoelectric converter
JPS59100864A (en) Method of detecting motion of body through noncontacting manner
JPH087044B2 (en) Displacement measuring device for pattern that crosses spatial filter detector and light receiving element
CN205279996U (en) Nanometer displacement biometric sensor and detector based on optics doubling of frequency
JPH01187406A (en) Method and device for detecting position of equal-interval interference fringe
Jakobsen et al. Optical spatial filtering velocimetry sensor for sub-micron, in-plane vibration measurements
JP2923385B2 (en) Road surface shape measurement device
JPS639877A (en) Three-dimensional measuring method
Yamaguchi et al. Performance of a spatial filtering detector applied to a speckle displacement sensor
JPS6215401A (en) Non-contact diameter measuring instrument
Ogita et al. Optical three-dimensional displacement meter
JPH05223833A (en) Speed sensing device
JPH052808Y2 (en)
GB1399474A (en) Measuring methods and apparatus
JPS6212442B2 (en)
Moro et al. A comparison of techniques for extracting transverse speed from photon Doppler velocimetry signal content
SU1144032A1 (en) Device for measuring photoreceiver frequency-contrast characteristic
JPS6215403A (en) Non-contact type diameter measuring instrument
Rajadhyaksha et al. Accuracy of a laser doppler velocimeter for instantaneous velocity measurements on rotating solid surfaces
JP2502413B2 (en) Non-contact displacement measuring device
JPH035845Y2 (en)
JPH0233186Y2 (en)
RU2097771C1 (en) Method of no-contact measurement of moving object speed and device intended for its realization
Guenther et al. O1. 1-Laser-Doppler-Distance-Sensor Using Phase Evaluation for Position, Shape and Vibration Measurements