JPH09287931A - 距離計測方法及び距離センサ - Google Patents
距離計測方法及び距離センサInfo
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- JPH09287931A JPH09287931A JP8101347A JP10134796A JPH09287931A JP H09287931 A JPH09287931 A JP H09287931A JP 8101347 A JP8101347 A JP 8101347A JP 10134796 A JP10134796 A JP 10134796A JP H09287931 A JPH09287931 A JP H09287931A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大深度測定及び高分解能測定を可能にする。
【解決手段】 発光ダイオードや半導体レーザ等よりな
り発光素子１から出射された単波長の光はコリメータレ
ンズ２により平行光にされる。コリメータレンズ２から
出射された平行光は、円錐レンズ３により小ビーム径が
長い距離に亘って持続するようなビームに変えられて被
測定物Ｏｂの表面に照射される。被測定物Ｏｂの表面に
より拡散された光が集光レンズ４により位置検出素子５
に集光されることによって、被測定物Ｏｂの表面の距離
を計測することができる。
り発光素子１から出射された単波長の光はコリメータレ
ンズ２により平行光にされる。コリメータレンズ２から
出射された平行光は、円錐レンズ３により小ビーム径が
長い距離に亘って持続するようなビームに変えられて被
測定物Ｏｂの表面に照射される。被測定物Ｏｂの表面に
より拡散された光が集光レンズ４により位置検出素子５
に集光されることによって、被測定物Ｏｂの表面の距離
を計測することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大深度で且つ高分
解能な測定が可能な距離計測方法及び距離センサに関す
るものである。
解能な測定が可能な距離計測方法及び距離センサに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の距離センサとしては、例えば特開
昭６２−２８６１０号公報に示されているものが知られ
ている。図９は前記従来の距離センサの基本構成を示し
ており、図９において、１０１は発光ダイオードや半導
体レーザ等よりなる発光素子、１０２は開口数ＮＡの第
１のレンズ、１０３は焦点距離ｆの第２のレンズ、１０
４はＰＳＤやＣＣＤ等よりなる位置検出素子である。こ
れら光学系はＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満たすよ
うに構成されている。ここで、Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ
の条件とは、第２のレンズ１０３の焦点距離ｆと、発光
素子１０１の光軸と第２のレンズ１０３の光軸とのなす
角θと、第２のレンズ１０３の主平面と位置検出素子１
０４の検出面とのなす角βと、発光素子１０１の光軸と
第２のレンズ１０３の光軸との交点Ｏから第２のレンズ
１０３までの距離Ｌと、発光素子１０１の光軸と第２の
レンズ１０３の主平面との交点と第２のレンズ１０３の
主点との距離ｄとの間に、（数１）に示す関係があるこ
とを言う。
昭６２−２８６１０号公報に示されているものが知られ
ている。図９は前記従来の距離センサの基本構成を示し
ており、図９において、１０１は発光ダイオードや半導
体レーザ等よりなる発光素子、１０２は開口数ＮＡの第
１のレンズ、１０３は焦点距離ｆの第２のレンズ、１０
４はＰＳＤやＣＣＤ等よりなる位置検出素子である。こ
れら光学系はＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満たすよ
うに構成されている。ここで、Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ
の条件とは、第２のレンズ１０３の焦点距離ｆと、発光
素子１０１の光軸と第２のレンズ１０３の光軸とのなす
角θと、第２のレンズ１０３の主平面と位置検出素子１
０４の検出面とのなす角βと、発光素子１０１の光軸と
第２のレンズ１０３の光軸との交点Ｏから第２のレンズ
１０３までの距離Ｌと、発光素子１０１の光軸と第２の
レンズ１０３の主平面との交点と第２のレンズ１０３の
主点との距離ｄとの間に、（数１）に示す関係があるこ
とを言う。
【０００３】
【数１】β＝ｔａｎ-1（ｆ0 ／ｄ） 但し、ｆ0 ＝ｆＬ／（Ｌ−ｆ）
【０００４】光学系がＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を
満足すると、被測定物Ｏｂが第１のレンズ１０２の焦点
位置Ｏにある場合はもちろん、被測定物Ｏｂが第１のレ
ンズ１０２の焦点位置Ｏからずれた点Ｏ´にあっても、
第１のレンズ１０２によって結像されたビームは、第２
のレンズ１０３により位置検出素子１０４上に結像す
る。
満足すると、被測定物Ｏｂが第１のレンズ１０２の焦点
位置Ｏにある場合はもちろん、被測定物Ｏｂが第１のレ
ンズ１０２の焦点位置Ｏからずれた点Ｏ´にあっても、
第１のレンズ１０２によって結像されたビームは、第２
のレンズ１０３により位置検出素子１０４上に結像す
る。
【０００５】以下、前記のように構成された距離センサ
の動作について説明する。
の動作について説明する。
【０００６】発光素子１０１から出射された光は、第１
のレンズ１０２により点Ｏに位置する被測定物Ｏｂ上に
結像される。点Ｏに位置する被測定物Ｏｂ上に結像され
た光は被測定物Ｏｂ上で拡散し、拡散した光の一部は第
２のレンズ１０３により位置検出素子１０４上のＡ点に
結像する。被測定物Ｏｂの位置が点Ｏ´となった場合に
は、先ほど説明したように、この光学系はＳｃｈｅｉｍ
ｐｆｌｕｇの条件を満足しているため、位置検出素子１
０４上のＢ点に結像する。発光素子１０１の光軸上での
被測定物Ｏｂの移動量や凹凸等は、位置検出素子１０４
上での結像位置の移動量に対応するため、位置検出素子
１０４上における結像位置の移動量を測定することによ
り、被測定物Ｏｂの移動量や凹凸等を求めることができ
る。
のレンズ１０２により点Ｏに位置する被測定物Ｏｂ上に
結像される。点Ｏに位置する被測定物Ｏｂ上に結像され
た光は被測定物Ｏｂ上で拡散し、拡散した光の一部は第
２のレンズ１０３により位置検出素子１０４上のＡ点に
結像する。被測定物Ｏｂの位置が点Ｏ´となった場合に
は、先ほど説明したように、この光学系はＳｃｈｅｉｍ
ｐｆｌｕｇの条件を満足しているため、位置検出素子１
０４上のＢ点に結像する。発光素子１０１の光軸上での
被測定物Ｏｂの移動量や凹凸等は、位置検出素子１０４
上での結像位置の移動量に対応するため、位置検出素子
１０４上における結像位置の移動量を測定することによ
り、被測定物Ｏｂの移動量や凹凸等を求めることができ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、第１のレンズ１０２を通過した光は、波
動光学的には、図１０に示すように、第１のレンズ１０
２の開口数ＮＡと発光素子１０１の波長λとによって定
まる焦点深度λ／ＮＡ2 及びビーム径１．２２×λ／Ｎ
Ａを持つ。従って、第１のレンズ１０２の焦点位置Ｏか
ら離れるに伴って、被測定物Ｏｂ上におけるビーム径は
大きくなり、距離センサの横分解能は低下する。例え
ば、Ｈｅ−Ｎｅ（λ：６３３ｎｍ）のビームと第１のレ
ンズ（開口数ＮＡ＝０．１）とを用いた場合、焦点深度
は６３μｍとなり、ビーム径は７．７μｍとなる。
来の構成では、第１のレンズ１０２を通過した光は、波
動光学的には、図１０に示すように、第１のレンズ１０
２の開口数ＮＡと発光素子１０１の波長λとによって定
まる焦点深度λ／ＮＡ2 及びビーム径１．２２×λ／Ｎ
Ａを持つ。従って、第１のレンズ１０２の焦点位置Ｏか
ら離れるに伴って、被測定物Ｏｂ上におけるビーム径は
大きくなり、距離センサの横分解能は低下する。例え
ば、Ｈｅ−Ｎｅ（λ：６３３ｎｍ）のビームと第１のレ
ンズ（開口数ＮＡ＝０．１）とを用いた場合、焦点深度
は６３μｍとなり、ビーム径は７．７μｍとなる。
【０００８】このように、従来の構成において、大焦点
深度を実現するために第１のレンズ１０２の開口数ＮＡ
を小さくすると、ビーム径は大きくなる。前述したよう
に、従来の構成においては、大焦点深度の要求と小ビー
ム径の要求とは相反する関係にあって、１００ｍｍの焦
点深度でビーム径を２０μｍ以下にすることは物理的に
困難であった。
深度を実現するために第１のレンズ１０２の開口数ＮＡ
を小さくすると、ビーム径は大きくなる。前述したよう
に、従来の構成においては、大焦点深度の要求と小ビー
ム径の要求とは相反する関係にあって、１００ｍｍの焦
点深度でビーム径を２０μｍ以下にすることは物理的に
困難であった。
【０００９】従って、従来の構成の距離センサによる
と、測定深度が１００ｍｍ以上で且つ高精度な測定を行
なうことは困難であった。
と、測定深度が１００ｍｍ以上で且つ高精度な測定を行
なうことは困難であった。
【００１０】前記に鑑み、本発明は、大深度測定及び高
精度測定が可能な距離計測方法及び距離センサを提供す
ることを目的とする。
精度測定が可能な距離計測方法及び距離センサを提供す
ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、単波長の平行光を小ビーム径が長い距離
に亘って持続するようなビームに変え被測定物の表面に
照射するものである。
め、本発明は、単波長の平行光を小ビーム径が長い距離
に亘って持続するようなビームに変え被測定物の表面に
照射するものである。
【００１２】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、距離計測方法を、単波長の平行光を出射する工程
と、出射された平行光を小ビーム径が長い距離に亘って
持続するようなビームに変え被測定物の表面に照射する
工程と、前記被測定物の表面に照射された後、拡散され
たビームを集光する工程と、集光されたビームの位置を
検出する工程と、検出されたビームの位置に基づき前記
被測定物の表面における距離を測定する工程とを備えて
いる構成とするものである。
は、距離計測方法を、単波長の平行光を出射する工程
と、出射された平行光を小ビーム径が長い距離に亘って
持続するようなビームに変え被測定物の表面に照射する
工程と、前記被測定物の表面に照射された後、拡散され
たビームを集光する工程と、集光されたビームの位置を
検出する工程と、検出されたビームの位置に基づき前記
被測定物の表面における距離を測定する工程とを備えて
いる構成とするものである。
【００１３】請求項１の構成により、単波長の平行光を
小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビームに
変え被測定物の表面に照射する工程を備えており、被測
定物の表面に照射されるビームにおいては小ビーム径が
長い距離に亘って持続するため、ビームの焦点位置から
少し程度離れた位置においてもビーム径は小さいままで
ある。
小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビームに
変え被測定物の表面に照射する工程を備えており、被測
定物の表面に照射されるビームにおいては小ビーム径が
長い距離に亘って持続するため、ビームの焦点位置から
少し程度離れた位置においてもビーム径は小さいままで
ある。
【００１４】請求項２の発明が講じた解決手段は、距離
センサを、単波長の光を出射する発光素子と、前記発光
素子から出射された光を平行光にして出射するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズから出射された平行
光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビー
ムに変え被測定物の表面に向かって出射する投影ユニッ
トと、前記被測定物の表面により拡散された拡散光を集
光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された
光の位置を検出する位置検出素子とを備えている構成と
するものである。
センサを、単波長の光を出射する発光素子と、前記発光
素子から出射された光を平行光にして出射するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズから出射された平行
光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビー
ムに変え被測定物の表面に向かって出射する投影ユニッ
トと、前記被測定物の表面により拡散された拡散光を集
光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された
光の位置を検出する位置検出素子とを備えている構成と
するものである。
【００１５】請求項２の構成により、投影ユニットは、
平行光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するような
ビームに変え被測定物の表面に向かって出射するため、
ビームの焦点位置から少し程度離れた位置においてもビ
ーム径は小さいままである。
平行光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するような
ビームに変え被測定物の表面に向かって出射するため、
ビームの焦点位置から少し程度離れた位置においてもビ
ーム径は小さいままである。
【００１６】請求項３の発明が講じた解決手段は、距離
センサを、単波長の光を出射する発光素子と、前記発光
素子から出射された光を平行光にして出射するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズから出射された平行
光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビー
ムに変え出射する投影ユニットと、前記投影ユニットか
ら出射されたビームを前記被測定物の表面に向かって走
査しながら出射すると共に前記被測定物の表面により拡
散された拡散光を反射する走査ミラーと、前記走査ミラ
ーにより反射された拡散光を集光する集光レンズと、前
記集光レンズにより集光された光の位置を検出する位置
検出素子とを備えている構成とするものである。
センサを、単波長の光を出射する発光素子と、前記発光
素子から出射された光を平行光にして出射するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズから出射された平行
光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビー
ムに変え出射する投影ユニットと、前記投影ユニットか
ら出射されたビームを前記被測定物の表面に向かって走
査しながら出射すると共に前記被測定物の表面により拡
散された拡散光を反射する走査ミラーと、前記走査ミラ
ーにより反射された拡散光を集光する集光レンズと、前
記集光レンズにより集光された光の位置を検出する位置
検出素子とを備えている構成とするものである。
【００１７】請求項３の構成により、請求項２の構成と
同様、投影ユニットは、平行光を小ビーム径が長い距離
に亘って持続するようなビームに変え被測定物の表面に
向かって出射するため、ビームの焦点位置から少し程度
離れた位置においてもビーム径は小さいままである。ま
た、走査ミラーは、投影ユニットから出射されたビーム
を被測定物の表面に向かって走査しながら出射するの
で、被測定物の表面における距離測定を高速に行なうこ
とができる。
同様、投影ユニットは、平行光を小ビーム径が長い距離
に亘って持続するようなビームに変え被測定物の表面に
向かって出射するため、ビームの焦点位置から少し程度
離れた位置においてもビーム径は小さいままである。ま
た、走査ミラーは、投影ユニットから出射されたビーム
を被測定物の表面に向かって走査しながら出射するの
で、被測定物の表面における距離測定を高速に行なうこ
とができる。
【００１８】請求項４の発明が講じた解決手段は、距離
センサを、単波長の光を出射する発光素子と、前記発光
素子から出射された光を平行光にして出射するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズから出射された平行
光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビー
ムに変え出射する投影ユニットと、前記投影ユニットか
ら出射されたビームを走査しながら出射する走査ミラー
と、前記走査ミラーから出射されたビームを被測定物の
表面に対して垂直な方向から出射する照明レンズと、前
記照明レンズから出射され、前記被測定物の表面により
拡散された拡散光のうち、前記走査ミラーが走査する方
向と垂直な方向の成分を集光する第１のシリンドリカル
レンズと、前記第１のシリンドリカルレンズにより集光
された光のうち、該第１のシリンドリカルレンズの光軸
に平行な成分を集光する第２のシリンドリカルレンズ
と、前記第２のシリンドリカルレンズにより集光された
光の位置を検出する位置検出素子とを備えている構成と
するものである。
センサを、単波長の光を出射する発光素子と、前記発光
素子から出射された光を平行光にして出射するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズから出射された平行
光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビー
ムに変え出射する投影ユニットと、前記投影ユニットか
ら出射されたビームを走査しながら出射する走査ミラー
と、前記走査ミラーから出射されたビームを被測定物の
表面に対して垂直な方向から出射する照明レンズと、前
記照明レンズから出射され、前記被測定物の表面により
拡散された拡散光のうち、前記走査ミラーが走査する方
向と垂直な方向の成分を集光する第１のシリンドリカル
レンズと、前記第１のシリンドリカルレンズにより集光
された光のうち、該第１のシリンドリカルレンズの光軸
に平行な成分を集光する第２のシリンドリカルレンズ
と、前記第２のシリンドリカルレンズにより集光された
光の位置を検出する位置検出素子とを備えている構成と
するものである。
【００１９】請求項４の構成により、請求項２の構成と
同様、投影ユニットは、平行光を小ビーム径が長い距離
に亘って持続するようなビームに変え被測定物の表面に
向かって出射するため、ビームの焦点位置から少し程度
離れた位置においてもビーム径は小さいままである。ま
た、請求項３の構成と同様、走査ミラーは、投影ユニッ
トから出射されたビームを被測定物の表面に向かって走
査しながら出射するので、被測定物の表面における距離
測定を高速に行なうことができる。さらに、照明レンズ
は、走査ミラーから出射されたビームを被測定物の表面
に対して垂直な方向から出射するため、ビームは、被測
定物の表面に凹凸があっても被測定物の測定点に確実に
届く。
同様、投影ユニットは、平行光を小ビーム径が長い距離
に亘って持続するようなビームに変え被測定物の表面に
向かって出射するため、ビームの焦点位置から少し程度
離れた位置においてもビーム径は小さいままである。ま
た、請求項３の構成と同様、走査ミラーは、投影ユニッ
トから出射されたビームを被測定物の表面に向かって走
査しながら出射するので、被測定物の表面における距離
測定を高速に行なうことができる。さらに、照明レンズ
は、走査ミラーから出射されたビームを被測定物の表面
に対して垂直な方向から出射するため、ビームは、被測
定物の表面に凹凸があっても被測定物の測定点に確実に
届く。
【００２０】請求項５の発明が講じた解決手段は、距離
センサを、単波長の光を出射する発光素子と、前記発光
素子から出射された光を平行光にして出射するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズから出射された平行
光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビー
ムに変え出射する投影ユニットと、前記投影ユニットか
ら出射されたビームを被測定物の表面に向かって走査し
ながら出射する第１の反射面と、前記被測定物の表面に
より拡散された拡散光を透過させる透過部と、前記第１
の反射面の裏面側に設けられ入射する光を反射する第２
の反射面とを有する走査ミラーと、前記走査ミラーの透
過部を透過してきた光を前記走査ミラーの第２の反射面
に導く固定ミラーと、前記走査ミラーの第２の反射面に
より反射された拡散光を集光する集光レンズと、前記集
光レンズにより集光された光の位置を検出する位置検出
素子とを備えている構成とするものである。
センサを、単波長の光を出射する発光素子と、前記発光
素子から出射された光を平行光にして出射するコリメー
タレンズと、前記コリメータレンズから出射された平行
光を小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビー
ムに変え出射する投影ユニットと、前記投影ユニットか
ら出射されたビームを被測定物の表面に向かって走査し
ながら出射する第１の反射面と、前記被測定物の表面に
より拡散された拡散光を透過させる透過部と、前記第１
の反射面の裏面側に設けられ入射する光を反射する第２
の反射面とを有する走査ミラーと、前記走査ミラーの透
過部を透過してきた光を前記走査ミラーの第２の反射面
に導く固定ミラーと、前記走査ミラーの第２の反射面に
より反射された拡散光を集光する集光レンズと、前記集
光レンズにより集光された光の位置を検出する位置検出
素子とを備えている構成とするものである。
【００２１】請求項５の構成により、請求項２の構成と
同様、投影ユニットは、平行光を小ビーム径が長い距離
に亘って持続するようなビームに変え被測定物の表面に
向かって出射するため、ビームの焦点位置から少し程度
離れた位置においてもビーム径は小さいままである。ま
た、請求項３の構成と同様、走査ミラーの第１の反射面
は、投影ユニットから出射されたビームを被測定物の表
面に向かって走査しながら出射するので、被測定物の表
面における距離測定を高速に行なうことができる。さら
に、走査ミラーに距離測定方向の面ぶれが発生した場
合、第１の反射ミラーの面ぶれを第２の反射ミラーによ
って相殺することができる。
同様、投影ユニットは、平行光を小ビーム径が長い距離
に亘って持続するようなビームに変え被測定物の表面に
向かって出射するため、ビームの焦点位置から少し程度
離れた位置においてもビーム径は小さいままである。ま
た、請求項３の構成と同様、走査ミラーの第１の反射面
は、投影ユニットから出射されたビームを被測定物の表
面に向かって走査しながら出射するので、被測定物の表
面における距離測定を高速に行なうことができる。さら
に、走査ミラーに距離測定方向の面ぶれが発生した場
合、第１の反射ミラーの面ぶれを第２の反射ミラーによ
って相殺することができる。
【００２２】請求項６の発明は、請求項２〜５の構成
に、前記投影ユニットは円錐レンズよりなる構成を付加
するものである。
に、前記投影ユニットは円錐レンズよりなる構成を付加
するものである。
【００２３】請求項７の発明は、請求項２〜５の構成
に、前記投影ユニットは、前記コリメータレンズから出
射された平行光をリング状の開口部により回折させなが
ら通過させるマスクと、該マスクを通過した回折光を前
記ビームに集光するレンズとからなる構成を付加するも
のである。
に、前記投影ユニットは、前記コリメータレンズから出
射された平行光をリング状の開口部により回折させなが
ら通過させるマスクと、該マスクを通過した回折光を前
記ビームに集光するレンズとからなる構成を付加するも
のである。
【００２４】
（第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
る距離計測方法及び距離センサの基本構成を示してお
り、図１において、１は発光ダイオードや半導体レーザ
等よりなり単波長の光を出射する発光素子、２は発光素
子１から出射された光を平行光とするコリメータレンズ
であって、発光素子１及びコリメータレンズ２により発
光部が構成されている。また、３は頂角αの円錐形状を
有する屈折率ｎの円錐レンズであって、該円錐レンズ３
は投影ユニットを構成している。また、４は集光レン
ズ、５はＰＳＤを使用したり、或いはラインセンサ等の
ＣＣＤ出力を画像処理することにより位置を検出する位
置検出素子であって、これらの光学系は従来例で述べた
Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満足している。
る距離計測方法及び距離センサの基本構成を示してお
り、図１において、１は発光ダイオードや半導体レーザ
等よりなり単波長の光を出射する発光素子、２は発光素
子１から出射された光を平行光とするコリメータレンズ
であって、発光素子１及びコリメータレンズ２により発
光部が構成されている。また、３は頂角αの円錐形状を
有する屈折率ｎの円錐レンズであって、該円錐レンズ３
は投影ユニットを構成している。また、４は集光レン
ズ、５はＰＳＤを使用したり、或いはラインセンサ等の
ＣＣＤ出力を画像処理することにより位置を検出する位
置検出素子であって、これらの光学系は従来例で述べた
Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満足している。
【００２５】以下、前記のように構成された第１の実施
形態に係る距離計測方法及び距離センサの動作を説明す
る。
形態に係る距離計測方法及び距離センサの動作を説明す
る。
【００２６】発光素子１から出射された光はコリメータ
レンズ２により平行光にされる。この平行光は、円錐レ
ンズ３に入射した後、該円錐レンズ３により、図２に示
すように、（数２）で表した光軸とのなす角βを持って
屈折する。
レンズ２により平行光にされる。この平行光は、円錐レ
ンズ３に入射した後、該円錐レンズ３により、図２に示
すように、（数２）で表した光軸とのなす角βを持って
屈折する。
【００２７】
【数２】β＝ｓｉｎ-1｛ｎｓｉｎ（π／２−α／２）｝
−π／２＋α／２
−π／２＋α／２
【００２８】コリメータレンズ２から出射する平行光の
光エネルギー密度をｉとし、幾何光学解析により、円錐
レンズ３の頂点から光軸に沿って距離ρで且つ光軸から
の距離ｒの点における光エネルギー密度Ｉ（ρ、ｒ）
は、（数３）となる。
光エネルギー密度をｉとし、幾何光学解析により、円錐
レンズ３の頂点から光軸に沿って距離ρで且つ光軸から
の距離ｒの点における光エネルギー密度Ｉ（ρ、ｒ）
は、（数３）となる。
【００２９】
【数３】
【００３０】（数３）より、ビームプロファイルは１／
ｒの曲線となり、光エネルギー密度は光軸上で極大とな
ることが分かる。このような光エネルギー密度が高いρ
の領域は、円錐レンズ３の有効径をＤとすると、（数
４）のように表せる。
ｒの曲線となり、光エネルギー密度は光軸上で極大とな
ることが分かる。このような光エネルギー密度が高いρ
の領域は、円錐レンズ３の有効径をＤとすると、（数
４）のように表せる。
【００３１】
【数４】ρ＜Ｄ／｛２ｔａｎ（β）｝
【００３２】例えば、円錐レンズ３の頂角αを１６５
°、有効径Ｄを３０ｍｍ、屈折率ｎを１．５１５として
計算すると、光エネルギー密度が高い領域ρ＜２８７ｍ
ｍとなり、大焦点深度を実現できる。
°、有効径Ｄを３０ｍｍ、屈折率ｎを１．５１５として
計算すると、光エネルギー密度が高い領域ρ＜２８７ｍ
ｍとなり、大焦点深度を実現できる。
【００３３】図３は、前記の構成において、円錐レンズ
３とＨｅ−Ｎｅのビームとを用いて実験を行なった結果
を示している。図３より、円錐レンズ３の頂点からの距
離が２５０ｍｍ以内の領域においてビーム径１５μｍ以
下を実現できていることが分かる。このように小ビーム
径が長い距離に亘って持続されることを、以下において
は、大焦点深度且つ小ビーム径と呼ぶことにする。
３とＨｅ−Ｎｅのビームとを用いて実験を行なった結果
を示している。図３より、円錐レンズ３の頂点からの距
離が２５０ｍｍ以内の領域においてビーム径１５μｍ以
下を実現できていることが分かる。このように小ビーム
径が長い距離に亘って持続されることを、以下において
は、大焦点深度且つ小ビーム径と呼ぶことにする。
【００３４】前記のような照射ビームを用いて、従来例
と同様の距離計測を行なうことにより、大深度で且つ高
分解能な測定が可能である距離計測方法及び距離センサ
を実現することができる。
と同様の距離計測を行なうことにより、大深度で且つ高
分解能な測定が可能である距離計測方法及び距離センサ
を実現することができる。
【００３５】以上説明したように、第１の実施形態によ
ると、光学系に、発光素子１から出射された光を平行光
とするコリメータレンズ２及び平行光を集光する円錐レ
ンズ３を設けることにより、照射ビームを焦点深度２０
０ｍｍ以上で且つビーム径２０μｍ以下にできるため、
大深度で且つ高分解能な距離測定を行なうことができ
る。
ると、光学系に、発光素子１から出射された光を平行光
とするコリメータレンズ２及び平行光を集光する円錐レ
ンズ３を設けることにより、照射ビームを焦点深度２０
０ｍｍ以上で且つビーム径２０μｍ以下にできるため、
大深度で且つ高分解能な距離測定を行なうことができ
る。
【００３６】（第２の実施形態）図４（ａ）は本発明の
第２の実施形態に係る距離計測方法及び距離センサの基
本構成を示している。図４（ａ）においては、図１と同
一の機能を持つものは同一の符号を付すことにより、説
明を省略する。図４（ａ）において、７は光軸からの距
離ｈの位置に幅ｐの円形スリットを有するマスクであっ
て、該マスク７にはコリメータレンズ２から出射された
平行光が入射する。８はマスク７から距離ｔ離れた位置
に配置され、マスク７により回折させられた光を被測定
物Ｏｂに投影する焦点距離ｆの投影レンズであって、こ
れらマスク７及び投影レンズ８により投影ユニットが構
成されている。尚、図４（ｂ）はマスク７の平面構造を
示しており、図中において、ハッチングが施されていな
い部分が円形スリットである。また、これらの光学系は
従来例で述べたＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満足し
ている。
第２の実施形態に係る距離計測方法及び距離センサの基
本構成を示している。図４（ａ）においては、図１と同
一の機能を持つものは同一の符号を付すことにより、説
明を省略する。図４（ａ）において、７は光軸からの距
離ｈの位置に幅ｐの円形スリットを有するマスクであっ
て、該マスク７にはコリメータレンズ２から出射された
平行光が入射する。８はマスク７から距離ｔ離れた位置
に配置され、マスク７により回折させられた光を被測定
物Ｏｂに投影する焦点距離ｆの投影レンズであって、こ
れらマスク７及び投影レンズ８により投影ユニットが構
成されている。尚、図４（ｂ）はマスク７の平面構造を
示しており、図中において、ハッチングが施されていな
い部分が円形スリットである。また、これらの光学系は
従来例で述べたＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満足し
ている。
【００３７】以下、前記のように構成された第２の実施
形態に係る距離計測方法及び距離センサの動作を説明す
る。
形態に係る距離計測方法及び距離センサの動作を説明す
る。
【００３８】発光素子１から出射された波長λの単波長
の光は、コリメータレンズ２により平行光にされた後、
マスク７に入射する。平行光は、マスク７の円形スリッ
トにより回折され、投影レンズ８の主平面上において
１．２２×ｔ／ｐの幅（円形スリットを透過する全光エ
ネルギーの８４％がこの幅に入る）を有する拡散光とな
る。この拡散光は、投影レンズ８によって、第１の実施
形態における円錐レンズ３を出射した光と同様の光とな
る。但し、光エネルギー密度の高い領域ΔＺは（数５）
のように表される。
の光は、コリメータレンズ２により平行光にされた後、
マスク７に入射する。平行光は、マスク７の円形スリッ
トにより回折され、投影レンズ８の主平面上において
１．２２×ｔ／ｐの幅（円形スリットを透過する全光エ
ネルギーの８４％がこの幅に入る）を有する拡散光とな
る。この拡散光は、投影レンズ８によって、第１の実施
形態における円錐レンズ３を出射した光と同様の光とな
る。但し、光エネルギー密度の高い領域ΔＺは（数５）
のように表される。
【００３９】
【数５】ΔＺ＝１．２２×ｆ・ｔ・λ／（ｐ・ｈ）
【００４０】例えば、ｈ＝１ｍｍ、ｐ＝０．０１ｍｍ、
ｆ＝２００ｍｍ、ｔ＝１０ｍｍ、λ＝６３３ｎｍとする
と、ΔＺ＝１５４ｍｍとなり、測定深度を１００ｍｍ以
上にできる。また、ビーム径は、第１の実施形態と同様
に、２０μｍ程度にすることができる。
ｆ＝２００ｍｍ、ｔ＝１０ｍｍ、λ＝６３３ｎｍとする
と、ΔＺ＝１５４ｍｍとなり、測定深度を１００ｍｍ以
上にできる。また、ビーム径は、第１の実施形態と同様
に、２０μｍ程度にすることができる。
【００４１】従って、前記のような照射ビームを用い
て、従来例と同様の距離計測を行なうことにより、大深
度で且つ高分解能な測定が可能である距離計測方法及び
距離センサを実現できる。
て、従来例と同様の距離計測を行なうことにより、大深
度で且つ高分解能な測定が可能である距離計測方法及び
距離センサを実現できる。
【００４２】以上説明したように、第２の実施形態によ
ると、光学系に、円形スリットを有するマスク７及び投
影レンズ８を設けることにより、照射ビームを大焦点深
度且つ小ビーム径にできるため、大深度で且つ高分解能
な距離測定を行なうことができる。
ると、光学系に、円形スリットを有するマスク７及び投
影レンズ８を設けることにより、照射ビームを大焦点深
度且つ小ビーム径にできるため、大深度で且つ高分解能
な距離測定を行なうことができる。
【００４３】（第３の実施形態）図５は本発明の第３の
実施形態に係る距離センサの基本構成を示している。図
５においては、図１と同一の機能を持つものは同一の符
号を付すことにより、説明を省略する。尚、第３の実施
形態においては、投影ユニットとして第１の実施形態と
同様に円錐レンズ３を用いているが、第２の実施形態で
説明した投影ユニットを用いてもよいことは言うまでも
ない。図５において、１０は投影ユニットからの光をｘ
軸方向に走査し、被測定物Ｏｂからの拡散光を集光レン
ズ４に導く走査ミラー、１１は走査ミラー１０を回転走
査させる走査モータである。これら光学系は従来例で述
べたＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満足している。
実施形態に係る距離センサの基本構成を示している。図
５においては、図１と同一の機能を持つものは同一の符
号を付すことにより、説明を省略する。尚、第３の実施
形態においては、投影ユニットとして第１の実施形態と
同様に円錐レンズ３を用いているが、第２の実施形態で
説明した投影ユニットを用いてもよいことは言うまでも
ない。図５において、１０は投影ユニットからの光をｘ
軸方向に走査し、被測定物Ｏｂからの拡散光を集光レン
ズ４に導く走査ミラー、１１は走査ミラー１０を回転走
査させる走査モータである。これら光学系は従来例で述
べたＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満足している。
【００４４】以下、前記のように構成された第３の実施
形態に係る距離センサの動作を説明する。
形態に係る距離センサの動作を説明する。
【００４５】発光素子１から出射された波長λの単波長
の光は、コリメータレンズ２により平行光となり、円錐
レンズ３に入射する。円錐レンズ３を出射した光は、走
査ミラー１０を介して被測定物Ｏｂに照射される。走査
ミラー１０は走査モータ１１により、被測定物Ｏｂ上で
ｘ軸方向に走査するように回転する。被測定物Ｏｂで拡
散した光の一部は、走査ミラー１０及び集光レンズ４を
介して位置検出素子５上に集光する。
の光は、コリメータレンズ２により平行光となり、円錐
レンズ３に入射する。円錐レンズ３を出射した光は、走
査ミラー１０を介して被測定物Ｏｂに照射される。走査
ミラー１０は走査モータ１１により、被測定物Ｏｂ上で
ｘ軸方向に走査するように回転する。被測定物Ｏｂで拡
散した光の一部は、走査ミラー１０及び集光レンズ４を
介して位置検出素子５上に集光する。
【００４６】以上説明したように、従来例と同様の距離
計測を行なうことができると共に、第１及び第２の実施
形態で説明したように、円錐レンズ等で構成された大焦
点深度且つ小ビーム径を実現する投影ユニットを用いる
ことにより、大深度で且つ高分解能な測定が可能である
距離センサを実現できる。
計測を行なうことができると共に、第１及び第２の実施
形態で説明したように、円錐レンズ等で構成された大焦
点深度且つ小ビーム径を実現する投影ユニットを用いる
ことにより、大深度で且つ高分解能な測定が可能である
距離センサを実現できる。
【００４７】また、走査ミラー１０及び走査モータ１１
を用いることにより、第１及び第２の実施形態とは異な
り、ｘ軸方向の走査を光学的にすることができるため、
高速な測定が可能となる。
を用いることにより、第１及び第２の実施形態とは異な
り、ｘ軸方向の走査を光学的にすることができるため、
高速な測定が可能となる。
【００４８】（第４の実施形態）図６は本発明の第４の
実施形態に係る距離センサの基本構成を示している。図
６においては、図５と同一の機能を持つものは同一の符
号を付すことにより、説明を省略する。尚、第４の実施
形態においては、投影ユニットとして第１の実施形態と
同様に円錐レンズ３を用いているが、第２の実施形態で
説明した投影ユニットを用いてもよいことは言うまでも
ない。図６において、１２は走査ミラー、１３は走査ミ
ラー１２を前側焦点面とし、被測定物Ｏｂと直交する光
軸を有する照明レンズ、１４は被測定物Ｏｂ上の拡散光
のうちｙ方向の光だけを位置検出素子５上に結像させる
第１のシリンドリカルレンズ、１５は位置検出素子５を
後側の焦点面とし、第１のシリンドリカルレンズ１４の
光軸に平行な光を位置検出素子５に結像する第２のシリ
ンドリカルレンズである。また、これら光学系は従来例
で述べたＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満足してい
る。
実施形態に係る距離センサの基本構成を示している。図
６においては、図５と同一の機能を持つものは同一の符
号を付すことにより、説明を省略する。尚、第４の実施
形態においては、投影ユニットとして第１の実施形態と
同様に円錐レンズ３を用いているが、第２の実施形態で
説明した投影ユニットを用いてもよいことは言うまでも
ない。図６において、１２は走査ミラー、１３は走査ミ
ラー１２を前側焦点面とし、被測定物Ｏｂと直交する光
軸を有する照明レンズ、１４は被測定物Ｏｂ上の拡散光
のうちｙ方向の光だけを位置検出素子５上に結像させる
第１のシリンドリカルレンズ、１５は位置検出素子５を
後側の焦点面とし、第１のシリンドリカルレンズ１４の
光軸に平行な光を位置検出素子５に結像する第２のシリ
ンドリカルレンズである。また、これら光学系は従来例
で述べたＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの条件を満足してい
る。
【００４９】以下、前記のように構成された第４の実施
形態に係る距離センサの動作を説明する。
形態に係る距離センサの動作を説明する。
【００５０】発光素子１から出射された波長λの単波長
の光は、コリメータレンズ２により平行光となり、円錐
レンズ３に入射する。円錐レンズ３を出射した光は、走
査ミラー１２を介して照明レンズ１３に導かれる。照明
レンズ１３は走査ミラー１２を前側焦点面とし被測定物
Ｏｂと直交する光軸を有しているため、照明レンズ１３
から出射した光は被測定物Ｏｂに直交するように照射さ
れる。照明レンズ１３により照射されたビームにおいて
は、（数４）又は（数５）で表した光エネルギー密度の
高い領域は、照明レンズ１３の集光作用により減少する
が、照明レンズ１３の開口数ＮＡを小さくし、（数４）
では円錐レンズ３の頂角αをより１８０°に近づけるこ
とにより、また、（数５）では円形スリットの幅ｐを狭
くすることにより、光エネルギー密度の高い領域を１０
０ｍｍ以上にすることが可能である。
の光は、コリメータレンズ２により平行光となり、円錐
レンズ３に入射する。円錐レンズ３を出射した光は、走
査ミラー１２を介して照明レンズ１３に導かれる。照明
レンズ１３は走査ミラー１２を前側焦点面とし被測定物
Ｏｂと直交する光軸を有しているため、照明レンズ１３
から出射した光は被測定物Ｏｂに直交するように照射さ
れる。照明レンズ１３により照射されたビームにおいて
は、（数４）又は（数５）で表した光エネルギー密度の
高い領域は、照明レンズ１３の集光作用により減少する
が、照明レンズ１３の開口数ＮＡを小さくし、（数４）
では円錐レンズ３の頂角αをより１８０°に近づけるこ
とにより、また、（数５）では円形スリットの幅ｐを狭
くすることにより、光エネルギー密度の高い領域を１０
０ｍｍ以上にすることが可能である。
【００５１】被測定物Ｏｂ上で拡散した光は、第１のシ
リンドリカルレンズ１４により、ｙ方向の成分だけが位
置検出素子５の平面上に集光させられる。また、第２の
シリンドリカルレンズ１５により、第１のシリンドリカ
ルレンズ１４から出射した光のうち第１のシリンドリカ
ルレンズ１４の光軸に平行な光だけが位置検出素子５上
に集光する。
リンドリカルレンズ１４により、ｙ方向の成分だけが位
置検出素子５の平面上に集光させられる。また、第２の
シリンドリカルレンズ１５により、第１のシリンドリカ
ルレンズ１４から出射した光のうち第１のシリンドリカ
ルレンズ１４の光軸に平行な光だけが位置検出素子５上
に集光する。
【００５２】以上説明したように、従来例と同様の距離
計測を行なうことができると共に、第１及び第２の実施
形態で説明したように、円錐レンズ等で構成された大焦
点深度且つ小ビーム径を実現する投影ユニットを用いる
ことにより、大深度で且つ高分解能な測定が可能である
距離センサを実現できる。
計測を行なうことができると共に、第１及び第２の実施
形態で説明したように、円錐レンズ等で構成された大焦
点深度且つ小ビーム径を実現する投影ユニットを用いる
ことにより、大深度で且つ高分解能な測定が可能である
距離センサを実現できる。
【００５３】また、走査ミラー１２及び走査モータ１１
を用いることにより、第１及び第２の実施形態とは異な
り、ｘ軸方向の走査を光学的にすることができるため、
高速な測定が可能となる。
を用いることにより、第１及び第２の実施形態とは異な
り、ｘ軸方向の走査を光学的にすることができるため、
高速な測定が可能となる。
【００５４】以下、第４の実施形態と第３の実施形態と
の差異を図７を用いて説明する。図７は、第３の実施形
態を用いて、段差のある被測定物Ｏｂを測定した場合を
示している。第３の実施形態の場合には、走査ミラー１
０を基点にして回転走査をするため、被測定物Ｏｂにお
ける斜線部Ｐの領域には照射光が入らないため、測定で
きない部位が存在する。これは、被測定物Ｏｂに対し
て、常に直交方向から照明光が入射しないために発生す
る。
の差異を図７を用いて説明する。図７は、第３の実施形
態を用いて、段差のある被測定物Ｏｂを測定した場合を
示している。第３の実施形態の場合には、走査ミラー１
０を基点にして回転走査をするため、被測定物Ｏｂにお
ける斜線部Ｐの領域には照射光が入らないため、測定で
きない部位が存在する。これは、被測定物Ｏｂに対し
て、常に直交方向から照明光が入射しないために発生す
る。
【００５５】これに対して、第４の実施形態によると、
照明レンズ１３を設けたため、被測定物Ｏｂに対して常
に直交方向から照明光が入射するため、図７のＰ部のよ
うな照明光が入らない部位が発生しないので、正確に測
定ができる。
照明レンズ１３を設けたため、被測定物Ｏｂに対して常
に直交方向から照明光が入射するため、図７のＰ部のよ
うな照明光が入らない部位が発生しないので、正確に測
定ができる。
【００５６】尚、第４の実施形態における照明レンズ１
３としては、ｆθレンズを用いてもよく、ｆが大きい場
合には、ｆｔａｎ（θ）又はｆｓｉｎ（θ）レンズを用
いてもよいことは言うまでもない。
３としては、ｆθレンズを用いてもよく、ｆが大きい場
合には、ｆｔａｎ（θ）又はｆｓｉｎ（θ）レンズを用
いてもよいことは言うまでもない。
【００５７】（第５の実施形態）図８は本発明の第５の
実施形態に係る距離センサの基本構成を示している。図
８においては、図５と同一の機能を持つものは同一の符
号を付すことにより、説明を省略する。尚、第５の実施
形態においては、投影ユニットとして第１の実施形態と
同様に円錐レンズ３を用いているが、第２の実施形態で
説明した投影ユニットを用いてもよいことは言うまでも
ない。図８において、１６は走査ミラーであって、該走
査ミラー１６は、円錐レンズ３から出射された光を被測
定物Ｏｂの方に反射する第１の反射面と、該第１の反射
面の裏面側に設けられた第２の反射面と、被測定物Ｏｂ
により拡散された拡散光を透過する中央の開口部とを有
している。１７は被測定物Ｏｂにより拡散され走査ミラ
ー１６の開口部を透過した拡散光を走査ミラー１７の第
２の反射面に導き、該第２の反射面により反射された拡
散光を集光レンズ４を介して位置検出素子５上に結像さ
せるように配置させられた固定ミラーである。また、こ
れら光学系は従来例で述べたＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの
条件を満足している。
実施形態に係る距離センサの基本構成を示している。図
８においては、図５と同一の機能を持つものは同一の符
号を付すことにより、説明を省略する。尚、第５の実施
形態においては、投影ユニットとして第１の実施形態と
同様に円錐レンズ３を用いているが、第２の実施形態で
説明した投影ユニットを用いてもよいことは言うまでも
ない。図８において、１６は走査ミラーであって、該走
査ミラー１６は、円錐レンズ３から出射された光を被測
定物Ｏｂの方に反射する第１の反射面と、該第１の反射
面の裏面側に設けられた第２の反射面と、被測定物Ｏｂ
により拡散された拡散光を透過する中央の開口部とを有
している。１７は被測定物Ｏｂにより拡散され走査ミラ
ー１６の開口部を透過した拡散光を走査ミラー１７の第
２の反射面に導き、該第２の反射面により反射された拡
散光を集光レンズ４を介して位置検出素子５上に結像さ
せるように配置させられた固定ミラーである。また、こ
れら光学系は従来例で述べたＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇの
条件を満足している。
【００５８】以下、前記のように構成された第５の実施
形態に係る距離センサの動作を説明する。
形態に係る距離センサの動作を説明する。
【００５９】発光素子１から出射した波長λの単波長の
光は、コリメータレンズ２により平行光となり、円錐レ
ンズ３に入射する。円錐レンズ３を出射した光は、走査
ミラー１６の第１の反射面を介して被測定物Ｏｂに照射
される。被測定物Ｏｂ上で拡散した光の一部は、走査ミ
ラー１６の開口部を透過し、固定ミラー１７により反射
させられる。固定ミラー１７は、被測定物Ｏｂからの拡
散光を走査ミラー１７の第２の反射面に導き、集光レン
ズ４を介して位置検出素子５上に結像させるように配置
されているので、被測定物Ｏｂ上での拡散光は位置検出
素子５上に結像する。
光は、コリメータレンズ２により平行光となり、円錐レ
ンズ３に入射する。円錐レンズ３を出射した光は、走査
ミラー１６の第１の反射面を介して被測定物Ｏｂに照射
される。被測定物Ｏｂ上で拡散した光の一部は、走査ミ
ラー１６の開口部を透過し、固定ミラー１７により反射
させられる。固定ミラー１７は、被測定物Ｏｂからの拡
散光を走査ミラー１７の第２の反射面に導き、集光レン
ズ４を介して位置検出素子５上に結像させるように配置
されているので、被測定物Ｏｂ上での拡散光は位置検出
素子５上に結像する。
【００６０】以上説明したように、従来例と同様の距離
計測を行なうことができると共に、第１及び第２の実施
形態で説明したように、円錐レンズ等で構成された大焦
点深度且つ小ビーム径を実現する投影ユニットを用いる
ことにより、大深度で且つ高分解能な測定が可能である
距離センサを実現できる。
計測を行なうことができると共に、第１及び第２の実施
形態で説明したように、円錐レンズ等で構成された大焦
点深度且つ小ビーム径を実現する投影ユニットを用いる
ことにより、大深度で且つ高分解能な測定が可能である
距離センサを実現できる。
【００６１】また、走査ミラー１６及び走査モータ１１
を用いることにより、第１〜４の実施形態とは異なり、
ｘ軸方向の走査を光学的にすることができるため、高速
な測定が可能となる。
を用いることにより、第１〜４の実施形態とは異なり、
ｘ軸方向の走査を光学的にすることができるため、高速
な測定が可能となる。
【００６２】以下、第５の実施形態と第３の実施形態と
の差異を説明する。第３の実施形態によると、走査ミラ
ー１０及び走査モータ１１にｙ方向の面ぶれ又は軸ぶれ
が発生すると、位置検出素子５上のｙ方向、つまり、距
離測定の方向への移動となり、距離測定誤差が発生す
る。このような面ぶれが、走査モータ１１の回転角に同
期して規則的に発生する場合には補正できるが、面ぶれ
に繰り返し再現性がない場合には、補正することができ
ず、距離測定誤差となって距離測定の精度を劣化させ
る。
の差異を説明する。第３の実施形態によると、走査ミラ
ー１０及び走査モータ１１にｙ方向の面ぶれ又は軸ぶれ
が発生すると、位置検出素子５上のｙ方向、つまり、距
離測定の方向への移動となり、距離測定誤差が発生す
る。このような面ぶれが、走査モータ１１の回転角に同
期して規則的に発生する場合には補正できるが、面ぶれ
に繰り返し再現性がない場合には、補正することができ
ず、距離測定誤差となって距離測定の精度を劣化させ
る。
【００６３】これに対して、第５の実施形態によると、
走査ミラー１６及び固定ミラー１７を設け、走査ミラー
１６及び走査モータ１１にｙ方向の面ぶれが発生して
も、走査ミラー１６の裏面を用いて再度反射させるた
め、ｙ方向の面ぶれの影響を相殺することができるの
で、精度良く距離測定を行なうことができる。
走査ミラー１６及び固定ミラー１７を設け、走査ミラー
１６及び走査モータ１１にｙ方向の面ぶれが発生して
も、走査ミラー１６の裏面を用いて再度反射させるた
め、ｙ方向の面ぶれの影響を相殺することができるの
で、精度良く距離測定を行なうことができる。
【００６４】
【発明の効果】請求項１の発明に係る距離計測方法によ
ると、被測定物の表面に照射されるビームにおいては小
ビーム径が長い距離に亘って持続するため、ビームの焦
点位置から少し程度離れた位置でもビーム径は小さいま
まであるから、小ビーム径を焦点深度が大きい範囲に亘
って実現できるので、大深度で且つ高精度な測定が可能
になる。
ると、被測定物の表面に照射されるビームにおいては小
ビーム径が長い距離に亘って持続するため、ビームの焦
点位置から少し程度離れた位置でもビーム径は小さいま
まであるから、小ビーム径を焦点深度が大きい範囲に亘
って実現できるので、大深度で且つ高精度な測定が可能
になる。
【００６５】請求項２の発明に係る距離センサによる
と、投影ユニットにより被測定物の表面に照射されるビ
ームにおいては、小ビーム径が長い距離に亘って持続す
るビームの焦点位置から少し程度離れた位置でもビーム
径は小さいままであるから、小ビーム径を焦点深度が大
きい範囲に亘って実現できるので、大深度で且つ高精度
な測定が可能になる。
と、投影ユニットにより被測定物の表面に照射されるビ
ームにおいては、小ビーム径が長い距離に亘って持続す
るビームの焦点位置から少し程度離れた位置でもビーム
径は小さいままであるから、小ビーム径を焦点深度が大
きい範囲に亘って実現できるので、大深度で且つ高精度
な測定が可能になる。
【００６６】請求項３の発明に係る距離センサによる
と、請求項２の発明と同様、小ビーム径を焦点深度が大
きい範囲に亘って実現できるので、大深度で且つ高精度
な測定が可能になると共に、走査ミラーは、投影ユニッ
トから出射されたビームを被測定物の表面に向かって走
査しながら出射するので、走査ミラーが走査する方向の
距離測定を高速に行なうことができる。
と、請求項２の発明と同様、小ビーム径を焦点深度が大
きい範囲に亘って実現できるので、大深度で且つ高精度
な測定が可能になると共に、走査ミラーは、投影ユニッ
トから出射されたビームを被測定物の表面に向かって走
査しながら出射するので、走査ミラーが走査する方向の
距離測定を高速に行なうことができる。
【００６７】請求項４の発明に係る距離センサによる
と、小ビーム径を焦点深度が大きい範囲に亘って実現で
きるので、大深度で且つ高精度な測定が可能になると共
に、投影ユニットから出射されたビームは被測定物の表
面を走査するので、走査ミラーが走査する方向の距離測
定を高速に行なうことができる上に、被測定物の表面に
凹凸があっても、被測定物の表面にビームが確実に届く
ため、ビームの走査に起因して発生する所謂隠れ等の問
題が発生しないので、正確な測定を行なうことができ
る。
と、小ビーム径を焦点深度が大きい範囲に亘って実現で
きるので、大深度で且つ高精度な測定が可能になると共
に、投影ユニットから出射されたビームは被測定物の表
面を走査するので、走査ミラーが走査する方向の距離測
定を高速に行なうことができる上に、被測定物の表面に
凹凸があっても、被測定物の表面にビームが確実に届く
ため、ビームの走査に起因して発生する所謂隠れ等の問
題が発生しないので、正確な測定を行なうことができ
る。
【００６８】請求項５の発明に係る距離センサによる
と、小ビーム径を焦点深度が大きい範囲に亘って実現で
きるので、大深度で且つ高精度な測定が可能になると共
に、投影ユニットから出射されたビームは被測定物の表
面を走査するので、走査ミラーが走査する方向の距離測
定を高速に行なうことができる上に、走査ミラーに距離
測定方向の面ぶれが発生した場合でも、第１の反射ミラ
ーの面ぶれを第２の反射ミラーによって相殺できるた
め、面ぶれ等の誤差が発生しないので、距離測定を精度
良く行なうことができる。
と、小ビーム径を焦点深度が大きい範囲に亘って実現で
きるので、大深度で且つ高精度な測定が可能になると共
に、投影ユニットから出射されたビームは被測定物の表
面を走査するので、走査ミラーが走査する方向の距離測
定を高速に行なうことができる上に、走査ミラーに距離
測定方向の面ぶれが発生した場合でも、第１の反射ミラ
ーの面ぶれを第２の反射ミラーによって相殺できるた
め、面ぶれ等の誤差が発生しないので、距離測定を精度
良く行なうことができる。
【００６９】請求項６の発明に係る距離センサによる
と、投影ユニットは円錐レンズよりなるため、平行光を
小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビームに
変え出射する投影ユニットを確実に実現することができ
る。
と、投影ユニットは円錐レンズよりなるため、平行光を
小ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビームに
変え出射する投影ユニットを確実に実現することができ
る。
【００７０】請求項７の発明に係る距離センサによる
と、投影ユニットは、平行光をリング状の開口部により
回折させながら通過させるマスクと、該マスクを通過し
た回折光を集光するレンズとからなるため、平行光を小
ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビームに変
えながら出射する投影ユニットを確実に実現することが
できる。
と、投影ユニットは、平行光をリング状の開口部により
回折させながら通過させるマスクと、該マスクを通過し
た回折光を集光するレンズとからなるため、平行光を小
ビーム径が長い距離に亘って持続するようなビームに変
えながら出射する投影ユニットを確実に実現することが
できる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る距離計測方法及
び距離センサの基本構成を示す図である。
び距離センサの基本構成を示す図である。
【図２】前記第１の実施形態における円錐レンズの動作
を説明する図である。
を説明する図である。
【図３】前記第１の実施形態における円錐レンズの特性
を説明する図である。
を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る距離計測方法及
び距離センサの基本構成を示す図である。
び距離センサの基本構成を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る距離センサの基
本構成を示す図である。
本構成を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る距離センサの基
本構成を示す図である。
本構成を示す図である。
【図７】前記第３の実施形態に係る距離センサの問題点
を説明する図である。
を説明する図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る距離センサの基
本構成を示す図である。
本構成を示す図である。
【図９】従来の距離センサの構成及び動作を説明する図
である。
である。
【図１０】従来の距離センサの問題点を説明する図であ
る。
る。
１ 発光素子 ２ コリメータレンズ ３ 円錐レンズ ４ 集光レンズ ５ 位置検出素子 ７ マスク ８ 投影レンズ １０ 走査ミラー １１ 走査モータ １２ 走査ミラー １３ 照明レンズ １４ 第１のシリンドリカルレンズ １５ 第２のシリンドリカルレンズ １６ 走査ミラー １７ 固定ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱野 誠司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】 単波長の平行光を出射する工程と、 出射された平行光を小ビーム径が長い距離に亘って持続
するようなビームに変え被測定物の表面に照射する工程
と、 前記被測定物の表面に照射された後、拡散されたビーム
を集光する工程と、 集光されたビームの位置を検出する工程と、 検出されたビームの位置に基づき前記被測定物の表面に
おける距離を測定する工程とを備えていることを特徴と
する距離計測方法。 - 【請求項２】 単波長の光を出射する発光素子と、 前記発光素子から出射された光を平行光にして出射する
コリメータレンズと、 前記コリメータレンズから出射された平行光を小ビーム
径が長い距離に亘って持続するようなビームに変え被測
定物の表面に向かって出射する投影ユニットと、 前記被測定物の表面により拡散された拡散光を集光する
集光レンズと、 前記集光レンズにより集光された光の位置を検出する位
置検出素子とを備えていることを特徴とする距離セン
サ。 - 【請求項３】 単波長の光を出射する発光素子と、 前記発光素子から出射された光を平行光にして出射する
コリメータレンズと、 前記コリメータレンズから出射された平行光を小ビーム
径が長い距離に亘って持続するようなビームに変え出射
する投影ユニットと、 前記投影ユニットから出射されたビームを前記被測定物
の表面に向かって走査しながら出射すると共に前記被測
定物の表面により拡散された拡散光を反射する走査ミラ
ーと、 前記走査ミラーにより反射された拡散光を集光する集光
レンズと、 前記集光レンズにより集光された光の位置を検出する位
置検出素子とを備えていることを特徴とする距離セン
サ。 - 【請求項４】 単波長の光を出射する発光素子と、 前記発光素子から出射された光を平行光にして出射する
コリメータレンズと、 前記コリメータレンズから出射された平行光を小ビーム
径が長い距離に亘って持続するようなビームに変え出射
する投影ユニットと、 前記投影ユニットから出射されたビームを走査しながら
出射する走査ミラーと、 前記走査ミラーから出射されたビームを被測定物の表面
に対して垂直な方向から出射する照明レンズと、 前記照明レンズから出射され、前記被測定物の表面によ
り拡散された拡散光のうち、前記走査ミラーが走査する
方向と垂直な方向の成分を集光する第１のシリンドリカ
ルレンズと、 前記第１のシリンドリカルレンズにより集光された光の
うち、該第１のシリンドリカルレンズの光軸に平行な成
分を集光する第２のシリンドリカルレンズと、 前記第２のシリンドリカルレンズにより集光された光の
位置を検出する位置検出素子とを備えていることを特徴
とする距離センサ。 - 【請求項５】 単波長の光を出射する発光素子と、 前記発光素子から出射された光を平行光にして出射する
コリメータレンズと、 前記コリメータレンズから出射された平行光を小ビーム
径が長い距離に亘って持続するようなビームに変え出射
する投影ユニットと、 前記投影ユニットから出射されたビームを被測定物の表
面に向かって走査しながら出射する第１の反射面と、前
記被測定物の表面により拡散された拡散光を透過させる
透過部と、前記第１の反射面の裏面側に設けられ入射す
る光を反射する第２の反射面とを有する走査ミラーと、 前記走査ミラーの透過部を透過してきた光を前記走査ミ
ラーの第２の反射面に導く固定ミラーと、 前記走査ミラーの第２の反射面により反射された拡散光
を集光する集光レンズと、 前記集光レンズにより集光された光の位置を検出する位
置検出素子とを備えていることを特徴とする距離セン
サ。 - 【請求項６】 前記投影ユニットは、円錐レンズよりな
ることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載
の距離センサ。 - 【請求項７】 前記投影ユニットは、前記コリメータレ
ンズから出射された平行光をリング状の開口部により回
折させながら通過させるマスクと、該マスクを通過した
回折光を前記ビームに集光するレンズとからなることを
特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の距離セ
ンサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10134796A JP3633713B2 (ja) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | 距離計測方法及び距離センサ |
| US08/847,991 US5781269A (en) | 1996-04-23 | 1997-04-22 | Distance measuring method and distance sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10134796A JP3633713B2 (ja) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | 距離計測方法及び距離センサ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004330139A Division JP3696228B2 (ja) | 2004-11-15 | 2004-11-15 | 距離計測方法及び距離センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09287931A true JPH09287931A (ja) | 1997-11-04 |
| JP3633713B2 JP3633713B2 (ja) | 2005-03-30 |
Family
ID=14298311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10134796A Expired - Fee Related JP3633713B2 (ja) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | 距離計測方法及び距離センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5781269A (ja) |
| JP (1) | JP3633713B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101970983A (zh) * | 2009-03-19 | 2011-02-09 | 松下电器产业株式会社 | 形状测定装置以及方法 |
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| US7548323B2 (en) * | 2004-10-29 | 2009-06-16 | Hitachi Via Mechanics, Ltd | Displacement and flatness measurements by use of a laser with diffractive optic beam shaping and a multiple point sensor array using the back reflection of an illuminating laser beam |
| EP1762177B1 (en) * | 2005-09-08 | 2014-11-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | X-ray computed tomographic apparatus |
| CN101922919B (zh) * | 2010-09-07 | 2013-06-19 | 西安工业大学 | 一种光学零件几何参数非接触测量方法及其测量装置 |
| CN102818525B (zh) * | 2012-08-21 | 2014-11-05 | 深圳市斯尔顿科技有限公司 | 双光楔测距装置和测距方法 |
| CN103557835B (zh) * | 2013-11-04 | 2016-01-06 | 福建新大陆自动识别技术有限公司 | 激光测距装置和方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| DE4032361A1 (de) * | 1990-10-12 | 1992-04-16 | Dirk Prof Dr Ing Jansen | Distanzmesskopf fuer drehmaschinen |
-
1996
- 1996-04-23 JP JP10134796A patent/JP3633713B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-04-22 US US08/847,991 patent/US5781269A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101970983A (zh) * | 2009-03-19 | 2011-02-09 | 松下电器产业株式会社 | 形状测定装置以及方法 |
| KR101233941B1 (ko) * | 2009-03-19 | 2013-02-15 | 파나소닉 주식회사 | 형상 측정 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5781269A (en) | 1998-07-14 |
| JP3633713B2 (ja) | 2005-03-30 |
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