JPH11257925A - Sensor device - Google Patents

Sensor device

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Publication number
JPH11257925A
JPH11257925A JP6151998A JP6151998A JPH11257925A JP H11257925 A JPH11257925 A JP H11257925A JP 6151998 A JP6151998 A JP 6151998A JP 6151998 A JP6151998 A JP 6151998A JP H11257925 A JPH11257925 A JP H11257925A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
transparent body
light receiving
profile
thickness
Prior art date
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Pending
Application number
JP6151998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuki Nakajima
克起 中島
Naoya Ochi
直哉 越智
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.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP6151998A priority Critical patent/JPH11257925A/en
Publication of JPH11257925A publication Critical patent/JPH11257925A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the thickness or refractive index of a transparent work such as glass, without contacting and without depending on the inclination angle of the transparent work. SOLUTION: A projector radiates a conical converged light. When a left light beam b is incident on a transparent work 1 at an incident angle θ1 -θa , it refracts at a refraction angle θd . When coming to the back side of the transparent work 1, it again refracts into a light beam d with a deviation 1d occurring between the light beams b and d. About a right light beam a, a deviation 1c occurs. From these deviations an elliptic profile is obtd. at a light receiving position. By quantitatively analyzing the optical axis change and light receiving profile, the inclination angle θ1 and thickness T of the transparent work 1 can be measured if the transparent work's refractive index is known.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の透明体
に集束光を透過させ、その受光プロファイルを定量的に
解析することにより、透明体の厚み、傾き、屈折率を計
測するセンサ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor device for measuring the thickness, inclination and refractive index of a transparent body by transmitting a focused light through a transparent body such as glass and quantitatively analyzing a light receiving profile thereof. Things.

【0002】[0002]

【従来の技術】被測定物の厚みを測定する装置として
は、接触式のものが多い。例えばマイクロメータでは、
被測定物をアンビルとスピンドルとで鋏み、スピンドル
を回転させることにより、マイクロメータヘッドで厚み
を計測する。また表面粗さ計は、ダイヤモンド製のプロ
ーブを被測定物の表面をトレースするものであり、被測
定物の厚みむらである表面のうねりをμm単位で測定で
きる。このような機械的計測器具又は測定装置は、測定
値を直接知ることができるため、機械工作の分野では、
昔から良く用いられ、現在も盛んに利用されている。
2. Description of the Related Art There are many contact-type devices for measuring the thickness of an object to be measured. For example, in a micrometer,
The object to be measured is scissors with an anvil and a spindle, and the thickness is measured with a micrometer head by rotating the spindle. The surface roughness meter traces the surface of the object to be measured with a diamond probe, and can measure the undulation of the surface, which is the thickness unevenness of the object to be measured, in μm units. Since such a mechanical measuring instrument or measuring device can directly know the measured value, in the field of machining,
It has been widely used since ancient times and is still being used today.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のような計測器具
では、耐久性と測定精度を確保するため、測定プローブ
の表面硬度は被測定物の表面より固いものが多い。従っ
てこのような機械的計測装置は、被測定物の表面を接触
又はトレースするとき、被測定物の表面に不要な粒子や
油を付着させたり、傷を付ける恐れがある。金属加工の
場合はあまり問題とならないが、被測定物が液晶パネル
のように回路部が形成されるガラス基板であったり、硬
度の低い透明樹脂の場合は、傷が付き易く機械的計測装
置は使用できない。
In the measuring instruments as described above, the surface hardness of the measuring probe is often harder than the surface of the object to be measured in order to ensure durability and measuring accuracy. Therefore, when such a mechanical measuring device contacts or traces the surface of the object to be measured, unnecessary particles or oil may adhere to the surface of the object to be measured or may be damaged. In the case of metal processing, there is no problem, but when the object to be measured is a glass substrate on which a circuit portion is formed like a liquid crystal panel, or when the material is a transparent resin having a low hardness, it is easily scratched and a mechanical measuring device is used. I can not use it.

【0004】また被測定物の表面全体のうねりを計測し
たり、被測定物の厚みや、被測定物全体の厚みむらを計
測する場合は、被測定物の全面をトレースしなければな
らない。上記の機械的計測装置であれば、被測定物の全
表面が傷が付くことは勿論のこと、計測に時間がかか
る。
In order to measure the undulation of the entire surface of the measured object, to measure the thickness of the measured object, and to measure the thickness unevenness of the entire measured object, it is necessary to trace the entire surface of the measured object. In the case of the above-described mechanical measuring device, it takes a long time to measure, not to mention that the entire surface of the object to be measured is damaged.

【0005】また非接触式の間隙計測装置として、静電
容量の変化を利用したり、磁気インピーダンスの変化を
利用したりするものもあるが、測定対象となる被測定物
に材料的制限があり、事前の校正も必要となる。
Some non-contact type gap measuring devices use a change in capacitance or a change in magnetic impedance. However, there is a material limitation on an object to be measured. Also, prior calibration is required.

【0006】またガラス等を主たる被測定物とする非接
触式の計測装置として、光ビームをガラス基板に投光
し、表面からの反射光と、裏面からの反射光に基づいて
ガラス基板の厚みを計測するものがある。これはガラス
基板内の光学パスを計測することを原理としているの
で、ガラス基板が光軸に対して傾斜していると、光学パ
スが長くなり、厚み計測に誤差が生じる。
Further, as a non-contact type measuring device mainly using glass or the like as an object to be measured, a light beam is projected onto a glass substrate, and the thickness of the glass substrate is determined based on the reflected light from the front surface and the reflected light from the back surface. There is something to measure. Since the principle is to measure the optical path in the glass substrate, if the glass substrate is inclined with respect to the optical axis, the optical path becomes longer and an error occurs in the thickness measurement.

【0007】例えば液晶パネルの製造工程などでも、ガ
ラス基板の厚み計測が行われるが、近年ガラス基板の形
状が大きくなり、その厚みが薄いので、計測状態にある
ガラス基板にそりを生じる。このためガラス基板の測定
部分と、測定系の光学軸との間に角度誤差が生じ、結果
として被測定物全体にわたって正確な厚み計測ができな
くなるという問題点があった。
For example, the thickness measurement of a glass substrate is also performed in a manufacturing process of a liquid crystal panel or the like. However, in recent years, the shape of the glass substrate has become large and its thickness is thin, so that the glass substrate being measured is warped. For this reason, an angle error occurs between the measurement portion of the glass substrate and the optical axis of the measurement system, and as a result, there has been a problem that accurate thickness measurement cannot be performed over the entire object to be measured.

【0008】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、ガラス等の透明体に対して斜
めとなるよう集束光を透過させ、その光軸変化と受光プ
ロファイルを定量的に解析することにより、透明体の厚
み、傾き、屈折率を計測できるセンサ装置を実現するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and transmits a focused light obliquely with respect to a transparent body such as glass, and changes the optical axis and the light receiving profile thereof. An object of the present invention is to realize a sensor device capable of measuring the thickness, inclination, and refractive index of a transparent body by performing quantitative analysis.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、被測定物である透明体の厚みを検出するセンサ装置
であって、円錐状の集束光を投射する投光部と、前記透
明体が無い場合の集束光の集束位置に配置され、前記投
光部の中心光軸に対して斜めに保持された透明体を透過
する透過光を受光する2次元の受光素子を有する受光部
と、前記受光部で得られた透過光のプロファイルを検出
する受光プロファイル確定手段と、前記透明体の屈折率
と前記受光プロファイル確定手段から得られた楕円状の
プロファイルとから、短軸方向及び長軸方向の拡がり比
を検出することにより、前記透明体の測定領域における
傾斜角を演算する傾斜角度算出手段と、前記傾斜角度算
出手段で得られた透明体の傾斜角、及び前記受光プロフ
ァイル確定手段から得られたプロファイルの短軸方向と
長軸方向の拡がり比から、前記透明体の測定領域におけ
る厚みを演算する厚み算出手段と、を具備することを特
徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor device for detecting a thickness of a transparent body as an object to be measured, wherein the light projecting unit projects a conical convergent light; A light receiving unit that is disposed at a focus position of the focused light when there is no transparent body and has a two-dimensional light receiving element that receives transmitted light that passes through the transparent body that is held at an angle to the central optical axis of the light projecting unit And a light receiving profile determining means for detecting a profile of the transmitted light obtained by the light receiving unit, and a refractive index of the transparent body and an elliptical profile obtained from the light receiving profile determining means, in a short axis direction and a long axis direction. An inclination angle calculating means for calculating an inclination angle of the transparent body in a measurement area by detecting an axial expansion ratio; an inclination angle of the transparent body obtained by the inclination angle calculating means; and a light receiving profile determining means From The minor axis direction and major axis direction of the expansion ratio of the profile that is, is characterized in that it comprises a and a thickness calculating means for calculating a thickness in the measurement region of the transparent body.

【0010】本願の請求項2の発明は、被測定物である
透明体の傾斜角を検出するセンサ装置であって、円錐状
の集束光を投射する投光部と、前記透明体が無い場合の
集束光の集束位置に配置され、前記投光部の中心光軸に
対して斜めに保持された透明体を透過する透過光を受光
する2次元の受光素子を有する受光部と、前記受光部で
得られた透過光のビームプロファイルを検出する受光プ
ロファイル確定手段と、前記透明体の屈折率と前記受光
プロファイル確定手段から得られた楕円状のプロファイ
ルとから、短軸方向及び長軸方向の拡がり比を検出する
ことにより、前記透明体の測定領域における傾斜角を演
算する傾斜角度算出手段と、を具備することを特徴とす
るものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a sensor device for detecting an inclination angle of a transparent body which is an object to be measured, wherein a light projecting unit for projecting a conical convergent light is provided. A light receiving unit having a two-dimensional light receiving element for receiving transmitted light passing through a transparent body held at an angle to the central optical axis of the light projecting unit, and A light receiving profile determining means for detecting a beam profile of the transmitted light obtained in the step, and an elliptical profile obtained from the refractive index of the transparent body and the light receiving profile determining means, the spread in the short axis direction and the long axis direction. And a tilt angle calculating means for calculating a tilt angle in the measurement region of the transparent body by detecting the ratio.

【0011】本願の請求項3の発明は、被測定物である
透明体の屈折率を検出するセンサ装置であって、円錐状
の集束光を投射する投光部と、前記透明体が無い場合の
集束光の集束位置に配置され、前記投光部の中心光軸に
対して斜めに保持された透明体を透過する透過光を受光
する2次元の受光素子を有する受光部と、前記受光部で
得られた透過光のプロファイルを検出する受光プロファ
イル確定手段と、外部から入力された透明体の傾斜角及
び前記透明体の厚み、並びに前記受光プロファイル確定
手段から得られた短軸方向と長軸方向のプロファイルの
拡がり比から、前記透明体の屈折率を演算する屈折率算
出手段と、を具備することを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a sensor device for detecting a refractive index of a transparent body which is an object to be measured, wherein the light emitting section projects a conical convergent light, and the transparent body is not provided. A light receiving unit having a two-dimensional light receiving element for receiving transmitted light passing through a transparent body held at an angle to the central optical axis of the light projecting unit, and A light receiving profile determining means for detecting the profile of the transmitted light obtained in the step, a tilt angle and a thickness of the transparent body inputted from the outside, and a short axis direction and a long axis obtained from the light receiving profile determining means. A refractive index calculating means for calculating a refractive index of the transparent body from a spread ratio of a profile in a direction.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態におけるセン
サ装置について、まずその測定原理から説明する。図1
は本発明のセンサ装置の基本となる測定原理を示す説明
図である。本図において、空気の屈折率をn1 (=1)
とし、被測定物を平行平板の透明体1とし、その厚みを
T、屈折率をn2 とする。透明体1は光の透過成分があ
れば、半透明体であってもよい。透明体1の法線方向を
+N、−Nとし、投光部2から+N軸上にある入射点P
1 に向かって光ビーム3aを入力する。+N軸に対する
光ビーム3aの入射角をθ1 とすると、光ビーム3aは
(1)式の関係を満足するように透明体1の内部で屈折
する。従って入射角θ1 と透明体1の屈折率n2と屈折
角θ2 との間には(2)式の関係がある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A sensor device according to an embodiment of the present invention will first be described based on its measurement principle. FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a basic measurement principle of the sensor device of the present invention. In this figure, the refractive index of air is n 1 (= 1)
The object to be measured is a parallel plate transparent body 1, the thickness of which is T, and the refractive index is n 2 . The transparent body 1 may be a translucent body as long as it has a light transmitting component. The normal direction of the transparent body 1 is + N, -N, and the incident point P on the + N axis from the light projecting unit 2
The light beam 3a is input toward 1 . When the incident angle of the light beam 3a and theta 1 with respect to + N axis, the light beam 3a is refracted inside the transparent body 1 so as to satisfy the expression (1) relationship. Therefore, there is a relationship of the formula (2) between the incident angle θ 1 , the refractive index n 2 of the transparent body 1 and the refractive angle θ 2 .

【数1】 (Equation 1)

【0013】透明体1中の光ビーム3bが出射面に来る
と、出射点P2 で屈折する。そして−N軸に対する光ビ
ーム3cの出射角は再びθ1 となり、屈折率n1 の空間
に出力される。このとき光ビーム3aの軸に対して、光
ビーム3cのずれ量をDとすると、(3)式の関係が成
立する。この(3)式を用いて厚みTを表すと、(4)
式になる。
[0013] Light beams 3b of the transparent body in 1 come to the exit surface, refracted at the exit point P 2. The exit angle of the light beam 3c with respect -N shaft is again output theta 1 becomes the space of the refractive index n 1. At this time, assuming that the shift amount of the light beam 3c with respect to the axis of the light beam 3a is D, the relationship of Expression (3) is established. When the thickness T is expressed by using the equation (3), (4)
Expression.

【数2】 (Equation 2)

【0014】従って入射光の光軸と直角な受光面内に、
2次元の光電変換素子を有する受光部4を設けると、ず
れ量Dを計測することができる。このように透明体1が
有る場合と無い場合とで、受光スポットの重心位置を比
較することにより、(4)式を用いて、透明体1の厚み
Tを計測することができる。なお、受光部4として、C
CDやPSD(Position Sensitive Device )が用いら
れる。
Therefore, in the light receiving surface perpendicular to the optical axis of the incident light,
When the light receiving unit 4 having the two-dimensional photoelectric conversion element is provided, the shift amount D can be measured. By comparing the center of gravity of the light receiving spot with and without the transparent body 1 as described above, the thickness T of the transparent body 1 can be measured using Expression (4). In addition, as the light receiving section 4, C
A CD or a PSD (Position Sensitive Device) is used.

【0015】透明体1の厚みTを正確に計測するには、
入射角θ1 と等しい関係にある透明体1の傾斜角θ1
知る必要がある。特に透明体1が、大型のガラス基板の
場合、その周辺部を保持して計測した場合、ガラス基板
自身がたわむので、測定箇所によって入射角θ1 が所定
の範囲で変動する。このため本実施の形態のセンサ装置
では、入射角の測定に非点収差法を用いる。
In order to accurately measure the thickness T of the transparent body 1,
It is necessary to know the inclination angle θ 1 of the transparent body 1 having the same relationship as the incident angle θ 1 . In particular, when the transparent body 1 is a large glass substrate, when the measurement is performed while holding the periphery thereof, the glass substrate itself bends, so that the incident angle θ 1 varies within a predetermined range depending on the measurement location. Therefore, in the sensor device of the present embodiment, the astigmatism method is used for measuring the incident angle.

【0016】図2(a)に示す(x,y,z)空間にお
いて、原点(0,0,0)から(0,y0 ,0)で集束
するように円錐状の集束光が基準面(x,y0 ,z)に
向けて照射されているとする。そしてこの面をCCD等
の光電変換素子が設けられる基準面とする。この基準面
に対して厚さがT、屈折率がn2 である平行平板の透明
体1が基準面からz軸に沿って傾斜しており、傾斜角θ
1 で保持されているとする。この場合、透明体1の法線
Nは入射光軸(y軸方向)に対してθ1 傾斜する。この
場合円形状の集束光は傾斜方向によって光学パスが夫々
異なる。このため円錐状の集束光を受光したとき、その
受光プロファイルが楕円となる。図2(b)は基準面の
受光プロファイルの平面図であり、実線で囲む矩形範囲
が受光部4の受光領域とする。
[0016] FIG. 2 (a) (x, y , z) in space, from the origin (0,0,0) (0, y 0 , 0) reference surface conical converging light to focus at It is assumed that the light is irradiated toward (x, y 0 , z). This surface is used as a reference surface on which a photoelectric conversion element such as a CCD is provided. The transparent body 1 of a parallel plate having a thickness T and a refractive index n 2 with respect to this reference plane is inclined along the z-axis from the reference plane, and the inclination angle θ
Assume that it is held at 1 . In this case, the normal line N of the transparent body 1 is inclined by θ 1 with respect to the incident optical axis (y-axis direction). In this case, the optical path of the circular converged light is different depending on the inclination direction. Therefore, when a conical focused light is received, its light receiving profile becomes elliptical. FIG. 2B is a plan view of a light receiving profile of the reference surface, and a rectangular area surrounded by a solid line is a light receiving area of the light receiving unit 4.

【0017】透明体1がない場合の集光点はPF になる
のに対し、透明体1がある場合の受光プロファイルの中
心点はPf ’となる。この受光プロファイルにおいて、
受光スポット(プロファイル)の長軸長さをDP とし、
受光スポットの短軸長さをDR とすると、図示のように
P >DR となる。
The converging point when there is no transparent body 1 is P F , whereas the central point of the light receiving profile when there is the transparent body 1 is P f ′. In this light receiving profile,
A major axis length of the light-receiving spot (profile) and D P,
Assuming that the short axis length of the light receiving spot is D R , D P > D R as shown in the figure.

【0018】次に、このような円錐状の集束光を、図2
(a)のように透明体1に入射させる場合、透明体1の
入射光、透明体1の出射光の関係について、図3と数式
を用いて定量的に説明する。
Next, such conical focused light is converted into a light beam as shown in FIG.
When the light is incident on the transparent body 1 as shown in FIG. 3A, the relationship between the incident light of the transparent body 1 and the emitted light of the transparent body 1 will be quantitatively described using FIG.

【0019】図3は透明体1が投光部の中心光軸である
y軸方向に対して斜めに保持されている場合の(x,
y)平面に沿った断面図であり、円錐状の集束光が入射
されるときの光路を示している。図示しない光源より例
えば平行光が(x−z)平面内に設けた凸レンズに入力
される。このとき、凸レンズの集束作用により、平行光
が集束光に変換される。この場合、凸レンズの中心位置
をx=0、z=0、その有効径をDL 、受光部までの距
離をLaとすると、y0 =−Laとなり、Laは凸レン
ズの焦点距離と等しくなる。尚、光源の出力光は平行光
でなくてもよいが、その場合距離Laは凸レンズの焦点
距離とはならず、単に透明体1が無い場合の集束光の集
束距離となる。
FIG. 3 shows the case where the transparent body 1 is held obliquely with respect to the y-axis direction which is the central optical axis of the light projecting portion.
y) It is sectional drawing along a plane, and has shown the optical path when a conical focused light is incident. For example, parallel light is input from a light source (not shown) to a convex lens provided in the (xz) plane. At this time, the parallel light is converted into a focused light by the focusing action of the convex lens. In this case, if the center position of the convex lens is x = 0, z = 0, its effective diameter is D L , and the distance to the light receiving unit is La, y 0 = −La, and La becomes equal to the focal length of the convex lens. Note that the output light from the light source may not be parallel light, but in that case, the distance La does not become the focal length of the convex lens, but simply becomes the focusing distance of the focused light when there is no transparent body 1.

【0020】さて、透明体1がない場合、円錐状の集束
光は屈折せず、点線で示す光路を通り、受光面状の位置
F (0,−La,0)に集束する。
If the transparent body 1 is not provided, the conical convergent light is not refracted but passes through the optical path shown by the dotted line and converges at the position P F (0, -La, 0) on the light receiving surface.

【0021】次に透明体1が(x,y0 ,z)平面に対
して、θ1 だけ傾斜して設けられている場合を考える。
y軸に対してθa なる角度を有する光路bの光が、透明
体1の点P3 に入射されると、透明体1の法線に対する
入射角は(θ1 +θa )となる。この光が透明体1に入
ると、図中の実線で示すように、屈折角θd で屈折して
透明体1の裏面の点P4 に達する。このあと再び屈折
し、光路bと平行な光路dに沿って光が下側に出力され
る。光路dと光路bの延長線とのx軸に沿った隔たりは
d となる。
Next, consider the case where the transparent body 1 is provided at an angle of θ 1 with respect to the (x, y 0 , z) plane.
When the light on the optical path b having an angle of θ a with respect to the y-axis is incident on the point P 3 of the transparent body 1, the incident angle with respect to the normal line of the transparent body 1 is (θ 1 + θ a ). When the light enters the transparent body 1, as shown by the solid line in the figure, reaches a point P 4 of the rear surface of the transparent body 1 is refracted at refraction angle theta d. Thereafter, the light is refracted again, and the light is output downward along an optical path d parallel to the optical path b. The distance along the x-axis between the optical path d and the extension of the optical path b is l d .

【0022】同様に光路bとy軸対称な光路aの光につ
いて考える。この光が、透明体1の点P5 に入射される
と、透明体1の法線に対する入射角は(θ1 −θa )と
なる。この光が透明体1に入ると、図3及び図4の実線
で示すように、屈折角θc で屈折して透明体1の裏面の
点P6 に達する。このあと再び屈折し、光路aと平行な
光路cに沿って光が出力される。光路cと光路aの延長
線とのx軸に沿った隔たりはlc となる。ここで角度θ
1 ,θa ,θc ,θd と、口径DL ,距離Laと、屈折
率n2 との間には、(5),(6),(7)式の関係が
成立する。
Similarly, consider the light on the optical path a which is symmetric with respect to the optical path b with respect to the y axis. This light, when it is incident at point P 5 of the transparent body 1, the incident angle of the transparent body 1 with respect to the normal line becomes (θ 1a). When the light enters the transparent body 1, as shown by the solid line in FIG. 3 and FIG. 4, it reaches a point P 6 on the back surface of the refractive transparent body 1 in refraction angle theta c. Thereafter, the light is refracted again and light is output along an optical path c parallel to the optical path a. The distance along the x-axis between the optical path c and the extension of the optical path a is l c . Where the angle θ
1, θ a, θ c, and theta d, a diameter D L, the distance La, between the refractive index n 2, (5), ( 6), (7) the relationship equation is established.

【数3】 (Equation 3)

【0023】図3に示す(x−y)平面において、光路
aと光路bの直線方程式は夫々(8)式、(9)式のよ
うになる。
In the (xy) plane shown in FIG. 3, the linear equations of the optical path a and the optical path b are as shown in equations (8) and (9), respectively.

【数4】 (Equation 4)

【0024】また(x−y)平面において、光路cと光
路dの直線方程式は夫々(10)式、(11)式のよう
になる。
In the (xy) plane, the linear equations of the optical path c and the optical path d are as shown in equations (10) and (11), respectively.

【数5】 (Equation 5)

【0025】光路cと光路dとの交点をPf とし、点P
F に対する点Pf の座標上のずれを(Δx,ΔyP )と
すると、点Pf の座標値(xf ,yf )は、(10)
式、(11)により求まる。これらの解から、Δx=x
f −0となり、ΔyP =|yf|−Laとなる。従って
Δx,ΔyP は、夫々(12)式、(13)式のように
なる。
Let P f be the intersection of optical path c and optical path d,
When the deviation of the coordinates of the point P f for F and ([Delta] x, [Delta] y P), the coordinate values of the point P f (x f, y f ) are (10)
It is obtained by the equation (11). From these solutions, Δx = x
f− 0, and Δy P = | y f | −La. Therefore, Δx and Δy P are as shown in equations (12) and (13), respectively.

【数6】 (Equation 6)

【0026】次に距離lc ,ld を算出する方法につい
て図4を用いて説明する。図3と同様に透明体1の上面
の点P5 に、光路aの光が入射されるとする。y軸に対
する入射光の角度をθa とすると、透明体1の法線に対
する入射角は(θ1 −θa )となる。この入射光は屈折
角θc で透明体1に入射される。この屈折光が透明体1
の裏面に当たる点をP6 とする。この点P6 から透明体
1の外側に光が出力されると、その光路cは光路aの延
長線と平行で、+x軸方向に距離lc だけずれたものと
なる。
Next, a method of calculating the distances l c and l d will be described with reference to FIG. The point P 5 on the upper surface in FIG. 3 similarly to the transparent member 1, the optical light path a is incident. When the angle of incident light with respect to the y axis and theta a, the incident angle of the transparent body 1 with respect to the normal line becomes (θ 1a). The incident light is incident on the transparent member 1 in refraction angle theta c. This refracted light is transparent 1
A point impinging of the back surface and P 6. When light to the outside of the transparent body 1 from this point P 6 is output, the optical path c is parallel to the extension of the optical path a, it becomes displaced by a distance l c a + x-axis direction.

【0027】出射光路cの入射光路aに対するずれ量l
c を三角関数を用いて表現すると、(14)式のように
なる。
The shift amount l of the output optical path c with respect to the incident optical path a
If c is expressed using a trigonometric function, it becomes as shown in equation (14).

【数7】 (Equation 7)

【0028】図3の透明体1の点P3 に対して、光路b
を経て入射される光についても同様の関係が成立する。
この場合は、θc =θd 、θa =−θa とすればよいの
で、次の(15)式が成立する。
[0028] For a point P 3 of the transparent body 1 of FIG. 3, the optical path b
A similar relationship holds for the light incident through.
In this case, θ c = θ d, so may be set as θ a = -θ a, the following (15) is established.

【数8】 (Equation 8)

【0029】(14)式で得られたlc 、(15)式で
得られたld を(12)式、(13)式に夫々代入する
と、透明体1の存在による(x,y)平面における受光
点の変位量Δx、ΔyP が演算できる。
By substituting l c obtained by the equation (14) and l d obtained by the equation (15) into the equations (12) and (13), (x, y) due to the existence of the transparent body 1 is obtained. The displacement amounts Δx and Δy P of the light receiving point on the plane can be calculated.

【0030】次に集束点の(y,z)平面における変位
量ΔyR について、図5を用いて解析する。図5は透明
体1を(y−z)平面に沿って切断した部分断面図であ
る。透明体1の板厚Tは、(y−z)平面から見ると
T’となり、T’はTより大きくなる。また、透明体1
のy軸に平行な垂線に対する入射角をθe とし、屈折角
をθf とすると、(5)式と同様に(16)式が成立す
る。また厚みT’をTを用いて表すと、(17)式のよ
うになる。
Next, the displacement Δy R of the focal point on the (y, z) plane will be analyzed with reference to FIG. FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the transparent body 1 cut along the (yz) plane. The plate thickness T of the transparent body 1 is T ′ when viewed from the (yz) plane, and T ′ is larger than T. In addition, transparent body 1
If the incident angle with respect to a perpendicular line parallel to the y-axis is θ e and the refraction angle is θ f , Expression (16) is established in the same manner as Expression (5). When the thickness T ′ is represented by using T, the expression (17) is obtained.

【数9】 (Equation 9)

【0031】図5において透明体1への入射光の光路を
夫々e,fとし、透明体1の透過光の光路を夫々g,h
とする。透明体1がない場合の光路e,fの光線は点P
F で交差する。透明体1が図5のように位置すると、透
過光の光路g,hは点Pf で交差する。従って垂直方向
のずれΔyR は(18)式のようになる。
In FIG. 5, the optical paths of the light incident on the transparent body 1 are denoted by e and f, respectively, and the optical paths of the transmitted light of the transparent body 1 are denoted by g and h, respectively.
And The light rays on the optical paths e and f without the transparent body 1
Cross at F When the transparent member 1 is positioned as shown in FIG. 5, the optical path g of the transmitted light, h intersect at a point P f. Therefore, the vertical shift Δy R is as shown in equation (18).

【数10】 (Equation 10)

【0032】以上のようにしてずれ量ΔyP 、ずれ量Δ
R が得られると、(19)式を用いて受光スポットの
短軸長さDP に変換でき、(20)式を用いて受光スポ
ットの長軸長さDR に変換できる。
As described above, the shift amount Δy P and the shift amount Δ
When y R is obtained, it can be converted to the short axis length D P of the light receiving spot using equation (19) and converted to the long axis length D R of the light receiving spot using equation (20).

【数11】 [Equation 11]

【0033】DP /DR の値をスポット比Rとすると、
透明体1の傾斜角θ1 に応じたスポット比Rが得られ
る。例えば透明体1の屈折率n2 を1.5、厚みTを1
mm、レンズ径DL を10mm、投受光間距離Laを5
0mmとすると、傾斜角θ1 に対するスポット比Rは図
6のような特性となる。ここで透明体1の傾斜角θ1
応じてスポット比Rが変化する。
Assuming that the value of D P / D R is the spot ratio R,
A spot ratio R corresponding to the inclination angle θ 1 of the transparent body 1 is obtained. For example, the refractive index n 2 of the transparent body 1 is 1.5 and the thickness T is 1
mm, the lens diameter D L is 10 mm, and the distance La
Assuming 0 mm, the spot ratio R with respect to the inclination angle θ 1 has characteristics as shown in FIG. Here, the spot ratio R changes according to the inclination angle θ 1 of the transparent body 1.

【0034】またスポット比Rを示す式には、透明体1
の厚みT成分が含まれなくなるので、受光スポットの径
P ,DR から、透明体1の厚みTに依存することな
く、透明体1の傾斜角θ1 を検出することができる。
The formula for the spot ratio R is as follows:
Since the thickness T component is not included, the diameter D P of the light-receiving spot, from D R, without depending on the transparent body 1 thickness T, it is possible to detect the inclination angle theta 1 of the transparent body 1.

【0035】また受光面でのスポット径DP ,DR と、
傾斜角θ1 が所定の精度で入力され、透明体1の屈折率
2 が既知であれば、逆に透明体1の厚みTが計測でき
る。
Further, spot diameters D P and D R on the light receiving surface and
If the inclination angle θ 1 is input with a predetermined accuracy and the refractive index n 2 of the transparent body 1 is known, the thickness T of the transparent body 1 can be measured on the contrary.

【0036】以上のような測定原理に基づくセンサ装置
について図7を参照しつつ説明する。図7はセンサ装置
10の全体構成を示すブロック図であり、透明体1の屈
折率n2 が既知の場合、透明体1の傾斜角θ1 と厚みT
を測定するときの構成を示している。受光部12は投光
部11と対向する位置に取付けられる。受光部12は、
被測定物体が有る場合と無い場合に入射された集束光の
プロファイルを検出するもので、たとえば2次元のCC
D等の受光素子が用いられ、前述した図2(b)の
(x,y0 ,z)平面に取付けられる。投光部11は被
測定物体に対して斜めから集束光を出力するもので、レ
ーザダイオードやLEDが光源として用いられる。
A sensor device based on the above measurement principle will be described with reference to FIG. Figure 7 is a block diagram showing an overall configuration of a sensor device 10, when the refractive index n 2 of the transparent body 1 are known, the inclination angle theta 1 and the thickness T of the transparent body 1
2 shows a configuration for measuring. The light receiving unit 12 is attached at a position facing the light emitting unit 11. The light receiving unit 12
This is to detect the profile of the focused light that is incident when there is an object to be measured and when there is no object to be measured.
A light receiving element such as D is used, and is mounted on the (x, y 0 , z) plane in FIG. The light projecting unit 11 outputs focused light obliquely to the object to be measured, and a laser diode or an LED is used as a light source.

【0037】投光回路15は投光素子を駆動する回路で
あり、その発光周期は発振回路14により制御される。
ドライバ16は、受光部12に用いられるCCDを駆動
する回路であり、そのクロックは発振回路14により与
えられる。受光回路17は、受光部12の出力信号を、
演算処理部18に用いられる信号に変換する回路であ
る。受光素子がCCDの場合、受光回路17は夫々のク
ロックに対する受光信号をホールドし、ホールド値をA
/D変換する。
The light emitting circuit 15 is a circuit for driving the light emitting element, and its light emission cycle is controlled by the oscillation circuit 14.
The driver 16 is a circuit for driving a CCD used for the light receiving section 12, and its clock is given by the oscillation circuit 14. The light receiving circuit 17 outputs the output signal of the light receiving section 12
This is a circuit for converting into a signal used in the arithmetic processing unit 18. When the light receiving element is a CCD, the light receiving circuit 17 holds the light receiving signal for each clock and sets the hold value to A.
/ D conversion.

【0038】入力部18は透明体である被測定物の光学
的性質、例えば屈折率n2 を入力したり、被測定物体の
傾斜角θ1 、厚みTをキーボード等により入力するもの
である。これらのデータは記憶部19に保持される。
The input unit 18 is for inputting the optical properties of the transparent object to be measured, for example, the refractive index n 2, and the tilt angle θ 1 and the thickness T of the object to be measured by using a keyboard or the like. These data are stored in the storage unit 19.

【0039】演算処理部20は、ハードウエア的にはC
PUとメモリから構成されており、受光回路17から入
力された検出データと、記憶部19に保持された既知デ
ータとを用いて、被測定物体の厚みTを演算したり、傾
斜角θ1 を演算し、その結果を出力するものである。具
体的には、演算処理部20は、最大受光量検索手段2
1、受光プロファイル確定手段22、重心ずれ量算出手
段23、短軸長さ算出手段24、長軸長さ算出手段2
5、除算手段26、角度算出手段27、厚さ算出手段2
8を有している。
The arithmetic processing unit 20 has a hardware configuration of C
It is composed of a PU and a memory, and calculates the thickness T of the object to be measured and calculates the inclination angle θ 1 using the detection data input from the light receiving circuit 17 and the known data held in the storage unit 19. It calculates and outputs the result. Specifically, the arithmetic processing unit 20 includes the maximum received light amount searching unit 2
1. Light receiving profile determination unit 22, center of gravity deviation calculation unit 23, short axis length calculation unit 24, long axis length calculation unit 2.
5, division means 26, angle calculation means 27, thickness calculation means 2
Eight.

【0040】最大受光量検索手段21は、受光部12の
出力する各画素の受光量を画素値とすると、全画素値の
最大値を検出する手段である。受光プロファイル確定手
段22は、最大受光量からその所定の比率を乗じた値を
閾値として、各画素の受光レベルを弁別し、各画素値を
2値化することによって受光プロファイルを確定する手
段である。
The maximum received light amount searching means 21 is a means for detecting the maximum value of all pixel values, assuming that the received light amount of each pixel output from the light receiving section 12 is a pixel value. The light receiving profile determining means 22 is a means for determining a light receiving level of each pixel by using a value obtained by multiplying a predetermined ratio from the maximum light receiving amount as a threshold, and determining a light receiving profile by binarizing each pixel value. .

【0041】重心ずれ量算出手段23は、受光プロファ
イル確定手段22から出力された受光プロファイルが図
2(b)に示すような楕円とすると、長軸と短軸との交
点Pf ’を算出し、透明体1が無い場合の集光点PF
の差分値Δx(=PF −Pf’)を重心ずれ量として出
力する手段である。長軸長さ算出手段25は受光プロフ
ァイル確定手段22で確定された楕円の長軸長さDP
算出し、短軸長さ算出手段25は受光プロファイル確定
手段22で確定された楕円の短軸長さDR を算出する手
段である。除算手段26は長軸長さDP を短軸長さDR
で除算し、除算結果をスポット比Rとして出力する手段
である。
If the light receiving profile output from the light receiving profile determining means 22 is an ellipse as shown in FIG. 2B, the center-of-gravity shift amount calculating means 23 calculates an intersection P f ′ between the long axis and the short axis. a means for outputting a difference value Δx of the converging point P F when the transparent member 1 is not a (= P F -P f ') as the centroid shift amount. The major axis length calculating means 25 calculates the major axis length D P of the ellipse determined by the light receiving profile determining means 22, and the minor axis length calculating means 25 calculates the minor axis of the ellipse determined by the light receiving profile determining means 22. a means for calculating the length D R. The dividing means 26 converts the major axis length D P into the minor axis length D R
And outputs the result of the division as a spot ratio R.

【0042】角度算出手段27は、除算手段26から出
力された除算値Rと、記憶部19に保持された屈折率n
2 に基づいて、透明体1の傾斜角θ1 を演算する手段で
ある。厚さ算出手段28は、重心ずれ量算出手段23か
ら出力された値Δxと、記憶部19に保持された屈折率
2 と角度算出手段38から得られた傾斜角θ1 とに基
づいて、透明体1の厚みTを演算する手段である。出力
部29は厚さ算出手段28の演算結果を出力し、出力部
30は角度算出手段27の演算結果を出力するものであ
る。
The angle calculation means 27 calculates the division value R output from the division means 26 and the refractive index n stored in the storage unit 19.
This is a means for calculating the inclination angle θ 1 of the transparent body 1 based on 2 . The thickness calculating unit 28 calculates the value Δx output from the center-of-gravity deviation amount calculating unit 23, the refractive index n 2 held in the storage unit 19, and the inclination angle θ 1 obtained from the angle calculating unit 38, This is a means for calculating the thickness T of the transparent body 1. The output unit 29 outputs the calculation result of the thickness calculation unit 28, and the output unit 30 outputs the calculation result of the angle calculation unit 27.

【0043】(測定例1)このように構成されたセンサ
装置10を用いて、被測定物体である透明体の厚みTを
計測する動作について説明する。先ず透明体1をセット
しない状態にし、投光部11により集束光を出力する。
このとき受光回路17の出力をモニタし、受光部12の
受光スポット径が最少となるよう投光部11と受光部1
2の距離を調整するか、又は投光レンズと投光素子の距
離調整を行う。このとき最大受光量検索手段21は、投
光下にある受光素子のどの画素が最大受光量にあるかを
検索し、(x,z)平面にある受光素子の最大受光量を
有する画素の座標値を(0,0)にリセットする。この
点は図2(b)の集束点PF である。
(Measurement Example 1) The operation of measuring the thickness T of the transparent body, which is the object to be measured, using the sensor device 10 thus configured will be described. First, the transparent body 1 is not set, and the converging light is output by the light projecting unit 11.
At this time, the output of the light receiving circuit 17 is monitored, and the light projecting unit 11 and the light receiving unit 1 are controlled so that the light receiving spot diameter of the light receiving unit 12 becomes minimum.
2 or the distance between the light projecting lens and the light projecting element is adjusted. At this time, the maximum light receiving amount search means 21 searches which pixel of the light receiving element under the light projection has the maximum light receiving amount, and finds the coordinates of the pixel having the maximum light receiving amount of the light receiving element on the (x, z) plane. Reset the value to (0,0). This point is the convergence point P F in FIG.

【0044】次に透明体1を投光部11と受光部12の
間にセットする。この場合、透明体1の傾斜角をθ1
未知である。また入力部18を介して透明体の屈折率n
2 を入力する。次に投光部11により集束光を出力す
る。
Next, the transparent body 1 is set between the light projecting section 11 and the light receiving section 12. In this case, the inclination angle θ 1 of the transparent body 1 is unknown. Further, the refractive index n of the transparent body is input through the input unit 18.
Enter 2 . Next, focused light is output by the light projecting unit 11.

【0045】最大受光量検索手段21は受光素子の各画
素の画素値を調べ、最大画素値を検出する。受光プロフ
ァイル確定手段22は、得られた最大画素値に対する閾
値を用いて、各画素値を2値化し、受光プロファイルを
確定する。この受光プロファイルは図2(b)に示すよ
うに楕円となるので、重心ずれ量算出手段23は長軸と
短軸の交差座標を算出し、その交差点の座標(Δx,Δ
z)を重心ずれ量として決定する。尚、図2(b)では
Δz=0としている。
The maximum light receiving amount search means 21 checks the pixel value of each pixel of the light receiving element and detects the maximum pixel value. The light receiving profile determination unit 22 binarizes each pixel value using a threshold value for the obtained maximum pixel value, and determines a light receiving profile. Since the light receiving profile is an ellipse as shown in FIG. 2B, the center-of-gravity deviation amount calculating means 23 calculates the intersection coordinates of the major axis and the minor axis, and the coordinates (Δx, Δ
z) is determined as the amount of displacement of the center of gravity. In FIG. 2B, Δz = 0.

【0046】長軸長さ算出手段25は、受光プロファイ
ルから長軸長さDP を検出する。この値は(19)式を
用いてΔyP に変換できる。また短軸長さ算出手段24
は受光プロファイルから短軸長さDR を検出する。この
値は(20)式を用いてΔyR に変換できる。
The major axis length calculation unit 25 detects a major axis D P from the light-receiving profile. This value can be converted to Δy P using equation (19). Also, the short axis length calculating means 24
Detects the short axis length D R from the light receiving profile. This value can be converted to Δy R using equation (20).

【0047】除算手段26はこのようにして得られたD
P とDR と用いて、DP /DR の値をスポット比Rとし
て演算する。(19)式と(20)式からわかるよう
に、DP /DR の値はΔyP /ΔyR の値と等しい。従
って(13)〜(15)式及び(17)式と(18)式
とを用いてΔyP /ΔyR の値を演算すると、この値か
ら透明体1の厚みTの項が消去される。角度算出手段2
7は、演算されたスポット比Rを用いて、記憶部19に
保持された傾斜角θ1 とスポット比Rとの関係を表すテ
ーブルを参照し、傾斜角θ1 を演算する。このテーブル
は図6に示す特性を表にしたもので、このテーブルにお
けるスポット比Rは、前述したように透明体1の厚みT
がどのような値であっても、傾斜角θ1 によって一意に
対応する。このため透明体1の厚みTが不明であって
も、出力部30から傾斜角θ1 が出力される。
The dividing means 26 calculates the D
Using the P and D R, calculates the values of D P / D R as a spot ratio R. As can be seen from equations (19) and (20), the value of D P / D R is equal to the value of Δy P / Δy R. Therefore, when the value of Δy P / Δy R is calculated using the expressions (13) to (15), the expressions (17) and (18), the term of the thickness T of the transparent body 1 is deleted from this value. Angle calculation means 2
7 calculates the tilt angle θ 1 by using the calculated spot ratio R and referring to a table stored in the storage unit 19 and representing the relationship between the tilt angle θ 1 and the spot ratio R. This table shows the characteristics shown in FIG. 6, and the spot ratio R in this table indicates the thickness T of the transparent body 1 as described above.
There whatever value corresponds uniquely by the inclination angle theta 1. Therefore, even if the thickness T of the transparent body 1 is unknown, the output unit 30 outputs the inclination angle θ 1 .

【0048】次に厚さ算出手段28は、受光プロファイ
ル確定手段22で得られたDP 値及びDR 値と、記憶部
19に保持されたn2 値とにより、角度算出手段27の
出力データと(17)式及び(18)式を用いて厚みT
を演算する。この値は透明体1の厚み計測値として出力
部29より出力される。
[0048] Then the thickness calculating section 28, a D P value and D R value obtained by the light receiving profile determining section 22, by the n 2 value held in the storage unit 19, the output data of the angle calculating means 27 And the thickness T using formulas (17) and (18).
Is calculated. This value is output from the output unit 29 as a thickness measurement value of the transparent body 1.

【0049】(測定例2)次に透明体1の傾斜角θ1
値を計測する動作について説明する。測定例1の場合と
同様にして、受光プロファイルが確定され、図2(b)
に示すような楕円が得られるものとする。長軸長さ算出
手段25は、受光プロファイルから長軸長さDP を算出
する。また短軸長さ算出手段24は受光プロファイルか
ら短軸長さDR を算出する。
(Measurement Example 2) Next, the operation of measuring the value of the inclination angle θ 1 of the transparent body 1 will be described. As in the case of the measurement example 1, the light receiving profile is determined, and FIG.
It is assumed that an ellipse as shown in FIG. Major axis calculation means 25 calculates a major axis D P from the light-receiving profile. The short axis length calculation unit 24 calculates the short axis length D R from the light receiving profile.

【0050】除算手段26はこのようにして得られたD
P とDR と用いて、DP /DR の値をスポット比Rとし
て演算する。角度算出手段28は、演算されたスポット
比Rを用いて、記憶部19に保持された傾斜角θ1 とR
との関係を表すテーブルを参照し、傾斜角θ1 を演算す
る。こうして出力部30から傾斜角θ1 が出力される。
The dividing means 26 calculates the D
Using the P and D R, calculates the values of D P / D R as a spot ratio R. The angle calculating means 28 uses the calculated spot ratio R to calculate the inclination angles θ 1 and R held in the storage unit 19.
The inclination angle θ 1 is calculated with reference to a table representing the relationship with Thus, the output unit 30 outputs the inclination angle θ 1 .

【0051】(測定例3)次に透明体1の傾斜角θ1
厚みTが既知の場合、透明体1の屈折率n2 を計測する
動作について説明する。この場合は、先ず透明体1の傾
斜角θ1 と厚みTを入力部18を介して記憶部19に一
時保持する。次に測定例1と同様の方法でDP とDR
値を検出する。これらの値が判れば、(17)式及び
(18)式を用いて透明体1の屈折率n2 を算出でき
る。
(Measurement Example 3) Next, the operation of measuring the refractive index n 2 of the transparent body 1 when the inclination angle θ 1 and the thickness T of the transparent body 1 are known will be described. In this case, first, the inclination angle θ 1 and the thickness T of the transparent body 1 are temporarily stored in the storage unit 19 via the input unit 18. Then detect the value of D P and D R in the same manner as in Measurement Example 1. If these values are known, the refractive index n 2 of the transparent body 1 can be calculated using the equations (17) and (18).

【0052】次にセンサ装置のセンサヘッドの一例につ
いて図8を用いて説明する。図8はセンサ装置10のセ
ンサヘッド13の構成を示す断面図であり、(a)は横
断面図、(b)は縦断面図である。このセンサヘッド1
3は図8(b)に示すように、コ字状のフレームに図7
の投光部11と受光部12が取付けられたものである。
投光部11は、図8(a)に示すように投光素子11a
と投光レンズ11bを有する。投光レンズ11bは、点
光源である投光素子11aから出力されたレーザビーム
を円錐状に集束させる働きをする。受光部12は、CC
D等の2次元の光電変換素子からなり、投光部11の光
軸上に設けられている。
Next, an example of the sensor head of the sensor device will be described with reference to FIG. FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views showing the configuration of the sensor head 13 of the sensor device 10, in which FIG. 8A is a cross-sectional view, and FIG. This sensor head 1
3 is a U-shaped frame as shown in FIG.
The light emitting unit 11 and the light receiving unit 12 are attached.
The light projecting unit 11 includes a light projecting element 11a as shown in FIG.
And a light projecting lens 11b. The light projecting lens 11b functions to converge the laser beam output from the light projecting element 11a, which is a point light source, into a conical shape. The light receiving section 12 has a CC
A two-dimensional photoelectric conversion element such as D is provided on the optical axis of the light projecting unit 11.

【0053】このような構造では、投光部11と受光部
12とが同一のフレームに配置されているので、センサ
ヘッド13を移動しても、面倒な再設定作業は不要とな
る。被測定物体の測定分解能は、傾斜角θ1 の値が大き
い程高くなる。図8に示すものでは、平均傾斜角を45
°としている。尚、厚みTの計測、屈折率n2 の計測
は、被測定物の傾斜角が大きい程、その分解能は向上す
る。
In such a structure, since the light projecting unit 11 and the light receiving unit 12 are arranged in the same frame, even if the sensor head 13 is moved, troublesome resetting work is not required. Measurement resolution of the object to be measured is higher the larger the value of the inclination angle theta 1. In the case shown in FIG.
°. The measurement of the thickness T, the measurement of the refractive index n 2, the larger the inclination angle of the object to be measured, the resolution is improved.

【0054】尚、被測定物として、拡散の伴わない半透
明な物体についても、厚み、傾斜角、屈折率の計測を行
うことができる。
It should be noted that the thickness, the inclination angle, and the refractive index can be measured even for a translucent object that does not involve diffusion as an object to be measured.

【0055】[0055]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、透明体の
厚みを透過率の高低に係わらず非接触で計測できる。ま
た測定によって透明体に傷が付かない。特に測定中の透
明体は面積が大きくて厚みが薄い場合に撓みが生じる。
この場合撓み、即ち局部的な傾斜角の変動があっても、
測定領域の厚みを正確に計測できる。
According to the first aspect of the invention, the thickness of the transparent body can be measured in a non-contact manner regardless of the transmittance. The transparent body is not damaged by the measurement. In particular, the transparent body being measured is bent when the area is large and the thickness is small.
In this case, even if there is a deflection, that is, a local change in the inclination angle,
The thickness of the measurement area can be accurately measured.

【0056】また請求項2記載の発明によれば、透明体
の傾斜角を非接触で測定できる。また測定によって透明
体に傷が付かない。透明体を走査することにより、透明
体の撓みも検出することができる。
According to the second aspect of the present invention, the inclination angle of the transparent body can be measured without contact. The transparent body is not damaged by the measurement. By scanning the transparent body, the bending of the transparent body can also be detected.

【0057】また請求項3記載の発明によれば、透明体
の厚みと傾斜角が既知であれば、屈折率を計測できる。
According to the third aspect of the invention, the refractive index can be measured if the thickness and the inclination angle of the transparent body are known.

【0058】またいずれの請求項の発明によっても、被
測定物をセンサ装置に取付けるにあたり、被測定物の取
付け角度に制限を加える必要がなくなる。また投光部と
受光部のクリアランスを確保でき、使い勝手がよい。
Further, according to the invention of any one of claims, it is not necessary to limit the mounting angle of the object to be measured when the object to be measured is mounted on the sensor device. In addition, the clearance between the light emitting unit and the light receiving unit can be secured, and the usability is good.

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

【図1】本発明のセンサ装置において、透明体の厚み計
測を行う場合の測定原理を示す光路図である。
FIG. 1 is an optical path diagram showing a measurement principle when measuring a thickness of a transparent body in a sensor device of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態のセンサ装置において、透
明体の傾斜によって生じた受光スポットのプロファイル
を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a profile of a light receiving spot generated by the inclination of a transparent body in the sensor device according to the embodiment of the present invention.

【図3】本実施の形態のセンサ装置において、透明体を
通過する集束光の光路を示す説明図(その1)である。
FIG. 3 is an explanatory diagram (part 1) illustrating an optical path of focused light passing through a transparent body in the sensor device of the present embodiment.

【図4】本実施の形態のセンサ装置において、透明体を
通過する集束光の光路を示す説明図(その2)である。
FIG. 4 is an explanatory diagram (part 2) illustrating an optical path of focused light passing through a transparent body in the sensor device of the present embodiment.

【図5】本実施の形態のセンサ装置において、透明体を
通過する集束光の光路を示す説明図(その3)である。
FIG. 5 is an explanatory diagram (part 3) illustrating an optical path of focused light passing through a transparent body in the sensor device of the present embodiment.

【図6】本実施の形態のセンサ装置において、透明体の
傾斜角θ1 とスポット比Rの関係を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a tilt angle θ 1 of a transparent body and a spot ratio R in the sensor device of the present embodiment.

【図7】本実施の形態のセンサ装置の全体構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 7 is a block diagram illustrating an overall configuration of a sensor device according to the present embodiment.

【図8】本実施の形態のセンサ装置に用いられるセンサ
ヘッドの構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram of a sensor head used in the sensor device according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 透明体(被測定物体) 2,11 投光部 3a,3b,3c 光ビーム 4,12 受光部 10 センサ装置 11a 投光素子 11b 投光レンズ 13 センサヘッド 14 発振回路 15 投光回路 16 ドライバ 17 受光回路 18 入力部 19 記憶部 20 演算処理部 21 最大受光量検索手段 22 受光プロファイル確定手段 23 重心ずれ量算出手段 24 長軸長さ算出手段 25 短軸長さ算出手段 26 除算手段 27 角度算出手段 28 厚さ算出手段 29,30 出力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent body (measured object) 2, 11 Light projecting part 3a, 3b, 3c Light beam 4, 12 Light receiving part 10 Sensor device 11a Light projecting element 11b Light projecting lens 13 Sensor head 14 Oscillation circuit 15 Light projecting circuit 16 Driver 17 Light receiving circuit 18 Input unit 19 Storage unit 20 Arithmetic processing unit 21 Maximum light receiving amount searching means 22 Light receiving profile determining means 23 Center of gravity deviation calculating means 24 Long axis length calculating means 25 Short axis length calculating means 26 Dividing means 27 Angle calculating means 28 Thickness calculating means 29, 30 Output unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物である透明体の厚みを検出する
センサ装置であって、 円錐状の集束光を投射する投光部と、 前記透明体が無い場合の集束光の集束位置に配置され、
前記投光部の中心光軸に対して斜めに保持された透明体
を透過する透過光を受光する2次元の受光素子を有する
受光部と、 前記受光部で得られた透過光のプロファイルを検出する
受光プロファイル確定手段と、 前記透明体の屈折率と前記受光プロファイル確定手段か
ら得られた楕円状のプロファイルとから、短軸方向及び
長軸方向の拡がり比を検出することにより、前記透明体
の測定領域における傾斜角を演算する傾斜角度算出手段
と、 前記傾斜角度算出手段で得られた透明体の傾斜角、及び
前記受光プロファイル確定手段から得られたプロファイ
ルの短軸方向と長軸方向の拡がり比から、前記透明体の
測定領域における厚みを演算する厚み算出手段と、を具
備することを特徴とするセンサ装置。
1. A sensor device for detecting the thickness of a transparent body which is an object to be measured, comprising: a light projecting unit for projecting a conical convergent light; and a converging position of the convergent light when there is no transparent body. And
A light receiving unit having a two-dimensional light receiving element for receiving transmitted light passing through a transparent body held at an angle to the center optical axis of the light projecting unit; and detecting a profile of the transmitted light obtained by the light receiving unit. The light receiving profile determining means, and from the refractive index of the transparent body and the elliptical profile obtained from the light receiving profile determining means, by detecting the spread ratio in the short axis direction and the long axis direction, the transparent body A tilt angle calculating means for calculating a tilt angle in the measurement area; a tilt angle of the transparent body obtained by the tilt angle calculating means; and a spread in a short axis direction and a long axis direction of a profile obtained by the light receiving profile determining means. A thickness calculating means for calculating a thickness of the transparent body in a measurement area from the ratio.
【請求項2】 被測定物である透明体の傾斜角を検出す
るセンサ装置であって、 円錐状の集束光を投射する投光部と、 前記透明体が無い場合の集束光の集束位置に配置され、
前記投光部の中心光軸に対して斜めに保持された透明体
を透過する透過光を受光する2次元の受光素子を有する
受光部と、 前記受光部で得られた透過光のビームプロファイルを検
出する受光プロファイル確定手段と、 前記透明体の屈折率と前記受光プロファイル確定手段か
ら得られた楕円状のプロファイルとから、短軸方向及び
長軸方向の拡がり比を検出することにより、前記透明体
の測定領域における傾斜角を演算する傾斜角度算出手段
と、を具備することを特徴とするセンサ装置。
2. A sensor device for detecting an inclination angle of a transparent body as an object to be measured, comprising: a light projecting unit for projecting a conical convergent light; and a converging position of the convergent light when there is no transparent body. Placed,
A light receiving unit having a two-dimensional light receiving element that receives transmitted light that passes through a transparent body that is held at an angle to the center optical axis of the light projecting unit; and a beam profile of the transmitted light obtained by the light receiving unit. The light receiving profile determining means to be detected, and the refractive index of the transparent body and the elliptical profile obtained from the light receiving profile determining means, by detecting the expansion ratio in the short axis direction and the long axis direction, the transparent body And a tilt angle calculating means for calculating a tilt angle in the measurement area.
【請求項3】 被測定物である透明体の屈折率を検出す
るセンサ装置であって、 円錐状の集束光を投射する投光部と、 前記透明体が無い場合の集束光の集束位置に配置され、
前記投光部の中心光軸に対して斜めに保持された透明体
を透過する透過光を受光する2次元の受光素子を有する
受光部と、 前記受光部で得られた透過光のプロファイルを検出する
受光プロファイル確定手段と、 外部から入力された透明体の傾斜角及び前記透明体の厚
み、並びに前記受光プロファイル確定手段から得られた
短軸方向と長軸方向のプロファイルの拡がり比から、前
記透明体の屈折率を演算する屈折率算出手段と、を具備
することを特徴とするセンサ装置。
3. A sensor device for detecting a refractive index of a transparent body which is an object to be measured, comprising: a light projecting unit for projecting a conical convergent light; and a converging position of the convergent light without the transparent body. Placed,
A light receiving unit having a two-dimensional light receiving element for receiving transmitted light passing through a transparent body held at an angle to the center optical axis of the light projecting unit; and detecting a profile of the transmitted light obtained by the light receiving unit. The light receiving profile determining means, and the inclination angle of the transparent body and the thickness of the transparent body inputted from the outside, and the spread ratio of the profile in the short axis direction and the long axis direction obtained from the light receiving profile determining means, A refractive index calculating means for calculating a refractive index of the body.
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JP2009008643A (en) * 2007-06-27 2009-01-15 Oputouea Kk Optical scanning type plane inspecting apparatus
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CN113310409A (en) * 2021-04-25 2021-08-27 山东英信计算机技术有限公司 Server vibrates detection device and server

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