JPS58169008A - 光学式位置測定装置 - Google Patents

光学式位置測定装置

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JPS58169008A
JPS58169008A JP5406882A JP5406882A JPS58169008A JP S58169008 A JPS58169008 A JP S58169008A JP 5406882 A JP5406882 A JP 5406882A JP 5406882 A JP5406882 A JP 5406882A JP S58169008 A JPS58169008 A JP S58169008A
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JP
Japan
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light
lens
light source
lens system
optical
Prior art date
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Pending
Application number
JP5406882A
Other languages
English (en)
Inventor
Motoo Shimizu
清水 基夫
Nagamitsu Oki
大木 永光
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS58169008A publication Critical patent/JPS58169008A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光線を用いて非接触的に物体の位置を測定する
t1/ks定装置に胸する。
物体の位tiitまたは寸法を非接触的に測定する方法
としては、空気マイクロメータあるいは鵬微鏡により拡
大する方法等があるが、紡看では形状の複雑なものの測
定には種々の支障があプ、また、後書では電気的匍鰺に
変換することが離しい丸めに、生産工程における遅続測
定岬への応用は効率的でない欠点がある。
本発明は従来の上記欠点を解消する為になされたもので
あり、従って本発明の目的は、光の反射lILを電気的
に処理することにより、物体の位置を^積度で、非接触
的にしかも連続的に測定することができる#r規な位W
IL測定装置を提供することにある。   一 本発明の上−C目的は、周期的に全体ま九はその−・部
分が光軸方向に!復変動するかめるいはその焦点距−が
周期的に変動するレンズ系手段と、小面積の光源中段と
、光線分岐手段と、前記光―手段の山積に対応して設計
された小口径のアパーナヤ手段と、光検出器手段とをX
備し、#J配レしノ系手段による削紀元似手段のM像点
付近に位置する被測定面の基準点に対する位置を#I配
アパーチャ手段を通り1IIk、光検出器手段へ入射す
る@紀値測定向からの反射光蓋が#lI配レンしノ手段
のに勤に伴って麺大となるときのIIN紀レンしノ手段
の装動位置または状態から求めることを41傘とする光
学式位置測定装置、によって達成される。
本発明は光の反射蓋を電気的に処理することにより物体
の位置を数Jim根度の′HI皺で弗誉触に測定するも
のであや、光学式であるが表向での反射を用いているた
めに、投影法にみられるような−1の焦点ずれ(ピンボ
ケ)による測定誤差も発生しない。
次に本発明をその良好な各集施例について図画を参照し
ながら詳細に説明する。
@1図(、)〜(d)は本発明の原塩を説明する−であ
る。今、lN1図(、)において、小面積の光−1よシ
斃し九九は半透明鏡等による光線分岐l1F5、レンズ
糸手段2を経て禎糊定物の懺面Sに結像する。ここで表
r1jU8の面精度が^く鏡面であるとすると、この山
での反射光は逆方向へ反射され、レンズ系手段2、光線
分岐器5、アパーチャ6を経て光検出器4へ入射する。
ここで、アパーチャ5は、光源1の寸法とレンズ系によ
り定まる一定の口径のビンホールであって、第1図(a
)の状態ではTlLR而Sか面の反射光、従って光源1
の儂が結像する位置に置かれる。
次に、レンズ糸2の位置を同図(b)に示す様に前方へ
(2の正方向)動かした状態を考えると、レンズ系2を
適切に設計することによプ光は図中の矢印の様に進み、
結f象点は面Sの手網となj)、 l!にその反射光は
アパーチャ3の中−にて結イ象させることができる。こ
のために、アパーチャ5を透過する光は、図からも理解
される様に、周辺部分■ がアパーチャ5により削られるため光検出器に到達する
光量は低下する。
次に、逆に同図(C)の如くレンズ系2が後方に移動し
た場合には反射光の緒像点はアパーチャ3を越え死後方
となる九めに、(b)の場合と同様に光量は低下する。
従って、レンズ系2の位置1と光検出器4の出力信号レ
ベル■との@襟は、−図Cd) tv様にzo変化に対
し、レンズと面Sとの間隔−に対応し九レンズ系2の位
置lidに於てピーク値をと夛、他ではレンズが低下す
る。従って、レンズ系2を1万肉に移動させ、光検出器
40出力が最大になるSの位置を求めれば、逆にし/ズ
系意とO間隔dを求めることができる。
崗、ここで光源としては半導体レーザ、発光ダイオード
等が適切なものとして考えられるが、その他に例えばH
#−N−レーザ光の出力を光ファイバにより取出し、こ
の光ファイバの出射端を「光IjIJとして使用するこ
とは最も実用的な一例といってもよい。
次に反射面8が向粗さ数μSS震度@向であって鏡面で
ないときには、上記の場合と若干事情が異なつ九ものと
なる。即ち、光源1より−し九先はthI8では鏡面に
よる様な形では反射せず、各方向に散乱されることにな
るので、アパーチャ3のfllIlには光源1ではなく
S向で散乱された光を二次的な光源とする儂が形成され
る。ここで、@1図(1)の状態ではS向上の二次的な
光線は光源1が正しく集光している九めに、微小なスポ
ットとなるが、同図価)あるいは(6)の状態では8面
は光源1の1点からずれているので、二次的な光源は大
きなスポットとなる。従って、アパーチャ5を通過する
光量は藺紀の!!面の場合と光量、感度は異るが、si
図(d)と同様の関係を得る。
次に本発明の具体的一実施例を示す1112図(a)〜
(d)では、レンズ系2は走査手段10によシ1の―後
方向に走査される。この結果、光検出器4の出力と時間
の関係の波形として同図(b)が得られるが、これを増
幅器11にて増幅した後、ピーク検出回路によりピーク
となる時点にパルスを発生させるピークパルス出力回路
12の出力として、同図(d)に示されるように、通常
レンズ系2の走査の1サイクル当り2つのピーク位置パ
ルスが出力される。他万、レンズ系2の走査は駆動信号
@1sの出力信号によって駆動されている。従って、駆
動信号@1sよや走査されるレンズ系20基準位置に対
応する基準パルス信号を同図(−)の如く得ることがで
きるために、時間計側手段14により基準ノ(ルス傷啼
とピーク位置パルス信号の一方との時間14を針−すれ
ば、レンズ2とSWJとの間隔を求めることができる。
本方式の場合、光源の寸法、アパーチャの寸法及びレン
ズの焦点距離等を遍轟に粛ぶことにより、ff度1μ集
という高精度の一定から、一定範M数m1楢縦の広範囲
の一定壕で、広い範囲の非徴触霧定が可能である。
また、反射面での光のスポットが小さい丸めに、櫂雑な
形状の物体についても局所的な一定ができるという特長
がある丸め、対象物を走査してその輪郭を求める等の用
途に411に有効である。
$11311!1Ha)〜(j)は本発明の別の実施例
を説明する図である。今同図(1)において、光源21
より出九九は光ファイバ22、光結合器25、光7アイ
バ24を騒てレンズ系27の方向へ出射する。この光フ
ァイバ端面のレンズ系手段27による儂が被測定物0面
Sの上に結偉されていると、面Sによる反射光は図示の
通りY度反対方向へ進み、再び前記の光ファイバ4th
Iに入射し、光ファイバ24、光結合器23を経て光検
出器26へ入射して出力信号Vが得られる。
ここで、レンズ系27が図中に矢印πにて示す様にその
光軸方向に動いたとすると、レンズ系27が図中で右の
方向へ動い九同図(b)の状態では図示の通りまず端面
の結像点が反射向Sの左側へずれ、このため史にその反
射光の結澹点は図の様にレンズ輛へずれるため、実際に
光フアイバ24内へ入射する光は(a)の状態より低い
ものとなぁ。
次に、これと逆にレンズ系27が図の右側へ動き同図(
g)の株になったときには、反射光の結像点は光ファイ
バ24の端面より後方(光ファイバIN)へ入ってしま
うために、これも光フアイバ内への入射光量は(a)の
状態よりも低いものとなる。従って、   ルンズ糸2
7を図中2の方向に走査してやると11111図(d)
の憬な(It吋出力が得られ、II′tI記の実施例と
全く同等の結果を得ることができる。
ここで、光臨としては、H#−N−勢のガスレーザ、半
導体レーザ、発光ダイオード郷各種の一〇が考えられる
。光検出器としては、PINフォトダイオード、アバラ
ンシュフォトダイオード等一般の光検出デバイスを用い
ることが可能である。
伺、以上の説明ではレンズ系としては単レンズを図示し
て説明し九が、これは本発明の目的に沿うための光学系
であればどの様な構成でもよい。
また、通常の設計で使用されるガラス板、プリズム、光
学フィルタ類は本発明の主旨とi[接関係がない丸めに
、説明上は削除されている。
第4図に走査するレンズ系手段27の一構成例として、
複数のレンズ、51..52を組合せる例を示す。
同図において、Vンズ31と62は組合わせられて1つ
のレンズ系を構成しているが、このうちレンズ52は固
定されており、レンズ51のみが図中矢印膳の方向に動
かされるものとする。この方法によれば、レンズ系全体
としての焦点距離が変化を受ける丸めに、鏑配した2つ
の実施例とpI4mlの効果を得ることがaJ能である
。この実施例の特徴は、レンズ糸の一部分を動かすだけ
でよいので、走査方法が容易となることである。
また第5図に承す様にレンズ自体を動かさなくてもレン
ズ61と62の間にガラス製のくさび33を挿入する叫
の方法によってレンズ間の光路長を変化させ、s!−価
的にレンズの焦点距離を変動させることによって本本発
明の実施は可能である。
本発明によれば、光臨の寸法ま九は光ファイバのコア径
、レンズ系の特性を選ぶことにより、楕If1μm4程
度の高精度の測定から数1に及ぶ広範囲の測定まで各種
の非接触測定か可能である。また、反射面での光のスポ
ットが小さいために、複雑な形状の物体についても局所
的な測定が可能であるため、対象物を走査してその輪郭
を求める等の用途には特に有効でおる。tた、信号の送
受に光ファイバを用いるために、光源別置形とできる丸
め、一定ヘッド部分を小形にして使用に便利な構成とな
ることができる。
【図面の簡単な説明】
111図は本弗明の原理的実施例を示す図、暮3図は本
斃明の具体的一実施例を示すg、ms図紘本発明の別の
実施例を示す図、llI4図はレンズ系手段の一構成例
を示す図、mS図はレンズ系手段の別の一構成例を示す
図である。 1.21・e−光源、2.27・・・レンズ系手段、5
・・・アパーチャ、4.26・・・光検出器、5・・・
光線分岐器、10・・・走査手段、11・・拳増幅器、
12・・・ピークパルス出力(ロ)路、15・・・駆動
信号源、14・・・時間計一手段、22 、24.25
・・・光7アイパ、23・−・光結合器、31、s2・
@ルンズ、35.・Φくさび 特許出願人   日本電気株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、周期的に全体またはその一部分が光軸方向に往
    復変動するかあるいはその焦点距離が周期的に変動する
    レンズ系手段と、小面積の光源手段と、光線分岐手段と
    、前記光源手段の面積に対応して設計され友小口径の7
    パ一チヤ手段と、光検出一手段とを具備し、@記しノズ
    系手段による前記光源手段の結像点付近に位置する被測
    定向の基準点に対する位置をtIM紀アパーチャ手段を
    通9前記光検出器手段へ入射する前記被測定向からの反
    射光量がIII記レンしノ手段の変動に伴って最大とな
    るときの#Jk2レンズレノ段の変動位置または状態か
    ら求めることを特徴とする光学式位置測定装置。
  2. (2)、鋺配光源手段が殆生手段とこれに結合され良光
    ファイバからなLJIJ記アパーチャ手威が光7アイパ
    であって、#J記光線分岐手段が光フアイバ分岐結合器
    手段であることを良に特徴とし九臀計量k求の範囲第(
    1)項記載の光学式位置測定装置。
JP5406882A 1982-03-31 1982-03-31 光学式位置測定装置 Pending JPS58169008A (ja)

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