JPS5840123B2 - 物体位置測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はレーザ光を用いた物体位置測定装置に関する
。

近年、レーザは種々の分野で応用されてきている。

例えば、レーザ光の光軸上に物体を置いて、この物体に
より遮え切られるレーザ光の光量からその物体の位置を
測定する様な装置がある。

第１図はこの様な位置測定装置の概略構成を示すもので
、１はレーザ発振装置、２はこのレーザ発振装置１から
発せられるレーザ光、３はレーザ光を集光するレンズ、
４は位置測定がなされる被測定物体、５はレーザ光２の
光量を検出する検出器、６はこの検出器５からの検出信
号を物体４の位置を示す数値に変換して表示する表示器
である。

上記被測定物体４はレンズ３の焦点付近に置かれる。

この様な構成においてその測定動作を簡単に説明する。

上記被測定物体４がレーザ光２を完全に遮え切る位置に
あれば検出器５はレーザ光を検出しないが、被測定物体
４がレーザ光２を遮え切らない位置にあれば、検出器５
はレーザ光を最大光量で検出し、また、被測定物体４が
レーザ光２の一部分を遮え切る様な位置にあれば、その
遮え切られた分だけ少ない光量が検出器５で検出され、
その光量を前記した様に被測定物体４の位置を示す数値
に変換して表示すれば、被測定物体４の位置が直流でき
る。

しかしながら、レーザ発振装置１から発せられるレーザ
光２はその強度が数俤の幅を持つとともに時間の経過と
ともに変化するのが普通であり、さらにレーザ光２は振
れをも生じるので、上記した従来の測定装置では高精度
な位置測定を行なうのは不可能であった。

この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、レーザ光
を用いて物体の位置測定を行なう装置において、レーザ
光の強度の変動及びレーザ光のビーム振れを補償して高
精度な位置測定を行ない得る様にした物体位置測定装置
を提供することを目的とする。

以下この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第２図において、１１は直線偏向型のレーザ発振装置で
、１２はこのレーザ発振装置１１から発せられるレーザ
光である。

１３はレーザ光１２を３つのレーザ光すなわち第１のレ
ーザ光１２ａ、第２のレーザ光１２ｂ、第３のレーザ光
１２ｃに分割するビーム分割器である。

このビーム分割器１３は厚肉のガラス板１３゜の裏面１
３．３を半透鏡に加工したもので、レーザ光１２をガラ
ス板１３１の表面による反射光（第３のレーザ光１２ｃ
）とガラス板１３１の裏面１３１ａによる反射光（第１
のレーザ光１２ａ）とガラス板１３１の透過光（第２の
レーザ光１２ｂ）の３つのビームに分割するものである
。

これら第１〜第３のレーザ光１２ａ〜１２ｃの光量はレ
ーザ光１２の光量と比例関係にある。

また、１４は第１のレーザ光１２ａを集光するレンズ、
１５は第２のレーザ光１２ｂを集光するレンズであり、
レンズ１４の焦点距離はｆａ、レンズ１５の焦点距離は
７ｂとする。

１６は上記第１のレーザ光１２ａの光軸上で、かつレン
ズ１４の焦点部に設置され位置が測定される物体（以下
被測定物体という）である。

また、１γは第１のレーザ光１２ａの光量を検出する光
量検出器、１Ｂは第３のレーザ光１２ｃの光量を検出す
る光量検出器、１９は第２のレーザ光１２ｂのビーム振
れを検出するビーム振れ検出器である。

上記光量検出器１７は被測定物体１６で遮え切られなか
った部分の光量を検出して、その光量に対応した検出信
号１ａを出力するもので、以下この検出器を測定用光量
検出器１７という。

また、光量検出器１８は第３のレーザ光１２ｃの光量、
すなわちレーザ発振装置１１から発せられるレーザ光１
２に比例した光量をそのまま検出して、その光量に対応
した検出信号Ｉｂを出力するもので、以下この検出器を
補正用光量検出器１８という。

また、ビーム振れ検出器１９は第２のレーザ光１２ｂの
光軸上で、かつレンズ１５の焦点付近に設置され、光軸
を挾む様に対向配置された２個の光検出器２００，２０
２とこれら光検出器２００，２０２の出力の差をとって
増幅する差動増幅器２１から構成されている。

このビーム振れ検出器１９は光検出器２０１，２０２か
らの信号の差を差動増幅器で検出して増幅し、これによ
り第２のレーザ光１２ｂのビーム振れ、すなわちレーザ
発振装置１１から発せられるレーザ光１２のビーム振れ
を検出し、その検出信号Ｉｃを出力するものである。

また、２２は上記検出信号１ａから上記検出信号Ｉｃを
差引く引算回路、２３はこの引算回路２３の出力（Ｉａ
−Ｉｃ）を上記検出信号Ｉｂで割り算する割算回路、２
４はこの割算回路２３の出力（（Ｉａ Ｉｃ）／Ｉｂ
）を被測定物体１６の位置を示す数値に変換して表示す
る表示器である。

第３図は第２図において破線で囲った部分Ａを詳細に示
すもので、第１のレーザ光１２ａを被測定物体１６が多
少遮え切っている状態を示している。

これにより測定用光量検出器１７に入射されるレーザ光
の光量は被測定物体１６に到達する前の第２のレーザ光
１２ａの光量よりも少なくなっている。

また第３図において、二点鎖線で示した部分はレーザ発
振装置１１から発せられたレーザ光１２にビーム振れを
生じた場合における第１のレーザ光１２ａの状態を示す
もので、ここでは図示Ｘ方向にＪｘの振れが生じたこと
を示している。

次に上記の様に構成されたこの発明の詳細な説明する。

測定用光量検出器１７から得られる検出信号Ｉａは第３
図において、被測定物体１６のＸ方向のある位置Ｘ１に
関係する。

今、被測定物体１６の先端が第１のレーザ光１２ａの幅
の中心（ｘｏ）付近にあるものとすると、このとき検出
信号Ｉａはその位置に比例するので、発振装置１１から
発せられるレーザ光１２の強さをＩ。

（ｔ）、比例定数をａとすると次式の様に表わせる。

ここで、レーザ光１２が微少角Ａθ（ラジアン）だけ変
化したとすると、第３図に示す様に第１のレーザ光１２
ａも、（Ｘだけシフトする。

このシフト量Ａｘがそのまま被測定物体１６の位置測定
誤差として現われる。

上記シフト量Ａｘは上記Ａθおよびレンズ１４の焦点距
離ｆａから次式の様に表わせる。

そこで測定用光量検出器１７から得られる検出信号Ｉａ
は上記（１） 、 （２）式より次の様に表わせる。

また、レーザ光１２が微少角Ｊθだけ変化することによ
り、第２のレーザ光１２ｂはビーム振れ検出器１９の入
力部でＡｘ’だけシフトする。

このシフト量Ａｘは上記Ｊθおよびレンズ１５の焦点距
離ｆｂから次の様に表わせる。

ところで、ビーム振れ検出器１９からの検出信号１ｃは
差動増幅器２１の増幅率をＣとすると次の様に表わせる
。

上記（３）式及び（５）式で表わされる信号が引算回路
２２に入力され、Ｉ ａ −Ｉ ｃの演算が行なわれる
。

すなわち、 ここで差動増幅器２１の増幅率Ｃを Ｉａ Ｃ＝〜・ａとすると、 ／ｂ となる。

この（７）式から明らかな様にレーザ発振装置１１から
発せられるレーザ光１２の振れの影響はなくなる。

一方、補正用光量検出器１８に入射される第３のレーザ
光１２ｃは遮え切られないので、そのままの光量が補正
用光量検出器１８に入射される。

従って、この補正用光量検出器１８の検出信号Ｉｂはレ
ーザ光１２の強さＩ。

（Ｕに比例し、その比例定数をｂとすると次の様に表わ
せる。

この検出信号Ｉｂは割算回路２３に送られ、上記引算回
路２２の出力Ｉａ−Ｉｃとの割算、すなわち（Ｉａ−１
ｃ）／Ｉｂが行なわれる。

この割算回路２３の出力（Ｉａ−Ｉｃ ）／Ｉｂは次式
で表わせる。

上記（９）式によれば、レーザ発振器１１から発せられ
るレーザ光１２の強さＩ。

（０は消去され、これにより、レーザ光１２の強さの変
動に影響されないことが分る。

この様に割算回路２３からの出力信号（Ｉａ−Ｉ ｃ
）／ Ｉ ｂはレーザ発振装置１１から発せられるレー
ザ光の強度の変動及びビーム振れに全く影響されず被測
定物体１６の位置のみの関数となる。

第４図は被測定物体１６の位置（Ｘ−Ｘｏ）と割算回路
２３の出力信号（ｒａ−Ｉｃ）／Ｉｂとの関係を示すも
ので、上記（９）式は第５図の直線部分りに対応する。

上記割算回路２３と表示器２４との間にリニアライザ回
路を設ければ第４図の特性曲線は全範囲を直線化できる
ため測定範囲の拡大が計れる。

しかして、上記割算回路２３の出力信号は表示器２４で
被測定物体１６の位置を示す数値に変換されて表示され
る。

この数値により被測定物体１６の位置を即座に知ること
ができるものである。

なお上記実施例ではビーム分割器１３として第２図に示
す様な厚肉のガラス板の半透鏡を使用したが、これは断
面がくさび型のガラス板の半透鏡を用いても良く、この
様にすればガラス板の肉厚を薄くすることができる。

また上記実施例では被測定物体１６はレンズ１４の焦点
付近に設置する様にしたが、測定精度よりも測定範囲の
広さを重視する場合には被測定物体１６を焦点から光軸
に沿ってずらした位置に設定する様にしても良く、さら
に測定範囲の拡大を計りたいときはレンズ１２を取外す
様にすれば良い。

この場合はレンズ１５も不用となるものである。

以上説明した様にこの発明によれば、レーザ光を用いて
物体の位置を測定する装置において、レーザ発振装置か
ら発せられるレーザ光の強度の変動及びビーム振れを補
償する様にしたので、高精瓜な位置測定が行なえ、非常
に有用性のある物体位置測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す構成図、第２図はこの発明の一実
施例を示す構成図、第３図は第２図の要部を詳細に示す
図、第４図は同実施例の動作を示す特性図である。 １１・・・・・・レーザ発振装置、１２・・・・・・レ
ーザ光、１３・・・・・・ビーム分割器、１６・・・・
・・被測定物体、１７・・・・・・測定用光量検出器、
１８・・・・・・補正用光量検出器、１９・・・・・・
ビーム振れ検出器、２２・・・・・・引算回路、２３・
・・・・・割算回路、２４・・・・・・表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振装置と、このレーザ発振装置より発せら
   れたレーザ光を第１、第２、第３の３つのレーザ光に分
   割するビーム分割器と、上記３分割されたレーザ光のう
   ち第１のレーザ光の光軸上に設置される被測定物体と、
   上記第１のレーザ光の光量を測定する第１の光量検出器
   と、上記第２のレーザ光のビーム振れを検出するビーム
   振れ検出器と、上記第３のレーザ光の光量を測定する第
   ２の光量検出器と、上記第１の光量検出器の検出信号か
   らビーム振れ検出器の検出信号を差引く引算回路と、こ
   の引算回路の出力信号を上記第２の光量検出器の出力信
   号で割算する割算回路と、この割算回路からの出力信号
   を上記物体の位置を示す数値に変換して表示する表示器
   とを具備したことを特徴とする物体位置測定装置。 ２ レーザ発振装置として直線偏光型のレーザ発振装置
   を用いた特許請求の範囲第１項記載の物体位置測定装置
   。