JPS59762B2 - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
- Publication number
- JPS59762B2 JPS59762B2 JP2679879A JP2679879A JPS59762B2 JP S59762 B2 JPS59762 B2 JP S59762B2 JP 2679879 A JP2679879 A JP 2679879A JP 2679879 A JP2679879 A JP 2679879A JP S59762 B2 JPS59762 B2 JP S59762B2
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- Japan
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- light
- measured
- displacement
- image
- light beam
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は光ビームを被測定物体に照射し、その反射光
を用いて被測定物体までの距離またはその変位を測定す
るようにした変位測定装置に関するものである。
を用いて被測定物体までの距離またはその変位を測定す
るようにした変位測定装置に関するものである。
光学的に粗な、表面を有する一般の被測定物体について
、被測定物体までの距離あるいはその変位を光学的に測
定することは、古くから試みられた重要な問題である。
、被測定物体までの距離あるいはその変位を光学的に測
定することは、古くから試みられた重要な問題である。
なかでも形状測定における光切断法、あるいは土木測量
における三角測量法は基本原理として広く応用され、ま
た新しい活用法が種々試みられている。光ビームを被測
定物体に照射し、照射光ビームの方向と異なる方向から
観測したとき、被測定物体の動きを反射点の移動として
検出しようとする測定装置において、従来のものには次
のような問題点があつた。
における三角測量法は基本原理として広く応用され、ま
た新しい活用法が種々試みられている。光ビームを被測
定物体に照射し、照射光ビームの方向と異なる方向から
観測したとき、被測定物体の動きを反射点の移動として
検出しようとする測定装置において、従来のものには次
のような問題点があつた。
１）照射光ビームの方向が測定しようとする変位方向と
平行になつていない。
平行になつていない。
２）反射点の像が受光面上を動くような配置を規定して
いない。
いない。
３）レンズにより形成された反射点の像の移動量が被測
定体の移動量に比例しないことに対する補正が考慮され
ていない。
定体の移動量に比例しないことに対する補正が考慮され
ていない。
この発明は上記の問題点を解消し、変位と出力変化が精
度よく比例する変位測定装置を提供するものである。
度よく比例する変位測定装置を提供するものである。
以下図面によりこの発明を詳細に説明する。第１図はこ
の発明の一実施例を示すものである。
の発明の一実施例を示すものである。
この図において、１は光源で、レーザあるいはピンホー
ルやスリツトを用いて指向性をよくした発光ダイオード
等が用いられる。２は照射レンズで光源１からの光ビー
ムを細い照射光ビーム３にする。
ルやスリツトを用いて指向性をよくした発光ダイオード
等が用いられる。２は照射レンズで光源１からの光ビー
ムを細い照射光ビーム３にする。
４は被測定物体で矢印Ａ，Ｂの方向に変位する。
５は集光レンズで反射した反射光３７を収束させる。
６は位置検出器で、受光素子７、演算器８からなる。
９は補正回路である。
第２図は受光素子７の一例を示す拡散型ＰＩＮフオトダ
イオードの構成図である。
イオードの構成図である。
この図で７１はｎ型半導体基板、７２はｐ型半導体領域
、７３は前記ｎ型半導体基板７１に取りつけた電極、７
４，７５は前記ｐ型半導体領域に取りつけた電極である
。７６は電源、７７，７８は負荷抵抗器である。
、７３は前記ｎ型半導体基板７１に取りつけた電極、７
４，７５は前記ｐ型半導体領域に取りつけた電極である
。７６は電源、７７，７８は負荷抵抗器である。
このような構成によれば反射光３７の照射位置に応じて
負荷抵抗器７７を流れる光電流１１と負荷抵抗器７８を
流れる光亀流１２とが異なつてくるので、両者の比から
受光素子７の中心♂からの照射位置ｙは、として求めら
れる。
負荷抵抗器７７を流れる光電流１１と負荷抵抗器７８を
流れる光亀流１２とが異なつてくるので、両者の比から
受光素子７の中心♂からの照射位置ｙは、として求めら
れる。
こ＼にＫ１は定数である〇次に第１図の実施例の全体の
動作について説明する。第１図において、光源１から出
た光ビームは照射レンズ２で収束されて細い照射光ビー
ム３となつて被測定物体４に測定しようとする変位と平
行にして投射される。
動作について説明する。第１図において、光源１から出
た光ビームは照射レンズ２で収束されて細い照射光ビー
ム３となつて被測定物体４に測定しようとする変位と平
行にして投射される。
理想的な鏡面以外の一般の物体表面では散乱を起し種々
の角度から明るい光のスポツトすなわち光点が観測でき
る。指向性のよい光源を用いれば細い光ビームが得られ
るので、被測定体４が矢印Ａ，Ｂの方向に変位しても光
点の大きさはあまり変化せず、測定範囲の中を一様な精
度で測定することができる。
の角度から明るい光のスポツトすなわち光点が観測でき
る。指向性のよい光源を用いれば細い光ビームが得られ
るので、被測定体４が矢印Ａ，Ｂの方向に変位しても光
点の大きさはあまり変化せず、測定範囲の中を一様な精
度で測定することができる。
照射光ビーム３と異なる方向に反射する反射光３′を集
光レンズ５で受け、位置検出器６の中の受光素子７上に
光点の像を形成させる。このとき光点の像の軌跡と受光
面とが一致するように受光素子７を設置する。受光素子
７は受光面上の光点の像の位置によつて前記第２図で説
明したように両光電流１１，ｉ２の比が変化し、光点の
像位置ｙは演算器８によつて、ｉｌ 卜 五 ｚ のように求められる。
光レンズ５で受け、位置検出器６の中の受光素子７上に
光点の像を形成させる。このとき光点の像の軌跡と受光
面とが一致するように受光素子７を設置する。受光素子
７は受光面上の光点の像の位置によつて前記第２図で説
明したように両光電流１１，ｉ２の比が変化し、光点の
像位置ｙは演算器８によつて、ｉｌ 卜 五 ｚ のように求められる。
こ＼にＳは演算器８の出力、Ｋ２は定数である。ところ
で、出力Ｓの変化分と被測定物体４の変位ｘの変化分は
一般に比例しない。
で、出力Ｓの変化分と被測定物体４の変位ｘの変化分は
一般に比例しない。
その理由の一つは、第３図に示すように、集光レンズ５
による像の拡大率が集光レンズ５と被測定物体４との距
離によつて異なるために、Ｘ軸上の各点、例えば、中心
０から−Ａ，＋ａの距離の点が集光レンズ５によつて変
換されてｙ軸上の各点、すなわち、中心０１から−Ｂ，
＋ｂの点に写されたとき、各点を結んだ距離の拡大率が
異なることに原因する。その他受光素子７の非直線性に
も原因する。そこで出力Ｓを補正回路９に入力し、変位
ｘと出力Ｓが比例するように補正する。補正回路９とし
ては、折線近似回路、指数関数回路、あるいはデイジタ
ル演算回路などが用いられる。次に、光点の像の軌跡と
受光面とを一致させなけれぱならない理由を第４図によ
つて説明する。
による像の拡大率が集光レンズ５と被測定物体４との距
離によつて異なるために、Ｘ軸上の各点、例えば、中心
０から−Ａ，＋ａの距離の点が集光レンズ５によつて変
換されてｙ軸上の各点、すなわち、中心０１から−Ｂ，
＋ｂの点に写されたとき、各点を結んだ距離の拡大率が
異なることに原因する。その他受光素子７の非直線性に
も原因する。そこで出力Ｓを補正回路９に入力し、変位
ｘと出力Ｓが比例するように補正する。補正回路９とし
ては、折線近似回路、指数関数回路、あるいはデイジタ
ル演算回路などが用いられる。次に、光点の像の軌跡と
受光面とを一致させなけれぱならない理由を第４図によ
つて説明する。
今光点の像の軌跡がＦであるのに対し、受光面がＦ′の
ように設置されていると、両者が離れている軌跡Ｆ′上
の点例えばＰは、反射光が集光レンズ５のどの部分を通
過したかに従い受光面上の像の強度分布が異なる。した
がつて被測定物体４の表面に反射指向性があると、変位
測定の誤差となる。第５図はこの発明の他の実施例を示
すもので、この実施例の場合には受光素子７，７２が照
射光ビーム３に対し対称に２個設置されている。
ように設置されていると、両者が離れている軌跡Ｆ′上
の点例えばＰは、反射光が集光レンズ５のどの部分を通
過したかに従い受光面上の像の強度分布が異なる。した
がつて被測定物体４の表面に反射指向性があると、変位
測定の誤差となる。第５図はこの発明の他の実施例を示
すもので、この実施例の場合には受光素子７，７２が照
射光ビーム３に対し対称に２個設置されている。
この受光素子７，７′に対応する２つの位置検出器６，
６′の出力は演算器８，８′に入り、さらに演算器１０
に入つて平均された後、補正回路９に入力される。この
ような光学的配置をすることによつて、照射光ビーム３
が何らかの影響で横ずれし、被測定物体４上の光点がず
れた場合においても、２個の位置検出器６，６′の出力
Ｓは互に逆力向に変化するので、それらの平均値は変化
しない。また、被測定物体４上の光点は有限の広がりを
もつているので、被測定物体４の表面において反射率の
急激な変化があり、その部分に光点が一致すると、光点
は一部分のみが明るく反射するので、光点の位置が変化
したような作用を呈してしまうが、第５図の実施例によ
ればこのような影響も相殺される。第６図はこの発明の
さらに他の実施例を示すものである。
６′の出力は演算器８，８′に入り、さらに演算器１０
に入つて平均された後、補正回路９に入力される。この
ような光学的配置をすることによつて、照射光ビーム３
が何らかの影響で横ずれし、被測定物体４上の光点がず
れた場合においても、２個の位置検出器６，６′の出力
Ｓは互に逆力向に変化するので、それらの平均値は変化
しない。また、被測定物体４上の光点は有限の広がりを
もつているので、被測定物体４の表面において反射率の
急激な変化があり、その部分に光点が一致すると、光点
は一部分のみが明るく反射するので、光点の位置が変化
したような作用を呈してしまうが、第５図の実施例によ
ればこのような影響も相殺される。第６図はこの発明の
さらに他の実施例を示すものである。
この実施例においては、変位測定装置の出力のドリフト
あるいは周囲光や電気的なノイズなどの影響をなくすた
めに、光源１の光量を変調器１１によつて変調し、受光
素子７の光電流１１，ｉ２の振幅を求める整流回路１２
を用いている点が第１図に示す実施例と異なる。変調器
１１は回転円板に細いスリツトを規則正しく配列したも
のを用いれば、安価に数百ＫＨｚの変調を行うことがで
き、振動など高周波の変位に応答させることができる。
また、変調器１１はポツケルセルを用いることもできる
。そして、光源１が半導体レーザダイオードや発光ダイ
オードの場合には、光源自身の変調ができるので、同様
の効果が得られる。さらに整流回路１２は半波、全波整
流あるいは変調信号を用いた同期検波、または変調信号
からタイミング信号を作つて、光電流１１，ｉ２をサン
プリングホールドすることもできる。なお、上記第１図
、第５図、第６図に示す各実施例は組合わせて使用でき
ることはもちろんである。
あるいは周囲光や電気的なノイズなどの影響をなくすた
めに、光源１の光量を変調器１１によつて変調し、受光
素子７の光電流１１，ｉ２の振幅を求める整流回路１２
を用いている点が第１図に示す実施例と異なる。変調器
１１は回転円板に細いスリツトを規則正しく配列したも
のを用いれば、安価に数百ＫＨｚの変調を行うことがで
き、振動など高周波の変位に応答させることができる。
また、変調器１１はポツケルセルを用いることもできる
。そして、光源１が半導体レーザダイオードや発光ダイ
オードの場合には、光源自身の変調ができるので、同様
の効果が得られる。さらに整流回路１２は半波、全波整
流あるいは変調信号を用いた同期検波、または変調信号
からタイミング信号を作つて、光電流１１，ｉ２をサン
プリングホールドすることもできる。なお、上記第１図
、第５図、第６図に示す各実施例は組合わせて使用でき
ることはもちろんである。
この発明は上記の構成を有するから下記のような利点が
ある。
ある。
（１）被測定物体の変位方向と照射光ビームの方向を平
行にしたので、測定点が明確になる。
行にしたので、測定点が明確になる。
すなわち、照射光ビームを斜めにすると被測定物体の変
位と共に測定点が移動してしまうが、この発明ではその
ようなことがない。（１）光点の像の軌跡と位置検出器
の受光面とを一致させたので、被測定面の反射指向性の
影響を受けないので、高い信頼性が得られる。
位と共に測定点が移動してしまうが、この発明ではその
ようなことがない。（１）光点の像の軌跡と位置検出器
の受光面とを一致させたので、被測定面の反射指向性の
影響を受けないので、高い信頼性が得られる。
（１１１）照射光ビームに対称に２個の受光系、すなわ
ち、集光レンズ、位置検出器を設け、さらにこれら位置
検出器の出力の平均値を演算器で求めるようにしたもの
は、照射光ビームの方向が変化したり、被測定面上の反
射率が急激に変化する場合にも安定した測定が可能とな
る。
ち、集光レンズ、位置検出器を設け、さらにこれら位置
検出器の出力の平均値を演算器で求めるようにしたもの
は、照射光ビームの方向が変化したり、被測定面上の反
射率が急激に変化する場合にも安定した測定が可能とな
る。
（１Ｖ）照射光ビームを変調器で変調し、この変調され
たアナログ出力の振幅を整流回路で求めるようにしたも
のは、周囲光あるいは電気的ノイズの影響を受けること
がなく、また、受光素子のドリフト、暗電流の変化など
に対して強い測定が可能となる。
たアナログ出力の振幅を整流回路で求めるようにしたも
のは、周囲光あるいは電気的ノイズの影響を受けること
がなく、また、受光素子のドリフト、暗電流の変化など
に対して強い測定が可能となる。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成略図、第２図は
この発明に用いる受光素子の一例を示す断面略図、第３
図、第４図はこの発明の原理を説明するための図、第５
図はこの発明の他の実施例を示す構成略図、第６図はこ
の発明のさらに他の実施例を示す構成略図である。 図中、１は光源、２は照射レンズ、３は照射光ビーム、
４は被測定物体、５は集光レンズ、６は位置検出器、７
は受光素子、８は演算器、９は補正回路、１０は演算器
、１１は変調器、１２は整流回路である。
この発明に用いる受光素子の一例を示す断面略図、第３
図、第４図はこの発明の原理を説明するための図、第５
図はこの発明の他の実施例を示す構成略図、第６図はこ
の発明のさらに他の実施例を示す構成略図である。 図中、１は光源、２は照射レンズ、３は照射光ビーム、
４は被測定物体、５は集光レンズ、６は位置検出器、７
は受光素子、８は演算器、９は補正回路、１０は演算器
、１１は変調器、１２は整流回路である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光ビームを照射して被測定物体までの距離または前
記被測定物体の変位を非接触に測定する装置において、
指向性のよい光ビームを出す光源と、この光源の像を前
記被測定物体上に変位あるいは距離を測定すべき方向と
平行に投射し光点を形成させる照射レンズと、この照射
レンズの光軸と異なる方向から前記光点からの反射光を
集光し前記光点の像を形成する集光レンズと、前記被測
定体が変位した場合に生ずる前記光点の像の軌跡に受光
面を一致させて設置され受光面上における前記光点の像
の位置出力を得る位置検出器と、さらに、前記被測定体
の変位に対する前記位置出力の非直線性を補正する補正
回路とから構成されたことを特徴とする変位測定装置。 ２ 集光レンズは照明レンズの両側に対称に配置され、
位置検出器は前記両側に対称に配置された集光レンズに
それぞれ対応して設けられ、さらに演算器は各位置検出
器の出力の平均値を求める構成を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の変位測定装置。 ３ 光源は光ビームを強度変調する変調器を備え、位置
検出器は前記変調器で変調された前記光ビーム中のアナ
ログ出力の振幅を求める整流回路を備えたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2679879A JPS59762B2 (ja) | 1979-03-09 | 1979-03-09 | 変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2679879A JPS59762B2 (ja) | 1979-03-09 | 1979-03-09 | 変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55119006A JPS55119006A (en) | 1980-09-12 |
| JPS59762B2 true JPS59762B2 (ja) | 1984-01-09 |
Family
ID=12203328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2679879A Expired JPS59762B2 (ja) | 1979-03-09 | 1979-03-09 | 変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59762B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5827004A (ja) * | 1981-08-11 | 1983-02-17 | Kyocera Corp | 光点位置検出装置 |
| JPS5877405U (ja) * | 1981-11-20 | 1983-05-25 | 明星電気株式会社 | 積雪深さ計測装置 |
| JPS58168906A (ja) * | 1982-03-30 | 1983-10-05 | Jeol Ltd | 物体の表面高さ測定装置 |
| JPS59139520A (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-10 | 松下電工株式会社 | 反射型光電スイツチ |
| JPS59180475A (ja) * | 1983-03-31 | 1984-10-13 | Matsushita Electric Works Ltd | 反射型光電スイツチ |
| DE3407210C2 (de) * | 1984-02-28 | 1987-03-05 | Matsushita Electric Works, Ltd., Kadoma, Osaka | Photoelektrischer Schalter |
| JPS618808U (ja) * | 1984-06-22 | 1986-01-20 | 株式会社ミツトヨ | 光学式表面変位検出装置 |
| JPS6184580A (ja) * | 1984-10-02 | 1986-04-30 | Yukio Muto | 変位量測定器 |
| JP2573673B2 (ja) * | 1988-09-30 | 1997-01-22 | アンリツ株式会社 | 三角測量方式の光学式変位測定装置 |
| JPH03165211A (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-17 | Stanley Electric Co Ltd | 光学的測定装置 |
| JPH03179211A (ja) * | 1990-08-03 | 1991-08-05 | Matsushita Electric Works Ltd | 反射型光電スイッチ |
-
1979
- 1979-03-09 JP JP2679879A patent/JPS59762B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55119006A (en) | 1980-09-12 |
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