JPS6120816A - 非接触光学式変位測定装置 - Google Patents

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、外部光源の放射光量を補助的に測定感知して
それに応じた誤差修正を行う機能を具備する非接触光学
式変位測定装置に関するものである。

明暗境界部を有する被測定対象（ターゲット、）からの
反射光を受信して電子像に変換した後、この電子像に生
ずる変化を基礎として被測定対象の変位を電気的に非接
触で測定する非接触光学式変位測定装置は公知である。

このような非接触光学式変位測定装置は、微小変位を非
接触で長時間にわたって測定することができるため、各
種の試験・研究　検査等の分野において多用されている
。

この非接触光学式変位測定装置では、被測定対象が反射
する、又は被測定対象自体が発する光学的エネルギーを
カメラ部のレンズ系で受取り、イメ−ジブイセフタ管の
フォトカソード上に結像させ、このフォトカソードにお
いて電子像に変換する。

このようにして得られた電子像は被測定対象の変位に応
じて変位する。かかる変位する電子像をフォトマルチプ
ライヤ部で光電子増倍した後アノードから電気的出力を
取り出す。この場合、例えば明暗境界を有する被測定対
象の変位にもかかわらず常に一定の出力が得られるよう
に電子像に偏向を加えたとすると、この場合の所要偏向
電流は、被測定対象の変位に比例した出力を表すことに
なる。非接触光学式変位測定装置は、該出力を処理して
変位の表示又は記録を行うものである。

このような非接触光学式変位測定装置においては、被測
定対象たる明暗ターゲットからの光学的エネルギーは一
定であることが要求される。さもなければ、明暗境界の
変位に対応する出力変化と区別ができず測定誤差を生ず
ることになる。そのため外部光源の光量変化に応じた制
御機能すなわち光学的雑音除去装置（ライトサーボ機構
）を具備する非接触光学式変位測定装置も存在するが、
周波数特性が劣化する欠点がある。これは、ライトサー
ボ系を作動させている間は、変位測定を行う間に時分割
によって光源の光量測定をしていることに起因する。し
たがって、特に高い周波数特性を必要とする高速変位測
定においては、ライトサーボ機構付きの非接触光学式変
位測定装置は不向きであった。

本発明の目的は、従来の光学的雑音除去装置すなわちラ
イトサーボ機構とは異なる誤差修正を行う機能を具備す
る非接触光学式変位測定装置を提供することである。

この目的は、特許請求の範囲に記載の構成を有する非接
触光学式変位測定装置によって達成される。

本発明にかかる非接触光学式変位測定装置によれば、変
位測定系とは別個の光量測定・制御装置を具備している
ため光源光量の変動又は外来光の存在による入射光量の
変化にもかかわらず、変位測定上の周波数特性になんら
悪影響を及ぼすことなしに正確な変位測定が可能となる
。

以下、本発明の実施例を示す添付図を参照して本発明に
かかる非接触光学式変位測定装置を開示する。第１図は
本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の基本的構成
を示ずもので、明暗境界を有する被測定対象ターゲソ）
Ｔ、光源り及び非接触光学式変位測定装置ＯＰＴが図示
されている。

ここに示した非接触光学式変位測定装置ＯＰＴは、測定
用の光学系ＭＯと本発明にかかる誤差修正動作を行うた
めの補助光学系ＡＯならびにこれに付随する補助測定回
路（図示されていない）とを具備している。ここに示し
た明暗境界を有するクーゲットＴは、例えば矢印Ｘのよ
うに変位している。

かかる変位境界像を測定用の光学系ＭＯで捕捉する。

第２図は、光学的に捕捉されたターゲ７）の変位測定を
行う非接触光学式変位測定装置ＯＰＴの原理を説明する
ためのブロック図である。測定用の光学系ＭＯで捕捉さ
れたターゲット像は、イメージディセクタ管ＩＤＴのフ
ォトカソード１上に結像されて電子像に変換される。こ
の電子像は、アパーチャ２を通過した後、フォトマルチ
プライヤ部（フォトマルと略記）３において光電子増倍
されてアノード４に到達する。アノード４の出力はプリ
アンプ５を経て時分割スイッチ６により、水平軸出力Ｈ
１垂直軸出力Ｖ、ライトサーボ出力Ｌ　Ｓに分割される
。水平軸出力Ｈは、水平軸回路７及び水平偏向コイル８
および水平軸データ回路９に至り、水平軸出力端子１ｏ
から測定データが得られる。また、垂直軸出力Ｖは、垂
直軸回路１１及び水平偏向コイル１２および垂直軸デー
タ回路１３に至り、垂直軸出力端子１４から測定データ
が得られる。一方、ライトサーボ出力ＬＳは、ライトサ
ーボ用回路１５およびライトサーボ整合アンプ１６を経
てイメージディセクタ管ＩＤＴ用高電圧電源回路１７を
制御する。かがる構成において第１図に示したターゲノ
ｌ−’Ｔの変位があるとフォトカソード１上の光学像は
変位する。この場合、水平軸出力Ｈ又は垂直軸出力Ｖに
応じて偏向コイル８又は１２に適当な補償電流を供給す
ることにより、アノード４からの出力が常に一定、すな
わちアパーチャ２を通過するターゲットＴの電子像の明
暗割合が不変となるように調整できたとする。この場合
における偏向コイルへの補償電流は被測定ターゲットＴ
の変位に比例することになるため、これを取り出して変
位測定及び記録等を実施することができる。なお、第２
図に示したブロック図におけるイメージディセクタ管Ｉ
ＤＴに代えて、ＣＯＤ素子により光−電気変換及び以降
の信号処理を行うことができる。かかる構成においては
、補助光学系ＡＯからの光入力をＣＯＤ素子上の通常測
定において使用しない端部領域に導き上述と同様の誤差
補正機能を発揮せしめることができる。

第１図のような配置において、なんらかの原因により光
源りの光量が変動した場合、または外乱光が存在した場
合には、測定誤差が生ずるためライトサーボ回路１５が
使用されるが、このライトサーボ回路には前述のような
欠点が存在する。これは、従来の第２図に示したライ＋
−＋−水回路が、変位測定の中断を伴い時分割で高電圧
制御を行っていたことに起因するものである。そこで本
発明では、変位測定用光学系ＭＯとは別個の独立した補
助光学系ＡＯ及び補助測定回路を配設することによって
、測定用光学系での常時変位測定を継続可能に構成した
ものである。

本発明によれば、補助光学系ＡＯは被測定対象上の被測
定対象物の変位による輝度変化のない部分からの光量を
常時捕捉し、この光量の変化に応じて補助測定回路によ
り変位測定条件を制御するものである。かかる変位測定
条件の制御の例としては、イメージディセクタ管ＩＤＴ
の出力回路の増幅度を変化せしめる方法、同じくイメー
ジディセクタ管ＩＤＴの高圧を変化させる方法、光源り
の光量を直接制御する方法等があり、それに応じた構成
ないしは接続が行われることになる。また補助光学系の
光−電気変換部には、シリコンホトダイオード、シリコ
ンホトトランジスタ等を使用することができる。また本
願対象装置の変位測定用光−電気変換部の分光感度を一
致させるために、例えばアモルファス型カラーセンサ等
を用いることができる。

第３図は、補助光学系ＡＯを測定用光学系ＭＯを有する
非接触光学式変位測定装置本体ＯＰＴと分離した実施例
を示すものである。当然、変位測定装置本体ＯＰＴおよ
び光源りの一方または両方との間は電気的に接続される
。

第４図は、測定用光学系ＭＯのみを備えた非接触光学式
変位測定装置ＯＰＴを使用し、光源りと組合せた補助光
学系ＡＯを用いる実施例を開示するものである。本構成
によれば、クーゲットＴに対して光源りから照射される
光束を、補助光学系ＡＯで測定することができ、ターゲ
ットＴに対する照準が容易である利点が得られる。本実
施例においても、補助光学系ＡＯにおいて測定したター
ゲット面からの光量変化に基づいて非接触光学式変位測
定装置本体の増幅度等を制御し、光源りの変化又は外乱
光の存在にもかかわらず、正確な変位測定を可能にする
ことができる。この場合、測定光学系ＭＯはもとより測
定回路を常時測定専用とすることができるため、変位測
定上の周波数特性を劣化させること、がなく、有利な測
定が可能となる。

第５図は、第１図の補助測定回路についての実施例を示
すものである。第５図に示されるように光−電気変換部
にイメージディセクタ管ＩＤＴを使用した場合、明暗の
あるターゲットの明と暗との値を測定し、これらの値の
間で最大の感度が得られるようにアンプのゲイン等を調
整する。例えば、明の部分を測定したときにイメージデ
ィセクタ管からの出力電圧を＋５■、そして暗の部分を
測定したときにイメージディセクタ管からの出力電圧を
一５Ｖになるように、イメージディセクタ管部のプリア
ンプのゲインが調整される。すなわち明の部分だけを測
定すれば富に＋５Ｖ、暗の部分だけを測定すれば常に＋
５■の出力が得られていなければならない。

本発明によれば、測定が実施さている際も、常に補助測
定部によって明または暗部骨を測定していることが可能
で、もしなんらかの理由でそれらの光量が変化したとき
には、直ちに変位測定用の光〜電気変換部（イメージデ
ィセクタ管）にフィードバンクされる。したがってブリ
ア′ンプ等のゲイン或いはイメージディセクタ管の高圧
が調整され、上記の条件が満たされる。すなわち、出力
端子からみた時、常にターゲットの光量が一定であるか
のようになる。

第６図は、第５図の補助測定部のアナログ部をディジタ
ルに置き換えた場合を示すものである。

この場合測定初期に測定した光量に、常に補整すること
ができる。

第７図は、第４図の補助測定回路についての実施例を示
すものである。この時、光源の光量を調整する場合、非
接触光学式変位測定において大切なのは、反射もしくは
透過された明あるいは暗の光量すなわち変位測定用光−
電気変換部に到達する光量が一定であることであり、従
来の光源のように、光源光が一定であるものとは本質的
に異なる。また、この場合、非接触光学式変位測定装置
の変位測定部の光軸と異なる位置からの照射が可能な半
面、反射光が、変位測定部へ至るものと異なる場合もあ
り得るが、これらは先のライトサーボと併用することに
より解決される。

有利な実施例に即して本発明を開示したが、本発明の範
囲内において多くの変形又は偏向が可能であることは明
らかであろう。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の
、第１の・実施例の配置を示す斜視図である。 第２図は、ライトサーボ機構を備えた非接触光学式変位
測定装置のブロック図である。 第３図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の
、第２の実施例の配置を示す斜視図である。 第４図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の
、第３の実施例の配置を示す斜視図である。 第５図は補助測定回路の実施例を示すブロック図である
。 第６図は補助測定回路の他の実施例を示すブロック図で
ある。 第７図は、第４図の補助測定回路の実施例を示すブロッ
ク図である。 図中、参照符号の対応は以下の通りである。 ＯＰＴ　：非接触光学式変位測定装置 ＭＯ：測定光学系 ＡＯ：補助光学系 Ｌ　：光源 Ｔ　：ターゲット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定変位部分を光学的に捕捉し、変位測定を行
   うための非接触光学式変位測定装置において、前記変位
   測定用の光−電気変換系に加えて、被測定ターゲット面
   の輝度を測定し、該測定輝度の変化に応じて制御出力を
   発生する補助測定系を具備することを特徴とする非接触
   光学式変位測定装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の非接触光学式変位測
   定装置において、 前記補助測定系が、非接触光学式変位測定装置本体に併
   置されるもの。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の非接触光学式変位測
   定装置において、 前記補助測定系が、非接触光学式変位測定装置本体から
   独立して配設され、該本体に電気的に接続されるもの。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の非接触光学式変位測
   定装置において、 前記補助測定系が、被測定ターゲットを照射するための
   光源に併置されるもの。