JPS62218802A - 光学式距離及び傾き計測装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式距離及び傾き計測装置の改良に関する
。

〔従来の技術〕

第３図及び第４図に、従来知られている光学式距離及び
傾き計測装置の光学系の一例を示す。

従来知られている光学式距離及び傾き計測装置の光学系
は、第３図に示すように、発光器３１と集光レンズ３２
とから成る投光器３３と、投光器３３からの光束３，４
を反射する被測定物３５と。

被測定物３５からの反射光３６を受光する受光器３７と
１反射光３６を受光器３７の受光面に合焦する結像レン
ズ３８とから成る。上記受光器３７としては１例えば第
４図に示す如き細長いホトセンサが用いられる。この受
光＠３７に被測定物３５からの反射光３６が照射される
と、・照射スポットの位置によって両端の電極３７ａ、
３７ｂからの出力電圧Ｖｚ、Ｖｚが変化し。

Ｖｚ（Ｖｚ　　Ｖ２）／　（Ｖｌ　＋Ｖ２）なる演算を
行うことによって、反射光３６の照射スポット位置を求
めることができる。

上記光学系を備えた従来の距離及び傾き計測装置は、被
測定物３５が第５図に示すように、上下方向に距離ｄだ
け変位するとともに回転方向に角度θだけ回転した場合
、結像レンズ３８によって被測定物３５の回転に基づく
反射光３６の振れが補正され、被測定物３５の上下方向
の変位に基づく反射光３６の照射スポットの移動量Ｐの
みが受光器３７で検出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、光デイスク駆動装置に光ディスクを装着して
回、転駆動すると、レーザヘッドに対して光ディスクが
上下方向に変位する振動と、光ディスクがスピンドルを
中心として揺動する振動とが観察される。かかる振動は
、ホーカシングエラーやトラッキングエラーの原因とな
るので、極力小さくする必要があるが、そのためには、
まず、各振動モードを厳密に解析する必要がある。

然るに、上記した従来の光学式距離及び傾き計測装置を
かかる被測定物の振動計測に適用した場合、被測定物３
５の変位ｄと傾きθとを同時に測定することができない
ので、８Ｉ！定効率が悪いばかりでなく、変位ｄと傾き
θとの相関などに関して厳密な振動解析を行うことが難
しく、当該振動体を含む装置の振動対策が難しいという
問題がある。

また、被測定物３５の傾きθに関し広範囲の測定を行う
ためには大径の結像レンズ３８を必要とするため、装置
が大型化するという問題がある。

さらに、従来の光学式距離及び傾き計測装置は受光器３
７としてホトセンサ等を用いていたので。

受光面の長手方向の２点に光スポットが照射された場合
、あたかもそれら両光スポットの位置と強度の加重平均
位置に１つの光スポットが照射された如く光スポツト位
置が検出される。従って、光ディスクのように光源側の
面とその反対側の面から反射光が生ずる被測定物に適用
した場合、高精度の測定を行うことができないという問
題がある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記した従来技術の問題点を解消し、基準位
置からの距離及び傾きを同時に計測可能な光学式距離及
び傾き計測装置を提供するため、被測定物に対して光束
を斜めに入射する第１の光路と、被測定物に対して光束
を略垂直に入射する第２の光路とから光学式距離及び傾
き計測装置の光学系を構成したことを特徴とするもので
ある。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。

本実施例に係る光学式距離及び傾き計測装置の光学系は
、第１図を示すように、レーザ光源１゜ビームエキスパ
ンダ２．ハーフミラ−３、反射鏡４、集光レンズ５．被
測定物６．結像レンズ７、受光器８とから構成される第
１の光路９と、レーザ光源１、ビームエキスパンダ２．
ハーフミラ−３、偏光子１０．偏光ビームスプリッタ１
１゜λ／４板１２、集光レンズ１３、三角プリズム１４
、ハーフミラ−１５，照光レンズ１６．被測定物６．受
光器１８とから構成される第２の光路１９とから成る。

レーザ光ｉ［１としては、Ｈａ−Ｎｅレーザが用いられ
る。ビームエキスパンダ２は、レーザ光源１から照射さ
れたレーザビームを直径１．５ｍｍφに拡張し、ハーフ
ミラ−３は、ビームスプリッタ２によって拡張されたレ
ーザビームを２つのビームに分割する。反射鏡４は、第
１の光路の一部を構成する第１の入射光路の入射光束２
０が被測定物６に対して斜めに入射するように配置され
ており。

集光レンズ５は、被測定物６上に入射光束２０がほぼ焦
点を結ぶように配置されている。また、結像レンズ７は
、被測定物６を介してレーザ光源１と反対側に配置され
ており、被測定物６からの反射光束２１が受光４１８上
に焦点を結ぶように配置されている。受光器８としては
、ＣＯＤ　（チャージカップルドデバイス）が用いられ
る。

レーザ光源１．ビームエキスパンダ２．ハーフミラ−３
，偏光子１０、偏光ビームスプリッタ１１、λ／４板１
２、及び集光レンズ１３から成る光路は、被測定物６の
測定面と略平行になるように調整されている。これらの
部材のうち偏光子１０、偏光ビームスプリッタ１１、及
びλ／４板１２は、被測定物６からの反射光が三角プリ
ズム１４を介してレーザ光源１に戻り、レーザパワーが
低下するのを防止するために配設され、集光レンズ１３
は、λ／４板１２からのレーザビームが三角プリズム１
４上に焦点を結ぶように配置される。三角プリズム１４
としては、λ／４板１２からのレーザビームに対する取
り付は位置が若干変動したとしても常にレーザビームを
直角に曲げるため１反射面の角度が３π／４に形成され
たものが用いられる。これによって、第２の光路１９の
一部を構成する第２の入射光路の入射光束２２が被測定
物６に対して常に略垂直に入射される。照光レンズ１６
は、三角プリズム１４からのレーザビームを平行光束と
し、被測定物６に平行光束を照射可能な位置に配置され
る。ハーフミラ−１５は、被測定物６からの反射光束２
３を受光器１８に導くように配置される。受光器１８と
しては。

ＣＯＤが用いられる。

上記第１の光路９と第２の光路１９とは、第１の入射光
路の入射光束２０が被測定物６を照射する第１の照射ス
ポット２４と、第２の入射光路の入射光束２２が被測定
物６を照射する第２の照射スポット２５とが同一位置に
なるように１Ｉｌｌｌｌ！される。

上記光学系は図示外の移動テーブル上に搭載されており
、被測定物６に対して図上左右方向に移動できるように
なっている。また、被測定物６はスピンドル２６に取り
付けられており、任意の速度で回転駆動できるようにな
っている。

以下、上記実施例にかかる光学式距離及び傾き計測装置
の動作について説明する。

レーザ光源１からのレーザビームは、ビームエキスパン
ダ２によって拡大され、ハーフミラ−３によって２つの
光束に分割される。これら２つの光束のうち第１の光路
９側に導びかれた光束は、反射＠４及び集光レンズ５を
通って被測定物６に照射され、また、この反射光が結像
レンズ７を介して受光器８に照射される。一方、第２の
光路１９に導びかれた光束は、偏光子１０．偏光ビーム
スプリッタ１１．λ／４板１２．集光レンズ１３、三角
プリズム１４、ハーフミラ−１５，結像レンズ１６を通
って被測定物６に照射され、また、この反射光が結像レ
ンズ１６及びハーフミラ−１５を介して受光器１８に照
射される。

被測定物６が、第２図に示すように、第１の光路９及び
第２の光路１９に対して距離ｄだけ平行に移動するとと
もに、角度θだけ傾斜した場合、第１の受光ｌｌａ上に
おいては、上記した従来の光学式距離及び傾き計測装置
の場合と同様、結像レンズ７によって被測定物６の傾斜
の影響が補正され、被測定物６の平行移動量ｄに比例し
た反射光束２１の振れｓｌが検知される。一方、第２の
受光ｆａ１８においては、被測定物６に対して入射光束
２２が垂直に照射されているため、被測定物６が上下方
向に変位したとしても反射光束の振れは生ぜず、被測定
物６の傾斜に基づく反射光束の振れｆ１２のみが検知さ
れる。よって、被測定物６の平行移動Ｒ１１１ｄと傾斜
角度θとを同時に測定することができる。

また、スピンドル２６を回転駆動することによって、被
測定物６の回転駆動時の振動等を計測することができる
。また、図示外の移動テーブルを移動することによって
、被測定物６上の任意の位置の変位や傾きを計測するこ
とができる。

上記実施例の光学式距離及び傾き計測装置の場合、第２
の受光器１８を構成するＣＯＤの一画素の大きさを１４
μｍとし、集光レンズ１３及び結像レンズ１６の焦点距
離を４０ｍｍとした場合。

０．０１度の分解能が得られ、充分な高感度測定ができ
ることが判った。尚、この光学式距離及び傾き計測装置
の分解能はレンズ１３．１６の焦点距離に比例するので
あって、上記レンズ１３゜１Ｇとして焦点距離が８０ｍ
ｍのものを用いれば。

０．００５度の分解能を得ることができる。この場合、
ＣＣＤ上での光束の径は３０μｍであり。

ＣＯＤの一画素の大きさ１４μｍから見て充分小さな値
に調整されていることが判った。

上記実施例の光学式距離及び傾き計測ｖＲ＠は。

受光器８．１８としてＣＯＤを用いたので、被測定物６
として例えば光ディスクのような透明体を用いた場合、
入射光束の入射側の面及びそれと反対側の面より２つの
反射光が反射されたとしてもそのそれぞれについて振れ
を測定することが可能であり、従来例のように受光器と
してホトセンサ等を用いる場合に比べてより高精度の測
定を行うことができる。

また、光源としてレーザを用いたので、光束の径を小径
に調整することができ、その分会解能を向上することも
できる。

尚、本発明の要旨は、被測定物に対して光束を斜めに入
射する第１の光路と、被測定物に対して光束を略垂直に
入射する第２の光路とから光学式距離及び傾き計測装置
の光学系を構成した点に存するのであって、光源がレー
ザに限定されるものではなく、他の任意の光源を使用す
ることができることは勿論である。

また、上記実施例においては、受光器としてＣＯＤを用
いた場合についてのみ説明したが、本発明の要旨はこれ
に限定されるものではなく、撮像管及び固体撮像素子な
どの一次元イメージセンサ。

その他公知に属する他の任意の受光素子を用いることが
可能である。

また、上記実施例においては、第１の入射光束２０が被
測定物６を照射する第１の照射スポットと、第２の入射
光束２２が被測定物６を照射する第２の照射スポットと
を合致せしめ、同一位置における変位と傾きとを計測す
る場合について説明したが、本発明の要旨はこれに限定
されるものではなく、それぞれ任意の位置の測定を行う
ことも可能である。

さらに、上記実施例においては被測定物をスピンドルに
取り付け１回転駆動自在に構成した場合１二ついて説明
したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく
、被測定物を所要の固定部材に固定することもできる。

加えて、上記実施例においては被測定物を定置し、光学
系を被測定物に対して相対的に移動するようにした場合
について説明したが１本発明の要旨はこれに限定される
ものではなく、光学系を定置し、被測定物を光学系に対
して相対的に移動するようにすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明の光学式距離及び傾き計測
装置は、被測定物に対して光束を斜めに入射する光路に
加えて、被測定物に対して平行光束を略垂直に入射する
光路を形成したので、光束の入射方向に対する被測定物
の傾斜の大きさをも求めることができる。また、複数の
反射面を有する被測定物を装着した場合、それぞれの反
射面について上下方向の変位と傾きとを計測することが
できる。従って、上下方向の振動成分、傾斜角度、及び
被測定物の厚みの変動を同時に解析することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学式距離及び傾き計測装置の光
学系を示す回路図、第２図は本発明の光学式距離及び傾
き計測装置の測定原理を説明する説明図、第３図は従来
の光学式距離及び傾き計測装置の光学系を示す回路図、
第４図は受光器の構成を示す平面図、第５図は従来の光
学式距離及び傾き計測装置を用いた距離及び傾きの測定
方法を説明する説明図で、ある。 ｌ：レーザ光源、２：ビームエキスパンダ。 ３：ハーフミラー、４：反射鏡、５：集光レンズ、６：
被測定物ニア：結像レンズ、８：受光器、９：第１の光
路、１０：偏光子、１１：偏光ビームスプリッタ、１２
：λ／４板、１３：集光レンズ、１４：三角プリズム、
１５：ハーフミラ−。 １６：照光レンズ、１７：結像レンズ１７．１８：受光
器、１９：第２の光路、２０：入射光路。 ２１：反射光路、２２：入射光路、２３：反射光路、２
４：第１の照射スポット、２５：第２の照射スポット、
２６：スピンドル 第２図 第３図 第４図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物に光束を照射する光源及び被測定物から
   の反射光を受光する受光器から成る光学系を備えた光学
   式距離及び傾き計測装置において、上記光学系を、被測
   定物に対して光束を斜めに入射する第１の光路と、被測
   定物に対して光束を略垂直に入射する第２の光路とから
   構成したことを特徴とする光学式距離及び傾き計測装置
   。
2. （２）被測定物上にほぼ焦点を結ぶように入射光路が調
   整された第１の光路と、被測定物上に平行光線を照射す
   るように入射光路が調整された第２の光路を備えた特許
   請求の範囲第１項記載の光学式距離及び傾き計測装置。
3. （３）第１の光路の一部を構成する第１の入射光路の入
   射光が被測定物を照射する第１の照射スポットと、第２
   の光路の一部を構成する第２の入射光路の入射光が被測
   定物を照射する第２の照射スポットとが同一位置になる
   ように上記２つの入射光路を構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項及び第２項記載の光学式距離及び
   傾き計測装置。
4. （４）第１の光路の一部を構成する第１の反射光路上、
   及び第２の光路の一部を構成する第２の反射光路上に、
   それぞれ別体に形成された受光器を配置したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の光学式距
   離及び傾き計測装置。
5. （５）受光器として、一次元イメージセンサを用いたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項記載の
   光学式距離及び傾き計測装置。
6. （６）被測定物を回転可能に保持する回転駆動手段を備
   えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
   記載の光学式距離及び傾き計測装置。