JPS62218803A - 光学式距離及び傾き測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式距離及び傾き測定装置の改良に関する
。

〔従来の技術〕

第５図及び第６図に、従来知られている光学式距離及び
傾き測定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測定装置の光学系
は、第５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３４を
反射する被測定物３５と、被測定物３５からの反射光３
６を受光する受光器３７と、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、例えば第６図に示す如き細長いホトセ
ンサが用いられる。この受光器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からの出力電力Ｖ、、Ｖ
、が変化し、 Ｖ、＋Ｖ。

なる演算を行うことによって、反射光３６の照射スポッ
ト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７図に示すように、上下方向に距離ｄだ
け変位すると共に水平面から角度θだけ傾斜した場合、
結像レンズ３８によって被測定物３５の傾斜に基づく反
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！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、掻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、測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。

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射
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。

〔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測定可能な光学式距離及
び傾き計測装置を提供するため、少なくとも光源及び受
光器の配設方向と平行な軸線を中心とする被測定物の傾
きの影響を除去するための円柱レンズを介して第１の受
光器に至る第１の反射光路と、上記円柱レンズを介して
上記第１の反射光路と平行に調整され、第２の受光器に
至る第２の反射光路を形成し、上記２つの受光器の出力
の差から光源及び受光器の配設方向と直交する軸線を中
心とする被測定物の傾きを求め、さらに、かかる傾きの
影響が除去された被測定物の基準位置からの距離を求め
るようにしたことを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を第１図及び第２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測定装置の光学系は
、第１図に示すように、レーザ光源１、集光レンズ２、
被測定物３、円柱レンズ４、ハーフミラ−５、反射鏡６
、第１の受光器７、第２の受光器８とから主に構成され
ている。

レーザ光源１としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザが用いられ、
被測定物３に対して入射光束９を斜めに入射するように
配置される。集光レンズ２は、後記する第２の反射光路
１２上の点１２ａに反射光束１０が集魚を結ぶように配
置される。

円柱レンズ４は、被測定物３を介して上記レーザ光源ｌ
及び集光レンズ２と反射側に配置されており、被測定物
３が上記レーザ光源１及び後に詳述する受光器７．８の
配設方向と平行な軸線（第１図のＸ−Ｘ線）を中心とし
て傾斜した場合にも、被測定物６からの反射光束１０が
受光器７．８の一定位置に照射されるように配設されて
いる。

第１の受光器７及び第２の受光器８は、Ｃ０Ｄ（チャー
ジカップルドデバイス）によって構成されており、被測
定物３と略平行の一直線上に配置される。

ハーフミラ−５及び反射鏡６は、円柱レンズ４を出て第
１の受光器７に至る第１の反射光路１１と、反射鏡６か
ら第２の受光器８に至る第２の反射光路１２とが平行に
なるように設定される。また、ハーフミラ−５は、反射
鏡６の設定位置と受光器７．８の設定位置の中央部に設
定されており、第２図に示すように、第１の受光器７上
の照射スボ゛ントと反射鏡６上の照射スポット６ａとを
常に受光器７．８を結ぶ線分Ａ−Ａの垂直３ＪＩＡＢ−
Ｂ上に合致するようになっている。

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３に対して任意の方向に移動できるようにな
っている。また、被測定物３はスピンドル１３に取付け
られており、任意の速度で回転駆動するようになってい
る。

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

レーザ光源１から照射された入射光束９は被測定物３に
て反射され、円柱レンズ４及びハーフミラ−５を介して
第１の受光器７に照射されると共に、円柱レンズ４、ハ
ーフミラ−５、反射鏡６を介して第２の受光器８に照射
される。被測定物３が基準位置に水平に保持されている
ときには、それぞれの照射スポットｘｌ＋　ｘＺは、第
２図に破線にて示すような位置にある。被測定物３が基
準位置より垂直方向に距離Ｃだけ移動し、かつ軸線Ｘ−
Ｘを中心として角度ψだけ傾斜したときには、照射スポ
ラ）　”　Ｉ　ｒ　ｘＺは、第２図に実線で示す位置に
移動する。

受光器７，８を結ぶ線分Ａ−Ａに対する入射光束９０角
度をθ、線分Ａ−Ａから基準位置にある一被測定物３ま
での距離をり、線分Ａ−Ａから移動後の被測定物３の照
射スポットまでの距離をｌ、基準位置にある被測定物３
の照射スポットから線分Ａ−Ａに下した垂線の足を０（
基準点）、基準点０から光源１までの距離ａ１線分Ａ−
Ａから反射鏡６までの距離をｂとすると、受光器７．８
上の照射スポット”　ｌ　＋　ｘ！の位置は、と表わさ
れる。

従って、照射スポット”　Ｉｎ　ｘｔの距離Ｓは、第（
２）式より、 となり、被測定物３の基準位置からの垂直移動距離Ｃに
関りなく、照射スポットｘ１．ｘ！から被測定物の角度
を求めることができる。

また、光源１から照射スポットＸ＋までの距離をｄとす
ると、ｄｗｘ、＋ａであるから、第（１）式の演算を行
うことによって、被測定物３の基準位置からの垂直移動
距離Ｃを求めることができる。

従って、スピンドル１３を回転駆動することによって、
被測定物３の回転駆動時の振動等を測定することができ
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３上の任意の位置の変位や傾きを測定する
ことができる。

以上説明してように、上記実施例の光学式距離及び傾き
測定装置は、被測定物３からの反射光束１０を２つに分
割したので、被測定物３の傾斜角度ψのみの関数である
各照射スポットｘＩ　ｒ　Ｘ　２の距離Ｓから被測定物
３の傾斜角度ψ及び基準位置からの垂直移動１１ｃを演
算によって同時に求めることができる。この場合、入射
光束９が一本であるため、同一測定点における傾斜角度
ψと垂直移動量Ｃとを求めることができ、測定精度が高
い。

上記実施例の光学式距離及び傾き測定装置は、入射光束
９の入射角度θを３４度、受光器７．８を結ぶ線分Ａ−
Ａから反射鏡６までの距離すを３０鶴、受光器７．８を
構成するＣＯＤの一画素の大きさを１４μｍとした場合
、垂直移動距離４．７μｍ傾斜角度０．００４ｄｅｇの
測定精度を得ることができる。

上記実施例の光学式距離及び傾き測定装置は、受光器７
．８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
ンサ等を用いた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、その骨分解能を向上することも
できる。

次に、本発明の第２実施例を第３図及び第４図に基づい
て説明する。

これらの図において、２１はハーフミラ−１２２はハー
フミラ−２１によって分割された第３の反射光路、２３
は円柱レンズ、２４は第３の受光器を示し、その他第１
図に示したと同様の部材につ、いては、同一の符号をも
って表示されている。

ハーフミラ−２１は、当該ハーフミラ−２１を出た反射
光束１０が、上記第１実施例にて説明したと全く同様の
反射光路１１．１２と、該反射光路とは別異の方向に向
かう第３の反射光路２２とに分割されるように設定され
る。

また、円柱レンズ２３は、被測定物３が受光器７．８の
配設方向（Ａ−Ａ）と直交する方向の軸線（第３図のＹ
−Ｙ線）を中心として傾斜した場合にも、第３の反射光
路２２を通る光束が第３の受光器２４の一定位置に照射
されるように配設される。

上記第２実施例の光学式距離及び傾き測定装置において
、被測定物３の垂直移動距離Ｃ及び軸線Ｘ−Ｘ方向の傾
斜角度ψは、上記第１実施例の場合と全く同様にして求
められる。また、被測定物３のＹ−Ｙ方向の傾斜角度ψ
は、第４図に示すように、第３の受光器２４上に照射さ
れる第３の照射スポットｘ３の移動量Ｗ及びハーフミラ
−２１から第３の受光器２４までの距離りとから、ψ＝
□ Ｌ の演算を行うことによって求めることができる。

上記第２実施例の光学式距離及び傾き測定装置は、被測
定物３の垂直移動距離Ｃ及び軸線Ｘ−Ｘ方向の傾斜角度
ψに加えて、軸線Ｘ−Ｘと直交する軸線Ｙ−Ｙ方向の傾
斜角度ψを合せて測定することができるので、一層実用
性を充実することができる。

尚、上記第２実施例においては、１つの受光器２４上を
移動する反射光束２２の照射スポットｘ。

の移動量を測定することによって傾斜角度ψと測定する
場合について説明したが、傾斜角度ψを測定する反射光
路１１．１２と同様、第３の反射光路２２を２つに分割
し、これら２つの照射スポットの距離から傾斜角度ψを
測定することもできる。

尚、上記各実施例においては、光源としてレーザを用い
た場合のみ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、他の任意の光源を使用可能で
あ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、邊像′管及び固体撮像素子
などの一次元センサあるいは二次元センサ、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
。

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、回転駆動自在に構成した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、
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、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、本発明の光学式距離及び傾き測定
装置は、−条の入射光束を被測定物に照射し、被測定物
からの反射光束を２つに分割したので、被測定物の傾斜
角度のみの関数である各照射スポットの距離を測定する
ことによって、被測定物の傾斜角度及び基準位置からの
垂直移動距離を求めることができる。従って、上下方向
の振動成分と回転方向の振動成分を含む被測定物の振動
解析が容易になり、この種振動モードを有する振動体の
振動対策が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の光学式距離及び傾き測定装置の光
学系を示す斜視図、第２図は第１実施例の光学式距離及
び傾き測定装置の測定原理を示す光学回路図、第３図は
第２実施例の光学式距離及び傾き測定装置の光学系を示
す斜視図、第４図は第゛２実施例の光学式距離及び傾き
測定装置の測定原理を示す光学回路図、第５図は従来の
光学式距離及び傾き測定装置の光学系を示す光学回路図
、第６図は受光器の構成を示す平面図、第７図は従来の
光学式距離及び傾き測定装置を用いた距離及び傾きの測
定方法を示す説明図である。 １・・・・・・レーザ光源、２・・・・・・集光レンズ
、３・・・・・・被測定物、４・・・・・・円柱レンズ
、５・・・・・・ハーフミラ−２６・・・・・・反射鏡
、７・・・・・・第１の受光器、８・・・・・・第２の
受光器、９・・・・・・入射光束、１０・・・・・・反
射光束、１１・・・・・・第１の反射光路、１２・・・
・・・第２の反射光路、１３・・・・・・スピンドル、
２１・・・・・・ハーフミ。 ラー、２２・・・・・・第３の反射光路、２３・・・・
・・円柱し第１ｒｌＡ １ニレ−γ光源　　　　　　７．８：　受光器２：Ｘ光
レンス゛　　　　　９：入射光束３：板測定物　　　　
　１０：反射光束４：円柱レンズ゛　　　　　１１：Ｉ
ｌｌの反射光路５：ハーフミラ−１２：第２の反射光路
６：反］村喀見　　　　　　　　１３ニスピンドル第３
ｒｌＡ 第６図 第７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物に光束を照射する光源と、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
   式距離及び傾き測定装置において、少なくとも上記光源
   及び受光器の配設方向と平行な軸線を中心とする上記被
   測定物の傾きの影響を除去するための円柱レンズを介し
   て第１の受光器に至る第１の反射光路と、上記円柱レン
   ズを介して上記第１の反射光路と平行に調整され、第２
   の受光器に至る第２の反射光路とを有することを特徴と
   する光学式距離及び傾き測定装置。
2. （２）光源及び受光器の配設方向と直交する軸線を中心
   とする被測定物の傾きの影響を除去するための円柱レン
   ズを介して第３の受光器に至る第３の反射光路を備えた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式距
   離及び傾き測定装置。
3. （３）受光器として、１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項及び第２項記載の
   光学式距離及び傾き測定装置。
4. （４）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３項
   記載の光学式距離及び傾き測定装置。