JPS6271803A - Displacement transducer - Google Patents
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- JPS6271803A JPS6271803A JP21333585A JP21333585A JPS6271803A JP S6271803 A JPS6271803 A JP S6271803A JP 21333585 A JP21333585 A JP 21333585A JP 21333585 A JP21333585 A JP 21333585A JP S6271803 A JPS6271803 A JP S6271803A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は、光学式の変位変換器に関するものである。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to an optical displacement transducer.
更に詳しくは、レンズを介して測定対像面に光を照射す
るとともに、1I11定対象面上に常に焦点が合うよう
にレンズの位置を移動させ、この時のレンズの移動量か
ら前記測定対象面の変位量を11111定するようにし
た変位変換器に関するものである。More specifically, light is irradiated onto the measurement target surface through a lens, and the position of the lens is moved so that it is always focused on the 1I11 constant target surface, and the measurement target surface is determined from the amount of movement of the lens at this time. The present invention relates to a displacement converter in which the displacement amount of 11111 is fixed.
従来、光学式の変位変換器の一例としては、第9図に示
す如き装δが実用化されている。図に示す変位変換器は
、光源1から出射された平行光線を、レンズ2を介して
測定対象面3に照射するとともに、この光束が測定対象
面3上に常に焦点を結ぶようにレンズ2の位置を動かし
、この時のレンズ2の移動量から、測定対象面3の変位
量を測定するようにしたものである。ここで、測定対象
面3上に焦点が合っているか否かの検出には、シリンド
リカルレンズ4および4分割センサ5が使用され、測定
対象面3からの反射光をレンズ2の復方に配置したハー
フミラ−6によりシリンドリカルレンズ4に導くととも
に、シリンドリカルし/ンズ4により得られる光スポッ
トの形状変化を4分割センサ5によって検出している。Conventionally, as an example of an optical displacement converter, a device δ as shown in FIG. 9 has been put into practical use. The displacement converter shown in the figure irradiates parallel light beams emitted from a light source 1 onto a surface to be measured 3 via a lens 2, and also irradiates a parallel light beam emitted from a light source 1 to a surface to be measured 3 through a lens 2. The position is moved, and the amount of displacement of the surface to be measured 3 is measured from the amount of movement of the lens 2 at this time. Here, a cylindrical lens 4 and a 4-split sensor 5 are used to detect whether or not the focus is on the measurement target surface 3, and a half mirror placed on the opposite side of the lens 2 directs the reflected light from the measurement target surface 3. -6 guides the light spot to the cylindrical lens 4, and a four-division sensor 5 detects changes in the shape of the light spot obtained by the cylindrical lens 4.
すなわち、4分割セ〉′す5上に投影される光スポット
の形状は第10図に示すようなもので、測定り1象而3
上に焦点が合っている時二以下、これを合メ、(入状態
という)には シリンドリカルレンズ4に入射する光束
は平行光線となっているので、4分割センサ5上の光ス
ポットの形状は、図中に実線aで示す如く、円形となっ
ている。また、焦点が合っていない詩には、シリンドリ
カルレンズ4に入射する光束が平行光線ではなくなるの
で、光スポットは破線すおよびCで示す如く、焦点のず
れに応じて傾きの方向が異なる楕円形となる。したがっ
て、4分割センサ5における出力51〜S4を、例えば
、(S1+S3) −C52+S4)の如く演Jγ処理
することにより、光スポットの形状を検出して、焦点の
位置を知ることができる。なお、この4分割センサ5の
出力は、レンズ2を移動させて、常に測定対象面3上に
焦点を合わせる自動焦点機構の帰還信号として利用され
ている。In other words, the shape of the light spot projected onto the four-division space 5 is as shown in Fig.
When the upper focus is below 2, this is called the focus state (on state), the light beam incident on the cylindrical lens 4 is a parallel light beam, so the shape of the light spot on the 4-split sensor 5 is , as shown by the solid line a in the figure, is circular. In addition, when the poem is out of focus, the light beam that enters the cylindrical lens 4 is no longer parallel, so the light spot becomes an elliptical shape whose inclination direction changes depending on the focus shift, as shown by dashed lines C and C. Become. Therefore, by performing Jγ processing on the outputs 51 to S4 from the 4-split sensor 5, for example, as (S1+S3)-C52+S4), the shape of the light spot can be detected and the position of the focal point can be determined. Note that the output of this 4-split sensor 5 is used as a feedback signal for an automatic focusing mechanism that moves the lens 2 to always focus on the surface 3 to be measured.
(発明が解決しようとする問題点〕
し、かじながら、上記のようなシリンドリカルレンズ4
および4分割センサ5を使用した変位変換器においては
、測定対象面3に傾きがあると、第11図に示す如く、
4分割センサ5上に投影される光スポットの位置が中心
からずれたものとなるので、合焦状態においても、4分
割センサ5の出力S1〜S4がバランスせず、正確な自
動焦点動作を行なうことができなくなってしまう。この
ため、測定対象面3の傾きは±1°以内に抑えなければ
ならない。(Problem to be solved by the invention) However, the above-mentioned cylindrical lens 4
In the displacement transducer using the 4-split sensor 5, if the measurement target surface 3 has an inclination, as shown in FIG.
Since the position of the light spot projected onto the 4-split sensor 5 is shifted from the center, the outputs S1 to S4 of the 4-split sensor 5 are not balanced even in the focused state, making it impossible to perform accurate autofocus operation. I become unable to do so. For this reason, the inclination of the surface 3 to be measured must be suppressed to within ±1°.
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、測定
対象面に比較的大きな傾きがあった場合にも、その変位
量を正確に測定することのできる変位変換器を簡単な構
成により実現することを目的としたものである。The present invention eliminates the drawbacks of conventional devices as described above, and realizes a displacement transducer with a simple configuration that can accurately measure the amount of displacement even when the surface to be measured has a relatively large inclination. It is intended to.
また、本発明の他の目的は、測定対象面の変位量と共に
その傾きをも同時に測定することのできる変位変換器を
実現することである。Another object of the present invention is to realize a displacement transducer that can simultaneously measure the amount of displacement and the inclination of a surface to be measured.
c問題点を解決するための手段〕
本発明の変位変換器は、レンズを介して測定対り而に光
を照射するとともに、測定対Iシ面上に常に焦点が合う
ようにレンズの位置を移動させ、二の時のレンズの移動
値から前記測定対象面の変位量を測定するようにした変
位変換5において、点光源から出射される光束をレンズ
を介して測定対9面上に照射するとともに、光の入!I
J (l置を検出することのできるポジションセンサを
等画的に点光源と同じ位置およびこれと一定の間隔をお
いた位置に配置して、曲者のポジションセンサの出力を
レンズおよび点光源等の位置を移動させる自動焦点機構
の帰還信号として利用するとともに、2つのポジション
センサにおける出力の差を利用して測定対象面の傾きを
測定するようにしたものである。Means for Solving Problem c] The displacement converter of the present invention irradiates light onto the measurement target through a lens, and also positions the lens so that the measurement target is always focused on the surface. In displacement conversion 5, in which the amount of displacement of the surface to be measured is measured from the movement value of the lens at the time of step 2, a luminous flux emitted from a point light source is irradiated onto the surface to be measured 9 through the lens. Along with that, light comes in! I
J (A position sensor capable of detecting the position of the performer is placed at the same position as the point light source and at a certain distance from the point light source, and the output of the position sensor of the performer is transferred to the lens, the point light source, etc.) The sensor is used as a feedback signal for an automatic focusing mechanism that moves the position of the sensor, and the difference in output from the two position sensors is used to measure the inclination of the surface to be measured.
(作 用〕
二のように、光源として点光源を使用するとともに、等
価的に点光源と同じ位置に第1のポジションセンサを配
置するようにすると、合焦状態においては、測定対象面
からの反射光が第1のポジションセンサ(点光源)の位
置で実像を結ぶことになり、しかもこの時の反射光にお
ける第1のポジションセンサへの入射位五は常に一定と
なるので、第1のポジションセンサの出力状■から測定
対象面上に焦点が合っているか否かを検出することがで
き、第1のポジションセンサの出力を自カブ、ζ点機構
の帰還11号として利用することにより、測定対象面の
変位量を自動的に測定することができる。また、測定対
象面からの反射光が実像を結ぶ位置は、光束の経路にか
かわらず一″1iiC点光源の位置)であるので、測定
対象面が傾いていた場合にも、その反射光がレンズに入
射しさえすれば、変位量の測定を正確に行なうことがで
きる。さらに、上記のように変位量の測定に使用される
第1のポジションセンサに対して、一定の間隔をおいf
第2のポジションセンサを配δしているので、第2のポ
ジションセンサの出力は測定対象面の傾きに対応したも
のとなり、これらのポジションセンサにおける出力の差
を検出することにより、測定対象面の傾きをも同時に測
定することができる。(Function) If a point light source is used as the light source and the first position sensor is placed equivalently at the same position as the point light source as in 2, in the focused state, the distance from the surface to be measured is The reflected light forms a real image at the position of the first position sensor (point light source), and since the incident position of the reflected light at this time on the first position sensor is always constant, the first position It is possible to detect whether or not the focus is on the surface to be measured from the output state of the sensor, and by using the output of the first position sensor as feedback No. 11 of the self-focus and ζ point mechanism, measurement can be performed. The amount of displacement of the target surface can be automatically measured.In addition, the position where the reflected light from the target surface forms a real image is the position of the point light source) regardless of the path of the light beam, so the measurement Even if the target surface is tilted, the amount of displacement can be accurately measured as long as the reflected light enters the lens.Furthermore, as described above, the first f at a certain interval to the position sensor of
Since the second position sensor is arranged δ, the output of the second position sensor corresponds to the inclination of the surface to be measured, and by detecting the difference between the outputs of these position sensors, the slope of the surface to be measured can be determined. Tilt can also be measured at the same time.
第1図は本発明の変位変換器の一実施例を示す構成図で
ある。図において、前記第9図と同様のものは同一符号
を付して示す。7は例えばレンズ2の軸上に配置された
点光源、8はハーフミラ−6を介して等価的に焦光rA
7と同じ位置に配置された第1のポジションセンサ、9
はハーフミラ−10を介して第1のポジションセンサ8
と一定の間隔をおいた位置に配置された第2のポジショ
ンセンサである。点光源7から出射された光束は、レン
ズ2の軸に対して一定の角度を有しており、レンズ2を
介して測定対象面3上に照射されている。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a displacement transducer of the present invention. In the figure, the same parts as in FIG. 9 are designated by the same reference numerals. For example, 7 is a point light source arranged on the axis of the lens 2, and 8 is equivalently focused light rA via the half mirror 6.
a first position sensor located at the same position as 7;
is the first position sensor 8 via the half mirror 10.
This is a second position sensor placed at a position spaced apart from the second position sensor. The light beam emitted from the point light source 7 has a fixed angle with respect to the axis of the lens 2, and is irradiated onto the measurement target surface 3 via the lens 2.
また、泄定対象面3により反射された光は、レンズ2お
よびハーフミラ−6,10を介してffs 1および第
2のポジションセンサ8,9に入射している。Further, the light reflected by the target surface 3 enters the ffs 1 and the second position sensors 8, 9 via the lens 2 and half mirrors 6, 10.
さらに、レンズ2.ハーフミラ−6,10,点光源7お
よびポジションセンサ8.Sは一体に支持されるととも
に、自動焦点壊横(図示せず)によって移動させI5れ
、71I!I定対象面3との距離を任意に調節されてい
る。Furthermore, lens 2. Half mirrors 6, 10, point light source 7 and position sensor 8. S is integrally supported and moved by an automatic focusing mechanism (not shown), and 71I! The distance from the I constant target surface 3 is arbitrarily adjusted.
第2図はレンズ2を介して入射する反射光の入射位置を
検出するポジションセンサ8,9の一例を示す構成図で
ある。図においては、第1のポジションセンサ8を例示
する。図に示すように、ポジションセンサ8は高抵抗シ
リコン81(i層)の片面あるいは両面に均一なp形抵
抗層82を設けるとともに、表面層に光電効果を持った
PN接合を形成し、さらに、層の両端に13号を取り出
すための一対の電極A、Bを設けたものである。このよ
うな構成を有するポジションセンサ8においては、電極
A、B間の距離をり、4ff杭をRLとし、電iff
Aより光の入射位置までの距離をX、その部分の抵抗を
Rxとすれば、光の入射位置で発生した光生成電荷は、
光の入射エネルギーに比例する充電流1゜となり、近抗
ωRxおよび(RL−Rx)に応じて分割されて、電流
■^、IBとして両端の電極A、Bから取り出される。FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of position sensors 8 and 9 that detect the incident position of reflected light incident through the lens 2. As shown in FIG. In the figure, the first position sensor 8 is illustrated. As shown in the figure, the position sensor 8 has a uniform p-type resistance layer 82 on one or both sides of a high-resistance silicon 81 (i-layer), and a PN junction with a photoelectric effect is formed on the surface layer. A pair of electrodes A and B for taking out No. 13 are provided at both ends of the layer. In the position sensor 8 having such a configuration, the distance between the electrodes A and B is determined, the 4ff stake is set as RL, and the electric
If the distance from A to the light incident position is X, and the resistance of that part is Rx, then the photogenerated charge generated at the light incident position is:
A charging current of 1° is proportional to the incident energy of the light, is divided according to the near resistance ωRx and (RL-Rx), and is taken out from the electrodes A and B at both ends as a current ^, IB.
したがって、この電流IA、IBは■^−+o (RL
−Rx) /RL−To (L −x ) / Lra
m Io −RX/ RL@ To −x / Lとな
り、各電流IA、IBの比IA/IBは+A/IB−(
L −x) / x
となるので、電流IA、IBの値を求めることにより、
入射エネルギーの大きさとは無関係に、光の入射位置を
知ることができる。Therefore, these currents IA and IB are ■^−+o (RL
-Rx) /RL-To (L-x)/Lra
m Io -RX/RL@To -x/L, and the ratio IA/IB of each current IA and IB is +A/IB-(
L - x) / x, so by finding the values of currents IA and IB,
The incident position of the light can be determined regardless of the magnitude of the incident energy.
第3図は上記のような動作原理を有するポジションセン
サ8を二次元的に構成したものである。FIG. 3 shows a two-dimensional structure of the position sensor 8 having the operating principle as described above.
図に示すように、各電極Ax 、 Ay 、 Bx 、
Byから取り出される電流の比は、光の入射位置にお
けるX軸方向およびY軸方向の位置情報を含んでおり、
これらを演算処理することにより、二次元的な入射位置
を知ることができる。As shown in the figure, each electrode Ax, Ay, Bx,
The ratio of the current extracted from By includes positional information in the X-axis direction and the Y-axis direction at the light incident position,
By processing these, it is possible to know the two-dimensional incident position.
さて、第1図に戻って、測定対象面3上に焦点が合って
いる場合(合焦状態)には、点光源7とレンズ2との距
離をQl、レンズ2と測定対象面3との距離をQ2.レ
ンズ2の焦点距離をfとすれば、
1/Ql +1/Q2−1/f
の関係式が成り立ち、測定り1象面3からの反射光はレ
ンズ2を通った後、点光源7の位δで実像を結ぶように
返ってくる二とになる。この時、焦光Fi7の位置には
等価的に第1のポジションセンサ8が配置されているの
で、反射光はこのポジションセンサ8上に入射し、その
入射位置がポジションセンサ8によって検出される。Now, returning to Fig. 1, when the focus is on the measurement target surface 3 (in-focus state), the distance between the point light source 7 and the lens 2 is Ql, and the distance between the lens 2 and the measurement target surface 3 is Ql. The distance is Q2. If the focal length of the lens 2 is f, then the relational expression 1/Ql + 1/Q2 - 1/f holds true, and after the reflected light from the measurement plane 3 passes through the lens 2, it returns to the position of the point light source 7. It becomes two that return so as to form a real image at δ. At this time, since the first position sensor 8 is equivalently placed at the position of the focused light Fi7, the reflected light is incident on this position sensor 8, and the position sensor 8 detects the incident position.
以下、第1のポジションセンサ8における反射光の入射
状態に看目して説明を進める。Hereinafter, the description will proceed with reference to the incident state of the reflected light on the first position sensor 8.
いま、測定対象面3が図中の3°の位置まで変位し、た
とすると、測定対象面3が照射されろ光束のメ、を点位
置から外れるので、反射光の経路は破線で示す如<移動
し、これに伴って、反射光におけるポジションセンサ8
への入射位置も移動することになる。また、この時には
、反射光の結像位置もポジションセンサ8上からずれて
いるので、ポジションセンサ8にはある程度広がりを持
ったスポットが入射するようになる。Now, if the surface to be measured 3 is displaced to a position of 3° in the figure, the direction of the beam of light irradiated on the surface to be measured 3 will deviate from the point position, so the path of the reflected light will be as shown by the broken line. Along with this, the position sensor 8 in the reflected light
The incident position will also move. Furthermore, at this time, since the imaging position of the reflected light is also shifted from the position sensor 8, a spot with a certain degree of spread comes to be incident on the position sensor 8.
第4図はポジションセンサ8上におけろ反射光の入射位
置とスポットの大きさとの関係をl゛シたものである。FIG. 4 shows the relationship between the incident position of the reflected light and the spot size on the position sensor 8.
図において、合焦状■における反射光の入射(1?1を
POとすれば、この時のスポット径が最も小さく、測定
対象面3が焦点位置からずれるにつれて、入射位δもP
l 、 P2方向あるいはP3゜F4力向へと移動し、
スポット径もしだいに大きくなってゆく。例えば、測定
り4象面3が焦点位置より近くなった時に、入射位置が
P1方向へ律動したとすると、測定り■像面3が焦点位
置より遠くなった時には、入射位置は逆にP3方向へと
移動する。In the figure, if the incident of the reflected light at the focused state (1?1 is PO), the spot diameter at this time is the smallest, and as the measurement target surface 3 deviates from the focal position, the incident position δ also changes to P.
l, move in the P2 direction or P3°F4 force direction,
The spot diameter also gradually increases. For example, if the incident position oscillates in the P1 direction when the measurement image plane 3 becomes closer than the focal position, then when the measurement image plane 3 becomes farther away from the focal position, the incidence position changes in the P3 direction. move to.
このように、ポジションセンサ8を等価的に点光源7と
同じ位置に置いておくと、測定対象面3のC−置に応じ
てポジションセンサ8上の反射光の入射位置が変化する
ので、ポジションセンサ8の出プロ・から合焦状態を知
ることができ、この出力を帰還信号として自動焦点機構
を構成すれば、点光源7から出射された光束が常に測定
対象面3上に焦点を結ぶように、レンズ2等を移動させ
ることができ、この時の移動量から測定対象面3の変位
量を自動的に測定することができる。In this way, if the position sensor 8 is placed equivalently at the same position as the point light source 7, the incident position of the reflected light on the position sensor 8 will change depending on the C position of the measurement target surface 3, so the position The in-focus state can be known from the output of the sensor 8, and if an automatic focusing mechanism is configured using this output as a feedback signal, the light beam emitted from the point light source 7 will always be focused on the measurement target surface 3. The lens 2 and the like can be moved at this time, and the amount of displacement of the surface to be measured 3 can be automatically measured from the amount of movement at this time.
二二で、測定り4象面3に傾きがあった場合を考えてみ
る。:の場合には、測定対象面3九1ら反射される光の
経路が第1図の場合と異なることになるが、レンズ2の
性質上、焦点位置が測定対象面3上にあれば、その反射
光が結像する位置は変化しないので、反射光におけるポ
ジションセンサ8上の入射位置も変化せず、上MEの場
合と同様に、ポジションセンサ8の出力から合焦状態を
正確に検出することができる。なお、測定対象面3が傾
いている時には、ポジションセンサ8における反射光の
入射位置は、例えば第5図の如く変化し、測定対象面3
の変位とともに移動する。図から明らかなように、測定
対象面3が焦点位aにある時゛の入射位r!iPOは前
記した第4図の位置と等しいので、この時のポジション
センサ8の出力も等しい値であり、測定対象面3の傾き
の影響を受けることなく、変位量の測定を行なうことが
できる。Let's consider the case where the measurement plane 3 has an inclination in 22. In the case of :, the path of the light reflected from the measurement target surface 391 will be different from that in the case of FIG. 1, but due to the nature of the lens 2, if the focal position is on the measurement target surface 3, Since the position where the reflected light forms an image does not change, the incident position of the reflected light on the position sensor 8 also does not change, and the in-focus state is accurately detected from the output of the position sensor 8, as in the case of the upper ME. be able to. Note that when the measurement target surface 3 is tilted, the incident position of the reflected light on the position sensor 8 changes as shown in FIG. 5, for example, and the measurement target surface 3
moves with the displacement of . As is clear from the figure, when the surface to be measured 3 is at the focal point a, the incident position r! Since the iPO is at the same position as shown in FIG. 4, the output of the position sensor 8 at this time is also the same value, and the amount of displacement can be measured without being affected by the inclination of the surface 3 to be measured.
次に、第2のポジションセンサ9の出力を利用した、測
定対象面3における傾きの測定動作について説明する。Next, the operation of measuring the inclination of the measurement target surface 3 using the output of the second position sensor 9 will be explained.
ffi!+iL第1図に示されるように、第2のポジシ
ョンセンサ9は第1のポジションセンサ8に対して、等
価的に一定の間隔を持つように配置されている。ffi! +iL As shown in FIG. 1, the second position sensor 9 is arranged at an equivalent distance from the first position sensor 8.
このため、自動焦点機構が出き、測定対象面3上に焦、
、ニア、が合っている状態では、レンズ2を介して戻っ
て来る反射光は、第1のポジションセンサ8にりIして
は結像状態となって、定位δ〔PO〕に入1、fシ、第
2のポジションセンサ9に対しては、結像状態からずれ
た光束が入射するようになる。For this reason, an automatic focusing mechanism is provided, and a focus is placed on the measurement target surface 3.
, near, are correct, the reflected light that returns via the lens 2 is focused on the first position sensor 8, where it forms an image, and enters the local position δ [PO]. f, a light beam that is deviated from the imaging state is incident on the second position sensor 9.
第6図はこのような第1および第2のポジションセンサ
8,9における反射光の入射状態を、光軸を合わせて例
示したものである。図に示すように、合焦状態において
は、第1のポジションセンサ8における定位置(PO)
を通った光が第2のポジションセンサ9に入射するよう
になり、この定位ε(PO)は変化しないので、測定対
象面3の傾きに応じて反射光の経路が変化すると、第2
のポジションセンサ9における入射位置のみが変化する
ことになる。FIG. 6 shows an example of the incident state of reflected light on the first and second position sensors 8 and 9, with their optical axes aligned. As shown in the figure, in the focused state, the first position sensor 8 is at the home position (PO).
The transmitted light enters the second position sensor 9, and this localization ε(PO) does not change. Therefore, when the path of the reflected light changes according to the inclination of the measurement target surface 3, the second position sensor 9
Only the incident position on the position sensor 9 changes.
第7図は第2のポジションセンサ9上における反射光の
入射位置を示したもので、例えば、測定対象面3がX軸
を中心に傾いた時に、その入射位δが矢印Xの方向に移
動したとすると、測定対象面3がY軸を中心に傾いた時
には、矢印yの方向に移動する二とになる。FIG. 7 shows the incident position of the reflected light on the second position sensor 9. For example, when the measurement target surface 3 is tilted around the X-axis, the incident position δ moves in the direction of the arrow X. Assuming this, when the surface to be measured 3 is tilted around the Y-axis, it moves in the direction of the arrow y.
このように、第2のポジションセンサ9における反射光
の入射位置は、測定対象面3の傾きに応じて変化するの
で、第2のポジションセンサ9の出力から測定対象面3
の傾きを測定することが可能である。本発明の変位変換
器では、第1および第2のポジションセンサ8.9にお
ける出力の差を求めるとともに、これを予め測定してお
いたデータと比較することにより、測定対象面3の傾き
を測定している。なお、前記したように、第1のポジシ
ョンセンサ8における出力(入射位置)は常に一定であ
るので、第2のポジションセンサ9の出力のみから測定
対象面3の傾きを求めることも可能である。In this way, since the incident position of the reflected light on the second position sensor 9 changes according to the inclination of the measurement target surface 3, the position of incidence of the reflected light on the measurement target surface 3 is
It is possible to measure the slope of In the displacement transducer of the present invention, the inclination of the surface to be measured 3 is measured by determining the difference between the outputs of the first and second position sensors 8.9 and comparing this with data measured in advance. are doing. Note that, as described above, since the output (incidence position) of the first position sensor 8 is always constant, it is also possible to determine the inclination of the measurement target surface 3 only from the output of the second position sensor 9.
また、上記のようにして、第1および第2のポジション
センサ8,9における出力の差から反射光の経路を検出
することができるので、この情報を利用すれば、測定時
に反射光がレンズ2におけるどの部分を通過しているの
かを知ることができし/ンズ2の収差による測定誤差を
補正することができる。一般に、レンズ2においては、
反射光が通過する位置によって、受ける収差の影響が異
なるので、了め反射光の経路がわかっていれば、それに
応じて2P5E結果を補正することができ、より正確な
測定を行なうことができる。In addition, as described above, the path of the reflected light can be detected from the difference in the outputs of the first and second position sensors 8 and 9, so if this information is used, the reflected light can be directed to the lens 2 during measurement. Since it is possible to know which part of the lens 2 is passing through, measurement errors due to aberrations of the lens 2 can be corrected. Generally, in lens 2,
Since the influence of aberrations differs depending on the position through which the reflected light passes, if the path of the reflected light is known, the 2P5E results can be corrected accordingly, making it possible to perform more accurate measurements.
第8図は本発明の変位変換器に使用される自動焦点機構
の一例を示す構成図である。図において、8は第1のポ
ジションセンサであり、前記した如く、反射光のノ(対
位置に応じた出力信号S(X、Y)をJへ生ずる。11
はサーボアンプで、目標値SETと帰還信号S(X、Y
)との差ΔSに応じて、ml記レンズ2等を移動させろ
ための駆動信号Sdを発生する。12はパワーアンプ、
13はレンズ2等を移動させるモータである。FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of an automatic focusing mechanism used in the displacement converter of the present invention. In the figure, 8 is the first position sensor, and as mentioned above, it generates an output signal S (X, Y) corresponding to the position of the reflected light to J.
is a servo amplifier that outputs the target value SET and the feedback signal S (X, Y
), a drive signal Sd for moving the lens 2, etc. is generated. 12 is a power amplifier,
13 is a motor for moving the lens 2 and the like.
上記のように構成された自動焦点m横においては、目標
側SETは合焦状態におけるポジションセンサ8の出力
S(X、Y)と等しく設定されており、サーボアンプ1
1は偏差ΔSが雰となるようにモータ13を駆動するの
で、レンズ2等は照射する光束の焦点が常に2+111
定対象而3上に来るように移動させられる。したがって
、このモータ13の駆動量は測定対象面3の変位けに比
例したものとなるので、この駆動量またはレンズ2等の
8動旦を検出することにより、測定対象面3の変位量を
測定することができる。In the automatic focus m side configured as above, the target side SET is set equal to the output S (X, Y) of the position sensor 8 in the focused state, and the servo amplifier 1
1 drives the motor 13 so that the deviation ΔS becomes ambiance, so the focal point of the light beam irradiated by the lens 2 etc. is always 2+111
It is moved so that it is above the fixed object. Therefore, since the amount of drive of the motor 13 is proportional to the displacement of the surface to be measured 3, the amount of displacement of the surface to be measured 3 can be measured by detecting this amount of drive or the 8 degrees of movement of the lens 2, etc. can do.
また、11′i1記したように、測定対象面3が傾きを
持っていた場合には、ポジションセンサ8上における反
射光の入射角が変化するので、測定対象面3の変位に対
してポジションセンサ8の出力が変化する割合(ゲイン
)はこの測定対象面3の傾きに応じて変化することにな
る。したがって、前記のようにして測定した測定対象面
3の傾きを基にして、これに応じたポジションセンサ8
のゲインを准定し、予めグえられたデータに従ってサー
ボアンプ11のサーボゲインを変更するようにすれば、
自動焦点数構における制御性を向上させることができる
。In addition, as described in 11'i1, when the surface to be measured 3 has an inclination, the angle of incidence of the reflected light on the position sensor 8 changes, so the displacement of the surface to be measured 3 changes when the position sensor The rate (gain) at which the output of 8 changes will change according to the inclination of the surface 3 to be measured. Therefore, based on the inclination of the measurement target surface 3 measured as described above, the position sensor 8
If the servo gain of the servo amplifier 11 is changed according to the data obtained in advance,
Controllability in automatic focusing can be improved.
なお、上記の説明においては、焦光!27をレンズ2の
軸上に配置するとともに、ポジションセンサ8をハーフ
ミラ−6を使用して等測的に点光源7と同じ位置に配置
した場合を例示したが、点光源7とポジションセンサ8
との配置関係はこれに限られるものではない。また、焦
光fi7から出射された光および測定対象面3がらの反
射光の経路を変更する手段はハーフミラ−6,10に限
られる毛のではなく、例えば、プリズムや偏光ビームス
プリッタのようなものであってもよい。さらに、測定り
4象而3に光束を照射するとともに、測定対象面3から
の反p光をポジションセンサ8上に結像させるレンズ2
は、一枚のレンズに限られるものではなく、独立した部
分レンズを組み合わせたものであってもよい。特に、焦
光rA7から出射された光がレンズ2に入射する位置は
常に変化しないので、その周囲のレンズ部分は必要とさ
れない場合が多い。In addition, in the above explanation, there is a difference between 27 is placed on the axis of the lens 2, and the position sensor 8 is placed isometrically at the same position as the point light source 7 using the half mirror 6.
The arrangement relationship with is not limited to this. In addition, the means for changing the path of the light emitted from the focused light fi 7 and the reflected light from the measurement target surface 3 is not limited to the half mirrors 6 and 10, but is, for example, a prism or a polarizing beam splitter. It may be. Furthermore, a lens 2 that irradiates the measurement target 4 with a light flux and forms an image of the anti-p light from the measurement target surface 3 on the position sensor 8.
is not limited to a single lens, but may be a combination of independent partial lenses. In particular, since the position at which the light emitted from the focal beam rA7 enters the lens 2 does not always change, the surrounding lens portions are often not required.
また、上記の説明においては、2つのポジションセンサ
8,9を使用して測定対象面3の傾きを測定する場合を
例示したが、レンズ2を一定量だけ移動させ、第1のポ
ジションセンサ8上に第2のポジションセンサ9と等価
な入射状態を作り出すようにすれば、1つのポジション
センサ8のみによっても、測定対象面3の傾きを測定す
ることができる。すなわち、合焦状態からレンズ2等を
一定量だけ変位させるととともに、この時のポジション
センサ8における出力変化を測定すれば、この時の反射
光の入射位置の変化量および変化する方向は反射光の経
路に対応したものとなっているので、予め測定しておい
たデータと比較する二とにより、測定対9面3の傾きを
知ることができる。In addition, in the above explanation, the case where the inclination of the measurement target surface 3 is measured using the two position sensors 8 and 9 was illustrated, but when the lens 2 is moved by a certain amount and the first position sensor 8 is By creating an incident state equivalent to that of the second position sensor 9, the inclination of the measurement target surface 3 can be measured using only one position sensor 8. In other words, if you displace the lens 2 etc. by a certain amount from the focused state and measure the change in the output of the position sensor 8 at this time, the amount of change and direction of the change in the incident position of the reflected light at this time will be determined by the reflected light. Since the angle corresponds to the path of 9, the inclination of the measured surface 3 can be determined by comparing it with data measured in advance.
以上説明したように、本発明の変位変換器では、レンズ
を介して測定対象面に光を照射するとともに、測定対象
面上に常に焦点が合うようにレンズの位置を移動させ、
この時のレンズの移動量から前記測定対象面の変位量を
測定するようにした変位変換器において、点光源から出
射される光束をレンズを介し、て測定対象面上に照射す
るとともに、光の入射位Tを検出することのできるポジ
ションセンサを等測的に点光源と同じ位置およびこれと
−・定の間隔をおいた位置に配置して、前者のポジショ
ンセ〉すの出力をレンズおよび点光源等の位置を移動さ
ゼる自動焦点t!l!横の帰還信号として利用するとと
もに、2つのポジションセンサにおける出力の差を利用
して測定対象面の傾きを測定するようにしているので、
合焦状態においては、測定対象面からの反射光がポジシ
ョンセンサ(点光源)の位置で実像を結ぶことになり、
しかもこの時の反射光におけるポジションセンサへの入
射位置は常に一定となるので、ポジションセンサの出力
状態から測定対像面上に焦点が合っているか否かを検出
する二とかでき、測定対象面に比較的大きな!1111
きがあった場合にも、その変位量を正確に測定すること
ができるとともに、測定対象面における傾きをも同時に
測定することのできる変位変換器を簡単ム構成【ごより
実現することができる。As explained above, in the displacement converter of the present invention, light is irradiated onto the surface to be measured through the lens, and the position of the lens is moved so that the surface is always focused on the surface to be measured.
In a displacement converter that measures the amount of displacement of the surface to be measured from the amount of movement of the lens at this time, a beam of light emitted from a point light source is irradiated onto the surface to be measured through the lens, and the light beam is A position sensor capable of detecting the incident position T is placed isometrically at the same position as the point light source and at a position spaced apart from it, and the output of the former position sensor is connected to the lens and the point light source. Automatic focus that moves the position of the light source, etc. l! In addition to using it as a horizontal feedback signal, the difference in output from the two position sensors is used to measure the inclination of the surface to be measured.
In the focused state, the reflected light from the surface to be measured forms a real image at the position sensor (point light source).
Moreover, since the incident position of the reflected light on the position sensor at this time is always constant, it is possible to detect whether or not the focus is on the measurement target surface from the output state of the position sensor. Relatively big! 1111
It is possible to realize a displacement transducer with a simple configuration that can accurately measure the amount of displacement even if there is a movement, and can also measure the inclination of the surface to be measured at the same time.
第1図は本発明の変位変換器の一実施例を示す構成図、
第2図および第3図は本発明の変位変換器に使用される
ポジションセンサの一例を示す構成図、第4図および第
5図はポジションセンサ上における反射光の入射位置お
よびスポットの状態を示す説明図、第6図および第7図
は第1および第2のポジションセンサ8,9における反
射光の入射状態を示す説明図、第8図は本発明の変位変
換器に使用される自動焦点機構の一例を示す構成図、第
9図は従来の変位変換器の一例を示す構成図、第10図
および第11図は第9図に示す変位変換器に使用される
4分割センサにおける入射光のスポット形状を示す説明
Xである。
1・・・光源、2・・・レンズ、3・・・測定対象面、
4・・・シリンドリカルレンズ、5・・・4分割センサ
、6.10・・・ハーフミラ−17・・・点光源、8゜
9・・・ポジションセンサ、11・・・サーボアンプ、
12・・・パワーアンプ、13・・・モータ、SW・・
・スイッチ。
第I図
第2図 第3図
第4図 第5図
第5図FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the displacement transducer of the present invention,
FIGS. 2 and 3 are configuration diagrams showing an example of a position sensor used in the displacement converter of the present invention, and FIGS. 4 and 5 show the incident position and spot state of reflected light on the position sensor. Explanatory diagrams, FIGS. 6 and 7 are explanatory diagrams showing the incident state of reflected light at the first and second position sensors 8 and 9, and FIG. 8 is an automatic focusing mechanism used in the displacement converter of the present invention. FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of a conventional displacement converter. FIGS. This is an explanation X showing the spot shape. 1...Light source, 2...Lens, 3...Measurement target surface,
4... Cylindrical lens, 5... 4-split sensor, 6.10... Half mirror 17... Point light source, 8°9... Position sensor, 11... Servo amplifier,
12...Power amplifier, 13...Motor, SW...
·switch. Figure I Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 5
Claims (1)
測定対象面上に常に焦点が合うように前記レンズの位置
を移動させこの時のレンズの移動量から前記測定対象面
の変位量を測定するようにした変位変換器において、前
記レンズとともに移動する点光源と、等価的に前記点光
源と同一位置に配置され前記レンズとともに移動する第
1のポジションセンサと、この第1のポジションセンサ
に対して等価的に一定の間隔をおいた位置に配置された
第2のポジションセンサと、前記第1のポジションセン
サの出力を受けこの出力が一定の値となるように前記レ
ンズの位置を移動させる自動焦点機構とを具備し、前記
レンズの移動量から前記測定対象面の変位量を測定する
とともに、前記第1および第2のポジションセンサにお
ける出力の差から前記測定対象面の傾きを測定するよう
にしてなる変位変換器。Light is irradiated onto the surface to be measured through a lens, and the position of the lens is moved so that it is always focused on the surface to be measured, and the amount of displacement of the surface to be measured is measured from the amount of movement of the lens at this time. In the displacement converter, a point light source that moves together with the lens, a first position sensor that is equivalently arranged at the same position as the point light source and moves together with the lens, and a point light source that moves together with the lens; a second position sensor disposed equivalently at a constant interval; and an automatic focus that receives an output from the first position sensor and moves the position of the lens so that the output becomes a constant value. and a mechanism for measuring the amount of displacement of the surface to be measured from the amount of movement of the lens, and measuring the inclination of the surface to be measured from the difference between the outputs of the first and second position sensors. A displacement transducer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60213335A JPH0697163B2 (en) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | Displacement converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60213335A JPH0697163B2 (en) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | Displacement converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6271803A true JPS6271803A (en) | 1987-04-02 |
JPH0697163B2 JPH0697163B2 (en) | 1994-11-30 |
Family
ID=16637449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60213335A Expired - Lifetime JPH0697163B2 (en) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | Displacement converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0697163B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5689005A (en) * | 1979-12-20 | 1981-07-20 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Position detector |
JPS59154313A (en) * | 1983-02-24 | 1984-09-03 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Apparatus for measuring distance and slanting angle |
-
1985
- 1985-09-26 JP JP60213335A patent/JPH0697163B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5689005A (en) * | 1979-12-20 | 1981-07-20 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Position detector |
JPS59154313A (en) * | 1983-02-24 | 1984-09-03 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Apparatus for measuring distance and slanting angle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0697163B2 (en) | 1994-11-30 |
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