JPS63149513A - 光学式変位計測方法 - 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、光学式変位計測方法に関する。

（従来の技術） 光デイスクシステムの光ピツクアップのフォーカシング
に関連して知られた非点収差法は変位量の計測にも利用
できる。

第３図（Ｉ）は非点収差法を利用した光学式変位計測装
置として意図されているものを要部のみ略図的に示して
いる。

同図に於いて、符号１０は光源である半導体レーザー（
以下ＬＤＩＯと略記する）を示している。このＬＤＩＯ
から放射された光はビームスプリッタ−１２を透過して
コリメートレンズ１４により平行光束化され、集光レン
ズ１６により被測定物５０の被測定面上に集光する。被
測定面５０１からの反射光は集光レンズ１６、コリメー
トレンズ１４を介してビームスプリッタ−１２に入射し
、ビームスプリッタ−１２により反射されると、非点収
差発生手段１８に入射する。

非点収差発生手段１８を透過した光は４分割光検知器２
０に入射するが、この入射光には非点収差発生手段１８
により非点収差が発生している。

４分割光検知器２０は、その受光面が４つの受光部２０
Ａ、　２０８．２０Ｃ，２００に４分割されており、各
受光部から出力Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄをそれぞれ出方出来
るようになっている。図の如く出力Ａ、Ｃ及びＢ、Ｄは
其れぞれ加算され（Ａｒｃ）　、　（Ｂ＋Ｄ）となって
減算回路２２に入力する。そして減算回路２２から、変
位信号として（Ａｒｃ）　−（Ｂ＋Ｄ）が出力される。

この変位信号は被測定面５０１の照射光光軸方向すなわ
ち被測定面に照射される集束光の光軸方向（第３図（ｒ
）で左右方向）の変位量の情報を与えるものである。

変位信号を図示すると第３図（ＩＩ）の実線の曲線のよ
うになる。Ｐ点は被測定面５０１の基準位置であり、此
のとき照射光は被測定面上に集束し４つの受光部２０Ａ
、　２０Ｂ、　２０Ｃ，２０Ｄは等量の光を受光する。

被測定面の位置が基準位置からずれると、非点収差発生
手段１８による非点収差のため、４分割光検知器２０上
の光束断面の形状が縦長または横長の楕円形となり（Ａ
ｒｃ）≠（Ｂ＋Ｄ）となり変位信号が正または負に成る
ので、変位信号の正負により被測定面の変位方向が知ら
れ、変位信号の大きさで変位量が知れることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の如き計測方式はテープやディスク等の被測定物の
被測定面に捻じれや傾きがあると被測定面の反射率が変
化し、これに応じて変位信号も例えば第３図の（ＩＩ）
の破線の曲線のように変化する。

このようにして計測誤差ΔＸが生ずる。

従って本発明の目的は、被測定面における反射率の変動
に拘らず、常に変位量を正しく計測できる新規な、光学
式変位計測方法の提供にある。

（問題点を解決するための手段） 以下１本発明を説明する。

本発明は、半導体レーザーと、この半導体レーザーから
の射出光を被測定物の被測定面上に集光する集光レンズ
と、被測定面からの反射光を射出光と分離するビームス
プリッタ−と、上記反射光を電気信号に変換する４分割
光検知器と、上記ビームスプリンターと４分割光検知器
との間に配備され、４分割光検知器への入射光に非点収
差を生じさせる非点収差発生手段とを備え、４分割光検
知器からの出力信号に基づいて、被測定面の照射光光軸
方向の変位を計測する方法である。

そして本発明の特徴とする所は以下に述べる点にある。

即ち、上記４分割光検知器の４つの受光部のうち分割線
交点に関して点対称的に対向するもの同士の出力を加算
した２組の出力和の間の差を、４つの受光部の出力の総
和で除算して得られる出力を、被測定面の変位信号とす
ることである。

（作　　用） このようにすると、変位信号は４分割光検知器の総量光
量により規格化されるので反射率が変化しても変位信号
自体は変化しなくなる。

なお、４分割光検知器に関して分割線とは、受光面を４
つの受光部に分割する線であり、分割線交点とは、分割
線の交点をいう。

（実　施　例） 以下、具体的な実施例に基づいて説明する。

第１図（１）は本発明を実施した光学式変位計測装置の
１例を説明に必要な部分のみ略示している。

弊雑を避けるために、混同の恐れがないと思われるもの
については、先に説明した第３図（Ｉ）におけると同一
の符号を用いた。

４分割光検知器２０に関し分割線交点は符号ｑで示す点
であり、従って４つの受光部２０Ａ、　２０８．２０Ｃ
。

２０Ｄ　ニおイテ受光部２０Ａと２００．受光部２０Ｂ
と２０Ｄがそれぞれ、分割線交点ｑに関して点対称的に
対向する。受光部２０Ａと２０Ｃの出方ＡこＣとは加え
合わせられ、出力和（Ａｒｃ）となる。　受光部２０Ｂ
と２０Ｄの出力ＢとＤとは加え合わせられ、出力和（Ｂ
＋Ｄ）　トなる。これら出力和（Ａｒｃ）　、　（Ｂ＋
Ｄ）は一方に於いて減算回路２４に入力され、他方に於
いて加算回路２６に入力される。

従って減算回路２４がらは、上記２組の出力和の間の差
（Ａｒｃ）　−（Ｂ＋Ｄ）が出力される。また、加算回
路２６からは４つの受光部２０Ａ、　２０Ｂ、　２０Ｃ
，２００カラノ出力の総和（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）が出力さ
れる。

減算回路２４、加算回路２６の各出方は除算回路２８に
入力され、同回路２８は入力（Ａｒｃ）　−（Ｂ＋Ｄ）
を入ヵ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）で割る演算を実行し、ｔ　（
Ａ＋Ｃ）　−（Ｂ＋Ｄ）　ｌ　／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を
変位信号として出力する。

減算回路２４の出力（Ａ＋Ｃ）　−（Ｂ＋Ｄ）は従来、
変位信号として採用されていたものであり、第１図（Ｉ
Ｉ）の実線の曲線の如くであり、被測定面５０１の捻じ
れ、傾き等により、被測定面の反射光量が減少すると同
図の破線の様になり、計測誤差ΔＸが生ずる。また、加
算回路２６の出力（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）は、第１図（Ｉ　
Ｉ　Ｉ）に示す実線の曲線のようであるが、被測定面の
反射光量が減少すると同図の破線の様になる。しかるに
変位信号＋　（Ａ＋Ｃ）　−（Ｂ＋Ｄ）　ｌ　／　（Ａ
＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）においては被測定面の反射光量が変化し
ても、その変化は分子、分母ともに同じように生ずるた
め、割り算の過程で相殺され、第１図（ｍに示すように
、被測定面の反射光量の変動に影響されない。

従って精度の良い変位計測が可能となる。

なお、非点収差発生手段としては、シリンドリカルレン
ズや光軸に対して傾けたガラス板等を用いうるが、実施
例にて用いている非点収差発生手段１８は、シリンドリ
カルレンズである。

また、実際の変位計測には、第１図（ＩＶ）に示す、変
位信号の中央のほぼリニヤ−に変化する部分を用いる。

第１図に於いて、コリメートレンズ１４をＬＤＩＯとビ
ームスプリッタ−１２との間に配し、非点収差発生手段
をシリンドリカルレンズと集束レンズとの組み合わせで
構成する事もできるし、或は、第１図に於いてコリメー
トレンズ１４を除き、集光レンズ１６によりＬＤＩＯの
発光部と被測定面５０１とを直接的に結像関係で結び付
けてもよい。

第２図に示す実施例のように４分割光検知器２０の各受
光部２０Ａ、　２０Ｂ、　２０Ｃ，２０Ｄからの出力Ａ
、Ｂ、Ｃ，ＤをＡ／Ｄ変換器３０Ａ、　３０８．３０Ｃ
，３００によりデジタル変換し、その結果を用いて必要
な演算はコンピューター３２で行い、変位信号を得る様
にしても良い。

（発明の効果） 以上、本発明によれば、新規な光学式変位計測方法を提
供できる。この方法では、変位信号が、被測定面の反射
率変化の影響を受けないので、常に精度良く変位計測を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を説明するための図、第２図
は別実施例を特徴部分のみ示す説明図、第３図は従来の
技術とその問題点を説明する為の図である。 １０、　、　、　、半導体レーザー化Ｄ）、　１２．、
、、ビームスプリッタ−１１６，、、、集光レンズ、　
１８．、、、非点収差発生手段（シリンドリカルレンズ
）　、　２０．、、．４分割）Ｊ　□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザーと、この半導体レーザーからの射出光を
   被測定物の被測定面上に集光する集光レンズと、上記被
   測定面からの反射光を上記射出光と分離するビームスプ
   リッターと、上記反射光を電気信号に変換する４分割光
   検知器と、上記ビームスプリッターと４分割光検知器と
   の間に配備され、４分割光検知器への入射光に非点収差
   を生じさせる非点収差発生手段とを備え、上記４分割光
   検知器からの出力信号に基づいて、上記被測定面の照射
   光光軸方向の変位を計測する方法であって、上記４分割
   光検知器の４つの受光部のうち分割線交点に関して点対
   称的に対向するもの同士の出力を加算した２組の出力和
   の間の差を、４つの受光部の出力の総和で除算して得ら
   れる出力を、被測定面の変位信号とすることを特徴とす
   る、光学式変位計測方法。