JPS6325507A - 光学式距離測定装置及び支持部材上の部品の位置を決定する装置 - 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、被測定面上の領域を照射するための放射源ユ
ニットと、該表面から反射された放射を電気信号に変換
するための放射感知検出系と、該表面と該検出系との間
に配置され、該表面から反射された放射を該検出系に集
束させるための光学系とを具える被測定面と基準面との
間の距離を光学的に測定するための装置に関するもので
ある。

また本発明は、支持部材上の部品の位置を決定するため
の装置に関するものであり、この装置は該部品を支持す
る支持部材と基準面との間の距離を決定するための装置
を具えるものである。尚、前記光学系はレンズおよび／
またはミラーを有し発散ビームを集束ビームまたは平行
ビームに変換する。

西独国特許出願明細書第２３５５１８５号には、対象物
の厚さを測定するための装置が開示されており、この装
置では該対象物の表面と基準面との間の距離を求めてい
る。この既知装置においては、細いレーザービームカミ
ミラーを介して対象物の表面に垂直に投射されて該表面
上に放射スポフトを形成している。該表面から発生した
放射の一部分は光学系により受光されると共に集束され
て２個の隣接する放射感知ホトダイオードの面上に放射
スポットを形成している。対象物の表面上の放射スポ７
）の位置、すなわちこの当然の結果としてホトダイオー
ドに形成された画家の位置を、両ダイオードに対し等量
の放射が入射するまでミラーを移動することによって変
化させている。このミラーの位置がこの時対象物の厚さ
に対し直接関係することになる。

上記西独国特許出願明細書第２３５５１８５号に開示さ
れた装置は移動自在のミラーを具え、この移動速度が達
成可能な測定周期波の上限を決めてしまうことになる。

また、急勾配の近傍では、測定されるべき表面の高さは
シャドウ効果のために必ずしも正確に測定することはで
きなかった。

本発明の目的は、測定中にいかなる機械的調整をも必要
とすることがなく、また急勾配を有する表面が存する個
所ての該表面の局部的高さを測定することを可能ならし
める光学式距離計ｔ計を提供することにある。

この目的のため、本発明における装置は、放射阻止板を
測定表面と検出系との間の放射光路内に配置し、該放射
阻止板に、光学系の光軸から若干離れかつ相互に若干離
れて位置する少なくとも２個の放射窓を形成し、前記表
面から発生する放射ビームから相当する部分を選定して
、該放射阻止板の放射窓に対応する放射スポットを放射
感知検出系に形成し、このようにして形成された放射ス
ポットのパターンの広がりが前記表面と基準面との間の
距離の測定量となるように構成したことを特徴とするも
のである。

放射窓を有する放射阻止板の間能は、測定されるべき表
面から発生する放射を該放射窓を介してのみ検出系に確
実に到達させることができるということである。この放
射阻止板は、例えば放射透過窓または放射反射窓を有す
る吸収板あるいは放射透過窓を有する反射板であっても
よい。また、この放射窓は少なくとも２個の個別の複数
窓とすることができるが、あるいは細長い１つの窓、例
えば多数の隣接窓の集合とみなし得る環状窓であっても
よい。

光学系、例えばレンズ系または凹面鏡は、検出面とも称
する検出系の入射面においてスポットパターンが形成さ
れるように放射窓からのビームを集束させる。放射スポ
ットのパターンは特定の広がりを有し、例えば個々の放
射スポットの中心間の距離または環状スポットの径を表
わすものと考えられる。強度パターンの広がりは、適切
に適合された放射感知検出系により測定することができ
る。放射阻止板の放射窓の個所を適切に選定した場合に
は、測定すべき表面と基準面との間の距離を放射スポッ
トのパターンの一部のみから誘導することもてきる。こ
の際、被測定面上の急峻なスロープによって生ずるシャ
ドウ効果は、限定された範囲に対する測定結果に対して
だけ影響を及ぼすことになる。

本発明の光学式距離計は、光学系が２個のサブ光学系を
有し、放射阻止板がこれら２個のザブ光学系の間に介在
することを特徴とするものであってもよい。

光学系全体により生ずる収差は、２個のサブ光学系を適
当に選定することにより一層容易に最小化することがで
きる。基鵡面は第１サブ光学系の焦点面に配置すること
ができるので、測定すべき面から生ずる放射ビームは２
個のサブ光学系の間で実質的に平行放射を形成する。検
出面と第２ザブ光学系との間の距離は該ザブ光学系の焦
点距、錐に実質的に等しいことが適当である。

更に本発明の装置は、光学系が球面収差を生ずることを
特徴とするものである。

光学系の球面収差は、放射阻止板の放射窓の径方向の寸
法を、検出面における放射スポ７）の径方向の寸法の増
大を来すことなく増大させることができる。従って、こ
のように構成することにより検出面における放射強度を
高めることが可能となる。しかし、この際、検出系を、
光学系の結像距、錐よりも短い距離だけ光学系かろｊ離
間して配置する必要がある。すなわち、結像面における
放射スポ７）の放射パターンが、測定すべき表面と基準
面との間の距離が変動しても球面収差によって極めて僅
かな量しか変化しないからである。このことは、光学系
の放射源から発生するビームが通過しない部分だけが球
面収差を生ずるように構成するのが適切である。

本発明の光学式距離計は、更に２個のサブ先糸の光軸が
同軸となることを特徴とするものである。

本発明の光学式距離計の第−好適例は、更に傾斜ミラー
が放射阻止板の中央部分と測定すべき表面との間に配置
されていることを特徴とするものである。

放射阻止板の前側のミラーは、放射源ユニットから発す
る放射ビームを測定されるべき面に向けて反射する。例
えばハーフミラ−の形態をしたビームスプリッタを有す
る実施例と比べて、この実施例は放射源から発する全て
の放射が被測定面に入射し、従ってより多くの放射光が
検出系に到達する利点がある。従って、検出面における
放射強度が増大する。

本発明による光学式距離計の第２実施例は、前記放射阻
止板の被測定面と対向する側の中央部分が反射性とされ
ると共に、放射阻止板が傾斜していることを特徴とする
。

この実施例では、放射阻止板とミラーとが結合されて単
一の素子を構成する。

一方、本発明による光学式距離計は、前記２個のサブ光
学系の光軸が角度を以て互いに交差し、この交差点に半
透明性平面ミラーを配置したことを特徴とすることもで
きる。

この実施例では、半透明平面ミラーが２個のサブ光学系
間の光路を画成する。この半透明平面ミラーは、全表面
領域に亘って半透明とされ放射源から発する放射光の一
部を被測定面に向けて透過すると共に被測定面から発す
る放射の一部を検出系に入射させる素子とすることもで
きる。従って、放射阻止板はミラーと第２サブ光学系と
の間に配置される。

本発明の別の構成によれば、前記半透明ミラーが、前記
２個のサブ光学系の光軸の交差点に配置され放射窓がミ
ラーによって構成されている放射阻止板を具えることを
特徴とすることができる。

検出面においては、放射スポットから光学系の光軸まで
の距離を測定するか、或いは同一の結果が得られる個々
のスポット間距離又は環状スポフトの径を測定する必要
がある。

本発明による装置は、前記放射阻止板の各放射窓に対し
ててレイ検出器を配置し、このアレイが光学系の光軸に
対して径方向に延在することを特徴とすることもてきる
。

ある放射窓と関連する検出器の検出した放射強度を測定
することにより、検出器に入射する放射の強度中心の位
置を決定することができる。このような検出系は米国特
許明細書第４．２３３．５０２号に開示されており、こ
の検出系では光学式記録媒体に情報を書込む書込ユニフ
ト又は情報を読出す続出ユニットを合焦させるために用
いられている。

本発明による装置の好適実施例は、前記放射阻止板の複
数の放射窓が光学系の光軸から等しい距離で位置ずろと
共に、前記検出系が２個の検出器を具え、一方の検出器
が他方の検出器を包囲し、これら検出器が環状放射検知
中間区域によって互いに離間されていることを特徴とす
る。

このような検出装置は例えば一般に公開されている欧州
特許出願第肌３１０．８３１号から既知であり、光学式
記録媒体から情報を読出す読取ユニ７）として用いられ
ている。

隣接して配置された離散的な多数の放射感知泰子を有す
る放射感知検出系によって位置決定を行うことができる
。けだし、検出されるべき放射スポ７）は複数個の素子
を同時に照明するかろである。従って、スポットの位置
はそれぞれ隣接する素子によって検出した相対強度から
導かれる。実際には放射源は、多くの場合コヒーレント
なビームを放出するレーザ°とされているので、スペン
クルノイズとして称せられている放射スポット中の実質
的な強度差が干渉によって増大するであろう。

この干渉効果は、放射源の位置と検出面に形成した光ス
ポフトとの間の位置的な相違に基づく光路差によって発
生する。この光路差は、彼・■す定面の微視的な不規則
性によって決定されるので、被測定面が基準面に対して
平行に変位している場合スペックルノイズの別のバクー
ン及び検出系の種々の素子に亘る別の放射強度分布が発
生することになる。従って、この被測定面の変位によっ
て測定距離の僅かな見掛の変化が生じてしまう。これが
測定精度に反する効果となることは明らかである。

この測定精度に反する効果を低減させるため、本発明に
よる光学式距離測定装置は、放射感知検出系が、前記放
射阻止板の放射窓を通過する放射ビームの光路中に配置
され、入射する放射ビームを第１ビーム及び第２ビーム
に分離するビーム分離素子と、第１ビームの光路中に配
置され透過係数が光学系の光軸からの距離の関数として
単調に変化するフィルタと、このフィルタの後方に配置
されこのフィルタを通過する放射の強度を検出する第１
放射感知素子と、第２ビーム中に配置され第２ビーム中
の放射の強度を検出する第２放射感知検出素子とを具え
ることを特徴とする。

１秀過する放射）−はフィルタ」二の放射スポットの位
置に依存する。第１放射、感知素子によって検出したフ
ィルタを通過する放射の強度を第２放射感知素子で検出
される一定強度のオリジナルビームの強度と比較するこ
とにより、フィルタ上の放射スポットの位置つまり測定
されるべき面からの距離を決定することができる。２個
の検出器上のスペックルノイズパターンが相関し２本の
サブビームの強度が互いに分割されるので、スペックル
ノイズの影響をほぼ除去することができる。

このフィルタは非透過放射を吸収する吸収フィルタ或い
はビームを２本のサブビームに分離する反射フィルタと
することができ、２本のサブビームの各々の強度は入射
ビームが反射面に入射する位置に依存する。反射フィル
タの場合、上述した第１放射感知素子を透過放射の光路
又は反射放射の光路のいずれかに配置することができる
。

更に、本発明による装置は、前記フィルタが反射フィル
タとされると共に、放射感知素子が反射フィルタから発
する２個の放射ビームの放射光路中に配置され、前記反
射フィルタが放射感知検出系のビーム分離素子として同
時に作用するように構成したことを特徴とする。

このように、ビーム分離素子及び半透明フィルタを結合
して検出系の単一部品を構成することにより、構造が簡
単化される。更に、全放射量を一層効率よく利用できる
。

本発明による好適実施例は、放射阻止板の放射窓が光学
系の光軸から等しい距離で位置し、半透明フィルタが光
学系の光軸からの距離の関数として単調に変化する透過
係数を有すると共に、このフィルタが前記光軸に対して
回転対称とされていることを特徴とする。

従って、物体面と基準面との間の距離を決定する装置は
回転対称性を有するものとして得られると共に、１個の
半透明フィルタ及び２個の放射感知素子だけを用いるこ
とが必要である。

本発明は支持部材上の部品の位置を決定する装置にも関
するものであり、この装置は部品を搬送する支持部材の
表面と基準面との間の距離を決定する装置を具えている
。この支持部は上の部品の位置決定装置は、距離決定装
置が上述した距離決定装置としたことを特徴とする。

以下図面に基づき本発明の詳細な説明する。

第１ａ図は放射源ユニット１０を示し、この放射源ユニ
ット１０は細い放射ビーム１５を放出する例えば半導体
ダイオード及びコリメータレンズを具えている。ハーフ
ミラ−２０により放射ビーム１５をＩＮ　体面３０上に
ほぼ垂直に投影し物体面上に放射スポットＡを形成する
。物体面３０で拡散された放射光の一部を光学系４０に
よりＡ′点に合焦させる。本例では光学系４０を単レン
ズで示す。物体面３０とＡ′点との間に光路中に多数の
窓５１を経て通過する電磁放射だけを通過させる放射阻
止板５０を配置し、放射阻止板５０に入射する放射から
窓５１の数に相当する多数の細いビームｂ、、　ｂ２．
−−−　ｂ、を選択する。これらビームはＡ′点て互い
に交差する。

Ａ′点の付近に配置した放射感知検出系６０により、ビ
ームによって放射感知面上に形成された放射スポットＢ
　ｌ’　＋　　３２／　　、−Ｌ′　を検出する。

これろ放射スポットＢｌ’　、　Ｌ’　　、−Ｂｎ’　
と光学系４０との間の距離は、物体面３０と基準面Ｒ−
Ｒ’との間の距離の計測１直とする。第１ａ図は、物体
面３０が基準面Ｒ，−Ｒ’　に一致すると共に検出系の
放射感知面６１と光学系４０との間の距離が、ビームｂ
１゜ｂ２．−−−　ｂ、が検出面内で互いに交差し放射
スポットＢ　ｌ’　１　Ｂ２’　　＋　−−−Ｌ′が一
致するように選択されている状態を示す。

第１ｂ図は同一の装置であって物体面３０が距離Δｈだ
け光学系４０に向けて変位している状態を線図的に示す
。放射阻止板５０によって選択されたビームｂ、、　ｂ
２．−−−　ｂ、は外側に変位し、この結果これらビー
ｌ、はＡ′点よりも光学系から僅かに大きな距離だけ離
れて位置するＡ′点で互いに交差する。これらビームに
よって放射検出系６０の放射感知面上に形成されている
放射スボッ）Ｂ、’　、　Ｂ２’　。

−ｍ−Ｂｏ′は互いに光軸ｏ−ｏ’から離れて位置する
。第１ａ図及び第１ｂ図の上部に、放射阻止板の径方向
に２個の窓を形成した実施例の光学系の方向から見た検
出面を図示する。

放射スポットｆ１．’　、　Ｂ２’　　、　−−−Ｂｎ
’間の距、’Ｉｉｔは、検出面６１から１へ′点までの
距離及び、放射阻止板の窓の寸法、光学系の焦点距離及
び種々の索子の相対位置のような装置の因子に関連する
。従って、これらの因子が既知の場合検出面６１中の放
射パターンの広がりから測定されるべき面３０と基準面
Ｒ−Ｒ’との間の距離Δｈを決定することができる。

放射阻止板５０の放射窓５１を、中心が光学系の光軸上
に位置するリングのように配置するのが適切である。こ
の放射窓５１は互いに連続されて単一の環状窓を形成す
ることができる。この場合、検出面６１の放射パターン
の寸法は、環状パターンの寸法を測定することにより比
較的簡単に決定することができる。

第２図は本発明による光学式距離測定装置の第１実施例
を示す。光学系は２個の個別のサブ光学系２４１及び２
４２を有し、サブ光学系２４１　と基準面との間の距離
をこのサブ光学系の焦点距離にほぼ等しくし、サブ光学
系２４２　と検出系２６０　との間の距離をこのサブ光
学系２４２の焦点距離にほぼ等しくする。第２図は単一
の平凸レンズから成る２個の光学系を示しているが、形
状の異なるレンズや合成レンズ系或いは凹面鏡を用いる
こともできる。

物体面２３０から発する放射光は２個の光学系２４１及
び２４２の間の空間をほぼ平行に通過する。この空間内
に放射阻止板２５０を配置して放射窓２５１を通過する
ビーム成分以外のビー１１を阻止する。これらの窓２５
１は２個のサブ光学系２４１及び２４２の一致した光軸
を中心とするリング状に形成する。

開口板の非透過性中心お分とサブ光学系２４１　との間
に傾斜ミラー２２０を配置し、この傾斜ミラーによって
放射源ユニソｈ２１０から放出する放射ビームを物体面
２７０に向けて反射する。通常のハーフミラ−で構成さ
れるビームスプリンタに比べ、この傾斜ミラーを用いろ
ことにより検出面の放射強度が少なくとも４倍以上に増
大する利点がある。

放射阻止板２５０は独立のプレートとする必要：よなく
、例えばサブ光学系２１２のレンズ表面に堆積した放射
吸収材ギ」とすることもてきる。

位置ｊこ依存する放射感知検出系２６０は例えば１次元
または２次元アレイを構成するように結合されている多
数の放射感知ダイオード２６１を有し、この放射感知検
出系２６０を検出面内に配置する。

検出系の各ダイオードの出力信号を測定することにより
、検出系に形成される放射スポットパターンの広がりを
例えばマイクロプロセンサ２８０のようなコンピュータ
によって決定することができ、求めた放射スポントペタ
ーンの広がりから基準面Ｒ−Ｒ’　と物体面２３０との
間の距離を導き出すことができる。

第３ａ図及び第３ｂ図は、この検出系の２個の例を示す
。第３ａ図において、放射阻止板３５０の窓３５１を通
過した２個のビームｂ１及びｂ２は４個の放射感知素子
３６１．３６２．３６３及び３６４に入射する。例えば
フォトダイオードから成る放射感知素子は対にされると
共に、ビームにより形成した放射スポット８１′及び３
２／の位置変化が、対をなす２個の放射感知素子の各々
によって検出されるｔ口封強度の変化が増大するように
配置されている。この用行強１文の電子回路（図示せず
）ｊ、二おける評１Ｉｉｌｉｊ直によってスポットの位
置つまりスポットＢ、’及びＢ、／との間の距離を測定
することができる。より広い測定範囲を有する検出系は
、アレイ中の放射感知素子の数を増加することによって
得ることができる。

第３ｂ図に示す検出系は２個の検出器３６５及び３６６
を具え、検出器３６５によって検出器３６６を包囲する
と共に放射に対して不感知な環状の中間領域３６７を２
個の検出器間に形成する。放射ビームは放射阻止板３５
０の環状窓３５１を経て検出系に入射して環状の放射ス
ポラｌ−Ｂ’を形成する。２個の検出器３６５および３
６６によって検出される相対強度は、この環状放射スポ
ットＢ′の径に依存する。

この環状放射スポットＢ′の径は、図示しない回路にお
ける相対強度評価によって決定することができる。この
相対強度評価では、例えば測定されるべき物体面上の急
峻なスロープによって生ずるシャドウ効果によって或い
は放射阻止板３５０の窓３５２が完全なリングを形成し
ていないため放射スポ、、１・Ｕつ′がリング部の一部
分だ）すに形成さる場合同一の結果となってしまう。

第４ａ図は放射阻止板及びビーム偏向ミラーの別の配置
例を示す。放射阻止板４５０を２個のサブ光学系４４１
及び４４２の間に傾斜して配置する。放射阻止板４５０
の前面側４２０を反射面とし、この放射阻止板の前面側
によって放射ｌ原ユニッ）４１０がら生ずる放射ビーム
を第１サブ光学系４４１に向けて反射する。

第４ｂ図は上記実施例の補足例を線図的に示す。

２個のサブ光学系４４１及び４４２の光軸を互いにある
角度を以て交差させる。放射阻止板４５２を、その表面
に反射セクタ４５３が形成されるように構成する。この
放射阻止板を２個のサブ光学系の光軸の交点に配置し、
物体面４３０から発する放射の−８３を検出系４６０に
向けて反射させる。従って、反射セクタ４５３は放射阻
止板中の窓として機能することになる。放射源ユニット
４１０から発する放射ビームは放射阻止板４５２の透明
部分、例えば開口部を経て物体面４３０に向けて進行す
る。

第５図は光学系の球面収差を利用して検出面の放射強度
を増大し得る例を示す。本例は第２図に示した実施例に
基づいており、第５図の光学系５４１及び５４２は球面
収差を発生している。同図において、サブ光学系を示す
平凸レンズは同一の向きで配置されている。物体面５３
０の放射スポットＡから発する放射は、放射ビームが光
学系の光軸から微小な距離だけ離れて放射阻止板の窓を
通過する場合Ａ′点に集束し、光軸から一層大きな距離
を以て放射阻止板の窓を通過する場合にはＡ２′点に集
束する。光学系の球面収差の結果として＾２′点はＡ　
、　７点よりも光学系に一層近く位置する。光学系のエ
ツジ部分からＡ２／点に至る放射光路は光学系の中心か
らＡ　、　７点に至る放射光路と交差するので、従って
放射阻止板の広い窓にもかかわらず、放射ビームが径方
向において小さな交差領域となる面が、Ａ　２７点と光
学系５４２との間に存在することになる。参照番号５６
１が付されているこの面内に放射感知検出系を配置すれ
ば、放射阻止板の広い窓により検出系において高放射強
度を得ることができると共に形成したスポットパターン
の径方向の寸法を高精度に決定することができる。

面５６０内に検出系を配置するのは理想的ではない。こ
の理由は、基準面Ｒ−Ｒ’から物体面５３０が微小距離
Δｈだけ離間している場合、この面５６０が点Ａ、／　
と点Ａ２′　との間に位置するからである。

従って、この面５６０内に形成される放射スポットの大
きさは距離Δｈに対してだけわずかに依存し、従って測
度精度が劣化してしまう。

第２図及び第３図に基づいて説明した放射感知検出系は
、１次元アレイ又は２次元アレイを構成するように結合
されている多数の放射感知素子を具えている。この検出
系上に形成された放射スポットはある程度の広がりを有
しているので、この結果放射光は検出系の複数の隣接す
る素子に入射する。スポットの正確な位置を、種々の素
子により検出した相対放射強度から導き出す必要がある
。

一般的な場合のように放射源ユニ７）の放射源がレーザ
の場合、放射源中の位置と検出系に形成される放射スポ
ットの位置との差異による光路差によって放９・１スポ
ｙト中の゛スベソクルノ・ｆズ′°、すなわちスポ７）
中の実質的な強度変化を発生する干渉効果が生ずる。こ
のスペックルノイズは検出系の素子の相対強度に影響を
及ぼし、このスペックルノイズにより放射スポットの測
定された見掛けの位置、つまり物体面と基準面との間の
距離の測定において不正確さが生じてしまう。

第６図は本発明による光学式距離計の一例を線図的に示
し、本例ではスペックルノイズによって生ずる不正確さ
を実質的に低減し得るように放射感知検出系を構成する
。この実際的な距離計は第２図に線図的に示されている
距離計に対応しており、従って別の説明は不要である。

例えば分離プリズム又はハーフミラ−のようなビーム分
離素子６７０を光学系６４２　と検出面との間に配置し
て光学系から生じた放射ビームを非偏向ビームと偏向ビ
ームとに分離する。非偏向ビームは半透明フィルタ６６
０を通過し、その後このビームの強度を例えばフォトダ
イオードから成る単一の放射感知素子６６１で測定する
。偏向ビームの強度を弔−の放ｑ・↑感知素子６６３に
より」１１定ずろ８ビームの交差領域を放射感知素子の
放射感知面の寸法に適合させるため、光学系６６２及び
６６４を非偏向ビームの放射光路及び偏向ビームの放射
光路中にそれぞれ配置することができる。光学系６６２
及び６６４によって光学系の瞳を放射感知素子の放射感
知面上に結像させるのが適切である。従って、測定信号
は放射感知素子の感度における局部的な差異によって何
ら影響を受けることはない。

半透明フィルタ６６０は位置に依存して単調に変化する
透過係数を有し、この係数は測定されるべき物体面６３
０と基準面Ｒ−Ｒ’　との間の距離Δｈが変化する場合
、ビームｂ、、　ｂ２．−一−ｂｎが通過する区域にお
いて同程度に変化する。従って、このフィルタ６６０を
透過した放射光の割合は、このフィルタにビームが入射
する位置に依存することになる。放射感知素子６６１で
検出した非偏向ビームの強度を放射感知素子６６３で検
出した偏向ビームの強度と比較することによりフィルタ
にビームが入射する位置が検出されると共に物体面６３
０と基準面Ｒ−Ｒ′　どの間の距離Δｈが測定される。

第６図はビーム強度比較を行う回路装置の一例を示す。

放射感知素子６６１及び６６３の出力信号を前置増幅器
６６５及び６６６を介して分割回路６６７に供給する。

分割回路６６７の出力信号は測定されるべき距離Δｈの
測定量となる。図示しないビーム強度比較の別のものと
して放射感知素子６６３の出力信号が基準信号と等しく
なるまで放射源ユニット６１０の強度を変化させる方法
がある。放射感知素子６６１の出力信号はフィルタ６６
０の透過光の直接の測定値、従って距離Δｈの直接の測
定量となる。

放射感知素子６６１及び６６３は共に放射阻止板６５０
の窓を通過する放射ビームの交差領域全体を検出するの
で、放射スポット中のスペックルノイズパターンは強度
比較の結果に対してほとんど影響を及ぼすことはない。

放射阻止仮に形成されている複数の窓が光学系の光軸か
ら等しい距１誰で位置する場合半透明フィルタは回転対
称で変化する係数を有することができると共に光軸に対
して芯立てされることができる。従って、透過係数は光
学系の光軸からの距離の関数として単調に変化する。

半透明フィルタは非透過性放射を吸収する吸収フィルタ
或いは非透過性放射を発散ビームとして反射する反射フ
ィルタとすることができる。第７図は本発明による光学
式距離計の一実施例を線図的に示し、本例では半透明反
射フィルタを用いこのフィルタを放射感知検出系のビー
ム分離素子としても作用させる。

放射阻止板７５０の窓７５１を通過する放射光は、例え
ば半反射性の分離プリズムのような反射フィルタ７６０
に入射する。非偏向ビームの強度は放射感知素子７６１
　により検出され、偏向ビームは放射感知素子７６３に
より検出される。オリジナルビームの強度を加算回路７
６５により決定し、相対透過率を分割回路７６７で決定
し、この出力信号は測定されるべき高さΔｈの測定値と
なる。放射阻止板の別の窓を通過する放射は等価の素子
７６０’　、　７６１’及び７６３′　により同喋な方
法で検出される。これろの素子は、素子７６０．７６１
及び７Ｇ３　と−（本釣／、こｂのとすることができる
。

この型式の検出系においてスペックルノイズ効果は相当
量低減される。しかし、スペックルノイズが依然として
僅か影響する。けだし、透過係数が放射スポット中で僅
かに変化するためである。

この影響は半透明フィルタを交互に配置した２個のフィ
ルタで構成することにより、すなわち第１フイルタがビ
ームの最も細く収束した点の前側に位置し第２フイルタ
が後側に位置する２個のフィルタで構成することにより
低減することができる。

２個のフィルタの透過係数は光学系の光軸からの距離の
反線形関数のように変化する。放射阻止板の窓を通過す
る放射ビームは２個のフィルタ間の区域で光軸と交差す
る。基準面から被測定面までの距離の変化によって検出
系に入射するビームが変位している場合、２個のフィル
タの透過係数が逆に変化するため２個のフィルタよりビ
ームが受ける減衰が増大し又は減少することになる。換
言すれば、ビーム中の径方向の相対強度分布はほとんど
変化しないことになる。最細収支点は２昭のフィルタ間
に位置するので、ビーム中の放射強度分布は２個のフィ
ルタ間で反転する。この結果、第１フイルタで比較的強
く減衰されたビームの一部が、第２フイルタで比較的弱
く減衰されることになる。従って、２個のフィルタの光
路後のビーム中の減衰は径方向で最小変化を呈すること
になる。

前述した距離計は、支持部材上の部品の位置を決定する
装置に利用されることができる。第８図は、このような
装置の本発明による一例を示す。

第８図において、参照番号８００は上述した実施例のう
ちの一例の光学式距離計を示ず。支持部材８１０はキャ
リヤからの高さが異なる部品８１２を搬送する。キャリ
ヤ８１０は距離計８００の下方で例えば駆動装置８１４
により第１方向に移動し、距離計８００は例えば駆動装
置８１５により第１方向と直交する第２方向に移動し、
これら２方向は支持面に対して平行に延在する。これら
２個の駆動装置は、例えばジッグザック移動により支材
部材の全表面領域が効二よく走査されるよう制御装置８
１８　により制御される。支持部材の移動は連続して又
は段階的に行うことができる。この支持部材の移動はゆ
っくりしているので、いかなる位置においても部品の有
無を明確に決定することができる。

被測定面を走査する別の方法として、テレセントリック
な走査方法がある。１方向又は両方向の走査移動は、例
えば回動ミラーによって被測定面をビームで掃引するこ
とにより得られる。この場合、例えばレンズのような光
学系を回動ミラーと被測定面との間に配置して被測定面
が一定の角度で観測されるように角度を維持する必要が
あり、これによって精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図及び第１ｂ図は本発明の原理を示す線図、第２
図は本発明による実施例を示す線図、第３ａ図及び第３
ｂ図は本発明による光学式距離測定装置に用いるのに好
適な放射検出系の一例を示す線図、 第４ａ図及び第４ｂは光学系の一例の構成を示す線図、 第５図は光学系の球面収差を利用して検出面における放
射強度を増大させる構成を示す線図、第６図はスペック
ルノイズの影響を低減することができる光学式距離測定
装置の実施例を示す線図、 第７図はスペックルノイズを低減するための別の実施例
を示す線図、 第８図は本発明による支持部材上の部品の位置を決定す
る装置を示す線図である。 １０・・・放射源　　　　　　２０・・・ハーフミラ−
３０・・・物体面　　　　　　４０・・光学系５０・・
・放射阻止板　　　　５１・・・放射窓６０・・・検出
系　　　　　　６１．６２・・・放射感知素子Ｒ−Ｒ’
・・・基準面 α Ｆ　ＩＧ、ｌａ　　　　　　　　Ｆ　１６．１ｂＦｌＯ
，４Ｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定面と基準面との間の距離を光学的に測定する
   装置であって、被測定面上の領域を照明する放射源ユニ
   ットと、被測定面で反射した放射を電気信号に変換する
   放射感知検出系と、被測定面と検出系との間に配置され
   、被測定面で反射した放射を検出系に集束させる光学系
   とを具える光学式距離測定装置において、被測定面と検
   出系との間に放射阻止板を配置し、この放射阻止板に互
   いに若干の距離を以って位置すると共に前記光学系の光
   軸から若干の距離を以って位置する少なくとも２個の放
   射窓を形成し、被測定面から発する放射から対応する部
   分を選択して前記放射阻止板の放射窓に対応する放射ス
   ポットを前記放射感知検出系に形成し、このようにして
   形成した放射パターンの広がりが、被測定面と基準面と
   の間の距離の測定量となるように構成したことを特徴と
   する光学式距離測定装置。 ２、前記光学系が２個のサブ光学系を有すると共に、こ
   れら２個のサブ光学系の間に前記放射阻止板を配置した
   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
   離測定装置。 ３、前記光学系が球面収差を生ずるように構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光学式距離測
   定装置。 ４、前記２個のサブ光学系の光軸が一致していることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の光学
   式距離測定装置。 ５、前記放射阻止板の中央部分と被測定面との間に傾斜
   ミラーを配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項、第２項、第３項又は第４項に記載の光学式距離測定
   装置。 ６、前記放射阻止板の被測定面と対向する側の中央部分
   が反射性とされると共に、放射阻止板が傾斜しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
   又は第４項記載の光学式距離測定装置。 ７、前記２個のサブ光学系の光軸が角度を以て互いに交
   差し、この交差点に半透明性平面ミラーを配置したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の光
   学式距離測定装置。 ８、前記半透明ミラーが、前記２個のサブ光学系の光軸
   の交差点に配置され放射窓がミラーによって構成されて
   いる放射阻止板を具えることを特徴とする特許請求の範
   囲第７項記載の光学式距離測定装置。 ９、前記放射阻止板の各放射窓に対してアレイ検出器を
   配置し、このアレイが光学系の光軸に対して径方向に延
   在することを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項
   、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項又は第８項
   記載の光学式距離測定装置。 １０、前記放射阻止板の複数の放射窓が光学系の光軸か
   ら等しい距離で位置すると共に、前記検出系が２個の検
   出器を具え、一方の検出器が他方の検出器を包囲し、こ
   れら検出器が環状放射検知中間区域によって互いに離間
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項又は第
   ８項に記載の光学式距離測定装置。 １１、前記放射感知検出系が、前記放射阻止板の放射窓
   を通過する放射ビームの光路中に配置され、入射する放
   射ビームを第１ビーム及び第２ビームに分離するビーム
   分離素子と、第１ビームの光路中に配置され透過係数が
   光学系の光軸からの距離の関数として単調に変化するフ
   ィルタと、このフィルタの後方に配置されこのフィルタ
   を通過する放射の強度を検出する第１放射感知素子と、
   第２ビーム中に配置され第２ビーム中の放射の強度を検
   出する第２放射感知素子とを具えることを特徴とする第
   １項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７
   項又は第８項記載の光学式距離測定装置。 １２、前記フィルタが反射フィルタとされると共に、放
   射感知素子が反射フィルタから発する２個の放射ビーム
   の放射光路中に配置され、前記反射フィルタが放射感知
   検出系のビーム分離素子として同時に作用するように構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の
   光学式距離測定装置。 １３、前記放射阻止板の放射窓が光学系の光軸から等し
   い距離で位置し、半透明フィルタが光学系の光軸からの
   距離の関数として単調に変化する透過係数を有すると共
   に、このフィルタが前記光軸に対して回転対称とされて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１１項又は第１
   ２項記載の光学式距離測定装置。 １４、部品を搬送する支持部材の表面と基準面との間の
   距離を決定する装置を具える支持部材上の部品の位置を
   決定する装置において、前記装置が特許請求の範囲第１
   項から第１４項のいずれか１に記載の距離測定装置とさ
   れていることを特徴とする部品の位置決定装置。