JPH01270608A - 変位測定装置 - 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） この発明は光ビームを用いて物体の変位を測定する変位
測定装置に関する。

〔従来の技術） 第３図は例えば特公昭５Ｂ−１０５６１号公報、特公昭
５９−７６２号公報等に示された従来の光変位測定装置
を示すブロック図である。この変位測定装置は、光ビー
ムを被測定物体に照射し、その反射光又は散乱光を用い
て、被測定物体までの距離、または、該測定物体の変位
を測定するようにしている。

図において、（１）は光源駆動回路、　（２）は光源駆
動回路（１）に接続され、指向性のある光ビームを出す
光源で、レーザダイオード又は発光ダイオード等が用い
られる。　（３）は投光レンズで、光源　（２）からの
光ビームを細い照射光ビーム（４）に、光源　（２）の
像を被測定物体　（５）上に投射して光点を形成する。

この被測定物体　（５）は矢印Ａ、Ｂの方向に変位する
。　（７）は投光レンズ　（３）の光軸と異なる方向か
ら、前記光点からの光　（６）を集光する集光レンズで
、被測定物体　（５）からの光（６）としての反射光又
は散乱光を集光させる。

（８）は−次元の位置検出素子で、集光レンズ　（７）
によって結像される光像を受光面上に受け、図中矢印Ｃ
で示すＸ軸方向における上記光像の位置に対応した光信
号を出力する。　（９）は位置検出素子（８）から出力
される電流信号をそれぞれ電圧信号に変換するＩ−Ｖ変
換器、（１０）は各ｒ−ｖ変換器（９）より出力された
電気信号を増幅する増幅器、（ｌｌ）は２つの増幅器（
１０）の出力の和を演算する加算回路、（１２）は増幅
器（１０）の出力の差を演算する減算回路、（１３）は
減算回路（１２）の出力と、加算回路（１１）の出力と
の比を求めてその結果を出力端子（１４）に出力する除
算器である。また、上記（１）〜（３）、　（７）〜　
（９）により検出ヘッド（１５）を構成し、（１０）〜
（１４）により信号処理回路（１６）を構成している。

次に動作について説明する。第３図において、光源　（
２）から出た光ビームは投光レンズ　（３）で収束され
て細い照射光ビーム（４）となって被測定物体　（５）
に投射される。理想的な鏡面以外の一般の物体表面では
散乱を起こし、種々の角度から明るい光のスポットすな
わち光点が観測できる。照射光ビーム（４）と異なる方
向に反射する光としての反射光　（６）を集光レンズ　
（７）で受け、位置検出素子　（８）上に光点の像を形
成させる。この位置検出素子　（８）は、この素子　（
８）の受光面上の光点の像の位置によって光電流１１．
１．’２の電気信号を出力し、この電気信号は、Ｉ−Ｖ
変換器　（９）によって、光電流１１．１２の大きさに
比例した電圧信号に変換され、増幅器（１０）で増幅さ
れる。増幅器（１０）で増幅された電気信号は、減算回
路（１２）および加算回路（１１）によって（ｉｌ　　
ｉ２）、（ｔ＋　＋ｉ２）に比例した電圧となり、次い
で除算器（１３）により（ｉｔ　　　ｉ２）／　（ｉｔ
　＋ｉ２）の計算が行なわれ、出力端子（１４）に出力
される。

この出力端子（１４）の出力が位置検出素子　（８）の
受光面上の光点の像の位置に比例している。すなわち出
力端子（１４）の出力から、位置検出素子　（８）上の
光点の像の位置を知り得、更に被測定物体　（５）のＡ
、Ｂ方向の変位、又は被測定物体　（５）までの距離を
知ることかできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかして、位置検出素子　（８）上の光点の像はある面
積をもつことになるが、光電流１１．１２の電気信号の
出力によって検出された像の位置は、幾何学的な像の中
心ではなく、照度分布の重心の位置によって決まること
となる。すなわち、光点の像の照度分の重心位置に対応
した光電流１１．１２が、この位置検出素子　（８）か
ら出力されるためである。

一方、被測定物体　（５）への照射光が被測定面上から
散乱される場合、その面の凹凸や反射率のむら等表面性
上の影響により、散乱光強度の角度分布は、被測定面の
位置に依存して変化する。この様子を第４図に一例とし
て示している。光像が位置検出素子　（８）の受光面上
からずれた位置（例えは結像点（８８））に結像すると
、第４図中のＶ部拡大断面図を示す第５図のような散乱
光の放射方向の強度分布（１７）の偏りが、第４図中の
ｖｒ部拡大断面図を示す第６図のように、位置検出素子
　（８）面上への入射光の強度分布（１８）の偏りとな
って現れる。この強度分布（１８）の偏りが、光点の像
の中心と照度分布の幾何学的重心位置との間にずれを起
すため、変位検出の誤差となる。測定面は散乱光の強度
分布の変動によって変化するため、この誤差を較正によ
って取除くことはできない。また例え、集光レンズ　（
７）に無収差のものを用いたとしても被測定面が光軸に
対して平行移動するため、図に示したように、結像点（
８ａ）のずれを防ぐことはできない。

上記の誤差は、第４図に示すように、集光レンズ　（７
）の口径が大きいほど顕著になる。この図では、太い実
線（６ａ）の光線方向の光量のみが特に強い場合を示し
ている。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされ
たもので、測定面の影響を受けにくい変位測定装置を得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る変位測定装置は、光ビームを照射して被
測定物体までの距離または前記被測定物体の変位を測定
する変位測定装置において、指向性のある光ビームを出
す光源と、この光源の像を前記被測定物体上に投射し光
点を形成させる投光レンズと、この投光レンズの光軸と
異なる方向から前記光点からの光を集光する集光レンズ
と、この集光レンズによって結像される光像を受光面上
に受け、Ｘ軸方向におけるこの光像の位置に対応した信
号を出力する位置検出素子とを備え、さらに、前記集光
レンズの光軸には、該Ｘ軸に交叉するｙ軸方向のスリッ
トが形成されたフィルタを設置したものである。

〔作用〕

この発明においては、Ｘ軸方向への入射光の強度分布の
変動があっても、スリットかこのＸ軸方向の変動の影響
を軽減する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１）〜（１６）は、第３図に示すものと
同様である。（２１）は集光レンズ　（７）の光軸上に
設置され、該集光レンズ　（７）のＸ軸に交叉するｙ軸
方向のスリットが形成されたフィルタてあり、集光レン
ズ　（７）の前又は後（この図では後側）に、縦長のス
リットをもつ空間フィルタ（２１）を配置した場合を示
している。

第２図はこの空間フィルタ（２１）の拡大外形図であり
、図示するように位置検出素子　（８）は、横長状であ
って、横方向（即ちＸ軸方向）における、光像のＸ方向
位置に対応した信号を出力する一次元の位置検出器であ
る。これに対して空間フィルタ（２１）には、Ｘ軸と交
叉する縦方向（ｙ軸方向）に縦長のスリット（２２）が
形成されている。またＸ軸とｙ軸とは交叉していればよ
いが、この図に示すようにｙ軸がＸ軸に対して直交した
場合が最も好ましい。

ところで、集光レンズ　（７）面への入射光強度分布の
変動の影響を軽減するには、集光レンズ　（７）の口径
を小さくする必要かある。しかし、集光レンズ　（７）
の口径を小さくする絞りを配置すれば、位置検出素子　
（８）への入射光量が減少し、位置検出素子出力信号の
Ｓ／Ｎ比が劣化する。そこで、集光レンズ　（７）の入
射光の強度分布変動のうち、ｙ軸方向の分布変動があっ
ても位置検出素子　（８）の出力に影響を与えないこと
に着目する。このことから、ｙ軸方向のスリット幅は十
分大きくとり、Ｘ軸方向のスリット幅を小さくしたスリ
ット（２２）を具備する空間フィルタ（２１）を用いれ
ば、集光レンズ　（７）への入射光の強度分布変動によ
る影響を軽減でき、また位置検出素子　（８）への入射
光量の減少を比較的少なくすることかできる。

なお、位置検出素子　（８）の位置検出方向の開口角だ
けを制限するための空間フィルタ（２１）は、被測定物
体　（５）と位置検出素子　（８）との間に配置されて
いればよいが、集光レンズ　（７）の前面又は後面に近
接させるのが最も好ましい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれは空間フィルタを用いて
、集光レンズへの入射光の強度分布変動の影響を軽減し
たので、測定面の影響を受けにくいものが得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すプロ・ンク図、第２
図は同じく空間フィルタの拡大外形図、第３図は従来装
置のブロック図、第４図は集光系の説明図、第５図は第
４図中のＶ部拡大断面図、第６図は第４図中のＶ１部拡
大断面図である。 （２）・・・光源、 （３）・・・投光レンズ、 （５）・・・被測定物体、 （７）・・・集光レンズ、 （８）・・・位置検出素子、 （２１）・・・フィルタ（空間フィルタ）、（２２）・
・・スリット。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ビームを照射して被測定物体までの距離または前記被
   測定物体の変位を測定する変位測定装置において、指向
   性のある光ビームを出す光源と、この光源の像を前記被
   測定物体上に投射し光点を形成させる投光レンズと、こ
   の投光レンズの光軸と異なる方向から前記光点からの光
   を集光する集光レンズと、この集光レンズによって結像
   される光像を受光面上に受け、ｘ軸方向におけるこの光
   像の位置に対応した信号を出力する位置検出素子とを備
   え、さらに、前記集光レンズの光軸には、該ｘ軸に交叉
   するｙ軸方向のスリットが形成されたフィルタを設置し
   たことを特徴とする変位測定装置。