JPH03255909A - 位置測定装置 - 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〕 本発明は光源から被測定物上に投光した光の反射光を位
置検出素子（以下ＰＳＤと称する）上に結像させ、その
光点の位置によって被測定物の位置を測定する位置測定
装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、被測定物の基準点に対する距離や変位を三角測
量法を用いて光学的に測定する位置測定装置は、例えば
第３図に示すように構成されている。すなわち、光源１
が発生する拡散光を投光レンズ２によって細く絞り、こ
の投光ビーム３を被測定物４の被測定面５上に照射する
。投光ビーム３を細く絞るのは測定誤差の要因となる光
源の拡散光を極力抑えるためである。

被測定面５上に照射された光は拡散反射し、この反射光
の一部は受光レンズ６によって集光され、受光部である
ＰＳＤ７上に結像して、その光点の位置により被測定物
４の位置を測定している。すなわち、被測定物４の被測
定面５がＡの位置にあれば、ＰＳＤ７上に結像された光
点はＸの位置にあり、被測定面５がＢの位置にあれば光
点はＹの位置にある。このように、ＰＳ、Ｄ７上の光点
の位置は被測定面５の位置に対応して変化するので、こ
の光点の位置から被測定面５までの距離を測定すること
ができる。

上記の構成によると被測定面５が鏡面の場合は、投光ビ
ーム３の反射光は拡散光とならず、ＰＳＤ７上にはほと
んど反射光が到達せず、測定が不可能となる。このため
従来は第４図に示すように、光源１から発する投光ビー
ム３の光軸と反射ビーム８の光軸とがそれぞれ被測定面
５とのなす角度が等しくθとなるように、予め投光ビー
ム３を傾むけていた。そして投光ビーム３を投光レンズ
２によって細く絞って、鏡面である被測定面５に照射し
、正反射方向にＰＳＤ７を配置して被測定物４の位！測
定を行なっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら第４図に示す従来の位置測定装置によると
、被測定物４の被測定面５の位置がＡからＢへ平行移動
すると、投光ビーム３の反射ビーム８も平行移動して８
ａの位置に至る。このため反射光は受光レンズ６に到達
せず、ＰＳＤ７の受光光量が急激に低下するので、計測
範囲が広くとれないという問題があった。

また第５図に示すように投光レンズ２により投光ビーム
３をコリメートして平行光線とした場合は、反射ビーム
８は受光レンズ６により焦点位置Ｆに集束される。従っ
て被測定面５がＡからＢ、Ｃへ移動しても、集束された
光点はすべて焦点Ｆの位置に一致して移動しないため、
被測定面５の変位を計測できない。ここで焦点Ｆから外
れた位置にＰＳＤ７を配置しても、受光スポットが大き
いためＰＳＤ７の受光面からはみ出す、この結果精度の
よい測定ができない欠点があった。

このため従来は第６図に示すように、投光レンズ２によ
り投光ビーム３を細く絞って被測定面５上に照射するこ
とにより、被測定物４の変位に対応して移動する光源１
の像をＰＳＤ７上に結像させることで、被測定物４の変
位を測定していた。

しかしながら第６図に示す位置検出装置によると、被測
定面５がＡの位置にあるときは光源１の実像はＬａの位
置にあり、被測定面５がＢの位置にあるときは光源１の
実像は被測定面５上のＬｂの位置にあり、被測定面５が
Ｃの位置にあるときは光源１の虚像がＬｃの位置にある
。従がって反射ビーム８が受光レンズ６を通る位置が異
なり、第４図に示した場合と同様に、反射ビーム８によ
る光スポットの位置が大きく変化する。従って計測精度
を保証できる計測範囲が狭くなるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、被測定
物の鏡面で形成された被測定面の位置を広い範囲で高精
度で計測することができる位置測定装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の位置測定装置は、被測定物の鏡面で形成された
被測定面上に光を投光する光源と、被測定面からの反射
光を結像させる受光レンズ、受光レンズにより結像され
た光点の位置を検出する位置検出素子とを具備し、光点
の位置検出素子上の位置によって、光源に対する被測定
物の位置を測定する位置測定装置であって、光源は被測
定面に拡散光が照射されるように光を発生することを特
徴とする。

〔作用〕

上記構成の位置測定装置においては、光源から出射され
る拡散光は、被測定物がいかなる位置に変位しても、鏡
面に写る虚像と受光レンズの中心とを結ぶ線が被測定面
と交わる交点上において、受光レンズの中心に向って正
反射する成分が必ず存在する。しかも被測定物の変位に
よる位置検出素子（Ｐ　Ｓ　Ｄ）の受光光量の変動も少
ないので、光源に対する被測定物の位置をＰＳＤにより
広範囲で高精度に計測できる。

〔実施例〕

以下、本発明の位置測定装置の一実施例を図面を参照し
て説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す。なお、第４図に示す
従来の場合と対応する部分には同一符号を付けてあり、
その説明は適宜省略する。

位置測定装！１１はＬＥＤや白熱電球などの拡散光源１
２、受光レンズ６及びＰＳＤ７とから構成されており、
拡散光源１２から発する拡散光の一部が被測定物４の被
測定面５によって正反射し、受光レンズ６を通ってＰＳ
Ｄ７上に結像するようになっている。

次に本実施例の作用を説明する。被測定物４の鏡面で形
成された被測定面５がＡの位置にあるときに、Ｌの位置
にある拡散光源１２からの距離をｄａとする。このとき
被測定面５に対し光源１２と反対の方向に同じ距離ｄａ
の位置に光源１２の虚像Ｉａが形成される。この虚像Ｉ
ａと受光レンズ６の中心Ｏとを結ぶ直線が、被測定面５
及びＰＳＤ７の測定面と交わる点をそれぞれＰａ及び又
とし、光源１２から被測定面５に下ろした垂線の被測定
面５との交点をＱａとする。

また被測定面５がＢの位置にあるときの光源１２から被
測定面５までの距離をｄｂとし、上記各点Ｉａ、Ｐａ、
Ｘ及びＱａに対応する点をそれぞれＩｂ、Ｐｂ、Ｙ及び
Ｑｂとする０点し、Ｉａ、Ｐａを結ぶ直線で形成される
三角形は、被測定面５によって合同な２つの三角形に分
割される。従って。

１ＬＰａＱａ＝ｌＩ　ａＰａＱａ となる。

同様に、 ｌ　Ｘ　Ｐ　ａ　Ａ　＝　ｌ　Ｉ　　ａ　Ｐ　ａ　Ｑ　
ａとなる。

ここでＡとは被測定面上の点Ｑａから点Ｐａに向う延長
線上の任意の点とする。

従って拡散光源１２から点Ｐａに向う投光ビーム３ａは
１点Ｐａで正反射して点Ｘに入射する。

同様に拡散光源１２から点ｐｂに向う投光ビーム３ｂは
点ｐｂで正反射して点Ｙに入射する。

従ってＰＳＤ７上で点Ｘ、Ｙの位置を測定することによ
り、被測定物４の移動した位置を測定することができる
。

本実施例によれば、被測定物４がいかなる位置に変位し
ても、拡散光源１２から射出し、被測定面５で正反射し
た光が受光レンズ６の中心を通ってＰＳＤ７に到達する
ので、精度よく被測定物４の位置を測定することができ
る。

また、光源としてレンズ系を具備しない拡散光源１２を
そのまま使用できるため、光学系を簡素化することがで
き光源の選択幅も広くすることができる。

第２図に本発明の他の実施例を示す、なお第１図に示す
実施例の場合と対応する部分には同一符号を付してあり
、その説明は適宜省略する。

本実施例は、拡散光源１２と被測定面５との間に投光レ
ンズ２１を設けたものであり、他の部分の構成は上記実
施例と同様である。

本実施例によれば、拡散光源１２の被測定面５側から見
た投光レンズ２１による虚像Ｌａが、被測定面５から光
源１２より遠ざかるので、拡散光源１２は被測定面５の
狭い所定の範囲のみ拡散照明する。従って計測範囲外に
拡散する光を計測範囲内に集めることができ、計測精度
が向上する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の位置測定装置によれば、
光源として拡散光源を用いたので、被測定物の位置を広
い範囲で高精度に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置測定装置の一実施例の構成及び作
用を説明する線図、第２図は同じく他の実施例を説明す
る線図、第３図乃至第６図はそれぞれ従来の位置測定装
置の構成及び作用を説明する線図である。 １・・・光源、４・・・被測定物、５・・・被測定面、
６・・・受光レンズ、７・・・位置検出素子（ＰＳＤ）
、１２・・・拡散光源、２１・・・投光レンズ（レンズ
系）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物の鏡面で形成された被測定面上に光を投光する
   光源と、前記被測定面からの反射光を結像させる受光レ
   ンズと、前記受光レンズにより結像された光点の位置を
   検出する位置検出素子とを具備し、前記光点の前記位置
   検出素子上の位置によって、前記光源に対する前記被測
   定物の位置を測定する位置測定装置であって、前記光源
   は前記被測定面に拡散光が照射されるように光を発生す
   ることを特徴とする位置測定装置。