JPH0396802A

JPH0396802A - 位置検出方法

Info

Publication number: JPH0396802A
Application number: JP1235360A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Okamura; 哲郎岡村; Yoji Kubota; 洋治久保田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1989-09-11
Filing date: 1989-09-11
Publication date: 1991-04-22
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JP2749900B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、位置検出方法に関する。

［従来の技術］精密機械の組立てや精密加工などに於いては、組立部品
や加工部品等に極めて高精度の位置調整か要求されるこ
とが多い。

このため、可動物体である組立部品や加工部品の位置を
高精度で検出することが行われている。

［発明が解決しようとする課題］本発明も、可動物体の位置検出を高精度で行い得る新規
な位置検出方法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段コ以下、本発明を説明する。

本発明は「直線上もしくは平面上で変位可能な可動物体
の位置を規準位置に対して検出する方法」であって、「
点光源と、結像反射系と、反射部材と、受光位置検出部
材と」を用いる。

点光源としては、例えば半導体レーザーを用いることか
できる。結像反射系は、反射機能と結像機能を持つ光学
系であり、例えば平面鏡と結像レンズの組合せや凹面鏡
である。反射部材としては平面鏡やハーフミラー、ビー
ムスブリッターを用い得る。また受光位置検出部材は、
その受光面に入射する光束の入射位置を検出できるもの
を使用でき、例えばラインセンサーやエリアセンサーあ
るいは半導体位置検出素子を用い得る。

位置検出に当たっては「受光位置検出部材を規準態位に
保持する」とともに、「点光源と反射部材の組」を可動
物体に固定するか、もしくは結像反射系を可動物体に固
定する。

そして、点光源からの発散性の光束を反射部材を介して
結像反射系に入射させるように、且つ上記点光源の反射
部材による虚像と、点光源の結像反射系による実像とが
ともに受光位置検出部材の受光面上に位置するように、
点光源と結像反射系と反射部材と受光位置検出部材との
位置関係を定める。

そして点光源を発光させ、受光位置検出部材による上記
実像の位置検出に基づき可動物体の位置を検出する。

［作　　用コ「点光源の虚像位置」と「結像反射系による実像」は、
ともに受光位置検出部材の受光面上に位置し、可動物体
の位置と実像位置とは対応関係にある。従って受光位置
検出部材の出力に基づき、可動物体の位置を検出できる
。

［実施例］以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図の実施例に於いて、符号１０は可動物体、符号１
２は受光位置検出部材としての半導体位置検出素子（以
下、単に検出素子１２という）、符号１４は点光源とし
ての半導体レーザー、符号１６は反射部材としてのビー
ムスプリッター、符号１８は結像反射系としての凹面鏡
をそれぞれ示している。

可動物体１０は、第１図の左右方向と図面に直交する方
向の２次元平面上で可動である。

一方、検出素子１２は、上記「２次元平面」と平行な平
面を規準面として、この規準面に受光面を合致させて配
備され、しかも配備位置は定位置に定められている。こ
の配備位置に配備されたときの検出素子１２の態位を基
準態位と言う。

検出素子１２の近傍にはビームスプリッター］６が配備
され、ビームスプリッター１６の側方には半導体レーザ
ー１４が配備されている。

この実施例では、検出素子１２とビームスブリッタ−１
６と半導体レーザー１４とは、図に示す相互的な位置関
係を保つように一体化されている。

そして、これら３者は一体として図の位置を占めるとと
もに、この位置から退避することができるようになって
いる。そして図の態位（検出態位という）を占めるとき
は自動的に検出素子１２が基準態位占めるようになって
いる。

半導体レーザー１４の発光部は点光源であり、この点光
源からは発散性の光束が放射される。この光束は、その
一部がビームスブリッタ−１６により反射される。この
とき反射光束は恰もＱ点からの光のように発散しつつ凹
面［１８に入射する。

Ｑ点は、ビームスブリッターｌ６による点光源の虚像の
位置である。この虚像の位置は、半導体レーザー１４と
ビームスブリッタ−１６の位置関係に応じて一義的に定
まる。そして、図に示すように上記虚像の位置Ｑが検出
素子１２の受光面上に位置するように、検出素子１２、
半導体レーザー１４、ビームスブリッター１６の位置関
係が定められている。

また、上述のように、これら３者の位置関係は固定的で
あるから虚像の位置Ｑは定位置である。そこでこの実施
例では、この虚像の位置Ｑを基準位置として演算手段（
図示されず）に予め記憶させて置く。

ビームスブリッタ−１６により反射された光束は発散し
つつ凹面［１８に入射し、反射されると凹面鏡１８の結
像作用によりＰ点に結像する。このＰ点は従って、点光
源の凹面鏡１８による実像の結像位置である。凹面鏡１
８の位置は、このＰ点が検出素子１２の受光面上に位置
するように調整される。

さて、可動物体１０の位置検出に就き説明する。

可動物体１０には、適当な目印（可動物体の端部等でも
良い）が付されている。この目印を図中に符号Ａで示す
。すると「可動物体１０の位置を検出する」とは、目印
Ａの位置が前述した基準位置Ｑに対し第ｌ図の左右方向
に於いてどれほど離れた位置にあるか、換言すれば基準
位置Ｑを可動物体１０上に射影した射影点と目印Ａとの
間の距離がどれほどであるかを検出することに他ならな
い。

位置検出は、以下の如くに行われる。

まず、第１図の状態から検出素子１２、半導体レーザー
１４、ビームスブリッタ−１６を一体として退避させる
。この状態に於いて、顕微鏡を用いて凹面鏡１６の頂部
の位置Ｂを測定する。この顕微鏡はスフェロメーターと
呼ばれる顕微鏡である。凹面鏡の曲率中心から放射され
た光束は曲率中心に集束するので、これを利用してスフ
エロメーターにより凹面鏡の曲率中心を求め、この曲率
中心から顕微鏡の光軸が凹面鏡１８に当たる位置を可動
物体１０上に射影した位置を上記「頂部」の位置Ｂとす
る。この状態から顕微鏡が目印Ａを光軸上にとらえるま
で顕微鏡を第ｌ図左方へ移動させ、この間の顕微鏡の変
位量を顕微鏡のスケールで計測する。

これにより凹面Ｒ１８の頂部の位置Ｂと目印Ａの間の距
離Ｌが知れるので、このＬを前述の演算手段に入力して
置く。

次ぎに、検出素子１２、牛導体レーザーｌ６、ビームス
プリッタ−１６を測定態位（第１図に示された態位）に
復帰させる。これにより検出素子１２は基準態位を占め
る。

半導体レーザー１４を発光させると凹面鏡１８による実
像がＰ点に結像する。このＰ点の位置を検出素子１２に
より検出する。凹面鏡１８による結像倍率は等倍である
から、虚光源の位置Ｑ点と実像の位置Ｐ点とは、凹面鏡
１８の頂部Ｂ点を通る光軸に関して対称の位置にある。

Ｑ点の位置は既に決定されているから、Ｐ点の位置が検
出素子１２により検出されると、ＰＱ点間の距離２δが
分かる。

すると可動物体１０の目印Ａの位置が、基準位置Ｑから
（Ｌ十δ）だけ離れていることが分かる。

かくして可動物体の位置が検出される。

この例では、基準位置は点光源の虚像の位置Ｑ点に設定
したが、基準の位置はこれに限らず、検出素子１２の受
光面上の任意の位置、例えば受光面の中央位置等に設定
できる。

検出素子１２は、第２図に示すようにＸ方向（第２図左
右方向）、Ｙ方向（同図上下方向）の差し渡しが２ｄで
ある正方形の受光面を持ち、光スポットが入射すると、
その入射位置に応じて、４つの出力ＩＸｌｌＩＸ２１Ｉ
ＹｌｌＩＹ２が出力される。これらの出力は増幅器２１
〜２７により増幅されたのち位置演算部３１．３３に入
力される。これら位置演算部はＸ：ｄ（Ｉｘｚ−Ｉｘ＋
）／（Ｉｘｚ＋Ｉｘ＋）Ｙ−ｄ（Ｉｙ２−Ｉｙ＋）／（
．Ｌ２”Ｉｙ＋）なる演算を行って、入射スポットの位
置を与えるＸ，　Ｙ座標を算出する。但し、ＸＹ座標の
原点は受光面の中心部である。

位置演算部の出力は、演算手段３５に送られる。

演算手段３５には既にＱ点の座標と、距離Ｌとが入力さ
れて記憶されているので、これらとＰ点の位置演算の結
果に基づき、目印Ａ点の位置を検出できるのである。

可動物体１０に位置合わせを行う場合であれば、このよ
うにして求められたＡ点の位置が所定の位置を占めるよ
うにするために、可動物体をどの方向にどれほど変位さ
せれば良いかがわかるので、その変位を実行することに
より、容易且つロ菫実に位置合わせを実現できる。

上に説明した実施例の場合、虚光源の位置Ｑ点は、検出
素子１２とビームスブリッター１６と半導体レーザー１
４の位置関係により「設計的」に定まる値を用いた。し
かし実際には、設計的に決定される虚光源位置Ｑと現実
の虚光源位置との間には、誤差によるずれがあるものと
考えられる。こ・のずれは、位置検出精度に対する誤差
になる。

検出素子１２とビームスプリッタ−１６と半導体レーザ
ー１４の位置関係を正確に定めることにより、上記ずれ
を十分に小さくできるが、もし現実の虚光源位置を測定
できれば、「ずれ」の影響を除去できる。

現実の虚光源位置を測定するには、以下のようにすれば
良い。

第３図で、符号４０は位置合わせ用の顕微鏡を示１０している。点光源４１を発光させると、光はハーフ実ラ
ー４３と対物レンズ４５を介して射出し、ビームスプリ
ッタ−１６を介して検出素子１２の受光面に入射し、反
射されるとビームスブリッター１６、対物レンズ４５を
介してハーフミラー４３に入射しハーフくラー４３に反
射されるとスクリーン４７上に入射する。この入射状態
を接眼レンズ４９により観察する。

まず顕微鏡４０全体を対物レンズ４５の光軸方向へ変位
させ、スクリーン４７上に点光源４１の等倍像を結像さ
せる。このとき、像はスクリーン上のターゲットチャー
トの中心部分にある。

続いて、半導体レーザー１４を発光させると、その現実
の虚光源位置Ｑ“の像をスクリーン４７上に観察できる
。この状態で顕微ｆｉ４０を光軸直交方向に変位させて
、点光源４１の像とＱ′点の像とが重なり合うようにす
る。このとき点光源４１からの光は、現実の虚光源位置
Ｑ゛に集光している。

そこで、このときの検出素子１２の出力により現実の虚
光源位置Ｑ′を知ることができる。

検出素子１２は単一の受光面を有する。この場合、１１点光源の実像の位置が受光面に対して若干ずれると、受
光面上のスポットは幾分広がってしまうが、検出素子１
２の出力は、そのような場合、スポット内の強度分布を
重みとする強度分布の重心位置に応じて出力されるので
、実像の位置が正しく測定される。

以下、別実施例を説明する。

結像反射系を凹面鏡とする場合、第４図に示すように凹
面Ｍ１８Ａにガラス等による保護部材１８を設けても良
い。

また、第５図の実施例のように結像反射系を、平面Ｒ１
８１と結像レンズ１８２の組み合わせによって構成して
も良い。但し、この場合は平面鏡１８１と検出素子１２
の受光面とを高精度に平行にする必要がある。また、第
５図に示すように反射部材は平面鏡１６Ａを用いること
ができる。

［発明の効果］以上、本発明によれば新規な位置検出方法を提供できる
。この発明は上記のごとき構戒となっているので可動物
体の位置を容易且つ確実に検出で１２きる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の１実施例を説明するため
の図、第３図ないし第５図は別の実施例を説明するため
の図である。１０．．．可動物体、１２．　．　．受光位置検出部材
としての半導体位置検出素子、１４．　．　．点光源と
しての半導体レーザー、１６．　．　．反射部材として
のビームス１３

Claims

【特許請求の範囲】直線上もしくは平面上で変位可能な可動物体の位置を規
準位置に対して検出する方法であって、点光源と、結像
反射系と、反射部材と、受光位置検出部材とを用い、受光位置検出部材を規準態位に保持するとともに、上記
点光源と反射部材の組を可動物体に固定するか、もしく
は上記結像反射系を可動物体に固定し、点光源からの発散性の光束を反射部材を介して結像反射
系に入射させるように、且つ上記点光源の反射部材によ
る虚像と、点光源の結像反射系による実像とがともに受
光位置検出部材の受光面上に位置するように、上記点光
源と結像反射系と反射部材と受光位置検出部材との位置
関係を定め、上記点光源を発光させ、受光位置検出部材
による上記実像の位置検出に基づき可動物体の位置を検
出することを特徴とする、位置検出方法。