JPH0449048B2 - - Google Patents
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- JPH0449048B2 JPH0449048B2 JP3266987A JP3266987A JPH0449048B2 JP H0449048 B2 JPH0449048 B2 JP H0449048B2 JP 3266987 A JP3266987 A JP 3266987A JP 3266987 A JP3266987 A JP 3266987A JP H0449048 B2 JPH0449048 B2 JP H0449048B2
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【産業上の利用分野】
本発明は、光電式位置検出装置に係り、特に、
遠隔物体の厚さや変位等を三角測量方式により非
接触で測定する際に用いるのに好適な、測定対象
物に光ビームを照射する照明系と、測定対象物か
らの前記光ビームの反射光を集めて結像する対物
レンズと、結像された像の光量分布に対応した検
出信号を生成するための、一次元受光面を有する
光電センサと、該検出信号から前記一次元受光面
上の光量分布の重心位置に対応した重心信号を生
成する処理回路とを含み、該重心信号の変化から
測定対象物の位置又は変位を求める光電式位置検
出装置の改良に関する。
遠隔物体の厚さや変位等を三角測量方式により非
接触で測定する際に用いるのに好適な、測定対象
物に光ビームを照射する照明系と、測定対象物か
らの前記光ビームの反射光を集めて結像する対物
レンズと、結像された像の光量分布に対応した検
出信号を生成するための、一次元受光面を有する
光電センサと、該検出信号から前記一次元受光面
上の光量分布の重心位置に対応した重心信号を生
成する処理回路とを含み、該重心信号の変化から
測定対象物の位置又は変位を求める光電式位置検
出装置の改良に関する。
産業界における生産の自動化、ロボツト導入等
に伴い、計測のインプロセス化、高速度化、高精
度化が急速に要請されており、赤熱した鉄板の圧
延工程における厚さのインプロセス測定のよう
に、遠隔物体の厚さや変位等を非接触で測定でき
る位置検出装置の必要性も大となつている。 このような非接触の位置検出装置の有力な例と
して、第７図に示す如く、測定対象物１０にレー
ザビーム１４等の光ビームを照射して、三角測量
方式で位置や変位を検出する光電式位置検出装置
が知られている。 第７図の位置検出装置は、測定対象物１０にレ
ーザビーム１４を照射する照明系１２と、測定対
象物１０からのレーザビームの反射光を集めて結
像面上に結像する対物レンズ１６と、結像された
像の光量分布に対応した検出信号ｂ，ｃを生成す
るための、一次元受光面を有する光電センサとし
ての半導体位置検出器（PSD）１８と、前記検
出信号ｂ，ｃから前記一次元受光面上の光量分布
の重心位置O′又はA′に対応した重心信号ｄを生
成する処理回路２０とを含んで構成されている。 ここで測定対象物１０をＸ方向に相対変位させ
ると、レーザビーム１４の照射点は点Ｏから点Ａ
に変化し、それに伴つて対物レンズ１６による結
像位置の重心も点O′から点A′に移動して、重心
信号ｄが対応して変化する。 従つて、測定対象物１０をＸ方向に相対変位さ
せながら重心信号ｄを記録することにより、測定
対象物１０の形状測定が可能である。又、Ｘ方向
への相対変位がない場合でも、測定対象物１０が
Ｚ方向に変位する場合には、その変位量又はＺ方
向の位置を、同様にして重心信号ｄから求めるこ
とができる。
に伴い、計測のインプロセス化、高速度化、高精
度化が急速に要請されており、赤熱した鉄板の圧
延工程における厚さのインプロセス測定のよう
に、遠隔物体の厚さや変位等を非接触で測定でき
る位置検出装置の必要性も大となつている。 このような非接触の位置検出装置の有力な例と
して、第７図に示す如く、測定対象物１０にレー
ザビーム１４等の光ビームを照射して、三角測量
方式で位置や変位を検出する光電式位置検出装置
が知られている。 第７図の位置検出装置は、測定対象物１０にレ
ーザビーム１４を照射する照明系１２と、測定対
象物１０からのレーザビームの反射光を集めて結
像面上に結像する対物レンズ１６と、結像された
像の光量分布に対応した検出信号ｂ，ｃを生成す
るための、一次元受光面を有する光電センサとし
ての半導体位置検出器（PSD）１８と、前記検
出信号ｂ，ｃから前記一次元受光面上の光量分布
の重心位置O′又はA′に対応した重心信号ｄを生
成する処理回路２０とを含んで構成されている。 ここで測定対象物１０をＸ方向に相対変位させ
ると、レーザビーム１４の照射点は点Ｏから点Ａ
に変化し、それに伴つて対物レンズ１６による結
像位置の重心も点O′から点A′に移動して、重心
信号ｄが対応して変化する。 従つて、測定対象物１０をＸ方向に相対変位さ
せながら重心信号ｄを記録することにより、測定
対象物１０の形状測定が可能である。又、Ｘ方向
への相対変位がない場合でも、測定対象物１０が
Ｚ方向に変位する場合には、その変位量又はＺ方
向の位置を、同様にして重心信号ｄから求めるこ
とができる。
しかしながら、このような光電式位置検出装置
においては、測定対象物１０の測定面の表面粗さ
等の表面性状によつて、重心信号ｄに一種のノイ
ズ信号が重畳されて、検出精度が悪化するという
問題点があつた。 即ち、第８図に示す如く、測定対象物１０の測
定面１０Ｓは、微視的には不規則な凹凸が形成さ
れており、結像面上の光量分布もそれに応じて不
規則な分布となつている。従つて、測定対象物１
０をＸ方向に移動させると、測定対象物１０のＺ
方向への変位が平均として無視できるような場合
でも、光量分布はｍ又はｎの如く変化して、重心
信号ｄには一種のノイズ信号が混入するため、不
要な変位信号が出力され測定精度が悪化してしま
う。 これを解決するため、レーザビーム１４の径φ
を大きくすることも考えられるがＸ方向の分解能
が低下したり、結像面上での像に歪みが生ずる等
の問題点がある。
においては、測定対象物１０の測定面の表面粗さ
等の表面性状によつて、重心信号ｄに一種のノイ
ズ信号が重畳されて、検出精度が悪化するという
問題点があつた。 即ち、第８図に示す如く、測定対象物１０の測
定面１０Ｓは、微視的には不規則な凹凸が形成さ
れており、結像面上の光量分布もそれに応じて不
規則な分布となつている。従つて、測定対象物１
０をＸ方向に移動させると、測定対象物１０のＺ
方向への変位が平均として無視できるような場合
でも、光量分布はｍ又はｎの如く変化して、重心
信号ｄには一種のノイズ信号が混入するため、不
要な変位信号が出力され測定精度が悪化してしま
う。 これを解決するため、レーザビーム１４の径φ
を大きくすることも考えられるがＸ方向の分解能
が低下したり、結像面上での像に歪みが生ずる等
の問題点がある。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、測定対象物の測定面の表面粗さ等
による影響を受け難く、且つ、振動ミラーの加振
が容易な光電式位置検出装置を提供することを目
的とする。
されたもので、測定対象物の測定面の表面粗さ等
による影響を受け難く、且つ、振動ミラーの加振
が容易な光電式位置検出装置を提供することを目
的とする。
本発明は、測定対象物に光ビームを照射する照
明系と、測定対象物からの前記光ビームの反射光
を集めて結像する対物レンズと、結像された像の
光量分布に対応した検出信号を生成するための、
一次元受光面を有する光電センサと、該検出信号
から前記一次元受光面上の光量分布の重心位置に
対応した重心信号を生成する処理回路とを含み、
該重心信号の変化から測定対象物の位置又は変位
を求める光電式位置検出装置において、前記照明
系に、前記光ビームの方向を変える振動ミラー
と、正弦波状の駆動信号により該信号ミラーを往
復回動する加振器とを備えて、前記光ビームを測
定対象物上で微少振動させるとともに、前記処理
回路に、前記加振器の往復回動に同期して振動ミ
ラーが中立領域にある時のみ前記重心信号を積分
する積分回路を設け、該積分回路の積分信号に基
づいて測定対象物の位置又は変位の信号を生成す
ることにより、前記目的を達成したものである。
明系と、測定対象物からの前記光ビームの反射光
を集めて結像する対物レンズと、結像された像の
光量分布に対応した検出信号を生成するための、
一次元受光面を有する光電センサと、該検出信号
から前記一次元受光面上の光量分布の重心位置に
対応した重心信号を生成する処理回路とを含み、
該重心信号の変化から測定対象物の位置又は変位
を求める光電式位置検出装置において、前記照明
系に、前記光ビームの方向を変える振動ミラー
と、正弦波状の駆動信号により該信号ミラーを往
復回動する加振器とを備えて、前記光ビームを測
定対象物上で微少振動させるとともに、前記処理
回路に、前記加振器の往復回動に同期して振動ミ
ラーが中立領域にある時のみ前記重心信号を積分
する積分回路を設け、該積分回路の積分信号に基
づいて測定対象物の位置又は変位の信号を生成す
ることにより、前記目的を達成したものである。
本発明は、前記のような三角測量方式の光電式
位置検出装置において、照明系に、光ビームの方
向を変える振動ミラーと該振動ミラーを往復回動
する加振器を備え、前記光ビームを測定対象物上
で微少振動させるようにしているので、測定対象
物の測定面の粗さの影響を減少させることができ
る。又、処理回路に、前記加振器の往復回動に同
期して加振器が中立位置にある時のみ前記重心信
号を積分する積分回路を設け、該積分回路の積分
信号をもつて測定対象物の位置又は変位の信号と
しているので、振動ミラーの往復回動が不安定な
領域の重心信号が除かれ、高精度で位置又は変位
の検出が可能となる。更に、前記振動ミラーを、
正弦波状の駆動信号により往復回動するようにし
ているので、駆動信号を容易且つ安価に生成で
き、振動ミラーの加振が容易となる。
位置検出装置において、照明系に、光ビームの方
向を変える振動ミラーと該振動ミラーを往復回動
する加振器を備え、前記光ビームを測定対象物上
で微少振動させるようにしているので、測定対象
物の測定面の粗さの影響を減少させることができ
る。又、処理回路に、前記加振器の往復回動に同
期して加振器が中立位置にある時のみ前記重心信
号を積分する積分回路を設け、該積分回路の積分
信号をもつて測定対象物の位置又は変位の信号と
しているので、振動ミラーの往復回動が不安定な
領域の重心信号が除かれ、高精度で位置又は変位
の検出が可能となる。更に、前記振動ミラーを、
正弦波状の駆動信号により往復回動するようにし
ているので、駆動信号を容易且つ安価に生成で
き、振動ミラーの加振が容易となる。
以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、第１図に示す如く、測定対象物１
０に光ビームとしてのレーザビーム１４を照射す
るための、レーザダイオード３２、コリメータレ
ンズ３４、振動ミラー３６、加振器３８及び照明
レンズ４０からなる照明系３０と、測定対象物１
０からの前記レーザビーム１４の反射光を集めて
結像する、従来と同様の対物レンズ１６と、結像
された像の光量分布に対応した検出信号ｂ，ｃを
生成する、従来と同様の光電センサとしての
PSD１８と、該検出信号ｂ，ｃから前記光量分
布の重心位置に対応した重心信号ｄを生成する処
理回路４２とを含んで構成されている。図におい
て、４４はフレームである。 前記照明系３０において、レーザダイオード３
２はコリメータレンズ３４の焦点近傍に設けら
れ、振動ミラー３６は、照明レンズ４０の焦点近
傍に配設されている。従つて、加振器３８によつ
て振動ミラー３６がθ方向に振動（往復回動）す
ると、レーザビーム１４は、測定対象物１０の表
面に対して平行なｘ方向に微少振動する。 この場合、レーザビーム１４は、照明レンズ４
０の振動ミラー３６とは反対側の焦点近傍で集光
することになるが、照明レンズ４０に入射するレ
ーザビーム１４の径はそれほど大きくないため、
その焦点を含む前後の広い区間がＺ方向の測定範
囲となる。 前記加振器３８としては、例えば第２図に示す
如く、磁性体フレーム３８Ａと、永久磁石３８Ｂ
と、コイル３８Ｃと、鉄片を含む回動軸３８Ｄと
を含んで構成され、該回動軸３８Ｄに振動ミラー
３６が固定された、ガルバノメータ方式の加振器
を用いることができる。このガルバノメータ方式
の加振器においては、コイル３８Ｃに加振信号ａ
として正弦波状の交流電流を流すと、回動軸３８
Ｄがθ方向に往復回動する。 又、前記加振器３８として、第３図に示す如
く、コイル３８Ｅと鉄製のＵ字型振動板３８Ｆと
を含んで構成され、該Ｕ字型振動板３８Ｆに振動
ミラー３６が固定された、固有振動方式の加振器
を用いることもできる。この固有振動方式の加振
器においても、コイル３８Ｅに加振信号ａとして
正弦波状の交流電流を流すと、Ｕ字型振動板３８
Ｆがその固有振動数で振動するので、振動ミラー
３６がθ方向に往復回動する。 第２図及び第３図に示した加振器は、いずれも
公知の構成であるが、加振器３８はこの他の構成
でもよく、要はθ方向に往復回動できるものであ
ればよい。 前記処理回路４２は、第４図に詳細に示す如
く、前記PSD１８から出力される検出信号ｂ，
ｃを電圧に変換する電流電圧変換器４２Ａと、該
電流電圧変換器４２Ａの出力の差及び和をそれぞ
れ演算する減算器４２Ｂ及び加算器４２Ｃと、こ
れらの出力から光量分布の重心位置に対応する重
心信号ｄを生成する除算器４２Ｄとを含んでい
る。該重心信号ｄは、係数ｋを用いて次式で表わ
され、光量が全体として小さくなつても正確な重
心位置に対応するようにされている。 ｄ＝ｋ（ｂ−ｃ）／（ｂ＋ｃ） ……(1) この重心信号ｄは、アナログスイツチ４２Ｅが
オフの間に積分回路４２Ｆで積分されて積分信号
ｅとなり、この積分信号ｅは、アナログスイツチ
４２Ｇがオフとなると、サンプル／ホールド
（Ｓ／Ｈ）回路４２Ｈに保持される。Ｓ／Ｈ回路
４２Ｈに保持された信号は、アナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器４２Ｉを介してマイクロプロセ
ツサ（CPU）４２Ｊに取込まれ、平均化等の処
理が施された後、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）
変換器４２Ｋを介して変位信号ｆとして外部に出
力される。 前記アナログスイツチ４２Ｅ，４２Ｇのオンオ
フの制御回路は、発振器４２Ｌ、ウインドウコン
パレータ４２Ｍ及び反転器４２Ｎから構成されて
いる。前記発振器４２Ｌからは加振器３８に対す
る加振信号ａのために正弦波状の交流信号が発生
され、その一部は、参照信号がVref+，Vref-の
ウインドウコンパレータ４２Ｍに入力される。こ
のウインドウコンパレータ４２Ｍでは、加振信号
ａが参照信号Vref+及びVref-の中間レベルにあ
るときは高レベルで、他の場合は低レベルである
信号ｈが出力される。 以下、実施例の作用を説明する。 第５図は、本実施例で得られる重心信号ｄを示
したものであり、まず第１図の状態では、重心信
号ｄがレーザビーム１４の振動に対応して、第５
図の区間T1のように平均値d1で正弦波状に変化
するが、表面粗さ等の影響によるノイズが重なつ
ている。次いで測定対象物１０がＸ方向に変位し
て段差を越えると、第５図に示した区間T2のよ
うに重心信号ｄがT1からΔd変化した平均値d2で
正弦波状の振動を繰返す。従つて、平均値d1等を
求めればよいわけであるが、単純なローパスフイ
ルタを用いたのでは誤差が生じる恐れがある。 即ち、第６図Ｃに示した重心信号ｄの拡大図か
ら明らかなように、重心信号ｄは凸部（領域Ｑ）
と凹部（領域Ｒ）では、ノイズ成分を除いた信号
が理想的な正弦波（破線）から外れていることが
実験により判明した。即ち、領域Ｑ，Ｒは、第１
図の振動ミラー３６が往復回動の中立点から最も
大きく変位している領域を含むことになり、加振
信号ａは、第６図Ａで示したように、これらの領
域Ｑ，Ｒで最大又は最小となつている。 従つて、振動ミラー３６が振動の折返し点近傍
では動作が不安定となるため、重心信号ｄも不安
定になるものと考えられる。 そこで本発明では、実施例のように参照信号
Vref+，Vref-を有するウインドウコンパレータ
４２Ｍを用いている。このウインドウコンパレー
タ４２Ｍの出力ｈは、第６図Ｂに示す如くとな
り、出力ｈが高レベルのときだけ重心信号ｄを積
分することによつて、重心信号ｄが正弦波で近似
できる中立領域にあるときの信号のみを抽出する
ようにしている。又、この部分は、正弦波が直線
でも近似できる領域であり、実質的には重心信号
ｄが直接近似できる部分のみを抽出して積分して
いると考えることもできる。 具体的には、積分するのは第６図Ｃの領域P1，
P2であり、加振器３８から見れば第６図Ａに示
した如く、加振器３８が中立領域Ｐにある範囲で
のみ重心信号ｄが積分されることになる。なお積
分信号ｅは、第６図Ｄのように、最大値がe2→e1
→e2……と変化するが、この値はＳ／Ｈ回路４２
Ｈを介してCPU４２Ｊに取込まれる。 CPU４２Ｊの演算としては、最大値e2，e1の平
均を取る。予め記憶してある係数を乗ずる等が考
えられる。これらの値は、いずれにしても表面粗
さ等の影響が平均化され除去されており、第５図
の平均値d1又はz1に対応するもので、変位信号ｆ
として外部に出力される。ここで、第６図Ｃの重
心信号ｄの理想的正弦波からの偏差は常に一定し
たものではなく、時に変化する場合があるため、
領域P1，P2を抽出して処理しない従来の装置で
は、平時は一定誤差で補正も可能であるが、時と
して大きな誤差が生じてしまう恐れがあつた。 本実施例においては、加振信号ａが直ちに積分
のタイミングを定める信号ｈを生成していたの
で、信号ｈが比較的容易に得られる。なお、積分
のタイミングを定める信号を生成する方法はこれ
に限定されず、例えば加振器３８の動きをフイー
ドバツクして得られた信号を加振信号ａの代わり
にウインドウコンパレータ４２Ｍに入力すること
によつて、より高精度なタイミングを得ることも
可能である。これは、特に加振器が固有振動方式
の場合に有効である。 又、本実施例においては、照明系３０に照明レ
ンズ４０が付加されていたので、レーザビーム１
４を測定対象物１０上で平行に振動させることが
でき、高精度の測定を行うことができる。なお照
明レンズ４０を省略することも可能である。この
場合には、レーザビームが扇型に振動されること
になるが、振動量が少なければ誤差は無視できる
程度になる。 なお、前記実施例のおいては、光電センサとし
てPSD１８が用いられていたが、光電センナの
種類はこれに限定されず、２分割のフオトダイオ
ードなども使用可能である。
説明する。 本実施例は、第１図に示す如く、測定対象物１
０に光ビームとしてのレーザビーム１４を照射す
るための、レーザダイオード３２、コリメータレ
ンズ３４、振動ミラー３６、加振器３８及び照明
レンズ４０からなる照明系３０と、測定対象物１
０からの前記レーザビーム１４の反射光を集めて
結像する、従来と同様の対物レンズ１６と、結像
された像の光量分布に対応した検出信号ｂ，ｃを
生成する、従来と同様の光電センサとしての
PSD１８と、該検出信号ｂ，ｃから前記光量分
布の重心位置に対応した重心信号ｄを生成する処
理回路４２とを含んで構成されている。図におい
て、４４はフレームである。 前記照明系３０において、レーザダイオード３
２はコリメータレンズ３４の焦点近傍に設けら
れ、振動ミラー３６は、照明レンズ４０の焦点近
傍に配設されている。従つて、加振器３８によつ
て振動ミラー３６がθ方向に振動（往復回動）す
ると、レーザビーム１４は、測定対象物１０の表
面に対して平行なｘ方向に微少振動する。 この場合、レーザビーム１４は、照明レンズ４
０の振動ミラー３６とは反対側の焦点近傍で集光
することになるが、照明レンズ４０に入射するレ
ーザビーム１４の径はそれほど大きくないため、
その焦点を含む前後の広い区間がＺ方向の測定範
囲となる。 前記加振器３８としては、例えば第２図に示す
如く、磁性体フレーム３８Ａと、永久磁石３８Ｂ
と、コイル３８Ｃと、鉄片を含む回動軸３８Ｄと
を含んで構成され、該回動軸３８Ｄに振動ミラー
３６が固定された、ガルバノメータ方式の加振器
を用いることができる。このガルバノメータ方式
の加振器においては、コイル３８Ｃに加振信号ａ
として正弦波状の交流電流を流すと、回動軸３８
Ｄがθ方向に往復回動する。 又、前記加振器３８として、第３図に示す如
く、コイル３８Ｅと鉄製のＵ字型振動板３８Ｆと
を含んで構成され、該Ｕ字型振動板３８Ｆに振動
ミラー３６が固定された、固有振動方式の加振器
を用いることもできる。この固有振動方式の加振
器においても、コイル３８Ｅに加振信号ａとして
正弦波状の交流電流を流すと、Ｕ字型振動板３８
Ｆがその固有振動数で振動するので、振動ミラー
３６がθ方向に往復回動する。 第２図及び第３図に示した加振器は、いずれも
公知の構成であるが、加振器３８はこの他の構成
でもよく、要はθ方向に往復回動できるものであ
ればよい。 前記処理回路４２は、第４図に詳細に示す如
く、前記PSD１８から出力される検出信号ｂ，
ｃを電圧に変換する電流電圧変換器４２Ａと、該
電流電圧変換器４２Ａの出力の差及び和をそれぞ
れ演算する減算器４２Ｂ及び加算器４２Ｃと、こ
れらの出力から光量分布の重心位置に対応する重
心信号ｄを生成する除算器４２Ｄとを含んでい
る。該重心信号ｄは、係数ｋを用いて次式で表わ
され、光量が全体として小さくなつても正確な重
心位置に対応するようにされている。 ｄ＝ｋ（ｂ−ｃ）／（ｂ＋ｃ） ……(1) この重心信号ｄは、アナログスイツチ４２Ｅが
オフの間に積分回路４２Ｆで積分されて積分信号
ｅとなり、この積分信号ｅは、アナログスイツチ
４２Ｇがオフとなると、サンプル／ホールド
（Ｓ／Ｈ）回路４２Ｈに保持される。Ｓ／Ｈ回路
４２Ｈに保持された信号は、アナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器４２Ｉを介してマイクロプロセ
ツサ（CPU）４２Ｊに取込まれ、平均化等の処
理が施された後、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）
変換器４２Ｋを介して変位信号ｆとして外部に出
力される。 前記アナログスイツチ４２Ｅ，４２Ｇのオンオ
フの制御回路は、発振器４２Ｌ、ウインドウコン
パレータ４２Ｍ及び反転器４２Ｎから構成されて
いる。前記発振器４２Ｌからは加振器３８に対す
る加振信号ａのために正弦波状の交流信号が発生
され、その一部は、参照信号がVref+，Vref-の
ウインドウコンパレータ４２Ｍに入力される。こ
のウインドウコンパレータ４２Ｍでは、加振信号
ａが参照信号Vref+及びVref-の中間レベルにあ
るときは高レベルで、他の場合は低レベルである
信号ｈが出力される。 以下、実施例の作用を説明する。 第５図は、本実施例で得られる重心信号ｄを示
したものであり、まず第１図の状態では、重心信
号ｄがレーザビーム１４の振動に対応して、第５
図の区間T1のように平均値d1で正弦波状に変化
するが、表面粗さ等の影響によるノイズが重なつ
ている。次いで測定対象物１０がＸ方向に変位し
て段差を越えると、第５図に示した区間T2のよ
うに重心信号ｄがT1からΔd変化した平均値d2で
正弦波状の振動を繰返す。従つて、平均値d1等を
求めればよいわけであるが、単純なローパスフイ
ルタを用いたのでは誤差が生じる恐れがある。 即ち、第６図Ｃに示した重心信号ｄの拡大図か
ら明らかなように、重心信号ｄは凸部（領域Ｑ）
と凹部（領域Ｒ）では、ノイズ成分を除いた信号
が理想的な正弦波（破線）から外れていることが
実験により判明した。即ち、領域Ｑ，Ｒは、第１
図の振動ミラー３６が往復回動の中立点から最も
大きく変位している領域を含むことになり、加振
信号ａは、第６図Ａで示したように、これらの領
域Ｑ，Ｒで最大又は最小となつている。 従つて、振動ミラー３６が振動の折返し点近傍
では動作が不安定となるため、重心信号ｄも不安
定になるものと考えられる。 そこで本発明では、実施例のように参照信号
Vref+，Vref-を有するウインドウコンパレータ
４２Ｍを用いている。このウインドウコンパレー
タ４２Ｍの出力ｈは、第６図Ｂに示す如くとな
り、出力ｈが高レベルのときだけ重心信号ｄを積
分することによつて、重心信号ｄが正弦波で近似
できる中立領域にあるときの信号のみを抽出する
ようにしている。又、この部分は、正弦波が直線
でも近似できる領域であり、実質的には重心信号
ｄが直接近似できる部分のみを抽出して積分して
いると考えることもできる。 具体的には、積分するのは第６図Ｃの領域P1，
P2であり、加振器３８から見れば第６図Ａに示
した如く、加振器３８が中立領域Ｐにある範囲で
のみ重心信号ｄが積分されることになる。なお積
分信号ｅは、第６図Ｄのように、最大値がe2→e1
→e2……と変化するが、この値はＳ／Ｈ回路４２
Ｈを介してCPU４２Ｊに取込まれる。 CPU４２Ｊの演算としては、最大値e2，e1の平
均を取る。予め記憶してある係数を乗ずる等が考
えられる。これらの値は、いずれにしても表面粗
さ等の影響が平均化され除去されており、第５図
の平均値d1又はz1に対応するもので、変位信号ｆ
として外部に出力される。ここで、第６図Ｃの重
心信号ｄの理想的正弦波からの偏差は常に一定し
たものではなく、時に変化する場合があるため、
領域P1，P2を抽出して処理しない従来の装置で
は、平時は一定誤差で補正も可能であるが、時と
して大きな誤差が生じてしまう恐れがあつた。 本実施例においては、加振信号ａが直ちに積分
のタイミングを定める信号ｈを生成していたの
で、信号ｈが比較的容易に得られる。なお、積分
のタイミングを定める信号を生成する方法はこれ
に限定されず、例えば加振器３８の動きをフイー
ドバツクして得られた信号を加振信号ａの代わり
にウインドウコンパレータ４２Ｍに入力すること
によつて、より高精度なタイミングを得ることも
可能である。これは、特に加振器が固有振動方式
の場合に有効である。 又、本実施例においては、照明系３０に照明レ
ンズ４０が付加されていたので、レーザビーム１
４を測定対象物１０上で平行に振動させることが
でき、高精度の測定を行うことができる。なお照
明レンズ４０を省略することも可能である。この
場合には、レーザビームが扇型に振動されること
になるが、振動量が少なければ誤差は無視できる
程度になる。 なお、前記実施例のおいては、光電センサとし
てPSD１８が用いられていたが、光電センナの
種類はこれに限定されず、２分割のフオトダイオ
ードなども使用可能である。
以上説明した通り、本発明によれば、測定対象
物の測定面の表面粗さ等による影響を受け難く、
且つ、高精度の測定を行うことが可能となる。更
に、振動ミラーの加振が容易である等の優れた効
果を有する。
物の測定面の表面粗さ等による影響を受け難く、
且つ、高精度の測定を行うことが可能となる。更
に、振動ミラーの加振が容易である等の優れた効
果を有する。
第１図は、本発明に係る光電式位置検出装置の
実施例の全体構成を示す断面図、第２図は、前記
実施例で用いられている加振器の一例の構成を示
す断面図、第３図は、同じく加振器の他の例の構
成を示す正面図、第４図は、前記実施例で用いら
れている処理回路の構成を示すブロツク線図、第
５図は、前記実施例における重心信号ｄの変化状
態の例を示す線図、第６図は、前記実施例におけ
る各部信号波形の例を示す線図、第７図は、従来
の光電式位置検出装置の一例の構成を示す断面
図、第８図は、前記従来技術の表面粗さなどによ
る問題点を説明するための拡大断面図である。 １０……測定対象物、１４……レーザビーム、
１６……対物レンズ、１８……PSD（光電セン
サ）、ｂ，ｃ……検出信号、O′，A′……重心位
置、３０……照明系、３２……レーザダイオー
ド、３６……振動ミラー、３８……加振器、ａ…
…加振信号、４０……照明レンズ、４２……処理
回路、ｄ……重心信号、４２Ｅ，４２Ｇ……アナ
ログスイツチ、４２Ｆ……積分回路、ｅ……積分
信号、ｆ……変位信号、４２Ｌ……発振器、４２
Ｍ……ウインドウコンパレータ、４２Ｎ……反転
器、P1，P2……積分領域、ｐ……中立領域。
実施例の全体構成を示す断面図、第２図は、前記
実施例で用いられている加振器の一例の構成を示
す断面図、第３図は、同じく加振器の他の例の構
成を示す正面図、第４図は、前記実施例で用いら
れている処理回路の構成を示すブロツク線図、第
５図は、前記実施例における重心信号ｄの変化状
態の例を示す線図、第６図は、前記実施例におけ
る各部信号波形の例を示す線図、第７図は、従来
の光電式位置検出装置の一例の構成を示す断面
図、第８図は、前記従来技術の表面粗さなどによ
る問題点を説明するための拡大断面図である。 １０……測定対象物、１４……レーザビーム、
１６……対物レンズ、１８……PSD（光電セン
サ）、ｂ，ｃ……検出信号、O′，A′……重心位
置、３０……照明系、３２……レーザダイオー
ド、３６……振動ミラー、３８……加振器、ａ…
…加振信号、４０……照明レンズ、４２……処理
回路、ｄ……重心信号、４２Ｅ，４２Ｇ……アナ
ログスイツチ、４２Ｆ……積分回路、ｅ……積分
信号、ｆ……変位信号、４２Ｌ……発振器、４２
Ｍ……ウインドウコンパレータ、４２Ｎ……反転
器、P1，P2……積分領域、ｐ……中立領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 測定対象物に光ビームを照射する照明系と、
測定対象物からの前記光ビームの反射光を集めて
結像する対物レンズと、結像された像の光量分布
に対応した検出信号を生成するための、一次元受
光面を有する光電センサと、該検出信号から前記
一次元受光面上の光量分布の重心位置に対応した
重心信号を生成する処理回路とを含み、該重心信
号の変化から測定対象物の位置又は変位を求める
光電式位置検出装置において、 前記照明系に、前記光ビームの方向を変える振
動ミラーと、正弦波状の駆動信号により該振動ミ
ラーを往復回動する加振器とを備えて、前記光ビ
ームを測定対象物上で微少振動させるとともに、 前記処理回路に、前記加振器の往復回動に同期
して振動ミラーが中立領域にある時のみ前記重心
信号を積分する積分回路を設け、 該積分回路の積分信号に基づいて測定対象物の
位置又は変位の信号を生成することを特徴とする
光電式位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3266987A JPS63200011A (ja) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | 光電式位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3266987A JPS63200011A (ja) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | 光電式位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63200011A JPS63200011A (ja) | 1988-08-18 |
| JPH0449048B2 true JPH0449048B2 (ja) | 1992-08-10 |
Family
ID=12365278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3266987A Granted JPS63200011A (ja) | 1987-02-16 | 1987-02-16 | 光電式位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63200011A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63238508A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-04 | Toshiba Corp | 位置測定装置 |
| JP2660929B2 (ja) * | 1989-04-19 | 1997-10-08 | ファナック株式会社 | Ｃｃｄ固体撮像素子を用いたアークセンサ |
| JPH0447210A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-02-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザスポット光による高さ計測装置 |
| JP2505332B2 (ja) * | 1991-10-02 | 1996-06-05 | 株式会社ミツトヨ | 光学式変位計 |
| US5631738A (en) * | 1995-08-30 | 1997-05-20 | Hewlett-Packard Co. | Laser ranging system having reduced sensitivity to surface defects |
| JP6859098B2 (ja) * | 2016-12-28 | 2021-04-14 | 株式会社キーエンス | 光走査高さ測定装置 |
-
1987
- 1987-02-16 JP JP3266987A patent/JPS63200011A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63200011A (ja) | 1988-08-18 |
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