JPH05223563A - レーザ変位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ変位計において、被測定物が透明であ
っても測定誤差なく被測定物を正しく測定すること。 【構成】 レーザ変位計１は、レーザ光源２と受光部３
とを備えており、レーザ光源２から出射したレーザ光５
ａは被測定物４の表面で反射し、反射光５ｂは正規の測
定光として受光部３の光検出素子に入射し、そのときの
レーザ光分布で変位量を測定する。また、小孔６が形成
された遮光板７が、被測定物４の表面から僅かに離れて
平行に配置される。この遮光板７は、軸方向駆動装置１
０により投光軸と平行な方向に被測定物４の表面に対し
て平行姿勢を維持したまま移動する。正規の反射光５ｂ
は小孔６を通過して受光部３に入射するが、受光部３に
向かう疑似測定光５ｃはほとんど全てが遮光板７によっ
て遮られて受光部３に入射しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状測定に用いられる
レーザ変位計に関し、特に透明な光学部品の形状を測定
するのに適したレーザ変位計に関する。

【０００２】

【従来の技術】物品の形状を測定する装置の一つとして
レーザ変位計が知られている。このレーザ変位計は、被
測定物の表面に対して傾斜してレーザ光を照射するレー
ザ光源と、被測定物の表面からの反射光が入射する受光
部から構成されている。被測定物の表面の高さが変化す
ると反射光の光軸が平行に移動するため、受光器におけ
る入射点の位置を検出することにより表面の変位量が判
明する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、レーザ変位
計を使用して透明な光学部品の形状を測定しようとする
と問題が生じる。すなわち、被測定物が透明材料である
場合には、レーザ光源からのレーザ光は被測定物の表面
で反射するだけでなく、被測定物の内部にも進入し被測
定物の内面で反射し、更に被測定物に対する入射点の近
傍から被測定物外に出射して受光器に疑似測定光として
入射する場合がある。この場合、受光器上の複数の点に
レーザ光が入射することになり、変位量を正しく検出す
ることができず、測定誤差を生じる。

【０００４】本発明は上記の課題を解決するもので、被
測定物が透明であっても測定誤差なく被測定物を正しく
測定することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光源か
らのレーザ光を被測定物の表面に対して斜めに照射し、
被測定物の表面からの反射レーザ光を受光部に入射さ
せ、該受光部に入射するレーザ光の位置を検出すること
により被測定物の表面の変位を検出するレーザ変位計に
おいて、被測定物の表面近傍に、前記レーザ光源から被
測定物の表面に入射するレーザ光と被測定物の表面から
反射するレーザ光を共通に通過させる小孔が形成された
遮光板を配置したことを特徴とする。

【０００６】前記遮光板を、前記レーザ光源からのレー
ザ光の光軸と平行に移動させる軸方向駆動装置を設ける
ことができる。

【０００７】また、前記軸方向駆動装置は、前記受光部
により検出された被測定物の表面の変位に応じて駆動す
ることもできる。

【０００８】

【作用】レーザ光源から被測定物の表面にレーザ光が照
射されると、実際に被測定物の表面で反射したレーザ光
以外の光は、遮光板によって遮られるか、或いは受光部
に入らない角度で遮光板にあけられた小孔を通過する。
よって、正規の反射光のみが受光部に入射し、測定誤差
の原因となる透明体の内部からの反射光は受光部の光検
出素子には入射しない。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１０】図１は、本発明のレーザ変位計の構成例を
示すものである。レーザ変位計１は、レーザ光源２と受
光部３とを備えている。レーザ光源２と受光部３とは、
それぞれ投光軸と受光軸とが被測定物４の表面に対して
対称となるように配置されている。レーザ光源２から出
射したレーザ光５ａは被測定物４の表面で反射し、反射
光５ｂは正規の測定光として受光部３の光検出素子に入
射し、そのときのレーザ光分布で変位量を測定する。ま
た、被測定物４の表面近傍で入射光５ａと反射光５ｂが
同時に通過できる程度の小孔６が形成された遮光板７
が、被測定物４の表面から僅かに離れて平行に配置され
る。この遮光板７は破線で模式的に示すガイドレール８
により、投光軸と平行な方向に被測定物４の表面に対し
て平行姿勢を維持したまま移動可能となっている。ま
た、この遮光板７には投光軸と平行な傾きを有する支持
棒９の一端が固着されており、支持棒９の他端は、軸方
向駆動装置１０に接続されている。

【００１１】軸方向駆動装置１０は、図２に示すよう
に、ステッピングモータ１１とこのモータ１１の回転軸
１２に連結され内部にメネジ１３が切られた回転スリー
ブ１４とを備えている。また、支持棒９の他端にはオネ
ジ１５が切られており、回転スリーブ１４のメネジ１３
に螺合される。モータ１１が回転すると、モータ１１の
回転方向に応じて支持棒９が軸方向に進退し、これに連
れて遮光板７も投光軸に平行に移動する。ここでは、モ
ータ１１が正回転すると支持棒９が押し出されるものと
する。

【００１２】前記受光部３においては、図３に模式的に
示すように、複数の検出素子３ａが受光軸に直角で投光
軸と受光軸の双方を含む面内に直線的に配置されてい
る。なお、検出素子３ａの数は必要な解像度に応じて適
宜選ばれる。各検出素子３ａの出力は、図４に示すよう
に位置検出回路１６に供給され、入力したレーザ光５ｂ
のレーザ光分布（破線で示す）から入射位置、すなわ
ち、変位量が検出される。位置検出回路１６からは、た
とえば図５に示すように、受光部３の中心にレーザ光５
ｂが入射したときの出力を０とし、Ａの方向にずれたと
きにずれに応じた正の出力が発生し、Ｂの方向にずれた
ときにずれに応じた負の出力が発生するものとする。位
置検出回路１６で得られた変位信号Ｓは表示装置１７に
供給され、基準位置からの変位が正負の数値で表示され
る。また、変位信号Ｓはサーボ回路１８を介してモータ
１１に供給され、モータ１１は変位信号Ｓの大きさ及び
正負に応じて所定の方向へ所定の速度で回転する。本実
施例では、サーボ回路１８は、正の変位信号Ｓが供給さ
れたときに、支持棒９が押し出される方向にすなわち正
回転方向にモータ１１を駆動するように構成されてい
る。なお、信号の処理はディジタル，アナログのいずれ
でもよい。

【００１３】次に、上述のレーザ変位計を用いて被測定
物として透明な光学部品の形状を測定する場合の動作に
ついて説明する。

【００１４】いま、レーザ変位計１と被測定物４と遮光
板７の関係は、図１に示すような状態にあるものとす
る。このときレーザ光源２から出射したレーザ光５ａは
遮光板７の小孔６を通って被測定物４の表面に照射さ
れ、表面で反射して再び小孔６を通って受光部３の光検
出素子３ａに入射する。一方、表面から内部に進入した
レーザ光５ｃは、被測定物４の形状によっては、図に示
すように内部で反射し、この反射レーザ光５ｃが疑似測
定光として受光部３の光検出素子３ａに入射する場合が
ある。ところが、本実施例においては、遮光体７が被測
定物４の表面の近傍に配置されており、被測定物４の表
面の反射位置近傍にのみ小孔６が位置しているので、正
規の反射光５ｂは受光部３に入射するが、受光部３に向
かう疑似測定光５ｃはほとんど全てが遮光板７によって
遮られて受光部３に入射しない。したがって、誤差なく
正しい測定を行うことができる。また、偶然小孔６を通
る疑似測定光があったとしても、そのほとんどが受光部
３の光検出素子３ａに向かう方向とは別の方向にしか入
射しないものと考えられるので、測定誤差とはならな
い。

【００１５】本実施例においては、被測定物４を一定速
度で一定方向に送ることにより、被測定物４の表面の凹
凸形状を連続的に測定している。したがって、被測定物
４の移動に応じて表面の高さが変化する。いま、図３に
示すように被測定物４の表面の高さが実線で示す高さか
ら破線で示す高さにＬ１だけ低くなったとすると、受光
部３におけるレーザ光５ｂの照射位置はＡ側に移動し、
位置検出回路１６からは変位に応じた正の変位信号Ｓが
得られる。これにより、被測定物４の表面の変位量が検
出される。また、変位信号Ｓはサーボ回路１８に供給さ
れる。サーボ回路１８は、正の変位信号Ｓが供給された
ときに正回転方向にモータ１１を駆動するように構成さ
れているので、モータ１１が正回転して支持棒９が押し
出され、これに連れて遮光体７は、図３に破線で示す位
置に移動する。これにより、遮光板７は被測定物４の表
面に近づいて遮光板７と被測定物４の表面の間隔は一定
に維持される。また、遮光板７の小孔６は水平方向に距
離Ｌ２だけ移動してレーザ光５ａの新しい照射位置に一
致する。

【００１６】逆に被測定物４の表面の高さが高くなった
とすると、遮光板７は被測定物４の表面にから遠ざかる
方向に移動して遮光板７と被測定物４の表面の間隔は一
定に維持されるとともに、遮光板７の小孔６はレーザ光
５ａの新しい照射位置に移動する。

【００１７】このように、本実施例においては、被測定
物４の表面の変位に追従して遮光板７の位置のフィード
バックがかけられ、遮光板７が投光軸に平行に移動する
ので、遮光板７の小孔６の中心を被測定物４の表面上の
レーザスポットと一致させることができ、遮光板７の位
置を常に最適な位置に移動させて不要な反射光、すなわ
ち、疑似測定光を確実に遮蔽することができる。

【００１８】次に、上記レーザ変位計の具体的な寸法例
について図６を参照して説明する。ここでは、被測定物
４が透明薄板であり、裏面から疑似測定光５ｃが発生す
る場合を説明する。

【００１９】図６に示す被測定物４の透明薄板の厚さを
ｈ₂ 、屈折率をｎ₂ 、レーザ変位計から発射されるレー
ザ光５ａの入射角をθ₁ 、空気の屈折率をｎ₁ とする。
被測定物４の裏面で反射した疑似測定光５ｃを遮光して
正確な測定値を得るために、被測定物４の表面から距離
ｈ₁ だけ離れた地点に、直径ｄ₁ の小孔６が開いた遮光
板７を置く。測定に使用するレーザ光の最大スポット径
をｒ_max とすると小孔６の直径の最小値ｄ_1minは以下の
ように表される。

【００２０】ｄ_1min＝２ｈ₁ ｔａｎθ₁ ＋ｒ_max また、被測定物４の裏面を反射した疑似測定光５ｃが被
測定物４の表面に到達したときの本来の反射地点からの
距離ｄ₂ は以下のように表される。

【００２１】 ｄ₂ ＝２ｈ₂ ｔａｎ［ａｒｃｓｉｎ｛（ｎ₁ ／ｎ₂ ）ｓｉｎθ₁ ｝］ したがって、疑似測定光５ｃを遮光するため小孔６の最
大値ｄ_1maxは以下のように表される。

【００２２】 ｄ_1max＝２（ｄ₂ ＋ｈ₁ ｔａｎθ₁ ）−ｒ_max 以上より ｄ_1min＜ｄ₁ ＜ｄ_1max となるように適当なｄ₁ を定めてやれば良い。

【００２３】たとえば、θ₁ ＝３０度、ｒ_max ＝６０μ
ｍのレーザ変位計を用いてｈ₂ ＝１ｍｍ、ｎ₂ ＝１．３
の透明薄板を測定しようとするとき（ｎ₁ ＝１．０）、
ｈ₁＝０．１ｍｍを採用すると、ｄ_1min＝０．１８ｍ
ｍ、ｄ_1max＝０．７７ｍｍとなるので、ｄ₁ ＝０．４ｍ
ｍとした。これにより、フィードバックのために十分な
時間的余裕が得られるので、遮光板７をステッピングモ
ータ１１で駆動して被測定物４の表面の変位に追従させ
ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明のレーザ変
位計においては、実際に被測定物表面で反射したレーザ
光以外は、遮光板によって遮られるか受光部に入らない
角度で小さな穴を通過するため、受光部に入射すること
はなく、被測定物が透明体であっても正確な測定が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレーザ変位計の構成例を示す模式図
である。

【図２】 軸方向駆動装置の構成例を示す部分断面図で
ある。

【図３】 受光部に対して入射するレーザ光の状態を模
式的に示す説明図である。

【図４】 レーザ変位計の電気回路系を示すブロック図
である。

【図５】 位置検出回路における検出位置と変位信号の
関係を示すグラフである。

【図６】 遮光板の小孔の大きさを検討するための説明
図である。

【符号の説明】

１：レーザ変位計、２：レーザ光源、３：受光部、３
ａ：検出素子、４：被測定物、５ａ：入射レーザ光、５
ｂ：正規測定光、５ｃ：疑似測定光、６：小孔、７：遮
光板、８：ガイドレール、９：支持棒、１０：軸方向駆
動装置、１１：ステッピングモータ、１２：回転軸、１
３：メネジ、１４：回転スリーブ、１５：オネジ、１
６：位置検出回路、１７：表示装置、１８：サーボ回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源からのレーザ光を被測定物の
   表面に対して斜めに照射し、被測定物の表面からの反射
   レーザ光を受光部に入射させ、該受光部に入射するレー
   ザ光の位置を検出することにより被測定物の表面の変位
   を検出するレーザ変位計において、被測定物の表面近傍
   に、前記レーザ光源から被測定物の表面に入射するレー
   ザ光と被測定物の表面から反射するレーザ光を共通に通
   過させる小孔が形成された遮光板を配置したことを特徴
   とするレーザ変位計。
2. 【請求項２】 前記遮光板を、前記レーザ光源からのレ
   ーザ光の光軸と平行に移動させる軸方向駆動装置を設け
   たことを特徴とする請求項１記載のレーザ変位計。
3. 【請求項３】 前記軸方向駆動装置は、前記受光部によ
   り検出された被測定物の表面の変位に応じて駆動される
   ことを特徴とする請求項２記載のレーザ変位計。