JPH0726648Y2 - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
- Publication number
- JPH0726648Y2 JPH0726648Y2 JP1988041112U JP4111288U JPH0726648Y2 JP H0726648 Y2 JPH0726648 Y2 JP H0726648Y2 JP 1988041112 U JP1988041112 U JP 1988041112U JP 4111288 U JP4111288 U JP 4111288U JP H0726648 Y2 JPH0726648 Y2 JP H0726648Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measurement
- measuring device
- displacement
- incident angle
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、測定対象に照射したレーザ光の反射・散乱光
を光検出素子でとらえ、測定対象の変位を該光検出素子
の出力信号で測定する変位測定装置に関するものであ
る。
を光検出素子でとらえ、測定対象の変位を該光検出素子
の出力信号で測定する変位測定装置に関するものであ
る。
第６図は、前記変位測定装置の動作原理を説明するため
の模式構造図である。同図に示すように、この変位測定
装置においては、半導体レーザ１が放射したレーザ光は
照射レンズ２を通して細かく絞られ、測定対象３の表面
に照射される。測定対象３の表面で反射・散乱した光の
一部は結像レンズ４を通って光検出素子５の受光面上に
投影され反射点の像を作る。前記測定対象３が前後に移
動すると、それに応じて結像レンズ４で作られた反射点
の像も光検出素子５の上を移動する。この光検出素子５
は光が受光面上のどの位置に入射しているかを電気出力
として演算回路へ伝えるものである。従って、測定対象
３の表面の移動量を電気信号として取り出すことができ
る。
の模式構造図である。同図に示すように、この変位測定
装置においては、半導体レーザ１が放射したレーザ光は
照射レンズ２を通して細かく絞られ、測定対象３の表面
に照射される。測定対象３の表面で反射・散乱した光の
一部は結像レンズ４を通って光検出素子５の受光面上に
投影され反射点の像を作る。前記測定対象３が前後に移
動すると、それに応じて結像レンズ４で作られた反射点
の像も光検出素子５の上を移動する。この光検出素子５
は光が受光面上のどの位置に入射しているかを電気出力
として演算回路へ伝えるものである。従って、測定対象
３の表面の移動量を電気信号として取り出すことができ
る。
第７図に示すように、表面の一部がガラス面3aのまま
で、その他の部分をAl蒸着面3bとした測定対象３を、前
述のような変位測定装置を用いて、Al蒸着面3bに囲まれ
たガラス面3aを横切るように矢印に沿って測定した。第
８図（ａ）〜（ｃ）はこの結果を示したものであり、同
図（ｂ）に示した測定範囲の中央における測定値を基準
にすると、（ｃ）は装置と測定対象３の距離が（ｂ）よ
りも70μｍ大きい場合で、（ａ）は70μｍ短い場合であ
る。ここで、測定範囲内における測定対象３の変位量に
対して測定装置の出力が一定の直線的関係にあることを
リニアリティと称しており、金属蒸着面とガラス面のよ
うに測定対象が同じ鏡面の場合にはリニアリティも一致
するはずであるが、第８図の測定結果からわかるよう
に、即ち金属蒸着面とガラス面とでリニアリティが同じ
であれば第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）のデータに表れ
ている段差が同じ値となる筈であるが、実際には透明な
ガラス面におけるリニアリティは全反射する金属鏡面の
それとは一致していなかった。従って、同図に示すよう
に、測定範囲の中央における測定値と測定対象が中央か
ら変位した場合の測定値とを比べると、ガラス面と蒸着
面の値の差（蒸着面の膜厚に相当）が一定にならないと
いう不都合があった。
で、その他の部分をAl蒸着面3bとした測定対象３を、前
述のような変位測定装置を用いて、Al蒸着面3bに囲まれ
たガラス面3aを横切るように矢印に沿って測定した。第
８図（ａ）〜（ｃ）はこの結果を示したものであり、同
図（ｂ）に示した測定範囲の中央における測定値を基準
にすると、（ｃ）は装置と測定対象３の距離が（ｂ）よ
りも70μｍ大きい場合で、（ａ）は70μｍ短い場合であ
る。ここで、測定範囲内における測定対象３の変位量に
対して測定装置の出力が一定の直線的関係にあることを
リニアリティと称しており、金属蒸着面とガラス面のよ
うに測定対象が同じ鏡面の場合にはリニアリティも一致
するはずであるが、第８図の測定結果からわかるよう
に、即ち金属蒸着面とガラス面とでリニアリティが同じ
であれば第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）のデータに表れ
ている段差が同じ値となる筈であるが、実際には透明な
ガラス面におけるリニアリティは全反射する金属鏡面の
それとは一致していなかった。従って、同図に示すよう
に、測定範囲の中央における測定値と測定対象が中央か
ら変位した場合の測定値とを比べると、ガラス面と蒸着
面の値の差（蒸着面の膜厚に相当）が一定にならないと
いう不都合があった。
本考案はこのような事情に鑑みてなされたもので、レー
ザ光を光検出素子を用いた変位測定装置において、同じ
鏡面であってもリニアリティの異なる全反射鏡面と透明
鏡面とを、同一のリニアリティをもって連続して変位測
定できるようにすることを目的としている。
ザ光を光検出素子を用いた変位測定装置において、同じ
鏡面であってもリニアリティの異なる全反射鏡面と透明
鏡面とを、同一のリニアリティをもって連続して変位測
定できるようにすることを目的としている。
本考案の変位測定装置は、入射角によって反射率の異な
る透明領域と、不透明領域とが境界を介して一測定面内
に存在する測定対象物に適用され、レーザ光源と、レー
ザ光源からの光を集光し前記測定対象物の表面に照射す
る光ビームを作るための照明レンズと、前記測定対象物
で反射・散乱した光を結像させるため集光する結像レン
ズと、結像レンズにより集光された前記測定対象物から
の光ビームが受光面に結像される光検出素子と、前記測
定対象の境界を横切って測定点を移動させる移動手段
と、前記測定対象物の表面の変位を前記光検出素子表面
における結像点の移動に対応して出力する演算回路とを
備えさらに前記光ビームの前記測定対象物に対する入射
角の一定の範囲に対応して同光ビームの反射率が一定と
なるように、前記測定対象物の透明領域の屈折率に応じ
てＳ偏光とＰ偏光の比率を変える1/2波長板を、前記レ
ーザ光源と測定対象の間の光路に設けたことを特徴とす
る。
る透明領域と、不透明領域とが境界を介して一測定面内
に存在する測定対象物に適用され、レーザ光源と、レー
ザ光源からの光を集光し前記測定対象物の表面に照射す
る光ビームを作るための照明レンズと、前記測定対象物
で反射・散乱した光を結像させるため集光する結像レン
ズと、結像レンズにより集光された前記測定対象物から
の光ビームが受光面に結像される光検出素子と、前記測
定対象の境界を横切って測定点を移動させる移動手段
と、前記測定対象物の表面の変位を前記光検出素子表面
における結像点の移動に対応して出力する演算回路とを
備えさらに前記光ビームの前記測定対象物に対する入射
角の一定の範囲に対応して同光ビームの反射率が一定と
なるように、前記測定対象物の透明領域の屈折率に応じ
てＳ偏光とＰ偏光の比率を変える1/2波長板を、前記レ
ーザ光源と測定対象の間の光路に設けたことを特徴とす
る。
変位測定装置におけるレーザ光の投光側に波長板を設け
てあるので、測定対象としてのガラス面に照射されるレ
ーザ光はＰ偏光とＳ偏光の比率が調整されている。即
ち、透明なガラスによって反射されるレーザ光には入射
角に拡がりがあるため反射率も異なっているが、このよ
うに同じ入射角に対して反射率の異なるＳ偏光とＰ偏光
の比率を諸条件にあわせて調整しておけば、入射角の幅
があるにもかかわらず、反射率は照射された光のあたっ
ている部分のどの場所でもほぼ一定となる。
てあるので、測定対象としてのガラス面に照射されるレ
ーザ光はＰ偏光とＳ偏光の比率が調整されている。即
ち、透明なガラスによって反射されるレーザ光には入射
角に拡がりがあるため反射率も異なっているが、このよ
うに同じ入射角に対して反射率の異なるＳ偏光とＰ偏光
の比率を諸条件にあわせて調整しておけば、入射角の幅
があるにもかかわらず、反射率は照射された光のあたっ
ている部分のどの場所でもほぼ一定となる。
従って、変位測定装置の光検出素子に結像する反射点の
像は、その強度分布のパターンが校正時から変化せず、
透明体に対する装置のリニアリティは全反射面である金
属蒸着面と同じになる。
像は、その強度分布のパターンが校正時から変化せず、
透明体に対する装置のリニアリティは全反射面である金
属蒸着面と同じになる。
まず、前述のような変位測定装置を用いて透明なガラス
を測定した場合において、リニアリティが金属蒸着面と
異なる理由について、本考案者の知見を説明する。一般
に前記変位測定装置による測定では、レーザ光を絞って
測定対象に照射するが、測定対象がガラスのような透明
体であると、ビームウェストからははずれた部分におい
てはビームの場所によって被測定面に対する入射角が異
なってくる。また、ガラスの場合には入射角によって反
射率が異なっている。従って、ガラス面に対するレーザ
光の入射角の範囲において、反射率は反射面内で一定と
はならず、従って変位測定装置の光検出素子に決像する
反射点のビーム像は、その強度分布のパターンが校正時
とずれてくる。これが誤差となるため、ガラスを測定し
た場合の装置のリニアリティは、全反射面である金属蒸
着面を測定した場合と異なってくるのである。
を測定した場合において、リニアリティが金属蒸着面と
異なる理由について、本考案者の知見を説明する。一般
に前記変位測定装置による測定では、レーザ光を絞って
測定対象に照射するが、測定対象がガラスのような透明
体であると、ビームウェストからははずれた部分におい
てはビームの場所によって被測定面に対する入射角が異
なってくる。また、ガラスの場合には入射角によって反
射率が異なっている。従って、ガラス面に対するレーザ
光の入射角の範囲において、反射率は反射面内で一定と
はならず、従って変位測定装置の光検出素子に決像する
反射点のビーム像は、その強度分布のパターンが校正時
とずれてくる。これが誤差となるため、ガラスを測定し
た場合の装置のリニアリティは、全反射面である金属蒸
着面を測定した場合と異なってくるのである。
ここで、この測定装置で用いるレーザ光を、偏光面が互
いに直交するＳ偏光とＰ偏光に分解して考える。第４図
に示すように、Ｐ偏光とＳ偏光は、入射角θが同じであ
っても反射率が異なるから、測定対象に照射するレーザ
光が含むＰ偏光とＳ偏光の比率を適当に変化させれば、
前述のようにガラスの測定面に入射するレーザ光に入射
角の拡がりがあっても、反射率をこの入射角の範囲内で
ほぼ一定にすることができるものと考えられる。
いに直交するＳ偏光とＰ偏光に分解して考える。第４図
に示すように、Ｐ偏光とＳ偏光は、入射角θが同じであ
っても反射率が異なるから、測定対象に照射するレーザ
光が含むＰ偏光とＳ偏光の比率を適当に変化させれば、
前述のようにガラスの測定面に入射するレーザ光に入射
角の拡がりがあっても、反射率をこの入射角の範囲内で
ほぼ一定にすることができるものと考えられる。
第５図は、本考案者が以上の知見を確認するために行な
った実験の結果を示すものである。この実験は、透明な
ガラスを測定対象とし、レーザ光の入射角と反射率の関
係について調べたものであり、第５図のグラフではガラ
スの屈折率ｎとレーザ光が含むS,P偏光の比率をパラメ
ータとしてとってある。ここでS,P偏光の比率の変化は
波長板によっている。変位測定装置によるガラス板の測
定において、入射角に生ずる一定の範囲は、このグラフ
において２本の縦線で示した部分である。例えば測定対
象のガラスが屈折率ｎ＝1.4であり、この時波長板を選
択することによってS,P偏光の比をS:P＝2.5:7.5とすれ
ば、この入射角の範囲において反射率はほぼ一定とな
る。波長板の光軸とレーザ光の偏光方向を相対的に変化
させて、この様な条件を満足するようにして投光側に設
置すれば、ｎがある範囲で変化しても、同装置の光検出
素子に結像するビーム像の強度分布が校正時のパターン
とずれることはない。
った実験の結果を示すものである。この実験は、透明な
ガラスを測定対象とし、レーザ光の入射角と反射率の関
係について調べたものであり、第５図のグラフではガラ
スの屈折率ｎとレーザ光が含むS,P偏光の比率をパラメ
ータとしてとってある。ここでS,P偏光の比率の変化は
波長板によっている。変位測定装置によるガラス板の測
定において、入射角に生ずる一定の範囲は、このグラフ
において２本の縦線で示した部分である。例えば測定対
象のガラスが屈折率ｎ＝1.4であり、この時波長板を選
択することによってS,P偏光の比をS:P＝2.5:7.5とすれ
ば、この入射角の範囲において反射率はほぼ一定とな
る。波長板の光軸とレーザ光の偏光方向を相対的に変化
させて、この様な条件を満足するようにして投光側に設
置すれば、ｎがある範囲で変化しても、同装置の光検出
素子に結像するビーム像の強度分布が校正時のパターン
とずれることはない。
第１図は本考案の一実施例を示すもので、図中10は装置
の投光側を示し、20は受光側を示す。また装置の投光側
10において、11はレーザ装置、12は波長板、13は投光レ
ンズである。また、14は測定対象としての金属蒸着面を
有するガラス板であり、Ｏは基準位置、Ａは変位した場
合の位置を例示するものである。また装置の受光側20に
おいて、21は受光レンズ、22は光検出素子である。な
お、波長板12は、第２図に示す他の構成例のように照射
レンズ２の測定物側においてもよい。本実施例の波長板
12は、第５図のグラフによって説明したように、所定範
囲の入射角に対する光の反射率が一定になるようS,P偏
光の比率を適宜に調整しうるものとされている。従っ
て、本実施例の変位測定装置によれば、前記所定の条件
下において測定する限り、光検出素子22に結像する反射
点の強度分布が中心からずれたりすることはなく、第３
図に示すようにガラス板測定時のリニアリティは全反射
面である金属蒸着面を測定した場合とほぼ同じになる。
なお、第３図に示した測定結果は、λ/2板を使用して得
たデータであり、第８図及び第７図の方法とほぼ同じ測
定方法において実施例の装置を使用して得たものであ
る。
の投光側を示し、20は受光側を示す。また装置の投光側
10において、11はレーザ装置、12は波長板、13は投光レ
ンズである。また、14は測定対象としての金属蒸着面を
有するガラス板であり、Ｏは基準位置、Ａは変位した場
合の位置を例示するものである。また装置の受光側20に
おいて、21は受光レンズ、22は光検出素子である。な
お、波長板12は、第２図に示す他の構成例のように照射
レンズ２の測定物側においてもよい。本実施例の波長板
12は、第５図のグラフによって説明したように、所定範
囲の入射角に対する光の反射率が一定になるようS,P偏
光の比率を適宜に調整しうるものとされている。従っ
て、本実施例の変位測定装置によれば、前記所定の条件
下において測定する限り、光検出素子22に結像する反射
点の強度分布が中心からずれたりすることはなく、第３
図に示すようにガラス板測定時のリニアリティは全反射
面である金属蒸着面を測定した場合とほぼ同じになる。
なお、第３図に示した測定結果は、λ/2板を使用して得
たデータであり、第８図及び第７図の方法とほぼ同じ測
定方法において実施例の装置を使用して得たものであ
る。
なお、第５図の実験結果が示す通り、測定対象であるガ
ラスの屈折率ｎが変われば、反射率を一定にするための
S,P偏光の比率も変わる。この場合、光軸に対して垂直
な面内におけるレーザ装置11と波長板12の相対的な回転
方向の位置を変えることで、S,P偏光の比率を調整でき
るようにするとよい。
ラスの屈折率ｎが変われば、反射率を一定にするための
S,P偏光の比率も変わる。この場合、光軸に対して垂直
な面内におけるレーザ装置11と波長板12の相対的な回転
方向の位置を変えることで、S,P偏光の比率を調整でき
るようにするとよい。
また、第２図中の1aはレーザ光の向きを変えるためのつ
まみであり、12aは波長板の向きを変えるためのつまみ
である。
まみであり、12aは波長板の向きを変えるためのつまみ
である。
次に、第９図は本考案の他の実施例を示す図である。こ
の変位測定装置は無偏光のレーザ光を使用する場合に有
用であり、光源と波長板12との間に偏光子30が設けてあ
る。
の変位測定装置は無偏光のレーザ光を使用する場合に有
用であり、光源と波長板12との間に偏光子30が設けてあ
る。
本考案の変位測定装置によれば、照射されるレーザ光が
含むS,P偏光の比率を調整するための波長板をレーザ光
の透光側に設け、ガラスの表面におけるレーザ光の反射
率を所定範囲の入射角についてほぼ一定とした状態で測
定を行なえるようにしたので、同じ鏡面であっても従来
リニアリティが異なるとされていた全反射体（金属蒸着
面）と透明体（ガラス板）とを同一のリニアリティをも
って連続して変位測定することができる。
含むS,P偏光の比率を調整するための波長板をレーザ光
の透光側に設け、ガラスの表面におけるレーザ光の反射
率を所定範囲の入射角についてほぼ一定とした状態で測
定を行なえるようにしたので、同じ鏡面であっても従来
リニアリティが異なるとされていた全反射体（金属蒸着
面）と透明体（ガラス板）とを同一のリニアリティをも
って連続して変位測定することができる。
第１図は本考案の一実施例を示す構成図、第２図は同実
施例の他の構成例を示す模式的斜視図、第３図は同実施
例において所定の測定範囲内でAl蒸着面とガラス面とを
連続して測定した結果を示すグラフ、第４図はP,S偏光
の入射角に対する反射率を示すグラフ、第５図はガラス
の屈折率ｎと、S,P偏光の比率をパラメータとした入射
角θと反射率の関係を示すグラフ、第６図は従来の変位
測定装置の構成を示す模式的斜視図、第７図は同従来の
装置におけるAl蒸着面及びガラス面の変位測定を示す斜
視図、第８図は第７図の測定によって得られた所定の測
定範囲内における変位測定の結果を示すグラフ、第９図
は光源と波長板との間に偏光子を入れた本考案の他の実
施例を示す模式的斜視図である。 10…投光側,12…波長板,14…測定対象である金属蒸着面
を有する透明体としてのガラス板,22…光検出素子,30…
偏光子。
施例の他の構成例を示す模式的斜視図、第３図は同実施
例において所定の測定範囲内でAl蒸着面とガラス面とを
連続して測定した結果を示すグラフ、第４図はP,S偏光
の入射角に対する反射率を示すグラフ、第５図はガラス
の屈折率ｎと、S,P偏光の比率をパラメータとした入射
角θと反射率の関係を示すグラフ、第６図は従来の変位
測定装置の構成を示す模式的斜視図、第７図は同従来の
装置におけるAl蒸着面及びガラス面の変位測定を示す斜
視図、第８図は第７図の測定によって得られた所定の測
定範囲内における変位測定の結果を示すグラフ、第９図
は光源と波長板との間に偏光子を入れた本考案の他の実
施例を示す模式的斜視図である。 10…投光側,12…波長板,14…測定対象である金属蒸着面
を有する透明体としてのガラス板,22…光検出素子,30…
偏光子。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−275912（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−157512（ＪＰ，Ａ)
実開 昭59−180614（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭60−82208（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】入射角によって反射率の異なる透明領域
と、不透明領域とが境界を介して一測定面内に存在する
測定対象物に適用され、レーザ光源と、レーザ光源から
の光を集光し前記測定対象物の表面に照射する光ビーム
を作るための照明レンズと、前記測定対象物で反射・散
乱した光を結像させるため集光する結像レンズと、結像
レンズにより集光された前記測定対象物からの光ビーム
が受光面に結像される光検出素子と、前記測定対象の境
界を横切って測定点を移動させる移動手段と、前記測定
対象物の表面の変位を前記光検出素子表面における結像
点の移動に対応して出力する演算回路とを備えた変位測
定装置において、 前記光ビームの前記測定対象物に対する入射角の一定の
範囲に対応して同光ビームの反射率が一定となるよう
に、前記測定対象物の透明領域の屈折率に応じてＳ偏光
とＰ偏光の比率を変える1/2波長板を、前記レーザ光源
と測定対象の間の光路に設けたことを特徴とする変位測
定装置。 - 【請求項２】光源と波長板との間に偏光子を設けたこと
を特徴とする請求項１記載の変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988041112U JPH0726648Y2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988041112U JPH0726648Y2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 変位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01144810U JPH01144810U (ja) | 1989-10-04 |
| JPH0726648Y2 true JPH0726648Y2 (ja) | 1995-06-14 |
Family
ID=31267563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1988041112U Expired - Lifetime JPH0726648Y2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0726648Y2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59157512A (ja) * | 1983-02-28 | 1984-09-06 | Matsushita Electric Works Ltd | 光学式位置検出装置 |
| JPS59180614U (ja) * | 1983-05-20 | 1984-12-03 | キヤノン株式会社 | 自動焦点検出装置 |
| JPS6082208U (ja) * | 1983-11-14 | 1985-06-07 | 大日本スクリーン製造株式会社 | 被測定面の位置測定装置 |
| JPH0718699B2 (ja) * | 1987-05-08 | 1995-03-06 | 株式会社ニコン | 表面変位検出装置 |
-
1988
- 1988-03-30 JP JP1988041112U patent/JPH0726648Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01144810U (ja) | 1989-10-04 |
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