JPH08320208A

JPH08320208A - 変位計

Info

Publication number: JPH08320208A
Application number: JP16444995A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Akiyama; 雅彦秋山
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 1996-12-03
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JP3840619B2

Abstract

(57)【要約】【目的】透光性物質を通しても被測定物の表面の変位
を高精度に測定する。【構成】被測定物１６に光を投射するレーザダイオー
ド１２と、レーザダイオード１２と被測定物１６との間
に配したレンズ１５に対して移動可能に配置された第２
の光絞り部２９を有し、さらにレンズ１５を振動させる
音叉２１と、被測定物１６からの反射光が通過するピン
ホール１７ａと、ピンホール１７ａを通った光を受光す
るホトダイオード１８と、ホトダイオード１８の受光量
最大時点で、レンズ１５の検出位置信号を捉える演算部
２０と、捉えた検出位置信号に基づいて距離に変換する
距離変換部５０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば金属、樹脂、
紙、セラミック等の被測定物の表面に光を投射して、被
測定物の表面の変位を測定する変位計に関するものであ
る。ただし、ここで用いる「表面」とは、投射された光
が反射する面、即ち界面のことをいう。例えば、ガラス
等の透光性のある物質に光を投射した場合、ガラスの表
面と裏面で反射が起こるがこの２つの面の両方ともに表
面とみなす。

【０００２】

【従来の技術】金属、樹脂等の被測定物の表面の変位を
測定する装置には、例えば合焦点検出型非接触変位計が
実用されている。図１３は、雑誌「光技術コンタクトＶ
ｏｌ．２６，Ｎｏ．１１（１９８８）」第７７５頁に示
されているフーコー法による合焦点検出型非接触変位計
の模式的構成図である。レーザダイオード１の出射光
は、レンズ２と光波分割プリズム３と、レンズ４とを通
って被測定物５へ投射される。

【０００３】被測定物５からの反射光は、光波分割プリ
ズム３で反射した後、光波分割プリズム６を通り、被測
定物５に投射した光の合焦点を検出する、夫々が２分割
のホトダイオード７ａ，７ｂへ入射する。ホトダイオー
ド７ａ，７ｂで光電変換された電気信号は差動アンプ８
へ入力される。制御部９はレンズ位置制御回路９ａとデ
ータ処理回路９ｂと表示回路９ｃとで構成されており、
レンズ位置制御回路９ａには差動アンプ８の出力信号が
入力される。レンズ位置制御回路９ａから出力される制
御信号は、レンズ４を光軸方向へ上、下動させる電磁コ
イル１０へ与えられる。

【０００４】次にこの非接触変位計の動作を説明する。
レーザダイオード１から被測定物５へ光を投射すると、
被測定物５からの反射光は光波分割プリズム３で反射し
てホトダイオード７ａ，７ｂへ入射する。ここでレンズ
４と被測定物５との距離が変化すると、被測定物からの
反射光束の広がり角が変化して、ホトダイオード７ａ，
７ｂの受光量に差が生じる。そして差動アンプ８から受
光量の差に応じた信号が出力されてレンズ位置制御回路
９ａへ入力される。そして、被測定物５に、レーザダイ
オード１からの出射光の合焦点が生じたときにはホトダ
イオード７ａ，７ｂの各受光量が等しくなり、差動アン
プ８の出力信号が消滅する。

【０００５】このようにして、ホトダイオード７ａ，７
ｂの受光量に基づいてレーザダイオード１が出射した光
の合焦点が被測定物に生じているか否かを検出すること
になる。そこでホトダイオード７ａ，７ｂの受光量が等
しくなるように、つまり被測定物に合焦点が生じるよう
にレンズ位置制御回路９ａからの制御信号により電磁コ
イル１０を駆動してレンズ４の位置を上、下動させれ
ば、レンズを上下動させる制御量が被測定物の表面の変
位に対応することになり、その制御量により、被測定物
の表面の変位を測定している。

【０００６】しかしながら被測定物５に投射した光が被
測定物５の内部に潜り込む、所謂潜り光が発生した場合
は、被測定物５の表面には潜り光による３次元の光の拡
がりが生じることになって、２つのホトダイオード７
ａ，７ｂの夫々は合焦点が生じている光と、潜り光によ
り拡がっている光とを受光することになり、ホトダイオ
ード７ａ，７ｂの受光量に差が生じる。ここでいう、
「潜り光」は、上述した「表面」による反射光とは別の
ものであり、例えば、物質の中に入り界面でない部分で
反射し、この物質外に出る光は、「表面」による反射光
とはいわず、「潜り光」となる。

【０００７】一方、それとは別にレーザダイオード１内
等で迷光が発生している場合は、被測定物５の表面に合
焦点が生じている位置の近くに迷光が投射され、そのた
め２つのホトダイオード７ａ，７ｂは、合焦点が生じて
いる光と、迷光による光とを受光して、この場合もホト
ダイオード７ａ，７ｂの受光量に差が生じる。そのた
め、潜り光又は迷光が生じている場合には、レーザダイ
オード１が出射した光の合焦点が被測定物５に生じてい
ても、２つのホトダイオード７ａ，７ｂの受光量が等し
くならず、被測定物５の表面の変位を測定した値に誤差
が生じるという問題がある。ここで言う迷光とは光学機
器内で発生する正規の屈折又は反射以外の原因により発
生する望ましくない光を指す。

【０００８】この問題を解決するため図１に示すような
測定方法が提案されている。図１に示すようにレーザダ
イオードＣからの出射光をビームスプリッタＤ、レンズ
Ｌ及びレンズＡを通して被測定物Ｂに対して収束させ投
射する。レンズＡを所定振幅で矢符で示す光軸方向に振
動させると、レンズＡの位置は図２に示す曲線Ｑのよう
に変化する。そしてレンズＡと被測定物Ｂとの距離が変
化する。被測定物Ｂからの反射光はビームスプリッタＤ
で反射して光絞り部Ｆを通って受光部Ｅに入射する。レ
ンズＡの振動の１周期内に、被測定物Ｂに投射した光の
合焦点が被測定物Ｂ上に２回生じ、合焦点が生じる都
度、受光部Ｅの受光量が最大になる。即ち、レンズＡと
被測定物Ｂとが所定距離になったときに被測定物Ｂ上に
合焦点が生じる。

【０００９】そこで、被測定物Ｂの表面の変位（高さ）
が高，中，低の３段階であるとして、その低の高さ位置
に光を投射している場合は、レンズＡが被測定物Ｂに最
接近する前、後の各時点で被測定物Ｂに合焦点が生じて
受光部Ｅの受光量が最大となり、図３（ａ）に示すよう
に合焦点検出信号Ｚ，Ｚが発生する。また、中の高さ位
置に光を投射している場合は、レンズＡが被測定物Ｂに
最接近する時点と、最離反する時点との中間時点で被測
定物Ｂに合焦点が生じて受光部Ｅの受光量が最大とな
り、図３（ｂ）に示すように合焦点検出信号Ｚ，Ｚが発
生する。更に、高の高さ位置に光を投射している場合
は、レンズＡが被測定物Ｂに最離反する前、後の各時点
で、被測定物Ｂに合焦点が生じて受光部Ｅの受光量が最
大となり、図３（ｃ）に示すように合焦点検出信号Ｚ，
Ｚが発生する。これにより、合焦点検出信号Ｚ，Ｚが発
生した時点のレンズＡの位置、つまりレンズＡの振幅が
光学系の基準位置から被測定物までの距離に対応し、被
測定物Ｂを光軸と直交する方向へ移動させると、被測定
物Ｂの表面の変位を測定できる。

【００１０】以下この従来の変位計の構成及び動作につ
いて図面を用いて詳述する。図４は従来の変位計の模式
的構成図である。レーザパワー制御回路１１で駆動され
るレーザダイオード１２の出射光は、ビームスプリッタ
１３と、レンズ１４及びレンズ１５とを順次通過して、
被測定物１６に投射されるようになっている。被測定物
１６からの反射光はレンズ１５と、レンズ１４とを通っ
てビームスプリッタ１３で反射し、ピンホール１７ａを
形成している光絞り部１７のピンホール１７ａを通って
ホトダイオード１８へ入射するようになっている。ピン
ホール１７ａの大きさφは、次式により可及的に微小な
径になすべく選定している。ここで用いられているピン
ホールは、直径数マイクロメートル程度の微少な大きさ
の穴を指し、レンズにより収束された出射光のビーム径
と同程度の大きさである。 φ＝０．６１×レーザダイオードの光の波長／ＮＡ …（１）但し、ＮＡは開口数であり、光学系で示される定数であ
る。この式は「レイリーの分解能限界」により導出され
るものである。

【００１１】ホトダイオード１８で光電変換した信号は
増幅器１９へ入力され、その出力信号Ｘは演算部２０へ
入力されるようになっている。Ｕ字状をした音叉２１の
一側長寸部の先端にはレンズ１５の周縁部分が取付けら
れている。レンズ１５は、音叉２１の振動により、レー
ザダイオード１２の出射光の光軸方向に所定振幅で振動
させられるようになっている。音叉２１の一側長寸部の
先端側の側方には、例えば磁気、光又は静電容量を利用
したセンサからなる、位置検出部たる音叉振幅検出器２
２が配設されていて、音叉２１の振幅、つまりレンズ１
５の位置を検出するようになっている。音叉振幅検出器
２２が検出した検出振幅信号は増幅器２３へ入力され、
その出力信号Ｙは演算部２０へ入力される。音叉２１の
他側長寸部の先端側の側方には、音叉２１を振動させる
ためのソレノイド２４が配設されている。

【００１２】ソレノイド２４には音叉振幅制御回路２５
からの制御電流が供給され、音叉振幅制御回路２５には
増幅器２３の出力信号が与えられて音叉２１の振幅を一
定になすべく制御されるようになっている。演算部２０
で捉えて出力される変位信号は距離変換部５０へ入力さ
れるようになっている。

【００１３】図５は演算部２０の構成を示すブロック図
である。演算部２０へ入力される増幅器１９（図４参
照）の出力信号Ｘは微分器３０と、第１の比較器３１の
正入力端子＋とに入力される。比較器３１の負入力端子
−には基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。微分器３０の出
力信号Ｓ３０は第２の比較器３２の負入力端子−へ入力
される。比較器３２の正入力端子＋は接地されている。
比較器３１，３２の出力信号Ｓ３１、Ｓ３２はＡＮＤ回
路３３の一側入力端子、他側入力端子へ各別に入力さ
れ、その出力信号Ｓ３３はワンショットパルス発生回路
３４へ入力される。ワンショットパルス発生回路３４が
出力するワンショットパルスＳ３４は、オン，オフ制御
信号としてスイッチＳＷへ与えられる。

【００１４】増幅器２３（図４参照）からの出力信号Ｙ
は、増幅器３５と、スイッチＳＷとを介して増幅器３６
へ入力される。増幅器３６の入力側はコンデンサ３７を
介して接地されている。増幅器３６とコンデンサ３７と
によりサンプルホールド回路３８を構成しており、増幅
器３６から変位信号Ｓ３８が出力されるようになってい
る。

【００１５】次にこのように構成した変位計の動作を説
明する。音叉振幅制御回路２５からソレノイド２４に電
流を供給すると、ソレノイド２４により磁界が発生す
る。この発生磁界により音叉２１が所定振幅で振動し、
レンズ１５を、それを通る光の光軸方向へ振動させる。
音叉振幅検出器２２は音叉２１の振幅、即ちレンズ１５
の振幅を検出し、レンズ１５の振幅たる正弦波信号を出
力する。この正弦波信号を、増幅器２３で増幅し、増幅
器２３から出力される出力信号Ｙを演算部２０へ入力さ
せる。

【００１６】一方、レーザパワー制御回路１１からレー
ザダイオード１２に駆動電流を供給すると、レーザダイ
オード１２はレーザ光を出射する。この出射光はビーム
スプリッタ１３、レンズ１４及びレンズ１５を通って被
測定物１６へ投射される。被測定物１６で反射した反射
光はレンズ１５とレンズ１４を通ってビームスプリッタ
１３で反射して光絞り部１７側へ投射され、ピンホール
１７ａを透過した光のみがホトダイオード１８へ入射す
る。そのため、ホトダイオード１８には、被測定物１６
で生じた潜り光及びレーザダイオード１２で発生した迷
光による反射光はピンホール１７ａで遮られてピンホー
ル１７ａを通らずホトダイオード１８には、被測定物１
６に生じた合焦点の光のみが入射することになる。

【００１７】ところで、レンズ１５が振動させられてい
るために、レンズ１５と被測定物１６との距離が変化
し、所定距離に達した時点で、被測定物１６に投射した
光の合焦点が被測定物１６に生じると、ホトダイオード
１８の受光出力は瞬時に最大となり、この受光出力に応
じた信号が増幅器１９へ入力され、増幅器１９から図６
（ａ）に示す出力信号Ｘが出力され演算部２０へ入力さ
れる。

【００１８】このようにして出力信号Ｘ、出力信号Ｙが
演算部２０へ入力されると、出力信号Ｘは微分器３０に
より微分されて微分器３０から図６（ｂ）に示すような
逆Ｓ字状をした微分波形の出力信号Ｓ３０が出力され
る。そして出力信号Ｘの最大値が、出力信号Ｓ３０のゼ
ロクロス時点Ｔ０により検出されて、被測定物１６に投
射した光の合焦点が生じた時点を正確に検出することに
なる。この出力信号Ｓ３０が比較器３２へ入力され、比
較器３２は出力信号Ｓ３０と接地電位とを大小比較し
て、比較器３２から出力信号Ｓ３０のゼロクロス時点Ｔ
０で立上り、出力信号Ｓ３０の負の半周期の期間に対応
するパルス幅の図６（ｄ）に示すパルスの出力信号Ｓ３
２を出力する。

【００１９】一方、比較器３１は、出力信号Ｘと基準電
圧Ｖｒｅｆとを大小比較し、比較器３１から、出力信号
Ｘが基準電圧Ｖｒｅｆ以上にある期間に対応するパルス
幅の図６（ｃ）に示す出力信号Ｓ３１を出力する。これ
らの出力信号Ｓ３１、Ｓ３２の論理が成立するとＡＮＤ
回路３３から図６（ｅ）に示すパルスの出力信号Ｓ３３
を出力して、ワンショットパルス発生回路３４へ入力す
る。それによりワンショットパルス発生回路３４は、出
力信号Ｓ３３の立上りに同期して立上る図６（ｆ）に示
すワンショットパルスＳ３４を出力する。そしてこのワ
ンショットパルスＳ３４によりスイッチＳＷをオンさせ
る。

【００２０】そうすると、出力信号Ｙを増幅した増幅器
３５の出力信号ＹがスイッチＳＷを介してサンプルホー
ルド回路３８へ入力され、サンプルホールド回路３８は
出力信号Ｙの信号レベルをサンプリングして保持し、増
幅器３５で増幅して変位信号Ｓ３８を出力する。これに
より出力信号Ｓ３０のゼロクロス時点における出力信号
Ｙのレベル、即ち対物レンズ１５の振幅をサンプリング
することになる。そしてサンプリングした変位信号Ｓ３
８を距離変換部５０へ入力して、変位信号Ｓ３８を、変
位信号Ｓ３８に応じた距離に変換して、被測定物１６の
表面の変位を測定する。

【００２１】図７は出力信号Ｙ、ワンショットパルスＳ
３４及び変位信号Ｓ３８のタイミングチャートである。
前述したようにレンズ１５の位置（振幅）に対応して図
７（ａ）に示すように出力信号Ｙが変化しているとき
に、被測定物１６に合焦点が生じた時点で図７（ｂ）に
示すワンショットパルスＳ３４が発生すると、その時点
の出力信号Ｙのレベルがサンプリングされる。そして被
測定物１６を光軸と直交する方向へ移動させると、被測
定物１６の表面の変位に応じて、変位信号Ｓ３８は図７
（ａ）に示すように階段状に変化して、変位信号Ｓ３８
のレベルと、被測定物１６の表面の変位とが対応する。
そのため出力信号Ｙのレベルをサンプリングすれば、出
力信号Ｙのレべルに応じて被測定物１６の変位を高精度
に測定できる。

【００２２】また、レンズ１５を振動させておいて、合
焦点が生じた時点の出力信号Ｙのレベルをサンプリング
して被測定物１６の表面の変位を測定するから、その変
位を高速度に測定できる。

【００２３】図８は演算部２０の他の構成を示すブロッ
ク図である。出力信号Ｘはピーク検出回路４０へ入力さ
れ、ピーク検出回路４０から出力されるピーク検出信号
ＳＰは第１のカウンタ４１へ入力され、そのカウント値
は演算回路４２へ入力される。一方、出力信号Ｙはゼロ
クロス検出回路４３へ入力され、ゼロクロスを検出した
ゼロクロス検出信号Ｓ０は第１のカウンタ４１及び第２
のカウンタ４４へ与えられる。カウンタ４４のカウント
値は演算回路４２へ入力される。

【００２４】そして演算回路４２から演算結果たる位相
信号Ｓ４２が出力され距離変換部５０へ入力されるよう
になっている。カウンタ４１はラッチ部を備えており、
カウント値を２回ラッチでき、ゼロクロス検出信号Ｓ０
によりカウント値がクリアされるようになっている。カ
ウンタ４４はラッチ部を備えており、カウント値を１回
ラッチでき、ゼロクロス検出信号Ｓ０によりカウント値
がクリアされるようになっている。

【００２５】次にこのように構成した演算部を用いた場
合の変位計の動作を、出力信号Ｙ、ピーク値検出信号Ｓ
Ｐ及びゼロクロス検出信号Ｓ０のタイミングチャートを
示す図９とともに説明する。いま、レンズの位置（振
幅）に応じた図９（ａ）に示す出力信号Ｙがゼロクロス
検出回路４３へ入力されると、出力信号Ｙのゼロクロス
時点が検出されて、ゼロクロス検出回路４３から図９
（ｃ）に示すゼロクロス検出信号Ｓ０が出力される。そ
れによりカウンタ４１，４４のカウント値がクリアさ
れ、続いてカウンタ４１，４４はカウント動作を開始し
て時間をカウントしていく。そしてカウンタ４４は、１
回目のゼロクロス検出信号Ｓ０が与えられた時点から２
回目のゼロクロス検出信号Ｓ０が与えられる時点までの
時間、つまり出力信号Ｙの１周期の時間ｔ３をカウント
してそのカウント値をラッチ部にラッチさせる。

【００２６】一方、被測定物１６に合焦点が生じたとき
に得られる出力信号Ｘがピーク検出回路４０入力れる
と、ピーク検出回路４０は出力信号Ｘのピーク値を検出
し、ピーク検出信号ＳＰを出力してカウンタ４１へ入力
する。これによりカウンタ４１は１回目のピーク検出信
号ＳＰが入力された時点までのカウント値ｔ１をカウン
タ４１のラッチ部にラッチさせる。更に２回目のピーク
検出信号ＳＰが入力された時点までのカウント値ｔ２を
カウンタ４１のラッチ部にラッチさせる。このようにし
てラッチしたカウント値ｔ１，ｔ２，ｔ３を演算回路４
２へ入力する。それにより、演算回路４２は入力された
カウント値ｔ１，ｔ２，ｔ３により、ｓｉｎ−１（ｔ１
／ｔ３）及びｓｉｎ−１（ｔ２／ｔ３）を演算してピー
ク検出信号ＳＰの出力時点の出力信号Ｙの位相を算出す
る。

【００２７】このように算出した出力信号Ｙの位相は被
測定物１６に合焦点が生じた時点の出力信号Ｙのレベ
ル、つまりレンズ１５の位置に対応する。そして、演算
結果である位相信号Ｓ３８が演算部２０（演算回路４
２）から出力されて距離変換部５０へ入力され、距離に
変換して被測定物１６の表面の変位を測定する。このよ
うにして出力信号Ｘのピーク値を検出した時点の出力信
号Ｙの位相を求めても被測定物１６の表面の変位を測定
できる。

【００２８】なお、被測定物１６からの反射光をピンホ
ール１７ａを透過してホトダイオード１８へ入射させた
場合には、潜り光又は迷光によって被測定物１６の光投
射位置に光の拡がりが生じていても、合焦点が生じたと
きの強い光のみがホトダイオード１８に入射し、潜り光
及び迷光による反射光により、ホトダイオード１８の受
光出力が変化することがなく被測定物の表面の変位を誤
差を与えずに測定できる。

【００２９】図１０は加振部の他の従来例の構成図であ
る。音叉２１の一側長寸部の外側面及び他側長寸部の外
側面夫々に圧電素子ＣＭを固着しており、この圧電素子
ＣＭに電圧を印加することにより音叉２１を振動させる
ことができる。

【００３０】図１１は加振部の更に他の従来例の構成図
である。音叉２１の各側長寸部の先端にはレンズ１５及
びレンズ１４の周縁部分をそれぞれ取付けている。そし
てレンズ１５及びレンズ１４をともに振動させ得るよう
になしている。このようにすると音叉２１の各一側長寸
部間の重量を平衡させ得て、音叉を効率良く振らせるこ
とができる。

【００３１】図１２は光絞り部１７の他の従来例の構成
図である。所定長で直線状に開設したスリットＳＬＴと
なっており、スリットＳＬＴの開口幅はピンホール１７
ａの直径と略同寸に形成されている。このようなスリッ
トＳＬＴを用いた場合は、被測定物からの反射光が若干
余分に通過し受光部の受光性能が僅かに低下するが、被
測定物からの特定の反射光を通すための組立時における
位置調整が容易になる。

【００３２】このような、潜り込み光や迷光に対する測
定誤差は図１に示すように受光部Ｅの前方に光絞り部Ｆ
を配置し、かつ合焦点時の対象物へ照射されるレーザ光
のスポットの大きさを小さくし、潜り込み光や迷光が受
光部Ｅにより受光されることのないようにして解消され
ている。

【発明が解決しようとする課題】

【００３３】しかし、このように潜り込み光や迷光の影
響を排除しても、図１４に示すように透光性のある物質
５０を通して対象物１６の表面の変位を測定する場合、
透光性のある物質５０をレーザ光が通過するとき、この
物質により屈折し、光束に収差が生じる。従ってレーザ
光のスポットの大きさを１点に収束することが出来なく
なる。

【００３４】図１４において、波線は透光性のある物質
５０がない時のレーザ光が収束する状態を示しており、
実線は透光性のある物質５０がある時のレーザ光が収束
する状態を示している。図１４からわかるように、透光
性のある物質５０がある場合は、収差が生じるためレー
ザ光を対象物１６上で１点に収束させることが出来ず、
測定精度が低下するという問題がある。

【００３５】本発明はかかる問題に鑑み、従来の合焦点
を利用した表面の変位を測定する変位計において透光性
の物質を通して対象物の表面の変位を測定できる変位計
を提供し、さらには、透光性のある物質がある時とない
時の両方の場合において精度よく表面の変位を測定する
変位計を提供することを目的とする。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る変位計は、
発光部が出射した光を被測定物に収束させ投射するレン
ズと被測定物からの反射光を受光する受光部を有し、前
記レンズのうち少なくとも１枚のレンズを略光軸方向に
移動させる移動手段を備え、特に前記移動手段が所定振
幅で振動させる加振手段であり、前記反射光を第１の光
絞り部を通して前記受光部に受光し、受光した受光量に
基づいて被測定物の表面の変位を測定する変位計であ
り、さらに前記移動されるレンズの前方、後方に配置さ
れた第２の光絞り部と、前記移動されるレンズの位置を
検出する位置検出部と、前記位置検出部が出力する検出
位置信号を、前記受光部の受光量の最大時点で捉える手
段と、捉えた検出位置信号に基づいて被測定物の表面の
変位を求める手段とを備えることを特徴とする。

【００３７】

【作用】本発明では、出射した光を収束させるレンズを
略光軸方向に所定振幅で振動させると、振動させられた
レンズと被測定物との距離が変化する。このレンズと被
測定物とが所定距離に達したとき、被測定物に対して振
動させられたレンズ及び第２の光絞り部を通して収差の
影響が改善された収束光が投射される。この時スポット
の大きさは小さくされており、投射された光の合焦点が
透光性のある物質を介して被測定物に生じる。被測定物
からの反射光が第１の光絞り部へ投射されて、潜り光及
び迷光によって被測定物に生じた反射光が遮られる。そ
して合焦点が生じている合焦点位置からの反射光のみが
第１の光絞り部を通過し、それを受光部が受光し、受光
部の受光量が最大になる。そして、受光量が最大になっ
た時点のレンズの位置が、光学系の基準位置から被測定
物までの距離に対応する。被測定物を光軸と直交する方
向へ移動させると被測定物の表面の変位を測定できる。

【００３８】さらに、第２の光絞り部を着脱可能又はス
ライド可能にすることにより透光性のある物質のある時
とない時の両方において収差の影響のない変位計を実現
することが出来る。

【００３９】即ち、透光性のある物質がない時は、ＮＡ
を大きくすることにより、より小さく収束された光スポ
ットを被測定物の表面に投射することができる。一方、
透光性のある物質のある時は、ＮＡは第２の光絞り部に
より小さくなるものの、収差の影響を抑え、小さく収束
された光スポットを被測定物の表面に投射できるので測
定精度の悪化を抑えることができる。

【００４０】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。図１５は本発明に係る変位計の模式的構成図で
ある。図４の構成に加えてレンズ１５の前方に第２の光
絞り部２９が配置されている。またこの第２の光絞り部
２９は、所定の直径を有する穴で構成されており、他の
光学系に対してＶ方向にスライド可能に装着されてい
る。この穴は透光性のある物質を通して対象物の表面の
変位を測定する時にレーザの光軸上に移動させて配置す
ることが出来、レーザの光束を絞ることが出来るように
なっている。

【００４１】この穴は、例えば直径数ミリメートル程度
であり、第２の光絞り部２９が配置されている部分の光
束の直径に対して小さく設定されており、好ましくは前
記光束の直径の半分程度であることが望ましい。

【００４２】このことにより、図１４の実線で示される
光束のうち、光軸に対して外周部分を通過して対象物に
照射されていたレーザ光が排除され、レーザ光の収差が
第２の光絞り部２９がなかったときと比較して小さくな
る。従って、透光性の物質を通して対象物の表面の変位
を測定するときの測定精度を向上させることが出来る。

【００４３】さらに、前述したように第２の光絞り部２
９はスライド可能に装着されているので、透光性の物質
が存在しないときには第２の光絞り部２９を光軸を含む
光束から退避させることにより測定精度を下げることな
く変位を測定できる。

【００４４】また、この第２の光絞り部２９は実施例に
おいてはレンズ１５の前方に配置されていたが、レンズ
１５の後方であっても、さらにこの実施例では複数枚の
レンズから構成されているので、レンズ１４の後方であ
ってもよい。即ち、複数枚のレンズがある時は、隣接す
るレンズ間に第２の光絞り部２９が配置されていてもよ
い。

【００４５】さらに、この第２の光絞り部２９は実施例
においては穴であったが、図１２の第１の光絞り部とし
てのスリットと同様に前記の穴の直径と同程度の幅を有
するの矩形上のスリットであってもよい。

【００４６】加えて、この第２の光絞り部２９は、スラ
イド可能に構成されているが、着脱可能であるように構
成されていてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
従来の変位計に加えて第２の光絞り部を備え、この光絞
り部をレンズの前方又は後方に配置し、さらにスライド
可能又は着脱可能にしたので、透光性の物質のない時に
加えて、ある場合であっても、測定対象物の表面の変位
を精度よく測定することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の変位測定方法の原理の説明図である。

【図２】図１のレンズＡの振幅を示す信号の波形図であ
る。

【図３】合焦点が生じたときの受光部の受光量変化と、
レンズＡの振幅との関係を示す波形図である。

【図４】従来の変位計の模式的構成図である。

【図５】演算部の構成を示すブロック図である。

【図６】演算部における各部信号波形である。

【図７】演算部における各部信号のタイミングチャート
である。

【図８】演算部の他の構成を示すブロック図である。

【図９】図８に示す演算部における各部信号のタイミン
グチャートである。

【図１０】加振部の他の従来例を示す構成図である。

【図１１】加振部の他の従来例を示す構成図である。

【図１２】第１の光絞り部の他の従来例を示す構成図で
ある。

【図１３】従来の非接触変位計の模式的構成図である。

【図１４】透光性のある物質を通して対象物の表面の変
位を測定する時に発生する収差の発生を説明するための
模式図である。

【図１５】本発明に係る変位計の模式的構成図である。

【符号の説明】

１２レーザダイオード１４，１５レンズ１６被測定物１７第１の光絞り部１８ホトダイオード２０演算部２１音叉２２音叉振幅検出器２４ソレノイド２９第２の光絞り部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光部が出射した光を収束させ、被測定
物に投射させるレンズと、被測定物からの反射光を受光
する受光部とを有し、該受光部が受光した受光量に基づ
いて被測定物の表面の変位を測定する変位計において、
前記レンズのうち少なくとも１枚のレンズを略光軸方向
に移動させる移動手段と、該移動手段により移動される
レンズの位置を検出する位置検出部と、被測定物からの
反射光を受光する受光部の前方に配置された第１の光絞
り部と、前記位置検出部が出力する検出位置信号を、前
記受光部の受光量の最大時点で捉える手段と、捉えた検
出位置信号に基づいて被測定物の表面の変位を求める手
段と、前記レンズの前方又は後方に配置された第２の光
絞り部とを備えることを特徴とする変位計。
【請求項２】前記移動手段は前記移動されるレンズを
所定振幅で振動させる加振手段であり、前記加振手段は
前記移動されるレンズを連結した音叉と、該音叉を駆動
するソレノイド又は圧電素子とにより構成してある請求
項１記載の変位計。
【請求項３】前記加振手段の前記音叉の一端及び他端
に前記移動されるレンズをそれぞれ連結してある請求項
２記載の変位計。
【請求項４】前記第１の光絞り部を、ピンホール又は
スリットにより形成して構成してある請求項１ないし請
求項３記載の変位計。
【請求項５】前記第２の光絞り部を、穴又はスリット
により形成して構成してある請求項１ないし請求項４記
載の変位計。
【請求項６】前記第２の光絞り部である穴の直径又は
スリットの幅が前記第２の光絞り部が配置される位置に
おける光束の直径に対して略半分である様に構成されて
いる請求項５記載の変位計。
【請求項７】前記第２の光絞り部をスライドさせるス
ライド手段を備える請求項１ないし請求項６記載の変位
計。
【請求項８】前記第２の光絞り部が着脱可能である請
求項１ないし請求項６記載の変位計。