JPS6355641B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6355641B2 JPS6355641B2 JP55181142A JP18114280A JPS6355641B2 JP S6355641 B2 JPS6355641 B2 JP S6355641B2 JP 55181142 A JP55181142 A JP 55181142A JP 18114280 A JP18114280 A JP 18114280A JP S6355641 B2 JPS6355641 B2 JP S6355641B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measured
- lens
- displacement
- receiving element
- Prior art date
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は光ビームを走査しながら物体に照射
して物体までの距離を測定する原理を用いて物体
の１次元的な表面形状を測定する形状測定装置に
関するものである。
して物体までの距離を測定する原理を用いて物体
の１次元的な表面形状を測定する形状測定装置に
関するものである。
物体の形状を測定する場合、最も簡単な方法は
ある基準面から物体の各点までの距離を物差しで
測定する方法であり、これを精密に行なうのが機
械探針法である。よく知られているようにこの機
械探針法は、物体に探針を直接接触させ、この形
状を測定するものであるから物体の機質に制限が
あり、また測定にかなりの時間を要するうえに連
続的な測定は困難であつた。また、非接触式に変
位を測定する方法としては、光ビームを照射して
物体までの距離を測定する方法であるが、物体が
静止しているときは測定装置を移動させないと凹
凸等の形状の測定は困難であつた。
ある基準面から物体の各点までの距離を物差しで
測定する方法であり、これを精密に行なうのが機
械探針法である。よく知られているようにこの機
械探針法は、物体に探針を直接接触させ、この形
状を測定するものであるから物体の機質に制限が
あり、また測定にかなりの時間を要するうえに連
続的な測定は困難であつた。また、非接触式に変
位を測定する方法としては、光ビームを照射して
物体までの距離を測定する方法であるが、物体が
静止しているときは測定装置を移動させないと凹
凸等の形状の測定は困難であつた。
この発明は上記の欠点を除去するためになされ
たもので、非接触で連続的、かつ高速に物体の１
次元的な凹凸等の形状を測定可能にした形状測定
装置を提供するものである。
たもので、非接触で連続的、かつ高速に物体の１
次元的な凹凸等の形状を測定可能にした形状測定
装置を提供するものである。
以下、本発明装置を説明する前に、１個の光源
を用いた場合の原理構成および物体表面からの反
射光と受光位置との関係について第１図ないし第
３図を参照して説明する。第１図は被測定物体の
変位を測定する装置の構成を示す図である。同図
において２１は光源、２２は光源２１からの光ビ
ームを細い照射光ビーム２３に収束するレンズで
ある。２４は被測定物体であつてその表面は矢印
Ａ，Ｂの方向に変位している。２５は被測定物体
２４からの反射光を収束する集光レンズである。
２６は位置検出器であつて受光素子２７、演算器
２８等から構成されている。９は補正回路であ
る。
を用いた場合の原理構成および物体表面からの反
射光と受光位置との関係について第１図ないし第
３図を参照して説明する。第１図は被測定物体の
変位を測定する装置の構成を示す図である。同図
において２１は光源、２２は光源２１からの光ビ
ームを細い照射光ビーム２３に収束するレンズで
ある。２４は被測定物体であつてその表面は矢印
Ａ，Ｂの方向に変位している。２５は被測定物体
２４からの反射光を収束する集光レンズである。
２６は位置検出器であつて受光素子２７、演算器
２８等から構成されている。９は補正回路であ
る。
しかして、以上のような装置において光源２１
から出力された光ビームはレンズ２２で収束され
て細い照射光ビーム２３となつて被測定物体２４
の表面に照射される。このとき、第２図に示すよ
うに被測定物体２４の表面変位ｘ、つまりｘ軸上
の各点例えば中心０から−ａ、＋ａだけ変化した
とき、その被測定物体２４からの反射光２３′は
集光レンズ２５を通つて受光素子２７面にはｙ軸
上の中心0′から−ｂ、＋ｂの点に投射される。被
測定物体２４と集光レンズ２５との距離及び角度
によつて、集光レンズ２５による像の結像位置が
異なるので、結像位置の軌跡と受光素子面を一致
する様に受光素子面の位置を決定する。仮に、結
像位置の軌跡と受光素子面が一致しないと、受光
面上に被測定物体上の光点が結像しないことにな
り、また受光面での光スポツトは大きくなり誤差
の原因となる。この誤差上記以外の誤差について
は後述する本発明装置の第４図に示す除算回路１
１1，１１2により被測定物体２４の反射率の違い
による受光素子面上での光の強度の違いによる誤
差を補正し、また、第４図に示すリニア補正回路
１２1，１２2により被測定物体２４のｘ軸方向の
動きと受光面上の光スポツトの動きのノンリニア
リテイを補正する。
から出力された光ビームはレンズ２２で収束され
て細い照射光ビーム２３となつて被測定物体２４
の表面に照射される。このとき、第２図に示すよ
うに被測定物体２４の表面変位ｘ、つまりｘ軸上
の各点例えば中心０から−ａ、＋ａだけ変化した
とき、その被測定物体２４からの反射光２３′は
集光レンズ２５を通つて受光素子２７面にはｙ軸
上の中心0′から−ｂ、＋ｂの点に投射される。被
測定物体２４と集光レンズ２５との距離及び角度
によつて、集光レンズ２５による像の結像位置が
異なるので、結像位置の軌跡と受光素子面を一致
する様に受光素子面の位置を決定する。仮に、結
像位置の軌跡と受光素子面が一致しないと、受光
面上に被測定物体上の光点が結像しないことにな
り、また受光面での光スポツトは大きくなり誤差
の原因となる。この誤差上記以外の誤差について
は後述する本発明装置の第４図に示す除算回路１
１1，１１2により被測定物体２４の反射率の違い
による受光素子面上での光の強度の違いによる誤
差を補正し、また、第４図に示すリニア補正回路
１２1，１２2により被測定物体２４のｘ軸方向の
動きと受光面上の光スポツトの動きのノンリニア
リテイを補正する。
従つて、本発明装置では上記原理構成を踏まえ
つつ２つの光源を用いて被測定物体の１次元的な
形状を測定することにあり、以下、その一実施例
について第４図および第５図を参照して説明す
る。第４図において、１1は1の周波数で変調さ
れた光を出力する第１の光源、１2は2の周波数
で変調された光を出力する第２の光源、２はこれ
ら第１、第２の光源１1，１2からの光をスキヤン
するための回転ミラーなどで成るスキヤナ、３1，
３2はこのスキヤナ２と第１、第２の光源１1，１
２の光軸上に設置され光源１1，１2からの光ビー
ムを細い照射ビームとするレンズである。４は被
測定物体であつてそのｙ方向被測定面はｘ軸方向
に変位している。５1，５2は被測定物体４とスキ
ヤナ２との間の光軸上に設置された照射レンズで
ある。６は受光素子（詳細な構成は第５図に示
す）であつて、この受光素子６の受光面積は回転
ミラー２による被測定物体４への振れ幅および集
光レンズ７の倍率等によつて決定される。７は受
光素子６と被測定物体４との間の光軸上に設置さ
れ被測定物体４からの反射光を集束する集光レン
ズである。
つつ２つの光源を用いて被測定物体の１次元的な
形状を測定することにあり、以下、その一実施例
について第４図および第５図を参照して説明す
る。第４図において、１1は1の周波数で変調さ
れた光を出力する第１の光源、１2は2の周波数
で変調された光を出力する第２の光源、２はこれ
ら第１、第２の光源１1，１2からの光をスキヤン
するための回転ミラーなどで成るスキヤナ、３1，
３2はこのスキヤナ２と第１、第２の光源１1，１
２の光軸上に設置され光源１1，１2からの光ビー
ムを細い照射ビームとするレンズである。４は被
測定物体であつてそのｙ方向被測定面はｘ軸方向
に変位している。５1，５2は被測定物体４とスキ
ヤナ２との間の光軸上に設置された照射レンズで
ある。６は受光素子（詳細な構成は第５図に示
す）であつて、この受光素子６の受光面積は回転
ミラー２による被測定物体４への振れ幅および集
光レンズ７の倍率等によつて決定される。７は受
光素子６と被測定物体４との間の光軸上に設置さ
れ被測定物体４からの反射光を集束する集光レン
ズである。
上記受光素子６は受光面上の光点の像位置によ
つて各端子から得られる光電流i1，i2の比が変化
するもので、拡散型PINダイオードなど用いられ
る。
つて各端子から得られる光電流i1，i2の比が変化
するもので、拡散型PINダイオードなど用いられ
る。
また、８1，８2は光電流i1，i2から周波数1成
分のみを通過させるフイルタ、８3，８4は光電流
i1，i2から周波数2成分のみを通過させるフイル
タである。９1はフイルタ８1，８2を通過した光
電流i1とi2の差（i1―i2）をとる減算回路、１０1
はフイルタ８1，８2を通過した光電流i1とi2の和
（i1＋i2）をとる加算回路、９2はフイルタ８3，８
４を通過した光電流i1とi2の差（i1―i2）をとる減
算回路、１０2はフイルタ８3，８4を通過した光
電流i1＋i2の和（i1＋i2）をとる加算回路である。
１１1，１１2はそれぞれ（i1―i2）を（i1＋i2）で
除する除算回路、１２1，１２2はリニア補正回
路、１３は変位演算器である。
分のみを通過させるフイルタ、８3，８4は光電流
i1，i2から周波数2成分のみを通過させるフイル
タである。９1はフイルタ８1，８2を通過した光
電流i1とi2の差（i1―i2）をとる減算回路、１０1
はフイルタ８1，８2を通過した光電流i1とi2の和
（i1＋i2）をとる加算回路、９2はフイルタ８3，８
４を通過した光電流i1とi2の差（i1―i2）をとる減
算回路、１０2はフイルタ８3，８4を通過した光
電流i1＋i2の和（i1＋i2）をとる加算回路である。
１１1，１１2はそれぞれ（i1―i2）を（i1＋i2）で
除する除算回路、１２1，１２2はリニア補正回
路、１３は変位演算器である。
上記受光素子６として用いられた拡散型PINダ
イオードの構成図を第５図に示す。第５図におい
て６１はｎ型半導体基板、６２はｐ型半導体領
域、６３は前記ｎ型半導体基板６１に取り付けた
電極、６４，６５は前記ｐ型半導体領域６２に取
り付けた電極である。また、６６は電源、６７，
６８は負荷抵抗器である。このような構成におい
て反射光の照射位置に応じて負荷抵抗器６７を流
れる光電流i1と負荷抵抗器６８を流れる光電流i2
とが異なつてくる。したがつて、この光電流i1，
i2を上記フイルタ８1，８4、減算回路９1，９2、
加算回路１０1，１０2、除算回路１１1，１１2で
演算処理することにより、受光素子６の中心Ｏか
らの照射位置y1，y2は y1＝K1・（i1―i2）／（i1＋i2）… (1) y2＝K2・（i1―i2）／（i1＋i2）… (2) として求められる。ただし、K1，K2は定数であ
る。
イオードの構成図を第５図に示す。第５図におい
て６１はｎ型半導体基板、６２はｐ型半導体領
域、６３は前記ｎ型半導体基板６１に取り付けた
電極、６４，６５は前記ｐ型半導体領域６２に取
り付けた電極である。また、６６は電源、６７，
６８は負荷抵抗器である。このような構成におい
て反射光の照射位置に応じて負荷抵抗器６７を流
れる光電流i1と負荷抵抗器６８を流れる光電流i2
とが異なつてくる。したがつて、この光電流i1，
i2を上記フイルタ８1，８4、減算回路９1，９2、
加算回路１０1，１０2、除算回路１１1，１１2で
演算処理することにより、受光素子６の中心Ｏか
らの照射位置y1，y2は y1＝K1・（i1―i2）／（i1＋i2）… (1) y2＝K2・（i1―i2）／（i1＋i2）… (2) として求められる。ただし、K1，K2は定数であ
る。
また、上記リニア補正回路１１1，１１2は、上
記y1，y2が被測定物体４の図示xy2次元座標（集
光レンズ７を原点とする）のｘ軸方向の変化に直
線的に比例しないのを補正するためのもので、折
線近似回路、指数関数回路などが用いられる。し
たがつて、これらリニア補正回路１１1，１１2で
リニア補正されて出力されたy1，y2は被測定物体
４のｘ軸方向の変化に対応するものとなる。この
ようにして求められたy1，y2より、被測定物体４
の変位xaは、集光レンズ７を原点として２次元座
標で考えると xa＝Δyh・xc／y1＋y2…(3) で表わされる。上記(3)式のxaは集光レンズからの
ｘ軸方向の距離変動であり、これはたとえば被測
定物体４の表面が図示の如く凹凸であれば、上記
xaはその凹凸に対応した距離となる。したがつ
て、変位演算器１３で上記(3)式を演算して、その
出力信号をＸ―Ｙレコーダなどで表示させれば被
測定物体４の表面形状に対応した形状が描かれ
る。
記y1，y2が被測定物体４の図示xy2次元座標（集
光レンズ７を原点とする）のｘ軸方向の変化に直
線的に比例しないのを補正するためのもので、折
線近似回路、指数関数回路などが用いられる。し
たがつて、これらリニア補正回路１１1，１１2で
リニア補正されて出力されたy1，y2は被測定物体
４のｘ軸方向の変化に対応するものとなる。この
ようにして求められたy1，y2より、被測定物体４
の変位xaは、集光レンズ７を原点として２次元座
標で考えると xa＝Δyh・xc／y1＋y2…(3) で表わされる。上記(3)式のxaは集光レンズからの
ｘ軸方向の距離変動であり、これはたとえば被測
定物体４の表面が図示の如く凹凸であれば、上記
xaはその凹凸に対応した距離となる。したがつ
て、変位演算器１３で上記(3)式を演算して、その
出力信号をＸ―Ｙレコーダなどで表示させれば被
測定物体４の表面形状に対応した形状が描かれ
る。
ところで、上記(3)式は次のようにして求められ
る。すなわち、受光素子６上におけるy1（第１の
光源１1からの光ビームの光点）、y2（第２の光源
１2からの光ビームの光点）は y1＝yh／xa・xc… (4) y2＝−yh＋Δyh／xa・xc… (5) (4)・(5)式より y2＝−（―xa／xc）y1＋Δyh／xa・xc… (6) これよりxaは xa＝−Δyh・xc／y2―y1＝Δyh・xc／y1―y2 となる。
る。すなわち、受光素子６上におけるy1（第１の
光源１1からの光ビームの光点）、y2（第２の光源
１2からの光ビームの光点）は y1＝yh／xa・xc… (4) y2＝−yh＋Δyh／xa・xc… (5) (4)・(5)式より y2＝−（―xa／xc）y1＋Δyh／xa・xc… (6) これよりxaは xa＝−Δyh・xc／y2―y1＝Δyh・xc／y1―y2 となる。
上記のような構成であるから、第１、第２の光
源１1，１2から周波数1，2で変調された光をス
キヤナ２に照射すると、それらの光は被測定物体
４上を走査し、その反射ビームが集光レンズ７を
通つて受光素子６に照射される。この受光素子６
からは、上記反射ビームの光点の位置に応じた光
電流i1，i2が出力される。この光電流i1，i2はフイ
ルタ８1〜８4によつて、それぞれ５1，５2の周波
数で分離される。したがつて、フイルタ８1，８2
からは第１の光源１1からの光による光電流i1，i2
が出力され、フイルタ８3，８4からは第２の光源
１2からの光による光電流i1，i2が出力される。そ
して第１の光源１1からの光による光電流i1，i2お
よび第２の光源１2からの光による光電流i1，i2は
それぞれ減算回路９1，９2でi1―i2の減算がなさ
れるとともに、加算回路１０1，１０2でi1＋i2の
加算がなされ、さらに除算回路１１1，１１2で
（i1―i2）／（i1＋i2）の除算がなされたのち、リ
ニア補正回路１２1，１２2でリニア補正される。
このリニア補正回路１２1，１２2でリニア補正さ
れた上記(1)、(2)式のy1，y2は変位演算器１３に入
力され、ここで上記(3)式が演算されて出力され
る。この変位演算器１３からの出力xaは前述した
ように、被測定物４の表面形状の凹凸に対した距
離、すなわち、この実施例では集光レンズ７の中
心を原点としているため、この原点からのｘ座標
の変位を示している。したがつて、この変位演算
器１３の出力をたとえばＸ―Ｙレコーダなどに入
力させれば、被測定物体４の表面形状に対応した
形状を摘かせることができる。
源１1，１2から周波数1，2で変調された光をス
キヤナ２に照射すると、それらの光は被測定物体
４上を走査し、その反射ビームが集光レンズ７を
通つて受光素子６に照射される。この受光素子６
からは、上記反射ビームの光点の位置に応じた光
電流i1，i2が出力される。この光電流i1，i2はフイ
ルタ８1〜８4によつて、それぞれ５1，５2の周波
数で分離される。したがつて、フイルタ８1，８2
からは第１の光源１1からの光による光電流i1，i2
が出力され、フイルタ８3，８4からは第２の光源
１2からの光による光電流i1，i2が出力される。そ
して第１の光源１1からの光による光電流i1，i2お
よび第２の光源１2からの光による光電流i1，i2は
それぞれ減算回路９1，９2でi1―i2の減算がなさ
れるとともに、加算回路１０1，１０2でi1＋i2の
加算がなされ、さらに除算回路１１1，１１2で
（i1―i2）／（i1＋i2）の除算がなされたのち、リ
ニア補正回路１２1，１２2でリニア補正される。
このリニア補正回路１２1，１２2でリニア補正さ
れた上記(1)、(2)式のy1，y2は変位演算器１３に入
力され、ここで上記(3)式が演算されて出力され
る。この変位演算器１３からの出力xaは前述した
ように、被測定物４の表面形状の凹凸に対した距
離、すなわち、この実施例では集光レンズ７の中
心を原点としているため、この原点からのｘ座標
の変位を示している。したがつて、この変位演算
器１３の出力をたとえばＸ―Ｙレコーダなどに入
力させれば、被測定物体４の表面形状に対応した
形状を摘かせることができる。
以上説明したようにこの発明によれば、被測定
物体の移動の有無に拘らず静止した状態で物体の
凹凸等の１次元的な形状を非接触で高精度にかつ
高速で測定することができる形状測定装置を提供
できる。
物体の移動の有無に拘らず静止した状態で物体の
凹凸等の１次元的な形状を非接触で高精度にかつ
高速で測定することができる形状測定装置を提供
できる。
第１図は１個の光源を用いた場合の本発明装置
の原理構成図、第２図および第３図は第１図の装
置を用いた場合の被測定物体の変位と受光位置と
の関係を示す図、第４図は本発明装置の一実施例
を示す構成図、第５図は同実施例において使用す
る受光素子の具体例を示す構成図である。 １1…第１の光源、１2…第２の光源、２…スキ
ヤナ、４…被測定物体、６…受光素子、８1…８4
…フイルタ、９1，９2…減算回路、１０1，１０2
…加算回路、１１1，１１2…除算回路、１２…リ
ニア補正回路、１３…変位演算器。
の原理構成図、第２図および第３図は第１図の装
置を用いた場合の被測定物体の変位と受光位置と
の関係を示す図、第４図は本発明装置の一実施例
を示す構成図、第５図は同実施例において使用す
る受光素子の具体例を示す構成図である。 １1…第１の光源、１2…第２の光源、２…スキ
ヤナ、４…被測定物体、６…受光素子、８1…８4
…フイルタ、９1，９2…減算回路、１０1，１０2
…加算回路、１１1，１１2…除算回路、１２…リ
ニア補正回路、１３…変位演算器。
Claims (1)
- １ 異なる周波数で変調された指向性のよい光ビ
ームを出力する第１、第２の光源１1，１2と、こ
れら第１、第２の光源からの光をスキヤンするス
キヤナ２と、このスキヤナでスキヤンされた前記
第１、第２の光源の像を被測定物体上に投射しそ
れぞれ異なる点に光点を形成する照射レンズ５1，
５2と、この照射レンズの光軸とは異なる方向に
配置され前記被測定物体の各光点からの反射光を
集光する集光レンズ７と、少なくとも前記被測定
物体に形成する２つの光点を結ぶ方向に受光面を
有し、前記集光レンズを通つて入射する前記被測
定物体の変位に応じて異なる位置で受光し前記光
点の像の位置出力を得る位置検出器６と、この位
置検出器からの位置出力を前記各々の周波数毎に
分離し、この分離された位置出力により被測定物
体の変位を演算する演算手段８1〜８4，〜，１３
とを備えたことを特徴とする形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18114280A JPS57104808A (en) | 1980-12-20 | 1980-12-20 | Shape measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18114280A JPS57104808A (en) | 1980-12-20 | 1980-12-20 | Shape measuring apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57104808A JPS57104808A (en) | 1982-06-30 |
| JPS6355641B2 true JPS6355641B2 (ja) | 1988-11-04 |
Family
ID=16095617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18114280A Granted JPS57104808A (en) | 1980-12-20 | 1980-12-20 | Shape measuring apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57104808A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8401649A (nl) * | 1984-05-23 | 1985-12-16 | Optische Ind De Oude Delft Nv | Meetstelsel voor het, onder gebruikmaking van een op driehoeksmeting berustend principe, contactloos meten van de afstand tussen een bepaald punt van een objectvlak en een referentieniveau. |
| JPS6184580A (ja) * | 1984-10-02 | 1986-04-30 | Yukio Muto | 変位量測定器 |
| JPH0560532A (ja) * | 1990-11-27 | 1993-03-09 | Nkk Corp | 光学式形状計 |
| JPH051904A (ja) * | 1990-11-27 | 1993-01-08 | Nkk Corp | 光学式形状計 |
| JP5366476B2 (ja) * | 2008-08-21 | 2013-12-11 | 大日本スクリーン製造株式会社 | 視覚装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5315161A (en) * | 1976-07-27 | 1978-02-10 | Nec Corp | Moving method for object to specified position by using laser beam |
-
1980
- 1980-12-20 JP JP18114280A patent/JPS57104808A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57104808A (en) | 1982-06-30 |
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