JP2725207B2 - 位置測定装置 - Google Patents
位置測定装置Info
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- JP2725207B2 JP2725207B2 JP1179437A JP17943789A JP2725207B2 JP 2725207 B2 JP2725207 B2 JP 2725207B2 JP 1179437 A JP1179437 A JP 1179437A JP 17943789 A JP17943789 A JP 17943789A JP 2725207 B2 JP2725207 B2 JP 2725207B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、物体表面の凹凸形状などを計測するのに
用いられる位置測定装置に関する。
用いられる位置測定装置に関する。
＜従来の技術＞ 従来この種の装置として、第４図に示す如く、レーザ
光源１より光ビーム２を照射して物体３の表面に輝点４
を生成し、この輝点４の像５を対物レンズ６により受光
素子７上に生成するようにしたものが存在する。この装
置では、受光素子７上の輝点像５の位置と光ビーム２の
投射角度とから三角測量の原理に基づき物体３上の輝点
４の位置を算出するものである。
光源１より光ビーム２を照射して物体３の表面に輝点４
を生成し、この輝点４の像５を対物レンズ６により受光
素子７上に生成するようにしたものが存在する。この装
置では、受光素子７上の輝点像５の位置と光ビーム２の
投射角度とから三角測量の原理に基づき物体３上の輝点
４の位置を算出するものである。
ところがこの装置を用いて物体３表面の凹凸形状を観
測するには、光ビーム２を物体３の表面に沿って走査す
る機構が必要となり、しかも走査のための処理時間も長
くなるという欠点がある。
測するには、光ビーム２を物体３の表面に沿って走査す
る機構が必要となり、しかも走査のための処理時間も長
くなるという欠点がある。
そこでこの単一の光ビーム２に代えて物体表面へマル
チビームを照射することにより、ビーム走査を必要とせ
ずに物体表面の凹凸形状を観測できる位置測定装置が提
案された。
チビームを照射することにより、ビーム走査を必要とせ
ずに物体表面の凹凸形状を観測できる位置測定装置が提
案された。
第５図は、その具体例であって、投光部８と受光部９
とで観測系が構成されている。
とで観測系が構成されている。
投光部８は、レーザ光源10とマイクロレンズアレイ11
とから成り、レーザ光源10からのレーザ光をマイクロレ
ンズアレイ11へ照射することにより、並行な光ビームの
束、すなわちマルチビームを発生させている。
とから成り、レーザ光源10からのレーザ光をマイクロレ
ンズアレイ11へ照射することにより、並行な光ビームの
束、すなわちマルチビームを発生させている。
第５図中、12はマルチビームを構成する一本の光ビー
ムを示すもので、この光ビーム12は回折次数に応じた方
向へ進んで観測物体13に当たり、物体表面に輝点14を生
成する。この輝点14は各光ビーム毎に形成されるから、
全体として縦横等間隔の格子配列となる。
ムを示すもので、この光ビーム12は回折次数に応じた方
向へ進んで観測物体13に当たり、物体表面に輝点14を生
成する。この輝点14は各光ビーム毎に形成されるから、
全体として縦横等間隔の格子配列となる。
受光部９は、対物レンズ15と受光素子16とから成り、
この受光素子16上に各輝点14の像17を結像させる。この
輝点像17も縦横等間隔に並び、全体として格子配列とな
る。
この受光素子16上に各輝点14の像17を結像させる。この
輝点像17も縦横等間隔に並び、全体として格子配列とな
る。
同図中、XYZの各軸はこの観測系に設定された３次元
座標軸であって、Ｚ軸上に受光部９の対物レンズ15と受
光素子16とを位置させ、またＹ軸上に対物レンズ15と投
光部８のマイクロレンズアレイ11とが位置させてある。
座標軸であって、Ｚ軸上に受光部９の対物レンズ15と受
光素子16とを位置させ、またＹ軸上に対物レンズ15と投
光部８のマイクロレンズアレイ11とが位置させてある。
いま受光素子16と対物レンズ15との距離をｌ、対物レ
ンズ15とマイクロレンズアレイ11との距離をｄ、光ビー
ム12がＺ軸方向となす角度をθ１、物体13での反射光が
Ｚ軸方向となす角度をθ２とした場合、受光素子16上の
輝点像17の位置（x1,y1）を測定すれば、前記の角度θ
２を求めることができる。
ンズ15とマイクロレンズアレイ11との距離をｄ、光ビー
ム12がＺ軸方向となす角度をθ１、物体13での反射光が
Ｚ軸方向となす角度をθ２とした場合、受光素子16上の
輝点像17の位置（x1,y1）を測定すれば、前記の角度θ
２を求めることができる。
そして前記の角度θ１は光ビーム12の回折次数より既
知であるから、つぎの〜式の演算を順次実行すれ
ば、物体13上の輝点14の３次元座標（x,y,z）を算出で
きる。
知であるから、つぎの〜式の演算を順次実行すれ
ば、物体13上の輝点14の３次元座標（x,y,z）を算出で
きる。
ところで受光素子16上には格子配列をなす多数の輝点
像17が一斉に結像するため、物体上の各輝点14の位置を
測定するためには、各輝点像17がマルチビームのいずれ
の光ビーム12と対応しているかを知る必要がある。
像17が一斉に結像するため、物体上の各輝点14の位置を
測定するためには、各輝点像17がマルチビームのいずれ
の光ビーム12と対応しているかを知る必要がある。
そこで受光素子16上に、第６図に示すような格子配列
のマルチウィンドウＷ′を設定し、各輝点像17が正方矩
形状の各ウィンドウ領域18に個別に含まれるようにし
て、各ウィンドウ領域18内で各輝点像17の位置を計測し
ている。このマルチウィンドウＷ′の縦横の配列方向は
輝点像17の配列方向と一致し、かつ各ウィンドウ領域18
の縦横の各幅ａは輝点像17の縦横の各間隔ｂと一致（ａ
＝ｂ）する。
のマルチウィンドウＷ′を設定し、各輝点像17が正方矩
形状の各ウィンドウ領域18に個別に含まれるようにし
て、各ウィンドウ領域18内で各輝点像17の位置を計測し
ている。このマルチウィンドウＷ′の縦横の配列方向は
輝点像17の配列方向と一致し、かつ各ウィンドウ領域18
の縦横の各幅ａは輝点像17の縦横の各間隔ｂと一致（ａ
＝ｂ）する。
＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記の観測系において、受光素子16上の各輝点像17は
物体表面の凹凸に応じてマルチウィンドウＷ′の各ウィ
ンドウ領域18内で変位することになるが、表面凹凸の大
きい物体については、輝点像17がウィンドウ領域18外へ
はみ出る虞れがあり、これがため計測可能な物体がマル
チビームの格子定数により制限されるという問題があ
る。
物体表面の凹凸に応じてマルチウィンドウＷ′の各ウィ
ンドウ領域18内で変位することになるが、表面凹凸の大
きい物体については、輝点像17がウィンドウ領域18外へ
はみ出る虞れがあり、これがため計測可能な物体がマル
チビームの格子定数により制限されるという問題があ
る。
第７図は、縦軸にＺ軸方向の測定距離を、また横軸に
受光素子16上のＹ座標を、それぞれとったものである。
受光素子16上のＹ座標を、それぞれとったものである。
同図は、レンズアレイ11より照射された光ビーム12が
Z1,Z2,Z3の各距離の位置に輝点を生成するとき、対物レ
ンズ15により受光素子16上に生成される輝点像17がY1,Y
2,Y3の各座標位置に結像することを示している。従って
物体の奥行き方向の測定距離はマルチウィンドウＷ′の
Ｙ方向の長さによる制限を受けることが理解される。
Z1,Z2,Z3の各距離の位置に輝点を生成するとき、対物レ
ンズ15により受光素子16上に生成される輝点像17がY1,Y
2,Y3の各座標位置に結像することを示している。従って
物体の奥行き方向の測定距離はマルチウィンドウＷ′の
Ｙ方向の長さによる制限を受けることが理解される。
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、受
光素子上で各輝点像が十分に変位できるよう工夫すると
共に、マルチウィンドウを輝点像の変位する方向へ長い
形状に設定することにより、計測可能範囲を大幅に拡大
した新規な位置計測装置を提供することを目的とする。
光素子上で各輝点像が十分に変位できるよう工夫すると
共に、マルチウィンドウを輝点像の変位する方向へ長い
形状に設定することにより、計測可能範囲を大幅に拡大
した新規な位置計測装置を提供することを目的とする。
＜問題点を解決するための手段＞ この発明にかかる位置測定装置は、観測物体に向けて
マルチビームを照射して物体表面に複数個の輝点を格子
状に生成する投光部と、受光素子上に格子配列の輝点像
を生成する受光部とで観測光学系が形成してある。そし
て前記投光部は、受光素子上における各輝点像の縦横の
配列方向に対して各輝点像の変位する方向が斜めとなる
よう傾き角度をもたせて配置すると共に、前記受光素子
上には、各輝点像を個別に囲みかつ輝点像の変位する方
向に長い形状のマルチウィンドウを設定するようにして
いる。
マルチビームを照射して物体表面に複数個の輝点を格子
状に生成する投光部と、受光素子上に格子配列の輝点像
を生成する受光部とで観測光学系が形成してある。そし
て前記投光部は、受光素子上における各輝点像の縦横の
配列方向に対して各輝点像の変位する方向が斜めとなる
よう傾き角度をもたせて配置すると共に、前記受光素子
上には、各輝点像を個別に囲みかつ輝点像の変位する方
向に長い形状のマルチウィンドウを設定するようにして
いる。
＜作用＞ 観測物体の凹凸に応じて受光素子上の各輝点像は縦横
の配列方向に対して斜め方向へ変位するので、十分に大
きな変位が許容され、しかもマルチウィンドウの形状も
輝点像の変位する方向に長く設定してあるから、輝点像
がウィンドウの領域外へはみ出る虞れがなく、計測可能
範囲が大幅に拡大する。
の配列方向に対して斜め方向へ変位するので、十分に大
きな変位が許容され、しかもマルチウィンドウの形状も
輝点像の変位する方向に長く設定してあるから、輝点像
がウィンドウの領域外へはみ出る虞れがなく、計測可能
範囲が大幅に拡大する。
＜実施例＞ 第１図は、この発明の一実施例にかかる位置測定装置
の構成を示しており、第５図の従来例と同様、レーザ光
源10とマイクロレンズアレイ11とから成る投光部８と、
対物レンズ15と受光素子16とから成る受光部９とで観測
系が構成されている。
の構成を示しており、第５図の従来例と同様、レーザ光
源10とマイクロレンズアレイ11とから成る投光部８と、
対物レンズ15と受光素子16とから成る受光部９とで観測
系が構成されている。
なお投光部８のレーザ光源10とマイクロレンズアレイ
11、また受光部９の対物レンズ15と受光素子16は、第５
図の従来例と同様の機能を果たすものであり、ここでは
その説明を省略する。
11、また受光部９の対物レンズ15と受光素子16は、第５
図の従来例と同様の機能を果たすものであり、ここでは
その説明を省略する。
図示例の装置にあっては、前記マイクロレンズアレイ
11は所定の角度θだけ傾けて配置してあり、これにより
受光素子16上における各輝点像17が、第３図に示す如
く、縦横の配列方向（同図中、破線e,fで示す）に対し
て斜め方向（同図中、矢印Ｓで示す）へ変位するように
してある。加えてこの装置においては、受光素子16上
に、各輝点像17を個別に囲みかつ輝点像17の変位する方
向に長い形状のマルチウィンドウＷを設定するようにし
てある。
11は所定の角度θだけ傾けて配置してあり、これにより
受光素子16上における各輝点像17が、第３図に示す如
く、縦横の配列方向（同図中、破線e,fで示す）に対し
て斜め方向（同図中、矢印Ｓで示す）へ変位するように
してある。加えてこの装置においては、受光素子16上
に、各輝点像17を個別に囲みかつ輝点像17の変位する方
向に長い形状のマルチウィンドウＷを設定するようにし
てある。
第３図は、受光素子16上で輝点像17が変位する方向
（図中、矢印ｇで示す）が観測物体の形状によらず常に
Ｙ軸と平行な方向であることを示すものである。
（図中、矢印ｇで示す）が観測物体の形状によらず常に
Ｙ軸と平行な方向であることを示すものである。
第３図（１）において、20はＹ軸とマイクロレンズア
レイ11より照射される光ビーム12とを含む０次回折光面
であり、また22,23は物***置を示す物体線である。こ
の０次回折光面内における光ビーム12は物体の形状（物
体線22,23の位置）に応じて矢印ｈのように移動し、そ
の輝点像17は受光素子16上でＹ軸に沿う矢印ｇの方向に
移動する。
レイ11より照射される光ビーム12とを含む０次回折光面
であり、また22,23は物***置を示す物体線である。こ
の０次回折光面内における光ビーム12は物体の形状（物
体線22,23の位置）に応じて矢印ｈのように移動し、そ
の輝点像17は受光素子16上でＹ軸に沿う矢印ｇの方向に
移動する。
また第３図（２）に示すように、０次回折光面20に対
してつぎに高次の回折光面（１次回折光面）21について
も上記と同様であり、受光素子17上の輝点像ｇはＹ軸に
沿う矢印ｇの方向に移動する。
してつぎに高次の回折光面（１次回折光面）21について
も上記と同様であり、受光素子17上の輝点像ｇはＹ軸に
沿う矢印ｇの方向に移動する。
第２図に戻って、前記マルチウィンドウＷの長さw
1は、その方向が輝点像17の変位する方向と一致し、し
かもその大きさが輝点像17の配列間隔ｂに対して十分に
大きく設定してあるから、物体の奥行き方向に対する測
定範囲が拡大することになる。
1は、その方向が輝点像17の変位する方向と一致し、し
かもその大きさが輝点像17の配列間隔ｂに対して十分に
大きく設定してあるから、物体の奥行き方向に対する測
定範囲が拡大することになる。
なおこの実施例では、各輝点像17の変位方向が輝点像
17の格子配列に対してＡ方向となるようマイクロレンズ
アレイ11の傾き角度θが設定してあるが、これに限ら
ず、各輝点像17の変位方向が格子配列に対してＢ〜Ｄの
各方向となるよう傾き角度θを設定してもよい。
17の格子配列に対してＡ方向となるようマイクロレンズ
アレイ11の傾き角度θが設定してあるが、これに限ら
ず、各輝点像17の変位方向が格子配列に対してＢ〜Ｄの
各方向となるよう傾き角度θを設定してもよい。
下表は輝点像17の変位方向をＡ〜Ｄの各方向に設定し
た場合におけるマルチウィンドウＷの長さw1および幅w2
を示している。
た場合におけるマルチウィンドウＷの長さw1および幅w2
を示している。
＜発明の効果＞ この発明は上記の如く、マルチビームにより物体表面
に生成した格子配列の輝点につきその輝点像を受光素子
上に生成するものにおいて、各輝点像の縦横の配列方向
に対して各輝点像の変位する方向が斜めとなるよう投光
部に傾きを設定すると共に、受光素子上には、各輝点像
を個別に囲みかつ輝点像の変位する方向に長い形状のマ
ルチウィンドウを設定するようにしたから、受光素子上
の各輝点像は観測物体の凹凸に応じた十分に大きな変位
が許容され、しかも輝点像がウィンドウの領域外へはみ
出ることもなく、計測可能範囲が大幅に拡大するという
顕著な効果を奏する。
に生成した格子配列の輝点につきその輝点像を受光素子
上に生成するものにおいて、各輝点像の縦横の配列方向
に対して各輝点像の変位する方向が斜めとなるよう投光
部に傾きを設定すると共に、受光素子上には、各輝点像
を個別に囲みかつ輝点像の変位する方向に長い形状のマ
ルチウィンドウを設定するようにしたから、受光素子上
の各輝点像は観測物体の凹凸に応じた十分に大きな変位
が許容され、しかも輝点像がウィンドウの領域外へはみ
出ることもなく、計測可能範囲が大幅に拡大するという
顕著な効果を奏する。
第１図はこの発明の一実施例にかかる位置測定装置の構
成を示す説明図、第２図は輝点像の変位方向とマルチウ
ィンドウの形状との関係を示す説明図、第３図は物体の
形状と輝点像の変位方向との関係を示す説明図、第４図
および第５図は従来の位置測定装置の構成を示す説明
図、第６図は第５図の従来例で用いられるマルチウィン
ドウを示す説明図、第７図は測定距離と受光素子上の輝
点像の位置との関係を示す説明図である。 ８……投光部、９……受光部 11……マイクロレンズアレイ 16……受光素子
成を示す説明図、第２図は輝点像の変位方向とマルチウ
ィンドウの形状との関係を示す説明図、第３図は物体の
形状と輝点像の変位方向との関係を示す説明図、第４図
および第５図は従来の位置測定装置の構成を示す説明
図、第６図は第５図の従来例で用いられるマルチウィン
ドウを示す説明図、第７図は測定距離と受光素子上の輝
点像の位置との関係を示す説明図である。 ８……投光部、９……受光部 11……マイクロレンズアレイ 16……受光素子
Claims (1)
- 【請求項１】観測物体に向けてマルチビームを照射して
物体表面に複数個の輝点を格子状に生成する投光部と、
受光素子上に格子配列の輝点像を生成する受光部とで観
測光学系が形成され、 前記投光部は、受光素子上における各輝点像の縦横の配
列方向に対して各輝点像の変位する方向が斜めとなるよ
う傾き角度をもたせて配置されると共に、前記受光素子
上には、各輝点像を個別に囲みかつ輝点像の変位する方
向に長い形状のマルチウィンドウが設定されて成る位置
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1179437A JP2725207B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1179437A JP2725207B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 位置測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0342507A JPH0342507A (ja) | 1991-02-22 |
| JP2725207B2 true JP2725207B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=16065850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1179437A Expired - Lifetime JP2725207B2 (ja) | 1989-07-11 | 1989-07-11 | 位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2725207B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6337677B2 (ja) * | 2014-07-31 | 2018-06-06 | アルプス電気株式会社 | 三次元測定装置 |
-
1989
- 1989-07-11 JP JP1179437A patent/JP2725207B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0342507A (ja) | 1991-02-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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