JPH01105103A - Optical displacement measuring instrument - Google Patents
Optical displacement measuring instrumentInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レーザ光などの光を使用してターゲットの変
位量を測定する光学式変位測定装置に関するものである
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical displacement measuring device that measures the amount of displacement of a target using light such as a laser beam.
この種の光学式変位測定装置の一例としては、ｍ５図に
示す如き装置が実用化されている。図において、ＴＧは
Ｘ、Ｙの二方向（以下、これを変位軸という）に変位す
るターゲット、１はレーザ光などの光を出射する光源、
Ｈ，２２はハーフミラ−１３１、３２はレンズ、４は絞
り、 ５．、５Ｙはフォトダイオードアレイよりなるイ
メージセンサ、６はイメージセンサＳＸ、 Ｓｖの出力
からターゲット丁Ｇの変位量に応じた出力信号を発生す
る信号処理回路である。また、ターゲットＴＧの表面に
は、変位量の検出を容易にするために、格子模様の書か
れた再帰反射性のテープが貼られている。このテープは
格子模様の方向がそれぞれターゲットＴＧの変位軸Ｘ。As an example of this type of optical displacement measuring device, a device as shown in Fig. m5 has been put into practical use. In the figure, TG is a target that is displaced in two directions, X and Y (hereinafter referred to as displacement axis), 1 is a light source that emits light such as a laser beam,
H, 22 is a half mirror 131, 32 is a lens, 4 is an aperture, 5. , 5Y is an image sensor composed of a photodiode array, and 6 is a signal processing circuit that generates an output signal according to the displacement amount of the target G from the outputs of the image sensors SX and Sv. Furthermore, a retroreflective tape with a checkered pattern is pasted on the surface of the target TG in order to facilitate the detection of the amount of displacement. In this tape, the direction of the grid pattern is the displacement axis X of the target TG.
Ｙと一致するように位置決めされている０図に示す装置
は、イメージセンサＳ、、 ＳＹ上にターゲットＴＧの
像を結ばせ、その像の動きをイメージセンサｓＸ、 Ｓ
Ｙにより直接検出するようにしたものである゛。The device shown in FIG.
It is designed to be detected directly by Y.
イメージセンサｓ、、 ’ Ｓｖはそれぞれ像の変位軸
Ｘ方向または変位軸Ｙ方向の動きに対して感度を持つよ
うに配置されている。以下、イメージセンサ５翼。The image sensors s, , 'Sv are arranged so as to be sensitive to the movement of the image in the displacement axis X direction or the displacement axis Y direction, respectively. Below is the image sensor 5 wing.
５Ｖにおいて、感度を持つ方向を検出軸という、すなお
ち、光ａｌｌから出射された光は、ハーフミラ−２１を
介してターゲットＴＧに照射され、ターゲットＴＧによ
り反射された光は、ハーフミラ−２１を通過した後、レ
ンズ３！、絞り４およびレンズ３２を通り、ハーフミラ
−２２で２つに分けられ、それぞれイメージセンサＳＸ
、 ＳＹ上にターゲットτＧの像（格子像）を結ぶ。At 5V, the direction with sensitivity is called the detection axis, that is, the light emitted from the light all is irradiated to the target TG via the half mirror 21, and the light reflected by the target TG passes through the half mirror 21. After that, lens 3! , passes through the aperture 4 and lens 32, is divided into two by a half mirror 22, and each is connected to an image sensor SX.
, forms an image (lattice image) of the target τG on SY.
第６図はイメージセンサＳ、、 ＳＹ上に結像する格子
像における光強度の分布状態と、イメージセンサ５ｘ、
Ｓｖを構成するフォトダイオードアレイとの関係を示
したものである６図は、８素子のフォトダイオード（Ｆ
Ｄ＋ ＝ＰＤｓ ）によりフォトダイオードアレイの１
ピツチを構成する場合を例示している。フォトダイオー
ドアレイをこのように接続すると、フォトダイオードの
配列ピッチＰに応じた空間フィルタ特性を持たせること
ができる。Figure 6 shows the distribution of light intensity in the grating image formed on the image sensors S, SY, and the image sensors 5x, SY.
Figure 6 shows the relationship with the photodiode array that constitutes Sv.
1 of the photodiode array by D+ = PDs)
This example shows the case of configuring a pitch. By connecting the photodiode array in this manner, it is possible to provide a spatial filter characteristic that corresponds to the arrangement pitch P of the photodiodes.
したがって、フォトダイオード（ＦＤ、 −ＰＤ、 ）
を順次走査すると、光強度の分布（格子像）に応じた信
号波形を得ることができる。ここで、格子像はターゲッ
トＴＧの変位に応じて矢印の方向に移動するので、この
信号波形の位相変化を検出すれば、ターゲットＴＧの変
位量を知ることができる。Therefore, the photodiode (FD, −PD, )
By scanning sequentially, a signal waveform corresponding to the distribution of light intensity (lattice image) can be obtained. Here, since the grating image moves in the direction of the arrow in accordance with the displacement of the target TG, the amount of displacement of the target TG can be known by detecting the phase change of this signal waveform.
また、このような光学式変位測定装置では、格子像のピ
ッチをフォトダイオードアレイのピッチと一致させるこ
とにより、空間フィルタの検出信号レベルを高くして、
Ｓ／Ｎを向上させることができる。In addition, in such an optical displacement measuring device, the detection signal level of the spatial filter is increased by matching the pitch of the grating image with the pitch of the photodiode array.
S/N can be improved.
しかしながら、このような光学式変位測定装置において
は、イメージセンサＳｘ、 Ｓｖにおける検出軸の方向
と格子像における変位軸ｘ、Ｙの方向とがそれぞれ一致
していないと、例えば第７図に示す如く、フォトダイオ
ードアレイの配列パターンと格子像の縞とが斜めに交差
するようになり、Ｓ／Ｎが低下したり、変位軸Ｘ、Ｙの
分離（クロストーク）が悪くなり、１ｇ定定差差生じて
しまう。However, in such an optical displacement measuring device, if the direction of the detection axes of the image sensors Sx, Sv and the directions of the displacement axes x, Y of the grating image do not match, for example, as shown in FIG. , the array pattern of the photodiode array and the stripes of the grating image begin to intersect diagonally, resulting in a decrease in S/N, poor separation (crosstalk) between the displacement axes X and Y, and a 1g fixed error difference. It will happen.
従来、このような格子像の変位軸Ｘ、Ｙとイメージセン
サｓ、、 Ｓｖの検出軸との関係を知る有効な方法はな
く、この種の測定誤差を完全に無くすことはできなかっ
た。Conventionally, there has been no effective method of knowing the relationship between the displacement axes X, Y of such a grating image and the detection axes of the image sensors s, . . . Sv, and it has not been possible to completely eliminate this type of measurement error.
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、格子
像の変位軸とイメージセンサの検出軸とのずれを測定、
表示し、検出軸の軸合せを容易に行なうことのできる光
学式変位測定装置を簡単な構成により実現することを目
的としたものである。The present invention eliminates the drawbacks of the conventional device as described above, and measures the deviation between the displacement axis of the grating image and the detection axis of the image sensor.
The object of the present invention is to realize an optical displacement measuring device with a simple configuration that can display and easily align the detection axis.
ＣＨＭ点を解決するための手段〕
本発明の光学式変位測定装置は、格子模様の書かれた再
帰反射性のテープが貼られたターゲットに光を照射する
とともにその反射光を利用してイメージセンサ上にター
ゲットの像を結ばせターゲットの変位に応じた結像の動
きをイメージセンサにより検出するようにした光学式変
位測定装置において、空間フィルタ特性を持つように複
数のフォトダイオードを一列に配置したイメージセンサ
と、このイメージセンサを含む検出光学系をその光軸を
中心として回転可能に支持する支持機構と、前記複数の
フォトダイオードの出力にその素子の空間フィルタ上の
位置に応じて正弦波状に変化する乗率を乗じて加算する
第１の演算手段と、前記複数のフォトダイオードの出力
にその素子の空間フィルタ上の位置に応じて余弦波状に
変化する乗率を乗じて加算する第２の演算手段と、これ
ら第１の演算手段の出力ｖ１と第２の演算手段の出力ｖ
寓との比のアークタンジェントｔａｎ−’（Ｖ＋／Ｌ）
を求める第３の演算手段と、前記ｊ１１および第２の演
算手段の出力から〜ｒ石１ＴＴＰ−の演算を行なう第４
の演算手段と、このｆＪ１４の演算手段により得られる
出力の大きさを表示する表示手段とを具備し、前記第３
の演算手段の出力から前記ターゲットの変位量を求める
ことを特徴としたものである。Means for solving CHM points] The optical displacement measuring device of the present invention irradiates light onto a target on which a retroreflective tape with a checkered pattern is attached, and uses the reflected light to detect an image sensor. In an optical displacement measurement device that focuses an image of a target on top and uses an image sensor to detect the movement of the image in response to the displacement of the target, multiple photodiodes are arranged in a line to have spatial filter characteristics. an image sensor; a support mechanism that rotatably supports a detection optical system including the image sensor around its optical axis; a first calculation means that multiplies the outputs of the plurality of photodiodes by a multiplication factor that changes and adds the results; and a second calculation device that multiplies the outputs of the plurality of photodiodes by a multiplication factor that changes in a cosine wave shape depending on the position of the element on the spatial filter and adds the results. arithmetic means, an output v1 of the first arithmetic means and an output v of the second arithmetic means
Arctangent tan-' (V+/L)
and a fourth calculating means for calculating ~r stone 1TTP- from the outputs of the j11 and the second calculating means.
and a display means for displaying the magnitude of the output obtained by the fJ14 calculation means, and the third
The displacement amount of the target is determined from the output of the calculation means.
〔作 用ゴ
このように、イメージセンサを構成する複数のフォトダ
イオードの出力を、それぞれその位置に応じた乗数を乗
じて加算し、この出力を利用してターゲットの変位量を
算出するようにすると、フォトダイオードの出力をスイ
ッチなどにより走査する必要がなくなり、スイッチング
ノイズなどの影響を受けない光学式変位測定装置を実現
することができる。また、第４の演算手段により得られ
る出力、ｒＬ７ＴＴ２−はイメージセンサに入射する光
の強度に対応しており、格子像における変位軸の方向と
イメージセンサにおける検出軸の方向とが一致した時に
最大となるので、この出力から変位軸と検出軸とのずれ
を測定することができ、この大きさを表示手段によりモ
ニタしながらイメージセンサを含む検出光学系をその光
軸を中心として回転させれば、検出軸の軸合せを容易に
行なうことができる。[Function] In this way, the outputs of the multiple photodiodes that make up the image sensor are multiplied by a multiplier that corresponds to their position and then added together, and this output is used to calculate the displacement of the target. , it is no longer necessary to scan the output of the photodiode using a switch or the like, and it is possible to realize an optical displacement measuring device that is not affected by switching noise or the like. In addition, the output rL7TT2- obtained by the fourth calculation means corresponds to the intensity of light incident on the image sensor, and is maximum when the direction of the displacement axis in the grating image and the direction of the detection axis in the image sensor match. Therefore, the deviation between the displacement axis and the detection axis can be measured from this output, and if the detection optical system including the image sensor is rotated around the optical axis while monitoring this magnitude with the display means, , the detection axis can be easily aligned.
第１図は本発明の光学式変位測定装置の一実施例を示す
構ｌｊｔ、図である。図において、前記第５図と同様の
ものは同一符号を付して示す、５０はイメージセンサＳ
ｘ、 Ｓｖを含む検出光学系をその光軸を中心として回
転可能に支持する支持機構である。FIG. 1 is a diagram showing the structure of an embodiment of the optical displacement measuring device of the present invention. In the figure, the same parts as in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
This is a support mechanism that rotatably supports a detection optical system including x and Sv around its optical axis.
また、第２図はこの支持機構５８の一実施例を示す構成
図である０図において、５１は検出光学系が組み込まれ
た筐体、５２はこの筐体５１に取り付けられた回転リン
グ、５３はこの回転リング５ｚを介して筺体５１を回転
可能に支持するガイドである。なお、イメージセンサＳ
、、 ＳＶはその検出軸が光学的に直交するように配置
されている。In addition, FIG. 2 is a configuration diagram showing one embodiment of this support mechanism 58. In FIG. is a guide that rotatably supports the housing 51 via this rotating ring 5z. In addition, image sensor S
,, The SVs are arranged so that their detection axes are optically orthogonal.
したがって、この検出光学系をその光軸を中心として回
転させると、イメージセンサ５Ｘ−Ｓｖにおける検出軸
の向きを、同時に格子像における変位軸Ｘ、Ｙの向きに
合おせることができ、検出軸の継合せを容易に行なうこ
とができる。Therefore, by rotating this detection optical system around its optical axis, the direction of the detection axis in the image sensor 5X-Sv can be simultaneously aligned with the direction of the displacement axes X and Y in the grating image, and the detection axis can be easily joined together.
第３図は本発明の光学式変位測定装置における信号処理
回路の一実施例を示す構成図であり、ターゲットＴＧに
おける２つの変位軸ｘ、Ｙのうち。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the signal processing circuit in the optical displacement measuring device of the present invention, and shows one embodiment of the signal processing circuit of the two displacement axes x and Y in the target TG.
Ｘ軸方向の変位量に対する測定回路を例示したものであ
る。図において、前記第５図および第６図と同様のもの
は同一符号を付して示す、イメージセンサ５には４つの
フォトダイオード（ＦＤ、〜ＦＤ、 ）を空間フィルタ
の１ピツチとするように接続されている。７Ｉは加算点
であり、フォトダイオード（ＰＤ、〜ＰＤ４）の出力に
その素子の空間フィルタ上の位置に応じて正弦波状に変
化する乗率Ｓｉを乗じて加算する第１の演算手段を構成
している。同様に、加算点７．は、フォトダイオード（
ＰＤ、〜ＰＤ４）の出力にその素子の空間フィルタ上の
位置に応じて余弦波状に変化する乗率Ｃ１を乗じて加算
する第２の演算手段を構成している。ここで、４つのフ
ォトダイオード（ＰＤ、 −ＦＤ、 ）における空間フ
ィルタ上の位置（位相）およびこれに応じた乗率Ｓｔ、
Ｃｉは、下表のように定められている。This is an example of a measurement circuit for the amount of displacement in the X-axis direction. In the figure, the same parts as in FIGS. 5 and 6 are indicated by the same reference numerals.The image sensor 5 includes four photodiodes (FD, ~FD, ) as one pitch of the spatial filter. It is connected. 7I is an addition point, which constitutes a first calculation means that multiplies the output of the photodiode (PD, to PD4) by a multiplication factor Si that changes sinusoidally according to the position of the element on the spatial filter and adds the result. ing. Similarly, additional points 7. is a photodiode (
PD, ~PD4)) is multiplied by a multiplication factor C1 that changes in a cosine wave shape depending on the position of the element on the spatial filter, and the result is added. Here, the positions (phases) of the four photodiodes (PD, -FD, ) on the spatial filter and the corresponding multiplication factor St,
Ci is determined as shown in the table below.
したがって、ｔｌｌｌの演算手段７１はフォトダイオー
ドＰＤ、の出力とＦＤ、の出力とを、乗率１および−１
を乗じて加算しており、同様に、第２の演算手段７りは
フォトダイオードＰＤ、の出力とＦＤ、の出力とを、乗
率１および−１を乗じて加算している。Therefore, the tllll calculation means 71 converts the output of the photodiode PD and the output of the photodiode FD into multiplication factors of 1 and -1.
Similarly, the second calculation means 7 multiplies the outputs of the photodiodes PD and FD by multipliers of 1 and -1 and adds them.
なお、正弦波状の乗率Ｓｉと余弦波状の乗率Ｃ１におけ
る一般式は１次式のように表わされる。Note that the general formula for the sinusoidal multiplication factor Si and the cosine wave multiplication factor C1 is expressed as a linear equation.
５ｉ＝ｓｉｎ （２ｘｋｉ／ｍ）
Ｃｉ＝ｃｏｇ （２ｇｋｉ／ｍ）
ｍ：１ピツチ中のフォトダイオードの数に＝１≦ｋ ＜
ｍ ／ ２を満たす任意整数ｉ：フォトダイオードの
配列順
また、第１および第２の演算手段Ｌ−７ｍから得られる
出力ｖ、、 ｙ、は、
Ｖ＋＝Ｋ ＜’ｚ ｖｉ ｓｉｎ （２ｔｃ ｋ ｉ
／ｍ））Ｖｉ：ｉ番目のフォトダイオードの出力電流
に対応する電流
に：定数
となる。5i=sin (2xki/m) Ci=cog (2gki/m) m: number of photodiodes in one pitch = 1≦k<
Arbitrary integer i that satisfies m/2: Arrangement order of photodiodes Further, the outputs v,,y, obtained from the first and second calculation means L-7m are as follows:V+=K<'z vi sin (2tc k i
/m)) Vi: Current corresponding to the output current of the i-th photodiode: becomes a constant.
ア。および１□は増幅器、ア。および７゜はアナログ・
ディジタル変換器である。a. and 1□ is an amplifier, a. and 7° is analog
It is a digital converter.
８は演算回路であり、１！１の演算手段ＩＩの出力ｖ１
と第２の演算手段７婁の出力Ｖ、との比のアークタンジ
ェントｔｅａ−’（Ｖ、／Ｖ、）を求める第３の演算手
段と、第１および第２の演算手段７．、 ？、の出力り
。8 is an arithmetic circuit, and the output v1 of the arithmetic means II of 1!1
and the output V of the second calculating means 7. A third calculating means calculates the arctangent tea-' (V, /V,) of the output V of the second calculating means 7, and the first and second calculating means 7. , ? , the output of .
■、からρ７■７の演算を行なう第４の演算手段とを有
している。ＩＩはメモリ、１３はディジタル・アナログ
変換量である。メモリｌＩには、アナログ・ディジタル
変換器１１，７□を介して演算回路８に供給される出力
Ｖ、、 Ｖ、をアドレス情報として。(1) and a fourth calculation means for calculating ρ7 (7) from 7. II is a memory, and 13 is a digital-to-analog conversion amount. The memory lI receives outputs V, , V, which are supplied to the arithmetic circuit 8 via the analog-to-digital converters 11 and 7□, as address information.
９ ＝ ｔｓａ−’ （Ｌ／Ｖｓ）
ｒ ” ｏｒ’ｒＴ”ゴｖ７
なる演算データが予め記憶されており、演算回路８はＶ
Ｉ、ｖｓを基にしてこのデータを読み出し、出力する。9 = tsa-' (L/Vs) r"or'rT"gov7 is stored in advance, and the arithmetic circuit 8
This data is read and output based on I and vs.
ここで、０はイメージセンサ５Ｋに形成される空間フィ
ルタのピッチを基本波長とするパターンのｊＩｋ次高調
高調波相であり、この値からパターンの位相、すなわち
ターゲットＴＧ （格子像）の変位量を知ることができ
る。また、ｒはイメージセンサ５Ｋに入射する光の強度
に対応して変化するもので、格子像における変位軸の方
向とイメージセンサ５８における検出軸の方向とが一致
した時に最大となる。このため、格子のピッチと空間フ
ィルタのピッチとを一致させておけば、この演算値ｒか
ら変位軸と検出軸とのずれを測定することができる。Here, 0 is the jIk harmonic phase of the pattern whose fundamental wavelength is the pitch of the spatial filter formed in the image sensor 5K, and from this value, the phase of the pattern, that is, the amount of displacement of the target TG (grating image) can be calculated. You can know. Further, r changes depending on the intensity of light incident on the image sensor 5K, and becomes maximum when the direction of the displacement axis in the grating image and the direction of the detection axis in the image sensor 58 match. Therefore, by matching the pitch of the grating and the pitch of the spatial filter, it is possible to measure the deviation between the displacement axis and the detection axis from this calculated value r.
第４図は第１および第２の演算手段７．、７．の出力Ｖ
ｌ、 Ｖｓと位相θおよび演算値ｒとの関係を示す概念
図である０図に示すように、■、とＶ、とは１０位相の
具なるベクトルとなり、その合成ベクトルＶ、の位相θ
が格子像の位相となる。また、ベクトルＶ、の長さｒが
イメージセンサＳ８に入射する光の強度を表すしている
。したがって、空間フィルタのピッチなＰとすれば、タ
ーゲットＴＧの変位量Ｘは、
ｘ＝（Ｐ／２π）θ
として求められる。この変位量Ｘはディジタル・アナロ
グ変換器８．を介して出力される。FIG. 4 shows the first and second calculation means 7. ,7. output V
As shown in Figure 0, which is a conceptual diagram showing the relationship between l, Vs, phase θ, and calculated value r, ■, and V are vectors with 10 phases, and the phase θ of the composite vector V,
is the phase of the lattice image. Further, the length r of the vector V represents the intensity of light incident on the image sensor S8. Therefore, if P is the pitch of the spatial filter, the displacement amount X of the target TG can be obtained as x=(P/2π)θ. This displacement amount X is calculated by the digital-to-analog converter 8. Output via .
９は演算回路８から得られる演算値ｒの大きさを表示す
る表示手段である。すなおち、表示手段９によりｒの大
きさをモニタしながら、この表示が最大となるように検
出光学系（支持機構５０の角度を調整すれば、イメージ
センサｓ、、 Ｓｖにおける検出軸の方向を格子像にお
ける変位軸ｘ、Ｙの方向に合わせることができ、検出軸
の軸合せを容易に行なうことができる。Reference numeral 9 denotes a display means for displaying the magnitude of the calculated value r obtained from the calculation circuit 8. In other words, while monitoring the magnitude of r using the display means 9, by adjusting the angle of the detection optical system (support mechanism 50) so that this display is maximized, the direction of the detection axis in the image sensors s, , Sv can be determined. The detection axis can be aligned in the direction of the displacement axes x and y in the grating image, and the detection axis can be easily aligned.
なお、上記の説明においては、演算回路８としてメモリ
８Ｉを使用したテーブルを例示したが、演算回路８の形
式はこれに限られるものではない。In the above description, a table using the memory 8I as the arithmetic circuit 8 was exemplified, but the format of the arithmetic circuit 8 is not limited to this.
また、第１図においては、イメージセンサＳ、、 Ｓ。In addition, in FIG. 1, image sensors S, , S.
を含む検出光学系を回転させる場合を例示したが。The case where the detection optical system including the detection optical system is rotated has been exemplified.
測定装置全体を回転させるようにしても良い、さらに、
第３図においては、Ｘ軸方向の変位を測定する回路のみ
を例示したが、Ｙ軸方向の変位を測定する回路も同様の
構成を有するものである。The entire measuring device may be rotated;
In FIG. 3, only a circuit for measuring displacement in the X-axis direction is illustrated, but a circuit for measuring displacement in the Y-axis direction also has a similar configuration.
以上説明したように１本発明の光学式変位測定装置では
、格子模様の書かれた再帰反射性のテープが貼られたタ
ーゲットに光を照射するとともにその反射光を利用して
イメージセンサ上にターゲットの像を結ばせターゲット
の変位に応じた結像の動きをイメージセンサにより検出
するようにした光学式変位測定装置において、空間フィ
ルタ特性を持つように複数のフォトダイオードを一列に
配置したイメージセンサと、このイメージセンサを含む
検出光学系をその光軸を中心として回転可能に支持する
支持機構と、前記複数のフォトダイオードの出力にその
素子の空間フィルタ上の位置に応じて正弦波状に変化す
る乗率を乗じて加算する第１の演算手段と、前記複数の
フォトダイオードの出力にその素子の空間フィルタ上の
位置に応じて余弦波状に変化する乗率を乗じて加算する
第２の演算手段と、これら第１の演算手段の出力Ｖ。As explained above, in the optical displacement measuring device of the present invention, light is irradiated onto a target on which a retroreflective tape with a checkered pattern is pasted, and the reflected light is used to place the target on an image sensor. In an optical displacement measuring device that forms an image of the target and detects the movement of the image according to the displacement of the target using an image sensor, an image sensor that has a plurality of photodiodes arranged in a line so as to have spatial filter characteristics and , a support mechanism that rotatably supports the detection optical system including the image sensor, and a multiplier that changes the output of the plurality of photodiodes in a sinusoidal manner depending on the position of the element on the spatial filter. a first calculation means for multiplying the outputs of the plurality of photodiodes by a multiplication factor that changes in a cosine wave shape according to the position of the element on the spatial filter, and adding the results; , the output V of these first calculation means.
と第２の演算手段の出力ｖｓとの比のアークタンジェン
トｔｅａ−’ （Ｖｔ／Ｖｔ）を求める第３の演算手段
と、前記第１および第２の演算手段の出力から、ｒＬ１
ＴＴ２−の演算を行なう第４の演算手段と、この第４の
演算手段により得られる出力の大きさを表示する表示手
段とを具備し、前記第３の演算手段の出力から前記ター
ゲットの変位量を求めるようにしているので、フォトダ
イオードの出力をスイッチなどにより走査する必要がな
く、スイッチングノイズなどの影響を受けることなくタ
ーゲットの変位量を測定することができる。また、第４
の演算手段の出力はイメージセンサに入射する光の強度
に対応しているので、この出力を利用すれば、格子像の
変位軸とイメージセンサの検出軸とのずれを測定、表示
し、検出軸の軸合せを容易に行なうことのできる光学式
変位測定装置を簡単な構成により実現することができる
。rL1 from the outputs of the first and second calculation means and the third calculation means for calculating the arctangent tea-' (Vt/Vt) of the ratio of
A fourth calculation means for calculating TT2-, and a display means for displaying the magnitude of the output obtained by the fourth calculation means, and the displacement amount of the target is determined from the output of the third calculation means. Therefore, there is no need to scan the output of the photodiode using a switch or the like, and the amount of displacement of the target can be measured without being affected by switching noise or the like. Also, the fourth
The output of the calculation means corresponds to the intensity of light incident on the image sensor, so if this output is used, the displacement between the displacement axis of the grating image and the detection axis of the image sensor can be measured and displayed, and the detection axis can be measured and displayed. It is possible to realize an optical displacement measuring device with a simple configuration, which can easily perform axis alignment.
第１図〜第３図は本発明の光学式変位測定装置の一実施
例を示す構成図、第４図は第１および第２の演算手段ｙ
、、 ７−の出力Ｖ、、 Ｖ、と位相θおよび演算値ｒ
との関係を示す概念図、１１５図〜第７図は従来の光学
式変位測定装置の一例を示す構成図およびその動作説明
図である。
ＴＧ・・・・・・ターゲット、１・・・・・・光源、２
１．２２・・・・・・ハーフミラ−１３１，３ト・・・
・・レンズ、４・・・・・・絞り、５ｘ。
５Ｖ・・・・・・イメージセンサ、６・・・・・・信号
処理回路、ＰＤ、〜ＰＤ、・・・・・・フォトダイオー
ド、５０・・・・・・支持機構、５１・・・・・・置体
、５２・・・・・・回転リング、５３・・・・・・ガイ
ド、７．、 ？、・・・・・・第１および第２の演算手
段、７目。
７□・・・・・・増幅器、７゜１７ｓｔ・・・・・・ア
ナログ・ディジタル変換器、８・・・・・・演算回路、
８Ｉ・・・・・・メモリ、８１・・・・・ディジタル・
アナログ変換器、９・・・・・・表示手段。
第１図
アθ
箔 ２ 図
第３図
第４図1 to 3 are configuration diagrams showing an embodiment of the optical displacement measuring device of the present invention, and FIG. 4 shows the first and second calculation means y.
,, 7- output V,, V, phase θ and calculated value r
FIGS. 115 to 7 are a conceptual diagram showing the relationship between the two and FIG. TG...Target, 1...Light source, 2
1.22...Half mirror-131,3...
...Lens, 4...Aperture, 5x. 5V...Image sensor, 6...Signal processing circuit, PD, ~PD,...Photodiode, 50...Support mechanism, 51... ... Placement body, 52 ... Rotating ring, 53 ... Guide, 7. , ? , . . . first and second calculation means, 7th. 7□...Amplifier, 7゜17st...Analog-digital converter, 8...Arithmetic circuit,
8I...Memory, 81...Digital
Analog converter, 9...Display means. Figure 1 Aθ Foil 2 Figure 3 Figure 4
Claims (1)
ゲットに光を照射するとともにその反射光を利用してイ
メージセンサ上にターゲットの像を結ばせターゲットの
変位に応じた結像の動きをイメージセンサにより検出す
るようにした光学式変位測定装置において、空間フィル
タ特性を持つように複数のフォトダイオードを一列に配
置したイメージセンサと、このイメージセンサを含む検
出光学系をその光軸を中心として回転可能に支持する支
持機構と、前記複数のフォトダイオードの出力にその素
子の空間フィルタ上の位置に応じて正弦波状に変化する
乗率を乗じて加算する第１の演算手段と、前記複数のフ
ォトダイオードの出力にその素子の空間フィルタ上の位
置に応じて余弦波状に変化する乗率を乗じて加算する第
２の演算手段と、これら第１の演算手段の出力Ｖ＿１と
第２の演算手段の出力Ｖ＿２との比のアークタンジェン
トｔａｎ＾−＾１（Ｖ＿１／Ｖ＿２）を求める第３の演
算手段と、前記第１および第２の演算手段の出力から√
Ｖ＿１＾２＋Ｖ＿２＾２の演算を行なう第４の演算手段
と、この第４の演算手段により得られる出力の大きさを
表示する表示手段とを具備し、前記第３の演算手段の出
力から前記ターゲットの変位量を求めることを特徴とす
る光学式変位測定装置。A target covered with retroreflective tape with a checkered pattern is irradiated with light, and the reflected light is used to form an image of the target on an image sensor, allowing the image to move in response to the target's displacement. In an optical displacement measuring device that uses an image sensor for detection, the image sensor has a plurality of photodiodes arranged in a line so as to have spatial filter characteristics, and the detection optical system including this image sensor is arranged around its optical axis. a support mechanism rotatably supporting the plurality of photodiodes; a second calculation means that multiplies the output of the photodiode by a multiplier that changes in a cosine wave shape according to the position of the element on the spatial filter and adds the result; and the output V_1 of these first calculation means and the second calculation means. A third calculating means calculates the arctangent tan^-^1 (V_1/V_2) of the ratio to the output V_2, and √ from the outputs of the first and second calculating means.
A fourth calculation means for calculating V_1^2+V_2^2, and a display means for displaying the magnitude of the output obtained by the fourth calculation means, and the target is calculated from the output of the third calculation means. An optical displacement measuring device characterized by determining the amount of displacement.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62263103A JPH01105103A (en) | 1987-10-19 | 1987-10-19 | Optical displacement measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62263103A JPH01105103A (en) | 1987-10-19 | 1987-10-19 | Optical displacement measuring instrument |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01105103A true JPH01105103A (en) | 1989-04-21 |
| JPH0575328B2 JPH0575328B2 (en) | 1993-10-20 |
Family
ID=17384865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62263103A Granted JPH01105103A (en) | 1987-10-19 | 1987-10-19 | Optical displacement measuring instrument |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01105103A (en) |
-
1987
- 1987-10-19 JP JP62263103A patent/JPH01105103A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0575328B2 (en) | 1993-10-20 |
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