JPH0275906A - 結像型変位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定面からの反射光の微少な変化から被測
定面の変位を計測する変位計に係り、特に、不可視波長
の光線を用いる変位計に関する。

〔従来の技術〕

最近のメカトロニクス製品の超高精度位置決め、高速化
に伴い微小振動領域の変位計測が重要となってきている
。このような精密計測法が各社で研究開発が進められ、
いろいろな方１式の光学式レーザ（特に半導体レーザ）
変位計の製品化が行なわれている。

例えば、キーエンス社で製作されているレーザ変位計（
ＬＣシリーズ）では、光源として半導体レーザ（波長７
８０ｎｍ赤外光）を用いており、実際この変位計を用い
て計測を行う場合、どこに計測スポットが形成されてい
るか、ビーム自体が目で直接見えないので、光を可視化
する道具（工Ｒシート、ＩＲフォスバー等）を用いて、
被測定面上へスポットを合わせ計測を行っている。

また、被測定物からの反射光を変位計内の光検出器でと
らえ変位情報を検出するため、被測定面自体の傾きによ
る影響が大きいという問題があり、傾きによるアライメ
ント調整がひじように重要である。これに関しては、信
号処理回路内で電気的に光検出器上での受光量を検出し
モニタ表示を行い、光量レベルよりアライメント調整を
行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

レーザを用いた光学式の変位計は、ひじように高精度で
あるため各社で研究開発が進められており製品化されて
いるが、変位計自体の小型化を図るため、光源としては
半導体レーザ（波長７８０ｎｍ）が使用されており赤外
光のため、どこに計測ポイントを形成しているか目で直
接確認することができない、また、このような高精度の
変位計を用いてサブミクロンの計測を行う場合、被測定
物へのアライメント調整とし、面の傾き、光軸方向に対
する基準位置出し等がひじように困難であるという問題
がある。

一方、半導体レーザを用いた加工装置等においては、特
開昭６２−１６１４９０号公報に記載されているように
加工すべき位置に正しくビームが照射されるかどうかを
確認するために、可視波長のレーザビームをガイドビー
ムとして加工用のレーザビームと同一光学系を介して加
工位置に照射し、ビームが正しい位置に照射されること
を目視確認した後に、加工用のビームを前記可視波長の
レーザビームに重畳させて照射し、加工を行うものが知
られている。

しかし、被測定面からの反射光の微小な変化から被測定
面の変位を測定する変位計においては測定用の不可視ビ
ームと、ガイド用の可視ビームが重畳されて変位計に入
射すると、測定値に影響を及ぼす恐れがあった。また、
可視波長のレーザ発生装置のために、変位計自体が大型
化し、取扱いが不便になる恐れがあった。このような難
点を解決するために可視波長の半導体レーザの開発が進
められているが、実用化には至っていない。

メカトロニクス機構系の各部品挙動計測を行う場合、部
品と部品とのせまい空間に被測定物が位置していること
が多く、作業スペースの点で従来の変位計を実機に用い
ることが困難であるため、モデルにより変位計測が行わ
れている。実機での計測には変位計の小型化が必要であ
るが、従来は例えば「光学式非接触プローブの研究（第
２報）、精密機械５１／１２／１９８５Ｊにおいても、
センサの光学系構成における光路長の短縮については記
載されていない。

変位計の長さは変位計の対物レンズと光検出器間の光路
長で定まり、かつ、光検出器の入射面に検出ビームを結
像させるための集光レンズの焦点距離が大きく影響する
。この集光レンズにより光検出器入射面上に結像される
光線の射出主点と結像面（光検出器入射面）の間隔と、
対物レンズの焦点距離の間には、変位計の感度の点から
規定される関係があり、集光レンズの焦点距離短縮が困
難であった。射出主点とは、レンズ系に平行光線が入射
して結像するとき、同一位置に結像させる単レンズ位置
である。

本発明の課題は、ガイドビームを用いて変位計のアライ
メントを容易にすると同時に、ガイドビームによる変位
測定値への影響を排除するにある。

また、取扱いの容易な変位計を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、第１の光源が発する光線を検出ビームと
して対物レンズを介して被測定物に照射し、その反射光
の変動を光検出器で検出して被測定物の変位を検出する
結像型変位計に、可視波長の光線を放射する第２の光源
と、該光源から放射される光線をガイドビームとして前
記検出ビームと同じ光軸上で重畳させて前記被測定物に
照射させる手段と、被測定物から反射される反射光中に
含まれるガイドビームと検出ビームとを分離する手段と
を備えることにより達成される。

ガイドビームと検出ビームとを分離する手段としては、
第１の光源と第２の光源のいづれか一方のみに光線の発
射を指示する切換えスイッチとしてもよく、ガイドビー
ムと検出ビームが重畳された位置と光検出器の間に配設
された波長フィルタもしくは波長フィルタプリズムとし
てもよい。

また、第２の光源が着脱可能な光ファイバを介して変位
計に接続されている請求項１に記載の結像型変位計によ
っても、第２の光源が発光ダイオードを用いたものであ
る請求項１に記載の結像型変位計によっても上記の課題
は達成される。

さらに、検出ビームに重畳されるガイドビームが変位計
の対物レンズの焦点より該対物レンズ側に結像し、前記
対物レンズの外周にガイドビームの反射光を受けるスク
リーンが設けられている請求項１に記載の結像型変位計
としてもよく、スクリーンが周方向およびまたは半径方
向に分割された。光電変換素子を備えた受光器からなる
請求項６に記載の結像型変位計としてもよい。

ガイドビームが互いに独立した少なくとも３個の光束か
らなり、該３個の光束の、対物レンズに入射する前の位
置での検出ビームの光軸に垂直な面との交点が三角形を
なしている請求項１に記載の結像型変位計としてもよい
。

さらに、上記の課題は、第１の光源が発する光線を偏光
ビームスプリッタで反射させ、検出ビームとして被測定
物に照射し、その反射光を前記偏光ビームスプリッタを
経て光検出器に入射させ、該光検出器で反射光の変動に
基づいて被測定物の変位を検出する結像型変位計に前記
偏光ビームスプリッタと光検出器の間の光軸上に集光レ
ンズおよび凹レンズを設けることによっても達成される
。

また、集光レンズが対物レンズと偏光ビームスプリッタ
の間に設けられている請求項９に記載の結像型変位計と
してもよく、対物レンズと光検出器の間の光軸上に集光
レンズと凹レンズ設けられている請求項１に記載の結像
型変位計としてもよい。

〔作用〕

第２の光源から可視波長の光線が放射され、この光線が
ガイドビームとして検出ビームに同一光軸上に重畳され
て、被測定物に照射される。ガイドビームは検出ビーム
と同一光路を通って照射されるから、検出ビームとガイ
ドビームは、被測定物の同一位置に結像し、ガイドビー
ムの結像位置から検出ビームの結像位置も確認される。

さらに被測定物から反射される反射光から、ガイドビー
ムと検出ビームが分離され、光検出器にガイドビームの
反射光が入射しないので、ガイドビームによる被測定物
の変位の誤差がなくなる。

また、可視光線を放射する第２の光源を、発光ダイオー
ドを用いるものとすると第２の光源が小型化されるので
、変位計本体の大型化が避けられ、第２の光源を可視波
長のレーザ光を放射する光源とし、光源と変位計本体と
を着脱可能な光ファイバで接続しても変位計本体の大型
化が避けられる。

さらに、請求項６に記載の本発明によｉばガイドビーム
が、変位計の対物レンズの焦点よりも対物レンズ側に結
像するので、該結像位置よりも対物レンズから離れた位
置にある被測定物により反射されたガイドビームは、対
物レンズの位置で、対物レンズの外径よりも大きく広が
り、対物レンズの外周に設けられたスクリーンに入射す
る０反射されたガイドビームの対物レンズ位置での広が
りの大きさは、ガイドビームの結像位置と被測定物の距
離に比例して増えるから、広がりの大きさから被測定物
と対物レンズの距離を知ることができ、変位計のアライ
メントが可能となる。

また、前記スクリーンの各部分に入射するガイドビーム
照射面の量は、変位計の対物レンズから、被測定物まで
の距離の遠近、ガイドビーム光軸（検出ビームの光軸と
同じ）と被測定物のガイドビーム照射面がなす角度によ
って異なる。前記スクリーンの受光面を光電変換素子で
構成し、このスクリーンを半径方向およびまたは円周方
向に分割し１分割された各部分の電気出力を演算すると
、逆に、被測定物と変位計対物レンズとの距離の遠近、
被測定物のガイドビーム照射面の前記角度が検出される
。

ガイドビームを１個の光束でなく、少くとも３個の互に
独立した平行な光束とし、変位計の対物レンズを通して
被測定面に照射すると、被測定面上に形成される該３個
の光束が作る形状が、被測定面が対物レンズ焦点の該対
物レンズ側にあるがそうでないかによって、変化する。

対物レンズと光検出器の間の光軸上に凹レンズと組み合
わせた集光レンズが設けられると、第１０図に示される
ように被測定物２０で反射された光線は該集光レンズ６
の焦点位置に結像するように屈折されたのち凹レンズ９
に入射し、該凹レンズで更に屈折された後に光検出器８
に入射・結像するので、集光レンズ６の焦点距離を短く
して該集光レンズ６と光検出器との間隔を短くしても、
光検出器に入射する光線の射出主点Ｊ′の位置は集光レ
ンズの位置より対物レンズ側となり、この射出主点Ｊ′
と光検出器８の距離は、必要な距離に維持される。

また、光源から偏光ビームスプリフタに拡散光線が入射
され、該偏光ビームスプリッタで同様に拡散光線として
反射される光線を平行光線とする集光レンズが光検出器
の前の凹レンズと組合せて設けられると、被測定物で反
射される光線は、前記集光レンズで収縮光線となって前
記偏光ビームスプリッタ３を通過する０次いでこの光線
が前記集光レンズと組み合わされた凹レンズに入射して
屈折されたのち、光検出器８へ入射するので、光検出器
に入射する光線の射出主点と光検出器の距離が必要な大
きさに維持される。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は本発明の実施例である光学式結像型変位計の光学系
を示し、不可視光レーザを発生する光源１と、該光源１
で発生される検出用ビームを平行光線とするコリメータ
レンズ２Ａと、平行光線となった検出用ビームの方向を
被測定面方向へ９０度屈折させるとともに、被測定面か
らの反射光を屈折せずに通過させる偏光ビームスプリッ
タ（以下ＰＢＳという）３と、該ＰＢ８３で屈折された
ビームを、そのまま直進させるハーフミラ−１７と、該
ハーフミラ−１７とＰＨ１０の間に同一光軸上に配置さ
れた１／４波長板４と、前記ハーフミラ−１７のさらに
被測定物側に隣接して同一光軸上に配置された対物レン
ズ５と、前記ハーフミラ−１７に、前記検出用ビームと
９０度をなす方向から可視光のガイドビームを平行光線
として送りこむコリメータレンズ２Ｂと、該コリメータ
レンズ２Ｂに可視光レーザであるガイドビームを送りこ
む光源１０と、前記ＰＢＳ３の前記１／４波長板に対し
て反対側に隣接して同一光軸上に設けられＰＢＳ３側を
入射側とする集光レンズ６と、該集光レンズの射出側に
隣接して同一光軸上に設けられ該集光レンズ側を入射側
とするシリンドリカルレンズ７と、該シリンドリカルレ
ンズ７の射出側に隣接して同一光軸上に設けられ、該シ
リンドリカルレンズ７側を入射側とする光検出器８とを
備えている。また、この変位計には、前記光源１および
１０に２次側を接続された、ガイドビームと検出ビーム
を分離する手段である切換スイッチ１９と、該切換スイ
ッチ１９の１次側に接続されたレーザ駆動回路１１が付
属している。

光源１は波長７８０ｎｍ、８３０ｎｍの赤外光を発する
半導体レーザである。

図に示す変位計の動作を説明する。まず、アライメント
を行うため、切り換えスイッチ１９が、光：ｇ１０側に
切り換えられ、光［１０はレーザ駆動回路１１に駆動さ
れて可視波長のレーザビーム（以下ガイドビームという
）を発生する。発生したガイドビームはコリメータレン
ズ２Ｂで平行光線にされた後、ハーフミラ−１７で、９
０度方向を曲げられる。ハーフミラ−１７を出たガイド
ビームは対物レンズ５で屈折され、被測定物２０上に照
射される。被測定物２０もしくは変位計の位置は、被測
定物２０上のガイドビームの像の位置が、被測定物の変
位測定位置となるように調整される。

調整（アライメント）が終了したら、切換スイッチ１９
が、光源１側に切り換えられ、光源ｌがレーザ駆動回路
１１に駆動されて不可視波長のレーザビーム（以下、検
出ビームという）を発生するとともに、光源１０からの
ガイドビームの発生が停止される。光源１で発生された
検出ビームはコリメータレンズ２Ａを通過して平行光線
となり、次いで、ＰＨ１０に入射して被測定物方向へ９
０度屈折される。９０度屈折された検出ビームは次いで
、１／４波長板を通過した後、ハーフミラ−１７を直進
通過して対物レンズ５に入射し、屈折されて、被測定物
２０上に結像する。すなわち、検出ビームは、ハーフミ
ラ−１７、対物レンズ５を前記ガイドビームと同一光軸
で通過し、被測定物２０上のガイドビームが照射された
位置に照射・結像される。被測定物２０に照射された検
出ビームは反射されて、入射時と同一径路を逆行する。

ただし、反射された検出ビームはＰＢＳ３では屈折され
ずに直進し、集光レンズ６、シリンドリカルレンズ７を
経て、光検出器８に入射される。被測定物２０の変位に
よる検出ビーム反射光の変化が光検出器８によって検出
され、被測定物の変位量が検知される。

本実施例によれば、検出ビームによる変位検出時にはガ
イドビームは発出されず、該ガイドビームが変位検出の
誤差の原因となることはない。また、２基の光源を共通
のレーザ駆動回路で駆動するので回路が簡単である。

第２図は、本発明の第２の実施例を示し、光源１０とし
て、レーザを発生するものでなく、それ以外の例えば発
光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた場合であり、その他の
構成は切換スイッチ１９を含め、第１図に示す第１の実
施例を同一である。

本実施例によれば、可視波長のレーザを発生する光源を
用いる場合よりも、変位計本体の小型化が可能である。

第３図は、第３の実施例を示し、第１の実施例で変位計
に取付けられた可視波長のレーザを発生する光源１０が
、両端にコネクタ２１を設けた光ファイバ１３を介して
着脱自在に変位計本体に接続されたものである。Ｈｅ−
Ｎｅレーザ、アルゴンレーザ等は光源として大型であり
、変位計に直接取付けると、変位計が大型化して操作が
不便となるが本実施例のように光ファイバ１３を介して
接続することにより、変位計本体の操作性の低下を防ぐ
ことができる。

第４Ａ図および第４Ｂ図は、本発明の第４．第５の実施
例を示し、第１の実施例に備えられた切換スイッチ１９
を設けることなく、ガイドビームが光検出器８へ入射す
るのを防止しているものである。

第４Ａ図に示す実施例においては、光検出器８の前にガ
イドビームと検出ビームを分離する手段である波長フィ
ルタ１２が設けられていることと、切換スイッチが設け
られていないこと以外は前記第１図に示された実施例と
同じである。本実施例においては、検出ビームとガイド
ビームの波長に差があることを利用し、検出ビームのみ
を通過させる波長フィルタ１２を設け、ガイドビームや
その他の外乱となる波長の光を光検出器８の前で遮断し
て変位検出への影響をなくしている。

第４Ｂ図に示す実施例においては、光検出器８の前の波
長フィルタ１２のかわりに、波長フィルタプリズム１４
がＰＨ１０と集光レンズ６の間に設けられていること以
外は、第４Ａ図に示されている実施例と同一である。波
長フィルタプリズム１４はガイドビームと検出ビームを
分離する手段である。本実施例においても、ガイドビー
ムが波長フィルタプリズムにより、屈折されて、光検出
器８へ入射しないため、変位測定にガイドビームが影響
を及ぼすことはない。

上記第４．第５の実施例によれば、検出ビームを発生す
る光源１は常時ビームを発生しており、計測の都度、ビ
ームを発生、停止するものではないので、光源起動後、
ビーム安定まで待つ必要がない。

第４Ｃ図は本発明の第６の実施例を示す。本実施例が前
記第４の実施例と異なるのは、波長フィルタ１２を設け
るかわりに、ハーフミラ−１７を第２の偏光ビームスプ
リッタＰＢ３３’　とし、ガイドビームが該ＰＢＳ３’
　を直進通過するように構成した点にあり、他の構成要
素は第４の実施例と同一である。ＰＢ８３’　がガイド
ビームと検出ビームを分離する手段となっている。本実
施例においても光源１は半導体レーザ（波長７８０ｎｍ
。

８３０ｎｍ）を用いているので、ＰＢＳ３は波長８００
ｎｍ付近用のものである。これに対し。

ＰＢ３３’は可視光線用の波長６００ｎｍ用のものであ
る。この構成においては、検出ビームは適用波長域と異
なるため、ＰＢＳ３’で入射する全光量が９０度屈折さ
れて射出されるのに対し、可視光であるガイドビームは
、ＰＢＳ３’で反射、屈折されることなく直進して対物
レンズを経て、被測定物に照射される。さらに反射され
た検出ビームはＰＢＳ３’で全光量が反射され、光検出
器８に入射するが、ガイドビームの反射光はＰＢ８３′
で屈折、反射されることなく直進するので。

光検出器８に入射することがない。

本実施例によれば、切換スイッチ、波長フィルタ、波長
フィルタプリズム等を設けることなく、光検出器に対す
るガイドビームの影響を排除することができる他、ＰＢ
８３’では入射する検出ビームの全光量が反射されるの
で、検出ビーム光量の低下がすくなく、変位検出の精度
が向上する。

測定物２０の変位計測のためのアライメント調整は、変
位計に対する被測定点の軸芯合せと共に、検出ビーム光
軸に対する被測定面の傾き調整をも含んでいる。

第５図は、第７の実施例の光学系の一部一を示し、第４
Ｂ図に示す実施例とは、ガイドビームを平行光線とする
コリメータレンズ２Ｂの代りにガイドビームを収縮光線
とする凸レンズ１８が設けられ、合焦時表示ライン１６
を備えたスクリーン１５が対物レンズ５の射出面上外周
に同心円状に設けられている点で異なる。その他の構成
は第４Ｂ図と同じである０本実施例においては、検出ビ
ームは他の実施例と同様、平行光線として対物レンズ５
へ入射し、被測定物２０上で結像するが、ガイドビーム
は、凸レンズ１８．ハーフミラ−１７を経て対物レンズ
５へ収縮光として入射するので、検出ビームの結像面す
よりも対物レンズ側の面で像を結ぶ、ガイドビームは被
測定物２０で反射され、スクリーン１５へ入射するが、
被測定面位置が、検出ビームの結像位Ｉｆ（被測定物の
基準位置）Ｃに一致してかつ、被測定面が検出ビーム（
ガイドビーム）光軸に垂直になっている場合は、第６図
（ｂ）のような反射像がスクリーン１５上に投影される
。この時の反射像の外周位置に合致するように合焦時表
示ライン１６が設けられている。被測定物が対物レンズ
５の焦点面位１１ｃより遠方ａにある場合は、第６図（
ａ）に示すように、スクリーン１５上のガイドビーム反
射像が合焦時表示ライン１６よりも大きくなり、逆に近
ければ第６図（ｃ）のように反射像は小さくなる。被測
定面がガイドビーム光軸に対して垂直でなく傾いている
と、第６図（８）（ｄ）に示すような反射像となる。ス
クリーン１５を半透明な材質で構成すると、変位計の後
方（図上右方）からの観察が可能である。

スクリーン１５を第７図に示すような４分割。

２分割、あるいは８分割の光電変換素子からなる受光器
で構成し、各分割部分の出力を信号処理することにより
、被測定面の基準位置からのずれ、被測定面の傾斜が検
出される。第７図（ａ）のように４分割の受光器とし、
各分割部分Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの受光量をＡ’　、Ｂ’　、Ｃ’　、Ｄ’　とすると
、次の式の演算を行うことにより、傾斜の方向が得られ
る。

Ｘ＝　（Ａ′　＋Ｄ′　）−（Ｂ′　＋Ｃ′　）ｙ＝　
（Ａ’　＋Ｂ’　）−（ｃ’　＋Ｄ’　）ｘ＝ｙ＝ｏの
場合は傾きがないと判定される。

第７図（ｂ）のように受光器が分割された場合は、下式
により基準位置からの被測定面の位置ずれが検出される
０合焦時の信号値を基準値とする。

合焦時　　基準値　＝Ａ’　＋Ｂ’ 近い時　　基準値　＜Ａ’　＋Ｂ’ 遠い時　　基準値　＞Ａ’　＋Ｂ’ 第７図（Ｑ）のように受光器が分割された場合は、上述
の演算を組み合わせることにより、遠近。

傾斜の両方の検出が可能である。

上述の方法によ仝と、被測定面の遠、近、傾斜の検出を
受光器と演算装置を組み合わせて自動的に行うことがで
きると共に、光電変換素子を適当に選定することにより
、不可視波長の光線を用いて遠近、傾斜の検出を行うこ
ともできる。

第８図は被測定面の傾斜、遠近の検出を行う本発明の第
８の実施例の光学系の一部を示す。本実施例が第４Ａ図
に示す実施例と異なるのは、対物レンズ５に入射するガ
イドビームが互いに分離された少くとも３個の光軸に平
行な光束からなり、この３個の光束は対物レンズ５に入
射する前の位置で、検出ビームの光軸に垂直な平面との
交点が、直線上にないことである。第８図（ｂ）は対物
レンズ５入射時のガイドビーム配置を示す、このように
構成された本実施例においては、被測定面が対物レンズ
の焦点位置にあるとき、前記３個のガイドビームは、第
９図（ｂ）に示されるように。

被測定面の一点に集り、焦点面より遠ければ、第９図（
ａ）に余す形に被測定面上に結像し、焦点面より近けれ
ば、第９図（ｃ）に示す形に結像する。被測定面が、検
出ビームの光軸に垂直でない場合は、第９図（ｄ）（ｅ
）のように、像の位置に乱れが生じる。すなわちアライ
メントするには、第９図（ｂ）のように３個のガイドビ
ームが１点に集るように被測定物もしくは変位計を調整
すればよい。

本実施例によれば、このように直接、目視確認しながら
アライメント調整ができるので、使い勝手のよい変位計
が得られる。

本発明の第９の実施例を第１１図により説明する。光源
１で生成された光線の光軸上に光源１に隣接してリレー
レンズ２Ｃが設けられ、該リレーレンズ２ｃに隣接して
偏光ビームスプリッタ３が設けられている。該偏光ビー
ムスプリッタ３の、光源１から偏光ビームスプリッタ３
に入射する光線が反射される側に隣接して、該反射され
る光線（検出ビーム）の光軸上に集光レンズ６が設けら
れ、該集光レンズ６に隣接して同光軸上に１７４波長板
４が設けられ、さらに１／４波長板４に隣接して対物レ
ンズ５が設けられている。また、偏光ビームスプリッタ
３の集光レンズ６と反対の側にシリンドリカルレンズ７
が、該偏光ビームスプリッタ３側を入射側として同光軸
上に設けられ。

該シリンドリカルレンズ７に隣接して同光軸上に平凹レ
ンズ９が設けられ、凹レンズ９に隣接して同光軸上に光
検出器８が設けられている。集光レンズ６は偏光ビーム
スプリッタ３で反射される検出ビームを平行光線として
１７４波長板４へ送りこむと共に、１７４波長板４から
送りこまれる平行光線である反射光を収縮光線として偏
光ビームスプリッタ３へ送りこむものである。

光源１で生成された検出ビームはリレーレンズ２ｃを通
り、拡散光線として偏光ビームスプリッタ３へ入射する
。偏光ビームスプリッタ３へ入射した検出ビームは反射
されて９０’光軸を変換し、拡散光線のまま集光レンズ
６へ入射する。集光レンズ６で屈折されて平行光線にな
った検出ビームは１／４波長板４、対物レンズ５を経て
被測定物へ照射され１反射されて同じ光路を逆行するが
。

偏光ビームスプリッタ３へは収縮光線として入射し、そ
のまま通過する。偏光ビームスプリッタ３を通過した検
出ビーム反射光は、シリンドリカルレンズ７で屈折され
、゛次いで凹レンズ９で屈折されたのち、光検出器８へ
入射する。１／４波長板４は偏光ビームスプリッタ３と
組合わされて光の有効利用を可能にしている。

従来技術の例を示す第１２図においては、被測定物２０
の光軸方向の変位を光検出器でとらえるため１反射光を
光検出器８上に結像させる結像系に非点収差の理論を適
用できるようシリンドリカルレンズ７を設け、光検出器
８上で非点隔差を発生させている０本実施例においては
、シリンドリカルレンズ７と光検出器８の間に平凹レン
ズ９を設けたので、組合せレンズ効果により、集光レン
ズ６の射出主点が集光レンズ６の対物レンズ側になり、
光検出器８と射出主点の距離を短縮することなく、集光
レンズ６と光検出器８間の光路が短縮され、かつ、同様
に光検出器８上で非点隔差を発生させている。尚この集
光レンズ６はリレーレンズ２ｃと組み合わされ、集光レ
ンズ６を対物レンズ方向へ通過した検出ビームを平行光
線としている。第１１図に示す実施例においては対物レ
ンズ５と光検出器８の距離は６７．５ｍｍであるが、第
１３図に示す従来例においては２２８．８１ａ＋ｍであ
り、変位計の長さが短縮されているのが明らかである。

これは単レンズに平行光線が入射した場合、該レンズの
射出主点はレンズのほぼ中心となるが１本実施例は集光
レンズと凹レンズを組み合わせたレンズとしたので射出
主点が集光レンズ手前位置となり、同一の性能を維持し
つつ光路を短縮する効果が得られた。

ガイドビームを検出ビームに重畳するために、光路中に
ハーフミラ−を設けた場合にも上述の構成で光路を短縮
することにより、変位計大形化を抑制する効果が得られ
た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、不可視波長の検出ビームに加えて、可
視波長のガイドビームを照射するとともに、変位検出用
の光検出器に入射する反射光から、ガイドビームを分離
する手段を備えたので、ガイドビーム反射光が光検出器
に入射するのを防止す　・ることが可能となり、変位検
出の精度を向上する効果がある。

ガイドビームを発生するレーザ光源を変位計本体から分
離し、着脱可能な光ファイバを介して変位計本体と結合
するので、変位計の操作が容易になる効果がある。

ガイドビームが、被測定面の基準位置である対物レンズ
の焦点面より、対物レンズ側で結像するようにし、対物
レンズの外周にガイドビームの反射光を受光するスクリ
ーンを設けたので、該スクリーンへ入射される反射光の
位置の偏りから被測定面の基準位置からの遠近、検出ビ
ーム光軸に対する傾斜を検出することが可能となり、変
位検出のための７ライメントを容易にする効果がある。

請求項９，１０．１１に記載の本発明によれば、変位計
に凹レンズと組み合わせた集光レンズを用いたので、反
射光の光路の短縮が可能となり、変位計を小型化する効
果もしくは大型化を抑制する効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図。 第２図は本発明の第２の実施例を示す一部省略断面図、
第３図は第３の実施例を示す斜視図、第４Ｂ、４ｂ、４
ｃ図は、それぞれ第４．５．６の実施例を示す断面図、
第５図は第７の実施例を示す部分断面図、第６図は第５
図のＶＩ−ＶＩ線に沿って見た正面図、第７図は第６図
に示す例の変形例を示す正面図、第８図は第８の実施例
を示す部分断面図、第９図は第８図の■−■線に沿って
みた正面図、第１０図は光路短縮の原理を示す光路図。 第１１図は本発明の第９の実施例を示す光路図。 第１２図は従来技術の例を示す概略図であり、第１３図
は従来技術の例を示す光路図である。 １・・・第１の光源、５・・・対物レンズ、６・・・集
光レンズ、８・・・光検出器、９・・・凹レンズ、１０
・・・第２の光源、１２・・・波長フィルタ、１３・・
・光ファイバ、１４・・・波長フィルタプリズム、１５
・・・スクリーン、１９・・・切り換えスイッチ、２０
・・・被測定物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の光源が発する光線を検出ビームとして対物レ
   ンズを介して被測定物に照射し、その反射光の変動を光
   検出器で検出して被測定物の変位を検出する結像型変位
   計において、可視波長の光線を放射する第２の光源と、
   該光源から放射される光線をガイドビームとして前記検
   出ビームと同じ光軸上で重畳させて前記被測定物に照射
   させる手段と、被測定物から反射される反射光中に含ま
   れるガイドビームと検出ビームとを分離する手段とを備
   えていることを特徴とする結像型変位計。 ２、ガイドビームと検出ビームとを分離する手段が、第
   １の光源と第２の光源のいづれか一方のみに光線の発射
   を指示する切換えスイッチであることを特徴とする請求
   項１に記載の結像型変位計。 ３、ガイドビームと検出ビームとを分離する手段が、ガ
   イドビームと検出ビームが重畳された位置と光検出器の
   間に配設された波長フィルタもしくは波長フィルタプリ
   ズムであることを特徴とする請求項１に記載の結像型変
   位計。 ４、第２の光源が着脱可能な光ファイバを介して変位計
   に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の結
   像型変位計。 ５、第２の光源が発光ダイオードを用いたものであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の結像型変位計。 ６、検出ビームに重畳されるガイドビームが変位計の対
   物レンズの焦点より該対物レンズ側に結像し、前記対物
   レンズの外周にガイドビームの反射光を受けるスクリー
   ンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
   結像型変位計。 ７、スクリーンが周方向およびまたは半径方向に分割さ
   れた、光電変換素子を備えた受光器からなることを特徴
   とする請求項６に記載の結像型変位計。 ８、ガイドビームが互いに独立した少なくとも３個の光
   束からなり、該３個の光束の、対物レンズに入射する前
   の位置での検出ビームの光軸に垂直な面との交点が三角
   形をなしていることを特徴とする請求項１に記載の結像
   型変位計。 ９、第１の光源が発する光線を偏光ビームスプリッタで
   反射させ、検出ビームとして被測定物に照射し、その反
   射光を前記偏光ビームスプリッタを経て光検出器に入射
   させ、該光検出器で反射光の変動に基づいて被測定物の
   変位を検出する結像型変位計において、前記偏光ビーム
   スプリッタと光検出器の間の光軸上に集光レンズおよび
   凹レンズが設けられたことを特徴とする結像型変位計。 １０、集光レンズが対物レンズと偏光ビームスプリッタ
   の間に設けられていることを特徴とする請求項９に記載
   の結像型変位計。 １１、対物レンズと光検出器の間の光軸上に集光レンズ
   と凹レンズ設けられていることを特徴とする請求項１に
   記載の結像型変位計。