JPH05280947A - Optical apparatus for measurement - Google Patents
Optical apparatus for measurementInfo
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- JPH05280947A JPH05280947A JP7746692A JP7746692A JPH05280947A JP H05280947 A JPH05280947 A JP H05280947A JP 7746692 A JP7746692 A JP 7746692A JP 7746692 A JP7746692 A JP 7746692A JP H05280947 A JPH05280947 A JP H05280947A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の表面形状な
どを半導体レーザなどの光を用いて測定する光学的測定
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measuring device for measuring the surface shape of an object to be measured using light from a semiconductor laser or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、例えば、精密に仕上げられた被測
定物の表面形状を半導体レーザビームを用いて非接触で
測定する測定装置としては、例えば特開平１−２３３３
０７号公報に示すものが知られている。図５は、この種
の従来の光学的測定装置の構成図である。図５におい
て、１ａ、１ｂは光軸が直交する向きに配置した一対の
半導体レーザであり、この半導体レーザ１ａ、１ｂの前
面側にはコリメータレンズ２ａ、２ｂが配置されてい
る。ハーフミラー３は、半導体レーザ１ａからのレーザ
光を透過するとともに、半導体レーザ１ｂからのレーザ
光を直角に反射して被測定物８に向け照射させるもので
あり、このハーフミラー３のレーザ光出射側には、偏光
ビームスプリッタ４及び１／４波長板５が配置されてい
る。また、偏光ビームスプリッタ４の側方には、被測定
物８により反射され、かつ偏光ビームスプリッタ４によ
り側方へ曲げられてくる両レーザ光の反射光を集光する
集光レンズ６が配置され、この集光レンズ６の焦点位置
には、両反射光のスポット位置から被測定物８の表面の
接線角を検出するためのＰＳＤ等の位置検出素子７が配
置されている。また、９は、被測定物８を載置する移動
テーブルであり、この移動テーブル９上には、基準鏡１
０が設置されている。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, as a measuring device for measuring the surface shape of an object to be measured which has been precisely finished by using a semiconductor laser beam in a non-contact manner, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-2333 has been known.
What is shown in Japanese Patent Publication No. 07 is known. FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional optical measuring device of this type. In FIG. 5, reference numerals 1a and 1b denote a pair of semiconductor lasers arranged so that their optical axes are orthogonal to each other, and collimator lenses 2a and 2b are arranged on the front side of the semiconductor lasers 1a and 1b. The half mirror 3 transmits the laser light from the semiconductor laser 1a, reflects the laser light from the semiconductor laser 1b at a right angle, and irradiates the DUT 8 with the laser light emitted from the half mirror 3. A polarization beam splitter 4 and a quarter-wave plate 5 are arranged on the side. Further, a condenser lens 6 for condensing the reflected light of both laser light reflected by the DUT 8 and bent sideways by the polarization beam splitter 4 is arranged on the side of the polarization beam splitter 4. At the focal position of the condenser lens 6, a position detecting element 7 such as a PSD for detecting the tangent angle of the surface of the object 8 to be measured from the spot positions of both reflected lights is arranged. Reference numeral 9 is a moving table on which the object to be measured 8 is placed.
0 is set.
【０００３】このように構成された従来の光学的測定装
置において、各半導体レーザ１ａ、１ｂから所定時間毎
に交互に発生するレーザ光は、夫々コリメータレンズ２
ａ、２ｂ、ハーフミラー３、偏光ビームスプリッタ４及
び１／４波長板５を通して被測定物８に照射される。そ
して、被測定物８の表面で反射された両レーザ光の反射
光は、１／４波長板５を通して偏光ビームスプリッタ４
により集光レンズ６の方向へ曲げられ、集光レンズ６に
より位置検出素子７上に結像される。この時、位置検出
素子７からは、位置検出素子７の中心からの距離に比例
した電圧（電気信号）が出力される。In the conventional optical measuring apparatus having the above-mentioned structure, the laser beams alternately generated from the semiconductor lasers 1a and 1b at predetermined time intervals are collimator lenses 2 respectively.
The object to be measured 8 is irradiated with a, 2b, the half mirror 3, the polarization beam splitter 4, and the quarter-wave plate 5. Then, the reflected light of both laser lights reflected on the surface of the DUT 8 passes through the quarter-wave plate 5 and the polarization beam splitter 4
It is bent in the direction of the condensing lens 6 and is focused on the position detecting element 7 by the condensing lens 6. At this time, the position detection element 7 outputs a voltage (electrical signal) proportional to the distance from the center of the position detection element 7.
【０００４】ここで、位置検出素子７の位置検出原理と
して、図４に示すように、位置検出素子７にレーザ光が
入射すると位置検出素子７の両端から電流Ｉ1 、Ｉ2 が
検出され、この電流Ｉ1 、Ｉ2 と、位置検出素子７の検
出幅の半分の長さＬとによって位置検出素子の中心から
の距離ｄが、 ｄ＝〔（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）〕・Ｌ − で算出される。式の係数である（Ｉ1 −Ｉ2 ）／（Ｉ
1 ＋Ｉ2 ）は、図示しない信号処理回路によって位置検
出素子７の中心からの距離ｄに比例した電圧Ｅに変換さ
れ、出力される。Here, as a position detecting principle of the position detecting element 7, as shown in FIG. 4, when a laser beam is incident on the position detecting element 7, currents I 1 and I 2 are detected from both ends of the position detecting element 7, Due to the currents I 1 and I 2 and the length L which is half the detection width of the position detecting element 7, the distance d from the center of the position detecting element is d = [(I 1 −I 2 ) / (I 1 + I 2 )] · Calculated by L −. The coefficient of the equation is (I 1 −I 2 ) / (I
1 + I 2 ) is converted into a voltage E proportional to the distance d from the center of the position detecting element 7 by a signal processing circuit (not shown) and output.
【０００５】次に、検出された電圧値Ｅにより、位置検
出素子の中心からの距離ｄが算出され、その距離ｄと、
位置検出素子７と集光レンズ６までの焦点距離ｆとか
ら、 θ＝ｄ／２ｆ − という近似式により、被測定物８の表面の接線角θが求
められるから、近接する両レーザ光による接線角間の変
化量を２回積分することにより被測定物の表面形状を測
定することができる。Next, the distance d from the center of the position detecting element is calculated from the detected voltage value E, and the distance d and
From the position detection element 7 and the focal length f to the condenser lens 6, the tangent angle θ of the surface of the DUT 8 is obtained by an approximate expression of θ = d / 2f −. The surface shape of the object to be measured can be measured by integrating the variation between the angles twice.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】式から分かるよう
に、測定角度範囲θを広げるためには、焦点距離ｆを短
くするか、または位置検出素子の検出幅を広げるかであ
るが、焦点距離ｆを短くすると、測定精度が落ちるし、
また、現在ある位置検出素子の高精度のものでは、検出
幅の狭いものしかないという問題があった。As can be seen from the equation, in order to widen the measurement angle range θ, the focal length f is shortened or the detection width of the position detecting element is widened. If is shortened, the measurement accuracy will decrease,
In addition, there is a problem that the high-precision current position detecting element has a narrow detection width.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】クレーム対応図である図
１の（ａ）に対応づけて、本発明を説明すると、本発明
は、レーザ光源１０１と、前記レーザ光源１０１から出
射されるレーザ光を被測定物１２に向けて照射させる光
学系１０２と、被測定物１２により反射されるレーザ光
の結像位置に応じて、中心からの距離に比例した電気信
号を出力する位置検出素子１０３と、この位置検出素子
１０３をレーザ光の位置検出素子１０３への入射方向と
直交する方向に駆動するためのアクチュエータ１０４
と、前記位置検出素子１０３から出力される電気信号が
所定値になるように前記位置検出素子１０３を駆動する
前記アクチュエータ１０４を制御する制御手段１０５
と、前記制御手段１０５による前記位置検出素子１０３
の基準位置からの移動量から前記被測定物１２の表面形
状を算出する演算手段１０６とを備えたものである。The present invention will be described with reference to FIG. 1 (a) which is a diagram corresponding to claims. The present invention will be described with reference to a laser light source 101 and laser light emitted from the laser light source 101. An optical system 102 for irradiating the object 12 to be measured, and a position detection element 103 for outputting an electric signal proportional to the distance from the center according to the imaging position of the laser beam reflected by the object 12 to be measured. An actuator 104 for driving the position detecting element 103 in a direction orthogonal to the incident direction of the laser light on the position detecting element 103.
And a control means 105 for controlling the actuator 104 that drives the position detecting element 103 so that the electric signal output from the position detecting element 103 has a predetermined value.
And the position detection element 103 by the control means 105.
And a calculation means 106 for calculating the surface shape of the DUT 12 from the movement amount from the reference position.
【０００８】また、クレーム対応図である図１の（ｂ）
に対応づけて、本発明を説明すると、本発明は、レーザ
光源１０１と、前記レーザ光源１０１から出射されるレ
ーザ光を被測定物１２に向けて照射させる光学系１０２
と、被測定物１２により反射されるレーザ光の結像位置
に応じて、中心からの距離に比例した電気信号を出力す
る位置検出素子１０３と、この位置検出素子１０３をレ
ーザ光の位置検出素子１０３への入射方向と直交する方
向に駆動するためのアクチュエータ１０４と、前記位置
検出素子１０３から出力される電気信号から前記位置検
出素子１０３を移動させる必要があるか否かを判断する
判断手段１０７と、前記位置検出素子１０３を所定量移
動させるように前記アクチュエータ１０４を制御する制
御手段１０８と、前記制御手段１０８による前記位置検
出素子１０３の基準位置からの移動量と前記位置検出素
子１０３から出力される電気信号により算出される前記
位置検出素子１０３の中心からの距離とから前記被測定
物１２の表面形状を演算する演算手段１０９とを備えた
ものである。[0008] Further, FIG. 1B, which is a diagram corresponding to the complaint,
The present invention will be described in association with the above. In the present invention, a laser light source 101 and an optical system 102 for irradiating a laser beam emitted from the laser light source 101 toward an object to be measured 12.
A position detecting element 103 for outputting an electric signal proportional to the distance from the center according to the image forming position of the laser beam reflected by the object to be measured 12, and the position detecting element 103 for detecting the position of the laser beam. An actuator 104 for driving in a direction orthogonal to the incident direction to 103 and a judgment means 107 for judging whether or not the position detection element 103 needs to be moved based on an electric signal output from the position detection element 103. And a control means 108 for controlling the actuator 104 so as to move the position detecting element 103 by a predetermined amount, an amount of movement of the position detecting element 103 from the reference position by the control means 108, and an output from the position detecting element 103. Surface shape of the DUT 12 from the distance from the center of the position detecting element 103 calculated by the electric signal It is obtained by an arithmetic unit 109 for calculating.
【０００９】[0009]
【作用】上記の構成により、被測定物１２により反射さ
れたレーザ光が位置検出素子１０３上に結像すると、位
置検出素子１０３から位置検出素子１０３の中心からの
距離に比例した電気信号が出力される。この電気信号が
制御手段１０５に入力されると、制御手段１０５により
レーザ光の結像位置で出力される電気信号が所定値にな
るように前記位置検出素子１０３を駆動するアクチュエ
ータ１０４を制御する。この時、前記位置検出素子の基
準位置からの移動量が演算手段１０６に入力されると、
その移動量から前記被測定物１２の表面形状を求める。With the above structure, when the laser beam reflected by the object to be measured 12 forms an image on the position detecting element 103, an electric signal proportional to the distance from the center of the position detecting element 103 is output from the position detecting element 103. To be done. When this electric signal is input to the control means 105, the control means 105 controls the actuator 104 that drives the position detecting element 103 so that the electric signal output at the image forming position of the laser light has a predetermined value. At this time, when the movement amount of the position detecting element from the reference position is input to the calculating means 106,
The surface shape of the DUT 12 is determined from the amount of movement.
【００１０】または、同様にして、前記位置検出素子１
０３から電気信号が出力されると、判断手段１０７によ
って、出力された電気信号から前記位置検出素子１０３
を移動させるか否かを判断して、前記判断手段１０７の
判断に基づき前記制御手段１０８により所定量前記位置
検出素子１０３を移動させた場合、その基準位置からの
移動量と出力された電気信号から算出される前記位置検
出素子１０３の中心からの距離とから演算手段１０９に
よって前記被測定物１２の表面形状を求める。このよう
にして、前記被測定物１２の表面形状を測定するので、
位置検出素子１０３の検出幅は制限を受けなくなり、高
精度に大きな角度範囲の工作物の表面形状を測定するこ
とができる。Alternatively, in the same manner, the position detecting element 1
When an electric signal is output from the position detection element 103, the determination means 107 determines the position detection element 103 from the output electric signal.
When the position detection element 103 is moved by a predetermined amount by the control means 108 based on the judgment of the judgment means 107, the amount of movement from the reference position and the output electric signal are determined. The surface shape of the object to be measured 12 is calculated by the calculating means 109 from the distance from the center of the position detecting element 103 calculated from the above. In this way, since the surface shape of the DUT 12 is measured,
The detection width of the position detection element 103 is not limited, and the surface shape of the workpiece in a large angle range can be measured with high accuracy.
【００１１】[0011]
【実施例】本発明の第１実施例を図２に基づいて説明す
る。図２は、全体の構成図を示すものであり、１１は、
差動オートコリメーションセンサ部で、この差動オート
コリメーションセンサ部１１の下方には、被測定物１２
が載置された移動テーブル１３が設置されている。移動
テーブル１３は、図示しないボールねじによって、レー
ザ光の被測定物１２への照射方向と直交する方向に駆動
される。 差動オートコリメーションセンサ部１１は、
図２に示すように、光軸が直交する向きに配置した一対
の半導体レーザ１１１ａ、１１１ｂと、この半導体レー
ザ１１１ａ、１１１ｂのレーザ光出射前面に配置したコ
リメータレンズ１１２ａ、１１２ｂと、半導体レーザ１
１１ａからのレーザ光を透過するとともに、半導体レー
ザ１１１ｂからのレーザ光を９０°に曲げて被測定物１
２に向け照射するハーフミラー１１３と、このハーフミ
ラー１１３のレーザ光出射側に配置した偏光ビームスプ
リッタ１１４と、この偏光ビームスプリッタ１１４の下
面に設けた１／４波長板１１５と、偏光ビームスプリッ
タ１１４の側方に配置され、被測定物１２により、偏光
ビームスプリッタ１１４を介して反射されてくる反射光
を集光する集光レンズ１１６と、この集光レンズ１１６
の焦点位置に配置され、反射光の結像位置に応じて、中
心からの距離に比例した電圧８（電気信号）を出力する
ＰＳＤ等からなる位置検出素子１１７とから構成され
る。ここで、センサー調整時に移動テーブル１３上に設
けられた図略の基準用の平面鏡を用い、この平面鏡に照
射されるレーザ光と平面鏡から反射されるレーザ光とが
同軸のレーザ光が位置検出素子１１７上に結像する位置
と位置検出素子１１７の中心とが一致するように位置検
出素子１１７を設置しておき、その位置検出素子１１７
の中心を基準位置とする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an overall configuration diagram, and 11 is
In the differential auto-collimation sensor section, below the differential auto-collimation sensor section 11, the object to be measured 12 is placed.
A moving table 13 on which is mounted is installed. The moving table 13 is driven by a ball screw (not shown) in a direction orthogonal to the irradiation direction of the laser beam onto the DUT 12. The differential autocollimation sensor unit 11 is
As shown in FIG. 2, a pair of semiconductor lasers 111a and 111b arranged so that their optical axes are orthogonal to each other, collimator lenses 112a and 112b arranged in front of the laser light emitting surfaces of the semiconductor lasers 111a and 111b, and the semiconductor laser 1
The laser light from the semiconductor laser 111b is transmitted through the semiconductor laser 111b and the laser light from the semiconductor laser 111b is bent at 90 °.
2, a half mirror 113 for irradiating the half mirror 113, a polarization beam splitter 114 arranged on the laser light emitting side of the half mirror 113, a quarter wavelength plate 115 provided on the lower surface of the polarization beam splitter 114, and a polarization beam splitter 114. And a condenser lens 116 arranged on the side of the condenser lens 116 for condensing the reflected light reflected by the DUT 12 via the polarization beam splitter 114, and the condenser lens 116.
And a position detection element 117 including a PSD or the like that outputs a voltage 8 (electrical signal) proportional to the distance from the center according to the image formation position of the reflected light. Here, a reference flat mirror (not shown) provided on the moving table 13 at the time of sensor adjustment is used, and the laser light radiated to the flat mirror and the laser light reflected from the flat mirror are coaxial laser light. The position detecting element 117 is installed in advance so that the position of image formation on 117 and the center of the position detecting element 117 coincide with each other.
The center of is the reference position.
【００１２】なお、位置検出素子１１７が１個であるた
め、半導体レーザ１１１ａ、１１１ｂのレーザ光は指定
の時間差をもって交互に発生する構成になっている。ま
た、位置検出素子１１７は、図示しないガイドによって
レーザ光の位置検出素子１１７への入射方向と直交する
方向に案内されるボールねじナット１４に固着されてお
り、ボールねじナット１４は、ボールねじ１５の作動に
よりボールねじ１５上を移動するようにボールねじ１５
に取付けられている。Since there is only one position detecting element 117, the laser beams of the semiconductor lasers 111a and 111b are alternately generated with a designated time difference. The position detecting element 117 is fixed to a ball screw nut 14 guided by a guide (not shown) in a direction orthogonal to the incident direction of the laser light on the position detecting element 117. So that the ball screw 15 moves on the ball screw 15 by the operation of
Installed on.
【００１３】ボールねじ１５は、カップリング１６を介
してモータ１７に接続している。図２中１９は、位置検
出素子１１７から出力される位置検出素子の中心からの
距離に比例した電圧値に対して、その電圧値の正負によ
って位置検出素子１１７の移動方向を判断し、その電圧
値が零になるように位置検出素子１１７を駆動するモー
タ１７を制御する制御装置である。The ball screw 15 is connected to a motor 17 via a coupling 16. In FIG. 2, reference numeral 19 indicates the voltage value proportional to the distance from the center of the position detecting element output from the position detecting element 117, and determines the moving direction of the position detecting element 117 based on whether the voltage value is positive or negative. The control device controls the motor 17 that drives the position detection element 117 so that the value becomes zero.
【００１４】また、図２中２３は、モータ１７によって
移動した位置検出素子１１７の基準位置からの移動量を
出力するエンコーダであり、２５は、制御装置１９から
の信号に基づき、エンコーダ２３からの位置検出素子１
１７の移動量の信号をメモリ装置２４に出力するか否か
の切り換えを行うゲート回路である。ゲート回路２５
は、エンコーダ２３と接続し、さらに、メモリ装置２４
と接続している。Further, reference numeral 23 in FIG. 2 is an encoder for outputting the amount of movement of the position detecting element 117 moved by the motor 17 from the reference position, and 25 is based on a signal from the control device 19 and is sent from the encoder 23. Position detection element 1
It is a gate circuit for switching whether or not to output the signal of the movement amount of 17 to the memory device 24. Gate circuit 25
Is connected to the encoder 23 and further includes a memory device 24.
Connected with.
【００１５】次に上記のように構成された本発明の第１
実施例の動作について説明する。各半導体レーザ１１１
ａ、１１１ｂから所定時間毎に交互に発生するレーザ光
が、夫々のコリメータレンズ１１２ａ、１１２ｂ、ハー
フミラー１１３、偏光ビームスプリッタ１１４及び１／
４波長板１１５を通して被測定物１２に照射される。そ
して、被測定物１２の表面で反射された両レーザ光の反
射光は、１／４波長板１１５を通して偏光ビームスプリ
ッタ１１４により集光レンズ１１６の方向へ曲げられ、
集光レンズ１１６により位置検出素子１１７上に結像さ
れる。この時、位置検出素子１１７上に結像された光ス
ポットの位置に応じて出力される位置検出素子１１７の
中心からの距離に比例した電圧が、アンプ１８で増幅さ
れ、制御装置１９に入力される。制御装置１９におい
て、入力された電圧値の正負によって判断し、電圧値が
正の場合、位置検出素子１１７を図中上昇方向に、ま
た、電圧値が負の場合、位置検出素子１１７を図中下降
方向に移動するように、位置検出素子１１７から出力さ
れる電圧値が零になるまで、モータ１７を作動させる指
令を出す。制御装置１９の指令によって、モータ１７が
作動し、位置検出素子１１７から出力される電圧値が零
になるまで、位置検出素子１１７が移動される。位置検
出素子１１７から出力される電圧値が零となると、制御
装置１９からゲート回路２５に作動の信号が出力され
る。この時、エンコーダ２３から出力される位置検出素
子１１７の移動量が、メモリ装置２４に出力され、この
値がレーザ光の基準位置からの距離としてメモリ装置２
４に記憶される。ここで、エンコーダ２３からは位置検
出素子１１７の基準位置からの絶対位置の信号が出力さ
れる。他のレーザ光も同様にしてエンコーダ２３の出力
値がメモリ装置２４に記憶される。この後、移動テーブ
ル１３を所定量移動させていき、２本のレーザ光を所定
時間毎に交互に出射することによって測定していき、全
測定範囲を記憶した後、図示しない演算装置によって測
定値を取り出し、交互に出射された両レーザ光の接線角
の変化量を算出し、その変化量を２回積分することによ
り、被測定物１２の表面形状が算出される。Next, the first aspect of the present invention configured as described above
The operation of the embodiment will be described. Each semiconductor laser 111
The laser beams alternately generated from a and 111b at predetermined time intervals are collimator lenses 112a and 112b, a half mirror 113, a polarization beam splitter 114, and 1 /
The DUT 12 is irradiated through the four-wave plate 115. Then, the reflected light of both laser lights reflected on the surface of the DUT 12 is bent toward the condenser lens 116 by the polarization beam splitter 114 through the quarter-wave plate 115,
An image is formed on the position detection element 117 by the condenser lens 116. At this time, a voltage proportional to the distance from the center of the position detecting element 117, which is output according to the position of the light spot imaged on the position detecting element 117, is amplified by the amplifier 18 and input to the control device 19. It The control device 19 determines whether the input voltage value is positive or negative. When the voltage value is positive, the position detecting element 117 is moved upward in the figure, and when the voltage value is negative, the position detecting element 117 is moved in the figure. A command to operate the motor 17 is issued until the voltage value output from the position detection element 117 becomes zero so as to move in the descending direction. The motor 17 operates according to a command from the control device 19, and the position detection element 117 is moved until the voltage value output from the position detection element 117 becomes zero. When the voltage value output from the position detection element 117 becomes zero, the control device 19 outputs an operation signal to the gate circuit 25. At this time, the movement amount of the position detection element 117 output from the encoder 23 is output to the memory device 24, and this value is set as the distance from the reference position of the laser light to the memory device 2.
4 is stored. Here, the encoder 23 outputs a signal of the absolute position from the reference position of the position detection element 117. Similarly, the output values of the encoder 23 are stored in the memory device 24 for the other laser beams. After that, the moving table 13 is moved by a predetermined amount, and two laser beams are alternately emitted at predetermined intervals to perform measurement, and after storing the entire measurement range, the measured value is calculated by an arithmetic device (not shown). Is extracted, the change amount of the tangent angle of the two laser beams emitted alternately is calculated, and the change amount is integrated twice, whereby the surface shape of the DUT 12 is calculated.
【００１６】上記のように測定を行うので、位置検出素
子１１７の検出幅は、制限を受けないので、高精度に大
きな角度範囲の工作物の表面形状を測定することができ
る。本発明の第２実施例を図３に基づいて説明する。図
３において、図２と同一の部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、図２と異なる部分を重点に述べる。Since the measurement is performed as described above, the detection width of the position detecting element 117 is not limited, so that the surface shape of the workpiece in a large angle range can be measured with high accuracy. A second embodiment of the present invention will be described based on FIG. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００１７】図３に示すように、位置検出素子１１７か
ら出力される電圧Ｅと所定の電圧Ｅ 1 を比較することに
よって判断し、制御装置２６を作動させるか否かの信号
を制御装置２６へ出力する比較器２０と、比較器２０か
らの信号に基づき、作動の信号が入力されると、所定量
位置検出素子１１７を移動させ、位置検出素子１１７の
移動完了後、ゲート回路２５に作動の信号を出力する
か、または、作動否の信号が入力されると、ゲート回路
２５に作動の信号を出力する制御装置２６と、位置検出
素子１１７から検出される電圧により位置検出素子１１
７の中心からの距離ｄを算出するとともに、算出された
距離ｄとエンコーダ２３からの位置検出素子１１７の基
準位置からの移動量ｌとにより基準位置からレーザ光の
結像位置までの距離ｐを算出する機能を持つ演算回路２
２を設置した構成である。ここで、比較器２０から制御
装置２６への作動の信号は、電圧値Ｅの正負によって異
なった信号であり、電圧値Ｅが正の場合には、所定量図
中上昇方向へ、電圧値Ｅが負の場合には、所定量図中下
降方向へ位置検出素子１１７を移動させる。As shown in FIG. 3, the position detecting element 117
Voltage E output from the device and a predetermined voltage E 1To compare
Therefore, a signal indicating whether or not to operate the control device 26 is determined.
To the control device 26 and whether the comparator 20
Based on these signals, when the operation signal is input, a predetermined amount
The position detecting element 117 is moved to move the position detecting element 117
After the movement is completed, the operation signal is output to the gate circuit 25.
Or a gate signal is input
A control device 26 for outputting an operation signal to 25, and position detection
The position detection element 11 is detected by the voltage detected from the element 117.
The distance d from the center of 7 was calculated and
The distance d and the base of the position detection element 117 from the encoder 23
Based on the amount of movement l from the quasi-position,
Arithmetic circuit 2 having the function of calculating the distance p to the image formation position
2 is installed. Here, control from the comparator 20
The operation signal to the device 26 depends on whether the voltage value E is positive or negative.
Signal and the voltage value E is positive
If the voltage value E is negative in the middle rising direction, a predetermined amount in the lower part of the figure
The position detection element 117 is moved in the descending direction.
【００１８】位置検出素子１１７と接続しているアンプ
１８は比較器２０及び演算回路２２と接続し、比較器２
０は制御装置１９と接続し、また、演算回路２２はエン
コーダ２３及び、ゲート回路２５を介してメモリ装置２
４と接続している。また、図３中、２１は位置検出素子
１１７から出力される電圧Ｅと比較するための所定の電
圧Ｅ1 を入力する設定器であり、比較器２０と接続して
いる。The amplifier 18 connected to the position detecting element 117 is connected to the comparator 20 and the arithmetic circuit 22, and the comparator 2
0 is connected to the control device 19, and the arithmetic circuit 22 is connected to the memory device 2 via the encoder 23 and the gate circuit 25.
4 is connected. Further, in FIG. 3, reference numeral 21 is a setting device for inputting a predetermined voltage E 1 for comparison with the voltage E output from the position detecting element 117, and is connected to the comparator 20.
【００１９】次に、上記のように構成された本発明の第
２実施例の動作について説明する。第１実施例と同様に
被測定物１２からの反射レーザ光が位置検出素子１１７
上に結像されると、位置検出素子１１７から出力される
位置検出素子１１７の中心からの距離に比例した電圧
が、アンプ１８で増幅され、比較器２０及び演算回路２
２に出力される。比較器２０には、あらかじめ、設定器
２１により位置検出素子１１７の所定の検出可能な幅に
おいて検出される電圧値Ｅ1 が入力されており、比較器
２０において電圧Ｅ1 と出力される電圧Ｅが比較され
る。−Ｅ1 ＜Ｅ＜Ｅ1 の場合には、比較器２０から制御
装置１９に作動否の信号が与えられ、制御装置２６から
ゲート回路２５に作動の信号が出される。この時、演算
回路２２において位置検出素子１１７の中心からの距離
ｄを算出するとともに、その距離ｄと位置検出素子１１
７の基準位置からの移動量ｌとから基準位置からレーザ
光の結像位置までの距離ｐがｐ＝ｄ＋ｌで算出されてお
り、その距離ｐがメモリ装置２４に出力され、記憶され
る。また、Ｅ1 ＜Ｅまたは−Ｅ1 ＞Ｅの場合には、比較
器２０から制御装置１９に作動の信号が出されると、制
御装置１９によって、位置検出素子１１７を所定量移動
させ、位置検出素子１１７の移動完了後、制御装置２６
からゲート回路２５に作動の信号が出される。この時
も、同様にして、演算回路２２において、基準位置から
レーザ光の結像位置までの距離ｐが算出されており、そ
の距離ｐがメモリ装置２４に出力され、記憶される。Next, the operation of the second embodiment of the present invention constructed as above will be described. Similar to the first embodiment, the reflected laser light from the DUT 12 detects the position detecting element 117.
When the image is formed on the upper side, the voltage output from the position detecting element 117, which is proportional to the distance from the center of the position detecting element 117, is amplified by the amplifier 18, and is compared with the comparator 20 and the arithmetic circuit 2.
2 is output. The voltage value E 1 detected by the setter 21 in the predetermined detectable width of the position detection element 117 is input to the comparator 20 in advance, and the voltage E 1 output from the comparator 20 is the voltage E 1. Are compared. In the case of −E 1 <E <E 1 , the comparator 20 provides the control device 19 with an operation disable signal, and the control device 26 outputs an operation signal to the gate circuit 25. At this time, the arithmetic circuit 22 calculates the distance d from the center of the position detecting element 117, and the distance d and the position detecting element 11 are calculated.
The distance p from the reference position to the image forming position of the laser beam is calculated from p = d + l based on the movement amount l from the reference position 7 and the distance p is output to the memory device 24 and stored therein. In the case of E 1 <E or −E 1 > E, when an operation signal is output from the comparator 20 to the control device 19, the control device 19 moves the position detection element 117 by a predetermined amount to detect the position. After the movement of the element 117 is completed, the control device 26
A signal for operation is output from the gate circuit 25. At this time also, similarly, the arithmetic circuit 22 calculates the distance p from the reference position to the image forming position of the laser beam, and the distance p is output to the memory device 24 and stored.
【００２０】以下、第１実施例と同様にして被測定物１
２の表面形状が算出される。上記のように測定を行うの
で、位置検出素子１１７の検出幅は制限を受けなくな
り、高精度に大きな角度範囲の工作物の表面形状を測定
することができる。Thereafter, the object to be measured 1 is processed in the same manner as in the first embodiment.
The surface shape of 2 is calculated. Since the measurement is performed as described above, the detection width of the position detection element 117 is not limited, and the surface shape of the workpiece in a large angle range can be measured with high accuracy.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光
を被測定物に向けて照射させる光学系と、前記被測定物
により反射されるレーザ光の結像位置に応じて、中心か
らの距離に比例した電気信号を出力する位置検出素子
と、この位置検出素子をレーザ光の前記位置検出素子へ
の入射方向と直交する方向に駆動するためのアクチュエ
ータと、前記位置検出素子から出力される電気信号が所
定値になるように、前記位置検出素子を駆動する前記ア
クチュエータを制御する制御手段と、前記位置検出素子
の基準位置からの移動量から前記被測定物の表面形状を
算出する演算手段とを備えているか、或いは、レーザ光
源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を被測定
物に向けて照射させる光学系と、前記被測定物により反
射されるレーザ光の結像位置に応じて、中心からの距離
に比例した電気信号を出力する位置検出素子と、この位
置検出素子をレーザ光の前記位置検出素子への入射方向
と直交する方向に駆動するためのアクチュエータと、前
記位置検出素子から出力される電気信号から前記位置検
出素子を移動させる必要があるか否かを判断する判断手
段と、前記位置検出素子を所定量移動させるように前記
アクチュエータを制御する制御手段と、前記制御手段に
よる前記位置検出素子の基準位置からの移動量と前記位
置検出素子から出力される電気信号により算出される前
記位置検出素子の中心からの距離とから前記被測定物の
表面形状を演算する演算手段とを備えているので、前記
位置検出素子の検出幅が制限を受けなくなり、高精度に
大きな角度範囲の工作物の表面形状を測定することがで
きる。As described above, according to the present invention,
A laser light source, an optical system for irradiating the laser light emitted from the laser light source toward an object to be measured, and an image formation position of the laser light reflected by the object to be measured, proportional to a distance from the center A position detecting element for outputting the electric signal, an actuator for driving the position detecting element in a direction orthogonal to the incident direction of the laser light to the position detecting element, and an electric signal output from the position detecting element Control means for controlling the actuator that drives the position detection element so that the value becomes a predetermined value, and calculation means for calculating the surface shape of the object to be measured from the movement amount of the position detection element from the reference position. Alternatively, the laser light source, an optical system for irradiating the laser light emitted from the laser light source toward the object to be measured, and the laser light reflected by the object to be measured. A position detecting element that outputs an electric signal proportional to the distance from the center according to the image position, and an actuator for driving the position detecting element in a direction orthogonal to the incident direction of the laser light to the position detecting element. Determination means for determining whether or not the position detection element needs to be moved from an electric signal output from the position detection element, and control means for controlling the actuator so as to move the position detection element by a predetermined amount. And the surface shape of the object to be measured from the amount of movement of the position detecting element from the reference position by the control means and the distance from the center of the position detecting element calculated by the electric signal output from the position detecting element. Since the detection width of the position detecting element is not limited, the surface shape of the workpiece in a large angle range can be accurately measured. It can be constant.
【図１】（ａ）は請求項１に対応するクレーム対応図、
（ｂ）は請求項２に対応するクレーム対応図である。FIG. 1 (a) is a claim correspondence diagram corresponding to claim 1,
(B) is a claim correspondence diagram corresponding to claim 2.
【図２】本発明の第１実施例を示す全体の構成図であ
る。FIG. 2 is an overall configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第２実施例を示す全体の構成図であ
る。FIG. 3 is an overall configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図４】位置検出素子の位置検出原理を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a position detection principle of a position detection element.
【図５】従来の光学的測定装置の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional optical measurement device.
１１ 作動オートコリメーションセンサ部 １１１ａ、１１１ｂ 半導体レーザ １１２ａ、１１２ｂ コリメータレンズ １１３ ハーフミラー １１４ ビームスプリッタ １１５ １／４波長板 １１６ 集光レンズ １１７ 位置検出素子 １２ 被測定物 １３ 移動テーブル １４ ボールねじナット １５ ボールねじ １６ カップリング １７ モータ １８ アンプ １９ 制御装置 ２０ 比較器 ２１ 設定器 ２２、２６ 演算回路 ２３ エンコーダ ２４ メモリ装置 ２５ ゲート回路 11 Operation Auto Collimation Sensor Section 111a, 111b Semiconductor Laser 112a, 112b Collimator Lens 113 Half Mirror 114 Beam Splitter 115 Quarter Wave Plate 116 Condenser Lens 117 Position Detection Element 12 Object to be Measure 13 Moving Table 14 Ball Screw Nut 15 Ball Screw 16 Coupling 17 Motor 18 Amplifier 19 Control Device 20 Comparator 21 Setting Device 22, 26 Arithmetic Circuit 23 Encoder 24 Memory Device 25 Gate Circuit
Claims (2)
されるレーザ光を被測定物に向けて照射させる光学系
と、前記被測定物により反射されるレーザ光の結像位置
に応じて、中心からの距離に比例した電気信号を出力す
る位置検出素子と、この位置検出素子をレーザ光の前記
位置検出素子への入射方向と直交する方向に駆動するた
めのアクチュエータと、前記位置検出素子から出力され
る電気信号が所定値になるように、前記位置検出素子を
駆動する前記アクチュエータを制御する制御手段と、前
記位置検出素子の基準位置からの移動量から前記被測定
物の表面形状を算出する演算手段とを備えたことを特徴
とする光学的測定装置。1. A laser light source, an optical system for irradiating a laser light emitted from the laser light source toward an object to be measured, and a center according to an image forming position of the laser light reflected by the object to be measured. A position detecting element that outputs an electric signal proportional to the distance from the position detecting element, an actuator for driving the position detecting element in a direction orthogonal to the incident direction of the laser light to the position detecting element, and an output from the position detecting element The surface shape of the object to be measured is calculated from the control means that controls the actuator that drives the position detection element and the movement amount of the position detection element from the reference position so that the electric signal to be obtained becomes a predetermined value. An optical measuring device comprising: a computing means.
されるレーザ光を被測定物に向けて照射させる光学系
と、前記被測定物により反射されるレーザ光の結像位置
に応じて、中心からの距離に比例した電気信号を出力す
る位置検出素子と、この位置検出素子をレーザ光の前記
位置検出素子への入射方向と直交する方向に駆動するた
めのアクチュエータと、前記位置検出素子から出力され
る電気信号から前記位置検出素子を移動させる必要があ
るか否かを判断する判断手段と、前記位置検出素子を所
定量移動させるように前記アクチュエータを制御する制
御手段と、前記制御手段による前記位置検出素子の基準
位置からの移動量と前記位置検出素子から出力される電
気信号により算出される前記位置検出素子の中心からの
距離とから前記被測定物の表面形状を演算する演算手段
とを備えたことを特徴とする光学的測定装置。2. A laser light source, an optical system for irradiating a laser beam emitted from the laser light source toward an object to be measured, and a center according to an image forming position of the laser beam reflected by the object to be measured. A position detecting element that outputs an electric signal proportional to the distance from the position detecting element, an actuator for driving the position detecting element in a direction orthogonal to the incident direction of the laser light to the position detecting element, and an output from the position detecting element Determination means for determining whether or not it is necessary to move the position detection element from the electric signal generated, control means for controlling the actuator to move the position detection element by a predetermined amount, and the control means for controlling the actuator. The measured object based on the amount of movement of the position detecting element from the reference position and the distance from the center of the position detecting element calculated by the electric signal output from the position detecting element. An optical measuring device, comprising: a calculating means for calculating the surface shape of an object.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7746692A JPH05280947A (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Optical apparatus for measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7746692A JPH05280947A (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Optical apparatus for measurement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05280947A true JPH05280947A (en) | 1993-10-29 |
Family
ID=13634773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7746692A Pending JPH05280947A (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Optical apparatus for measurement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05280947A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002257932A (en) * | 2001-03-06 | 2002-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Imaging device of type detecting reflected electromagnetic wave |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP7746692A patent/JPH05280947A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002257932A (en) * | 2001-03-06 | 2002-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Imaging device of type detecting reflected electromagnetic wave |
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