JPH0575328B2 - - Google Patents

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JPH0575328B2
JPH0575328B2 JP62263103A JP26310387A JPH0575328B2 JP H0575328 B2 JPH0575328 B2 JP H0575328B2 JP 62263103 A JP62263103 A JP 62263103A JP 26310387 A JP26310387 A JP 26310387A JP H0575328 B2 JPH0575328 B2 JP H0575328B2
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JP
Japan
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calculation means
target
displacement
image
image sensor
Prior art date
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JP62263103A
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English (en)
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JPH01105103A (ja
Inventor
Hikari Ando
Yoshiaki Kudo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPH0575328B2 publication Critical patent/JPH0575328B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

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
ツ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。 〔従来の技術〕 この種の光学式変位測定装置の一例としては、
第5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)に変位するターゲツト、1はレーザ
光などの光を出射する光源、21,22はハーフ
ミラー、31,32はレンズ、4は絞り、5X
Yはフオ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5X,5Yの出力から
ターゲツトTG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、ターゲツト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
ターゲツトTGの変位軸X,Yと一致するように
位置決めされている。図に示す装置は、イメージ
センサ5X,5Y上にターゲツトTGの像を結ばせ、
その像の動きをイメージセンサ5X,5Yにより直
接検出するようにしたものである。イメージセン
サ5X,5Y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5X,5Yにお
いて、感度を持つ方向を検出軸という。すなわ
ち、光源1から出射された光は、ハーフミラー2
1を介してターゲツトTGに照射され、ターゲツ
トTGにより反射された光は、ハーフミラー21
を通過した後、レンズ31、絞り4およびレンズ
32を通り、ハーフミラー22で2つの分けら
れ、それぞれイメージセンサ5X,5Y上にターゲ
ツトTGの像(格子像)を結ぶ。 第6図はイメージセンサ5X,5Y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,5Yを構成するフオトダイオードアレイ
との関係を示したものである。図は、8素子のフ
オトダイオードPD1〜PD8によりフオトダイオー
ドアレイの1ピツチを構成する場合を例示してい
る。フオトダイオードアレイをこのように接続す
ると、フオトダイオードの配列ピツチPに応じた
空間フイルタ特性を持たせることができる。 したがつて、フオトダイオードPD1〜PD8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
ターゲツト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、ターゲツトTGの変位量を知ることができ
る。また、このような光学式変位測定装置でで
は、格子像のピツチをフオトダイオードアレイの
ピツチと一致させることにより、空間フイルタの
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。 〔発明が解決しようとする問題点〕 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5X,5Y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、フオ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、測定誤差を生じてしま
う。 従来、このような格子像の変位軸X,Yとイメ
ージセンサ5X,5Y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
ことができなかつた。 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。 〔問題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ツト
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ツトの像を結ばせターゲ
ツ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、空間フイルタ特性を持つように複数のフ
オ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、前記複数のフオトダイオードの出力にその素
子の空間フイ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、
前記複数のフオトダイオードの出力にその素子の
空間フイ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V2との比のアークタンジエントtan-1(V1
V2)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√1 22 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
ターゲツトの変位量を求めることを特徴としたも
のである。 〔作 用〕 このように、イメージセンサを構成する複数の
フオ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
ターゲツトの変位量を算出するようにすると、フ
オトダイオードの出力をスイツチなどにより走査
する必要がなくなり、スイツ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√1 22 2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。 〔実施例〕 第1図は本発明の光学式変位測定装置の一実施
例を示す構成図である。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5X,5Y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。また、第2図はこの支持機構50の一実施例
を示す構成図である。図において、51は検出光
学系が組み込まれた筺体51,52はこの筺体5
1に取り付けられた回転リング、53はこの回転
リング52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5X,5Y
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。 したがつて、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,5Y
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の向きに合わせることができ、検出軸
の軸合めを容易に行なうことができる。 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
ーゲツトTGにおける2つの変位軸X,Yのう
ち、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図と同様様のものは同一符号を付して示す。イ
メージセンサ5Xは4つのフオトダイオードPD1
〜PD4を空間フイルタの1ピツチとするように接
続されている。71は加算点であり、フオトダイ
オードPD1〜PD4の出力にその素子の空間フイル
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72は、フオトダイオードPD1
PD4の出力にその素子に空間フイルタ上の位置に
応じて余弦波状に変化する乗率Ci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
のフオトダイオードPD1〜PD4における空間フイ
ルタ上の位置(位相)およこれに応じた乗率Si,
Ciは、下表のように定められている。
〔発明の効果〕
以上説明したように、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ツ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
ツトの像を結ばせターゲツ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、空間フイルタ特
性を持つように複数のフオ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、前記複数のフオトダイ
オードの出力にその素子の空間フイルタ上の位置
に応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、前記複数のフオトダイオード
の出力にその素子の空間フイ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V2との比のアークタン
ジエントtan-1(V1/V2)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
1 22 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ツトの変位量を求める
ようにしているので、フオトダイオードの出力を
スイツチなどにより走査する必要がなく、スイツ
チングノイズなどの影響を受けることなくターゲ
ツ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。
【図面の簡単な説明】
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71,72の出力V1,V2と位相θお
よび演算値rとの関係を示す概念図、第5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……ターゲツト、1……光源、21,22
……ハーフミラー、31,32……レンズ、4…
…絞り、5X,5Y……イメージセンサ、6……信
号処理回路、PD1〜PD8……フオトダイオード、
50……支持機構、51……筺体、52……回転
リング、53……ガイド、71,72……第1およ
び第2の演算手段、711,721……増幅器、712
22……アナログ・デイジタル変換器、8……演
算回路、81……メモリ、82……デイジタル・ア
ナログ変換器、9……表示手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 格子模様の書かれた再帰反射性のテープが貼
    られたターゲツ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ツトの
    像を結ばせターゲツ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、空間フイルタ特性を持
    つように複数のフオトダイオードを一列に配置し
    たイメージセンサと、この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、前記複数のフオトダイオードの
    出力にその素子の空間フイ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、前記複数のフオトダイオードの出力
    にその素子の空間フイ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V2との比のアークタンジエン
    トtan-1(V1/V2)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√1 2
    +V2 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ツ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。
JP62263103A 1987-10-19 1987-10-19 光学式変位測定装置 Granted JPH01105103A (ja)

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JPH01105103A JPH01105103A (ja) 1989-04-21
JPH0575328B2 true JPH0575328B2 (ja) 1993-10-20

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