JPS61180104A - 位置変位測定装置 - Google Patents
位置変位測定装置Info
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- JPS61180104A JPS61180104A JP21509985A JP21509985A JPS61180104A JP S61180104 A JPS61180104 A JP S61180104A JP 21509985 A JP21509985 A JP 21509985A JP 21509985 A JP21509985 A JP 21509985A JP S61180104 A JPS61180104 A JP S61180104A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 13
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optical Transform (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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。
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〕
この発明は光ビームを被測定物に照射し、その反射光を
利用して被測定物の位置、および変位を測定し、被測定
物の形状寸法等を算出することができる位置変位測定装
置に関するものである。
利用して被測定物の位置、および変位を測定し、被測定
物の形状寸法等を算出することができる位置変位測定装
置に関するものである。
第１図は位置変位測定装置の主要部を図示したもので、
１１はレーザ光などが出力される光源、１２は照射レン
ズ、１３ａは被測定物１４上に集束される照射光、１３
ｂは被測定物１４において反射・散乱した光の一部が集
束レンズ１５によって捕捉された反射光、１６は変位検
出器であって前記反射光１３ｂが照射されている位置検
出用のホトダイオード１７．および検出した信号の演算
器１８によって構成されている。
１１はレーザ光などが出力される光源、１２は照射レン
ズ、１３ａは被測定物１４上に集束される照射光、１３
ｂは被測定物１４において反射・散乱した光の一部が集
束レンズ１５によって捕捉された反射光、１６は変位検
出器であって前記反射光１３ｂが照射されている位置検
出用のホトダイオード１７．および検出した信号の演算
器１８によって構成されている。
第２図はかかる位置変位測定装置において使用されてい
る従来の位置検出用のホトダイオード（Ｐ ｏｓｉｔｉ
ｏｎ Ｓ ｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄ ｅｖｉｃｅ ：以
下ＰＳＤという）の構造を模式図としたもので、１はｎ
型の高抵抗半導体基板、１′は薄い半導体絶縁層（１層
）、２はｐ型の半導体表面層、３は前記ｎ型の高抵抗半
導体基板１のｎ・層に設けられている電極 ４，５は前
記ｐ型の半導体表面層２の両端に設けられている電極で
ある。
る従来の位置検出用のホトダイオード（Ｐ ｏｓｉｔｉ
ｏｎ Ｓ ｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄ ｅｖｉｃｅ ：以
下ＰＳＤという）の構造を模式図としたもので、１はｎ
型の高抵抗半導体基板、１′は薄い半導体絶縁層（１層
）、２はｐ型の半導体表面層、３は前記ｎ型の高抵抗半
導体基板１のｎ・層に設けられている電極 ４，５は前
記ｐ型の半導体表面層２の両端に設けられている電極で
ある。
このようなＰＩＮ構造とされたダイオードは、図に示し
たように直流電源６．負荷抵抗７，８を接続してｐ型の
半導体表面層２にスポット状の光ビームＬを照射すると
、負荷抵抗７，８には光電効果によって発生した電流が
半導体表面層２の表面抵抗によって分流した光電流１１
および１２が流れることが知られている。
たように直流電源６．負荷抵抗７，８を接続してｐ型の
半導体表面層２にスポット状の光ビームＬを照射すると
、負荷抵抗７，８には光電効果によって発生した電流が
半導体表面層２の表面抵抗によって分流した光電流１１
および１２が流れることが知られている。
この光電流ｉ１．ｉ２は負荷抵抗７，８が半導体表面層
２の表面抵抗より十分に小さいとき、光ビームＬの位置
が中心０よりｙだけ変位した位置にあると、前記負荷抵
抗７．８に流れる光電流ｉ１゜１２は、第３図（ａ）に
示すようにｙ＝Ｑであるときは１ｌ＝ｉ２ となり、中
心Ｏより離れると互いに逆方向に増減する。そのため、
光ビームＬが中心○から変位した位＠ｙは、第３図（ｂ
）の実線で示すように Ｙ＝Ｋ・、 、（但し、Ｋは比例定数）１１ ＋
ｔ２ によって計算することができる。
２の表面抵抗より十分に小さいとき、光ビームＬの位置
が中心０よりｙだけ変位した位置にあると、前記負荷抵
抗７．８に流れる光電流ｉ１゜１２は、第３図（ａ）に
示すようにｙ＝Ｑであるときは１ｌ＝ｉ２ となり、中
心Ｏより離れると互いに逆方向に増減する。そのため、
光ビームＬが中心○から変位した位＠ｙは、第３図（ｂ
）の実線で示すように Ｙ＝Ｋ・、 、（但し、Ｋは比例定数）１１ ＋
ｔ２ によって計算することができる。
ところで、前記した第１図の位置変位測定装置において
、被測定物１４の位置が点線のように変位するとＰＳＤ
１７に照射されている反射光１３ｂも点線で示すように
結像点が移動するから、この結像点の移動した位置ｙを
光電流ｉ＋、ｉ２の値から演算すると被測定物１４の変
位またはその形状等を測定することができる。
、被測定物１４の位置が点線のように変位するとＰＳＤ
１７に照射されている反射光１３ｂも点線で示すように
結像点が移動するから、この結像点の移動した位置ｙを
光電流ｉ＋、ｉ２の値から演算すると被測定物１４の変
位またはその形状等を測定することができる。
しかしながら、前記変位した位置ｙの値は、光電流ｉ１
．ｉ２が得られる測定範囲、すなわち、反射光１３ｂが
ＰＳＤ １７の半導体表面層２に照射されるような被測
定物１４のセット位置において計算可能になり、例えば
、反射光１３ｂが半導体表面層２の測定範囲から完全に
外れたとき、つまり、被測定物１４の位置が測定範囲よ
り外れたときは、暗電流による影響や、熱雑音による電
流に点線で示すように不定となり、被測定物１４の位置
と無関係な出力が発生する。
．ｉ２が得られる測定範囲、すなわち、反射光１３ｂが
ＰＳＤ １７の半導体表面層２に照射されるような被測
定物１４のセット位置において計算可能になり、例えば
、反射光１３ｂが半導体表面層２の測定範囲から完全に
外れたとき、つまり、被測定物１４の位置が測定範囲よ
り外れたときは、暗電流による影響や、熱雑音による電
流に点線で示すように不定となり、被測定物１４の位置
と無関係な出力が発生する。
受光レンズによる結像スポフトが半導体表面層２から外
れたとき、つまり被測定物１４の位置が測定範囲から外
れたとき不定出力が生じ、この不定出力により、被測定
物１４の位置が測定範囲内か、外れているかの判断が困
難になる場合が多発する。 特に受光倍率を高くした高
精度装置では数ｍｍ離れた位置にある空間の被測定物１
４を０．１ｍｍ程度を測定範囲とするため、被測定物１
４を位置変位測定装置にセットする際に、その初期位置
を定めることがきわめて困難になると同時に、被測定物
１４の設定を自動的にセットする際もサーボ回路を構成
することができないという問題があった。
れたとき、つまり被測定物１４の位置が測定範囲から外
れたとき不定出力が生じ、この不定出力により、被測定
物１４の位置が測定範囲内か、外れているかの判断が困
難になる場合が多発する。 特に受光倍率を高くした高
精度装置では数ｍｍ離れた位置にある空間の被測定物１
４を０．１ｍｍ程度を測定範囲とするため、被測定物１
４を位置変位測定装置にセットする際に、その初期位置
を定めることがきわめて困難になると同時に、被測定物
１４の設定を自動的にセットする際もサーボ回路を構成
することができないという問題があった。
この発明は、かかる点にかんがみてなされたもので、Ｐ
ＳＤの受光面を改良することによって被測定物のセット
位置が測定範囲内にない場合でも、その外れている方向
が検出できるようにした位置変位測定装置を提供するも
のである。
ＳＤの受光面を改良することによって被測定物のセット
位置が測定範囲内にない場合でも、その外れている方向
が検出できるようにした位置変位測定装置を提供するも
のである。
第４図はこの発明の位置変位測定装置に採用できるＰＳ
Ｄ （位置検出用のホトダイオード）を示すもので、符
号１〜８の構造は第２図のものと同一である。しかしな
がら、この発明の位置変位測定袋１置に装着されるＰＳ
Ｄでは受光面となるｐ型の半導体表面層２に取り付けた
電極４．５の外側に延長して２つの受光面ｓｌ、ｓ２が
設けである。
Ｄ （位置検出用のホトダイオード）を示すもので、符
号１〜８の構造は第２図のものと同一である。しかしな
がら、この発明の位置変位測定袋１置に装着されるＰＳ
Ｄでは受光面となるｐ型の半導体表面層２に取り付けた
電極４．５の外側に延長して２つの受光面ｓｌ、ｓ２が
設けである。
つづいて、かかるＰＳＤに反射光１３ｂが入射した場合
について説明する。
について説明する。
前述したように、ＰＳＤの中心点０に反射光１３ｂがあ
る場合は、受光面に設けである２つの電極にはほぼ同一
の光電流１１＋１２が流れる。また、この反射光の位置
が変位し、中心点０よりはずれた位置に来たときは第５
図（ａ）に示すように２つの光電流１１＋１２は中心か
らずれた位置ｙに応じて互いに逆方向に増減する。
る場合は、受光面に設けである２つの電極にはほぼ同一
の光電流１１＋１２が流れる。また、この反射光の位置
が変位し、中心点０よりはずれた位置に来たときは第５
図（ａ）に示すように２つの光電流１１＋１２は中心か
らずれた位置ｙに応じて互いに逆方向に増減する。
そして、反射光１３ｂのずれがさらに大きくなり、前記
した延長しである受光面Ｓ１に到達すると、反射光１３
ｂによる光電流は全部電極５に流入し、光電流１２、す
なわち電極４の電流はＯとなる。逆に延長した受光面Ｓ
２の方に反射光１３ｂがずれると、光電流１１の方がＯ
となる。
した延長しである受光面Ｓ１に到達すると、反射光１３
ｂによる光電流は全部電極５に流入し、光電流１２、す
なわち電極４の電流はＯとなる。逆に延長した受光面Ｓ
２の方に反射光１３ｂがずれると、光電流１１の方がＯ
となる。
したがって、演算器１８の出力は第５図（ｂ）のように
測定範囲となる正規の受光面内では従来と同様に、ｙ＝
に一、−になり入射光の位１１ ＋１２ 置を検出すると同時に、延長した受光面Ｓ ｌ ＋ Ｓ
２に入った場合もフルスケールの出力電圧＋Ｖ、およ
び−■が得られる。そのため、反射光１３ｂが正規の受
光面からどの方向に変位しているかを知ることができ、
前述した第２図のＰＳＤのように検出値が不定を示すこ
とがない。
測定範囲となる正規の受光面内では従来と同様に、ｙ＝
に一、−になり入射光の位１１ ＋１２ 置を検出すると同時に、延長した受光面Ｓ ｌ ＋ Ｓ
２に入った場合もフルスケールの出力電圧＋Ｖ、およ
び−■が得られる。そのため、反射光１３ｂが正規の受
光面からどの方向に変位しているかを知ることができ、
前述した第２図のＰＳＤのように検出値が不定を示すこ
とがない。
反射光１３ｂが電極４，５上に入射した場合は問題があ
るが、この電極４，５を薄くまたは細く形成するか、ま
たは電極の素材に透明で導電性をもつ酸化すずなどを用
いれば、この点でもフルスケールに相当する電圧＋Ｖ、
−Ｖが得られる。
るが、この電極４，５を薄くまたは細く形成するか、ま
たは電極の素材に透明で導電性をもつ酸化すずなどを用
いれば、この点でもフルスケールに相当する電圧＋Ｖ、
−Ｖが得られる。
第６図（ａ）、（ｂ）はこの発明の位置変位測定装置に
装着される他のＰＳＤの形状を示したもので、第４図の
ものと比較して延長した受光面Ｓ１１．Ｓｉ２の幅りを
狭くしたものである。
装着される他のＰＳＤの形状を示したもので、第４図の
ものと比較して延長した受光面Ｓ１１．Ｓｉ２の幅りを
狭くしたものである。
延長した受光面Ｓ１１，３１２は反射光１３ｂの一部分
でも受光できれば演算出力をフルスケールの値に保つこ
とができるので、受光面を狭くしても支障はない。
でも受光できれば演算出力をフルスケールの値に保つこ
とができるので、受光面を狭くしても支障はない。
このような構造にすると、
１）延長した受光面ＳＩ１．Ｓ１２によって接合容量が
増加し、応答性が悪くなることを防止することができる
。
増加し、応答性が悪くなることを防止することができる
。
２）延長した受光面Ｓｌｌ、Ｓ１２によって増加する漏
えい電流を小さくすることができるので、検出値のＳ／
Ｎが増加する。
えい電流を小さくすることができるので、検出値のＳ／
Ｎが増加する。
などの利点がある。
なお、延長した受光面Ｓ１．Ｓ２ （Ｓ１１ 、３１
２）のＰ型半導体領域における層抵抗は特に均一にする
必要がなく、その光電変換の感度は低くても、作用効果
に支障が生じることがない。
２）のＰ型半導体領域における層抵抗は特に均一にする
必要がなく、その光電変換の感度は低くても、作用効果
に支障が生じることがない。
以上の説明から理解できるように、この発明の位置変位
測定装置では、ＰＳＤの受光面を測定範囲となる電極４
．５からさらに外側に延長して反射光の捕捉範囲を広く
しているので、位置変位測定装置にセットされる被測定
物の位置が従来の位置変位測定装置よりも広い範囲で検
出することができ、被測定物のセントの位置が多少ずれ
ていてもＰＳＤかも得られた光電流の演算値でそのずれ
方向が検出できるようになる。
測定装置では、ＰＳＤの受光面を測定範囲となる電極４
．５からさらに外側に延長して反射光の捕捉範囲を広く
しているので、位置変位測定装置にセットされる被測定
物の位置が従来の位置変位測定装置よりも広い範囲で検
出することができ、被測定物のセントの位置が多少ずれ
ていてもＰＳＤかも得られた光電流の演算値でそのずれ
方向が検出できるようになる。
以上説明したように、この発明の位置変位測定装置は、
被測定物のセット位置がきわめて広い範囲で捕捉できる
という効果がある。特に、受光倍率を高くした高精度の
装置では数ｍｍの空間距離をおいて０．１ｍｍ程度の位
置変位を測定する必要があるが、この場合も位置変位測
定装置と被測定物との位置合わせが容易になるという利
点がある。
被測定物のセット位置がきわめて広い範囲で捕捉できる
という効果がある。特に、受光倍率を高くした高精度の
装置では数ｍｍの空間距離をおいて０．１ｍｍ程度の位
置変位を測定する必要があるが、この場合も位置変位測
定装置と被測定物との位置合わせが容易になるという利
点がある。
また、被測定物を自動的に初期位置に設定するためのサ
ーボ系も容易に構成できるようになるという効果がある
。
ーボ系も容易に構成できるようになるという効果がある
。
第１図は被測定物の位置変位からその形状を測定する位
置変位測定装置の概要図、第２図は位置検出用ダイオー
ド（Ｐ Ｓ Ｄ）の構造図、第３図（ａ）、（ｂ）はＰ
ＳＤの光電流の特性図、第４図はこの発明の位置変位測
定装置に採用されたＰＳＤの構造図、第５図はこの発明
の位置変位測定装置で検出される光電流の特性図と演算
値を示す図、第６図（ａ）、（ｂ）はＰＳＩＭ）他の実
施例を示す構造図である。 図中、１１は光源、１２は照射レンズ、１３ａは照射光
、１３ｂは反射光、１４は被測定物、］５は集束レンズ
、１７はホトダイオード、１８は演算器を示す。 第１図 第２図 第４図
置変位測定装置の概要図、第２図は位置検出用ダイオー
ド（Ｐ Ｓ Ｄ）の構造図、第３図（ａ）、（ｂ）はＰ
ＳＤの光電流の特性図、第４図はこの発明の位置変位測
定装置に採用されたＰＳＤの構造図、第５図はこの発明
の位置変位測定装置で検出される光電流の特性図と演算
値を示す図、第６図（ａ）、（ｂ）はＰＳＩＭ）他の実
施例を示す構造図である。 図中、１１は光源、１２は照射レンズ、１３ａは照射光
、１３ｂは反射光、１４は被測定物、］５は集束レンズ
、１７はホトダイオード、１８は演算器を示す。 第１図 第２図 第４図
Claims (1)
- 光ビームを照射して被測定物の表面に輝点を発生し、前
記輝点からの反射光を前記光ビームの照射方向に対して
一定の角度で捕捉する集光レンズによって位置検出用の
ホトダイオード上に結像し、前記被測定物の位置変位を
非接触の状態で検出する位置変位検出装置において；前
記位置検出用のホトダイオードは前記反射光を受光する
位置検出用の受光面と、該受光面の両側に配置され前記
反射光の位置を検出するための２個の電極と、前記２個
の電極からさらに外側に延在し、前記反射光が前記受光
面外に移動するオーバレンジ領域を検出する２個の受光
面を備えていることを特徴とする位置変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21509985A JPS61180104A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 位置変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21509985A JPS61180104A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 位置変位測定装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57034090A Division JPS58151507A (ja) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | 位置検出用ホトダイオ−ド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61180104A true JPS61180104A (ja) | 1986-08-12 |
| JPH0371041B2 JPH0371041B2 (ja) | 1991-11-11 |
Family
ID=16666736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21509985A Granted JPS61180104A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 位置変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61180104A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5272517A (en) * | 1990-06-13 | 1993-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Height measurement apparatus using laser light beam |
| CN105932090A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-09-07 | 河北大学 | 一种基于侧向光伏效应的薄膜结构位置灵敏探测器 |
| EP2434945B1 (en) * | 2009-05-27 | 2018-12-19 | Analog Devices, Inc. | Multiuse optical sensor |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP21509985A patent/JPS61180104A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5272517A (en) * | 1990-06-13 | 1993-12-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Height measurement apparatus using laser light beam |
| EP2434945B1 (en) * | 2009-05-27 | 2018-12-19 | Analog Devices, Inc. | Multiuse optical sensor |
| CN105932090A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-09-07 | 河北大学 | 一种基于侧向光伏效应的薄膜结构位置灵敏探测器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0371041B2 (ja) | 1991-11-11 |
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