JP4616692B2 - Displacement detector - Google Patents
Displacement detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP4616692B2 JP4616692B2 JP2005123650A JP2005123650A JP4616692B2 JP 4616692 B2 JP4616692 B2 JP 4616692B2 JP 2005123650 A JP2005123650 A JP 2005123650A JP 2005123650 A JP2005123650 A JP 2005123650A JP 4616692 B2 JP4616692 B2 JP 4616692B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- workpiece
- light
- beam splitter
- imaging means
- disposed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
本発明は、変位検出装置に関する。詳しくは、ワークからの散乱光が干渉して生成されるスペックル像を利用してワークの変位を検出する変位検出装置に関する。 The present invention relates to a displacement detection device. More specifically, the present invention relates to a displacement detection apparatus that detects a displacement of a workpiece using a speckle image generated by interference of scattered light from the workpiece.
スペックル像を利用してワークの微小変位を検出する変位検出装置が知られている(非特許文献1〜4)。
図30は、従来の変位検出装置10の構成を示す図である。
この変位検出装置10は、内部に収納空間12を有する筐体部11と、ワークWにレーザー光を照射する照明光学系13と、ワークWからの散乱光の干渉によって生成されるスペックル像を撮像するCCDカメラ16と、CCDカメラ16からの出力画像を画像処理する画像処理部19と、を備える。
照明光学系13は、レーザー光源14と、コリメートレンズ15と、を備え、レーザー光をワークWに対して斜め方向から照射している。
Displacement detection devices that detect minute displacement of a workpiece using a speckle image are known (Non-Patent
FIG. 30 is a diagram illustrating a configuration of a conventional
The
The illumination
さらに、ワークWとCCDカメラ16との間には、ワーク表面Sにて散乱される光による像をCCDカメラ16に向けて拡大する拡大レンズ17と、拡大レンズ17とCCDカメラ16との間に配設されたアパーチャー18と、が配設されており、ワークWに対して略垂直な方向に光軸を有するように拡大レンズ17、アパーチャー18およびCCDカメラ16が配設されている。
そして、ワークWと変位検出装置10とはワークWの法線に直交する方向に相対移動可能であって、変位検出装置10は、ワークWの法線に直交する方向へのワークWの変位量を検出する。
ワークWの表面Sは光学的に粗い面(光学粗面)であり、ワークWからの散乱光によって図31に示されるような白黒の斑点模様であるスペックル像が形成される。
Further, between the workpiece W and the
The workpiece W and the
The surface S of the work W is an optically rough surface (optical rough surface), and a speckle image having a black and white spot pattern as shown in FIG. 31 is formed by scattered light from the work W.
このような構成において、レーザー光源14から発射された光L40は、コリメートレンズ15によって平行光とされてワークWに照射される。すると、ワーク表面Sで反射される光のうち0次光L41はレーザー光の入射方向とは反対側へ反射していく。その一方、ワークWの光学粗面によりワークWに垂直な方向に向けて散乱された散乱光L42が拡大レンズ17に入射し、アパーチャー18を介してCCDカメラ16にて受光される(L43)。すると、CCDカメラ16によりスペックル像が撮像される。
In such a configuration, the light L40 emitted from the
ここで、ワークWの基準位置においてスペックル像を撮像し、参照スペックル像として画像処理部19に記憶しておく。次に、ワークWが微小変位したときの現スペックル像を撮像して画像処理部19に出力する。そして、現スペックル像と参照スペックル像とを画像処理部19において比較して、画像中においてマッチングするパターンの変位に基づいてワークWの変位量を検出する。
Here, a speckle image is picked up at the standard position of the workpiece W, and is stored in the
このようなスペックル像を利用した変位検出装置10は、簡易な構成ながら高い分解能でワークWの変位を検出することができる。
また、レーザー光L40をワークWの斜め方向から照射することにより、0次の反射光L41を拡大レンズ17からそらし、スペックル像を生成する散乱光L42のみが拡大レンズ17を介してCCDカメラ16に入射するようにしている。これにより、SN比が良好なスペックル像を取得することができる。
The
Further, by irradiating the laser light L40 from the oblique direction of the workpiece W, the zero-order reflected light L41 is deflected from the
しかしながら、ワークWに対して斜め方向からレーザー光L40を照射する場合、次のような問題が生じる。
例えば、ワークWが法線方向に変位して変位検出装置10とワークWとのギャップが変化した場合、ワーク表面S上においてレーザー光L40が当たる位置が異なってくる。この関係を図32に模式的に表す。
ワークW上においてレーザー光L40が当たる位置が異なってくると、スペックル像が変化する。そのため、ワークWが法線方向に変位した場合、ワークWが法線に直交する方向に変位していなくても、変位検出装置10としては、スペックル像の変化に基づいてワークWの法線方向に直交する方向への変位を誤検出してしまうことになる。さらに、ワークWが法線方向に変位した場合、レーザー光L40の照射位置が異なってくるので、CCDカメラ16の光軸に対する光量分布がずれてしまい、CCDカメラ16に入射する光量が不足して検出精度が低下してしまうという問題も生じる。
However, when the laser beam L40 is applied to the workpiece W from an oblique direction, the following problem occurs.
For example, when the workpiece W is displaced in the normal direction and the gap between the
When the position where the laser beam L40 strikes on the workpiece W changes, the speckle image changes. Therefore, when the workpiece W is displaced in the normal direction, even if the workpiece W is not displaced in the direction orthogonal to the normal line, the
また、レーザー光源14の温度が変化すると、発射されるレーザー光L40の波長に変化が生じることが知られている。例えば、657±0.2nm程度の変化が生じる。図33は、レーザー光L40の波長が変化した場合に、干渉光の光路が変化する様子を示す図である。レーザー光L40の波長が変化すると図33に示されるように光の干渉位置がずれてくるので、ワークWが変位していなくても、CCDカメラ16で撮像されるスペックル像が変位してしまい、ワークWの変位を誤検出してしまうという問題が生じる。
It is also known that when the temperature of the
本発明の目的は、ワークとのギャップ変動や温度変化に影響を受けることなくワークとの相対変位を高精度に検出する変位検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a displacement detection device that detects a relative displacement with respect to a workpiece with high accuracy without being affected by a gap variation with the workpiece or a temperature change.
本発明の変位検出装置は、ワーク表面に向けてレーザー光を照射する照明光学系と、ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光し、当該変位検出装置は、前記ワーク表面の法線上に配設されたビームスプリッタと、前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズと、前記拡大レンズと前記撮像手段との間において前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーとを備え、前記ビームスプリッタは、前記拡大レンズと前記ワークとの間に配設され、前記照明光学系から入射される光を前記ワーク表面に対して略垂直な方向に向けて反射させて前記レーザー光を前記ワークに照射させるとともに、前記ワーク表面から散乱される光を前記撮像手段に向けて透過させ、前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させることを特徴とする。 The displacement detection apparatus of the present invention includes an illumination optical system that irradiates laser light toward the workpiece surface, and an imaging unit that captures a speckle image generated by light scattered on the workpiece surface. A displacement detection device that detects a relative displacement amount of a workpiece in a direction substantially orthogonal to a normal line of the workpiece based on a change in the speckle image, wherein the illumination optical system is substantially The laser beam is irradiated vertically, the imaging means receives light scattered in a substantially vertical direction of the workpiece surface, and the displacement detection device is a beam disposed on the normal line of the workpiece surface. A splitter, a magnifying lens that is disposed between the workpiece and the imaging unit and that magnifies an image of light scattered on the workpiece surface toward the imaging unit, and between the magnifying lens and the imaging unit In An aperture disposed at a focal position of the magnifying lens, and the beam splitter is disposed between the magnifying lens and the work, and allows light incident from the illumination optical system to be incident on the work surface. The workpiece is irradiated with the laser light reflected in a direction substantially perpendicular to the workpiece, and the light scattered from the workpiece surface is transmitted toward the imaging means. The aperture is formed on the workpiece surface. The vertically reflected light is shielded and the light deviated from the normal line of the workpiece surface is transmitted toward the imaging means .
このような構成において、照明光学系からの光はワークの表面に対して略垂直に照射される。すると、ワーク表面からの反射光は撮像手段にて受光される。このとき、ワーク表面にて反射される光によってスペックル像が生成され、撮像手段はこのスペックル像を撮像する。
そして、ワークが基準位置にあるときに取得されるスペックル像と、ワークが法線方向に略直交する方向に相対変位したときに取得されるスペックル像と、の対比によりワークの相対変位量が検出される。
In such a configuration, the light from the illumination optical system is irradiated substantially perpendicularly to the surface of the workpiece. Then, the reflected light from the workpiece surface is received by the imaging means. At this time, a speckle image is generated by the light reflected on the workpiece surface, and the imaging means captures the speckle image.
The relative displacement of the workpiece is obtained by comparing the speckle image acquired when the workpiece is at the reference position and the speckle image acquired when the workpiece is relatively displaced in a direction substantially orthogonal to the normal direction. Is detected.
このような構成によれば、ワークが法線方向に移動した場合でも、照明光学系からの光をワーク表面に対して略垂直に照射しているので、ワーク表面上において光の照射位置はずれない。よって、ワークが法線方向に移動しても、撮像手段にて撮像されるスペックル像には変化が生じることがなく、また、ワークからの反射光量にも変化が生じない。
例えば、従来のように、光をワーク表面に対して斜めから照射する場合、ワークが法線方向に変動するとワーク表面上において光が照射される位置がずれてしまっていた。その結果、撮像手段にて撮像されるスペックル像が変動してしまい、ワークの法線に直交する方向へのワーク変位を検出するのが目的であるにも関わらず、ワークが法線方向に変動しただけでワークの変位を誤検出していた。
According to such a configuration, even when the workpiece moves in the normal direction, the light from the illumination optical system is irradiated substantially perpendicularly to the workpiece surface, so that the light irradiation position does not deviate on the workpiece surface. . Therefore, even if the work moves in the normal direction, the speckle image picked up by the image pickup means does not change, and the amount of reflected light from the work does not change.
For example, when the light is irradiated obliquely with respect to the workpiece surface as in the prior art, when the workpiece fluctuates in the normal direction, the position where the light is irradiated on the workpiece surface is shifted. As a result, the speckle image picked up by the image pickup means fluctuates and the workpiece is in the normal direction even though the object is to detect the workpiece displacement in the direction orthogonal to the normal of the workpiece. The displacement of the workpiece was erroneously detected just by changing.
また、ワークの法線方向への変動によって光の照射位置がずれると、反射光の光量分布が変わってくるので、良好な反射光量が得られる位置が変わってしまう。その結果として、撮像手段での受光光量が不足して検出精度が低下していた。
この点、本発明では、ワーク表面に略垂直方向から光を照射するので、ワークが法線方向に変動したとしても、光の照射位置がずれることがない。よって、ワークの法線方向への変動に関わりなく、ワークの法線方向に略垂直な方向への変位を正確に検出することができる。
Further, when the light irradiation position is shifted due to the variation in the normal direction of the workpiece, the light amount distribution of the reflected light is changed, so that the position where a good reflected light amount is obtained is changed. As a result, the amount of light received by the imaging means is insufficient, and the detection accuracy is reduced.
In this regard, in the present invention, light is irradiated onto the workpiece surface from a substantially vertical direction, so that even if the workpiece fluctuates in the normal direction, the light irradiation position does not shift. Therefore, it is possible to accurately detect the displacement in the direction substantially perpendicular to the normal direction of the workpiece regardless of the variation in the normal direction of the workpiece.
また、温度変化によってレーザー光の波長が変動することがあっても、光をワークに略垂直に入射させ、かつ、ワークから垂直方向に反射される光を撮像手段で受光するので、光の干渉位置が変わることはなく、ワーク変位を高精度に検出することができる。 Even if the wavelength of the laser beam fluctuates due to temperature changes, the light is incident on the workpiece substantially perpendicularly, and the light reflected in the vertical direction from the workpiece is received by the imaging means. The position does not change, and the workpiece displacement can be detected with high accuracy.
また、この構成において、照明光学系から発射された光はビームスプリッタに入射し、入射した光の一部がビームスプリッタにて反射されてワークに略垂直に照射される。
そして、ワークにて反射される光は、ビームスプリッタに入射した後、一部がこのビームスプリッタを透過して撮像手段にて受光される。
このような構成によれば、ワークへの入射光もワークからの反射光もビームスプリッタを経由してワークとビームスプリッタとの間では同じ経路を通ることになり、ワークに対して略垂直に光が照射されるとともに、ワークから略垂直方向に反射された光が撮像手段にて受光される。
In this configuration, the light emitted from the illumination optical system is incident on the beam splitter, and a part of the incident light is reflected by the beam splitter and irradiated to the workpiece substantially perpendicularly.
Then, after the light reflected by the workpiece enters the beam splitter, a part of the light passes through the beam splitter and is received by the imaging means.
According to such a configuration, the incident light to the workpiece and the reflected light from the workpiece pass through the beam splitter through the same path between the workpiece and the beam splitter, and light is substantially perpendicular to the workpiece. And the light reflected from the workpiece in the substantially vertical direction is received by the imaging means.
さらに、この構成によれば、ビームスプリッタとワークとの間には、部品が存在しないので、ビームスプリッタとワークとの間で内部反射等がない。従って、照明光学系からビームスプリッタに入射してこのビームスプリッタによってワークに向けて反射された光は略総てワークに照射されるので、ワークへの照射光の光量を多くすることができる。その結果、撮像手段での受光光量を多くして、鮮明なスペックル像により検出精度を向上させることができる。
また、前記アパーチャーは、偏心アパーチャーであって、前記撮像手段と前記ワークとを結ぶ光軸からずれた位置に光透過部を有する構成が例として挙げられる。なお、光透過部は、光軸からずれた位置に設けられた円形状の小孔であってもよく、あるいは、光軸を中心として円環状に設けられた透過部であってもよい。
このような構成において、照明光学系から発射されたレーザー光は、偏光ビームスプリッタを介してワーク表面に略垂直に照射される。そして、ワーク表面にて反射された光は、拡大レンズおよびアパーチャーを介して撮像手段にて受光される。このとき、ワーク表面にて反射される光のうち、ワーク表面から垂直に反射された光は、拡大レンズによって焦点位置に絞られたときにアパーチャーによって遮蔽され、撮像手段に入射しない。その一方、ワーク表面にて反射される光のうち、ワーク表面の法線方向からずれた方向に散乱された光は、アパーチャーを透過して撮像手段にて撮像される。
ワーク表面から反射される光のうち、スペックル像を生成するのはワーク表面によって散乱された光であるところ、ワーク表面から垂直に反射された光(0次光)は、スペックル像の生成にとってはノイズとなり、0次光が撮像手段に入射すると、スペックル像のSN比が悪くなる。
この点、本発明では、アパーチャーは、ワーク表面にて垂直に反射された0次光を遮蔽し、スペックル像の生成に寄与する散乱光のみを撮像手段に向けて透過させるので、撮像手段にて鮮明なスペックル像を撮像することができる。
ワーク表面に対して略垂直にレーザー光を照射するとともにワーク表面から略垂直方向に反射される光を撮像することにより、ワークの法線方向への変動やレーザー光の波長変動に影響されずにワークの法線方向に略垂直な方向への変位を正確に検出することができる。その一方、ワーク表面から垂直に反射された0次光も撮像手段に入射してしまうと、スペックル像の生成にとってはノイズとなり、検出精度を低下させるおそれもある。この点、本発明では、ワーク表面から垂直に反射された光をアパーチャーによって遮蔽するので、SN比が良好なスペックル像を得ることができる。
Further, according to this configuration, since there are no parts between the beam splitter and the workpiece, there is no internal reflection between the beam splitter and the workpiece. Therefore, since almost all of the light incident on the beam splitter from the illumination optical system and reflected by the beam splitter toward the workpiece is irradiated onto the workpiece, the amount of light irradiated to the workpiece can be increased. As a result, the amount of light received by the imaging means can be increased, and the detection accuracy can be improved with a clear speckle image.
Moreover, the said aperture is an eccentric aperture, Comprising: The structure which has a light transmissive part in the position shifted | deviated from the optical axis which connects the said imaging means and the said workpiece | work is mentioned as an example. The light transmission part may be a circular small hole provided at a position shifted from the optical axis, or may be a transmission part provided in an annular shape around the optical axis.
In such a configuration, the laser light emitted from the illumination optical system is irradiated substantially perpendicularly onto the workpiece surface via the polarization beam splitter. Then, the light reflected on the workpiece surface is received by the imaging means via the magnifying lens and the aperture. At this time, of the light reflected from the workpiece surface, the light reflected perpendicularly from the workpiece surface is shielded by the aperture when it is focused to the focal position by the magnifying lens and does not enter the imaging means. On the other hand, of the light reflected on the workpiece surface, the light scattered in the direction deviated from the normal direction of the workpiece surface is transmitted through the aperture and imaged by the imaging means.
Of the light reflected from the workpiece surface, the speckle image is generated by the light scattered by the workpiece surface. The light reflected from the workpiece surface vertically (0th order light) is generated as a speckle image. Therefore, when the 0th order light is incident on the image pickup means, the SN ratio of the speckle image is deteriorated.
In this regard, in the present invention, the aperture shields the zero-order light reflected perpendicularly on the workpiece surface and transmits only the scattered light contributing to the generation of the speckle image toward the imaging unit. And clear speckle images can be taken.
By irradiating a laser beam substantially perpendicular to the workpiece surface and imaging light reflected from the workpiece surface in a substantially vertical direction, it is not affected by fluctuations in the normal direction of the workpiece or fluctuations in the wavelength of the laser beam. A displacement in a direction substantially perpendicular to the normal direction of the workpiece can be accurately detected. On the other hand, if the 0th-order light reflected perpendicularly from the workpiece surface also enters the imaging means, it becomes noise for the generation of the speckle image, and there is a possibility that the detection accuracy is lowered. In this respect, in the present invention, since the light reflected perpendicularly from the workpiece surface is shielded by the aperture, a speckle image with a good SN ratio can be obtained.
本発明の変位検出装置は、ワーク表面に向けてレーザー光を照射する照明光学系と、ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光し、当該変位検出装置は、前記ワーク表面の法線上に配設されたビームスプリッタと、前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズと、前記拡大レンズと前記撮像手段との間で前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーと、を備え、前記ビームスプリッタは、前記アパーチャーと前記拡大レンズとの間に配設され、前記照明光学系から入射される光を前記ワーク表面に対して略垂直な方向に向けて反射させて前記レーザー光を前記ワークに照射させるとともに、前記ワーク表面から散乱される光を前記撮像手段に向けて透過させ、前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させることを特徴とする。 The displacement detection apparatus of the present invention includes an illumination optical system that irradiates laser light toward the workpiece surface, and an imaging unit that captures a speckle image generated by light scattered on the workpiece surface. A displacement detection device that detects a relative displacement amount of a workpiece in a direction substantially orthogonal to a normal line of the workpiece based on a change in the speckle image, wherein the illumination optical system is substantially The laser beam is irradiated vertically, the imaging means receives light scattered in a substantially vertical direction of the workpiece surface, and the displacement detection device is a beam disposed on the normal line of the workpiece surface. splitter and the enlargement lens to the image formed by light scattered by arranged to the work surface between the workpiece and the imaging means to expand toward the imaging means, and said image pickup means and the magnifying lens Before And a aperture disposed at the focal position of the magnifying lens, the beam splitter is disposed between said aperture and said magnifying lens, the light incident from the illumination optical system relative to the workpiece surface The laser beam is reflected in a substantially vertical direction to irradiate the workpiece with the laser beam, and the light scattered from the workpiece surface is transmitted toward the imaging means, and the aperture is perpendicular to the workpiece surface. The light reflected on the surface of the workpiece is shielded, and the light deviated from the normal line of the workpiece surface is transmitted toward the imaging means.
この構成によれば、上述した変位検出装置と略同様の作用および効果を奏する他、以下の作用および効果を奏する。
すなわち、ビームスプリッタは、拡大レンズに対して撮像手段側に配設されているので、拡大レンズとワークとの間には部品が配設されない。従って、拡大レンズとワークとの距離を接近させることができる。その結果、焦点距離の短い拡大レンズを用いることができ、拡大レンズの倍率を大きくすることができる。そして、拡大レンズとワークとの距離は4.5mm程度であって比較的狭いところ、この間隔にビームスプリッタ等の光学部品を配設することに比べて、アパーチャーと拡大レンズとの間にビームスプリッタを配設する方が簡便であるので、組立コストを低減することができる。
また、アパーチャーは拡大レンズの焦点位置に配設されるところ、拡大レンズとアパーチャーとの間にビームスプリッタが配されることにより、当初から変位検出装置内に空間として存在している場所にビームスプリッタが配されることになるので、デッドスペースを排して変位検出装置を薄型化することができる。
According to this configuration , the following operations and effects are achieved in addition to the operations and effects substantially the same as those of the displacement detection device described above.
That is, since the beam splitter is disposed on the imaging means side with respect to the magnifying lens, no components are disposed between the magnifying lens and the workpiece. Accordingly, the distance between the magnifying lens and the workpiece can be made closer. As a result, a magnifying lens with a short focal length can be used, and the magnification of the magnifying lens can be increased. The distance between the magnifying lens and the workpiece is about 4.5 mm, which is relatively narrow. Compared to the case where an optical component such as a beam splitter is disposed at this interval, the beam splitter is disposed between the aperture and the magnifying lens. Since it is simpler to arrange, the assembly cost can be reduced.
Further, the aperture is disposed at the focal position of the magnifying lens. By arranging the beam splitter between the magnifying lens and the aperture, the beam splitter is located at a place that has been present as a space in the displacement detector from the beginning. Therefore, the dead space can be eliminated and the displacement detecting device can be made thinner.
本発明の変位検出装置は、ワーク表面に向けてレーザー光を照射する照明光学系と、ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光し、当該変位検出装置は、前記ワーク表面の法線上に配設されたビームスプリッタと、前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズと、前記拡大レンズと前記撮像手段との間で前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーと、を備え、前記ビームスプリッタは、前記アパーチャーと前記撮像手段との間に配設され、前記照明光学系から入射される光を前記ワーク表面に対して略垂直な方向に向けて反射させて前記レーザー光を前記ワークに照射させるとともに、前記ワーク表面から散乱される光を前記撮像手段に向けて透過させ、前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させることを特徴とする。 The displacement detection apparatus of the present invention includes an illumination optical system that irradiates laser light toward the workpiece surface, and an imaging unit that captures a speckle image generated by light scattered on the workpiece surface. A displacement detection device that detects a relative displacement amount of a workpiece in a direction substantially orthogonal to a normal line of the workpiece based on a change in the speckle image, wherein the illumination optical system is substantially The laser beam is irradiated vertically, the imaging means receives light scattered in a substantially vertical direction of the workpiece surface, and the displacement detection device is a beam disposed on the normal line of the workpiece surface. splitter and the enlargement lens to the image formed by light scattered by arranged to the work surface between the workpiece and the imaging means to expand toward the imaging means, and said image pickup means and the magnifying lens Before And a aperture disposed at the focal position of the magnifying lens, the beam splitter is disposed between the aperture and the imaging means, the light incident from the illumination optical system relative to the workpiece surface The laser beam is reflected in a substantially vertical direction to irradiate the workpiece with the laser beam, and the light scattered from the workpiece surface is transmitted toward the imaging means, and the aperture is perpendicular to the workpiece surface. The light reflected on the surface of the workpiece is shielded, and the light deviated from the normal line of the workpiece surface is transmitted toward the imaging means.
このような構成によれば、上述した変位検出装置と略同様の作用および効果を奏する他、以下の作用および効果を奏する。
すなわち、アパーチャーと撮像手段との間にビームスプリッタが配設されることにより、当初から変位検出装置内に空間として存在している場所にビームスプリッタが配されることになるので、デッドスペースを排して変位検出装置を薄型化することができる。そして、アパーチャーと撮像手段との間隔は、拡大レンズによる倍率を大きくするために比較的広くとられるので、アパーチャーと撮像手段との間にビームスプリッタを配設することは簡便であり、組立てコストを低減することができる。
また、例えば、拡大レンズとワークとの間にビームスプリッタが配設されている場合、拡大レンズとワークとの距離を短くできないために焦点距離の長いレンズを使用しなければならず、拡大レンズの倍率を大きくすることが困難であった。この点、本発明では、拡大レンズとワークとの間に部品が配設されないので、拡大レンズとワークとの距離を短くでき、焦点距離が短いレンズを使用して拡大レンズによる倍率を大きくすることができる。
なお、上述した各変位検出装置において、ビームスプリッタは、無偏光ビームスプリッタでも偏光ビームスプリッタでもよく、また、プレート状でもキューブ型でもよい。
According to such a configuration , the following operations and effects are exhibited in addition to the operations and effects substantially the same as those of the displacement detection device described above.
In other words, since the beam splitter is disposed between the aperture and the imaging means, the beam splitter is disposed at a place that has existed as a space in the displacement detection device from the beginning. Thus, the displacement detection device can be thinned. Since the distance between the aperture and the imaging means is relatively wide in order to increase the magnification by the magnifying lens, it is easy to dispose a beam splitter between the aperture and the imaging means, and the assembly cost is reduced. Can be reduced.
Also, for example, when a beam splitter is disposed between the magnifying lens and the work, a lens having a long focal length must be used because the distance between the magnifying lens and the work cannot be shortened. It was difficult to increase the magnification. In this regard, in the present invention, since no parts are disposed between the magnifying lens and the workpiece, the distance between the magnifying lens and the workpiece can be shortened, and the magnification by the magnifying lens is increased by using a lens having a short focal length. Can do.
In each displacement detection apparatus described above, the beam splitter may be a non-polarizing beam splitter or a polarizing beam splitter, and may be plate-shaped or cube-shaped.
本発明では、前記ビームスプリッタと前記ワークとの間に配設された1/4波長板を備え、前記ビームスプリッタは所定の偏光方向を有する光のみを略総て透過させる偏光ビームスプリッタであり、前記照明光学系は、前記偏光ビームスプリッタの偏光方向に直交する方向に偏光したレーザー光を前記偏光ビームスプリッタに入射させることが好ましい。 In the present invention, comprising a ¼ wavelength plate disposed between the beam splitter and the workpiece, the beam splitter is a polarizing beam splitter that transmits almost all light having a predetermined polarization direction, The illumination optical system preferably makes the laser beam polarized in a direction orthogonal to the polarization direction of the polarization beam splitter incident on the polarization beam splitter.
この構成において、例えば、偏光ビームスプリッタがP偏光のみを略総て通過させ、照明光学系はS偏光の光を発射するとした場合、照明光学系から発射されて偏光ビームスプリッタに入射する光は偏光ビームスプリッタによって略総てワークに向けて反射される。
そして、ワーク表面で反射された光が偏光ビームスプリッタに再帰するところ、偏光ビームスプリッタとワークとの間において、光は1/4波長板を2回通過するので、S偏光が90度回転されて、P偏光として偏光ビームスプリッタに入射する。したがって、ワークから偏光ビームスプリッタに再帰した光は略総て偏光ビームスプリッタを透過して撮像手段で受光される。
In this configuration, for example, when the polarization beam splitter passes almost all P-polarized light and the illumination optical system emits S-polarized light, the light emitted from the illumination optical system and incident on the polarization beam splitter is polarized. The beam splitter reflects almost everything toward the workpiece.
When the light reflected from the work surface returns to the polarizing beam splitter, the light passes through the quarter-wave plate twice between the polarizing beam splitter and the work, so that the S-polarized light is rotated 90 degrees. , And enters the polarization beam splitter as P-polarized light. Therefore, almost all of the light returning from the work to the polarizing beam splitter passes through the polarizing beam splitter and is received by the imaging means.
このように、照明光学系から偏光ビームスプリッタに入射する光が略総てワークに向けて反射され、かつ、ワークから偏光ビームスプリッタに再帰する光が略総て撮像手段に向けて透過するので、光量損失を少なくすることができる。
例えば、ビームスプリッタで光が1/2ずつに分割される場合にこのビームスプリッタに光を2回通すと光量が1/4になってしまうが、本発明では、光量損失が少ないので撮像手段において約4倍の光量を受光することができる。よって、十分な光量によって鮮明なスペックル像が得られ、この鮮明なスペックル像により検出精度が向上される。また、光量損失が少ないので、照明光学系のレーザー出力を小さくすることができ、小型のレーザー光源を使用することによって、変位検出装置の小型化および低価格化を図ることができる。
In this way, almost all of the light incident on the polarization beam splitter from the illumination optical system is reflected toward the workpiece, and almost all of the light returning from the workpiece to the polarization beam splitter is transmitted toward the imaging unit. Light loss can be reduced.
For example, when the light is split by 1/2 with the beam splitter, the light amount is reduced to 1/4 when the light is passed through the beam splitter twice. About 4 times the amount of light can be received. Therefore, a clear speckle image is obtained with a sufficient amount of light, and the detection accuracy is improved by this clear speckle image. Further, since the light loss is small, the laser output of the illumination optical system can be reduced, and by using a small laser light source, the displacement detection device can be reduced in size and price.
なお、偏光ビームスプリッタはプレート状でもキューブ型でもよい。
そして、ビームスプリッタをキューブ型にする場合には、1/4波長板をキューブ型のビームスプリッタに一体的に設けてもよい。
The polarizing beam splitter may be plate-shaped or cube-shaped.
And when making a beam splitter into a cube type, you may provide a quarter wavelength plate integrally in a cube type beam splitter.
本発明の変位検出装置は、ワーク表面に向けてレーザー光を照射する照明光学系と、ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光し、当該変位検出装置は、前記ワークの法線上に配設されているとともに所定の偏光方向の光のみを略総て透過させる偏光ビームスプリッタと、前記ワークと前記偏光ビームスプリッタとの間に配設された1/4波長板と、前記ワークと前記偏光ビームスプリッタとの間に配設された拡大レンズと、前記偏光ビームスプリッタを間にしてワークと反対側に配設された反射ミラーと、前記偏光ビームスプリッタと前記反射ミラーとの間に配設された1/4波長板と、を備え、前記照明光学系は、前記偏光ビームスプリッタの偏光方向に直交する方向に偏光したレーザー光を前記偏光ビームスプリッタに入射させ、前記撮像手段は、前記ワークからの光を前記ワークの法線方向に直交する方向に反射した光を受光する位置に配設され、前記偏光ビームスプリッタは、前記照明光学系からの光を前記ワークに向けて反射し、かつ、前記ワークからの反射光を前記反射ミラーに向けて透過させた後にこの光が前記反射ミラーにて反射されて偏光ビームスプリッタに再帰された光を前記撮像手段に向けて反射することを特徴とする。
The displacement detection apparatus of the present invention includes an illumination optical system that irradiates laser light toward the workpiece surface, and an imaging unit that captures a speckle image generated by light scattered on the workpiece surface. A displacement detection device that detects a relative displacement amount of a workpiece in a direction substantially orthogonal to a normal line of the workpiece based on a change in the speckle image, wherein the illumination optical system is substantially The laser beam is irradiated vertically, the imaging means receives light scattered in a substantially vertical direction of the workpiece surface, and the displacement detection device is disposed on the normal line of the workpiece. A polarizing beam splitter that transmits almost all light in a predetermined polarization direction; a quarter-wave plate disposed between the workpiece and the polarizing beam splitter; the workpiece and the polarizing beam splitter; A larger lens disposed between the reflecting mirror disposed on the workpiece opposite to between the polarizing beam splitter, disposed between the reflective mirror and the
このような構成によれば、上述した変位検出装置と略同様の作用および効果を奏する他、以下の作用および効果を奏する。
例えば、偏光ビームスプリッタがP偏光のみを通過させ、照明光学系はS偏光の光を発射するとした場合、照明光学系から偏光ビームスプリッタに入射する光は偏光ビームスプリッタによって略総てワークに向けて反射される。そして、ワーク表面で反射された光が偏光ビームスプリッタに再帰するところ、偏光ビームスプリッタとワークとの間では1/4波長板を2回通過するので、S偏光が90度回転されて、P偏光として偏光ビームスプリッタに入射する。
したがって、ワークから偏光ビームスプリッタに再帰した光は略総て偏光ビームスプリッタを透過して反射ミラーに向かい、反射ミラーにて反射された光が偏光ビームスプリッに再帰する。
ここで、偏光ビームスプリッタと反射ミラーとの間で光は1/4波長板を2回通過することになるので、光の偏光方向は90度回転され、反射ミラーからの再帰光はS偏光として偏光ビームスプリッタに再帰する。このようにS偏光として偏光ビームスプリッタに再帰した光は偏光ビームスプリッタによって撮像手段に向けて反射され、撮像手段にて受光される。
According to such a configuration , the following operations and effects are exhibited in addition to the operations and effects substantially the same as those of the displacement detection device described above.
For example, when the polarization beam splitter passes only P-polarized light and the illumination optical system emits S-polarized light, almost all light incident on the polarization beam splitter from the illumination optical system is directed toward the work by the polarization beam splitter. Reflected. Then, when the light reflected from the workpiece surface returns to the polarization beam splitter, the S-polarized light is rotated 90 degrees between the polarization beam splitter and the workpiece twice, so that the S-polarized light is rotated by 90 degrees and P-polarized light is passed. Is incident on the polarization beam splitter.
Therefore, almost all the light returning from the work to the polarizing beam splitter passes through the polarizing beam splitter and travels to the reflecting mirror, and the light reflected by the reflecting mirror returns to the polarizing beam split.
Here, since the light passes through the quarter wavelength plate twice between the polarizing beam splitter and the reflecting mirror, the polarization direction of the light is rotated by 90 degrees, and the recursive light from the reflecting mirror is converted to S-polarized light. Return to the polarizing beam splitter. Thus, the light that has returned to the polarization beam splitter as S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter toward the image pickup means and received by the image pickup means.
このような構成によれば、照明光学系から偏光ビームスプリッタに入射する光が略総てワークに向けて反射され、かつ、ワークから偏光ビームスプリッタに再帰する光が反射ミラーを介して略総て撮像手段で受光されるので、光量損失を少なくすることができる。
光量損失を少なくできるので、十分な光量によって鮮明なスペックル像が得られ、この鮮明なスペックル像により検出精度が向上される。
According to such a configuration, almost all of the light incident on the polarization beam splitter from the illumination optical system is reflected toward the workpiece, and almost all of the light returning from the workpiece to the polarization beam splitter passes through the reflection mirror. Since the light is received by the image pickup means, the light loss can be reduced.
Since the loss of light amount can be reduced, a clear speckle image can be obtained with a sufficient amount of light, and the detection accuracy is improved by this clear speckle image.
また、撮像手段をワークの法線方向に対して直角方向に反射される光を受光する位置に配設するので、ワーク法線方向の厚みを薄くすることができる。
このとき、スペックル像の拡大率を維持するために拡大レンズと撮像手段との間の光路長をある程度長くとる必要があるところ、偏光ビームスプリッタと反射ミラーとの間で光を往復させるので、この往復光路により光路長を稼ぐことができる。したがって、撮像手段と偏光ビームスプリッタとの距離をそれほど長くとる必要がなく、変位検出装置の平面寸法を小さくすることができる。
Further, since the imaging means is disposed at a position for receiving light reflected in a direction perpendicular to the normal direction of the workpiece, the thickness in the normal direction of the workpiece can be reduced.
At this time, in order to maintain the magnification ratio of the speckle image, it is necessary to make the optical path length between the magnifying lens and the imaging means long to some extent, because the light is reciprocated between the polarization beam splitter and the reflection mirror, The optical path length can be earned by this reciprocating optical path. Therefore, it is not necessary to make the distance between the imaging unit and the polarization beam splitter so long, and the planar dimension of the displacement detection device can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明の変位検出装置に係る第1実施形態について図1を参照して説明する。
この変位検出装置100は、内部に収納空間111を有する筐体部110と、ワークWに向けてレーザー光を照射する照明光学系120と、ワークWからの散乱光にて生成されるスペックル像を撮像するCCDカメラ(撮像手段)130と、ワークWからの散乱光による像をCCDカメラ130に向けて拡大する拡大レンズ140と、拡大レンズ140の焦点位置に配設されたアパーチャー150と、拡大レンズ140とワークWとの間に配設されたビームスプリッタ160と、CCDカメラ130からの出力画像を画像処理する画像処理部170と、を備える。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment of the displacement detection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
The
そして、照明光学系120は、レーザー光源121と、レーザー光源121からの光L1を平行光束にするコリメートレンズ122と、コリメートレンズ122からの光をビームスプリッタ160に向けて反射する反射ミラー123と、を備える。
ここで、ビームスプリッタ160は、プレート状であり、照明光学系120からの光を反射してワーク表面Sに対して略垂直にレーザー光(L3)を照射する。
なお、ビームスプリッタ160は無偏光ビームスプリッタでもよく、偏光ビームスプリッタでもよい。
また、拡大レンズ140、アパーチャー150およびCCDカメラ130は、ワークWに対して略垂直な方向に光軸を有するようにワーク表面Sの法線上において拡大レンズ140、アパーチャー150、CCDカメラ130の順に配設されている。
The illumination
Here, the
The
Further, the magnifying
なお、ワークWの表面Sは光学的に粗い面(光学粗面)である。そして、ワークWと変位検出装置100とはワーク表面Sの法線に対して直交する方向に相対移動可能であって、変位検出装置100は、ワーク表面Sの法線に直交する方向へのワーク変位を検出する。
The surface S of the workpiece W is an optically rough surface (optical rough surface). The workpiece W and the
このような構成において、レーザー光源121から発射された光(L1)は、コリメートレンズ122により平行光束とされ、反射ミラー123を介してビームスプリッタ160に入射(L2)する。ビームスプリッタ160によってレーザー光(L2)の一部はワーク表面Sに向けて反射され、ワーク表面Sに垂直に入射(L3)する。ワーク表面Sに入射したレーザー光(L3)はワーク表面Sにて反射されて、再びビームスプリッタ160に入射(L4)する。ビームスプリッタ160に入射した光(L4)のうち一部はビームスプリッタ160を透過し、拡大レンズ140およびアパーチャー150を介してCCDカメラ130に入射する(L5)。すると、CCDカメラ130にてスペックル像が撮像される。なお、アパーチャー150にて光が絞られることにより、スペックル像の斑点模様が大きくなる。CCDカメラ130で撮像された像は、画像処理部170に出力される。
そして、ワークWの基準位置において取得された参照スペックル像と、ワークWが変位したときに取得される現スペックル像とが対比されて、画像中においてマッチングするパターンの変位に基づいてワークWの変位が検出される。
In such a configuration, the light (L 1) emitted from the
Then, the reference speckle image acquired at the standard position of the workpiece W is compared with the current speckle image acquired when the workpiece W is displaced, and the workpiece W is based on the displacement of the matching pattern in the image. Displacement is detected.
このような構成を備える第1実施形態によれば、次の効果を奏する。
(1)照明光学系120からの光をワーク表面Sに対して略垂直に照射しているので、ワークWが法線方向に変動した場合でもワーク表面S上において光の照射位置がずれない。よって、ワークWが法線方向に変動しても、CCDカメラ130にて撮像されるスペックル像に変化が生じることがなく、また、ワークWからの反射光量にも変化が生じない。よって、ワークWの法線方向への変動に関わりなく、ワークWの法線方向に略垂直な方向への変位を正確に検出することができる。
According to 1st Embodiment provided with such a structure, there exists the following effect.
(1) Since the light from the illumination
(2)温度変化によってレーザー光の波長が変動することがあっても、光をワークWに略垂直に入射させ、かつ、ワークWから垂直方向に反射される光をCCDカメラ130で受光するので、光の干渉位置が変わることはなく、波長の変化に関わらず、ワーク変位を高精度に検出することができる。
(2) Even if the wavelength of the laser beam fluctuates due to temperature changes, the light is incident on the workpiece W substantially perpendicularly and the light reflected in the vertical direction from the workpiece W is received by the
(変形例1)
変形例1として、第1実施形態の変形例について図2を参照して説明する。
変形例1の基本的構成は、第1実施形態と同様である。ここで、第1実施形態では、照明光学系120において、レーザー光源121からの光(L1)がコリメートレンズ122を通ったのち反射ミラー123で反射されてビームスプリッタ160に導かれていた。この点、変形例1では、レーザー光源121からの光(L1)がコリメートレンズ122で平行光束(L2)となったのち直接ビームスプリッタ160に入射している点に特徴を有する。
(Modification 1)
As a first modification, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the first modification is the same as that of the first embodiment. Here, in the first embodiment, in the illumination
(変形例2)
変形例2として、第1実施形態の変形例について図3を参照して説明する。
変形例2の基本的構成は、第1実施形態と同様であるが、ビームスプリッタ161がプレート状ではなくキューブ型である点に特徴を有する。
(Modification 2)
As a second modification, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of Modification 2 is the same as that of the first embodiment, but is characterized in that the
(変形例3)
変形例3として、第1実施形態の変形例について図4を参照して説明する。
変形例3の基本的構成は、第1実施形態に同様である。
ここで、図4中において、ビームスプリッタは、プレート状の偏光ビームスプリッタ162であり、P偏光のみを透過させる。偏光ビームスプリッタ162とワークWとの間に1/4波長板180が配設されている。そして、レーザー光源121は、S偏光の光(L6)を発射する。
(Modification 3)
As a third modification, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of Modification 3 is the same as that of the first embodiment.
Here, in FIG. 4, the beam splitter is a plate-shaped
このような構成において、レーザー光源121から発射されたS偏光であるレーザー光(L6)は、コリメートレンズ122を介して偏光ビームスプリッタ162に入射する(L7)。すると、偏光ビームスプリッタ162は、S偏光のレーザー光(L7)を略総てワーク表面Sに向けて反射(L8)する。そして、ワーク表面Sで反射された光(L9)が偏光ビームスプリッタ162に再帰するところ、偏光ビームスプリッタ162とワークWとの間において光(L8、L9)は1/4波長板180を2回通過するので、P偏光として偏光ビームスプリッタ162に入射(L9)する。したがって、ワークWから偏光ビームスプリッタ162に再帰した光(L9)は略総て偏光ビームスプリッタ162を透過してCCDカメラ130で受光(L10)される。
このように、レーザー光源121から偏光ビームスプリッタ162に入射する光(L7)が略総てワークWに向けて反射され、かつ、ワークWから偏光ビームスプリッタ162に再帰する光(L9)が略総てCCDカメラ130に向けて透過するので、光量損失を少なくすることができる。
In such a configuration, the S-polarized laser beam (L6) emitted from the
As described above, almost all the light (L7) incident on the
(変形例4)
変形例4として、第1実施形態の変形例について図5を参照して説明する。
ここで、変形例4の基本的構成は上記変形例3に同様であるが、偏光ビームスプリッタ163がキューブ型であり、さらに、1/4波長板180が偏光ビームスプリッタ163に一体的に設けられている点に特徴を有する。
(Modification 4)
As a modification 4, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
Here, the basic configuration of the modified example 4 is the same as that of the modified example 3 described above, but the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図6を参照して説明する。
第2実施形態の基本的構成は、第1実施形態に同様であるが、ビームスプリッタ160が、拡大レンズ140とアパーチャー150との間に配設されている点に特徴を有する。
さらに、図6において、レーザー光源121とビームスプリッタ160との間にはコリメートレンズ122と、リレーレンズ124と、が配設されている。
コリメートレンズ122は、レーザー光源121からの光(L11)を平行光束とする。
リレーレンズ124は、その焦点位置を拡大レンズ140の焦点位置に一致させて配設されている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but is characterized in that the
Further, in FIG. 6, a
The
The
この構成において、レーザー光源121からの光(L11)はコリメートレンズ122によって平行光束とされ、さらに、リレーレンズ124により焦点位置で絞られた後、ビームスプリッタ160によって拡大レンズ140に向けて反射(L12)される。リレーレンズ124の焦点位置は拡大レンズ140の焦点位置に一致しているところ、拡大レンズ140によって光(L12)は平行光束とされてワークWの表面Sに照射される。
そして、ワーク表面Sからの反射光(L13)が、拡大レンズ140、ビームスプリッタ160およびアパーチャー150を介してCCDカメラ130にて撮像(L14)される。
In this configuration, the light (L 11) from the
Then, the reflected light (L13) from the workpiece surface S is imaged (L14) by the
このような第2実施形態によれば、上記の効果(1)(2)に加えて、次の効果を奏する。
(3)アパーチャー150は拡大レンズ140の焦点位置に配設されるところ、拡大レンズ140とアパーチャー150との間にビームスプリッタ160が配されることにより、当初から変位検出装置100内に空間として存在している場所にビームスプリッタ160が配されることになるので、デッドスペースを排して変位検出装置100を薄型化することができる。
(4)拡大レンズ140とワークWとの間に部材が配されていないので、拡大レンズ140とワークWとの距離を短くでき、焦点距離が短いレンズを使用して拡大レンズ140による倍率を大きくすることができる。
According to such 2nd Embodiment, in addition to said effect (1) (2), there exists the following effect.
(3) When the
(4) Since no member is disposed between the magnifying
(変形例5)
変形例5として、第2実施形態の変形例について図7を参照して説明する。
変形例5の基本的構成は、第2実施形態に同様であるが、図7において、ビームスプリッタ161がキューブ型である点に特徴を有する。
(Modification 5)
As Modification 5, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of Modification 5 is the same as that of the second embodiment, but is characterized in that the
(変形例6)
変形例6として、第2実施形態の変形例について図8を参照して説明する。
変形例6の基本的構成は、第2実施形態に同様であるが、図8において、レーザー光源121とビームスプリッタ160との間にはリレーレンズ124のみが配設され、レーザー光源121から発射された光L11がリレーレンズ124により焦点位置で絞られた後、ビームスプリッタ160に入射する点に特徴を有する。
(Modification 6)
As a modification 6, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of Modification 6 is the same as that of the second embodiment, but in FIG. 8, only the
(変形例7)
変形例7として、第2実施形態の変形例について図9を参照して説明する。
変形例7の基本的構成は、第2実施形態に同様である。
ここで、図9において、レーザー光源121とビームスプリッタ161との間にはリレーレンズ124が配設され、かつ、ビームスプリッタ161がキューブ型である点に特徴を有する。
(Modification 7)
As a modified example 7, a modified example of the second embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of Modification 7 is the same as that of the second embodiment.
Here, in FIG. 9, a
(変形例8)
変形例8として、第2実施形態の変形例について図10を参照して説明する。
変形例8の基本的構成は、第2実施形態に同様であるが、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタ162であり、この偏光ビームスプリッタ162と拡大レンズ140との間に1/4波長板180が配設されている点に特徴を有する。
ここで、偏光ビームスプリッタ162は、P偏光のみを通過させる。そして、レーザー光源121はS偏光の光L15を発射する。
(Modification 8)
As a modification 8, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the modified example 8 is the same as that of the second embodiment, but the beam splitter is a
Here, the
この構成において、レーザー光源121から偏光ビームスプリッタ162に入射する光(L15)は略総てワークWに向けて反射(L16)される。そして、ワーク表面Sで反射された光(L17)が偏光ビームスプリッタ162に再帰するところ、偏光ビームスプリッタ162とワークWとの間で光(L16、L17)は1/4波長板180を2回通過するので、P偏光として偏光ビームスプリッタ162に入射する。したがって、ワークWから偏光ビームスプリッタ162に再帰した光(L17)は略総て偏光ビームスプリッタ162を透過してCCDカメラ130で撮像(L18)される。
このように、レーザー光源121から偏光ビームスプリッタ162に入射する光(L15)が略総てワークWに向けて反射され、かつ、ワークWから偏光ビームスプリッタ162に再帰する光(L17)が略総てCCDカメラ130に向けて透過(L18)するので、光量損失を少なくすることができる。
In this configuration, almost all the light (L15) incident on the
As described above, almost all the light (L15) incident on the
(変形例9)
変形例9として、第2実施形態の変形例について図11を参照して説明する。
変形例9の基本的構成は上記変形例8に同様であるが、偏光ビームスプリッタ163がキューブ型であって、1/4波長板180が偏光ビームスプリッタ163に一体的に設けられている点に特徴を有する。
(Modification 9)
As a modification 9, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the modified example 9 is the same as that of the modified example 8 except that the
(変形例10)
変形例10として、第2実施形態の変形例について図12を参照して説明する。
ここで、変形例10の基本的構成は、変形例8に同様であるが、レーザー光源121と偏光ビームスプリッタ162との間にリレーレンズ124のみが配設されている点に特徴を有する。
(Modification 10)
As a
Here, the basic configuration of the
(変形例11)
変形例11として、第2実施形態の変形例について図13を参照して説明する。
ここで、変形例11の基本的構成は、上記変形例8に同様であるが、偏光ビームスプリッタ163がキューブ型であって、1/4波長板180が偏光ビームスプリッタ163に一体的に設けられている点に特徴を有する。
(Modification 11)
As a
Here, the basic configuration of the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図14を参照して説明する。
第3実施形態の基本的構成は、第1実施形態に同様であるが、ビームスプリッタ160が、アパーチャー150とCCDカメラ130との間に配設されている点に特徴を有する。
さらに、図14において、レーザー光源121とビームスプリッタ160との間には、コリメートレンズ122と、リレーレンズ124と、が配設されている。コリメートレンズ122は、レーザー光源121からの光を平行光束とし、リレーレンズ124は、その焦点位置を拡大レンズ140の焦点位置に一致させて配設されている。なお、リレーレンズ124および拡大レンズ140の焦点位置はアパーチャー150の位置に一致している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but is characterized in that the
Further, in FIG. 14, a
この構成において、レーザー光源121からの光(L19)はコリメートレンズ122およびリレーレンズ124を介してビームスプリッタ160により拡大レンズ140に向けて反射(L20)される。このとき、リレーレンズ124によってアパーチャー150の位置で絞られた光(L20)がアパーチャー150を通過して拡大レンズ140に入射し、拡大レンズ140によって平行光束とされて、ワークWの表面Sに照射(L21)される。そして、ワーク表面Sからの反射光(L22)が、拡大レンズ140、アパーチャー150およびビームスプリッタ160を介してCCDカメラ130で受光(L23)される。
In this configuration, light (L 19) from the
このような第3実施形態によれば、上記の効果(1)(2)(4)に加えて、次の効果を奏する。
(5)アパーチャー150とCCDカメラ130との間にビームスプリッタ160が配設されるので、当初から変位検出装置100内に空間として存在している場所にビームスプリッタ160が配されることになり、デッドスペースを排して変位検出装置100を薄型化することができる。
According to such 3rd Embodiment, in addition to said effect (1) (2) (4), there exists the following effect.
(5) Since the
(変形例12)
変形例12として、第3実施形態の変形例について図15を参照して説明する。
変形例12の基本的構成は、第3実施形態に同様であるが、ビームスプリッタ161がキューブ型である点に特徴を有する。
(Modification 12)
As a
The basic configuration of the
(変形例13)
変形例13として、第3実施形態の変形例について図16を参照して説明する。
変形例13の基本的特徴は、第3実施形態に同様であるが、図16において、レーザー光源121とビームスプリッタ160との間にリレーレンズ124のみが配設されている点に特徴を有する。
(Modification 13)
As a
The basic feature of the modified example 13 is the same as that of the third embodiment. However, in FIG. 16, only the
(変形例14)
変形例14として、第3実施形態の変形例について図17を参照して説明する。
ここで、変形例14の基本的構成は、上記変形例13に同様であるが、ビームスプリッタ161がキューブ型である点に特徴を有する。
(Modification 14)
As a
Here, the basic configuration of the
(変形例15)
変形例15として、第3実施形態の変形例について図18を参照して説明する。
変形例15の基本的構成は、第3実施形態に同様であるが、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタ162であり、この偏光ビームスプリッタ162とアパーチャー150との間に1/4波長板180が配設されている点に特徴を有する。ここで、偏光ビームスプリッタ162は、P偏光のみを通過させる。そして、レーザー光源121はS偏光のレーザー光を発射する。
(Modification 15)
As a
The basic configuration of the
この構成において、レーザー光源121から偏光ビームスプリッタに入射する光(L24)は略総てワークWに向けて反射(L25)される。
そして、ワーク表面Sで反射された光(L26)が偏光ビームスプリッタ162に再帰するところ、偏光ビームスプリッタ162とワークWとの間で光は1/4波長板180を2回通過するので、P偏光として偏光ビームスプリッタ162に入射する。したがって、ワークWから偏光ビームスプリッタ162に再帰した光(L26)は略総て偏光ビームスプリッタ162を透過してCCDカメラ130で撮像される。
In this configuration, almost all light (L24) incident on the polarization beam splitter from the
Then, when the light (L26) reflected by the workpiece surface S returns to the
このように、レーザー光源121から偏光ビームスプリッタ162に入射する光が略総てワークWに向けて反射され、かつ、ワークWから偏光ビームスプリッタ162に再帰する光が略総てCCDカメラ130に向けて透過するので、光量損失を少なくすることができる。
As described above, almost all of the light incident on the
(変形例16)
変形例16として、第3実施形態の変形例について図19を参照して説明する。
変形例16の基本的構成は、上記変形例15に同様であるが、偏光ビームスプリッタ163がキューブ型であって、1/4波長板180がビームスプリッタ163に一体的に設けられている点に特徴を有する。
(Modification 16)
As a
The basic configuration of the modified example 16 is the same as that of the modified example 15 except that the
(変形例17)
変形例17として、第3実施形態の変形例について図20を参照して説明する。
変形例17の基本的構成は、上記変形例15に同様であるが、レーザー光源121と偏光ビームスプリッタ162との間にリレーレンズ124のみが配設されている点に特徴を有する。
(Modification 17)
As a modified example 17, a modified example of the third embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the modified example 17 is the same as that of the modified example 15 except that only the
(変形例18)
変形例18として、第3実施形態の変形例について図21を参照して説明する。
変形例18の基本的構成は、上記変形例16に同様であるが、レーザー光源121と偏光ビームスプリッタ163との間にリレーレンズ124のみが配設されている点に特徴を有する。
(Modification 18)
As a
The basic configuration of the modified example 18 is the same as that of the modified example 16, but is characterized in that only the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について図22を参照して説明する。
第4実施形態の基本的構成は、第1実施形態に同様である。
ここで、第1実施形態では、図1に示すように、ワークWの法線方向に拡大レンズ140、ビームスプリッタ160、CCDカメラ130が順に配列されていた。
この点、第4実施形態においては、ワークWの法線方向に対して垂直な方向に反射された光を受光可能な位置にCCDカメラ130が配設されている。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment.
Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the magnifying
In this regard, in the fourth embodiment, the
すなわち、ワークWからの反射光は、拡大レンズ140を通過した後、反射ミラー190で反射されて、さらに偏光ビームスプリッタ162によって直角に反射されて光路を曲げられた後にCCDカメラ130にて受光される。図22において、ワークWの法線方向に拡大レンズ140、アパーチャー150および偏光ビームスプリッタ162が配設され、さらに、反射ミラー190が配設されている。そして、偏光ビームスプリッタ162とアパーチャー150との間に1/4波長板180が配設され、偏光ビームスプリッタ162と反射ミラー190との間に1/4波長板191が配設されている。
ここで、偏光ビームスプリッタ162は、P偏光のみを通過させる。また、レーザー光源121はS偏光のレーザー光を発射する。
That is, the reflected light from the work W passes through the magnifying
Here, the
この構成において、レーザー光源121から発射された光(L28)は、リレーレンズ124を介して偏光ビームスプリッタ162に入射する。レーザー光源121からはS偏光の光が発射されるところ、偏光ビームスプリッタ162によりワークWに向けて反射(L29)される。偏光ビームスプリッタ162によって反射された光(L29)は、1/4波長板180、アパーチャー150および拡大レンズ140を通ってワークWに垂直に照射(L30)される。ワークWに照射された光(L30)はワークWにて反射され、拡大レンズ140、アパーチャー150、1/4波長板180を通ってビームスプリッタに再帰(L31)する。
In this configuration, the light (L28) emitted from the
ここで、偏光ビームスプリッタ162とワークWとの間において光(L29、L30、L31)は1/4波長板180を2回通るので、レーザー光源121からS偏光として発射された光(L28)はP偏光として偏光ビームスプリッタに再帰(L31)する。
従って、偏光ビームスプリッタ162に再帰した光(L31)は略総て偏光ビームスプリッタ162を通過して、反射ミラー190に向けて直進し(L32)、さらに、反射ミラー190によって反射(L33)されて偏光ビームスプリッタ162に再帰する。
Here, since the light (L29, L30, L31) passes through the
Accordingly, almost all of the light (L31) that has returned to the
ここで、偏光ビームスプリッタ162と反射ミラー190との間において光(L32、L33)は1/4波長板191を2回通ることになるので、偏光ビームスプリッタ162をP偏光として通過した光(L32)は、S偏光として偏光ビームスプリッタ162に再帰(L33)する。すると、反射ミラー190から偏光ビームスプリッタ162にS偏光として再帰された光(L33)は、偏光ビームスプリッタ162によってCCDカメラ130に向けて反射され、CCDカメラ130により受光(L34)される。
Here, since the light (L32, L33) passes through the quarter-
このような第4実施形態によれば、上記の効果(1)(2)(4)に加えて、次の効果を奏することができる。
(6)レーザー光源121から偏光ビームスプリッタ162に入射する光(L28)が略総てワークWに向けて反射され(L29)、かつ、ワークWから偏光ビームスプリッタ162に再帰する光(L31)が反射ミラー190を介して略総てCCDカメラ130で受光される(L34)ので、光量損失を少なくすることができる。
そして、光量損失を少なくできるので、十分な光量によって鮮明なスペックル像が得られ、この鮮明なスペックル像によりワーク変位の検出精度を向上させることができる。
According to such 4th Embodiment, in addition to said effect (1) (2) (4), there can exist the following effect.
(6) The light (L28) incident on the
Since the loss of light amount can be reduced, a clear speckle image can be obtained with a sufficient amount of light, and the detection accuracy of the workpiece displacement can be improved by this clear speckle image.
(7)ワークWの法線方向に対して直角方向に反射される光を受光する位置にCCDカメラ130を配設するので、変位検出装置100の厚みを薄くすることができる。
(7) Since the
(8)スペックル像の拡大率を維持するために拡大レンズ140とCCDカメラ130との間の光路長をある程度長くとる必要があるところ、偏光ビームスプリッタ162と反射ミラー190との間で光を往復させるので、この往復光路により光路長を稼ぐことができる。したがって、CCDカメラ130と偏光ビームスプリッタ162との距離をそれほど長くとる必要がなく、変位検出装置100の平面寸法を小さくすることができる。
(8) In order to maintain the magnification ratio of the speckle image, it is necessary to increase the optical path length between the magnifying
(変形例19)
変形例19として、第4実施形態の変形例について図23を参照して説明する。
変形例19の基本的構成は、第4実施形態に同様であるが、偏光ビームスプリッタ163がキューブ型であって、二枚の1/4波長板180、191および反射ミラー190が偏光ビームスプリッタ162に一体的に設けられている点に特徴を有する。
(Modification 19)
As a
The basic configuration of the
(変形例20)
変形例20として、第4実施形態の変形例について図24を参照して説明する。
ここで、変形例20の基本的構成は、上記変形例19に同様であるが、レーザー光源121と偏光ビームスプリッタ163との間に偏光板125が配設されている点に特徴を有する。
そして、この偏光板125によってレーザー光源121からの光(L28)がフィルタリングされてS偏光のみが偏光ビームスプリッタ163に入射(L281)する。
(Modification 20)
As a
Here, the basic configuration of
Then, the light (L28) from the
この構成によれば、偏光板125を通過して偏光ビームスプリッタ163に入射する光(L281)は略総て正確なS偏光であるので、偏光ビームスプリッタ163によって略総てワークWに向けて反射される。
ここで、例えば、上記第4実施形態および上記変形例19では、レーザー光源121からS偏光の光が発射されるとしたが、総てが正確にS偏光とならずに、S偏光以外の偏光方向の光も多少は混在することになる。このとき、レーザー光源121からの光(L28)の一部が偏光ビームスプリッタ163を透過してCCDカメラ130に入射するおそれがある。
すると、CCDカメラ130で撮像すべきスペックル像にノイズが混じることになり、鮮明なスペックル像を得ることができない。
この点、変形例20では、レーザー光源121からの光(L28)を偏光板125によってフィルタリングするので、レーザー光源121から偏光ビームスプリッタ163に入射する光(L281)は、偏光ビームスプリッタ163を透過することがない。その結果、CCDカメラ130ではノイズのない鮮明なスペックル像を撮像することができる。
According to this configuration, the light (L281) that passes through the
Here, for example, in the fourth embodiment and the modified example 19, it is assumed that S-polarized light is emitted from the
Then, noise is mixed with the speckle image to be imaged by the
In this regard, in
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について図25を参照して説明する。
第5実施形態の基本的構成は、第1実施形態に同様であるが、第5実施形態においては、アパーチャーが偏心アパーチャー200であって、開口部(光透過部)210が中心からずれた位置に設けられていることに特徴を有する。
すなわち、偏心アパーチャー200は、図26に示されるように、中心点からずれた位置に開口部210を有している。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment, but in the fifth embodiment, the aperture is an
That is, the
この構成において、ワークWから反射された光は、ビームスプリッタ160および拡大レンズ140を通過して偏心アパーチャー200に入射するところ、ワークWから垂直に反射された0次光(L35)は偏心アパーチャー200によって遮蔽される。その一方、ワーク表面Sの法線からずれた方向に散乱された光(L36)が偏心アパーチャー200の開口部210を通過してCCDカメラ130にて受光される。
In this configuration, the light reflected from the workpiece W passes through the
このような構成によれば、上記の効果(1)(2)に加えて、次の効果を奏する。
(9)ワーク表面Sから反射される光(L35、L36)のうち、スペックル像を生成するのはワーク表面Sによって散乱された光(L36)であるところ、偏心アパーチャー200は、ワーク表面Sにて垂直に反射された0次光(L35)を遮蔽し、スペックル像の生成に寄与する散乱光(L36)のみをCCDカメラ130に向けて透過させるので、CCDカメラ130では鮮明なスペックル像を撮像することができる。
According to such a configuration, in addition to the above effects (1) and (2), the following effects can be obtained.
(9) Of the light reflected from the workpiece surface S (L35, L36), the speckle image is generated by the light scattered by the workpiece surface S (L36). Since the 0th-order light (L35) reflected perpendicularly at 1 is shielded and only the scattered light (L36) contributing to the generation of the speckle image is transmitted toward the
(変形例21)
変形例21として、第5実施形態の変形例について図27を参照して説明する。
変形例21の基本的構成は、第5実施形態に同様であるが、偏心アパーチャー200は、図28に示されるように、中心からずれた位置に円環状の光透過部210を有している点に特徴を有する。
なお、このような円環状の光透過部210は、例えば、ガラス板の一面に円環部分を残したマスクを形成することにより実現することができる。
(Modification 21)
As a modification 21, a modification of the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the modified example 21 is the same as that of the fifth embodiment, but the
Such an annular
ここで、第5実施形態の偏心アパーチャー200としては、上記の例に限られず、例えば、図29(A)、(B)、(C)に示されるように、中心からずれた位置に複数の開口部210を有していてもよい。すなわち、図29(A)に示されるように中心からずれた位置に2つの開口部210を有していてもよく、図29(B)に示されるように中心からずれた位置に3つの開口部210を有していてもよく、図29(C)に示されるように中心からずれた位置に4つの開口部210を有していてもよい。
Here, the
なお、上記第1実施形態、変形例1〜変形例4、第2実施形態、変形例5〜変形例11で説明した構成において、アパーチャー150を偏心アパーチャー200に代えてもよい。
In the configuration described in the first embodiment,
本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、上記実施形態および変形例では、変位検出装置に対してワークが移動するとしたが、変位検出装置はワークとの相対変位量を検出するので、ワークに対して変位検出装置が変位してもよいことはもちろんである。
拡大レンズは1枚のレンズである場合を例にして説明したが、複数枚のレンズが組み合わされたレンズ系であってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the embodiment and the modification described above, the workpiece is moved with respect to the displacement detection device. However, since the displacement detection device detects a relative displacement amount with respect to the workpiece, the displacement detection device is displaced with respect to the workpiece. Of course it is good.
Although the case where the magnifying lens is a single lens has been described as an example, it may be a lens system in which a plurality of lenses are combined.
本発明は、ワークの変位を検出する変位検出装置に利用できる。 The present invention can be used in a displacement detection device that detects the displacement of a workpiece.
10…変位検出装置、11…筐体部、12…収納空間、13…照明光学系、14…レーザー光源、15…コリメートレンズ、16…CCDカメラ、17…拡大レンズ、18…アパーチャー、19…画像処理部、100…変位検出装置、110…筐体部、111…収納空間、120…照明光学系、121…レーザー光源、122…コリメートレンズ、123…反射ミラー、124…リレーレンズ、125…偏光板、130…CCDカメラ(撮像手段)、140…拡大レンズ、150…アパーチャー、160…ビームスプリッタ、161…ビームスプリッタ、162…偏光ビームスプリッタ、163…偏光ビームスプリッタ、170…画像処理部、180…1/4波長板、190…反射ミラー、191…1/4波長板、200…偏心アパーチャー、210…開口部(光透過部)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、
撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、
前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、
前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光し、
当該変位検出装置は、
前記ワーク表面の法線上に配設されたビームスプリッタと、
前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズと、
前記拡大レンズと前記撮像手段との間において前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーとを備え、
前記ビームスプリッタは、前記拡大レンズと前記ワークとの間に配設され、前記照明光学系から入射される光を前記ワーク表面に対して略垂直な方向に向けて反射させて前記レーザー光を前記ワークに照射させるとともに、前記ワーク表面から散乱される光を前記撮像手段に向けて透過させ、
前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させる
ことを特徴とする変位検出装置。 An illumination optical system that emits laser light toward the workpiece surface;
Imaging means for capturing a speckle image generated by light scattered on the workpiece surface,
A displacement detection device that detects a relative displacement amount of a workpiece in a direction substantially orthogonal to a normal line of the workpiece based on a change in the captured speckle image,
The illumination optical system irradiates the laser light substantially perpendicularly to the workpiece surface,
The imaging means receives light scattered toward a substantially vertical direction of the workpiece surface ,
The displacement detector is
A beam splitter disposed on the normal of the workpiece surface;
A magnifying lens that is arranged between the workpiece and the imaging means and expands an image of light scattered on the workpiece surface toward the imaging means;
An aperture disposed at a focal position of the magnifying lens between the magnifying lens and the imaging means;
The beam splitter is disposed between the magnifying lens and the workpiece, reflects light incident from the illumination optical system in a direction substantially perpendicular to the surface of the workpiece, and reflects the laser beam to the workpiece. While irradiating the workpiece, the light scattered from the workpiece surface is transmitted toward the imaging means,
The aperture detection apparatus according to claim 1, wherein the aperture shields light vertically reflected on the work surface and transmits light deviated from a normal line of the work surface toward the imaging unit .
ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、
撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、
前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、
前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光し、
当該変位検出装置は、
前記ワーク表面の法線上に配設されたビームスプリッタと、
前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズと、
前記拡大レンズと前記撮像手段との間で前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーと、を備え、
前記ビームスプリッタは、前記アパーチャーと前記拡大レンズとの間に配設され、前記照明光学系から入射される光を前記ワーク表面に対して略垂直な方向に向けて反射させて前記レーザー光を前記ワークに照射させるとともに、前記ワーク表面から散乱される光を前記撮像手段に向けて透過させ、
前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させる
ことを特徴とする変位検出装置。 An illumination optical system that emits laser light toward the workpiece surface;
Imaging means for capturing a speckle image generated by light scattered on the workpiece surface,
A displacement detection device that detects a relative displacement amount of a workpiece in a direction substantially orthogonal to a normal line of the workpiece based on a change in the captured speckle image,
The illumination optical system irradiates the laser light substantially perpendicularly to the workpiece surface,
The imaging means receives light scattered toward a substantially vertical direction of the workpiece surface,
The displacement detector is
A beam splitter disposed on the normal of the workpiece surface;
And enlarging lens for enlarging toward an image on said imaging means by light scattered by the workpiece surface disposed between the workpiece and the imaging means,
An aperture disposed at a focal position of the magnifying lens between the magnifying lens and the imaging means,
The beam splitter is disposed between the aperture and the magnifying lens, and reflects the light incident from the illumination optical system in a direction substantially perpendicular to the work surface to reflect the laser light. While irradiating the workpiece, the light scattered from the workpiece surface is transmitted toward the imaging means,
The aperture detection apparatus according to claim 1, wherein the aperture shields light vertically reflected on the work surface and transmits light deviated from a normal line of the work surface toward the imaging unit .
ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、
撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、
前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、
前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光し、
当該変位検出装置は、
前記ワーク表面の法線上に配設されたビームスプリッタと、
前記ワークと前記撮像手段との間に配設され前記ワーク表面にて散乱される光による像を前記撮像手段に向けて拡大する拡大レンズと、
前記拡大レンズと前記撮像手段との間で前記拡大レンズの焦点位置に配設されたアパーチャーと、を備え、
前記ビームスプリッタは、前記アパーチャーと前記撮像手段との間に配設され、前記照明光学系から入射される光を前記ワーク表面に対して略垂直な方向に向けて反射させて前記レーザー光を前記ワークに照射させるとともに、前記ワーク表面から散乱される光を前記撮像手段に向けて透過させ、
前記アパーチャーは、前記ワーク表面にて垂直に反射された光を遮蔽するとともに前記ワーク表面の法線からずれた光を前記撮像手段に向けて透過させる
ことを特徴とする変位検出装置。 An illumination optical system that emits laser light toward the workpiece surface;
Imaging means for capturing a speckle image generated by light scattered on the workpiece surface,
A displacement detection device that detects a relative displacement amount of a workpiece in a direction substantially orthogonal to a normal line of the workpiece based on a change in the captured speckle image,
The illumination optical system irradiates the laser light substantially perpendicularly to the workpiece surface,
The imaging means receives light scattered toward a substantially vertical direction of the workpiece surface,
The displacement detector is
A beam splitter disposed on the normal of the workpiece surface;
And enlarging lens for enlarging toward an image on said imaging means by light scattered by the workpiece surface disposed between the workpiece and the imaging means,
An aperture disposed at a focal position of the magnifying lens between the magnifying lens and the imaging means,
The beam splitter is disposed between the aperture and the imaging means, and reflects the light incident from the illumination optical system in a direction substantially perpendicular to the work surface to reflect the laser light. While irradiating the workpiece, the light scattered from the workpiece surface is transmitted toward the imaging means,
The aperture detection apparatus according to claim 1, wherein the aperture shields light vertically reflected on the work surface and transmits light deviated from a normal line of the work surface toward the imaging unit .
前記ビームスプリッタと前記ワークとの間に配設された1/4波長板を備え、
前記ビームスプリッタは所定の偏光方向を有する光のみを略総て透過させる偏光ビームスプリッタであり、
前記照明光学系は、前記偏光ビームスプリッタの偏光方向に直交する方向に偏光したレーザー光を前記偏光ビームスプリッタに入射させる
ことを特徴とする変位検出装置。 In the displacement detection apparatus in any one of Claims 1-3 ,
Comprising a quarter wave plate disposed between the beam splitter and the workpiece;
The beam splitter is a polarizing beam splitter that transmits almost all light having a predetermined polarization direction,
The displacement optical apparatus is characterized in that the illumination optical system makes laser light polarized in a direction orthogonal to a polarization direction of the polarization beam splitter incident on the polarization beam splitter.
ワーク表面にて散乱された光により生成されるスペックル像を撮像する撮像手段と、を備え、
撮像した前記スペックル像の変化に基づいて、前記ワークの法線に略直交する方向へのワークの相対変位量を検出する変位検出装置であって、
前記照明光学系は、前記ワーク表面に対して略垂直に前記レーザー光を照射し、
前記撮像手段は、前記ワーク表面の略垂直方向に向けて散乱される光を受光し、
当該変位検出装置は、
前記ワークの法線上に配設されているとともに所定の偏光方向の光のみを略総て透過させる偏光ビームスプリッタと、
前記ワークと前記偏光ビームスプリッタとの間に配設された1/4波長板と、
前記ワークと前記偏光ビームスプリッタとの間に配設された拡大レンズと、
前記偏光ビームスプリッタを間にしてワークと反対側に配設された反射ミラーと、
前記偏光ビームスプリッタと前記反射ミラーとの間に配設された1/4波長板と、を備え、
前記照明光学系は、前記偏光ビームスプリッタの偏光方向に直交する方向に偏光したレーザー光を前記偏光ビームスプリッタに入射させ、
前記撮像手段は、前記ワークからの光を前記ワークの法線方向に直交する方向に反射した光を受光する位置に配設され、
前記偏光ビームスプリッタは、前記照明光学系からの光を前記ワークに向けて反射し、かつ、前記ワークからの反射光を前記反射ミラーに向けて透過させた後にこの光が前記反射ミラーにて反射されて偏光ビームスプリッタに再帰された光を前記撮像手段に向けて反射する
ことを特徴とする変位検出装置。 An illumination optical system that emits laser light toward the workpiece surface;
Imaging means for capturing a speckle image generated by light scattered on the workpiece surface,
A displacement detection device that detects a relative displacement amount of a workpiece in a direction substantially orthogonal to a normal line of the workpiece based on a change in the captured speckle image,
The illumination optical system irradiates the laser light substantially perpendicularly to the workpiece surface,
The imaging means receives light scattered toward a substantially vertical direction of the workpiece surface,
The displacement detector is
A polarization beam splitter that is disposed on the normal line of the workpiece and transmits almost all light in a predetermined polarization direction; and
A quarter-wave plate disposed between the workpiece and the polarizing beam splitter;
A larger lens disposed between said workpiece and said polarization beam splitter,
A reflecting mirror disposed on the opposite side of the workpiece with the polarizing beam splitter in between;
A quarter wave plate disposed between the polarizing beam splitter and the reflecting mirror,
The illumination optical system makes laser light polarized in a direction orthogonal to the polarization direction of the polarization beam splitter incident on the polarization beam splitter,
The imaging means is disposed at a position for receiving light reflected from the work in a direction perpendicular to the normal direction of the work,
The polarization beam splitter reflects light from the illumination optical system toward the workpiece, and transmits reflected light from the workpiece toward the reflection mirror, and then reflects the light on the reflection mirror. Then, the light that has been returned to the polarization beam splitter is reflected toward the imaging means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005123650A JP4616692B2 (en) | 2005-04-21 | 2005-04-21 | Displacement detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005123650A JP4616692B2 (en) | 2005-04-21 | 2005-04-21 | Displacement detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006300763A JP2006300763A (en) | 2006-11-02 |
| JP4616692B2 true JP4616692B2 (en) | 2011-01-19 |
Family
ID=37469224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005123650A Expired - Fee Related JP4616692B2 (en) | 2005-04-21 | 2005-04-21 | Displacement detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4616692B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107388993A (en) * | 2017-07-31 | 2017-11-24 | 歌尔股份有限公司 | A kind of method and system of two face perpendicularity of test object |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4970204B2 (en) * | 2007-09-12 | 2012-07-04 | 株式会社ミツトヨ | Straightness measuring device, thickness variation measuring device, and orthogonality measuring device |
| JP2014119432A (en) * | 2012-12-19 | 2014-06-30 | Ricoh Elemex Corp | Inspection device and inspection method |
| JP7126670B2 (en) * | 2017-09-05 | 2022-08-29 | 国立大学法人福井大学 | Defect detection method and apparatus using speckle image |
| EP3502672B1 (en) | 2017-12-20 | 2022-02-09 | Fundación Tecnalia Research & Innovation | Methods and systems for visual inspection |
| JP7408416B2 (en) | 2020-01-28 | 2024-01-05 | キヤノン株式会社 | Displacement meter and article manufacturing method |
| JP2023098158A (en) * | 2021-12-28 | 2023-07-10 | 株式会社リコー | Displacement measuring device, non-contact input device and biological fine movement measuring device |
| CN118533425B (en) * | 2024-07-25 | 2024-10-29 | 中国石油大学(华东) | Visual testing device and method for flow field of bipolar plate of solid oxide fuel cell |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6071911A (en) * | 1983-09-29 | 1985-04-23 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Optical device for measuring displacement and rotation |
| JPS63180801A (en) * | 1987-01-23 | 1988-07-25 | Nikon Corp | alignment device |
| JP2587753B2 (en) * | 1992-05-29 | 1997-03-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | Optical displacement measuring device |
| US5578813A (en) * | 1995-03-02 | 1996-11-26 | Allen; Ross R. | Freehand image scanning device which compensates for non-linear movement |
| JP2001133320A (en) * | 1999-11-01 | 2001-05-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Vibration measuring device |
| US6642506B1 (en) * | 2000-06-01 | 2003-11-04 | Mitutoyo Corporation | Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities |
| JP4014535B2 (en) * | 2003-04-25 | 2007-11-28 | シャープ株式会社 | Optical movement amount detection device, electronic apparatus, and conveyance processing system |
-
2005
- 2005-04-21 JP JP2005123650A patent/JP4616692B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107388993A (en) * | 2017-07-31 | 2017-11-24 | 歌尔股份有限公司 | A kind of method and system of two face perpendicularity of test object |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006300763A (en) | 2006-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4897572B2 (en) | Oblique incidence interferometer | |
| JP2514037B2 (en) | Detection optical system | |
| JP6256673B2 (en) | Projection optical system, object detection device | |
| JP4538388B2 (en) | Phase shift interferometer | |
| US20070177470A1 (en) | Distance measuring system | |
| US6320665B1 (en) | Acousto optic scanning laser vibrometer for determining the dynamic properties of an object | |
| US20070229842A1 (en) | Optical Interferometer | |
| US7466427B2 (en) | Vibration-resistant interferometer apparatus | |
| JP2007279287A (en) | Structured illumination optical system and structured illumination microscope having the same | |
| JP4616692B2 (en) | Displacement detector | |
| JP4721685B2 (en) | Shape measuring method and shape measuring apparatus | |
| JP2010032342A (en) | Oblique incidence interferometer | |
| JPH11118446A (en) | Two-dimensional array type confocal optical device | |
| JP2000329535A (en) | Simultaneous measurement system for phase shift interference fringes | |
| JP4869656B2 (en) | Interferometer | |
| JP3891418B2 (en) | Laser Doppler vibrometer | |
| JP2007292650A (en) | Optical interferometer | |
| JPH06242380A (en) | Confocal microscope | |
| JPH05164991A (en) | Interferometer device | |
| JP2006349382A (en) | Phase shift interferometer | |
| JP2002311388A (en) | Optical system | |
| JP2002250609A (en) | Interval measuring device, interval measuring method, and optical system manufacturing method | |
| JP4853941B2 (en) | Interferometer device for wavefront measurement | |
| JP2002008249A (en) | Optical axis adjusting machine for optical pickup device | |
| JP2005140589A (en) | Interferometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070703 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070809 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080306 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100730 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100810 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100929 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101019 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101022 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4616692 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131029 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |