(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に測定対象物の変位量を測定する非接触式の変位計であって、光源と、該光源の投光光量を制御する光源制御回路と、前記光源から投光されて前記測定対象物で反射した反射光をＰ波とＳ波の偏光毎に分割する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタによりＰ波とＳ波に分割された偏光光をそれぞれ受光する受光素子とを有し、前記各受光素子の出力の差または比から前記測定対象物の変位量を演算すると共に、前記受光素子の少なくとも何れかの位置を調整し、分解能の任意設定を行う位置調整手段を有していることを特徴とする非接触式変位計。
【請求項２】
光源からの投光光をＰ波とＳ波の偏光毎に分割する偏光ビームスプリッタと、該分割された偏光光を受光する受光素子を有し、光源制御回路は該受光素子の出力に基づいて光源の投光光量を制御することを特徴とする請求項１記載の非接触式変位計。
【請求項３】
測定対象物からの反射光を偏光ビームスプリッタにより分割した偏光光を受光する受光素子の少なくとも何れかの出力を増幅する増幅器を有し、該増幅器の増幅率を調整して各受光素子出力の差の演算出力が基準電位となるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の非接触式変位計。
【請求項４】
光源はＬＥＤであることを特徴とする請求項１から３何れか記載の非接触式変位計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的に測定対象物の変位量を測定する非接触式の変位計、特に拡散反射面の長期的な変位量測定に有効な非接触式変位計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学的に測定対象物の変位量を測定する変位計として、主に三角測量方式を原理としたものが提案されている。この変位計は、例えばレーザ光を投光レンズを通して測定対象物に照射し、該測定対象物で反射した光を受光レンズを通して検出素子の受光部上にスポット光として結ばせるものであり、検出素子の受光部の受光位置から上記測定対象物までの変位量を演算するものである。
【０００３】
すなわち、測定対象物までの距離に応じてレーザ光の反射角度が異なり、それに応じて上記スポット光の受光位置が変わるので、その変化位置から測定対象物の変位量を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の光学式の変位計にあっては、短時間に測定する場合や、一定時間間隔でイニシャライズ（定点補正）をかけて使用する場合は精度の良い測定ができるが、長時間渡って連続的に変位量を測定する場合には、周囲温度の変動や光源自体の出力変動などにより測定出力が変化するため、測定値の信頼性が得られない。
【０００５】
また、測定分解能は光学配置で固定されるため、測定用途に合わせるには数種類の分解能毎に別個の製品を使用する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、光源の出力変動や周囲温度の変動による出力変化を少なくすることができ、測定値の安定性及び信頼性が得られ、また、一台のセンサ（変位計）で様々な分解能に対応することができる非接触式変位計を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非接触式変位計は、光学的に測定対象物の変位量を測定する非接触式の変位計であって、光源と、該光源の投光光量を制御する光源制御回路と、前記光源から投光されて前記測定対象物で反射した反射光をＰ波とＳ波の偏光毎に分割する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタによりＰ波とＳ波に分割された偏光光をそれぞれ受光する受光素子と、該受光素子の少なくとも何れかの位置を調整する位置調整手段とを有し、前記各受光素子の出力の差または比から前記測定対象物の変位量を演算すると共に、前記受光素子の少なくとも何れかの位置を調整し、分解能の任意設定を行う位置調整手段を有するようにしたものである。
【０００９】
また、上記の構成において、光源からの投光光をＰ波とＳ波の偏光毎に分割する偏光ビームスプリッタと、分割された偏光光を受光する受光素子を有し、光源制御回路は該受光素子の出力に基づいて光源の投光光量を制御するようにしたものである。
【００１０】
また、上記の構成において、測定対象物からの反射光を偏光ビームスプリッタにより分割した偏光光を受光する受光素子の少なくとも何れかの出力を増幅する増幅器を有し、該増幅器の増幅率を調整して各受光素子出力の差の演算出力が基準電位となるようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面について説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施例によるＬＥＤ変位計の構成を模式的に示す図である。同図において、１は光源であるＬＥＤ（発光ダイオード）、２はＬＥＤ１からの投光光をＰ波とＳ波の各偏光毎に分割する偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳという）、３はＬＥＤ１から投光されて測定対象物４で反射した反射光をＰ波とＳ波の各偏光毎に分割するＰＢＳである。
【００１３】
また図１中、５，６はＰＢＳ３によりＰ波とＳ波に分割された偏光光をそれぞれ受光する受光素子であるＰＤ（ホトダイオード）で、図示していないがＰ波用のＰＤ５とＳ波用のＰＤ６の少なくとも何れかのＰＤ（図の例ではＰＤ５）には図の矢印Ａ，Ｂの方向に位置を調整する位置調整手段が設けられている。７はＰＢＳ２により分割された偏光光を受光する受光素子であるＰＤで、投光光量を制御するためのモニター用として設けられている。
【００１４】
図２は本実施例の回路構成を示すブロック図である。同図中、１１，１２，１３は各々のＰＤ５，６，７の出力を増幅する増幅器、１４は各ＰＤ５，６の出力の差または比から測定対象物４の変位量を演算して出力する演算回路で、少なくとも何れかの増幅器１１，１２の増幅率を調整して各受光素子の感度ばらつき補正および測定対象物の反射特性に合わせた受光出力のバランス調整をする。１５はＰＤ７の出力に基づいてＬＥＤ１の投光光量を制御する光源制御回路、１６は各ＰＤ５，６，７に定電圧を与える定電圧回路、１７は調整用の可変抵抗である。
【００１５】
上記のように構成された非接触式のＬＥＤ変位計においては、測定対象物４にＬＥＤ１からの単一偏光光がＰＢＳ２を通して投光される。この投光光は、測定対象物４の表面で反射してＰＢＳ３に導かれ、ＰＤ５，６に検出光として入力される。そして、ＰＤ５，６の出力が増幅器１１，１２を通して演算回路１４に入力され、ここで対象物４の変位量が演算されて出力される。
【００１６】
その際、測定対象物４の反射特性に従い、検出光としてはＰ波とＳ波の各成分が生じるが、各成分の偏光光の演算結果のセンサ出力（出力比）は、受光素子である各ＰＤ５，６が光学設計中心位置に対してずれのない場合には、測定対象物４までの距離変化に対して変化は小さい。そして、Ｐ波あるいはＳ波の受光位置が中心からずれる量が増えるに従って、上記センサ出力の変化の度合いが大きくなる。
【００１７】
つまり、ＰＤ５とＰＤ６の相対的な位置関係をコントロールすることによって、測定対象物４までの距離変位に対するセンサ出力の変化率を任意に選定して、測定対象物４までの距離変位を検出することが可能となる。したがって、センサ分解能の任意設定が可能な変位計を実現することができる。
【００１８】
図３は上記Ｐ波，Ｓ波を受光するＰＤ５，６の中心からの素子位置（ｍｍ）に対するセンサ出力の変化率を示す図である。図中の実線は変位量が±１．０ｍｍのとき、破線は変位量が±０．５ｍｍのときのデータをそれぞれ示している。
【００１９】
また、ＰＤ７のモニター受光出力によってＬＥＤ１の投光光量を安定化できるような光源制御回路１５を内蔵しているため、センサ出力の安定性が高く、周囲温度の変化や光源であるＬＥＤ１自身の発熱による出力変動も極めて小さなものに抑えることができる。
【００２０】
更に、出力演算をＰ波とＳ波の出力差とした場合でも、測定対象物４が拡散反射の強いものの場合にはＰＤ５あるいはＰＤ６の出力の増幅率を調整し、センサ出力が基準電位Ｖ１となるように設定することで、光源出力の変動による影響を受けることのないセンサ出力を得ることもできる。
【００２１】
また、測定対象物が鏡面反射成分の多い反射特性の場合には、出力差の演算では光源出力の変動による影響を受けるが、ＰＤ５またはＰＤ６の出力が一定となるよう光量補正を行うことでその影響をなくすこともできる。
【００２２】
図４は上記センサ出力の時間経過に伴う変化を示す図であり、一週間連続通電したときのセンサ出力Ｖｏｕｔ（Ｖ）のデータを従来例と比較して示している。同図の（ａ）が本実施例のデータ、（ｂ）が前述の従来例のデータである。
【００２３】
このように、本実施例では、光源の投光光量を制御する光源制御回路１５を設けており、光源であるＬＥＤ１の出力変動や周囲温度の変動によるセンサ出力の変化を少なくすることができ、測定値の安定性及び信頼性が得られる。また、Ｐ波用の受光素子であるＰＤ５あるいはＳ波用の受光素子であるＰＤ６の位置を可変することで、測定対象物４の変位量に対する出力変化幅を可変することが可能となり、一台のセンサ（変位計）で様々な分解能に対応することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源の出力変動や周囲温度の変動による出力変化を少なくすることができ、測定値の安定性及び信頼性が得られる。また、一台のセンサ（変位計）で様々な分解能に対応することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の構成を示す説明図
【図２】  実施例の回路構成を示すブロック図
【図３】  素子位置と出力変化率の関係を示す図
【図４】  出力の時間経過に伴う変化を示す図
【符号の説明】
１  ＬＥＤ（光源）
２  偏光ビームスプリッタ
３  偏光ビームスプリッタ
４  測定対象物
５  ＰＤ（受光素子）
６  ＰＤ（受光素子）
７  ＰＤ（受光素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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