位移测量装置和速度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及位移测量装置和速度测量装置。用于测量移动物体(102)的位移量的位移测量装置(100)包括：使用从发光区域(101)发射的光束来照射移动物体(102)的光源；包含沿移动物体(102)的移动方向被布置的多个光接收区域并且形成在移动物体(102)的多个凹面(103)上被反射的光束的图像以接收光的光电二极管阵列(104、105)；以及基于通过形成光束的图像而在光电二极管阵列(104、105)上被形成的发光区域图像(106)的移动量来测量移动物体(102)的位移量的测量单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分别执行位移量和速度的非接触测量的位移测量装置和速度测量装置。
技术介绍
作为执行移动物体的位移量的非接触检测的方法，以下两种方法是已知的。一种方法是将相干光照射到移动物体上来产生斑纹图案，以基于根据移动物体的移动的斑纹图案的移动来检测移动物体的位移或速度的方法，所述斑纹图案是由通过光的反射和发散 (divergence)而获得的光束的复杂干涉导致的。另一种方法是关于移动物体以彼此不同的入射角照射相干光束，以基于在反射和发散时接收的光学频率多普勒(Doppler)偏移之间的差值来获得移动物体的速度的方法。但是，在上述方法中，存在用作相干光源的LD (激光二极管)或VCSEL (垂直空腔表面发射激光器)的低可靠性或由装置的配置的复杂性导致的高成本等的问题。因此，日本专利公开No. 58-113762公开了使用非相干光源来检测被成像物体的位移量和速度的方法。但是，在日本专利公开No. 58-113762中公开的速度测量装置中，由于来自移动物体的表面的反射光不通过成像系统，因此，光接收部分上的光学图案图像不清楚。因此，由光接收部分的光电二极管阵列检测的信号的振幅低，并且，作为信号完整性(integrity) 的SN比(信噪比)劣化。结果，光学图案图像的位移量的检测精度降低，并且，速度的测量精度也降低。另一方面，如果为了使得光学图案图像清楚而将诸如透镜之类的成像系统添加到测量装置，那么，由于部件的数量增加，因此成本增高或者妨碍装置的小型化。
技术实现思路
希望提供高度精确的位移测量装置和速度测量装置。作为本专利技术的一个方面的位移测量装置测量移动物体的位移量。所述位移测量装置包括光源，被配置为使用从发光区域发射的光束来照射移动物体；光接收元件，包含沿移动物体的移动方向被布置的多个光接收区域，所述光接收元件被布置为使得从发光区域发射的并且从移动物体中的凹面被反射的光束在光接收元件的光接收表面上被成像；以及测量单元，被配置为基于在光接收元件上形成的发光区域图像的移动量来测量移动物体的位移量。作为本专利技术的另一方面的速度测量装置包括所述位移测量装置，并且被配置为基于在预定时间中由位移测量装置确定的移动物体的位移量来检测移动物体的速度。参照附图阅读实施例的以下描述，本专利技术的其它特征和方面将变得清晰。附图说明图1是实施例1中的位移测量装置的示意性配置图。图2A 2D是实施例1中的位移测量装置中的发光区域图像的生成原理的说明图。图3A和图;3B是示出实施例1中的移动物体的移动量和发光区域图像的移动量之间的关系的示图。图4是示出在实施例1中的移动物体的表面上周期性地被布置的凹面的示图。图5是实施例2中的位移测量装置的示意性配置图。图6是实施例3中的速度测量装置的示意性配置图。图7是实施例3中的为数据提供时间延迟的过程的框图。图8是实施例3中的另一速度测量装置400a的示意性配置图。图9是实施例3中的另一速度测量装置400b的示意性配置图。具体实施例方式以下将参照附图来描述本专利技术的示例性实施例。在各附图中，相同的元件将由相同的附图标记表示，并且，对它们的重复描述将被省略。〔实施例1〕首先，将描述本专利技术的实施例1的位移测量装置。图1是本实施例中的位移测量装置的示意性配置图。在图1中，附图标记100表示测量移动物体的位移量的位移测量装置。附图标记101表示设置在位移测量装置100中的光源的发光区域101。通过使用从发光区域101发射的光束来照射移动物体。发光区域101表示由掩模形成的诸如开口之类的发光图案，所述开口在裸露的芯片LED(发光二极管)的发光表面上的层叠电极中被形成。 发光区域101还包含诸如VCSEL的表面发光光源的发光表面或LD的约1 μ m 2 μ m的发光表面。附图标记102表示移动物体。移动物体102是由位移测量装置100执行的位移量的测量对象。移动物体102能够沿Y方向移动，并且被来自光源的发光区域101的发散光照射。照射到移动物体102上的发散光被反射和会聚到移动物体102的凹面103上，以在光电二极管阵列104和105(光接收元件)上形成光源区域图像106。如图1所示，光接收元件包含沿移动物体102的移动方向(Y方向)布置的多个光接收区域(例如，多个光电二极管阵列104和105)，并且形成从移动物体102的凹形凹面103反射的光束的图像以接收光束。位移测量装置100包含测量单元(未示出)，所述测量单元基于通过将从凹面103反射的光束成像而在光接收元件上形成的发光区域图像106的移动量来测量移动物体102的位移量。优选地，凹面103是凹形的，并且具有满足下式(1)的焦距F，这里，Ll是从光源的发光区域101上的发光点到凹面103的光路长度，L2是从凹面103到光电二极管阵列104 和105的光路长度。-1/L1-1/L2 = 1/F (1)光电二极管阵列104和105沿移动物体102的移动方向(Y方向)以宽度PdA和间距Pd(周期宽度)被交替地布置。光电二极管阵列104和105具有相同的配置，并且，沿移动物体102的移动方向以宽度Pd/2在空间上相互位移。通过关联光电二极管阵列104 和105中的每一个的宽度，确定发光区域101的宽度ffe。以下将描述其细节。下面，将参照图2A 2D来描述位移测量装置100中的发光区域图像106的生成4原理。首先，将描述生成发光区域图像106的位置。从包含图2A所示的发光区域101的光源发射的发散光在图2B所示的移动物体102的表面上的凹面103中的每一个上被反射和会聚。因此，如图2D所示，以与移动物体102的表面上的凹面103中的每一个的位置对应的位置关系，在光电二极管阵列104和105的表面上形成光源的发光区域图像106。下面，将描述移动物体102的凹面103的形状和发光区域图像106的形成的现象。 在普通物体的表面上，如图2B所示，分布有具有各种形状的凹面103。如作为图2B的A-A 断面图的图2C所示，凹面103中的每一个的宽度彼此不同。因此，存在具有各种形状的凹面103。但是，当光接收部分表面(光电二极管阵列104和10 被布置在由移动物体102 的凹面103的形状确定的最佳观察位置处时，在一些情况下形成发光区域图像106。这是凹面103具有满足上式(1)的焦距F的情况。例如，在位移测量装置100(光接收部分表面)和移动物体102之间的距离为约 1 3mm的区域中，凹面103的具有约100 μ m的直径和小于或等于约2 μ m的深度的形状有助于发光区域图像106的形成。另外，在光接收部分表面和移动物体102之间的距离为约 4 6mm的区域中，凹面103的具有约200 μ m的直径和约几μ m的深度的形状有助于发光区域图像106的形成。因此，有助于图像的形成的凹面103中的区域根据观察位置而不同。 因此，当凹面103具有上述的弯曲复杂形状时，即使光接收部分表面和移动物体102之间的距离在一定程度上发生改变，发光区域图像106也被形成。下面将描述要形成的发光区域图像106的尺寸。如上所述，当凹面103具有满足式(1)的焦距F时，在光电二极管阵列104和105上形成发光区域图像106。但是，凹面103 不具有理想的弯曲表面，并且，在许多情况下具有多个弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
位移量。所述光接收元件被布置为使得从所述发光区域（１０１）发射的并从所述移动物体中的凹面（１０３）被反射的光束在所述光接收元件的光接收表面上被成像；以及测量单元，被配置为基于在所述光接收元件上形成的发光区域图像（１０６）的移动量来测量所述移动物体的１．一种用于测量移动物体（１０２）的位移量的位移测量装置（１００），所述位移测量装置包括：光源，被配置为使用从发光区域（１０１）发射的光束来照射所述移动物体；光接收元件，包含沿所述移动物体的移动方向被布置的多个光接收区域（１０４、１０５），

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：福原隆，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP