JPH052162B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は光学式測定装置に係り、特に、平行
走査ビームを利用して被測定物の寸法等を測定す
る光学式測定装置の改良に関する。

【従来の技術】 従来、回転平面鏡、又はポリゴンミラーにより
形成された回転走査ビーム（レーザビーム）ある
いは音叉偏向器により変更された扇形の回転走査
ビームをコリメータレンズによりこのコリメータ
レンズと集光レンズ間を通る平行走査ビームに変
換し、該コリメータレンズと集光レンズの間に被
測定物を置き、この被測定物によつて前記平行走
査ビームが遮られて生じる暗部又は明部の時間の
長さから被測定物の寸法を測定する光学式測定装
置があつた。 これは、例えば第５図及び第６図に示す如く、
レーザ管１０からレーザビーム１２を固定ミラー
１４に向けて発振し、この固定ミラー１４により
反射されたレーザビーム１２を多角形回転ミラー
１６によつて回転走査ビーム１７に変換し、この
走査ビーム１７をコリメータレンズ１８によつて
平行走査ビーム２０に変換し、この平行走査ビー
ム２０によりコリメータレンズ１８と集光レンズ
２２の間に配置した被測定物２４を高速走査し、
その時被測定物２４によつて生じる暗部又は明部
の時間の長さから、被測定物２４の走査方向（Ｙ
方向）寸法を測定するものである。即ち、平行走
査ビーム２０の明暗は、集光レンズ２２の焦点位
置にある受光素子２６の出力電圧の変化となつて
検出され、該受光素子２６からの信号は、プリア
ンプ２８に入力され、ここで増幅された後、セグ
メント選択回路３０に送られる。このセグメント
選択回路３０は、受光素子２６の出力電圧から被
測定物２４が走査されている時間ｔの間だけゲー
ト回路３２を開くための電圧Ｖを発生して、ゲー
ジ回路３２に出力するようにされている。このゲ
ート回路３２には、クロツクパルス発振器３４か
らクロツクパルスCPが入力されているので、ゲ
ート回路からは被測定物２４の走査方向寸法（例
えば外径）に対応した時間ｔに対応するクロツク
パルスＰを計数回路３６に入力する。計数回路３
６は、このクロツクパルスＰを計数して、デジタ
ル表示器３８に計数信号を出力し、デジタル表示
器３８は被測定物２４の走査方向寸法即ち外径を
デジタル表示することになる。一方、前記多角形
回転ミラー１６は、前記クロツクパルス発振器３
４出力を分周して400〜800Hz程度の方形波を発生
する分周器４０からパワーアンプ４２を経て増幅
された方形波により駆動されているパルスモータ
４４によつて、前記クロツクパルス発振器３４出
力のクロツクパルスCPと同期して回転され、測
定精度を維持するようにされている。 このような高速度走査型の光学式測定装置は、
移動する物体、高温物体の長さ、厚み等を非接触
で高精度に測定できるので広く利用されつつあ
る。 これと共に、測定対象物の範囲が拡大し従来較
的小さい被測定物であつたものが、大型の被測定
物についても用いられるようになつてきている。 これに対して測定装置の設置スペース、可搬性
等の要求から装置ができるだけ小型であるのが望
ましい。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、前記第５図及び第６図に示され
るような従来の光学式測定装置における、集光レ
ンズ２２と、受光素子２６とを含む受光部３９
は、受光素子２６が集光レンズ２２の焦点位置に
あるために、測定範囲を拡大すべくコリメータレ
ンズ１８及び集光レンズ２２の有効径を大きくし
た場合、当然集光レンズ２２の焦点距離もその有
効径に比例して大きくしなければならない。 ここで、集光レンズ２２の焦点距離を短くする
と収差が大きくなり測定誤差が生じる。 従つて、従来は、測定範囲を拡大すると受光部
４０の光軸方向の距離即ち集光レンズ２２と受光
素子２６との間の距離を大きくせざるをえず、こ
れによつて装置が大型化してしまうという問題点
があつた。 これに対して、光路の途中に反射鏡を設けて装
置寸法に対して光路長を実質的に長く取ることが
考えられる。 この場合、反射鏡の反射角度及びあおり角度を
微妙に調整して、取付け誤差等による光軸方向の
ずれを防止しなければならない。 このような微調整装置としては、例えば実開昭
60−98119号公報に開示されるガルバノミラーの
固定位置の調整装置がある。 前者の場合、反射鏡の支持部材を支持ピンによ
つて垂直方向に位置調整してあおり角度を調整す
ると共に、該支持ピンを中心に水平方向に回転さ
せ、反射角度を調整するようにしているため、煽
り角度は反射角度の一方のみを微調整しようとし
ても、その調整によつて必ず他方も微少に影響さ
れ、高い精度を要求される装置の場合には、調整
作業が容易でないという問題点がある。 この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされ
たものであつて、受光部の大きさを増大すること
なく集光レンズの焦点距離を長くとることができ
ると共に、光路長を大きくとるための反射鏡の反
射角度及び煽り角度をそれぞれ別個に相互に影響
されることなく、従つて極めて微妙に、高精度で
角度を微調整することができるようにした光学式
測定装置を提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明は、ビーム発生器からの入射ビームを
反射して回転走査ビームとするビーム変換手段、
該回転走査ビームを平行走査ビームとするコリメ
ータレンズ、を含む平行走査ビーム発生装置と、
被測定物を通過した前記平行走査ビームを集光す
る集光レンズ、この集光レンズによるビーム集光
位置に配置され、集光された走査ビームの明暗を
検出する受光素子、を含む受光装置と、を有し、
前記平行走査ビーム発生装置と前記受光装置の間
に配置した被測定物によつて前記平行走査ビーム
の一部が遮られて生じる暗部又は明部の時間の長
さを検出して被測定物の走査方向寸法を求めるよ
うにした光学式測定装置において、前記集光レン
ズと受光素子との間の走査ビームの光路上に、該
走査ビームを反射する少なくとも１枚の反射鏡を
含む反射手段を配置してなり、該反射手段は、前
記反射鏡を支持する断面略Ｌ字形状の取付台と、
この取付台をにおけるＬ字の底辺を基板に沿つ
て、且つ、前記平行走査ビームの走査方向と平行
な軸線廻りに回動させ、且つ、固定する反射角度
調整機構と、前記走査方向と平行な面内で前記反
射鏡を揺動させ、且つ、固定するあおり角度調整
機構と、を有してなり、前記反射角度調整機構
は、前記基板に対して、前記取付台の底辺を平行
走査ビームの走査方向と平行な軸線廻りに回転可
能に支持する回転中心軸と、この回転中心軸と平
行な中心軸を中心として回動自在に前記基板に支
持され、且つ、該中心軸に対して偏心する偏心部
を備えた偏心軸と、前記取付台の底辺に形成され
ると共に、前記偏心軸の偏心部と摺動自在に係合
し、該係合状態で前記取付台の前記回転中心軸廻
りの回転を許容する長孔と、前記取付台の底辺を
前記回転中心軸廻りの任意回動位置で、前記基板
に固定可能なクランプと、を有してなり、前記あ
おり角度調整機構は、基端において、前記取付台
の立上り辺に固定され、該基端近傍に薄肉部を備
え、該薄肉部よりも自由端側に前記反射鏡を支持
してなる片持支持片と、この片持支持片の自由端
に係合し、前記立上り辺と該自由端との距離を調
整する調整ねじとを有するようにして上記目的を
達成するものである。

【作用】

この発明においては、集光レンズと受光素子の
間の光路上に反射鏡が配置され、これによつて、
集光レンズと受光素子間の光路長を、集光レンズ
と受光素子の機械的距離よりも拡大させているの
で、受光部の装置容積を大きくするこなく集光レ
ンズの焦点距離を長くすることができる。 又、反射鏡の反射角度及びあおり角度をがたを
調整したり、複雑な調整作業及び調整機構を用い
ることなく、容易且つ微妙に調整することができ
る。 又このとき、反射角度とあおり角度を相互に独
立して微妙に且つ正確に調整することができ、し
たがつて調整作業を容易とすることができる。

【実施例】

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。ここで、この実施例において、前記第５図及
び第６図に示される従来の光学式測定装置と同一
又は相当部分には第５図及び第６図と同一の符号
を付することにより説明を省略するものとする。 この実施例は、第１図及び第２図に示されるよ
うに、第５図に示されるようなビーム発明器であ
るレーザ管１０からの入射ビーム１２を反射して
回転走査ビーム１７とする多角形回転ミラー１
６、該回転走査ビーム１７を平行走査ビーム２０
とするコリメータレンズ１８、を含む平行走査ビ
ーム発生装置４１と、被測定物２４を通過した前
記平行走査ビーム２０を集光する集光レンズ２
２、この集光レンズ２２によるビーム集光位置に
配置され、集光された走査ビームの明暗を検出す
る受光素子２６を含む受光装置４３と、を有し、
平行走査ビーム発生装置と前記受光装置４３の間
に配置した被測定物２４によつて前記平行走査ビ
ーム２０の一部が遮られて生じる暗部又は明部の
時間の長さを検出して被測定物２４の走査方向
（Ｙ方向）寸法を求めるようにした光学式測定装
置において、前記集光レンズ２２と受光素子２６
との間の走査ビームの光路上に、該走査ビームを
反射する反射鏡４５を設けたものである。 ここで、前記受光素子２６は、第２図に示され
るように、平行走査ビーム２０の走査面からずれ
た位置で反射鏡４５と集光レンズ２２との間に配
置されている。 この反射鏡４５は平面鏡であつて、第３図及び
第４図に示されるような断面略Ｌ字形状の取付台
４６にあおり角度調整機構４８を介して取付られ
ている。 前記取付台４６は、反射角度調整機構５０によ
つて、前記平行走査ビーム２０の走査方向と平行
な軸線廻りに回動自在且つ固定可能とされてい
る。 又前記あおり角度調整機構４８は、前記反射鏡
４５を前記平行走査ビーム２０の走査方向と平行
な面内で揺動させ、且つ固定できるようにされて
いる。 更に具体的に説明すると、前記反射角度調整機
構５０は、前記取付台４６のＬ字の底辺を、ハウ
ジング５１の底部（基板）５１Ａに、平行走査ビ
ーム２０の走査方向と平行な軸線廻りに回転可能
に支持する回転中心軸５２と、この回転中心軸と
平行な中心軸５４Ａを中心として回動自在に底部
５１Ａに支持され、且つ、偏心部５４Ｂを備えた
偏心軸５４と、前記取付台４６に形成されると共
に、前記偏心軸５４の偏心部５４Ｂと摺動自在に
係合し、該係合状態で前記取付台４６の前記回転
中心軸５２廻りの回転を許容する長孔５６と、前
記取付台４６を前記回転中心軸５２廻りの任意回
動位置で底部５１Ａに固定可能なクランプ５８と
を備えている。 又、前記あおり角度調整機構４８は、基端（下
端）において、前記取付台４６におけるＬ字の立
上り部４６Ａにボルト５９により固定され、該基
端近傍に薄肉部６０Ａを備え、該薄肉部６０Ａよ
りも自由端側に前記反射鏡４５を支持してなる片
持支持板６０と、この片持支持板６０の自由端に
係合し、前記取付台４６と該自由端との距離を調
整する調整ねじ６２と、を含んで構成されてい
る。 図の符号６４は前記受光素子２６を取付けるた
めの受光素子取付台を示す。この受光素子取付台
６４は、受光装置４３のハウジング５１における
底部５１Ａにボルト６６により固定されている。 この実施例においては、受光素子２６と集光レ
ンズ２２間の光路長が反射鏡４５によつて両者の
機械的距離の約２倍とされている。 従つて、受光装置４３における集光レンズ２２
のコリメータレンズ１８と反対側の寸法は、集光
レンズ２２の焦点距離と同一とした場合従来の約
半分とされている。 この実施例において、反射鏡４５の、平行走査
ビーム２０の走査方向と平行な軸線廻りの角度、
即ち反射角度の調整は、反射角度調整機構５０
における偏心軸５４を回転して取付台４６を回転
中心軸５２廻りに回動させ、適宜位置でクランプ
５８により取付台４６を固定することによつて行
う。 このとき、偏心軸５４の偏心部５４Ｂは取付台
４６に形成された長孔５６に摺動自在に係合して
いるので、偏心軸５４をいずれの方向に回動させ
てもがたが生じることがなく、従つて反射角度の
調整は微妙に、且つ確実に行うことができる。 又、反射鏡４５のあおり角度θ、即ち受光素子
２６に対する図において上下方向の反射位置の調
整は、あおり角度調整機構４８における調整ねじ
６２を適宜回転させることによつて行う。 調整ねじ６２を適宜回転すると、反射鏡４５を
支持している片持支持板６０はその基端（下端）
において取付台４６に固定され、且つこの下端近
傍に切り欠きからなる薄肉部６０Ａが形成されて
いるために、片持支持板６０が該薄肉部６０Ａを
中心として弾性的に撓むことができる。 このため、調整ねじ６２を回転駆動して片持支
持板６０の自由端と取付台４６との距離を調整す
ることによつて、反射鏡４５のあおり角度θを調
整することができる。 このとき前述の如く、片持支持板６０は薄肉部
６０Ａを中心として弾性的に撓むので、調整ねじ
６２のバツクラツシが生じることがなく、従つて
あおり角度の調整時にがたが生じることがなく、
あおり角度の調整を微妙且つ正確に行うことがで
きる。 この実施例においては、反射鏡４５のあおり角
度及び反射角度を簡単な構成からなるあおり角度
調整機構４８及び反射角度調整機構５０によつて
容易に、且つ確実に調整することができる。 更に、反射鏡４５のあおり角度と反射角度の調
整が、各々あおり角度調整機構４８及び反射角度
調整機構５０によつて別個独立に行うことができ
るので、一方を調整することによつて他方の調整
がずれたりすることがなく、調整を微妙且つ正確
に、又短い作業時間で行うことができる。 なお上記実施例において、反射鏡４５は平面鏡
とされているが、これは凸面鏡あるいは凹面鏡で
あつてもよい。 又、上記実施例において反射鏡４５は１つのみ
であるが、これは、複数であつてもよい。 この場合、集光レンズ２２の焦点距離を同一と
仮定したとき、受光装置４３の平行走査ビーム進
行方向の寸法を更に小さくすることができる。 又、上記実施例は、いわゆるポリゴンミラーと
称される多角形回転ミラーによりレーザビームを
回転走査ビームに変換するものであるが、本発明
は、例えば回転平面鏡を用いてレーザビームを回
転走査ビームに変更するものあるいは音叉偏向器
を用いてレーザビームを扇形走査ビームに変更す
るものにも同様に適用されるものである。

【発明の効果】

本発明は上記のように構成したので、受光装置
の寸法を大きくすることなく集光レンズの焦点距
離を長くとることができ、従つて、装置容積を増
大させることなく測定対象範囲を拡大させること
ができるという優れた効果を有する。更に、焦点
距離を長くとるための反射鏡の反射角度調整及び
あおり角度調整を相互に独立して行うことができ
るので、極めて微妙な精度の要求される調整も、
容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学式測定装置の実施例
を示す一部拡大断面図、第２図は同実施例の受光
装置を示す平断面図、第３図は同実施例の反射角
度調整機構を示す平面図、第４図は同実施例にお
けるあおり角度調整機構を示す正面図、第５図は
従来の光学式測定を示すブロツク図、第６図は同
従来の光学式測定装置の平行走査ビーム発生装置
及び受光装置を示す断面図である。 １０……レーザ管（ビーム発生器）、１２……
レーザビーム、１６……多角形回転ミラー、１７
……回転走査ビーム、１８……コリメータレン
ズ、２０……平行走査ビーム、２４……被測定
物、２６……受光素子、４３……受光装置、４５
……反射鏡、４６……取付台、４８……あおり角
度調整機構、５０……反射角度調整機構、５１…
…底部（基板）、５２……回転中心軸、５４……
偏心軸、５４Ａ……中心軸、５４Ｂ……偏心部、
５６……長孔、５８……クランプ、６０……片持
支持板、６０Ａ……薄肉部、６２……調整ねじ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ビーム発生器からの入射ビームを反射して回
   転走査ビームとするビーム変換手段、該回転走査
   ビームを平行走査ビームとするコリメータレン
   ズ、を含む平行走査ビーム発生装置と、被測定物
   を通過した前記平行走査ビームを集光する集光レ
   ンズ、この集光レンズによるビーム集光位置に配
   置され、集光された走査ビームの明暗を検出する
   受光素子、を含む受光装置と、を有し、前記平行
   走査ビーム発生装置と前記受光装置の間に配置し
   た被測定物によつて前記平行走査ビームの一部が
   遮られて生じる暗部又は明部の時間の長さを検出
   して被測定物の走査方向寸法を求めるようにした
   光学式測定装置において、前記集光レンズと受光
   素子との間の走査ビームの光路上に、該走査ビー
   ムを反射する少なくとも１枚の反射鏡を含む反射
   手段を配置してなり、該反射手段は、前記反射鏡
   を支持する断面略Ｌ字形状の取付台と、この取付
   台をにおけるＬ字の底辺を基板に沿つて、且つ、
   前記平行走査ビームの走査方向と平行な軸線廻り
   に回動させ、且つ、固定する反射角度調整機構
   と、前記走査方向と平行な面内で前記反射鏡を揺
   動させ、且つ、固定するあおり角度調整機構と、
   を有してなり、前記反射角度調整機構は、前記基
   板に対して、前記取付台の底辺を平行走査ビーム
   の走査方向と平行な軸線廻りに回転可能に支持す
   る回転中心軸と、この回転中心軸と平行な中心軸
   を中心として回動自在に前記基板に支持され、且
   つ、該中心軸に対して偏心する偏心部を備えた偏
   心軸と、前記取付台の底辺に形成されると共に、
   前記偏心軸の偏心部と摺動自在に係合し、該係合
   状態で前記取付台の前記回転中心軸廻りの回転を
   許容する長孔と、前記取付台の底辺を前記回転中
   心軸廻りの任意回動位置で、前記基板に固定可能
   なクランプと、を有してなり、前記あおり角度調
   整機構は、基端において、前記取付台の立上り辺
   に固定され、該基端近傍に薄肉部を備え、該薄肉
   部よりも自由端側に前記反射鏡を支持してなる片
   持支持板と、この片持支持板の自由端に係合し、
   前記立上り辺と該自由端との距離を調整する調整
   ねじと、を有してなることを特徴とする光学式測
   定装置。