JPH065164B2 - 光学系による測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、光線を平行に走査させて、被測定物の寸法を
測定するための光学系による測定装置に関する。

【従来の技術】

近年、光学機械を用いた種々の測定装置が開発されてい
る。これらの測定装置には光走査によって被測定物の形
状や寸法等を計測する計測器があり、光走査に当って
は、平行光線を得ることが基本的な課題になっている。 添付図面の第５図は従来知られている光学系による測定
装置の一例を示すもので、１は発光源としてのレーザー
光発生器、２はレーザー光発生器１からのレーザー光線
の光路上に所定角度傾斜させて設置された固定ミラー、
３は固定ミラー２の反射光路上に位置し駆動モータ４に
よって回転駆動されるポリゴンミラー、５はポリゴンミ
ラー３の反射光路側に設けたコリメートレンズであっ
て、このコリメートレンズ５はポリゴンミラー３から焦
点距離ｆだけ離して設置されている。６はコリメートレ
ンズ５から所定距離だけ離して設置された集光レンズ、
７は集光レンズ６によって集光された光線を受光する受
光素子、８は受光素子７から発生する電気信号を処理す
る計測処理部、９は計測処理部８の処理信号をもとに被
測定物ｍの寸法を表示する表示器である。ｍはコリメー
トレンズ５と集光レンズ６間に置かれた被測定物であ
る。 上記従来の光学系による測定装置において、レーザー光
発生器１からのレーザー光線は固定ミラー２により反射
されてポリゴンミラー３に入射され、ポリゴンミラー３
に入射したレーザー光線は反射してコリメートレンズ５
により平行光線となり、この平行光線は集光レンズ６に
よって受光素子７に入射される。ポリゴンミラー３が駆
動モータ４によって回転駆動されると、ポリゴンミラー
３からの反射光の進行角度が変化し、結果的に走査領域
ａが規定される。この過程において、被測定物ｍに入射
された平行走査光は該被測定物ｍによって遮蔽され、受
光素子７の受光面に被測定物ｍに対応する蔭部が形成さ
れる。そして、受光素子７は蔭部に対応した電気信号を
発生し、この電気信号は計測処理部８によって計測処理
され、この計測処理された電気信号をもとに、被測定物
ｍの寸法は表示器９によって表示される。

【発明が解決しようとする問題点】

上記従来の光学系による測定装置では、レーザー光線を
回転するポリゴンミラーに当てて拡散せしめ、この拡散
光をコリメートレンズを通して平行な走査光線とすると
共に、被測定物の蔭部に対応した受光素子からの電気信
号を計測処理部で計測処理しているが、この方法では非
常に高価なコリメートレンズが必要であり、また、コリ
メートレンズとポリゴンミラーとの間隔も走査領域の４
〜５倍にしなければならないため、大きな構成スペース
が必要となる。加えて、複雑な電子回路によるレンズの
収差、三角関数の補正及びモータの回転数等の正確度を
必要とするため、計測処理部の回路構成が複雑にして高
値になるといった問題がある。

【問題点を解決するための手段】

本発明は上記の問題を解決したものであって、その目的
は精度が高い完全な平行走査光線を容易に形成できると
共に、計測基準値と演算基準値を正確に得ることができ
て、被測定部物の寸法測定を高精度に実現できる光学系
による測定装置を提供することにある。 しかして、本発明の上記目的は発光源（第１の発光源）
からの光線を平行走査光線に変換すると共に、この平行
走査光線を集光して光電変換素子（第１の受光素子）に
照射し、被測定部物の寸法を測定する光学系による測定
装置において、上記第１の発光源から発生する光線の光
路上に配置した第１のミラーと、この第１のミラーによ
って反射する反射光線の光路上にその反射面が上記第１
のミラーの反射面と対向するように配置された第２のミ
ラーと、これらの第１又は第２のミラーに近接して配置
された透明スケールと、この透明スケールと上記第１及
び第２のミラーを平行させて回転駆動させる駆動モータ
と、上記透明スケールの回転軌道面に関して対向配置さ
れた第２の発光源及び第２の受光素子と、上記第１及び
第２の受光素子の各電気出力信号を論理演算する計測処
理部とによって構成した光学系による測定装置により達
成される。

【実施例】

以下に、本発明の実施例を添付図面の第１図〜第４図を
参照しながら説明する。 先ず、第１図に示すように第１の発光源（レーザー光発
生器）１１から発生したレーザー光線ｂ₁の光路上に比
較的幅の狭い第１のミラー１２を配置し、この第１のミ
ラー１２の反射光路上には、該第１のミラー１２から水
平方向及び垂直方向へそれぞれ所定距離を置いて、第２
のミラー１３を第１のミラー１２と平行に配置して平行
走査光線発生部１４を形成する。そして、第２図に示す
ように駆動モータ１５の回転軸１５ａには支持板１６が
固定され、この支持板１６には第１のミラー１２が取付
けられていると共に、その反射面が第１のミラー１２の
反射面と平行して対向するように第２のミラー１３が取
付けられている。一方、平行走査光線発生部１４の光路
側には、第１図に示すように集光レンズ１７が設置さ
れ、また、この集光レンズ１７の背面側には受光素子１
８が配置されていて、第１の光電変換部を構成してい
る。 更に、第１図に示すように第１のミラー１２の背面側に
は透明スケール（ガラススケール）２１が設置されてお
り、この透明スケール２１は第２図に示すように支持板
１６に取付けられ、第１及び第２のミラー１２，１３と
もに同期して回転する仕組になっている。そして、透明
スケール２１の回転軌道上方には、第２図に示すように
第２の発光源２２であるレーザーダイオードが固定して
設置されており、この第２の発光源２２の光路上には集
光レンズ２３が配置されている。 透明スケール２１の回転軌道に関して集光レンズ２３と
対向する位置には第２の受光素子２４が設置されてお
り、これらの透明スケール２１、第２の発光源２２及び
第２の受光素子２４によって第２の光電変換部が構成さ
れている。この第２の光電変換部と前述した第１の光電
変換部の電気信号は第３図に示す計測処理部２６によっ
て処理される。 第３図において、計測処理部２６は第１の受光素子１８
の出力信号Ｓ₁を増幅する第１の増幅器２７ａと、第２
の受光素子２４の出力信号Ｓ₂を増幅する第２の増幅器
２７ｂと、第１の増幅器２７ａの出力信号Ｓ₃と第２の
増幅器２７ｂの出力信号Ｓ₄を入力とする論理ゲート
と、第１の増幅器２７ａの出力信号Ｓ₃を別途入力とす
るワンショットマルチ２９と、論理ゲート２８の出力信
号Ｓ₅とワンショットマルチ２９の出力信号Ｓ₆を入力と
するカウンター３０によって構成されている。そして、
カウンター３０の計数信号Ｓ₇によって表示器３１に被
測定物の寸法が表示される。 なお、図中２５は第２の発光源２２を駆動するドライバ
ー回路である。 次に、本実施例による測定装置の動作について説明す
る。 第１図に示すように第１の発光源１１から発生したレー
ザー光線ｂ₁が第１のミラー１２に入射角φ₁で入射され
ると、この第１のミラー１２からその法線ｎ₁に関して
反射角φ₁の角度で反斜光線ｂ₂は第２のミラー１３に向
かって進む。したがって、第２のミラー１３において
は、その法線ｎ₂に関して入射角φ₂で反射光線ｂ₂が入
射し、その入射した反射光線ｂ₂は第２のミラー１３か
ら法線ｎ₂に関しφ₃の角度で平行走査光線ｂ₃を出光す
る。ここで、駆動モータ１５を回転させると、発光源１
１から発生したレーザー光線ｂ₁の第１のミラー１２へ
の入射角φ₁が変化し、これによって第１のミラー１２
から出光した反射光線ｂ₂の第２のミラー１３への入射
角φ₂が変化し、結果的には第２のミラー１３からの平
行走査光線ｂ₃の位置が変化するために平行走査光束１
９が形成され、この平行走査光束１９による走査領域Ａ
はＡ＝2Dsinθとなる。ここで、Ｄは第１のミラー１２
と第２のミラー１３との間の距離、θは回転角である。
一方、第２の発光源２２からの光線が透明スケール２１
に入射する領域Ｂは、光線の集光点から回転中心点まで
の距離をＲとすると、Ｂ＝Rsinθとなり、ＡとＢの関係
はＡ／Ｂ＝２Ｄ／Ｒになる。なお、距離Ｒを微調整する
ことによって、寸法精度の調節ができる。 第１及び第２の受光素子１８，２１が受光すると、その
各出力信号は計測処理部２６によって処理される。 即ち、第３図に示すように第１の受光素子１８の出力信
号Ｓ₁は第１の増幅器２７ａによって増幅され、光学走
査系に被測定物Ｍ（第１図に示す）が存在していないと
きは、第１の増幅器２７ａの出力信号Ｓ₃は、第４図
（イ）に示すようにその信号帯域がθ＝−３０°からθ
＝＋３０°までの範囲ののゲートパルス信号になる。 一方、透明スケール２１が回転され、第２の受光素子２
４上を通過する過程では、該第２の受光素子２４に入射
される光線は透明スケール２１によって断続的になる。
これにより、第２の受光素子２４の出力信号Ｓ₂はパル
ス変調され、ｄθ／dt=Kcosθになる。したがって、第
２の増幅器２７ｂの出力信号Ｓ₄は第４図（ロ）に示す
ようなパルス変調信号になる。この状態において、第１
の増幅器２７ａの出力信号Ｓ₃と第２の増幅器２７ｂの
出力信号Ｓ₄は論理ゲート２８に入力されるが、この論
理ゲート２８の出力信号Ｓ₅は「０」となると共に、第
１の増幅器２７ａの出力信号Ｓ₃がワンショットマルチ
２９に入力され、このワンショットマルチ２９によって
リセットパルス信号Ｓ₆がカウンター３０に入力されて
いるため、カウンター３０は非動作状態となり、計数動
作は行なわれない。 一方、光学走査系に被測定物Ｍが設置されている状態で
は、第１及び第２のミラー１２，１３と透明スケール２
１を回転させると、第１の増幅器２７ａの出力信号Ｓ₃
は、第４図（ハ）に示すように被測定物Ｍによる蔭部に
相当する分が「０」になり、このとき論理ゲート２８に
は第２の増幅器２７ｂの出力信号Ｓ₄のみが入力され
る。したがって、ワンショットマルチ２９からのリセッ
トパルス信号Ｓ₆は解除されていると共に、論理ゲート
２８から第４図（ニ）に示すアップパルス信号Ｓ₅がカ
ウンター３０に入力される。これによって、カウンター
３０はアップパルス信号Ｓ₅のパルス数Ｎを計数処理し
て計数信号Ｓ₇を表示器３１に入力し、この表示器３１
は計数信号Ｓ₇をもとに被測定物Ｍの寸法を表示する。

【発明の効果】

本発明は上記の如くであって、駆動モータによって回転
駆動される２個の平行に対向したミラーに光線を当てる
だけで完全な平行走査光線を得ることができると共に、
透明スケールによって演算基準値を得ることができる。
したがって、測定基準値が明確なものとなり、複雑な電
子回路による光学系のレンズの収差、三角関数の補正が
不要であって、しかも、走査光とパルス信号は完全に同
期しているので、同期信号回路も不要であり、測定精度
を向上できることは勿論のこと、構成が簡単で安価な測
定装置を提供できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を概略的に示す構成図、第２図
は同上要部の部分断面図、第３図は同上ブロツク結線
図、第４図は動作特性図、第５図は従来装置を概略的に
示す構成図である。 図中、１１は第１の発光源、１２は第１のミラー、１３
は第２のミラー、１５は駆動モータ、１８は第１の受光
素子、２１は透明スケール、２２は第２の発光源、２４
は第２の受光素子、２６は計測処理部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光源（第１の発光源）からの光線を平行
   走査光線に変換すると共に、この平行走査光線を集光し
   て光電変換素子（第１の受光素子）に照射し、被測定物
   の寸法を測定する光学系による測定装置において、上記
   第１の発光源から発生する光線の光路上に配置した第１
   のミラーと、この第１のミラーによって反射する反射光
   線の光路上にその反射面が上記第１のミラーの反射面と
   対向するように配置された第２のミラーと、これらの第
   １又は第２のミラーに近接して配置された透明スケール
   と、この透明スケールと上記第１及び第２のミラーを平
   行させて回転駆動させる駆動モータと、上記透明スケー
   ルの回転軌道面に関して対向配置された第２の発光源及
   び第２の受光素子と、上記第１及び第２の受光素子の各
   電気出力信号を論理演算する計測処理部とによって構成
   したことを特徴とする光学系による測定装置。