JPH036412A - 光学繊維を用いた三角測量センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、その表面と接触せずに表面への距離を測るた
めの方法および装置に関し、さらに詳細には、直後の成
型表面が形成されたガラス表面の曲率を測定するための
非接触方法および装置に関する。

（従来の技術） 成型されたガラステレビパネルの製造をモニターし、そ
して、コントロールするために、それらの内部表面曲率
のようなパネルのあるパラメータを定期的に測定するこ
とが必要になる。これらの測定は、いままで、線形可変
差動変圧器（すなわちｒＬＶＤＴＪ　）のようなセンサ
と接触することによって通常達成されていた。そのよう
な既知の測定方法および装置に関連した１つの主な欠点
は、これらの接触しているセンサが、新たに成型された
ガラスパネルの機械的および／または熱衝撃によって、
取り返しのつかない損害を生じさせることである。従っ
て、テレビパネル製造業界中では、パネルのそれらパラ
メータを測定するための代替方法および装置を提供する
ことが望まれるようになった。

三角測量レンジング（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ　ｒ
ａｎｇｉｎｇ）と称される既知の技術の様々な実施が提
案された。

はとんどのそのような実施に際して、第１図に示される
ように、光源１（典型的にはレーザ、レーザダイオード
または光ダイオード）対象表面Ｓ上に光点りを投射する
（そのためにレンジ情報が必要である）ために、ビーム
形成光学素子と共に使用される。レシーブ検出器（通常
は位置感知ダイオード、直線配列、領域配列）５が、対
象物から後方散乱された光に反応するために、光源１か
らいくらかずれており、レンズ３と共に使用される。

対象表面Ｓへのある距離のために、後方散乱された光か
ら形成された像は、検出器５の１つの位置のみに当たる
。

三角測量レンジングのために使われるそのような既知の
装置の実施として、Ｋｅｙｅｎｃｅ　Ｃｏｒｐによって
製造されたＬＣ−２０１０、およびＰＡ−１８００Ｕ／
１８０１０の光学変位センサ；　ＣｙｂｅｒＯｐｔｉｃ
ｓ社によって製造されたモデルＰＲ８−１５０、ＰＲ８
−４００およびＰＲ８−８００およびＰＲ８−１６００
；　Ｄｉｆｆｒａｅｔｏ　Ｌｉｄによって製造されたモ
デル３００．４００およびＱＱＱ　　；　ｐｅｒｃｅｐ
ｔｒｏｎによって製造されたモデル３００　、４００お
よび８００　　；　Ｐｅｒｃｅｐｔ　ｒｏｎによって製
造されたモデルＭＶ−３００；　０ｐｔｏｃａｔｏｒモ
デル２２０３−５０３０ｕｐ　；　Ｈｅｒｎｄｏ　ｏｐ
ｔｉｃａ＋　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社によって製造
されたＰｉｂｅｒｓｃａｎモデルＰＳ　；　Ｅｎｇｌｅ
ｗｏｏｄのハネウェルＶｉｓｉｔｒｏｎｉｃｓによって
製造されたモデルＩＩＶｓ−１００、およびＲｅｎｉｓ
ｈａｗ社のモデルＯＰ２がある。

この転機に注目されるべき三角測量レンジングの１つの
重要なスタイルは、鏡面三角測量レンジングで（ｓｐｅ
ｃｕｌａｒ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ　ｒａｎｇｉ
ｎｇ）である。

各々の上記したセンサは対象表面に対してあらゆる方向
に置かれ得るが、光源が対象表面に垂直であるとき最良
に機能する。そのような位置においてレシーブ検出器の
前のレンズは、レンズの開口に亘ってかなり均一になる
傾向のある散乱光を集める。レンズにおける与えられた
均一照度、不完金な集束または収差は、較正されるであ
ろう検出器上のスポットにおける一定の位置誤差として
現れる。

しかし、以下に詳述する理由のために、いくつかの用途
では、三角測量ゲージを、レンズが鏡面反映された光を
集めるように配置することを必要とする。この構成にお
いて、集合レンズの入力開口は、典型的に強く照らされ
た部分と弱く照らされた他の部分を有する。強対弱の照
度の分布は、対象表面の状態および／または角度におけ
る小さな変化によって変化する。

レンズの与えられた不均一可変照度、不完全な集束また
は収差は、検出器のスポットにおける可変位置誤差とし
て現れ、対象物の表面状態または角度における小さな変
化による可変レンジ誤差となる。従って、不完全な集束
および収差を回避するために、鏡面構成に使用するため
のセンサの光学素子に対してさらに厳しい要求がかせら
れる。

ＣｙｂｅｒＯｐｔ　ｉ　Ｃｓ社によって製造されたモデ
ルＰＲ８−３０は、鏡面用途のための装置の実例である
。

三角測量レンジングの他の重要なスタイルは、光源を１
次元または２次元で走査することよって表面の線、また
は領域に沿ってレンジ情報（ｒａｎｇｅｉｎｆｏｒｍａ
ｔｉｏｎ）を集めるものである。Ｃｈｅｓａｐｅａｋｅ
Ｌａｓｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ社によって製造されたモデ
ルＬＳＧ−３０１０およびＣｙｂｅｒＯｐｔ　ｉ　ｃｓ
社によって製造されたＬＲＳシリーズセンサは、線レン
ジ感知のための既知の装置の実例であり、一方米国特許
第４．６２７，７３４号に示された“Ｔｈｒｅｅ　Ｄｉ
ｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｉｌｌｌａｇｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏ
ｄおよびＤｅｖｉｃｅ“は、領域レンジ感知のための既
知の装置の実例である。

しかし、成型されたガラステレビパネルの製造中、三角
測量レンジングのためのそのような既知の装置の使用は
、下記に示す１つ以上の理由により、妨げられる。（１
）周囲熱、（２）センササイズ、（３〉電磁妨害（ＥＭ
　ｌ　）。

モールドからのその除去のすぐ後で、ガラステレビパネ
ルの温度は、典型的に５００℃を越えている。約４イン
チのスタンドオフを有する従来の三角測量センサは、対
流および放射による多くの周１ ２ 回熱にさらされる。そのような熱は、全ての既知の利用
可能なセンサのパフォーマンスを損傷するか或いは許容
できない程低下させる。それは、約０℃から約５０℃ま
での範囲の動作温度を有するからである。

この問題を解決する１つの方法は、水ジャケットのよう
な冷却システムでセンサを囲むことである。しかしなが
ら、そのようなジャケットは、センサの全体のサイズを
増大させるが、そのことは、その機械的複雑さと共に、
ここに論じられた理由のために好ましくない。そのよう
な高い周囲熱と関連している問題を低減する他の方法は
、長いスタンドオフと共にセンサを組み立てることであ
る。

しかしながら、光源と検出器の間のある与えられた角度
のために、センサのサイズは、その増大するスタンドオ
フと共に比例して増大し、ここでも望ましくない大きな
センサとなってしまう。

モールドからのその除去のすぐ後で、ガラステレビパネ
ルの表面の輪郭は、熱収縮のために急速に変化する。そ
の上、厳しい周囲の振動が、製造環境中に存在し、それ
が、表面の速い動きを引き起こす。そのような情況の下
では、１つのセンサで表面を走査することによって表面
の輪郭を確実に測定し得ない。その代りに、複数のセン
サを同時に使用してちょうどよい瞬間にガラステレビパ
ネルの表面を「凍結」させなければならない。従って、
ガラスの表面上でより多くのポイントが測定されること
を可能にするので、小さいセンサは、前述のような同時
使用のために望ましい。

多数のじょうずに小型化されたセンサが利用可能である
。そのようなセンサの例は、ＣｙｂｅｒＯｐｔｉｃＳ社
によって製造されたＰＲＳシリーズである。米国特許第
４，７３３，９６９号に示されるように、例えばそのよ
うなＰＨ１−タイプのセンサは、光源、像および検出器
を組み込む。その後、検出器からのシグナルは、リボン
ケーブルを介して、遠く隔たって位置している処理エレ
クトロニクスに伝達される。

処理エレクトロニクスの遠い位置は、センサヘッドのサ
イズの実質的低減を可能にする。しかしながら、センサ
ヘッドサイズを低減する際、センサ　３ ４ スタンドオフも減少され、それによって前述した周囲の
熱の問題を悪化させる。

他の既知の小さいセンサは比較行手さいスタンドオフを
有する、Ｄｉｆｆｒａｃｔｏ　Ｌｔｄによって製造され
たＬａ５ｅｒｐｒｏｂｅモデル４００および６００であ
る。この点で、米国特許第４，５７４，１９９号を参照
されたい。

概して、小さいスタンドオフを有する小さいセンサは、
ガラスからの熱にとりわけ弱い。

ガラス処理において、製造ラインに直近して高出力の電
気装置を有することは通例である。これは、ある工程段
階のために電磁誘導（ＥＭＩ）加熱を利用するガラステ
レビパネル製作において特に言えることである。容易に
明らかなように電磁誘導加熱は、電子デバイス例えば三
角測量レンジングセンサを、ＥＭＩにとりわけ影響を受
けやすい領域に作る。

前述のＴｈｅ　ＣｙｂｅｒＯｐｔ４ｃｓ　ＰＲＳシリー
ズセンサは、はとんどのエレクトロニクスを遠く隔たっ
て設置することによってそのような加熱問題を回避する
。

しかしながら、そのようなＰＲ８−タイプのセンサに使
われる検出器はセンサヘッド内に位置しており、従って
Ｅ）１１に対してとりわけ敏感である。

センサヘッドからそのエレクトロニクスを取り除くこと
においてさらに前述した他の既知のセンサは、０ｐｔｉ
ｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社によって製造され
た０ｐｔｅｃｈ　Ｐｉｂｅｒｓｃａｎである。これらの
Ｐｉｂｅｒｓｃａｎセンサにおいて、検出器は遠く隔た
って位置しており、そして光点は、光学繊維の直線配列
を用いてそれに中継される。しかしながら、これらのＰ
ｉｂｅｒｓｃａｎセンサは遠隔の光源を使わず、センサ
ヘッド内に位置している光源を使う。それによって、光
源がＥＭＩおよび周囲熱に影響を受けやすくなっている
。

（発明の目的） 既知の三角測量レンジングセンサの前述した欠点に鑑め
で、本発明の目的は、加熱、振動およびＥＭＩに耐性の
ある、対象表面の曲率を測定するための非接触方法およ
び装置を提供することである。

（発明の構成） 本発明による改良された方法および装置は、周５ 回熱およびＢＭＩに耐性があり、小さいセンササイズを
達成するために繊維光学手段を使用する三角測量ゲージ
によって達成される。光源、好ましくはレーザは、光を
センサヘッドの遠く隔たって位置された規準レンズに導
く第１の繊維光学手段に光を投射する。この第１の繊維
光学手段は、光の導体および固定された空間フィルタと
してのその作用のため、好ましくは１つの光学繊維から
成り、そしてさらに好ましくはシングルモードの光学繊
維から成る。さらに、第１の繊維光学手段は、破損およ
び他の環境上の危険からそのような第１の繊維光学手段
をに保護するために、繊維光学手段の強化された被覆を
含む。

第１の繊維光学手段からの出力光は、規準レンズ（好ま
しくは勾配インデックスまたはｒ　ＧＲＩ　ＮＪレンズ
である）によって集められ、そして、その表面上に光の
スポットを形成するよう考慮された下でその表面に向っ
て投射される。その表面から後方散乱される光は、次に
光のスポットの像を形成する第２のオフセットレンズに
よって集められ６ る。コヒーレント束として知られる光学繊維の規則的な
２次元配置から成る第２の繊維光学手段が、この像を集
め、そしてそれを遠く隔たって位置された検出器エレク
トニクスに中継する。コヒーレント束の出力面における
像は、コヒーレント束を直線配列に結合するかまたは中
間リレー光学素子を用いることによって、検出器、好ま
しくは直線配列に中継される。

検出器上の像の横同志の位置は、適当な位置見積り手段
によって決定され、そして、考慮の下の表面へのレンジ
は、この位置を用いて推論される。

第１の繊維光学手段の出力端、規準レンズ、集合レンズ
および第２の繊維光学手段の入力端は全て共通のブロッ
クに固定され、そしてセンサヘッドを含む。

本発明の１つの実施例によれば、そのような３つのセン
サヘッドが、考慮の下の表面の対角線の軸に沿って配置
され、その表面の全体曲率はそのままに特徴づけられる
。代りに、付加的センサヘッドは、考慮の下でさらに稠
密な表面サンプリン　７ ８ グするために供給され得る。好ましくは、５つのセンサ
ヘッドが、供給される双方の対角線の軸に沿って配置さ
れるように設けられ、より好ましくは、９つのセンサヘ
ッドが３つの３列に配置される。

必要がありかつスペースが許せば、さらにもっと稠密な
ザンプリングが得られる。１つ以上のセンサヘッドを利
用する本発明の全ての実施例において、第１の繊維光学
素子に標準繊維光学スプリットデバイスを導入すること
によって１つの光源が、センサヘッドの全ての間で共用
できる。同様に、１つの検出器は、多数のセンサヘッド
間または全てのセンサヘッド間で共用できる。ただし、
これは技術的にさらに難しい。

各センサヘッドが、受動で比較的強固な部品を含み、ま
た他の全ての光学素子およびエレクトロニクスが遠く隔
たって位置しているため、本発明による装置は、成型さ
れたガラステレビパネルに典型的な製造環境において見
出される周囲熱、ＥＭＩおよび他の危険に耐える。多数
のセンサヘッドを用いる本発明の装置において光源およ
び検出器／エレクトロニクスの共用は、そのような環境
上の危険にさらされた敏感な部品の数を減少することに
よってさらに強固となる。

（実　施　例） 本発明を添付の図面を参照しながら以下の実施例に基づ
いてさらに詳細に説明する。

第１図は、従来の光学手段を用いる三角測量レンジング
の既知の方法を示している。光源１０（通常はレーザで
ある）が、表面Ｓに光のスポットＬを投射するために使
用される。光の表面Ｓから後方散乱され、そのような光
の一部がレンズ１２によって集められて検出器１４上に
スポットＬの像Ｌ′を形成する。従来の信号調整エレク
トロニクス１６がその後使用されて検出器１４上の像Ｌ
′の横同士の位置が決定される。第１図に示されるよう
に、表面ＳがＡからＢに移動すると、検出器１４の像Ｌ
′は点Ｃから点りに移動する。このようにして、検出器
１４上の像Ｌ′の位置は、表面Ｓへのレンジを推測する
のに使用できる。

９ ０ 第１図に示されるように、表面Ｓは散漫散乱体である。

これはレーザ１０からの光の入射ビームが比較的大きい
範囲の角度で入射でき、レンズ１２は後方散乱された光
を集めることを意味している。

このような拡散した表面のＳは、さらに、レンズ１２の
全体入力開口が比較的−様に満たされていることを示唆
する。しかしながらテレビパネルのようなガラス表面は
、典型的には拡散反射しない。

ガラスを製造するために使われる特定の成形プロセスに
応じて、ガラス表面から拡散的に後方散乱された光のエ
ネルギーは、鏡面的に後方散乱された光のエネルギーよ
り４以上のオーダーで小さい。このように成型されたガ
ラステレビパネルまたは他のガラス品の測定のため、第
２図に示されるような鏡面構成が、三角測量レンジング
にとって必要である。

第２図に示されるように、センサ１８および表面Ｓは、
光源１０からの光のビームの鏡面反射Ｂ′が集合レンズ
（ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ　１ｅｎｓ）２０に入るように
互いに対して配置される。明るいソース１０からの軽い
Ｂのビームの５ｐｅｃｕｌａｒ反射Ｂ′が集まっている
レンズ２０を入れるように、センサ１８および表面のＳ
は、相互に配置された親類である。容易に見られるよう
に、集光レンズ２０は通常、その入口開口が一様に満た
されていない。その代りに後方散乱されたビームＢ′が
レンズ２０の小さいセクションを通過する。その際、そ
の正確な位置は与えられた変化する角度および表面Ｓの
状態によって変わる。レンズ２０の入力開口におけるこ
の可変不均一配光により、鏡面三角測量ゲージにおける
集合光学素子の性能要件は以下に述べるような少くとも
２つの方法においてより厳格である。

最初にレンズ２０は、収差が比較的ないものでなければ
ならない。収差が存在したならば、レンズ２０の入力開
口におけるＢ′の位置または配光の変化が（これらは表
面Ｓのレンジ変化に無関係である）検出器２２上の像Ｌ
′の横向きの動きとして現れ、それによってレンジ誤差
が生じる。従って、コマ（ｃｏｍａ）および球面収差は
最小限にされるべきである。以下に述べるように、フィ
ールド率も同様に最小限にされてもよい。しかし、歪曲
は較正される非線形性を生じさせるだけなので、歪曲は
ほとんどまたは全く取るに足らない。検出器２２上の像
Ｌ′の横の動きのみがレンジ誤差に至るので非点収差も
同様に取るに足らない。最後に、光源１０が比較的単色
のソースから成るとすれば、例えばレーザ、色収差は効
果を有さない。

２番目に検出器２２は、Ｌ′の焦点に正確に置かれなけ
ればならない。検出器２２が収差と同じように焦点の前
、或いは後ろに配置されるならば表面Ｓの傾くことは、
レンジ誤差を引き起こす。表面Ｓがそのレンジを経て動
くとＬ′が経路Ｐ′に沿って進むので、経路Ｐ′は、検
出器２２がその経路に沿った全てのポイントにおいてＬ
′の正確な焦点に置かれることを許すために、まっすぐ
でなければならない。そのような経路の直線要件は、レ
ンズ２０のフィールド曲率を最小限にすることを必要と
するファクターである。

本発明の１つの重要な側面によれば、気付く経路Ｐ′が
レンズ２０の中央平面と平行ではないということに留意
すべきである。概して経路Ｐ′の位置調整は、Ｓｃｈｅ
ｉｍｐｆ　ｌｕｇ条件の使用によって最もよく近似され
得る。その条件は、第２図に示されるように拡張した場
合、対象経路Ｐ、レンズ２０の中央平面および像経路Ｐ
′が共通の点で交差することを必要とする。正確な焦点
で像Ｌ′を集めることの要求は、その検出器２２がこの
同じ傾斜された経路Ｐ′に沿って置かれることを必要と
する。

以下に詳述するが、これらの要求は、ビームＢ′を集め
るための機構と共に、レンズ２０の設計および配置に関
しである密接な関係を有する。これらの光学的要求は、
拡散三角測量ゲージより鏡面三角測量ゲージにとってさ
らに厳しいので、正反対が必ずしも真であることは限ら
ないであろうとしても、ここに示された鏡面三角測量ゲ
ージは、拡散用途においてよく機能する。このように本
発明は主に、鏡面表面へのレンジを測定するための方法
および装置に関するが、光源の適当なパワー増加と共に
拡散用途にも機能する。

第３図によれば、本発明の１つの実施例に基づ３ ４ いて三角測量センサ２４が概して光サブシステム２６．
１以上のセンサヘッド２８およびレシーブサブシステム
３０から成ることがわかる。光源サブシステム２６は、
光源３２、この光源３２を光学繊維３６に供給するため
の手段３４、繊維３６に供給される光のレベルを調節す
る手段３８、光源３２により供給される光のビームをほ
ぼ均一の強度および周波数の複数のビームに分ける手段
４０、そしてビーム分割手段４０を１つ以上のセンサヘ
ッド２８に結合する手段４２を含む。

光源３２は、好ましくはレーザを含み、そしてさらに好
ましくは単色の光の可視ビームＢを供給するレーザを含
む。本発明の好ましい実施例において、光源３２は従来
のＨｅ−Ｎｅレーザを含む。レーザによって供給される
光の可視性は、光学素子の設定および繊維を容易にし、
一方その単色性は、適切なフィルタの使用によって検出
端における周囲の光の非常に良い排除を提供する。Ｈｅ
　−Ｎｅレーザは好ましくは光源３２であるが、そのよ
うな光源３２によって供給された光のビームＢが単色て
あり、そして好ましくは可視であるならば、本発明は、
レーザダイオードまたは発光ダイオードを使用して実施
できることは理解されよう。

結合手段３４は、好ましくは繊維３６にそこから供給さ
れた光の焦点を絞るためにレーザ３２の前に搭載される
レンズのような、あらゆる従来のレーザ繊維カプラを含
む。レーザダイオードが光源３２として利用される場合
において、「ピグテーリング」として知られている一般
の技術を使うことによっても、すなわち繊維３６がレー
ザダイオードに直接取り付けられる場合において結合手
段３４は達成され得る。

繊維３Ｂは、光源３２によって供給された光を１つ以上
ののセンサヘッド２８に導くために使われる。

好ましくは、繊維３６は、光源３２の波長における単一
モードである繊維から成る。マルチモード繊維が使われ
るならば、繊維の曲がりがモード間の光のパワー分布を
変化させ、それによって光のスポットＬの形状を変化さ
せてレンジ誤差を引起す。

しかしながら単一繊維では、光のパワー分布、従ってス
ポットＬの形状は、わずか１つの伝導モードであるのみ
なので、繊維の曲がりから独立している。

本発明の他の重要な側面によれば、光源サブシステム２
６は、単一モード繊維３６を使うことによって角度をも
って固定されたソースになる。すなわち、レーザからの
光のビームの角度は、ミリラジアンの十分の−によって
ゆっくりと変化し得る。

第１図および第２図から容易に明白であるように、その
ような角度の変化によって、光スポットＬは表面Ｓ上を
横へ動き、表面の動きの誤検出を生じさせる。しかしな
がら、単一モード繊維３６において、クロス区分された
パワーそのような繊維３６のコアにおける光の断面パワ
ー分布は、繊維中の数センチの進行の後に完全に固定さ
れ、それによって出力ビームＢの断面形状を入力特性か
ら独立した状態にする。このように、単一モード繊維３
６を使うことによって、システム２４は、はとんどの三
角測量ゲージに存在する較正ドリフトの主なソースを除
去するために光源３２からの角度変化に対する感度を下
げられる。

本発明の好ましい実施例によれば、繊維３６に供給され
る光のレベルを調節するための手段３８は、減衰器を含
み、そしてさらに好ましくは、可変ギャップタイプまた
は可変的にブロックされた拡大ビームタイプ（双方共が
従来のものでありかつ容易に手に入る）のいずれかの可
変減衰器を含む。

ビーム分割手段は、入力繊維３６から光を受け入れるビ
ームスプリッタを含み、そして、そのような光を１つ以
上のセンサヘッド２８の各々に等しく分配する。そのよ
うなビームスプリッタは、１つの光源が全てのセンサヘ
ッド２８によって共有されることを許し、それによって
システム２４のサイズ、複雑さおよびコストが減少され
る。さらに、それが繊維３６からクラツド光を除去する
ので、ビームスプリッタの使用は、重要な光学的利点が
ある。

当業者には理解できようが、クラツド光とは繊維コアの
外側を進行する光のことである。この光は緩く縛られ、
そして通常、数百のメータで意味をなさない程度にまで
減衰される。しかしながら７ ８ はんの数メータの繊維が使われている現在の用途におい
て、クラツド光は、重要性を維持し、そして光スポット
Ｌ上の曲がりに敏感な空間ノイズの重ね合せを生じさせ
る。そのようなビーム分割手段４０を繊維経路内に配置
することによってこのクラツド光が除去される。さらに
、ビームスプリッタを使うことによって空間のノイズお
よび従って測定されたレンジにおける変動が、桁のオー
ダで減少されるということが経験的に分かった。

結合手段４２は、センサヘッド２８か用途および維持に
とって必要なように変えられおよび／または交換される
ようなモジュール設計を可能にするコネクタを含む。本
発明の好ましい実施例によれば、そのような結合手段４
２は、単一モードコネクタが適当であるが、従来のＦＣ
タイプコネクタがら構成される。

前述したように、１つ以上のセンサヘッド２８の各々は
、好ましくは強化被覆４４によって保護された対応する
繊維３６によって光源サブシステム２６に接続されてい
る。このように繊維３６は、光が適当なレンズ手段４６
によって集められるセンサヘッド２８に光源サブシステ
ム２６からの光を中継する。そのようなレンズは、標準
の光学がその変わりに使われるであろうが、４６がこの
発明のやがて好まれた具体化に従って勾配インデックス
、またはｒＧＲＩＮＪレンズを含むことを意味する。本
発明による好ましい実施例によれば、そのようなレンズ
手段４６は、標準光学素子がその代わりに使用できるが
、屈折率分布型レンズまたは“グリシ（ＧＲＩＮ）”レ
ンズから成る。レンズ手段４６によっＣ集められた光は
、その後ビームＢとして投射され、最終的には表面Ｓ上
に光のスポットＬを形成する。

表面Ｓから後方散乱された光Ｂ′は次に、レンズ４６と
動作関係にあってセンサヘッド２８に配された他のレン
ズ手段４８によって集められ、これも強化された被覆に
よって保護されたコヒーレント束５０の入力面上に像Ｌ
′を形成する。第２図に関して述べたように、レンズ手
段４８のレンズ収差は、Ｌ′の位置がＬにおけるレンジ
変化とならない表面Ｓの角度または状態の変化によって
不変であるようになされるべきである。従って、最少の
球面収差およびフィールド曲率の特定の要件は、適切な
レンズ設計によって適宜溝たされる一方、最少コア　（
ｍｉｎｉｍｕｍ　ｃｏｍａ）の要件は、光スポットＬが
レンズ手段４８の光軸上またはその近くに配されるよう
にレンズ手段４８を位置決めすることによって満たされ
る。

各コヒーレント束５０は、そのそれぞれのレンズ手段４
８によって形成された像Ｌ′を集める。しかしながら本
発明の他の重要な側面によれば、コヒーレント束５０の
入力面、すなわち画像Ｌ′が形成される所は、レンズ手
段４８に平行ではなく、前述したｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕ
ｇ平面にある。コヒーレント束５０の入力面の特定の配
置については第４ａ図および第４ｂ図を参照しながら詳
述する。

まず第４ａ図を参照すると、標準のコヒーレント束５０
が示されている。すなわち、そのような標準コヒーレン
ト束５０を使用する場合、その入力面を内含される繊維
Ｆの光軸に垂直にし、第２図のＰ′に沿って配し、ビー
ムＢ′を、繊維Ｆによってガイドされるには大き過ぎる
角度で入力面に入射できる。第４ａ図において示される
ように、ビームＢ′が標準コヒーレント束５０に導かれ
るとしてもエネルギーは、そのようなコヒーレント束５
０の曲がりに対してもっと敏感な緩く束ねられたより大
きいモード中を進行する。

しかしながら、第４ａ図を参照するとこの非ガイド／ゆ
るくガイドされた状態は、繊維軸に垂直でない入力面を
有するコヒーレント束５０を利用することによって、本
発明のもう１つの重要な側面に従って解決される。第４
ｂ図において示されるように、繊維Ｆか入力面に対して
適切な角度を有している場合、入力面の空気／ガラス界
面で屈折後、それらの繊維ＦはＢ′に平行かまたは平行
にほぼ近くなる。言いかえれば、第４ｂ図において示さ
れる束５０の入力面の非垂直の側面は、Ｂ′がこれらの
繊維Ｆの受入れ錐体内にあるように繊維Ｆの開口数をゆ
がめる。

コヒーレント束５０へ入ると、像Ｌ′は、センサヘッド
２８から遠く隔たって位置する受容端３０へ導１ ２ かれる。コヒーレント束５０の出力端で、Ｌ′からの光
は、第３のレンズ手段５２によって集められそして、適
当な検出器手段５４上の像Ｌ′として再形成される。本
発明の好ましい実施例によれば、フィルタ５６は、コヒ
ーレント束５０によって集められるあらゆる周囲光を除
去するために、レンズ手段５２を含む一対のレンズの間
に置かれる。

リレーＬ′と共にそのようなレンズ５２を利用する代替
アプローチは、直接コヒーレント束５０の出力端に検出
器５４を突き出すことである。そのよううな形状は、明
ら′）１に設計の簡素性およびサイズのコンバク斗さの
利点を持つ。しかしながら、コヒーレント束５０の出力
端を検出器５４に直接結合することは技術的に困難で高
価なだけでなく、フィルタ５６のようなフィルタのため
の空間を残さず、周囲光に対してさらに敏感なシステム
となる。

検出器５４の目的は、像りを集めること、検出器５４上
の像Ｌ′の相対位置を表わす信号を伝えることである。

従って検出器５４は、直線配列、領域配列またはビデオ
管を適宜含む。例えばガラスのような透明な対象の測定
を含む用途において、そのような透明な対象の内部また
は後部表面は、検出器５４上の像りに加えて像を生じさ
せる。このり理由のために、アレイセンサが透明な対象
の内部或いは後部表面によって作られたそれらの付加的
像からＬ′を区別し得るので、各検出器５４は、好まし
くは別個のアレイセンサを含む。さらに、これらの付加
的像の位置を測定し、そしてそれらをＬ′の位置と比較
することによって、透明な対象の厚さが推定され得る。

一方、レンジング用途が不透明な対象、または十分に均
一厚い透明な対象を包含し、それによってＬ′の他の像
が検出器５４上に形成されないならば、検出器５４はア
ナログ位置感応ダイオード（ＰＳＤ）から構成されても
よい。

それらのアナログ的性質によってわずかな量の較正ドリ
フトを導入し得るが、そのようなＰＳＤは、エレクトロ
ニクスの簡素性およびスピードにおいて重要な利点を提
供する。

検出の後、中継された像りに起因する信号は、従来の信
号処理エレクトロニクス５８によって調整され、増幅さ
れ、そしてデジタル化される。デジタル化された像は、
検出器５４上にＬ′の横同士の位置の第１の見積りを提
供するために、プロセッサ６０へ移される。この位置を
見積るための手段は、公知である。見積るためのそのよ
うな手段の例は米国特許箱４，６５８，３８８号および
第４，７０８，４８３号に記載されており、双方共が参
照のためここに組み込まれている。Ｌ′の横同士の位置
が見積られた後で、プロセッサ６０は、多項式またはロ
ックアツプテーブルとしてプロセッサ６０に記憶された
既知の距離と位置の関係を用いて、表面Ｓへのレンジを
推定する。

第５図を参照すると、受容端３０の他の形状が示されて
いる。そのような形状において、複数のコヒーレント束
６２の出力端は相互の隣に置かれ、そしてレンズ６４に
よって、共有された検出器６６まで共に中、継される。

第３図に示される受容端３０を有する場合と同様に、コ
ヒーレント束６２の出力端は検出器６６と直接結合され
てもよい。いずれにせよ、そのような共有された形状は
、例えば検出器５４゜信号処理エレクトロニクス５８お
よびプロセッサ６０として必要とされるエレクトロニク
スの量を十分に減少し得る。それにによって、コスト、
サイズおよび頑丈さの利点を提供する。

第３，４および５図に示されるように、センサヘッド２
８は、単一のレンジポイントでレンジを測定する。しか
しながら第６図を参照すると、センサヘッド７０．７２
．７４の配列６８は、テレビパネルＰＬのような対象の
曲率を特徴付けるため、本発明に利用できる。そのよう
な実施例においてテレビパネルＰＬは、センサヘッド７
０．７２．７４がそれに対して並置されるところの１つ
の軸に沿って特徴付けられる。少くとも３つのセンサヘ
ッド７０，７２．７４は、第１の繊維光学手段（好まし
くは単一モード光学繊維７６の形態）によって、遠方に
配される光源７８に、そして第２の繊維光学手段８０に
よって受容端８２に光学的に結合される。

第６図に示されるように、センサヘッドの１つセンサヘ
ッド７２は、他の２つのセンサヘッド７０および７４の
間に等距離で考慮の下、単一軸に平行に５ ６ 配置される。従って、各々のセンサは７０．７２および
７４は、パネルＰＬ上の与えられるポイントへのレンジ
を測定すべく適合される。センサヘッド７２によって決
定されたレンジからセンサヘッド７０および７４の平均
レンジを感じることにより、ジオプトリーレンジのコン
タクティング技術で公知のように、パネルＰＬの全体曲
率を特徴づける１つの数値が与えられる。

２つの次元に沿ったパネルＰＬの曲率を特徴づけるため
、センサヘッド７０．７４と共心線上に配されていない
図示されない第３の基準センサヘッドが、基準面を規定
するために加えられなければならない。パネルＰＬのよ
うな表面の曲率のさらに完全な特徴付けは、スペースが
許す限り多くの付加的センサヘッドを使うことによって
本発明により達成される。

１つの走査センサヘッドは、表面の曲率の特性を示すだ
に代替装置として使われる。しかしながら、同時にセン
サヘッドの複数を利用することは、製造ラインにおける
そのような装置の配置と合致する多数の利益を産み出す
。まず、機械的な走行時間が本発明に基づく装置および
方法に関連していないので、そのような装置は、非常に
迅速にレンジデータを獲得し得る（典型的に１秒未満）
。

従って、この装置は、典型的な製造のラインスピードに
ついていくことが可能である。２番目に、同時にデータ
全てが獲得されるので、表面のあらゆる動きは、対象の
動きを止めるように思われる。

ストロボ光のそれと同様の方法で凍結し得る。最終的に
、センサヘッドの複数の利用する装置は、従来の三角測
量ゲージに関連するトランスレーションステージおよび
他の動作部分の使用を回避し、それによって、ガラス製
造工程のような極めて困難な環境に生じる維持上の不利
益を回避する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の光学手段を利用する三角測量の１つの
既知の方法を示す略図、 第２図は、鏡面構成において採用された三角測量センサ
の略図、 第３図は、本発明の１つの実施例による三角測量センサ
の詳細を示す図、 第４ａ図および第４ｂ図は、束による像のガイドを容易
にする、コヒーレント束の入力面に対する繊維の曲がり
を示す図、 第５図は、本発明の他の実施例による、多数のコヒーレ
ント束が共通の検出器を共用する代替検出端機構を示す
図、そして、 第６図は、測定されるべき考慮の下の表面曲率を可能に
する簡単な多数センサヘッド機構を示す図である。 １０、３２・・・光源　　　　　　５１１１表面Ｌ表面
・光のスポット ２８、７０．７２．７４・・・センサヘッドＬ′・・・
像 １４、２２．５４．６６・・・検出器　１６・・・光学
繊維５０・・・コヒーレント束 ９ ＦＩＧ、　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光の源と； 前記光源に結合され、前記光のビームを対象表面に向っ
   て投射して該表面に光のスポットを形成する第１の繊維
   光学手段と； 前記第１の繊維光学手段および前記対象と機能的作用関
   係にあり、前記対象から前記光のスポットの像を受け取
   る第２の繊維光学手段と； 前記第２の繊維光学手段と機能的に関連し、位置検出手
   段上における前記像の位置によって前記光のスポットに
   近い前記対象をレンジングする前記位置検出手段とから
   成ることを特徴とする三角測量センサ装置。 ２）表面の曲率を決定する装置であって、 該装置は、 所定の波長を有する光の源と； 所定の基準軸に沿って前記表面に略平行に配された一対
   のセンサヘッドと； 前記基準軸に沿って配された少くとも１つの他のセンサ
   ヘッドとを含み、 前記各センサヘッドは前記光源に光学的に結合され、か
   つ前記各センサヘッドは前記光の焦点を合わせられたビ
   ームを前記表面に向って投射して光のスポットを形成す
   る第１の繊維光学手段と前記光のスポットの像を受け取
   る第２の繊維光学手段とを含み、 また前記装置は、 対応する前記第２の繊維光学手段を介して前記各センサ
   ヘッドと機能的に関連づけられた検出手段と； 前記検出手段に機能的に関連づけられ、対応する光のス
   ポットが形成される面におけるポイントへの前記各セン
   サヘッドのレンジを決定する第１の処理手段と； 前記第１の処理手段と機能的に関連づけられ、前記基準
   軸へのレンジを決定し、かつ前記少くとも１つの他のセ
   ンサヘッドによって決定されたレンジを前記基準軸に対
   して基準づけることによって前記表面の曲率を決定する
   第２の処理手段とを含むことを特徴とする装置。 ３）所定の平面について表面の曲率を決定する装置であ
   って、 該装置は、 光の源と； 前記表面に略平行な平面で非直線的に配された少くとも
   ３つのセンサヘッドと； 前記少くとも３つのセンサヘッドに対して機能的に配さ
   れた少くとも１つの付加的センサヘッドとを含み、 前記各センサヘッドは前記光源に結合され、かつ前記各
   センサヘッドは前記光の焦点を合わされたビームを前記
   表面に向って投射して光のスポットを形成する第１の繊
   維光学手段と前記光のスポットの像を受け取る第２の繊
   維光学手段とを含み、前記装置はまた、 対応する前記第２の繊維光学手段を介して前記各センサ
   ヘッドと機能的に関連づけられた検出手段と； 前記検出手段に機能的に関連づけられ、対応する光のス
   ポットが形成される前記表面におけるポイントへの前記
   各センサヘッドのレンジを決定する第１の処理手段と； 前記第１の処理手段と機能的に関連づけられ、前記平面
   へのレンジを決定し、かつ前記少くとも１つの付加的セ
   ンサヘッドによって決定されたレンジを前記平面に対し
   て基準づけることによって前記表面の曲率を決定する第
   ２の処理手段とを含むことを特徴とする装置。 ４）前記光が単色光またはレーザから成ることを特徴と
   する請求項１，２または３記載の装置。 ５）前記光が所定の波長を有し、そして 前記第１の繊維光学手段が、 前記所定の波長において動作するよう適合された単一モ
   ード光学繊維と、 前記単一モード光学繊維に結合され、前記光源からの前
   記光をコリメートする手段とから成ることを特徴とする
   請求項１，２または３記載の装置。 ６）前記コリメート手段がグレーデッドインデックスレ
   ンズから成ることを特徴とする請求項５記載の装置。 ７）前記第２の繊維光学手段が、 入力面と出力面を有する光学繊維のコヒーレント束と、 前記光のスポットを前記コヒーレント束の入力面にイメ
   ージするレンズ手段とを含むことを特徴とする請求項１
   ，２または３記載の装置。 ８）前記コヒーレント束がコヒーレント直線束またはコ
   ヒーレント領域束から成ることを特徴とする請求項７記
   載の装置。 ９）前記位置検出手段がアナログ感知検出器から成るこ
   とを特徴とする請求項７記載の装置。 １０）前記位置検出手段が、 前記出力面で前記コヒーレント束に光学的に結合され、
   センサから対象への距離を表わす複数の信号を発する直
   線配列と、 前記直線配列からの信号を受けるために結合され、前記
   センサからの距離を決定しかつ表示する手段とを含むこ
   とを特徴とする請求項７記載の装置。 １１）前記位置検出手段が、 前記出力面で前記コヒーレント束に光学的に結合され、
   センサから対象への距離を表わす複数の信号を発する領
   域配列と、 前記領域配列からの信号を受けるために結合され、前記
   センサからの距離を決定しかつ表示する手段とを含むこ
   とを特徴とする請求項７記載の装置。 １２）前記コヒーレント束の入力面が前記レンズ手段の
   焦点面において所定の角度で形成され、それによってＳ
   ｃｈｅｉｍｐｔｌｕｇ条件を満たすことを特徴とする請
   求項７記載の装置。 １３）前記コヒーレント束の出力面が前記位置検出手段
   に直接結合されていることを特徴とする請求項７記載の
   装置。 １４）前記コヒーレント束の出力面が、前記コヒーレン
   ト束の出力面で光軸に垂直に配されたコリメートレンズ
   を介して前記位置検出手段に光学的に結合されており、
   レーザラインフィルタが前記コリメートレンズからの像
   を受け取るために結合され、そして再焦点合せレンズが
   前記像を前記検出手段上に焦点合せすることを特徴とす
   る請求項７記載の装置。 １５）複数のコヒーレンス束の出力端が互いに隣接して
   配され、そしてレンズによって共用検出器に中継される
   か、あるいは前記出力端が直接共用検出器に結合される
   ことを特徴とする請求項１〜１４いずれか１項記載の装
   置。