JPH0418762B2 - - 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
走査光線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、回転走査光線ビーム（レーザビーム）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光線ビームに変換
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
光線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４図に示す如く、レーザ管１
０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
て回転走査光線ビーム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
査光線ビーム２０に変換し、この平行走査光線ビ
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
行走査光線ビーム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、ゲート回路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３６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３４出力と同期して正弦波を発生する同
期正弦波発振器４０及びパワーアンプ４２の出力
により同期駆動されている同期モータ４４によ
り、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レーザ測長機は、依動
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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のような高速度走査型レー
ザ測長機における多角形回転ミラーを駆動する同
期モータは、一般的には短周期の変動（一回転以
内の変動）及び長周期の変動があり、前者はフラ
イホイールを設けることにより除去することが容
易であるが、後者の長周期の変動を除去すること
は困難であつた。

これに対しては、ヒステリシスシンクロナスモ
ータやTLL制御によるDCモータを使用すること
も考えられるが、この場合はコストが大幅に増大
してしまうという問題点がある。

これに対して、第４図に示されるように、平行
走査ビーム２０の中に一対のピン２１，２１を配
置し、この一対のピン２１，２１の間の実測値及
び測定値の比から、モータの回転をモニタしてこ
れを補正するようにしたものがある。

又、第４図において２点鎖線で示されるよう
に、回転走査ビーム１７の走査方向両端近傍位置
に一対の光電変換器２３，２３を設け、これらの
光電変換器から出力信号の立ち上がり又は立ち下
がり間の時間に基づく測定値と、これらの光電変
換器間の実測値との比からモータの回転をモニタ
して測定値を補正するようにしたものがある。

しかしながら、これらはいずれも、走査ビーム
の径が大きい個所で走査ビームが一対のピン２
１，２１あるいは一対の光電変換器２３，２３を
走査するようになつているために、これらのエツ
ジ検出精度が低く、このため測定回数を多くして
平均化による測定精度の向上を計らざるを得ない
という問題点がある。

又、一対の光電変換器を利用した場合は、これ
ら一対の光電変換器の感度のドリフト及びアンプ
系のドリフトが測定精度を悪化させるという問題
点がある。

〔発明の目的〕

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、測定回数を増大したりすることな
く、測定精度を向上させ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多角形回転ミラ
ー、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の明
暗を検出する光電変換器とを有し、平行走査ビー
ム発生装置と前記光電変換器の間に配置した被測
定物によつて前記平行走査光線ビームの一部が遮
られて生じる暗部又は明部の時間の長さをカウン
ターを介して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
多角形回転ミラーと前記被測定物との間の位置
で、前記回転走査ビーム及び平行走査ビームの一
方の走査領域内の走査方向両端近傍に配置され、
且つ走査ビームを同一点に向けて反射するように
傾けられた２個の反射鏡と、前記同一点に配置さ
れ、該２個の反射鏡からの反射光を受光し、受光
量に応じた電気信号を出力する第２の光電変換器
と、この第２の光電変換器の出力信号に基づき、
前記２個の反射鏡間の距離に対応した参照データ
をとる第２のカウンタと、前記２個の反射鏡間の
走査ビームの走査方向の実測距離に基づくキヤリ
ブレーシヨンデータと前記第２のカウンタで得ら
れた参照データとの比から、前記カウンタで得ら
れた計測データを修正する補正手段と、を設ける
ことにより上記目的を達成するものである。

又この発明は、前記第２の光電変換器を、前記
２個の反射鏡を経由しての前記コリメータレンズ
からの光学的距離が、該コリメータレンズの焦点
距離ｆと等価の位置に配置することにより上記目
的を達成するものである。

又、この発明は、前記２個の反射鏡の走査ビー
ム進行方向の位置を、前記コリメータレンズと被
測定物の間とすることにより上記目的を達成する
ものである。

〔作用〕

この発明において、測定値の補正を行うための
信号を得る一対の反射鏡は同一の光電変換器に走
査ビームを反射して、該同一の光電変換器から補
正用の信号を得るようにしているので、一対の光
電変換器を利用した場合と比較して、光電変換器
の感度のドリフト、アンプ系のドリフトの影響を
受けることなく、測定精度を向上させることがで
きる。

又、補正用の第２の光電変換器の位置をコリメ
ータレンズに対して該コリメータレンズの焦点距
離ｆの位置と光学的に等価の位置に配置すること
により、走査ビームの最も絞られた個所で、該走
査ビームが光電変換器に第２の光電変換器入力さ
れ、従つて高い精度でエツジ検出を行うことがで
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。

この実施例は、第１図及び第２図に示されるよ
うに、ビーム発生器５０からの入射ビーム５２を
反射して回転走査ビーム５４とする多角形回転ミ
ラー５６、該回転走査ビーム５４を平行走査ビー
ム５８とするコリメータレンズ６０、を含む平行
走査ビーム発生装置と、被測定物６２を通過した
前記平行走査ビームの明暗を検出する光電変換器
６４とを有し、平行走査ビーム発生装置と前記光
電変換器６４の間に配置した被測定物６２によつ
て前記平行走査ビーム５４の一部が遮られて生じ
る暗部又は明部の時間の長さをカウンター６６を
介して検出して被測定物６２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、前記多
角形回転ミラー５６と前記被測定物６２との間の
位置に、前記平行走査ビーム５８による走査方向
に離間して該平行走査ビーム５８内の走査方向両
端に配置され、且つ平行走査ビーム５８を同一点
に向けて反射するように傾けられた２個の反射鏡
６８Ａ，６８Ｂと、前記同一点に配置され、該２
個の反射鏡６８Ａ，６８Ｂからの反射光を受光
し、受光量に応じた電気信号を出力する第２の光
電変換器７０と、この第２の光電変換器７０の出
力信号に基づき、前記２個の反射鏡間６８Ａ，６
８Ｂの距離に対応した参照データをとる第２のカ
ウンタ７２と、前記２個の反射鏡６８Ａ，６８Ｂ
間の平行走査ビーム５８の走査方向の実測距離に
基づくキヤリブレーシヨンデータと前記第２のカ
ウンタ７２で得られた参照データとの比から、前
記カウンタ７２で得られた計測データを修正する
補正手段７４と、を設けたものである。

前記第２の光電変換器７０は、前記２個の反射
鏡６８Ａ，６８Ｂを経由しての前記コリメータレ
ンズ６０からの光学的距離が、該コリメータレン
ズ６０の焦点距離ｆと等価の位置に配置されてい
る。

又、前記２個の反射鏡６８Ａ，６８Ｂの走査ビ
ーム進行方向の位置は、前記コリメータレンズ６
０と被測定物６２との間とされている。第１図の
符号５１はビーム発生器５０により発生された入
射ビーム５２を多角形回転ミラー５６方向に反射
する固定ミラー、６１は集光レンズを示す。

前記光電変換器６４及び第２の光電変換器７０
からの出力信号を処理する回路は次のように構成
されている。

まず、光電変換器６４の出力側はアンプ７６を
介してエツジ検出回路７８に接続され、このエツ
ジ検出回路７８の出力側はセグメント選択回路８
０を介してANDゲート８２に接続されている。

このANDゲート８２の出力側は前記カウンタ
６６に接続され、このカウンタ６６の出力側は演
算装置（CPU）８４に接続されている。

又、前記第２の光電変換器７０の出力側も、光
電変換器６４と同様に、アンプ８６、エツジ検出
回路８８、セグメント選択回路９０、ANDゲー
ト９２を介して前記第２のカウンタ７２に接続さ
れている。

この第２のカウンタ７２は前記演算装置８４に
接続されている。

前記２つのANDゲート８２及び９２には、ク
ロツクパルス発振器９４からのクロツクパルス
CPが入力されるようになつている。

又このクロツクパルス発振器９４は、同期正弦
波発振器９６及びモータドライバ９８を経て、前
記多角形回転ミラー５６を回転駆動するための同
期モータ１００に接続されている。

ここで前記エツジ検出回路７８は、光電変換器
６４の出力信号S₁から、平行走査ビーム５８が被
測定物９２を走査するときの暗部となるエツジを
検出してこれをセグメント選択回路８０に出力す
るようにされている。

セグメント選択回路８０は、エツジ検出回路７
８からのエツジ検出信号の間、即ち被測定物６２
によつて生じる単数又は複数の予め設定された暗
部に相当する時間ｔの間ANDゲート８２を開く
信号を出力するようにされている。

又、前記エツジ検出回路８８は、平行走査ビー
ム１８が反射鏡６８Ａを照射し、且つ６８Ｂを照
射することによつて、生じる第２の光電変換器７
０の出力信号S₂の２つの立ち上がりを検出し、こ
れをセグメント選択回路９０に出力するものであ
る。

セグメント選択回路９０はエツジ検出回路８８
からの１回目の立ち上がり信号と２回目の立ち上
がり信号との間の時間の間だけANDゲート９２
を開くための信号を発生してこれをANDゲート
９２に出力するようにされている。

前記ANDゲート８２及び９２は、対応するセ
グメント選択回路８０及び９０からゲート信号が
出力されている間、クロツクパルス発振器９４か
らのクロツクパルスCPを対応するカウンタ６６
及び第２のカウンタ７２に出力するものである。

これらカウンタ６６及び第２のカウンタ７２は
ANDゲート８２及び９２が開かれている間クロ
ツクパルス発振器９４からのパルス信号の数をカ
ウントしてこれを前記演算装置８４に出力するよ
うにされている。

第１図の符号１０２Ａ及び１０２Ｂはタイミン
グ用光電変換器を示し、これらはコリメータレン
ズ６０の両外側に接近して配置され、コリメータ
レンズ６０に入射する回転走査ビーム５４の基端
及び終端を検出することによつて、タイミング信
号R_S1，R_S2を出力し、演算装置８４の作動タイミ
ングを設定するものである。

この演算装置８４は、前記補正手段７４を含
み、該補正手段７４は前記一対の反射鏡６８Ａ，
６８Ｂ間の平行走査ビーム５８の走査方向の距離
（キヤリブレーシヨンデータ）をB₀、測定によつ
て、第２のカウンタ７２によつて得られた、前記
一対の反射鏡６８Ａ，６８Ｂ間の測定値をＢ、カ
ウンタ６６によつて得られた被測定物６２の走査
方向の寸法をＡとした場合、測定値Ａを補正し
て、被測定物６２の真の寸法A′を次の(1)式によ
つて演算するようにされている。

A′＝Ａ・（B₀／Ｂ） …(1) ここで第２図の符号１０４は第２の光電変換器
７０の表面に設けられたナイフエツジを示し、こ
のナイフエツジ１０４は第２の光電変換器７０の
端部が一定でない場合に、反射鏡６８Ａ，６８Ｂ
から入射する走査ビームによる出力信号の立ち上
がりを安定させるためのものである。

上記実施例においては、多角形回転ミラー５６
の１つの反射面による１回の平行走査ビーム５８
による走査毎に、光電変換器６４で得られた信号
に基づくカウンタ６６のカウント値Ａを、第２の
光電変換器７０で得られた信号に基づく第２のカ
ウンタ７２のカウント値Ｂ及び予め設定されてい
るB₀によつて補正された測定値A′を出力される
ので、多角形回転ミラー５６を駆動するための同
期モータ１００の短期及び長期の変動によつて
も、測定値に影響を受けることがない。

更に、上記実施例においては、第２の光電変換
器７０の、コリメータレンズ６０に対する光学的
距離は、該コリメータレンズ６０の焦点距離ｆに
等しい位置とされているので、該第２の光電変換
器７０に入射する平行走査ビーム５８の径は最小
となり、測定精度が向上される。

即ち、一般的に、平行走査ビーム５８の径は、
被測定物６２の位置で最小となるように設定され
ているので、第４図のように受光素子２３を置く
と、この位置ではビーム径が大きく、第３図の信
号S₂に相当する受光素子２３の信号の出力時間が
長くなる。

これに対して、上記実施例では、第２の光電変
換器７０は、ビーム径が最小の位置にあるので、
従来と比較して、信号S₂の出力時間が短くなる
（ビームによる第２の光電変換器７０の走査時間
が短くなる）。従つて、測定精度が向上する。

なお上記実施例において、反射鏡６８Ａ，６８
Ｂはコリメータレンズ６０と被測定物６２の間の
位置に配置されているが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、例えば回転走査ビーム５４の走
査域に配置するようにしてもよい。

更に、上記実施例は、第２の光電変換器７０の
表面にナイフエツジ１０４を設け、これによつて
該第２光電変換器７２の受光端部を整列させるよ
うにしているが、これは、ナイフエツジでなくて
も、受光面が一定の直線上になるものであればよ
い。

又、上記実施例は、反射鏡６８Ａ，６８Ｂから
直ちに第２の光電変換器７０に平行走査ビーム５
８が入射するようにしたものであるが、これは他
のミラーを介して入射されるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成したので、２つの反
射鏡から１つの第２の光電変換器に平行走査ビー
ムを反射して入射させるようにしたので、光電変
換器の感度ドリフト及びアンプ系のドリフトが生
じても、２つの反射鏡間の時間的幅に変化が生じ
ることがなく、従つて、該ドリフトによつて測定
精度が低下することを防止できるという優れた効
果を有する。

【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
を示すブロツク図、第２図は同実施例における反
射鏡と第２の光電変換器との関係を示す正面図、
第３図は同実施例装置における信号処理の過程を
示す線図、第４図は従来の光学式測定装置を示す
ブロツク図である。 ５０…ビーム発生器、５２…入射ビーム、５４
…回転走査ビーム、５６…多角形回転ミラー、５
８…平行走査ビーム、６０…コリメータレンズ、
６２…被測定物、６４…光電変換器、６８Ａ，６
８Ｂ…反射鏡、７０…第２の光電変換器、７２…
第２のカウンタ、７４…補正手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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多角形回転ミラー、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の明暗を検出する
   光電変換器とを有し、平行走査ビーム発生装置と
   前記光電変換器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カウンターを介して検出
   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、前記多角形回転ミラー
   と前記被測定物との間の位置で、前記回転走査ビ
   ーム及び平行走査ビームの一方の走査域内の走査
   方向両端近傍に配置され、且つ走査ビームを同一
   点に向けて反射するように傾けられた２個の反射
   鏡と、前記同一点に配置され、該２個の反射鏡か
   らの反射光を受光し、受光量に応じた電気信号を
   出力する第２の光電変換器と、この第２の光電変
   換器の出力信号に基づき、前記２個の反射鏡間の
   距離に対応した参照データをとる第２のカウンタ
   と、前記２個の反射鏡間の走査ビームの走査方向
   の実測距離に基づくキヤリブレーシヨンデータと
   前記第２のカウンタで得られた参照データとの比
   から、前記カウンタで得られた計測データを修正
   する補正手段と、を設けたことを特徴とする光学
   式測定装置。 ２ 前記第２の光電変換器を、前記２個の反射鏡
   を経由しての前記コリメータレンズからの光学的
   距離が、該コリメータレンズの焦点距離ｆと等価
   の位置に配置したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光学式測定装置。 ３ 前記２個の反射鏡の走査ビーム進行方向の位
   置を、前記コリメータレンズと被測定物の間とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の光学式測定装置。