JPH0552523A - 光学式寸法測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ポリゴンミラーを用いた光学式寸法測定器にお
いて、高価なｆθレンズを使用することなく、等角速度
で走査される光ビームを平行に走査される光ビームに変
換可能とする。 【構成】放物面鏡Ｍよりなる偏向用光学系の焦点位置近
傍にポリゴンミラー３を配置した。 【効果】光ビームを平行に走査させるために、ｆθレン
ズなどの高価な光学部品を使う必要がなくなり、コスト
ダウンを図れる。また、放物面鏡Ｍは反射光学系なの
で、透過光学系では用いにくいプラスチックなどでも製
作が可能であり、更にコストダウンが図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光線のような
光ビームを用いて被測定物の寸法を測定するための光学
式寸法測定器に関するものであり、例えば、工場のライ
ンを流れる製品の外径を非接触的に測定する用途に利用
されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式寸法測定器の概略構成を図
４に示す。この測定器では、半導体レーザー１から射出
された光ビームがコリメートレンズ２を通してポリゴン
ミラー３に送られる。ポリゴンミラー３の反射面はｆθ
レンズ４の焦点位置近傍に配置されている。ポリゴンミ
ラー３により反射された光ビームはｆθレンズ４を通過
し、光軸に対して平行な進行方向を持つ光線に偏向され
る。このｆθレンズ４は光軸に対する入射角度θに対し
て、射出位置がθに比例するレンズである。その結果、
ポリゴンミラー３の等角速度回転に対応して、光軸に垂
直に等速度で走査される光ビームが形成される。ｆθレ
ンズ４から射出された等速度走査ビームは被測定物５の
寸法に比例する時間間隔だけ遮られ、集光レンズ６を経
てフォトダイオードのような受光素子７に入射する。ま
た、ｆθレンズ４の側部には同期信号を得るための受光
素子８が配置されている。各受光素子７，８からの受光
信号は、信号処理回路系９で信号処理される。信号処理
回路系９は、同期信号用の受光素子８からの受光信号を
波形整形する波形整形回路９１と、寸法測定用の受光素
子７からの受光信号の立ち上がりや立ち下がりを検出す
るエッジ検出回路９２と、エッジ検出された受光信号を
２値化するためのラッチ回路９３と、一定周期のクロッ
クパルスを発生するクロック発生回路９４と、ラッチ回
路９３の出力が１又は０の一方の値である期間のクロッ
クパルスを計数するカウンタ回路９５とから構成されて
いる。この信号処理回路系９では、光ビームが被測定物
５に遮られた瞬間をエッジ検出回路９２により高精度に
検出し、検出されたエッジ間の時間をクロックパルスを
用いて計測するものである。光ビームの走査速度は既知
であるので、クロックパルスをカウンタ回路９５で計数
することにより被測定物５の遮られた部分の寸法（外径
など）が測定されることになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来例において
は、ポリゴンミラー３から射出された等角速度の光ビー
ムを等速度で平行に走査される光ビームに偏向するため
にｆθレンズ４を使用している。このｆθレンズは、光
軸に対する入射角度θに対して、射出位置がθに比例す
るレンズであり、非常に高価である。このため、ｆθレ
ンズが測定器のコストに占める割合が大きく、測定器の
コストを高くしていた。

【０００４】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、ポリゴンミラーを
用いた光学式寸法測定器において、高価なｆθレンズを
使用することなく、等角速度で走査される光ビームを平
行に走査される光ビームに変換可能とすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の光学式寸法測定
器にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示
すように、光ビームを等角速度で走査するためのポリゴ
ンミラー３と、等角速度で走査された光ビームを平行な
走査に偏向するための偏向用光学系と、平行に走査され
る光ビーム中に配置される被測定物５と、被測定物５で
遮光されなかった光ビームを集光する受光用光学系と、
受光用光学系の集光点に配置された受光素子７と、受光
素子７の受光信号に基づいて被測定物５の寸法を出力す
る信号処理回路系とを備える光学式寸法測定器におい
て、前記偏向用光学系は放物面鏡Ｍよりなり、前記ポリ
ゴンミラー３は前記放物面鏡Ｍの焦点位置近傍に配置さ
れていることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明にあっては、放物面鏡Ｍよりなる偏向用
光学系の焦点位置近傍にポリゴンミラー３を配置したの
で、光ビームを進行方向とは垂直方向に平行に走査させ
ることができる。したがって、ｆθレンズなどの高価な
光学部品を使う必要がなくなり、コストダウンを図るこ
とができる。また、放物面鏡Ｍは反射光学系なので、環
境の変化で屈折率の変動が激しく、透過光学系では用い
にくいプラスチックなどでも製作が可能であり、更にコ
ストダウンが図れるものである。

【０００７】

【実施例】図１は本発明を適用した光学式寸法測定器の
概略構成を示している。この測定器では、軸外し放物面
鏡Ｍを使用している。半導体レーザー１から出た光は、
コリメートレンズ２によって平行光線に変換される。こ
の平行光線はポリゴンミラー３に入射し、ポリゴンミラ
ー３の等速度回転に応じて光ビームは等角速度で走査さ
れる。コリメートされたレーザー光がポリゴンミラー３
に当たる位置に軸外し放物面鏡Ｍの焦点が置かれてい
る。このため、ポリゴンミラー３によって走査された光
は放物面鏡Ｍによって光軸と平行に射出される。放物面
鏡Ｍから射出された光は、進行方向と垂直方向に平行に
走査され、受光レンズ６を通って受光素子７に入射され
る。被測定物５の存在する箇所では、光が遮断されるの
で、その箇所では受光素子７に光が入らない。この光の
遮断時間を計測することで被測定物５の外径を求める。

【０００８】図２は本発明の動作波形図である。図２
（ａ）は同期用の受光素子８からの受光出力波形であ
る。図２（ｂ）は測定用の受光素子７からの受光出力波
形である。Ｔ０は同期用の受光素子８に光が入射した時
間、Ｔ１は受光素子７に光が入射した時間、Ｔ２は被測
定物５による光の遮断が開始した時間、Ｔ３は被測定物
５による光の遮断が終了した時間、Ｔ４は受光素子７へ
の光の入射が終了した時間である。図１に示した光学系
では、放物面鏡Ｍをポリゴンミラー３に近い位置で反射
した光は走査速度が速く、ポリゴンミラー３から遠い位
置で反射するほど光の走査速度は遅くなる。この走査時
間と走査位置の関係を図３に示す。図３では、横軸の右
側ほどポリゴンミラー３から遠い位置になる。この図３
に示す関係は、実験及びシミュレーションで予め求めて
おくものである。そして、受光素子７から走査時間Ｔ
２，Ｔ３に関する情報が得られると、図３のグラフから
対応する走査位置Ｐ２，Ｐ３を補正回路９６により算出
し、被測定物５の外径を（Ｐ３−Ｐ２）で算出するもの
である。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、ポリゴンミラーにより
等角速度で走査される光ビームを用いて被測定物の寸法
を測定するための光学式寸法測定器において、ポリゴン
ミラーを焦点位置近傍に配置した放物面鏡を備えるもの
であるから、高価なｆθレンズを用いることなく、平行
に走査される光ビームを得ることができ、測定器のコス
トを低減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた光学式寸法測定器の概略構成図
である。

【図２】本発明の動作説明のための波形図である。

【図３】本発明の動作説明のための説明図である。

【図４】従来のレーザー外径測定器の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体レーザー ２ コリメートレンズ ３ ポリゴンミラー ４ ｆθレンズ Ｍ 放物面鏡 ５ 被測定物 ６ 集光レンズ ７ 受光素子 ８ 受光素子 ９ 信号処理回路系 ９１ 波形整形回路 ９２ エッジ検出回路 ９３ ラッチ回路 ９４ クロック発生回路 ９５ カウンタ回路 ９６ 補正回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを等角速度で走査するための
   ポリゴンミラーと、等角速度で走査された光ビームを平
   行な走査に偏向するための偏向用光学系と、平行に走査
   される光ビーム中に配置される被測定物と、被測定物で
   遮光されなかった光ビームを集光する受光用光学系と、
   受光用光学系の集光点に配置された受光素子と、受光素
   子の受光信号に基づいて被測定物の寸法を出力する信号
   処理回路系とを備える光学式寸法測定器において、前記
   偏向用光学系は放物面鏡よりなり、前記ポリゴンミラー
   は前記放物面鏡の焦点位置近傍に配置されていることを
   特徴とする光学式寸法測定器。