JPH0552528A - 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、ポリゴンミラーの面数や回転速度をそのままとし
て、単位時間当たりの測定回数を増やす。 【構成】ポリゴンミラー３に異なった角度から複数本の
光ビームを入射させ、被測定物５を走査する光ビームの
本数を増やした。 【効果】単位時間当たりの測定回数を多くすることがで
き、測定時間の短縮が可能となる。

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、図６に示すようなレーザー外径測
定器が知られている。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から射出し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９５
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９４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９４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。以上の光
学系を用いると、ポリゴンミラー３の１回転に対して、
ポリゴンミラー３の面数分だけ被測定物５に光ビームを
走査させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来例では、被
測定物の寸法を測定する際に、外部からの振動や、レー
ザー出力の変動、ポリゴンミラーのジッターや面倒れ等
の影響で測定値が時間的に変動するため、測定値の統計
的処理が行われる。つまり、複数回の測定を行い、測定
値の平均や分散を求めることにより、測定値の信頼性を
高めるものである。そこで、単位時間に多数回の測定を
行うために、測定時間を短縮する必要がある。測定時間
を短くするためには、従来、ポリゴンミラーの面数を多
くする方法や、ポリゴンミラーの回転速度を上げる方法
等が提案されている。しかしながら、ポリゴンミラーの
面数は走査角度が決まっているため、余り多くできな
い。また、ポリゴンミラーの回転速度にも限界があるた
め、光の走査速度を速くすることも困難であり、測定回
数を増やすことができないという問題があった。

【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、ポリゴンミラーの面
数や回転速度をそのままとして、単位時間当たりの測定
回数を増やすことにある。

【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、光ビームを等角度走査するためのポリゴンミ
ラー３と、等角度走査された光ビームを等速度走査に変
換するためのＦθレンズ４のような偏向用光学系と、等
速度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受光する受光
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９とを備える光学式寸
法測定器において、ポリゴンミラー３に異なった角度か
ら複数本の光ビームを入射させる手段を備えることを特
徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明にあっては、ポリゴンミラー３に異なっ
た角度から複数本の光ビームを入射させ、被測定物５を
走査する光ビームの本数を増やすようにしたので、単位
時間当たりの測定回数を多くすることができ、測定時間
の短縮が可能となるものである。

【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。半導体レーザー１から射出され
たレーザー光は、コリメートレンズ２によってコリメー
トされ、ハーフミラー２１によって２つの光ビームＡ，
Ｂに分割される。第１の光ビームＡは、ハーフミラー２
１を透過して、ポリゴンミラー３に入射する。第２の光
ビームＢは、ハーフミラー２１で反射されて、別のミラ
ー２２で再度反射されて、ポリゴンミラー３に入射す
る。これら２つの光ビームＡ，Ｂは、ポリゴンミラー３
に別々の角度から入射するため、被測定物５を走査する
タイミングが異なる。その他の構成は、図６に示した従
来例と同じである。

【０００８】図２乃至図５は、ポリゴンミラー３に入射
する２つのビームＡ，Ｂの光路を示す説明図である。ま
ず、ポリゴンミラー３が図２に示すような角度にあると
する。このとき、ビームＡはポリゴンミラー３で反射し
た後、Ｆθレンズ４に入射することができる。しかし、
ビームＢは図２のようにＦθレンズ４に入射することが
できない。このようにして、ポリゴンミラー３の面が図
３に示す角度になるまで、ビームＡがＦθレンズ４に入
射することができ、１回目の測定が完了する。引き続
き、ポリゴンミラー３が回転して、図４に示すような角
度になったとする。このときは、ビームＢのみが、Ｆθ
レンズ４に入射することができる。そして、ポリゴンミ
ラー３が図５に示すような角度になるまで、ビームＢが
被測定物５を走査する。この段階で、２回目の測定が完
了する。このようにして、ポリゴンミラー３が１回転す
ることにより、面数の２倍の回数の測定ができる。

【０００９】なお、光ビームは可視光線に限定されるも
のではなく、赤外線であっても良い。また、半導体レー
ザーからの光ビームを分割する光学素子は、ハーフミラ
ーに限定されるものではなく、異方性結晶を用いても構
わない。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、ポリゴンミラーを用い
た光学式寸法測定器において、ポリゴンミラーに異なっ
た角度から複数本の光ビームを入射させる手段を備える
ものであるから、ポリゴンミラーの回転数や面数を増や
すことなく、簡単な方法で単位時間当たりの測定回数を
増やすことができ、測定時間の短縮が可能になるという
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】本発明の第１の動作を示す説明図である。

【図３】本発明の第２の動作を示す説明図である。

【図４】本発明の第３の動作を示す説明図である。

【図５】本発明の第４の動作を示す説明図である。

【図６】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 ２１ ハーフミラー ２２ ミラー ３ ポリゴンミラー ４ Ｆθレンズ 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 カウンタ回路 ９５ クロック発生回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを等角度走査するためのポリ
   ゴンミラーと、等角度走査された光ビームを等速度走査
   に変換するための偏向用光学系と、等速度走査される光
   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受光する受光素子と、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、ポリゴンミ
   ラーに異なった角度から複数本の光ビームを入射させる
   手段を備えることを特徴とする光学式寸法測定器。