JPH0791925A - 厚さ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周辺環境の影響を受けにくく、特殊な測定室
内で測定しなくても精度の高い測定ができる。 【構成】 レンズ３を載置する載置台４の上方および下
方にそれぞれ上下方向に移動自在に配置された上部検出
ユニット６および下部検出ユニット７は、レンズ３側に
向けて一定方向にレーザ光線を照射する発光素子２１、
３１と、この発光素子２１、３１からのレーザ光線の仮
想反射点の反射側近傍に先端部２７、３４が配置され、
この先端部２７、３４からレンズ３で反射されたレーザ
光線を導入して他端部に導く光ファイバ２５、３２と、
この光ファイバ２５、３２で導かれたレーザ光線を受光
する受光素子２６、３３とを備えている。したがって、
測定時には、各光ファイバ２５、３２がその各先端部２
７、３４からレンズ３で反射されたレーザ光線を導入し
て受光素子２６、３３に導くことができ、このため周辺
環境の影響を受けずに精度の高い測定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レンズなどの被測定
物の厚さを測定する厚さ測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レンズなどの被測定物の厚さを
測定する厚さ測定装置としては、ダイヤルゲージが広く
使用されている。ダイヤルゲージは、基準面上に載置さ
れた被測定物の上面に測定子を接触させることにより、
基準面に対する測定子の微小変位を歯車機構で拡大して
被測定物の厚さを測定するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダイヤルゲージでは、測定子が被測定物に直接接触
するため、被測定物の表面に傷を付けてしまうという問
題がある。このため、プラスチックレンズのような軟質
の被測定物には不向きである。そこで、最近では、超音
波や空気圧を利用して被測定物の厚さを非接触状態で測
定する測定装置が開発されている。しかし、このような
厚さ測定装置では、気温、湿度、気圧などの周辺環境の
影響を受けやすいため、環境が一定の測定室内で測定し
なければ、精度の高い測定ができないという問題があ
る。

【０００４】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、周辺環境の影響を受けにくく、特殊な測定室内で
測定しなくても精度の高い測定ができる厚さ測定装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、被測定物を載置する載置台と、この載
置台の上方に上下方向に移動自在に配置された検出ユニ
ットとを備え、検出ユニットは、被測定物側に向けて一
定方向に光線を照射する発光素子と、この発光素子から
の光線が反射される仮想反射点における反射側近傍に先
端部が配置され、この先端部から被測定物で反射された
光線を導入して他端部に導く光ファイバと、この光ファ
イバで導かれた光線を受光する受光素子とを有すること
を特徴とするものである。この厚さ測定装置による厚さ
測定の１例としては、請求項２に記載の如く、載置台の
上面を基準面とし、この基準面に対する検出ユニットの
原点を設定した後、載置台上に被測定物を載置して検出
ユニットを被測定物に向けて降下させ、発光素子からの
光線が被測定物で反射され、この反射された光線を光フ
ァイバを介して受光素子が受光することにより、検出ユ
ニットの原点から被測定物の上面における反射点までの
距離を測定し、この測定データに基づいて被測定物の厚
さを算出する。

【０００６】

【作用】この発明によれば、発光素子からの光線が反射
される仮想反射点における反射側近傍に光ファイバの先
端部を配置したので、測定時に発光素子からの光線が被
測定物で反射されると、この反射された光線を確実に光
ファイバの先端部から導入することができるとともに、
導入した光線を光ファイバによって確実に受光素子に導
くことができる。このため、受光素子が反射点から離れ
ていても周辺環境の影響を受けずに反射された光線を正
確に感知することができ、このため環境が一定の特殊な
測定室内で測定しなくても精度の高い測定ができる。こ
の場合、請求項３に記載の如く、載置台の上方に上部検
出ユニットを上下方向に移動自在に配置するとともに、
載置台の下方に下部検出ユニットを上下方向に移動自在
に配置し、載置台の被測定物が載置される個所に下部検
出ユニットが被測定物の下面を検出するための貫通孔を
設け、上部検出ユニットでその原点から被測定物の上面
までの距離、および下部検出ユニットでその原点から被
測定物の下面までの距離をそれぞれ測定するようにすれ
ば、メニスカスレンズなどのように表裏面が平行でない
曲面形状の被測定物でも精度の高い測定ができる。

【０００７】

【実施例】以下、図１〜図６を参照して、この発明の一
実施例を説明する。図１は厚さ測定装置の外観正面図で
ある。この厚さ測定装置は、測定部１と制御部２とを備
えている。測定部１は、図２および図３に示すように、
レンズ（被測定物）３を載置する平板状の載置台４と、
この載置台４の奥側（図２では右側）に配置された昇降
装置５と、この昇降装置５に取り付けられて載置台４の
上方に位置する上部検出ユニット６と、昇降装置５に取
り付けられて載置台４の下方に位置する下部検出ユニッ
ト７とからなっている。載置台４は、レンズ３が載置さ
れる個所に下部検出ユニット７によるレンズ３の下面の
測定を可能にするための貫通孔８が形成され、測定部本
体に上下方向の高さが調節できるように固定されてい
る。昇降装置５は、垂直な状態で上下端部が軸受９ａ、
９ｂによって回転自在に保持されたボールねじ９と、こ
のボールねじ９を回転させるパルスモータ１０と、ボー
ルねじ９に螺合して取り付けられ、ボールねじ９の回転
に応じて上下方向へ移動する昇降体１１とからなってい
る。

【０００８】この場合、昇降体１１の上下方向への移動
距離は、パルスモータ１０の回転数つまりパルスモータ
１０に与えられるパルス数によって決定されるようにな
っている。また、パルスモータ１０の回転軸１０ａには
リミット円板１２が設けられており、このリミット円板
１２の周縁部には１つのスリット孔１２ａが形成されて
いる。そして、リミット円板１２の周縁部近傍には、側
面から見て「コ」字形状の回転位置検出素子１３が配置
されている。この回転位置検出素子１３は、リミット円
板１２のスリット孔１２ａが対応したときにリミット円
板１２の回転面における特定位置を検出し、これにより
パルスモータ１０の回転開始位置を決めるようになって
いる。また、ボールねじ９の側方における所定位置に
は、上部検出ユニット６および下部検出ユニット７の測
定開始位置を検出する測定開始位置検出素子１４が配置
されている。この測定開始位置検出素子１４の上方には
昇降体１１の上限位置を検出する上限位置検出素子１５
が配置されているとともに、測定開始位置検出素子１４
の下方には昇降体１１の下限位置を検出する下限位置検
出素子１６が配置されている。これら各検出素子１４〜
１６は、それぞれ回転位置検出素子１３と同様、平面か
ら見て「コ」字形状のものであり、昇降体１１から突設
された一枚のリミット板１１ａが挿入したときにオフ信
号を出力して昇降体１１の測定開始位置、上限位置、お
よび下限位置を検出するようになっている。なお、昇降
体１１に設けられたリミット板１１ａは、上限位置検出
素子１５と下限位置検出素子１６との間で昇降体１１と
共に上下方向に移動するようになっている。

【０００９】上部検出ユニット６は、昇降体１１の上部
前面に取り付けられて昇降体１１の移動に伴って上下方
向に移動するユニットケース２０を備えている。このユ
ニットケース２０の内部には、図４に示すように、発光
素子２１が固定部材２２によって固定されている。発光
素子２１は半導体レーザなどからなり、レーザスポット
（レーザ光線の照射領域）の直径が０．０３ｍｍ程度の
レーザ光線を斜め下方の一定方向に向けて照射するよう
になっている。また、ユニットケース２０の内部には、
発光素子２１に対してほぼ対称な位置に取付部材２３が
支持軸２４によって回動可能に取り付けられている。こ
の場合、取付部材２３の先端部は、ユニットケース２０
から斜め下側に向けて突出し、発光素子２１から照射さ
れるレーザ光線を遮ることなく、その近傍に位置してい
る。

【００１０】そして、取付部材２３には先端から後端側
に亘って光ファイバ２５が設けられているとともに、そ
の後端部には受光素子２６が設けられている。光ファイ
バ２５は直径が約２．２ｍｍの線状体であり、発光素子
２１からのレーザ光線が反射される仮想反射点（図３で
は原点Ｐ１で示す）における反射側近傍に先端部２７が
取付部材２３の先端から少し突出した状態で配置され、
測定時に先端部２７からレンズ３で反射されたレーザ光
線を導入して他端部に導くようになっている。この場
合、光ファイバ２５の先端部２７は、レンズ３で反射さ
れたレーザ光線を正確に導入するために、図５に示すよ
うに、発光素子２１側の上側半分がレーザ光線と平行な
平面に形成され、下側半分が傾斜面に切り欠かれて遮光
マスク２７ａによって覆われている。また、受光素子２
６は光ファイバ２５で導かれたレーザ光線を受光して電
気信号（検出信号）を後述する制御部２に出力するよう
になっている。なお、取付部材２３は、コイルバネ２８
によって図４において反時計方向に付勢され、ユニット
ケース２０に設けられたストッパーピン２０ａに当接す
ることにより所定位置に位置規制され、この状態で光フ
ァイバ２５の先端部２７が誤ってレンズ３に接触したと
きにはコイルバネ２８のバネ力に抗して支持軸２４を中
心に同図において時計方向に回動し、その近傍に配置さ
れたマイクロスイッチ２９をオンさせるようになってい
る。マイクロスイッチ２９は、オン信号を制御部２に出
力してパルスモータ１０を速やかに停止させるためのも
のである。

【００１１】一方、下部検出ユニット７は、昇降体１１
の下部前面に取り付けられて昇降体１１の移動に伴って
上下方向に移動するユニットケース３０を備えている。
ユニットケース３０の内部には、上部検出ユニット６と
同様に、発光素子３１が固定されているとともに、光フ
ァイバ３２および受光素子３３が取付部材（図示せず）
を介して設けられている。この場合、発光素子３１はレ
ーザ光線を斜め上方の一定方向に向けて照射するように
なっている。また、光ファイバ３２の先端部３４は、上
部検出ユニット６の光ファイバ２５と同様に構成され、
発光素子３１からのレーザ光線が反射される仮想反射点
（図３では原点Ｐ２）における反射側近傍に配置されて
いる。なお、取付部材の近傍にも、上部検出ユニット６
と同様、マイクロスイッチ（図示せず）が設けられてい
る。

【００１２】ところで、制御部２は、図１に示すよう
に、表示部３５、電源スイッチ３６、測定開始スイッチ
３７、ＣＰＵおよび演算回路（図示せず）などを備え、
測定装置全体を制御するものである。すなわち、制御部
２は、電源スイッチ３６がオンされて測定開始スイッチ
３７がオンされると、上下の各検出ユニット６、７の発
光素子２１、３１に動作指令を与えるとともにパルスモ
ータ１０を駆動させ、各受光素子２６、３３および各マ
イクロスイッチ２９からの各電気信号が与えられると、
これらの信号に基づいてパルスモータ１０の駆動を制御
し、かつ上下の各検出ユニット６、７で検出された各検
出信号が与えられると、これに基づいて検出データ（パ
ルスモータ１０のパルス数）を割り出し、この検出デー
タに基づいて演算回路でレンズ３の厚さを演算処理する
ようになっている。

【００１３】次に、図６を参照して、この厚さ測定装置
の測定フローについて説明する。測定を開始する前に
は、予め、基準物体（図示せず）を用いて校正（較正）
作業を行なう。すなわち、載置台４上に基準物体を載置
し、この基準物体の厚さデータを制御部２に入力してお
く。そして、上部検出ユニット６および下部検出ユニッ
ト７を各原点Ｐ１、Ｐ２に配置する。ここで言う原点Ｐ
１、Ｐ２とは、測定開始位置のことであり、昇降体１１
のリミット板１１ａが測定開始位置検出素子１４に対応
し、かつリミット円板１２のスリット孔１２ａが回転位
置検出素子１３に対応した位置である。なお、各原点Ｐ
１、Ｐ２間の距離Ｌは常に一定である。このような状態
で、パルスモータ１０を駆動させて昇降体１１を上下方
向に移動させることにより、上部検出ユニット６でその
原点Ｐ１から基準物体の上面までの距離をパルスモータ
１０のパルス数として検出するとともに、下部検出ユニ
ット７でその原点Ｐ２から基準物体の下面までの距離を
パルスモータ１０のパルス数として検出する。そして、
これらの検出データを制御部２で演算して測定データを
算出し、この測定データと予め入力された基準物体の厚
さデータとを比較して校正処理をする。なお、この後
は、基準物体の厚さデータを基に比例計算で被測定物の
厚さを算出する。

【００１４】このようにして、校正処理が行なわれた後
は、ステップＳ１でレンズ３が搬入され、ステップＳ２
でレンズ３が載置台４上に位置決めされると、測定開始
スイッチ３７をオンさせて測定を開始する。すると、ス
テップＳ３に進んで上下の各検出ユニット６、７の原点
Ｐ１、Ｐ２を確認する。すなわち、ステップＳ３では昇
降体１１のリミット板１１ａが測定開始位置検出素子１
４に対応し、かつリミット円板１２のスリット孔１２ａ
が回転位置検出素子１３に対応しているか否かを確認す
る。これらが確認されない場合には確認されるまでパル
スモータ１０を駆動させる。そして、確認されたときに
は、ステップＳ４に進んでパルスモータ１０を正転駆動
させて昇降体１１を降下させ、ステップＳ５に進む。

【００１５】ステップＳ５では上部検出ユニット６がレ
ンズ３の上面を感知したか否かを判断する。すなわち、
上部検出ユニット６が昇降体１１と共に降下して、発光
素子２１からのレーザ光線がレンズ３の上面で反射さ
れ、この反射されたレーザ光線を光ファイバ２５の先端
部２７から導入して受光素子２６に導き、このレーザ光
線を受光素子２６が受光したか否かを判断する。そし
て、ステップＳ５で上部検出ユニット６がレンズ３の上
面を感知したときは、上部検出ユニット６の原点Ｐ１か
らレンズ３の上面の反射点までの距離ａをパルスモータ
１０のパルス数として測定し、ステップＳ６に進んで上
部検出ユニット６の検出動作を停止させる。

【００１６】そして、ステップＳ７に進んでパルスモー
タ１０を逆転駆動させて昇降体１１を上昇させ、ステッ
プＳ８に進む。ステップＳ８では下部検出ユニット７が
レンズ３の下面を感知したか否かを判断する。すなわ
ち、上述と同様に、下部検出ユニット７が昇降体１１と
共に上昇して、発光素子３１からのレーザ光線がレンズ
３の下面で反射され、この反射されたレーザ光線を光フ
ァイバ３２の先端部３４から導入して受光素子３３に導
き、このレーザ光線を受光素子３３が受光したか否かを
判断する。そして、ステップＳ８で下部検出ユニット７
がレンズ３の下面を感知したときは、下部検出ユニット
７の原点Ｐ２からレンズ３の下面の反射点までの距離ｂ
をパルスモータ１０のパルス数として測定し、ステップ
Ｓ９に進んで下部検出ユニット７の検出動作を停止させ
るとともに、パルスモータ１０を正転駆動させて昇降体
１１を降下させ、上下の各検出ユニット６、７を原点Ｐ
１、Ｐ２に復帰させる。

【００１７】この後、ステップＳ１０に進んで演算処理
を行なう。すなわち、ステップＳ１０では、各検出ユニ
ット６、７の原点Ｐ１、Ｐ２間の距離Ｌから、上部検出
ユニット６の原点Ｐ１とレンズ３の上面の反射点との間
の距離ａおよび下部検出ユニット７の原点Ｐ２とレンズ
３の下面の反射点との間の距離ｂを差し引くことによ
り、レンズ３の厚さＴ｛＝Ｌ−（ａ＋ｂ）｝を基準物体
の厚さデータに基づく比例計算で算出する。このように
して、算出された厚さデータはステップＳ１１で表示部
３５に表示され、ステップＳ１２で測定を終了する。そ
して、ステップＳ１３で載置台４からレンズ３を取り外
し、ステップＳ１４でレンズ３が搬出される。

【００１８】なお、ステップＳ５およびステップＳ８で
各検出ユニット６、７がレンズ３の上下の各面を感知し
ないときには、ステップＳ１５に進んで各検出ユニット
６、７を原点Ｐ１、Ｐ２に復帰させ、ステップＳ１６で
表示部３５に測定エラーを表示させてステップＳ１７に
進む。このステップＳ１７では、例えばステップＳ５で
上部検出ユニット６がレンズ３の上面を検出できずに降
下し過ぎて、光ファイバ２５の先端部２７がレンズ３の
上面に当接し、これにより取付部材２３がコイルバネ２
８のバネ力に抗して時計方向に回動してマイクロスイッ
チ２９をオンさせ、このマイクロスイッチ２９によって
パルスモータ１０が停止された場合などのときに、パル
スモータ１０の停止などのエラー状態を解除する。この
後、ステップＳ３に戻り、測定開始スイッチ３７がオン
されるまで待機状態となる。

【００１９】このように、この厚さ測定装置では、各検
出ユニット６、７の発光素子２１、３１からのレーザ光
線が反射される仮想反射点における反射側近傍に光ファ
イバ２５、３２の各先端部２７、３４を配置したので、
測定時に各検出ユニット６、７がレンズ３に向けて移動
して発光素子２１、３１からのレーザ光線がレンズ３の
上下の各面で反射されると、この反射されたレーザ光線
を確実に光ファイバ２５、３２の各先端部２７、３４か
ら導入することができ、導入したレーザ光線を光ファイ
バ２５、３２によって確実に受光素子２６、３３に導く
ことができる。このため、受光素子２６、３３がレンズ
３の反射点から離れていても気温や気圧などの周辺環境
の影響を受けずに反射されたレーザ光を正確に感知する
ことができ、したがって環境が一定の特殊な測定室内で
測定しなくても精度の高い測定ができる。この場合、特
に光ファイバ２５、３２の先端部２７、３４は、発光素
子２１、３１側の半分がレーザ光線と平行な平面に形成
され、残りの半分が傾斜面に形成されて遮光マスク２７
ａで覆われているから、レンズ３で反射されたレーザ光
線のうち、不必要なレーザ光線を傾斜面の遮光マスク２
７ａで遮断することができ、このためレーザ光線の反射
位置を極めて正確に検出することができる。因みに、ボ
ールねじ９のねじピッチが２ｍｍで、パルスモータ１０
が１０００パルスで１回転する分解能であれば、原点Ｐ
１、Ｐ２からレンズ３の各面までの距離ａ、ｂの測定精
度は±２μｍ程度となり、レーザスポットの直径（０．
０３ｍｍ）などを考慮しても、測定精度は±５μｍ程度
と高いものとなる。また、この厚さ測定装置では、載置
台４の上方に上部検出ユニット６を配置し、載置台４の
下方に下部検出ユニット７を配置し、上部検出ユニット
６でその原点Ｐ１からレンズ３の上面までの距離ａ、お
よび下部検出ユニット７でその原点Ｐ２からレンズ３の
下面までの距離ｂをそれぞれ測定しているので、メニス
カスレンズのように表裏面が平行でない曲面形状の被測
定物でも精度の高い測定ができる。

【００２０】なお、上記実施例では、上下の各検出ユニ
ット６、７の原点Ｐ１、Ｐ２を設定するために、ボール
ねじ９の側方に測定開始位置検出素子１４、上限位置検
出素子１５、および下限位置検出素子１６を配置した
が、これに限らず、例えば載置台４の上面を基準面とし
て、この基準面から上部検出ユニット６を上昇させる際
に、パルスモータ１０のパルス数を予め設定しておくこ
とにより、上下の各検出ユニット６、７の原点Ｐ１、Ｐ
２を設定するようにしてもよい。このようにすれば、検
出素子１４〜１６を削減することができ、構造の簡素化
を図ることができる。また、上記実施例では、載置台４
の上下方向にそれぞれ検出ユニット６、７を配置した
が、これに限らず、例えば平凸レンズなどのように少な
くとも片面が平面に形成された被測定物のみを測定する
場合には、載置台４の上方のみに検出ユニット６を配置
した構造でも良い。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、発光素子からの光線が反射される仮想反射
点における反射側近傍に光ファイバの先端部を配置した
ので、測定時に発光素子からの光線が被測定物で反射さ
れると、この反射された光線を確実に光ファイバの先端
部から導入することができ、導入した光線を光ファイバ
によって確実に受光素子に導くことができる。このた
め、受光素子が反射点から離れていても周辺環境の影響
を受けずに反射された光線を正確に感知することがで
き、環境が一定の特殊な測定室内で測定しなくても精度
の高い測定ができる。また、請求項３記載の発明によれ
ば、載置台の上方に上部検出ユニットを上下方向に移動
自在に配置するとともに、載置台の下方に下部検出ユニ
ットを上下方向に移動自在に配置し、載置台に下部検出
ユニットによる被測定物の検出を可能にするための貫通
孔を設け、上部検出ユニットでその原点から被測定物の
上面までの距離、および下部検出ユニットでその原点か
ら被測定物の下面までの距離を測定するようにしたの
で、メニスカスレンズなどのように表裏面が平行でない
曲面形状の被測定物でも精度の高い測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の厚さ測定装置の外観正面図。

【図２】図１の測定部の概略構成図。

【図３】図２の正面図。

【図４】図２の上部検出ユニットの内部構造を示す図。

【図５】図４の光ファイバの先端部を示す拡大図。

【図６】図１の厚さ測定装置の測定フローを示す図。

【符号の説明】

１ 測定部 ２ 制御部 ３ レンズ ４ 載置台 ５ 昇降装置 ６ 上部検出ユニット ７ 下部検出ユニット ８ 貫通孔 ２１、３１ 発光素子 ２５、３２ 光ファイバ ２６、３３ 受光素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を載置する載置台と、この載置
   台の上方に上下方向に移動自在に配置された検出ユニッ
   トとを備え、 前記検出ユニットは、前記被測定物側に向けて一定方向
   に光線を照射する発光素子と、この発光素子からの光線
   が反射される仮想反射点における反射側近傍に先端部が
   配置され、測定時に前記先端部から前記被測定物で反射
   された光線を導入して他端部に導く光ファイバと、この
   光ファイバで導かれた光線を受光する受光素子とを有す
   ることを特徴とする厚さ測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記載置台の上面を
   基準面とし、この基準面に対する前記検出ユニットの原
   点を設定した後、前記載置台上に前記被測定物を載置し
   て前記検出ユニットを前記被測定物に向けて降下させ、
   前記発光素子からの光線が前記被測定物で反射されたと
   きに、この反射された光線を前記光ファイバを介して前
   記受光素子が受光することにより、前記検出ユニットの
   原点から前記被測定物の上面における反射点までの距離
   を測定し、この測定データに基づいて被測定物の厚さを
   算出することを特徴とする厚さ測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記載置台の上方に
   は上部検出ユニットが上下方向に移動自在に配置されて
   いるとともに、前記載置台の下方には下部検出ユニット
   が上下方向に移動自在に配置され、前記載置台の前記被
   測定物が載置される個所には前記下部検出ユニットが前
   記被測定物の下面を検出するための貫通孔が設けられ、 前記上部検出ユニットと前記下部検出ユニットを各原点
   である測定開始位置に配置させた状態で、前記載置台に
   前記被測定物を載置して前記上部検出ユニットと前記下
   部検出ユニットを上下方向に移動させることにより、前
   記上部検出ユニットでその原点から前記被測定物の上面
   までの距離、および前記下部検出ユニットでその原点か
   ら前記被測定物の下面までの距離をそれぞれ測定し、こ
   れらの測定データに基づいて前記被測定物の厚さを算出
   することを特徴とする厚さ測定装置。