JPH08233545A - 穴形状測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的小径の穴形状を非接触かつ高精度で測
定することができる穴形状測定方法および測定装置を提
供する。 【構成】 光源４から照射された光は、光軸５に沿って
フィルタ６、スリット７、投光対物レンズ８を通り、ス
リット７の像が小径穴１の壁面上に結像される。線状の
スリット７は、紙面に垂直に開けらている。小径穴１の
壁面により反射されたスリット光は、受光対物レンズ９
により、カメラ１０内の図示しない２次元撮像素子上に
弧状の像として結像される。スリット光の像は、モニタ
画面上で観察し、スリット光の結像位置と小径穴１の壁
面上の測定面とが一致するように載物ステージ３の位置
を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的小径の穴を測定
対象とする穴形状測定方法および穴形状測定装置に関す
るものである。測定対象は、例えば、光ファイバに樹脂
コートをする際などに用いるダイスや、金属線を製造す
るための伸線用ダイスなどの小径の穴である。

【０００２】

【従来の技術】従来、測定子が挿入できない小径の内径
を、小径穴のエッジだけではなく、小径穴の円筒面上の
任意の位置で測定するための方法として、レチクルを使
用した光学的方法が用いられている。

【０００３】図６は、従来の小径の内径測定装置を説明
する説明図である。図中、１は小径穴、２は被測定物、
３は載物ステージ、４は光源、５は光軸、５１は光源レ
チクル、８は投光対物レンズ、９は受光対物レンズ、１
０はカメラ、１１はリニアエンコーダ、５２は接眼レチ
クルである。この内径測定装置は、被測定物２に設けら
れた小径穴１の壁面の任意の位置を測定することにより
小径穴１の内径等を測定する装置である。

【０００４】光源４からの光は、光軸５に沿って光源レ
チクル５１を照射する。光源レチクル５１は、光源の光
軸５を中心とする十字の黒色の指標が透明ガラス板上に
設けられたものである。図６において、十字の一方の黒
線は、紙面に垂直となる方向に設けられ、他方の黒線は
紙面の上下方向に設けられる。光源レチクル５１を透過
した光は、図示しない光源プリズムおよび投光対物レン
ズ８等により、小径穴１の一方の壁面に光源レチクル５
１の指標を結像され反射される。指標が結像される位置
は、投光対物レンズ８の焦点位置に相当し、また、結ば
れる像は、微小なものとなる。小径穴１を有する被測定
物２は、図６において小径穴１の軸方向を左右の方向に
して載物ステージ３に固定されている。受光側では、受
光対物レンズ９により、反射像をカメラ１０内の２次元
撮像素子、例えば、ＣＣＤセンサ上に実像として結像さ
せる。なお、反射された結像を肉眼で観察する場合に
は、カメラ１０を用いる代わりに図示しない接眼レンズ
を用いる。

【０００５】光源レチクル５１の指標の結像位置を観察
するために、受光対物レンズ９の後方には、接眼レチク
ル５２が設けられる。接眼レチクル５２は、２本の垂直
線からなる黒色の標線が透明ガラス板上に設けられたも
のである。接眼レチクル５２の標線もカメラ１０内の撮
像素子上に実像として結像される。あるいは、図示しな
い接眼レンズにより虚像として結像される。図６におい
て、標線は、光源の光軸５を中心とし、紙面に垂直とな
る方向に設けられる。この接眼レチクル５２は、接眼レ
ンズの鏡筒内部に設けてもよく、また、接眼レチクル５
２を設ける代わりにカメラ１０による撮像画像のモニタ
画面上に同様の標線を設けてもよい。

【０００６】小径穴１による反射像においては、小径穴
１の壁面が不鮮明な明暗の境界として観察できる。この
場合、投光対物レンズ８、受光対物レンズ９の各中心を
結ぶ光源４の光軸５と測定対象である小径穴１の壁面と
が一致する時、光源レチクル５１の指標の反射像は、接
眼レチクル５２の２本の標線の中央、すなわち、光源の
光軸上に暗線として観察される。光源レチクル５１の指
標が壁面に垂直なＸ方向に離れているとき、反射像は、
接眼レチクル５２の２本の標線の左または右にずれ、光
源レチクル５１の指標が壁面に平行なＹ方向にずれてい
るとき、反射像は、接眼レチクル５２の２本の標線に対
して傾きを生じる。載物ステージ３の送り装置で被測定
物２をＸ，Ｙ方向に移動させ、調節することにより、測
定対象である小径穴１の壁面を光軸に一致させ、壁面の
位置を検出する。このとき、内径の一方の壁面の位置を
リニアエンコーダ１１により測定する。このような壁面
の位置の検出は、反射像を目視することにより、あるい
は、画像処理装置等により自動的に行なうことになる。

【０００７】しかし、この方法では投光系と受光系に、
指標または標線となる黒色のレチクルを用いており、反
射像から壁面の位置を検出する際に、視野あるいは画面
の領域全体に光を入射させているため、小径穴１の壁面
での散乱光や多重反射光等により、レチクルの指標また
は標線と背景とのコントラストが充分でなく、測定誤差
が大きくなるという問題があった。

【０００８】また小径で長い穴の測定を行なう場合、レ
チクルの観測状態が安定しないため測定誤差が大きくな
る。したがって、投影レンズの倍率，受光開口数、光源
の光量は測定対象によって大幅に変更する必要があっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、小径の穴形状を非接触かつ
高精度で測定することができる穴形状測定方法および測
定装置を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載の発明においては、穴形状測定方法において、スリッ
ト光を被測定位置に投影させる投光系を介して穴の壁面
に投影させ、該壁面での反射光を受光系で受光位置に結
像させ、該スリット光の光軸と該穴を相対的に移動さ
せ、前記受光位置でのスリット光の弧の先端が該光軸に
一致したとき、前記穴の位置を測定し、該測定を前記穴
の直径の両端に対して行なうことにより前記穴の内径を
測定することを特徴とするものである。

【００１１】請求項２に記載の発明においては、穴形状
測定方法において、前記穴と前記光軸を相対的に回転さ
せ、請求項１に記載の穴形状測定方法を各回転角度ごと
に行なうことにより前記穴の断面形状を測定することを
特徴とするものである。

【００１２】請求項３に記載の発明においては、穴形状
測定方法において、前記穴と前記光軸を前記穴の軸方向
に相対的に移動させ、請求項１または２に記載の穴形状
測定方法を各移動位置ごとに行なうことにより穴曲がり
を測定することにより穴曲がりを測定することを特徴と
するものである。

【００１３】請求項４に記載の発明においては、穴形状
測定装置において、被測定位置に焦点を有しスリット光
を穴の壁面に投影させる投光系と、該投光系に対向し撮
像素子を含み該壁面での反射光を受光し該撮像素子上に
該スリット光を結像させる受光系と、前記投光系と該受
光系からなる光学系と該穴を相対的に移動させる手段
と、該光学系と前記穴の相対位置を測定する位置測定手
段を有し、前記穴の直径の両端における測定値に基づい
て前記穴の断面の内径を求める手段を有することを特徴
とするものである。

【００１４】請求項５に記載の発明においては、請求項
４に記載の穴形状測定装置において、前記穴と前記光学
系を相対的に回転させる手段を有することを特徴とする
ものである。

【００１５】請求項６に記載の発明においては、請求項
４または５に記載の穴形状測定装置において、前記穴と
前記光学系を前記穴の軸方向に相対的に移動させる手段
を有することを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、スリット光を
被測定位置に投影させる投光系を介して穴の壁面に投影
させ、壁面での反射光を受光系で受光位置に結像させ、
スリット光の光軸と穴を相対的に移動させ、受光位置で
のスリット光の弧の先端が光軸に一致したとき、穴の位
置を測定し、この測定を穴の直径の両端に対して行なう
ことにより穴の内径を測定するものであるから、測定子
が入らない小径の穴や複雑な構造を持つ穴であっても、
内径を非接触かつ高精度で測定することができる。ま
た、散乱光や多重反射光等が少なく良好なコントラスト
の反射像を得ることができるから、観測状態が安定し、
測定誤差が小さくなる。

【００１７】請求項２に記載の発明によれば、穴と光軸
を相対的に回転させ、請求項１に記載の穴形状測定方法
を各回転角度ごとに行なうことにより記穴の断面形状を
測定するものであるから、任意の断面における穴形状を
測定することができる。

【００１８】請求項３に記載の発明によれば、穴と光軸
を穴の軸方向に相対的に移動させ、請求項１または２に
記載の穴形状測定方法を各移動位置ごとに行なうことに
より穴曲がりを測定するものであるから、穴の軸方向に
おける穴形状の変化を測定することができる。

【００１９】請求項４に記載の発明によれば、被測定位
置に焦点を有しスリット光を穴の壁面に投影させる投光
系と、投光系に対向し撮像素子を含み壁面での反射光を
受光し撮像素子上にスリット光を結像させる受光系と、
投光系と受光系からなる光学系と穴を相対的に移動させ
る手段と、光学系と穴の相対位置を測定する位置測定手
段を有し、穴の直径の両端における測定値に基づいて穴
の断面の内径を求める手段を有するものであるから、測
定子を入れることができない小径の穴や複雑な構造を持
つ穴であっても内径を非接触かつ高精度で測定すること
ができる。また、散乱光や多重反射光等が少なく良好な
コントラストの反射像を得ることができるから、観測状
態が安定し、測定誤差が小さくなる。

【００２０】請求項５に記載の発明によれば、前記穴と
前記光学系を相対的に回転させる手段を有するものであ
るから、特定の断面における穴形状を測定することがで
きる。

【００２１】請求項６に記載の発明によれば、前記穴と
スリット光源の少なくとも一方を前記穴の軸方向に相対
的に移動させる手段を有するものであるから、穴の軸方
向における穴形状の変化を測定することができる。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を説明する平面図
である。図中、図６と同様な部分には同じ符号を用い説
明を省略する。６はフィルタ、７はスリットである。光
源４から照射された光は、光軸５に沿ってフィルタ６、
スリット７、投光対物レンズ８を通り、スリット７の像
が小径穴１の壁面上に結像される。被測定位置は、この
結像位置であり、投光対物レンズ８の焦点位置である。
線状のスリット７は、この図において紙面に垂直なＹ軸
方向に開けられ、スリット７の幅方向はスリット７の長
手方向に比べて十分小さい。被測定物２は、図示しない
アタッチメントを用いて載物ステージ３に保持される。
載物ステージ３は、小径穴１の軸方向が光軸５と同じ左
右のＺ軸方向になるように調整される。アタッチメント
への被測定物２の固定および載物ステージ３へのアタッ
チメントの固定は、いずれも図示しない位置決めピンを
用いることにより位置再現性が確保される。

【００２３】受光側では、小径穴１の壁面上に結像して
反射されたスリット光は、受光対物レンズ９により、カ
メラ１０内の図示しないＣＣＤセンサ等の２次元撮像素
子上に弧状の像として結像される。スリット光は、撮像
画像のモニタ画面上で観察し、スリット光の結像位置と
小径穴１の壁面上の被測定面とが一致するように載物ス
テージ３の位置を調節する。

【００２４】光源４としては、例えば、ハロゲン光源を
用いる。フィルタ６は、ハロゲンランプの多色光を単色
光にして、測定精度を上げるためのものである。その
際、緑色系のフィルタを用いるとＣＣＤセンサの感度が
良く好適である。また、光源としては、レーザビームを
光学系を通してビームの径を太くしたものを用いてもよ
く、この場合、フィルタ６を特に必要としない。２次元
撮像素子は、ＣＣＤセンサに限らず、撮像管でもよい。
カメラ１０は、単独の部品としてのＣＣＤセンサに置き
換えられてもよい。その際、受光系の光学系は適宜変更
される。

【００２５】図２は、本発明の一実施例におけるステー
ジ系を説明する正面図である。図中、図６，図１と同様
な部分には同じ符号を用い説明を省略する。２１は基
台、２２はＸステージ、２３はＹステージ、２４はＺス
テージ、２５は光学系支持部、２６は投光系、２７は受
光系、２８はθステージ支持部、２９はθステージ、３
０はηステージ支持部、３１はステージ、３２はφステ
ージである。基台２１の上には、Ｘステージ２２，Ｙス
テージ２３，Ｚステージ２４からなる自動ステージがこ
の順に取り付けられ、図示しない駆動装置と駆動制御装
置により自動的に各Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能にされ
る。基台２１上には、図示しないリニアスケールが設け
られ、このリニアスケールの可動子はＸステージ２２に
取り付けられ、Ｘステージ２２に連動して移動する。Ｚ
ステージ２４の上には、光学系支持部２５が取り付けら
れ、この光学系支持部２５の上には、投光系２６，受光
系２７からなる光学系が取り付けられている。投光系２
６は、図１に示された、光源４、フィルタ６、投光対物
レンズ８等からなるものであるが、光源４等は、他の位
置に設け、光源４からの光をファイババンドル等で投光
系２６に導くようにしてもよい。

【００２６】基台２１には、また、θステージ支持部２
８が立設され、このθステージ支持部２８にはθステー
ジ２９が設けられる。θステージ２９は、Ｚ軸の周りに
回転するステージであるが、回転中心が光軸５に一致す
るように設計されている。このθステージ２９も、図示
しない駆動装置と駆動制御装置により自動的にＺ軸を中
心に回転可能にされる。θステージ２９には、小径穴１
に比べて十分大きい開口が設けられている。あるいは、
開口を設ける代わりに、θステージ２９自体を透明のも
のにしてもよい。θステージ２９にはηステージ支持部
３０が取り付けられ、このηステージ支持部３０にはη
ステージ３１が取り付けらる。このηステージ３１は、
手動の回転ステージである。ηステージ３１にはφステ
ージ３２が取り付けられる。このφステージ３２は、手
動のゴニオステージである。φステージ３２上には、被
測定物２が載置される。被測定物２は、必要に応じて図
示しないアタッチメントを用いてφステージ３２上に保
持される。このように、ステージ系の構成は複雑である
ため、図１では、載物ステージ３とリニアスケール１１
に単純化したステージ系を示している。

【００２７】投光系２６，受光系２７からなる光学系
は、図２において、Ｘステージ２２により紙面に垂直な
Ｘ軸方向に移動し、Ｙステージ２３により上下のＹ軸方
向に移動し、Ｚステージ２４により左右、すなわち小径
穴１の深さ方向のＺ軸方向に移動する。被測定物２は、
φステージ３２により紙面に垂直なＸ軸を中心に回転
し、ηステージ３１により上下のＹ軸を中心に回転し、
θステージ２９により小径穴１の深さ方向のＺ軸を中心
に回転する。

【００２８】後述する小径穴１の形状測定においては、
各ステージを適宜移動させて調整することにより、被測
定位置である小径穴１の任意の深さＺにおいて断面を光
軸５が貫くように位置決めされる。この任意の深さＺ
は、投光系２６中の投光対物レンズ８の焦点位置であ
る。そして、この断面の中心位置が基準位置として測定
される。Ｘステージにより光学系をＸ軸方向の前後に移
動させることにより、基準位置を中心にしてＸ軸方向に
相対向する両壁面の位置が測定され、この測定結果か
ら、小径穴１の特定の深さＺにおける断面の内径の長さ
が得られる。次に、基準位置を中心として、被測定物２
をθステージ２９により回転させ、各回転角度ごとに直
径の長さを求めることにより、小径穴１の任意の深さＺ
における断面の形状および穴偏心を測定することができ
る。さらに、Ｚステージにより光学系をＺ軸方向に移動
させることにより小径穴１の深さ方向の断面の形状の変
化、すなわち、穴曲がりを測定することができる。な
お、基準位置の定め方、測定順序等は、任意に行なうこ
とができ、上述の説明は、単なる一例である。

【００２９】なお、光学系の光軸５と被測定物２の小径
穴１との相対位置をリニアスケールで測定するものであ
るから、投光系２６，受光系２７からなる光学系を移動
させる代わりに、被測定物２の小径穴１を移動させても
よいし、両者をを共に移動させてもよい。回転について
も、光軸５が小径穴１の中心の周りに回転するように、
すなわち、スリット光が小径穴１の中心の周りに回転す
るように、投光系２６，受光系２７からなる光学系を回
転させてもよいし、被測定物２の小径穴１と投光系２
６，受光系２７からなる光学系とを共に回転させてもよ
い。また、図２に示されたステージ系は、Ｚ軸を水平に
配置したが、Ｚ軸を鉛直方向に配置し、小径穴１の軸方
向が鉛直になるようにした状態で測定する装置にしても
よい。

【００３０】図３は、被測定物の第１の位置とモニタ画
面を説明する説明図であり、図３（Ａ）は、平面図、図
３（Ｂ）は、モニタ画面である。図中、図６，図１と同
様な部分には同じ符号を用い説明を省略する。４１は結
像位置、４２はスリット光の反射像、４３は標線であ
る。図３（Ａ）において、線状のスリット７は、紙面に
垂直なＹ軸方向に開けられており、スリット光は、結像
位置４１において微小な像を結像する。図３（Ｂ）にお
いて、標線４３は、モニタ画面の中央に設けられた縦線
である。この標線４３は、２次元撮像素子の出力を入力
してモニタ画面に画像を表示させる図示しない画像処理
装置等において、標線となる画像パターン信号を挿入処
理してモニタ画面に描かせたものでも、モニタ装置の表
示画面上にあらかじめ印刷したものでもよい。なお、光
軸５がモニタ画面の中心に位置するように２次元撮像素
子が位置決めされている。

【００３１】図３（Ａ）に示された被測定物２の第１の
位置において、光軸５は、小径穴１の中央からＸ軸の負
方向、すなわち上方向に若干ずれた位置にある。スリッ
ト光は、結像位置４１において微小な像を結像するが、
スリット光の一部は、小径穴１の壁面により反射され
る。 したがって、直接光と反射光の両者がカメラ１０
内の２次元撮像素子上に結像される。図３（Ｂ）に示さ
れるように、モニタ画面上において、スリット光の像４
２は、弧状のものとして観察され、この弧の先端は、標
線４３から左に移動し、近接する壁面寄りに偏位してい
る。

【００３２】なお、図示したモニタ画面では、図示左側
を図３（Ａ）における上方向に対応するものとした。し
かし、受光系の構成や、モニタ画面に画像信号を出力す
る際の走査方向等によっては左右が反転して表示され
る。

【００３３】測定の開始時に、被測定物２が図３（Ａ）
に示された第１の位置にある場合には、モニタ画面を観
察し、スリット光の像４２が直線状になるまで被測定物
２をＸ方向に移動させ、被測定物２が後述する図４
（Ａ）に示された第２の位置になるように調整する。

【００３４】図４は、被測定物の第２の位置とモニタ画
面を説明する説明図であり、図４（Ａ）は平面図、図４
（Ｂ）はモニタ画面である。図中、図６，図１，図３と
同様な部分には同じ符号を用い説明を省略する。被測定
物２の第１の位置において、光軸５は、小径穴１の中心
に位置する。この場合、スリット光は、結像位置４１に
おいて微小な像を結像するものの、小径穴１の壁面で反
射されることなく、カメラ１０内の２次元撮像素子上に
結像される。したがって、図４（Ａ）に示されるモニタ
画面上において、スリット光の像４２は、直線状のもの
として観察される。光軸５がモニタ画面の中心に位置す
るように２次元撮像素子が位置決めされているので、ス
リット光の像４２もモニタ画面の中央に位置する。

【００３５】壁面が図４（Ａ）において紙面に垂直なＹ
軸方向にずれている場合、図４（Ｂ）に示されるモニタ
画面上において、スリット光の像４２は、上下方向にず
れて観察される。この場合には、載物ステージ３を移動
させ、被測定物２の位置をＹ軸方向に調節することによ
り、小径穴１の被測定位置の断面の中心に光軸５を一致
させることができる。モニタ画面の観察から、光軸５と
小径穴１の軸がＸ軸のまわりにずれている場合はφステ
ージを調整し、Ｙ軸のまわりにずれている場合はηステ
ージを調整することにより光軸５と小径穴１の中心軸を
平行にすることができる。

【００３６】スリット光の像４２が直線状になりモニタ
画面の中央にくるように調整する。このとき、光軸５が
小径穴１の中心に一致し、光軸５は、モニタ画面上にお
いて中心に位置するするから、小径穴１の中心もモニタ
画面のほぼ中心に位置する。この小径穴１の中心位置を
基準位置とする。このとき、リニアエンコーダ１１を用
い、載置ステージ３の位置、すなわち、被測定物２のＸ
軸方向の位置を記録する。

【００３７】なお、スリット光の像４２が直線状になっ
ていても標線から左右に若干ずれる場合は、光軸５の位
置がモニタ画面の中心からずれていることを意味する。
この場合には、このスリット光の像４２の画面上での位
置を画面上の基準点として記録しておけばよい。

【００３８】被測定物２を図４（Ａ）において上方向、
すなわちＸ軸の負の方向にずらせる。このとき、小径穴
１の中心位置から小径穴の直径方向に被測定物２が移動
する。スリット光の一部は、小径穴１の壁面で反射され
はじめる。したがって、図４（Ｂ）に示されるモニタ画
面上において、スリット光の像４２は、直線状であった
ものが徐々に屈曲し始め、屈曲の先端部はモニタ画面の
中心から近接する側の壁面の方向に徐々に偏位しはじ
め、上述した図３（Ｂ）と同様な状態が観察される。

【００３９】さらに小径穴１の壁面がスリット光の結像
位置４２に近づく方向に移動すると、屈曲の程度が大き
くなるが、小径穴１の壁面が標線４３に接近するため、
屈曲の先端は、逆にモニタ画面の標線４３に近づく。

【００４０】図５は、被測定物の第３の位置とモニタ画
面を説明する説明図であり、図５（Ａ）は、平面図、図
５（Ｂ）は、モニタ画面である。図中、図６，図１，図
３と同様な部分には同じ符号を用い説明を省略する。ス
リット光の光軸５と小径穴１の壁面とが一致する時、ス
リット光の結像位置４１は、小径穴１の壁面上に位置
し、壁面により反射されたスリット光のみがカメラ１０
内の２次元撮像素子に到達する。図５（Ａ）に示される
スリット光の像４２において、屈曲の先端が光軸５の位
置に一致し、弧の接線が標線に一致する。このとき、光
軸５と小径穴１の壁面とが一致し、光軸５は、モニタ画
面上において中心に位置するから、小径穴１の壁面もモ
ニタ画面のほぼ中心に位置する。

【００４１】このとき、再びリニアエンコーダ１１を用
い、載置ステージ３の位置、すなわち、被測定物２のＸ
軸方向の位置を記録する。このＸ軸方向の位置から、図
４に示された被測定物２の第２の位置、すなわち、基準
位置でのＸ軸方向の位置との差をとることにより、基準
位置から小径穴１の壁面までの移動量、すなわち、基準
位置から小径穴１の壁面までの距離が求められ、これを
記録する。なお、スリット光の像４２の弧の接線が標線
に対して傾きを生じる場合には、小径穴１の壁面が小径
穴１の直径に対して傾いていることを意味する。この場
合は、傾きも記録しておくか、スリット光の像４２の弧
の接線が標線に対して傾きを生じないように、載置ステ
ージを再調整し、基準位置を再設定して測定をやり直
す。

【００４２】同様にして、図４に示された基準位置か
ら、Ｘ軸上に逆方向に向かって被測定物を移動させ、モ
ニタ画面を観察しながら、小径穴１のもう一方の壁面と
スリット光の光軸５とが一致するようにする。このとき
も、リニアエンコーダ１１を用いて被測定物２のＸ軸方
向の位置を記録する。図４に示された基準位置でのＸ軸
方向の位置との差をとることにより、基準位置から小径
穴１のもう一方の壁面までの移動量、すなわち、基準位
置から小径穴１のもう一方の壁面までの距離が求めら
れ、これを記録する。

【００４３】基準位置から小径穴１の各壁面までの移動
量を加算することによって、すなわち、基準位置から小
径穴１の各壁面までの距離を加算することによって、被
測定物２の小径穴１の内径を求めることができる。な
お、リニアエンコーダの測定値の記録及び加減算は、リ
ニアエンコーダ１１の出力を入力する情報処理装置によ
って行なうことができる。上述した説明では、基準位置
からの移動量を記録したが、一方の壁面を基準とし、も
う一方の壁面までの移動量、すなわち長さを記録しても
よい。また、基準位置あるいは基準壁面において、リニ
アエンコーダ１１をリセットして、壁面までの移動量、
すなわち距離を直読できるようにしてもよい。

【００４４】被測定物を、図２に示されたθステージに
より、例えば図４に示された基準位置の状態から、光軸
５に一致するＺ軸の周りに回転角度θだけ回転させる。
そして、各回転角度θの位置において上述の内径測定を
行なうことにより、小径穴１の任意の深さにおける断面
の穴形状を測定することができる。さらに、同様にして
小径穴１の異なる深さにおける断面に対して同様に穴形
状を測定しすることにより、小径穴１の深さ方向の穴曲
がりを求めることができる。

【００４５】上記の測定の際において、被測定物２の移
動に関しては、撮像画像を画像処理して得られるデータ
を駆動制御装置に入力し、各ステージの駆動を制御する
ことによって、自動測定することができる。このような
自動化により、目視による測定誤差を減らし、測定作業
者の負担を軽減させることができる。この場合、カメラ
１０内の２次元撮像素子において得られた撮像画像を画
像処理装置に入力し、図３（Ｂ），図４（Ｂ），図５
（Ｂ）等に示された撮像画像の状態を検出する。図４
（Ｂ）においては、２次元撮像素子上の光軸５の位置を
検出記憶する。図３（Ｂ），図５（Ｂ）等においては、
スリットの像４２の弧の屈曲の先端位置を検出記憶す
る。そして、光軸５の位置と弧の屈曲の先端位置との間
の距離を判定し、この距離が０になるように各ステージ
の駆動を制御する。

【００４６】光軸５の位置と弧の屈曲の先端位置との間
の距離判定の一具体例としては、画像処理装置内の２次
元画像メモリ上において、モニタ画面に対応する撮像画
像を画素単位に記憶させ、図４（Ｂ）に示されたスリッ
トの像４２に対応する振幅レベルを有する画素の中か
ら、光軸５の位置、すなわち、スリットの像４２中心部
の画素の横軸座標値を検出する。また、図３（Ｂ），図
５（Ｂ）等に示されたスリットの像４１に対応する振幅
レベルを有する画素の中から、横軸方向に最も左にある
画素の横軸座標値を検出する。そして、両横軸座標値の
差を演算する。

【００４７】また、図４（Ｂ），図３（Ｂ）におけるス
リットの像４１の弧が中央横軸に対して上下対称になる
状態を検出するには、弧の上端が位置する画素の縦軸座
標値と下端が位置する画素の縦軸座標値とを同じ横軸座
標値で比較して、両縦軸座標値の中間が光軸５の縦軸方
向位置、すなわち、図４（Ｂ），図３（Ｂ）におけるス
リットの像４１の中心部の画素の縦軸座標値に一致する
ようにすればよい。

【００４８】画像処理装置または、これと連動する情報
処理装置に、リニアスケール１１のＸ軸方向の位置出力
だけでなく、自動Ｙステージ２３，自動Ｚステージ２
４，自動θステージ、ηステージ３１，φステージに取
り付けられた図示しない測定装置からのＹ軸方向，Ｚ軸
方向の位置出力、および、角度θ，η，φの角度出力を
受け、小径穴１の直径や偏心率を演算し、演算結果を記
憶あるいは表示させることもできる。画像処理装置にお
いては、スリット光の像４２が際立つように強調したり
細線化するなどの画像処理を画像メモリ上において行な
う。また、必要に応じて、標線４３や小径穴１の位置を
示す円等の仮想の図形をモニタ画面上に表示するように
図形の挿入処理をしたり、明暗の階調を疑似カラー化す
ることができる。

【００４９】上述した説明では、深さ方向に断面形状が
変化せず、壁面の断面が直線状であることを前提として
説明した。しかし、実際のダイス穴のように深さ方向に
断面形状が変化しても測定することができる。ただし、
この場合には、壁面の断面がＺ軸方向に沿う光軸５に対
して傾斜してしまうから、光軸５上の入射光も、壁面で
反射して曲がってしまい、測定に若干の誤差が生じるこ
とになる。したがって、例えば、スリットの像の光量が
大きくなるようＸ軸周りの回転角φ，Ｙ軸周りの回転角
ηも含めて調整して、光軸５上の入射光が壁面と接する
ようにしてから測定位置の所定深さにおける位置を測定
すれば誤差がなくなる。

【００５０】上述した一実施例においては、スリット７
の形状は、線状のスリットとしたが、これに限らない。
従来技術の指標と同じ十字状のスリットを採用すれば、
図４（Ｂ）等に示されたモニタ画面上で、縦軸方向の位
置合わせが容易になるほか、載置ステージ３を回転させ
ることなく、互いに直交する方向の穴径を測定すること
ができる。また、スポット状のスリットを採用すれば、
光軸５の中心部だけの像が結ばれ、図５（Ｂ）等に示さ
れたモニタ画面上で、光軸５の位置と弧の屈曲の先端位
置との間の距離が識別しやすくなる。また、光源４自体
に上述した形状のスリット光を発生するものを採用して
もよい。この場合には、単体部品としてのスリット７は
不要となるが、実質的にスリットを有するということが
できる。

【００５１】上述した一実施例においては、スリット光
の検出位置に２次元撮像素子を配置したが、従来技術に
おけると同様にスリットの像を操作者が直接観察するよ
うにしてもよい。このような測定方法を取るときには、
画像処理装置等が不要となる。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、入射光をスリット光にすることにより、散乱
光や多重反射等の影響が少なく、結像された像と背景と
のコントラストが向上し、小穴径の形状を高精度に測定
することが可能になるという効果がある。したがって、
さらに、倍率、受光開口数等の特性の異なるレンズや幅
の異なるスリットを組み合わせ、光源の光量を調節する
ことにより、条件の異なる多様な形状の被測定物に対応
した測定をすることができる。本発明を、例えば光ファ
イバの樹脂コートの際に用いるダイス穴の内部形状の測
定に用いると、実際にダイスを用いて光ファイバに樹脂
をコートしてみることなくダイスの良、不良を判定する
ことができ、光ファイバの樹脂コート不良を減少させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する平面図である。

【図２】本発明の一実施例におけるステージ系を説明す
る正面図である。

【図３】被測定物の第１の位置とモニタ画面を説明する
説明図であり、図３（Ａ）は、平面図、図３（Ｂ）は、
モニタ画面である。

【図４】被測定物の第２の位置とモニタ画面を説明する
説明図であり、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）はモニ
タ画面である。

【図５】被測定物の第３の位置とモニタ画面を説明する
説明図であり、図５（Ａ）は、平面図、図５（Ｂ）は、
モニタ画面である。

【図６】従来の極小径の内径測定装置を説明する説明図
である。

【符号の説明】

１…小径穴、２…被測定物、３…載物ステージ、４…光
源、５…光軸、６…フィルタ、７…スリット、８…投光
対物レンズ、９…受光対物レンズ、１０…カメラ、１１
…リニアエンコーダ、４１…結像位置、４２…スリット
光の反射像、４３…標線、５１…光源レチクル、５２…
接眼レチクル。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリット光を被測定位置に投影させる投
   光系を介して穴の壁面に投影させ、該壁面での反射光を
   受光系で受光位置に結像させ、該スリット光の光軸と該
   穴を相対的に移動させ、前記受光位置でのスリット光の
   弧の先端が該光軸に一致したとき、前記穴の位置を測定
   し、該測定を前記穴の直径の両端に対して行なうことに
   より前記穴の内径を測定することを特徴とする穴形状測
   定方法。
2. 【請求項２】 前記穴と前記光軸を相対的に回転させ、
   請求項１に記載の穴形状測定方法を各回転角度ごとに行
   なうことにより前記穴の断面形状を測定することを特徴
   とする穴形状測定方法。
3. 【請求項３】 前記穴と前記光軸を前記穴の軸方向に相
   対的に移動させ、請求項１または２に記載の穴形状測定
   方法を各移動位置ごとに行なうことにより穴曲がりを測
   定することを特徴とする穴形状測定方法。
4. 【請求項４】 被測定位置に焦点を有しスリット光を穴
   の壁面に投影させる投光系と、該投光系に対向し撮像素
   子を含み該壁面での反射光を受光し該撮像素子上に該ス
   リット光を結像させる受光系と、前記投光系と該受光系
   からなる光学系と該穴を相対的に移動させる手段と、該
   光学系と前記穴の相対位置を測定する位置測定手段を有
   し、前記穴の直径の両端における測定値に基づいて前記
   穴の断面の内径を求める手段を有することを特徴とする
   穴形状測定装置。
5. 【請求項５】 前記穴と前記光学系を相対的に回転させ
   る手段を有することを特徴とする請求項４に記載の穴形
   状測定装置。
6. 【請求項６】 前記穴と前記光学系を前記穴の軸方向に
   相対的に移動させる手段を有することを特徴とする請求
   項４または５に記載の穴形状測定装置。